車排子凸起沙灣組油氣成藏條件研究

劉 煥

（中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南南陽473132）

車排子凸起位于準噶爾盆地西北緣，為準噶爾盆地西部隆起的次一級構(gòu)造單元。 復雜的構(gòu)造運動、多樣的生排烴方式吸引眾多學者對沉積、構(gòu)造以及油氣成藏等多個領(lǐng)域開展了細致詳盡的研究工作［1-4］。 自21世紀初P2井突破以來，對車排子凸起各油區(qū)（春光油田、春風油田等）沙灣組沉積體系、油源條件及輸導體系進行了大量的研究，結(jié)果表明車排子凸起上沙灣組沉積體系主要為沖積扇-辮狀河、辮狀河-辮狀河三角洲［5-6］和沖積-河流沉積體系［7］；油氣來源主要為昌吉凹陷和四棵樹凹陷；油藏類型豐富，主要以巖性油藏為主；油質(zhì)好、埋深淺，具備較高的勘探開發(fā)價值［8-9］。但目前鉆探發(fā)現(xiàn)車排子凸起原油性質(zhì)復雜， 輕質(zhì)油外還發(fā)現(xiàn)中質(zhì)油、稠油，不同性質(zhì)油氣來源、分布規(guī)律研究還不夠深入。從勘探實踐出發(fā)，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化，對沙灣組巖性油氣藏成藏主控因素進一步分析，以對今后勘探開發(fā)起到借鑒作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

車排子凸起位于準噶爾盆地西北緣，東以紅車斷裂帶為界，與昌吉凹陷、中拐凸起相接，西面及西北面鄰近扎伊爾山，南面為四棵樹凹陷及伊林黑比爾根山［1-6］（圖1），是海西運動晚期形成的三角形繼承性凸起，軸向北西-南東。 晚石炭世-侏羅紀為強烈隆升階段，晚海西、印支和燕山構(gòu)造運動作用下，車排子凸起以垂向隆升剝蝕為主， 未沉積二疊系、三疊系，侏羅系大部分被剝蝕，只在溝谷中存在殘余地層。 白堊紀時開始緩慢沉降，東南部先沉降并接受沉積，整體表現(xiàn)為西高東低。 新生代在喜馬拉雅運動作用下，北天山向北逆沖并強烈隆升，車排子凸起向南掀斜，構(gòu)造高點逐漸北移，沉積了較厚的沙灣組、塔西河組地層，整體表現(xiàn)為北高南低的構(gòu)造特征。 車排子凸起地層由老至新分別為石炭系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，其中新近系沙灣組為主力生產(chǎn)層系，自下而上分為沙一段、沙二段和沙三段，細分為7個砂層組，在沙一段、沙二段均發(fā)現(xiàn)油氣藏。 車排子凸起構(gòu)造較為簡單，總體表現(xiàn)為東南傾的單斜，構(gòu)造圈閉相對不發(fā)育［1-2］，巖性油氣藏是主要的勘探方向。

2 油氣分布特征

車排子凸起沙灣組有輕質(zhì)油、 中質(zhì)油和稠油。輕質(zhì)油主要分布在西南部沙一段Ⅰ砂組 （N1s1Ⅰ）、Ⅱ砂組（N1s1Ⅱ），東部沙二段Ⅴ砂組（N1s2Ⅴ）、Ⅶ砂組（N1s2Ⅶ）P2-P8-CH89井區(qū)，主要為巖性油氣藏；中質(zhì)油主要分布在中部及西北部沙一段，主要為巖性、構(gòu)造油氣藏；稠油主要分布在東北部沙一段，主要為構(gòu)造-巖性、地層油氣藏（圖2）。

