塔里木盆地順北油田油氣來源研究

谷 茸，云 露，朱秀香，朱 猛

(中國石化 西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

塔里木盆地是典型的疊合盆地，長期勘探實踐表明，下古生界碳酸鹽巖領域生儲蓋配置好，具有廣闊的勘探前景；古隆起、古斜坡是油氣富集的有利部位，在此認識指導下，相繼發(fā)現(xiàn)了塔河、塔中、哈拉哈塘等一批大中型海相油氣藏。2014年以來，中國石化西北油田分公司強化盆地成藏關鍵問題研究，認為在順托果勒低隆起區(qū)廣泛發(fā)育一套下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相烴源巖，與上覆的下古生界地層形成完整的生儲蓋組合；同時，多期斷裂活動為儲層發(fā)育、油氣運移聚集提供了有利條件，成藏條件優(yōu)越。在此認識指導下，發(fā)現(xiàn)了世界第一個特深斷溶體油藏——順北油氣田。但由于下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相烴源巖埋藏深，鉆井尚未揭示，因此順北油田主力烴源巖的分布仍存在爭議。本文以順北斷溶體油藏原油與地表露頭烴源巖地球化學特征對比分析為基礎，探究順北油氣藏油氣來源，進一步明確塔里木盆地主力烴源巖分布與勘探潛力。

1 油氣藏基本地質特征

1.1 勘探概況

順北油田主體位于兩隆(沙雅隆起、卡塔克隆起)、兩坳(阿瓦提坳陷、滿加爾坳陷)夾持的似“馬鞍形”順托果勒低隆起上(圖1)，是塔里木盆地發(fā)現(xiàn)的一種新的油氣藏類型——超深斷溶體油氣藏[1]。油氣藏沿走滑斷裂帶呈條帶狀展布，走滑斷裂控制碳酸鹽巖縫洞儲層形成與油氣運聚。順北地區(qū)目前落實主干走滑斷裂帶18條，其中1號、3號、5號及7號斷裂帶已獲得了油氣突破，預計2020年底可建成百萬噸產(chǎn)能陣地。

1.2 構造特征

順北地區(qū)在加里東早期拉張環(huán)境下，沉積了一套斜坡—陸棚相的玉爾吐斯組優(yōu)質烴源巖，以及厚達3 000 m的寒武系—中奧陶統(tǒng)臺地相碳酸鹽巖地層[2]。加里東中期Ⅰ幕開始，持續(xù)會聚背景下碳酸鹽巖克拉通消亡，轉變?yōu)榛旆e陸棚，沉積了巨厚泥巖地層，同時發(fā)育北東向、北東東向、北西向和近南北向4組走滑斷裂，以壓扭活動為主。志留紀—中泥盆世為克拉通內(nèi)拗陷階段，主體以海相碎屑巖沉積為特征，走滑斷裂繼承性發(fā)育，以張扭活動為主。晚泥盆世—二疊紀的克拉通周緣拗陷、內(nèi)裂陷階段，以無障壁海岸—陸棚、碳酸鹽臺地—臺緣—斜坡、河流—三角洲—潟湖沉積為特征，廣泛發(fā)育二疊系火成巖，走滑斷裂活動減弱，部分主干斷裂走滑方向反轉，走滑斷裂復雜化；三疊紀沉積期為前陸盆地沉積階段，主體發(fā)育河流、三角洲和湖泊沉積，發(fā)育數(shù)量眾多的小正斷層，與前期走滑斷裂沒有繼承性關系；侏羅紀—新近紀為前陸盆地階段，順北地區(qū)一直處于陸內(nèi)拗陷的沉積格局，持續(xù)深埋，形成北低南高的構造格局，走滑斷裂活動不明顯。

