車排子地區(qū)石炭系火山巖油藏油氣輸導體系與運聚模式

徐佑德

(中國石化股份勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

引 言

隨著油氣成藏理論的發(fā)展，油氣輸導體系逐漸成為含油氣盆地成藏研究的核心問題。近年來，許多學者對油氣輸導體系的類型、樣式及其對成藏的控制作用進行了大量研究，指出輸導體系是控制油氣運聚成藏的關鍵，是確定油氣成藏模式及油氣藏分布規(guī)律的重要切入點[1-5]。因此，油氣輸導體系作為連接烴源巖與圈閉的“橋梁”與“紐帶”，在油氣運-聚成藏過程中控制了油氣藏的分布規(guī)模，是油氣運移系統(tǒng)的核心，已成為油氣成藏理論研究的重要內容[6-7]。

火山巖油氣藏已逐漸成為中國油氣勘探的一個重要新領域[8-9]，2000 年以來，火山巖油氣勘探在準噶爾、松遼、塔里木、渤海灣、三塘湖等盆地都取得了重大突破[10-18]。2011年，中石化勝利油田首次在準噶爾盆地西緣車排子凸起的排61井石炭系火山巖中獲工業(yè)油流，在之后的排66井折算日產原油11 t，展示了車排子凸起石炭系的良好勘探前景[19]。針對這套火山巖層系，前人開展了大量研究，其研究重點主要集中在火山巖儲層發(fā)育特征、主控因素及有利儲層預測方面[20-25]，而對于火山巖成藏特征，特別是輸導體系的研究偏少。在該區(qū)石炭系的勘探實踐中，商豐凱等[21]認識到石炭系圈閉與烴源巖高度分離，總結建立了“油源斷層+毯砂”的油氣復式輸導體系。但對毯砂不發(fā)育的地區(qū)油氣能否輸導以及如何輸導缺少研究，這不僅關系到石炭系油氣成藏的認識問題，更關系到石炭系的勘探潛力及下步勘探方向，急需創(chuàng)新石炭系油氣輸導認識，以發(fā)現(xiàn)新的有利勘探區(qū)帶，指導勘探部署。

1 區(qū)域地質概況

車排子凸起構造位置上隸屬于準噶爾盆地西部隆起，其西北緊鄰扎伊爾山，東面以紅車斷裂帶為界、與昌吉凹陷及中拐凸起相接，南面以艾卡斷裂為界、與四棵樹凹陷相鄰(圖1)。自晚海西期隆升定型以來，長期保持正向構造的形態(tài)[26]，整體處于“雙源供烴”、油氣聚集有利的構造部位[27]，目前已發(fā)現(xiàn)紅山嘴、春風、春光、車排子、卡因迪克等一系列油田。

車排子凸起地層發(fā)育不全，缺失二疊系、三疊系，自下而上依次發(fā)育石炭系、侏羅系、白堊系、古近系和新近系。石炭系為鉆井和地震揭示的最老地層，在整個車排子凸起均有分布，鉆井揭示最大厚度2 737 m(未鉆穿)，根據(jù)地震資料推測，厚度在5 000 m以上[25]。石炭系自下而上發(fā)育太勒古拉組(C1t)、包古圖組(C1+2b)和希貝庫拉斯組(C2x)。其中希貝庫拉斯組主要發(fā)育火山巖，且遭受中長期風化和淋濾改造，是車排子地區(qū)石炭系油氣勘探的主要目的層位[19]。石炭系之上的侏羅系至新近系為一套沉積巖地層，厚度分布于400～1 400 m。

圖1 車排子凸起區(qū)域構造位置Fig.1 Regional structural location map of Chepaizi uplift

2 油氣輸導單元及其發(fā)育特征

油氣輸導體系是指油氣從烴源巖運移到圈閉過程中經歷的所有通道及其相互配置的總和，油氣輸導單元可以是開啟的斷裂、不整合面、孔滲性能較好的連通性輸導層及其組合。綜合分析車排子地區(qū)的鉆井資料及地震資料，認為該區(qū)主要發(fā)育斷層、毯砂、石炭系風化淋濾層3種有效的油氣輸導單元，構成豐富的油氣輸導體系。

