四棵樹凹陷侏羅系烴源巖再認(rèn)識

程長領(lǐng)

前人研究認(rèn)為，準(zhǔn)噶爾盆地四棵樹凹陷烴源巖主要發(fā)育在古近系、白堊系及侏羅系等層段，且各套烴源巖沒有完全成熟，生烴潛力較小，對四棵樹凹陷及周邊油氣成藏貢獻(xiàn)量不大[1-9]。2005年以來，中國石化探區(qū)內(nèi)圍繞四棵樹凹陷及周邊地區(qū)新近系沙灣組、古近系、白堊系及石炭系等多個勘探層系取得油氣勘探突破。2005年，車排子凸起排2井新近系沙灣組獲得日產(chǎn)60 t的稀油，發(fā)現(xiàn)了春光油田；2013年，四棵樹凹陷北部春17井白堊系獲日產(chǎn)近20 t的高產(chǎn)工業(yè)油流；2016年，四棵樹凹陷北斜坡，石炭系勘探取得新突破；此外，在春50井區(qū)古近系也獲得日產(chǎn)11 t原油。截至2016年底，中國石化探區(qū)內(nèi)已累計上報三級石油地質(zhì)儲量1.2×108t.油源對比表明，已發(fā)現(xiàn)的多個層系的油藏主要來自四棵樹凹陷。目前已發(fā)現(xiàn)的油氣資源量已遠(yuǎn)超過前期對四棵樹凹陷油氣資源量的認(rèn)識，因此有必要對四棵樹凹陷烴源巖發(fā)育特征以及潛在的生烴資源量進(jìn)行研究。

早期多位學(xué)者對四棵樹凹陷不同層系的烴源巖發(fā)育狀況做了大量研究。有學(xué)者通過對烴源巖有機質(zhì)豐度、類型、成熟度等烴源巖指標(biāo)分析，認(rèn)為侏羅系八道灣組烴源巖生烴潛力較高，對車排子凸起油氣成藏有一定貢獻(xiàn)，白堊系及古近系烴源巖生烴潛力有限[2]。還有學(xué)者利用烴源巖指標(biāo)及盆地模擬等手段研究認(rèn)為，四棵樹凹陷下侏羅統(tǒng)三工河組烴源巖較好，八道灣組烴源巖發(fā)育狀況較差[4]。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用原始沉積厚度恢復(fù)的方法，明確了四棵樹凹陷發(fā)育3個烴源巖有利區(qū)，結(jié)合露頭樣品、巖心、巖屑等資料，開展烴源巖各指標(biāo)分析，證實侏羅系八道灣組烴源巖已達(dá)成熟階段，并采用壓差法模型計算了四棵樹凹陷侏羅系八道灣組烴源巖油氣資源量，為四棵樹凹陷及周邊下步油氣勘探部署提供了可靠的依據(jù)。

1 概況

四棵樹凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，區(qū)域構(gòu)造上屬于北天山山前坳陷的次級構(gòu)造單元，主體部位夾持于復(fù)雜的山前斷褶帶及車排子凸起之間，屬于殘留型凹陷（圖1）。凹陷內(nèi)地層發(fā)育較為齊全，自下而上發(fā)育有石炭系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系及第四系。目前已在凹陷帶附近發(fā)現(xiàn)了獨山子油田、卡因迪克油田、呼圖壁氣田等，2013年以來，在四棵樹凹陷北斜坡以及車排子凸起之上的蘇13井、春50井、蘇1-5井等多口井多個層系均取得重大油氣勘探突破。地化分析表明，四棵樹凹陷及車排子凸起南部地區(qū)油氣主要來自于侏羅系八道灣組烴源巖，巖性為湖相暗色泥巖和煤層。早期對四棵樹凹陷，特別是侏羅系八道灣組沉積時期的古地貌沒有開展精細(xì)的研究，對其之上地層剝蝕量及其原始沉積厚度缺乏系統(tǒng)認(rèn)識，此外，鉆井資料有限，地化分析指標(biāo)相對缺乏，制約了對侏羅系八道灣組烴源巖的評價與認(rèn)識。