1.3 烴源巖特征

塔里木盆地寒武系—奧陶系發(fā)育中—下寒武統(tǒng)、中—下奧陶統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)3套海相烴源巖[3]。下寒武統(tǒng)烴源巖主要分布于巴楚隆起—卡塔克隆起以北的廣大地區(qū)，其中滿加爾坳陷及以東地區(qū)烴源巖發(fā)育于西大山組與西山布拉克組，順托果勒低隆起—沙雅隆起及其他地區(qū)烴源巖發(fā)育于玉爾吐斯組。中下奧陶統(tǒng)黑土凹組烴源巖主要分布于滿加爾坳陷—庫魯克塔格隆起。上奧陶統(tǒng)薩爾干組僅在阿瓦提坳陷西部、柯坪露頭等少數(shù)地區(qū)局部分布。烴源巖熱演化研究認為：下寒武統(tǒng)烴源巖具有多期、持續(xù)生烴的特點，志留紀—泥盆紀進入生油高峰期，二疊紀進入生高成熟油氣階段，新生代進入生凝析油氣—干氣階段。上奧陶統(tǒng)烴源巖海西晚期進入生油門限，喜馬拉雅期進入生油高峰期。

圖1 塔里木盆地順北油田構造位置Fig.1 Structure map and location of Shunbei Oilfield, Tarim Basin

1.4 儲集層及儲蓋組合

順北地區(qū)主要發(fā)育2類縫洞系統(tǒng)：一是受走滑斷裂體系多期活動影響的縫洞系統(tǒng)；二是順斷裂溶蝕作用形成的與走滑斷裂系統(tǒng)相關的沿斷裂帶發(fā)育的縫洞系統(tǒng)[4]。順北地區(qū)實鉆證實多數(shù)井在斷裂帶內(nèi)部主斷裂面上鉆遇放空或規(guī)模性漏失，主要儲集空間為走滑斷裂控制的洞穴、構造裂縫、沿縫溶蝕孔洞。洞穴橫向寬度較小，根據(jù)目前所有鉆遇放空斜井估算，其洞穴寬度一般小于5 m，大多數(shù)在數(shù)十厘米至2 m之間，直井一般難以直接鉆遇放空或規(guī)模性漏失；裂縫帶以構造裂縫為主，裂縫多呈高角度—近垂直狀，延伸遠，縫壁較平直，溶蝕現(xiàn)象不明顯，裂縫帶伴生少量溶蝕孔洞和孔隙。

順北地區(qū)鉆井揭示了上奧陶統(tǒng)—中下奧陶統(tǒng)優(yōu)質儲蓋組合。其儲蓋組合模式為上奧陶統(tǒng)巨厚泥巖與下伏沿斷裂帶分布的碳酸鹽巖縫洞儲集體構成的儲蓋組合。

1.5 油氣性質

順北地區(qū)斷溶體油藏主要沿斷裂帶展布，分布在中下奧陶統(tǒng)儲集層中。原油性質見表1，順北1號斷裂帶北段為揮發(fā)油，南段及順北5號、7號斷裂帶為輕質油，原油密度為0.789 3～0.859 1 g/cm3。天然氣性質見表2，甲烷含量低—中等，為42.5%～83.6%，天然氣干燥系數(shù)為0.52～0.88，為原油伴生的濕氣。

2 油氣源研究

塔里木盆地臺盆區(qū)存在中—下寒武統(tǒng)、中—下奧陶統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)3套潛在海相烴源巖[3，5，8-9]。

表1 塔里木盆地順北地區(qū)原油性質

表2 塔里木盆地順北地區(qū)天然氣烴類組成

由于順北油田所處的構造位置有利，滿加爾坳陷區(qū)中—下寒武統(tǒng)、中—下奧陶統(tǒng)、本地下部下寒武統(tǒng)及西部阿瓦提斷陷中—上奧陶統(tǒng)烴源巖均可以為該區(qū)提供油氣，但哪個層系是主力烴源巖仍不確定。本次研究在順北油田遴選了多個原油樣品，經(jīng)常規(guī)族組分分離后，進行飽和烴色譜以及飽和烴、芳烴色譜—質譜、全油及族組分碳同位素分析，對原油樣品與柯坪露頭下寒武統(tǒng)烴源巖進行了萜烷類、甾烷類、三芴系列及碳同位素組成的對比分析，并結合順北地區(qū)儲層條件，來最終確定該區(qū)的油氣來源。