2.1 斷層

車排子地區(qū)石炭系整體上受東西向主應力作用的影響，發(fā)育的大斷裂多呈南北走向，與紅車斷裂帶近似平行。這些斷裂控制了二級構造帶的展布方向，形成了石炭系南北成帶、西高東低的斷階式構造。南北向的應力場使構造格局復雜化，一方面使主應力場控制下發(fā)育的一系列近南北向斷層發(fā)生扭轉，另一方面又發(fā)育多條近東西向斷層，這些斷層與控帶斷裂組合形成了斷塊構造格局。根據(jù)區(qū)域構造演化、斷層切割地層以及相互之間的交切關系，車排子地區(qū)斷層可明顯劃分為3個時期：海西期斷層平面上呈北西至北西西走向，切割地層老；燕山期斷層呈近南北向，具有一定走滑性質；喜山期斷層大多呈東西走向，規(guī)模相對較小，具明顯的走滑性質，縱向切割層位多。

斷層在活動期，由于應力的釋放，產生破碎帶及誘導裂縫帶，是油氣運移通道的主要輸導空間[28]。通過野外露頭、鉆井及巖心揭示，石炭系不同方向斷層普遍具有3個結構帶，即主誘導裂縫帶、破碎帶和被誘導裂縫帶。巖心觀察、測井、儲層物性及裂縫充填特征綜合分析表明，不同結構帶裂縫均比較發(fā)育，但是充填程度不同，滲透性差異較大(圖2)。斷裂活動控制了各結構帶原始裂縫的形成。在斷裂活動期，裂縫充填度低，滲透性好；斷裂活動停滯期間，結構帶充填度變高，滲透性變差?？傮w而言，車排子地區(qū)石炭系喜山期、燕山期斷層各結構帶裂縫充填度低、滲透率高，可作為油氣運移的有利輸導通道，而海西期斷裂各結構帶裂縫充填度高，物性差，難以作為有利的輸導通道(圖2)。

圖2 車排子地區(qū)石炭系不同時期斷層輸導要素特征Fig.2 Characteristics of fault factors for hydrocarbon migration in different geological stagesof Carboniferousin Chepaizi area

2.2 毯狀砂體

車排子地區(qū)侏羅系發(fā)育一套辮狀河三角洲前緣砂體，厚度一般在20～200 m，砂體孔隙度平均25.32%，滲透率平均40.65×10-3μm2，且平面廣泛分布，油氣顯示異?；钴S，多口井(如排67井、春29井、卡6井等)已獲油流，可見該砂體具有儲層厚度大、物性好、橫向分布廣泛(圖3)、油氣運移痕跡豐富的特征，是一套重要的油氣橫向輸導通道。

由于油氣運移通道只占據(jù)輸導層的一部分空間，輸導層中的油氣顯示段必然是二次運移的通道空間。因此，可以利用輸導層中油氣顯示段厚度與運載層厚度的比值來反映輸導效能及油氣運移方向。為研究侏羅系毯砂油氣輸導效能及運移方向，利用巖心-巖屑定量熒光(QGF)及有效運移指數(shù)(有效運移指數(shù)(HMIe)=(含油+油浸+油斑+油跡+50%熒光)厚度/輸導厚度)進行分析。

分析結果表明，侏羅系毯砂中發(fā)生油氣橫向運移，根據(jù)車21井至排103井近東西相剖面的定量熒光強度以及有效運移指數(shù)分析來看，從東部的車21井一直到西部的排60井定量熒光QGF值均大于1.5，且自東向西具有逐漸升高的特征，同時，HMIe指數(shù)在侏羅系毯砂中也具有典型的自東向西逐漸升高的特征(圖3)，均表明在該方向上，侏羅系毯砂中發(fā)生了自東向西的油氣運移。

圖3 車排子地區(qū)車21-排103井侏羅系毯砂運移路徑示蹤及油氣輸導樣式(剖面位置見圖2(a) AA')Fig.3 Path tracing and patterns of hydrocarbon migration in Jurassic blanket in connection well profile of well Che21 and well Pai103 in Chepaizi area (See AA'section in Fig.2(a))

2.3 不整合淋濾層

Bethke C M等通過對伊利諾斯盆地的油氣運移研究發(fā)現(xiàn)，油氣沿區(qū)域性風化殼側向運移的距離可達150 km或更遠[29]，表明不整合淋濾層也可作為油氣橫向運移的通道。不整合能否對油氣起到輸導作用，主要由不整合結構所決定[30]，鄒才能等[8]將火山巖風化殼結構從上至下劃分為土壤帶、水解帶、淋蝕帶、崩解帶、母巖帶 5 層，并且通過對新疆北部28口井6 854個樣品孔隙度系統(tǒng)分析表明，儲層物性最好的為溶蝕帶，其次為崩解帶，而水解帶、母巖和土壤帶物性相對較差。