2 基于古地貌分析的烴源巖發(fā)育區(qū)預(yù)測

古地貌恢復(fù)方法較多，主要有以沉積學(xué)為基礎(chǔ)的層序地層學(xué)恢復(fù)法、以獲取地層厚度為基礎(chǔ)的印模法、基于沉降原理的回剝分析方法等。四棵樹凹陷的形成受多期次區(qū)域構(gòu)造運動影響，經(jīng)歷了多次沉降、抬升剝蝕，特別是在侏羅紀(jì)遭受大范圍剝蝕，因此，明確侏羅系沉積前古地貌，落實四棵樹凹陷沉積中心，對于明確侏羅系八道灣組烴源巖發(fā)育區(qū)具有重要意義。以研究區(qū)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合實際地質(zhì)情況，確定恢復(fù)古地貌的具體步驟：①落實所要計算的時間窗口及相關(guān)地層間的接觸關(guān)系；②求取時間窗口之間的地層殘余厚度；③利用聲波時差法、地層趨勢法計算剝蝕厚度及推測原始沉積邊界；④殘留厚度與剝蝕厚度相加，計算出原始沉積厚度，進(jìn)而明確四棵樹凹陷侏羅紀(jì)的原始古地貌，預(yù)測烴源巖發(fā)育區(qū)。

2.1 殘留地層厚度求取

殘余地層厚度的求取多利用鉆井和地震資料，但研究區(qū)內(nèi)井?dāng)?shù)量較少，分布不均勻，研究區(qū)內(nèi)基本上已被三維地震資料覆蓋，沒有三維地震的區(qū)域二維測線也能達(dá)到2 km×2 km的密度，且能夠全區(qū)追蹤。因此，利用精細(xì)合成地震記錄標(biāo)定侏羅系底界面以及下侏羅統(tǒng)頂界面的反射同相軸，對地震資料精細(xì)解釋，將解釋的時間界面經(jīng)過時深轉(zhuǎn)換，利用軟件將時深轉(zhuǎn)換后底、頂2個地層界面相減，可求得下侏羅統(tǒng)的殘余地層厚度。

2.2 聲波時差法恢復(fù)剝蝕量

泥巖壓實外推法計算剝蝕厚度的原理是，在正常壓實的情況下，泥頁巖的孔隙度隨埋深的增大呈指數(shù)衰減，而在均勻分布的小孔隙的固結(jié)地層中，孔隙度與聲波傳播時間之間又存在著正比例的線性關(guān)系，因此聲波時差與深度在半對數(shù)坐標(biāo)系中為線性關(guān)系[10]。聲波時差法在剝蝕量較大而埋藏較淺的不整合面的剝蝕厚度估算中較為適用。四棵樹凹陷具備利用聲波時差法計算剝蝕量的條件，以固1井為例進(jìn)行說明（圖2）。首先利用地震資料及測井曲線特征，確定地層不整合界面，在此基礎(chǔ)上利用泥巖聲波時差法對固1井各不整合面上下泥巖進(jìn)行分析，以Δt0為630 μs/m進(jìn)行剝蝕量研究，分別計算出固1井自侏羅紀(jì)至新近紀(jì)的剝蝕量，侏羅紀(jì)剝蝕厚度達(dá)到850 m，白堊紀(jì)剝蝕厚度達(dá)到880 m，古近紀(jì)剝蝕厚度達(dá)到1 500 m.利用同樣方法分別計算出該區(qū)其余井各層系剝蝕厚度（表1）。結(jié)果表明：四棵樹凹陷各探井在侏羅紀(jì)末期、白堊紀(jì)末期以及古近紀(jì)末期等多個時期均有較大的剝蝕量，說明烴源巖在早期有過深埋過程，為烴源巖的成烴演化奠定了基礎(chǔ)。