2.1 油源研究

2.1.1 萜烷類生物標志化合物特征對比

萜類化合物是分布廣泛、含量較豐富的化合物，其中長鏈三環(huán)萜主要廣泛存在于未接受大量高等植物輸入的海相沉積物和所生原油中，因而部分學者提出長鏈三環(huán)萜為藻菌成因，可能來源于水生藻類有機質[6-8]，表現(xiàn)在海相烴源巖和原油中以C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢，含量高于C21三環(huán)萜烷。

順北奧陶系原油與蘇蓋特布拉克剖面下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖和孔探1井下寒武統(tǒng)西山布拉克組泥頁巖烴源巖抽提有機質的C21/C23TT(C21三環(huán)萜烷/C23三環(huán)萜烷)、伽馬蠟烷/C30藿烷指示具有較好的親緣性。在三環(huán)萜烷中，順北奧陶系原油C21/C23TT值為0.52～0.64，蘇蓋特布拉克剖面和孔探1井的寒武系烴源巖的C21/C23TT值分別為0.79和0.56，均表現(xiàn)為C23TT占絕對優(yōu)勢，形成于海相沉積環(huán)境。順北奧陶系原油伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.118，蘇蓋特布拉克剖面和孔探1井的寒武系烴源巖該值分別為0.295和0.380(圖2a，表3)，都指示其形成于咸水、還原沉積環(huán)境。

圖2 塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系原油與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖m/z 191和 m/z 217圖譜對比Fig.2 m/z 191 and m/z 217 mass chromatograms of Ordovician crude oil and -C1y source rocks in Shunbei area, Tarim Basin

表3 塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系原油與下寒武統(tǒng)烴源巖生標參數(shù)對比

2.1.2 甾烷類生物標志化合物特征對比

甾烷類化合物是常見的生物標志化合物，廣泛存在于石油中，其來源包括低等浮游水生生物、高等植物等，常用來判斷原油和烴源巖的成熟度和沉積環(huán)境特征[6-7]。順北地區(qū)奧陶系原油與下寒武統(tǒng)烴源巖甾烷系列化合物C27-C28-C29ααα20R規(guī)則甾烷均表現(xiàn)為不規(guī)則的“V”字形分布，規(guī)則甾烷相對重排甾烷占絕對優(yōu)勢(圖2b，表3)，孕甾烷含量較高，這些相同的特征，指示其都為典型的海相原油，二者具有較好的親緣性。

2.1.3 三芴系列化合物特征對比

芳烴組成中三芴系列的相對含量常用來表征生烴母質的沉積環(huán)境，硫芴含量高代表鹽湖相、海相強還原環(huán)境[9]。順北奧陶系原油芳烴組分中的硫芴化合物含量較高，分布在2.0%～32.4%，平均19.5%，氧芴化合物含量非常低，分布在0～0.76%，平均0.09%，硫芴化合物明顯占優(yōu)勢。蘇蓋特布拉克剖面和孔探1井下寒武統(tǒng)烴源巖有機質抽提物芳烴三芴化合物組成中，硫芴化合物含量占明顯優(yōu)勢，分別為15%和36.3%，氧芴化合物含量低，分別為2.06%和2.03%。順北奧陶系原油與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖三芴系列化合物組成上表現(xiàn)一致，均表現(xiàn)為氧芴含量非常低，硫芴含量占絕對優(yōu)勢，指示都形成于高鹽度的強還原沉積環(huán)境。