研究表明：車排子地區(qū)石炭系火山巖風化殼也發(fā)育上述典型的5層結構(圖4)，其中黏土層以次生黏土礦物為主，厚度小，一般3～5 m，部分探井缺失；水解層以黏土為主，有少量火山巖顆粒，頂部受風化淋濾影響，風化裂縫發(fā)育，但充填嚴重，物性很差；淋濾層以火山巖為主，構造破碎強烈，裂縫、溶蝕孔隙發(fā)育，儲層物性較好，一般孔隙度在6%～12%；崩解層以火山碎塊為主，微裂縫發(fā)育，多呈半充填狀態(tài)，物性差(圖4)。可見，淋濾層物性相對較好，平面分布廣泛，可作為油氣橫向運移的通道。同時， 淋濾層上部的水解層及風化黏土層由于物性較差，可作為良好的蓋層，油氣難以垂向散失，確保油氣在淋濾層中一定距離的橫向運移。

圖4 車排子地區(qū)石炭系風化殼結構特征Fig.4 Structural features of Carboniferous weathered crust in Chepaizi area

3 油氣輸導樣式

精細油源對比表明，車排子地區(qū)東翼石炭系原油來自昌吉凹陷二疊系烴源巖(成藏期為K2-E)，西翼油氣主要來自四棵樹凹陷侏羅系烴源巖(成藏期為N-Q)，整體具有圈-源高度分離的特征，因此，高效的輸導體系成為油氣運移至車排子凸起區(qū)石炭系的關鍵。根據(jù)斷裂輸導性及斷層、毯砂、風化殼時空配置關系，結合油氣來源及運移示蹤，提出了研究區(qū)主要發(fā)育3種基本油氣輸導樣式，即斷層-毯砂、斷層-淋濾層、走滑斷層等3種有效油氣輸導樣式。

3.1 斷層-毯砂側向對接輸導樣式

該輸導樣式主要表現(xiàn)為斷層垂向輸導、毯砂側向對接的輸導特征。昌吉凹陷二疊系烴源巖和四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生成的油氣沿著油源斷層向上輸導至侏羅系毯砂中，油氣沿著侏羅系毯砂橫向輸導，在毯砂與石炭系呈斷面對接處側向輸導，進入石炭系儲層之中，在石炭系的斷塊圈閉中富集成藏(圖3)，如排66井區(qū)。該輸導樣式是目前車排子凸起東西兩翼勝利探區(qū)內所發(fā)現(xiàn)的石炭系油藏的主要輸導樣式。

3.2 斷層-淋濾層側向對接輸導樣式

根據(jù)上述研究，石炭系風化殼中淋濾層具有物性較好的特征，橫向分布廣泛，可作為石炭系內幕的有效輸導層，同時，風化淋濾層上覆的水解層及黏土層的存在決定了油氣難以垂向散失，同時也阻擋了侏羅系毯砂的垂向充注(圖4)，使油氣在石炭系內部發(fā)生一定距離的運移成為可能。這一輸導樣式在實際勘探中也被證實，如：車排子凸起西翼的蘇12井遠離輸導毯和輸導斷層(圖2(a))，但在石炭系鉆遇油氣顯示(熒光顯示1 m/1層)，表明油氣應該是沿著石炭系內部淋濾層發(fā)生橫向輸導。

3.3 走滑斷層走向輸導樣式

近年來隨著對走滑斷層與油氣成藏關系的深入研究，走滑斷層作為油氣輸導的重要通道已被越來越多的勘探實踐所證實[31-34]。車排子凸起發(fā)育多條與凹陷呈大角度相交的走滑斷層，并與烴源巖相接。利用生物標志化合物三芳甾烷指數(shù)、含硫化合物與含氮化合物等參數(shù)對油氣沿走滑斷層走向的變化進行了分析，對區(qū)內19口探井中巖心、原油樣品的進行分析，結果表明：沿油氣運移方向三芳甾烷指數(shù)TA(Ⅰ)/TA(Ⅰ+Ⅱ)、含硫化合物4-/1-DMDBT逐漸減小，原油樣品中咔唑類化合物屏蔽型異構體(如1,8-二甲基咔唑)相對富集，裸露型異構體相對減少，三大類指標均反映出油氣沿走滑斷層及伴生斷層運移(圖5)，證明走滑斷層是油氣長距離運移的有效通道，控制油氣沿其走向運移。目前鉆探證實，與走滑斷層相接的多個石炭系斷塊均發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的石油儲量，例如：車23塊2008年上報探明儲量6.21×106t，車91塊2008年上報探明1.211×107t。此外，在近東西走向的排686、排671、排614等走滑斷層的西段末端，在遠離侏羅系毯砂的情況下，多口探井在石炭系也鉆遇豐富的油氣顯示，如車淺5井在石炭系鉆遇熒光顯示230 m，排614井在石炭系鉆遇熒光顯示24.4 m(圖2(a))，均揭示走滑斷層應該是有效的油氣運移通道。