圖2 車排子凸起沙灣組主要砂組油藏平面分布

3 油氣成藏條件

3.1 油源及古地貌演變

油源對比表明車排子凸起不發(fā)育烴源巖，油氣來源于臨近的昌吉凹陷和四棵樹凹陷［8-10］。 烴源巖研究表明，昌吉凹陷和四棵樹凹陷主要發(fā)育有二疊系風城組、下烏爾禾組，中、下侏羅統(tǒng)、白堊系吐谷魯群和古近系安集海河組5套烴源巖層系。 昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的原油在白堊紀末期聚集成藏，形成白堊系稠油油藏，再通過斷層（喜山期形成）運移（或者通過斷層調(diào)整至厚砂體運移）至沙灣組一段形成稠油油藏，由于侏羅系烴源巖生成的輕質(zhì)油充注形成混源，使油藏中降解組分較少。 輕質(zhì)油主要來自昌吉凹陷和四棵樹凹陷侏羅系烴源巖［13］，其特征表現(xiàn)為三環(huán)萜豐度低且C19-21分布呈明顯的下降型，規(guī)則甾烷都呈“V”型或反“L”型分布，由于混有少量白堊系烴源巖生成的原油，造成伽馬蠟烷、C27規(guī)則甾烷豐度相對較高。 中質(zhì)油為侏羅系和二疊系源巖混源所致［14］。

車排子凸起為一長期隆起型構(gòu)造，自海西期經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動。 白堊紀時緩慢沉降，東南部先沉降，沉降速率0～25 m/Ma，西北部沉降速率低，構(gòu)成西高東低的古地貌格局；后南部和東部沉降速率逐漸加快［15］，凸起東南部形成三角形古隆起。 此時凸起東部因海西-燕山期強烈隆升形成紅車斷裂帶，為昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的油氣向凸起長距離運移提供通道形成白堊系油藏。 古近系沉積時，沉降中心位于南部。 新生代時在喜山運動作用下，凸起進一步向南掀斜呈北高南低，侏羅系烴源巖開始向凸起供烴形成白堊系-新近系油藏。

3.2 高效輸導體系

高效的輸導體系是車排子凸起沙灣組油氣成藏的必要條件［8-10］，毯狀厚砂、多期不整合面及斷裂系統(tǒng)構(gòu)成了油氣長距離輸導格架。

3.2.1 毯砂輸導層

沙灣組一段沉積了一套“厚層毯砂”，巖性以含礫細砂巖、細砂巖為主，砂體厚度大，約10～100 m，在研究區(qū)至臨近凹陷分布穩(wěn)定，由于地層埋深相對較淺，成巖壓實較弱。 據(jù)沙灣組63塊樣品儲層物性資料統(tǒng)計，平均孔隙度34.8%，滲透率3 567×10-3μm2，屬特高孔、高滲儲層。 其中沙一段Ⅰ砂組砂厚5～60 m（圖3），東與紅車斷裂相接，西南與四棵樹凹陷相接，是一套“高效”的油氣橫向輸導層，為沙灣組的油氣聚集提供良好的輸導條件。 “厚層毯砂”的高效橫向輸導作用是沙灣組油氣富集的關(guān)鍵因素。

圖3 車排子凸起N1s1Ⅰ砂組砂巖厚度等值線圖分布

3.2.2 不整合面輸導層

車排子凸起上具有輸導作用的4個不整合面為沙灣組底部不整合、古近系底部不整合、白堊系底部不整合和石炭系頂部不整合（圖4）。 不整合三層結(jié)構(gòu)較為明顯，不整合面之上巖石與半風化巖石滲透性好，常作為輸導層。 沙灣組底部不整合起輸導作用的主要是不整合面之上的底礫巖，集中在厚砂層尖滅以外的西北區(qū)域。 古近系底部不整合起輸導作用的是不整合面之上的砂巖， 厚度為0～20 m，輸導能力有限。 白堊系分布范圍較局限，不整合面之上的砂巖不發(fā)育，輸導能力不強。 石炭系頂不整合起輸導作用的是半風化巖石， 石炭系巖性為凝灰?guī)r，由于長期遭受剝蝕風化，在大氣淡水的淋濾作用下物性有較好的改善， 露頭和鉆井取心觀察發(fā)現(xiàn)，各層系與石炭系頂部不整合接觸區(qū)域都發(fā)現(xiàn)了油氣藏，并且在石炭系頂部不整合上下油氣顯示豐富。 利于沙灣組油氣成藏的不整合面主要有沙灣組底和石炭系頂不整合面。