2.1.4 原油碳同位素組成特征對比

原油碳同位素組成繼承其母源有機質的組成，烴源巖熱演化程度差異對于同源原油穩(wěn)定碳同位素組成δ13C值差異一般不超過2‰～3‰，因此，一般認為δ13C值相差在3‰以下的是同源的[10-11]。順北地區(qū)的原油碳同位素分布在-31‰～-32.1‰，平均-31.8‰，星火1井和柯坪地區(qū)東二溝下寒武統(tǒng)烴源巖演化程度較高，抽提出的瀝青“A”碳同位素相對較重，分別為-29.65‰和-29.7‰，與原油相差1.3‰～2.4‰，具有親緣特征。另外，位于塔中地區(qū)的中深1井在寒武系阿瓦塔格組獲得原油，王招明等人[5]研究證實該油來自下部的寒武系玉爾吐斯組烴源巖。該原油的全油碳同位素為-32.8‰，與順北原油碳同位素非常接近，表明都來自同一套烴源巖。

2.2 氣源研究

順北地區(qū)奧陶系天然氣δ13C1值為-50.7‰～-44.7‰，天然氣δ13C2值為-36.1‰～-33.1‰，遠低于腐泥型和腐殖型母質來源天然氣的分界-28‰[10-11]，屬于腐泥型母質來源。順北地區(qū)奧陶系天然氣碳同位素組成偏重，干燥系數(shù)低(0.52～0.88)。戴金星[10]統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，油藏伴生氣的δ13C1值為-55‰～-40‰，據(jù)此認為，順北地區(qū)奧陶系天然氣屬于原油伴生氣，油氣同源，均來自下寒武統(tǒng)烴源巖。

3 烴源巖分布預測與生烴潛力評價

3.1 沉積相特征與相模式

塔里木盆地下寒武統(tǒng)黑色巖系可分為2類，分別是以阿克蘇地區(qū)為代表的臺地相沉積和以庫魯克塔格地區(qū)為代表的深水陸棚相—盆地相沉積。阿克蘇地區(qū)黑色巖系為玉爾吐斯組，主要巖性為頁巖、硅質巖、磷塊巖和白云巖，各種巖性均呈薄層狀或透鏡狀分布；下部以硅質巖和磷塊巖為主，上部則以泥粉晶白云巖為主。塔東北庫魯克塔格地區(qū)的西山布拉克組在地質年代上與玉爾吐斯組相近，其組成是以硅質巖為主夾少量含磷硅質巖的黑色巖系[12]，為玉爾吐斯組等時異相地層。

研究認為薄層硅質巖、頁巖等黑色巖系為深水沉積，其中黑色頁巖沉積水深大約在200～5 000 m之間，硅質巖沉積水深大約在200～2 000 m之間[13]；泥質巖代表深水陸棚相沉積[14-16],泥質灰?guī)r/瘤狀灰?guī)r代表半深水沉積物,白云巖代表較淺水深沉積物，最淺水深的為砂質鮞粒白云巖，代表高能環(huán)境，并有陸源碎屑輸入[17-18]。

孔探1井下寒武統(tǒng)西大山組(相當于阿克蘇的玉爾吐斯組)泥質巖代表深水下緩坡相沉積，星火1井巖性組合以硅質巖與黑色頁巖為主，代表了中緩坡深水相沉積。次深水為肖爾布拉克剖面，下段巖石類型以硅質巖為主，中段巖石類型以黑色頁巖為主，上段巖石類型以云灰?guī)r為主[17]。南部的舒探1井、夏河1井、方1井、和4井及中寒1井，巖石類型以含陸源碎屑的白云巖為主，沉積水體較淺，代表了潮坪相淺水沉積。基于玉爾吐斯組烴源巖在露頭剖面和鉆井的特征，推測玉爾吐斯組沉積模式為緩坡型分布模式[19](圖3)。

