海拉爾盆地牧原凹陷油氣勘探前景與有利區(qū)帶目標(biāo)優(yōu)選

易立

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083)

0 引言

牧原凹陷勘探與研究程度較低，僅有重、磁、電普查和二維地震概查。在凹陷邊緣煤田淺鉆發(fā)現(xiàn)了多套煤層。凹陷主體部位鉆有少量探井，見到了直接的油氣顯示或電測(cè)解釋有油層[1]，展現(xiàn)了良好的勘探潛力。牧原凹陷是海拉爾盆地眾多凹陷中的一個(gè)，與海拉爾盆地其他凹陷具有相似的地質(zhì)特點(diǎn)和石油地質(zhì)條件[2]。海拉爾盆地烏爾遜凹陷、貝爾凹陷早已取得勘探的突破[3]，發(fā)現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模油氣儲(chǔ)量并成為大慶油田重要的原油生產(chǎn)基地[4]。研究牧原凹陷的勘探潛力，明確勘探前景，優(yōu)選有利區(qū)帶和目標(biāo)，對(duì)實(shí)現(xiàn)海拉爾盆地新凹陷的勘探突破具有重要意義。本文開展了野外地質(zhì)調(diào)查、老井復(fù)查與烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征研究等，并在此基礎(chǔ)上初步評(píng)價(jià)了有利區(qū)帶，優(yōu)選了有利目標(biāo)。

1 研究區(qū)概況

牧原凹陷位于海拉爾盆地東北部(圖1)，總體呈NE向展布，面積約1 200 km2，為一個(gè)發(fā)育在侏羅系興安嶺群火山巖(J2x)與泥盆系變質(zhì)巖基底之上的早白堊世箕狀斷陷。從老至新依次發(fā)育下白堊統(tǒng)南屯組(K1n)、大磨拐河組(K1d)與伊敏組(K1y)。巖性總體為暗色泥巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖與煤層不等厚互層。

牧原凹陷具有單斷箕狀結(jié)構(gòu)，分陡坡帶、洼槽帶和緩坡帶3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。陡坡帶主要發(fā)育受邊界斷層控制的斷鼻構(gòu)造。洼槽區(qū)受擠壓作用的影響局部發(fā)育反轉(zhuǎn)構(gòu)造[5]，而穩(wěn)定區(qū)則斷裂不發(fā)育，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。斜坡區(qū)斷層發(fā)育，既有正向正斷層，也有反向正斷層?？傮w上凹陷區(qū)形成“Y”字形和反“Y”字形構(gòu)造樣式 。

圖1 牧原凹陷區(qū)位圖

Fig.1 Location of Muyuan sag

海拉爾盆地與二連盆地同屬東北裂谷群，各凹陷具有相似的沉積特征，即多物源、小物源、短水流、相變快和相帶窄的特點(diǎn)[6]。結(jié)合鉆井、測(cè)井和地震資料研究，牧原凹陷陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲，緩坡帶主要發(fā)育辮狀河三角洲，洼槽帶主要發(fā)育濁積扇和滑塌扇以及陡緩兩側(cè)各種類型三角洲前緣相伸入到洼槽區(qū)的部分。這樣的沉積模式在縱向上不同層位之間具有繼承性，只是不同時(shí)期沉積體系的發(fā)育在空間上有所轉(zhuǎn)移。

牧原凹陷的形成演化經(jīng)歷了4個(gè)階段(圖2)，即初始斷陷期、拉張深陷期、斷陷擴(kuò)張期和萎縮回返期，分別對(duì)應(yīng)南屯組早期、南屯組中晚期—大磨拐河組早期、大磨拐河組中晚期和伊敏組時(shí)期。受構(gòu)造演化的控制，在初始斷陷期，南屯組早期盆地以填平補(bǔ)齊式粗碎屑沉積為主； 斷陷深陷期，即南屯組中晚期到大磨拐河組早期，湖域擴(kuò)大，湖水加深，廣泛發(fā)育深湖相—半深湖相沉積，為牧原凹陷烴源巖的發(fā)育提供了良好的沉積背景； 至大磨拐河組中晚期，進(jìn)入斷陷擴(kuò)張期，此時(shí)凹陷范圍最大，水體變淺； 伊敏組時(shí)期湖盆進(jìn)入萎縮期，斜坡高部位抬升遭受剝蝕，湖域變小，沉積變粗，最后消亡。在縱向上構(gòu)成完整的水進(jìn)水退沉積旋回。

圖2 牧原凹陷構(gòu)造沉積演化Fig.2 Tectono-sedimentary evolution of Muyuan sag

2 烴源巖特征與評(píng)價(jià)