2.3 地層趨勢法恢復(fù)原始沉積邊界

任何一個盆地，在某一地史時期，總會有一個或者多個沉降中心，在沉降中心位置沉積的地層比其他相鄰區(qū)域沉積的地層要厚，而且向盆地邊緣，沉積地層的厚度變薄，直至尖滅。假設(shè)剝蝕前地層的厚度均一，依據(jù)區(qū)域地震資料上地層沉積的地球物理成像特征，在完整剖面上被剝蝕層段內(nèi)尋找剝蝕原點，并找出全區(qū)較易追蹤的、厚度穩(wěn)定的“視層段”，依據(jù)前述的盆地沉積原理，算出該視層段的沉積變薄率，再依據(jù)幾何學(xué)原理，求出對應(yīng)地層的剝蝕量及原始沉積邊界?；诘卣鹳Y料，尋找凹陷內(nèi)殘留相對完整地層發(fā)育點，在地層發(fā)育的各個方向上，利用地層趨勢法，通過三角函數(shù)計算，確定該層系的原始沉積邊界及該層平面剝蝕量。

圖2 四棵樹凹陷固1井泥巖聲波時差法恢復(fù)剝蝕量圖版

表1 四棵樹凹陷單井各時期剝蝕厚度統(tǒng)計 m

首先，對已鉆井開展精細(xì)層序劃分對比及沉積相研究；其次，對四棵樹凹陷南部野外露頭區(qū)托斯特溝剖面、大西溝剖面、四棵樹溝剖面等侏羅系典型剖面進(jìn)行精細(xì)觀察描述，并建立露頭巖性綜合柱狀圖；第三，制作精細(xì)合成地震記錄標(biāo)定，井震資料結(jié)合，落實地震相平面特征；最后，利用鉆井資料、露頭資料、地震資料等相結(jié)合的方法，建立單井相、連井相剖面，落實侏羅紀(jì)時期沉積相平面展布。侏羅紀(jì)四棵樹凹陷南部發(fā)育沖積扇—扇三角洲沉積體系，巖性以礫巖—砂礫巖為主；凹陷主體以湖相沉積為主，發(fā)育厚層暗色泥巖夾薄層砂巖；在四棵樹凹陷北部以辮狀河三角洲沉積為主，巖性組合以灰色砂泥巖剖面為主。研究認(rèn)為，四棵樹凹陷在侏羅紀(jì)沉積環(huán)境較為穩(wěn)定，沉積旋回性清楚，后期南部山前帶受構(gòu)造應(yīng)力場影響變形復(fù)雜，難以有效推測原始邊界，但是，四棵樹凹陷北翼地區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定，地震上剝蝕反射特征較為清楚，可以利用地層趨勢法恢復(fù)原始沉積邊界。

利用地層趨勢法恢復(fù)四棵樹凹陷侏羅紀(jì)的原始沉積邊界，在四棵樹凹陷內(nèi)，下侏羅統(tǒng)殘留地層向西可以外推近25 km的沉積范圍（圖3），向北原始沉積邊界達(dá)到35 km，說明侏羅紀(jì)時期原始沉積范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)今殘余范圍。同時，可以利用層速度與時間差的乘積計算單點剝蝕量，利用這種方法計算出的剝蝕量與泥巖聲波時差法計算的剝蝕量基本一致。從而明確了該層的平面剝蝕量及原始沉積范圍。從下侏羅統(tǒng)剝蝕厚度圖（圖4）可以看出，原始沉積邊界向北超越加依爾山界，向西基本達(dá)到精河地區(qū)，南部山前變形較嚴(yán)重，剝蝕量恢復(fù)困難，粗略估算也基本上能達(dá)到依連哈比爾尕山南側(cè)。在四棵樹凹陷除蘇6井區(qū)下侏羅統(tǒng)地層剝蝕量較小外，其余地區(qū)剝蝕量普遍為300～1 000 m.