3.2 下寒武統(tǒng)烴源巖分布預測

盆地內(nèi)鉆遇寒武系—震旦系的鉆井統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組往往與震旦系呈現(xiàn)一種“伴生”沉積關系，即有震旦系沉積的地方往往有玉爾吐斯組沉積，反之亦然。如柯坪地區(qū)野外露頭剖面玉爾吐斯組與震旦系呈平行不整合接觸關系；盆內(nèi)星火1井鉆遇了震旦系奇格布拉克組白云巖，同時也鉆遇了玉爾吐斯組烴源巖；而卡塔克隆起中深1井、塔參1井、中深5井及巴楚隆起的瑪北1井、巴探5井等井實鉆未鉆遇玉爾吐斯組烴源巖，同時也未鉆遇震旦系奇格布拉克組的白云巖，表明玉爾吐斯組烴源巖與震旦系奇格布拉克組的白云巖在古隆起高部位表現(xiàn)為同步缺失的現(xiàn)象[17]。

圖3 塔里木盆地下寒武統(tǒng)烴源巖發(fā)育模式[19]Fig.3 Development model of Lower Cambrian source rocks in Tarim Basin

3.3 下寒武統(tǒng)烴源巖生烴潛力評價

玉爾吐斯組沉積期具有廣泛的上—中—下緩坡及深水盆地相的沉積，烴源巖分布廣，厚度在30 m左右；巖性主要是泥灰?guī)r、碳質泥巖、硅質頁巖，野外多個露頭和實鉆井分析有機碳含量高、生烴潛力大。昆蓋闊坦東溝剖面該套烴源巖厚32 m，有機碳含量在1.16%～16.50%，平均值為4.66%；昆蓋闊坦西溝剖面玉爾吐斯組黑色泥巖有機碳含量在1.16%～6.00%之間，有機碳含量大于1.0%的層段厚度約為12 m。什艾日克剖面玉爾吐斯組黑色頁巖出露厚度為19.5 m，有機碳含量最大值為11.5%。星火1井玉爾吐斯組烴源巖厚度為31 m，有機碳含量1.00%～9.43%，平均值為4.31%。孔探1井下寒武統(tǒng)西山布拉克組厚約16m，有機碳含量1.64%～33.10%，平均值為11.11%。

圖4 塔里木盆地下寒武統(tǒng)沉積相及烴源巖厚度預測[19]Fig.4 Prediction of sedimentary facies and source rock thickness of Lower Cambrian, Tarim Basin

烴源巖熱演化研究認為，玉爾吐斯組烴源巖具有長期生烴、多期供烴的特點[2]。順托果勒低隆起在“大埋深、高壓力”環(huán)境下，下寒武統(tǒng)烴源巖在燕山期以來仍處于生高成熟液態(tài)油—凝析油氣階段，其石油實際生成量和資源量遠高于傳統(tǒng)理論計算值[20]。下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖分布廣、有機碳含量高、生烴潛力大，能提供充足的油氣資源，是塔里木盆地臺盆區(qū)最主要烴源巖。

4 結論

(1)順北油田中下奧陶統(tǒng)原油為輕質—揮發(fā)性原油，天然氣為原油伴生氣，油氣同源。原油中三環(huán)萜烷表現(xiàn)為C23三環(huán)萜烷豐度優(yōu)勢，伽馬蠟烷含量低，C27-C28-C29ααα20R規(guī)則甾烷表現(xiàn)為不規(guī)則的“V”字形分布，規(guī)則甾烷相對重排甾烷含量高，原油碳同位素偏輕，與柯坪露頭及孔探1井等下寒武統(tǒng)烴源巖有很好的親緣性，該區(qū)油氣主要來源于下寒武統(tǒng)烴源巖。

(2)下寒武統(tǒng)烴源巖分布廣、有機碳含量高、生烴潛力大，是塔里木盆地臺盆區(qū)最主要烴源巖。主力烴源巖的厘定，指導形成了“立足原地烴源巖、沿深大斷裂帶尋找晚期形成的原生油氣藏”勘探方向和勘探思路，實現(xiàn)了順北油田新領域的重大突破。