伊敏組、大磨拐河組、南屯組與興安嶺群中均有暗色泥巖發(fā)育，已有鉆井揭示總厚度達(dá)890 m。從地震資料看，主洼槽區(qū)各組地層普遍變厚，又是深湖相區(qū)，暗色泥巖應(yīng)該更厚?？傮w來(lái)看，南屯組、大磨拐河組暗色泥巖發(fā)育情況最優(yōu)，伊敏組次之。

2.1 地球化學(xué)特征

依據(jù)中國(guó)陸相烴源巖地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法[7]與油氣地球化學(xué)[8]相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)牧原凹陷烴源巖。

牧原凹陷各層位的烴源巖樣品總有機(jī)碳(TOC)含量平均值均接近或超過(guò)1%(表1)，達(dá)到好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)。南屯組烴源巖樣品的生烴潛力平均值為6.96 mg/g，達(dá)到好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，伊敏組、大磨拐河組和興安嶺群烴源巖樣品的生烴潛力分布于2～6 mg/g之間，達(dá)到了中等烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)。牧原凹陷內(nèi)各層位均發(fā)育烴源巖，且豐度均較高。

表1 牧原凹陷烴源巖分析結(jié)果Tab.1 Test results of source rocks from Muyuan sag

興安嶺群、大磨拐河組烴源巖降解潛率多分布于30%～50%之間，表征其有機(jī)質(zhì)類型以II1型為主，伊敏組烴源巖降解潛率多分布于10%～30%之間，表征其有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2型。興安嶺群、大磨拐河組和伊敏組烴源巖樣品氫指數(shù)均分布于250～600 mg/g區(qū)間，表征其有機(jī)質(zhì)類型均以II1型為主。

從IH-Tmax及D-Tmax有機(jī)質(zhì)類型劃分圖上可以看出(圖3)，牧原凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型整體以II1-I型為主。其中，伊敏組投點(diǎn)集中在II1型區(qū)間，大磨拐河組二段投點(diǎn)多集中在II1-I型區(qū)間，大磨拐河組一段投點(diǎn)主要集中在I型區(qū)間，而大部分興安嶺群樣品的Tmax值較大，導(dǎo)致投點(diǎn)未落入有效區(qū)域內(nèi)，推測(cè)與熱演化程度過(guò)高有關(guān)。

總體來(lái)看，牧原凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，其中伊敏組以II1型為主，大磨拐河組以II1-I型為主。

圖3 牧原凹陷烴源巖IH-Tmax(左)及D-Tmax(右)有機(jī)質(zhì)類型劃分Fig.3 IH-Tmax (left) and D-Tmax (right) plots of source rocks in Muyuan sag

根據(jù)最大熱解峰溫(Tmax)測(cè)試結(jié)果(表1)，伊敏組烴源巖處于未成熟—低成熟階段，大磨拐河組二段烴源巖處于低成熟—成熟階段，大磨拐河組一段烴源巖處于成熟階段，興安嶺群烴源巖處于成熟—高成熟階段。根據(jù)牧原凹陷邊緣5口煤田淺鉆取得的大磨拐河組煤樣品鏡質(zhì)體反射率測(cè)試結(jié)果(表2)，邊緣淺層大磨拐河組煤樣品鏡質(zhì)體反射率主要分布在0.6%～0.7%，平均為0.65%，證實(shí)凹陷深埋區(qū)大磨拐河組和南屯組已進(jìn)入大量生烴階段。

表2 牧原凹陷大磨拐河組煤樣品鏡質(zhì)體反射率Tab.2 Vitrinite reflectance of coal samples from Damoguaihe Formation of Muyuan sag

2.2 烴源巖評(píng)價(jià)

伊敏組烴源巖雖然處于未成熟—低成熟階段，但其泥巖發(fā)育，作為區(qū)域性蓋層，對(duì)凹陷油氣聚集提供了良好的保存條件。大磨拐河組烴源巖已進(jìn)入成熟階段，其中一段進(jìn)入高成熟階段。有機(jī)質(zhì)豐度及類型較好，厚度大，分布面積廣，是主力烴源巖，同時(shí)也是一套良好的區(qū)域性蓋層(圖4)。

圖4 牧原凹陷地層柱狀圖Fig.4 Stratigraphic column of Muyuan sag

鄰區(qū)資料[9]顯示，南屯組有機(jī)碳平均含量為2.62%，氯仿瀝青“A”平均為0.72%，生烴潛力平均為7.47 mg/g，已進(jìn)入成熟階段，說(shuō)明南屯組也應(yīng)該是凹陷主力烴源巖。興安嶺群以火成巖為主，烴源巖厚度較薄，但有機(jī)質(zhì)豐度較高，處于高成熟階段，也是一套有價(jià)值的烴源巖。