2.4 原始沉積厚度恢復(fù)及烴源巖發(fā)育區(qū)預(yù)測

在明確下侏羅統(tǒng)平面剝蝕量及原始沉積范圍的基礎(chǔ)上，結(jié)合四棵樹凹陷內(nèi)下侏羅統(tǒng)殘留地層的認(rèn)識，可相加計算原始沉積厚度，從厚度圖（圖5）上可以看出，在侏羅紀(jì)，四棵樹凹陷與沙灣凹陷為相對獨立的沉積單元，車排子凸起的低幅隆起帶將2個構(gòu)造單元分開。四棵樹凹陷可劃分為中央凹陷帶、北部緩坡帶和南部陡坡帶。其中，中央凹陷帶發(fā)育3個次洼，分別為西次洼、中次洼和東次洼，四棵樹凹陷原始沉積厚度中心在固1井北—蘇6井南近北西—南東向展布，可進(jìn)一步細(xì)化為3個次級沉積厚度中心。處于中次洼北帶的蘇6井鉆遇近200 m的厚層灰色—灰黑色泥巖以及煤層，四參1井鉆遇130 m灰色泥巖；處于東次洼邊部托斯特溝野外露頭區(qū)也能見到80 m的黑色泥巖；西次洼沒有鉆井資料，但與中次洼、東次洼具有相似的沉積背景，推測西次洼也發(fā)育較厚的暗色泥巖?；谝陨涎芯浚?個次洼內(nèi)均發(fā)育厚層的暗色泥巖，為烴源巖的發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，推測3個次洼為烴源巖主要發(fā)育區(qū)。

圖3 四棵樹凹陷東西向剝蝕范圍恢復(fù)示意圖

圖4 四棵樹凹陷下侏羅統(tǒng)剝蝕厚度分布

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地西緣下侏羅統(tǒng)原始沉積厚度分布

3 有效烴源巖分布的量化表征

鉆井及野外露頭資料揭示，侏羅系八道灣組在四棵樹凹陷內(nèi)廣泛發(fā)育，巖性以暗色泥巖和煤層為主，3個次洼內(nèi)暗色泥巖厚度最大，其中，東次洼暗色泥巖最大厚度可達(dá)500 m，中次洼暗色泥巖最大厚度為400 m，西次洼暗色泥巖最大厚度可達(dá)200 m.

3.1 烴源巖基本特征

四棵樹凹陷侏羅系八道灣組烴源巖巖性主要為暗色泥巖和黑色煤層。對烴源巖指標(biāo)進(jìn)行分析（表2）。其中暗色泥巖總有機碳含量為0.26%～3.52%，有機質(zhì)類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型，生烴潛量（S1+S2）為0.05～5.30 mg/g，鏡質(zhì)體反射率為0.40%～1.08%，大部分樣品達(dá)到成熟階段；煤層總有機碳含量為41.60%～59.91%，有機質(zhì)類型主要為Ⅲ型，生烴潛量（S1+S2）為88.56～152.47 mg/g，鏡質(zhì)體反射率（Ro）為 0.47%～1.13%，據(jù)新完鉆的蘇6井烴源巖指標(biāo)（表3）分析，認(rèn)為處于四棵樹凹陷3個次洼中的侏羅系八道灣組烴源巖已成熟。

3.2 有效烴源巖的展布特征

3.2.1 八道灣組暗色泥巖空間分布特征

四棵樹凹陷有8口探井鉆遇八道灣組暗色泥巖和煤層，其中以蘇6井鉆遇厚度最大（暗色泥巖厚120 m，煤層厚60 m）。利用精細(xì)合成地震記錄標(biāo)定蘇6井，井震結(jié)合分析認(rèn)為，八道灣組暗色泥巖和煤層具有低頻、強振幅、強連續(xù)的地震反射特征（圖6），利用地震資料落實了八道灣組暗色泥巖的平面展布。四棵樹凹陷八道灣組暗色泥巖分布面積較大，可達(dá)4 500 km2.