圖5 沿排682走滑斷層原油生物標志物指數(shù)變化(剖面位置見圖2(a) BB′)Fig.5 Variation of crude oil biomarker content along well Pai682 strike slip fault (See BB′section in Fig.2(a))

前文述及，車排子地區(qū)油氣主要來自昌吉凹陷二疊系下烏爾禾組與四棵樹凹陷侏羅系烴源巖。其中昌吉凹陷中二疊統(tǒng)下烏爾禾組烴源巖在三疊紀末—早侏羅世達到成熟門限，中—晚侏羅世短暫抬升停滯，晚白堊世—古近紀進入高成熟階段，達到生烴高峰，現(xiàn)今進入過成熟階段。古近紀以來，四棵樹凹陷侏羅系烴源巖整體開始生烴，烴源巖成熟度普遍已達0.6%，現(xiàn)今已處于成熟生烴高峰階段[35-37]。結合區(qū)內烴源巖生排烴期，認為燕山—喜山期斷裂、石炭系風化淋濾層、中生界毯砂發(fā)育，三者有效配置，形成斷層-毯砂、斷層-淋濾層、走滑斷層3種有效輸導樣式，控制油氣向盆緣凸起區(qū)大規(guī)模運移。

4 油氣運聚模式

基于輸導體系、圈閉與烴源巖時空配置關系研究，建立了車排子地區(qū)石炭系2種油氣運聚模式，即“毯砂-風化淋濾層和走滑斷層油氣運移、斷階帶優(yōu)儲聚集”的近源運聚模式及“毯砂-風化淋濾層油氣運移、斜坡區(qū)優(yōu)儲聚集”的遠源運聚模式。

近源油氣運聚模式平面上主要分布于車排子凸起東翼，在K2-E時期，昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的原油通過紅車斷裂帶油源斷層，一部分運移到侏羅系毯砂中，另一部分運移進入北西走向的走滑斷層中，油氣在侏羅系毯砂、走滑斷層及與之相連通的石炭系頂部不整合淋濾層繼續(xù)運移，在斷層-水解層的遮擋下，在優(yōu)質儲層發(fā)育區(qū)的斷階帶構造圈閉中聚集成藏(圖6(a))。

遠源油氣運聚模式平面上主要分布于車排子凸起西翼，在N-Q時期，四棵樹凹陷侏羅系烴源巖生成的油氣沿著艾卡斷裂帶油源斷層向上運移到侏羅系毯砂及走滑斷層中，沿著毯砂、走滑斷層及與之相連的淋濾層中繼續(xù)運移，在斷層-泥巖遮擋下，在四棵樹凹陷北斜坡區(qū)石炭系有利儲層發(fā)育區(qū)富集成藏(圖6(b))。

圖6 準西車排子地區(qū)石炭系油氣運聚演化模式Fig.6 Evolution pattern of hydrocarbon migration and accumulation in Carboniferous volcanic reservoirs of Chepaizi area, western Junggar Basin

5 結 論

(1)根據(jù)油氣顯示、定量熒光及生物標志化合物綜合分析，車排子地區(qū)主要發(fā)育斷層、毯砂、風化淋濾層3種油氣輸導單元，形成斷層-毯砂側向對接輸導、斷層-淋濾層側向對接輸導、走滑斷層走向輸導等3種有效輸導樣式。

(2)根據(jù)車排子凸起東西兩翼石炭系油藏在油源、輸導要素及成藏期等方面的差異，建立了石炭系“毯砂-風化淋濾層和走滑斷層油氣運移、斷階帶優(yōu)儲聚集”的近源運聚模式及“毯砂—風化淋濾層油氣運移、斜坡區(qū)優(yōu)儲聚集”的遠源運聚模式。研究成果可進一步拓寬石炭系的勘探思路，為發(fā)現(xiàn)區(qū)內新的有利油氣輸導富集區(qū)提供依據(jù)，也為下步勘探部署提供參考。