3 油氣成藏模式

牧原凹陷發(fā)育大磨拐河組、南屯組和興安嶺群3套成熟的有效烴源巖； 發(fā)育南屯組、大磨拐河組和伊敏組3套蓋層，其中大磨拐河組分布最廣，是一套區(qū)域性蓋層； 大磨拐河組、南屯組、興安嶺群中均發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲等沉積體系形成的儲(chǔ)集砂體。自下而上形成了興安嶺群的自生自儲(chǔ)或上生下儲(chǔ)、大磨拐河組與南屯組的自生自儲(chǔ)、伊敏組的下生上儲(chǔ)等多套有利的生、儲(chǔ)、蓋組合。發(fā)育斷裂、不整合等疏導(dǎo)體系以及各種類型的眾多圈閉，具備了油氣成藏的基本條件。牧原凹陷與海拉爾盆地、二連盆地同屬古生代興蒙褶皺帶上發(fā)育的中生代拉張斷陷，具有相似的構(gòu)造沉積特征以及油氣成藏條件[10]。參照二連盆地、海拉爾盆地、松遼盆地箕狀斷陷的基本成藏特點(diǎn)[11-25]，結(jié)合牧原凹陷盆地不同地質(zhì)單元構(gòu)造背景、烴源巖發(fā)育特征、疊合的沉積砂體以及疏導(dǎo)體系和存在的圈閉類型，對(duì)凹陷的成藏特點(diǎn)及油氣藏分布進(jìn)行了初步的分析研究，構(gòu)建了可能的油氣成藏模式(圖5)。

斜坡區(qū)是箕狀斷陷油氣運(yùn)移的主要指向和聚集場(chǎng)所。牧原凹陷斜坡區(qū)斷裂發(fā)育，在斷裂帶發(fā)育受反向和正向斷層控制的斷塊、斷鼻型構(gòu)造油氣藏，在斷裂不發(fā)育的穩(wěn)定區(qū)則可能發(fā)育巖性地層油氣藏。特別是斜坡區(qū)中部發(fā)育順斜坡走向的大型反向正斷層，對(duì)油氣的聚集成藏具有重要的控制作用，有可能形成受該條大斷裂控制的油氣聚集帶，是斜坡區(qū)最有利的勘探靶區(qū)。陡坡帶發(fā)育受控陷斷層控制的斷鼻、斷塊等油氣藏，以及上傾尖滅型油氣藏。在洼槽區(qū)的反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶發(fā)育受反轉(zhuǎn)構(gòu)造控制的斷背斜、斷塊和斷鼻油氣藏，在洼槽的穩(wěn)定區(qū)則主要發(fā)育各種類型的巖性油氣藏。

Q.第四系； K1y.伊敏組； K1d2.大磨拐河組二段； K1d1.大磨拐河組一段； K1n.南屯組

圖5 牧原凹陷預(yù)測(cè)油藏模式

Fig.5 Predicted reservoir pattern of Muyuan sag

4 區(qū)帶評(píng)價(jià)與目標(biāo)優(yōu)選

從石油地質(zhì)條件看，牧原凹陷發(fā)育3套有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、生烴潛力大的烴源巖，且均已成熟，具有油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)； 從油氣成藏條件來(lái)看，凹陷各層系均發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲砂體，具備一定的儲(chǔ)集能力，縱向上發(fā)育多套有利的生、儲(chǔ)、蓋組合； 地震資料的解釋揭示存在大量的各種類型的圈閉； 鉆井也已證實(shí)發(fā)生了油氣的運(yùn)移聚集和成藏。綜合分析烴源巖、儲(chǔ)集砂體、疏導(dǎo)體系及圈閉發(fā)育等成藏主控因素，認(rèn)為斜坡區(qū)反向正斷層控制的二級(jí)構(gòu)造帶與洼槽區(qū)反轉(zhuǎn)二級(jí)構(gòu)造帶成藏條件最佳，是牧原凹陷最有利的勘探區(qū)帶(圖6)，受反向斷層控制的靠近生烴洼槽的反向斷塊和斷鼻圈閉以及反轉(zhuǎn)背斜是最有利的勘探目標(biāo)。