表2 準(zhǔn)噶爾盆地西緣下侏羅統(tǒng)八道灣組烴源巖綜合評價

表3 蘇6井烴源巖指標(biāo)

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地西緣過蘇6井南北向地震剖面

3.2.2 八道灣組有效烴源巖展布

根據(jù)烴源巖埋藏史、熱史分析，結(jié)合暗色泥巖展布特征及有機地化特征，以鏡質(zhì)體反射率不小于0.6%為本次烴源巖計算標(biāo)準(zhǔn)，基本落實了下侏羅統(tǒng)八道灣組有效烴源巖分布（圖7）。從有效烴源巖平面展布來看，有效烴源巖均分布在凹陷中央深埋區(qū)，呈北西—南東向展布，基本與凹陷整體走向一致，展布面積約3 770 km2.具體可分為東、中和西3個有效烴源巖發(fā)育中心，東次洼有效烴源巖最厚可達(dá)550 m，中次洼最大厚度可達(dá)400 m，根據(jù)已鉆井特別是蘇6井烴源巖成熟度分析認(rèn)為，處于3個次洼內(nèi)的烴源巖絕大部分已進(jìn)入成熟階段。

3.3 資源量計算

烴源巖生烴及油氣資源量計算的方法很多，前人開展了大量的研究工作[11-15]。本文利用壓差法模型對生烴潛力進(jìn)行計算，計算式如下：

式中 Eex——排烴強度，t/km2；

Cex——排出系數(shù)，由（2）式確定；

Ps——烴源巖層的砂巖含量，%；

Pm——烴源巖層的泥巖含量，%；

?cm——烴源巖生烴門限時泥巖孔隙度，可根據(jù)埋藏史和成熟度計算得到；

?cs——烴源巖生烴門限時砂巖孔隙度，可根據(jù)埋藏史和成熟度計算得到；

?s——烴源巖任一時刻砂巖孔隙度，可根據(jù)埋藏史計算得到；

圖7 四棵樹凹陷下侏羅統(tǒng)八道灣組有效源巖分布

?m——烴源巖任一時刻泥巖孔隙度，可根據(jù)埋藏史計算得到；

So——烴源巖任一時刻含油飽和度，可根據(jù)生烴史計算得到。

在埋藏史、熱史、生烴史等資源量參數(shù)選取的基礎(chǔ)上，計算四棵樹地區(qū)下侏羅統(tǒng)八道灣組烴源巖生烴量、排烴量和資源量分別為90.5×108t，40.7×108t和2.8×108t.利用原始沉積厚度恢復(fù)對四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生烴資源量重新評價，依靠新鉆井烴源巖參數(shù)指標(biāo)和野外露頭區(qū)烴源巖參數(shù)指標(biāo)，分析認(rèn)為侏羅系成熟烴源巖面積較之前擴大了近2 500 km2，早期研究認(rèn)為，四棵樹凹陷侏羅系烴源巖成熟區(qū)僅發(fā)育在高泉1井以東地區(qū)，而本次利用原始沉積厚度恢復(fù)，認(rèn)為3個次洼中均發(fā)育成熟的烴源巖，成熟烴源巖面積的增加使得新計算油氣資源量有了較大幅度的提高。

4 結(jié)論

（1）四棵樹凹陷在侏羅紀(jì)前與沙灣凹陷為相對獨立的沉積單元，2個凹陷具有相對獨立的的沉積演化過程，四棵樹凹陷在侏羅紀(jì)發(fā)育3個次洼，是侏羅紀(jì)的沉積中心，發(fā)育了厚度較大的暗色泥巖，為烴源巖有利發(fā)育區(qū)。

（2）四棵樹凹陷侏羅系八道灣組烴源巖有機碳含量高，具有較高的生烴潛量，同時烴源巖熱演化成熟度處于生烴階段，整體評價為一套較好的烴源巖，生烴模擬結(jié)果顯示，該層段可提供的油氣資源量為2.8×108t，為四棵樹凹陷及周邊地區(qū)油氣勘探奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（3）四棵樹凹陷侏羅系烴源巖重新評價結(jié)果表明，四棵樹凹陷及其周邊地區(qū)仍然具有較大的勘探潛力，加強石油地質(zhì)條件綜合研究及井位部署，有望在四棵樹凹陷及周邊地區(qū)取得重大勘探突破。

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