4.1 斜坡區(qū)反向正斷層控制的二級(jí)構(gòu)造帶

牧原凹陷斜坡區(qū)中部，順斜坡走向發(fā)育的大型斷裂體系構(gòu)成的二級(jí)構(gòu)造帶，不僅形成油氣縱向運(yùn)移的疏導(dǎo)體系，而且形成大量斷鼻、斷塊構(gòu)造圈閉群，為油氣聚集提供有利場(chǎng)所。而且，牧原凹陷斜坡區(qū)還發(fā)育垂直斜坡走向的大型鼻狀構(gòu)造(圖6)，是油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移匯聚區(qū)； 發(fā)育大型辮狀河沉積體系，為油氣聚集提供有利儲(chǔ)集空間，這些有利因素在斜坡中部二級(jí)構(gòu)造帶疊加，就形成多層系、多類型油氣復(fù)式成藏富集帶，成為牧原凹陷最有利的勘探區(qū)帶(圖6)。該帶東部受斷層控制的大型反向斷鼻圈閉(圖6)，位于大型鼻狀構(gòu)造向洼槽的傾末端，疊合大型辮狀河三角洲最有利的儲(chǔ)集相帶，緊鄰牧原凹陷東洼槽，油源條件好，處于油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道，是斜坡區(qū)有利的勘探突破目標(biāo)(牧探1)。

4.2 洼槽區(qū)反轉(zhuǎn)二級(jí)構(gòu)造帶

在牧原凹陷，由于后期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，在東西洼槽之間形成了由反轉(zhuǎn)背斜、反轉(zhuǎn)斷鼻和斷塊構(gòu)成的反轉(zhuǎn)二級(jí)構(gòu)造帶，是油氣運(yùn)聚的有利指向區(qū)。該帶疊置發(fā)育來(lái)自于陡坡的大型扇三角洲沉積體系，為油氣的聚集提供有利的儲(chǔ)集條件。垂向上發(fā)育多套生、儲(chǔ)、蓋組合，具有雙向供烴、近源復(fù)式聚集的有利成藏條件，是牧原凹陷又一個(gè)有利勘探區(qū)帶(圖6)。位于該帶高部位完整的反轉(zhuǎn)背斜圈閉(牧探2)是有利的勘探目標(biāo)(圖6)。

K

1

y

.伊敏組； K

1

d

2

.大磨拐河組二段； K

1

d

1

.大磨拐河組一段； K

1

n

.南屯組

圖6 牧原凹陷成藏有利區(qū)帶綜合評(píng)價(jià)圖

Fig.6 Comprehensive evaluation for favorable belt in Muyuan sag

5 結(jié)論

(1)牧原凹陷具備基本的油氣成藏條件。牧原凹陷為早白堊世拉張型箕狀斷陷，發(fā)育大磨拐河組、南屯組和興安嶺群3套成熟的有效烴源巖，自下而上形成了興安嶺群的自生自儲(chǔ)、大磨拐河組與南屯組的自生自儲(chǔ)、伊敏組的下生上儲(chǔ)多套生儲(chǔ)蓋組合，具備油氣成藏的基本條件和良好的勘探前景。

(2)構(gòu)建了牧原凹陷油氣成藏模式。牧原凹陷是一個(gè)單斷箕狀凹陷，對(duì)比高勘探程度區(qū)單斷箕狀凹陷的成藏規(guī)律，結(jié)合牧原凹陷自身的地質(zhì)特點(diǎn)，構(gòu)建了牧原凹陷分區(qū)帶的成藏模式： 緩坡帶發(fā)育受反向和正向斷層控制的斷塊、斷鼻型構(gòu)造油氣藏，以及地層巖性油氣藏； 陡坡帶發(fā)育受控陷斷層控制的斷鼻油氣藏，以及上傾尖滅型油氣藏； 在洼槽的反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶，主要發(fā)育受反轉(zhuǎn)構(gòu)造控制的斷背斜、斷塊和斷鼻油氣藏，在洼槽的穩(wěn)定區(qū)則主要發(fā)育各種類型的巖性油氣藏。

(3)提出了勘探的突破目標(biāo)。區(qū)帶評(píng)價(jià)認(rèn)為牧原凹陷具有斜坡區(qū)反向正斷層控制的二級(jí)構(gòu)造帶與洼槽區(qū)反轉(zhuǎn)二級(jí)構(gòu)造帶2大有利區(qū)帶，位于2大有利區(qū)帶靠近有效烴源巖的斷鼻、斷塊、斷背斜等圈閉成藏條件最為有利。在目標(biāo)評(píng)價(jià)優(yōu)選的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出牧探1、牧探2兩個(gè)有利勘探目標(biāo)，實(shí)施鉆探有望取得勘探的突破。