圖4 車排子凸起上主要地層接觸關(guān)系

3.2.3 斷裂

車排子凸起經(jīng)歷了海西、印支、燕山以及喜山多次構(gòu)造運動，形成多條斷裂，這些斷裂對油氣成藏起重要作用， 但具有重大貢獻的斷裂主要有紅車、艾卡斷裂帶以及喜山期斷裂體系（圖1、圖6）。

紅車斷裂帶位于車排子凸起東，是分割凸起與昌吉凹陷的二級斷裂，走向近南北向轉(zhuǎn)東南向。 紅車斷裂活動期開始于晚海西末， 斷裂分為東西兩條，東斷裂在海西晚期及印支期活動最強烈，至燕山中期活動停止， 西斷裂活動期可至新近紀以后。長期活動的紅車斷裂帶為昌吉凹陷烴源巖向車排子地區(qū)輸送油氣創(chuàng)造了有利垂向運移通道。

艾卡斷裂帶位于車排子凸起南，形成于燕山運動末期。 受運動影響，車排子凸起向南推覆，在卡因迪克地區(qū)形成了一系列從侏羅系斷至古近系的斷層。 這些深部斷層斷距較小，大多數(shù)無法直接溝通烴源巖和圈閉，但可以使油氣經(jīng)斷層高效垂向運移至上部輸導層聚集形成油氣藏。

區(qū)內(nèi)發(fā)育的喜山期斷裂主要有兩期：喜山早期快速沉降，凸起受拉張力作用形成正斷層；喜山晚期地層發(fā)生扭動變形，形成一系列基底至地面斷開的張扭性正斷層。 喜山期形成的斷裂貫穿了沙灣組一段和二段砂層， 此時四棵樹-昌吉凹陷侏羅系烴源巖開始大量生排烴，斷層活動與烴源巖熱演化形成較好的時空配置，油氣垂向運移至淺層圈閉中聚集成藏；該斷裂還斷穿了侏羅系、白堊系，使得早期聚集的油氣沿著斷裂垂向運移至新近系，在沙灣組圈閉中聚集成藏。

3.3 多物源沉積體系

通過巖心觀察和大量測井、分析化驗及地震資料研究， 車排子凸起沙灣組主要發(fā)育沖積扇-曲流河-辮狀河沉積體系。 沉積物源方向為西北和東北。西北物源發(fā)育沖積扇沉積，沉積范圍有限；東北物源帶來的碎屑沉積物經(jīng)過較長距離的搬運，在中部及東南部形成大面積分布的曲流河-辮狀河沉積。

沙一段沉積時期沖積扇體系發(fā)育在西北部，主要含油砂體為中扇辮狀水道沉積；河流相沉積主要發(fā)育在東南部和中部。 沙一段Ⅰ砂組沉積時期發(fā)育沖積扇-辮狀河沉積體系， 其沉積砂體中都發(fā)現(xiàn)巖性油氣藏。 兩種巖性油氣藏受控因素不同，沖積扇砂體成藏受控于辮流水道［7］，辮狀河砂體主要在沿北東南西向展布的砂體尖滅帶上成藏。 沖積扇砂體油藏規(guī)模小，但疊置連片；辮狀河砂體油藏含油高度低，呈條帶狀展布。 沙一段Ⅱ砂組發(fā)育沖積扇-曲流河-辮狀河沉積體系， 西北部沖積扇砂體沉積范圍減小， 東北來源的河流相砂體向凸起西南遷移，凸起西南部大部分地區(qū)發(fā)育厚層連續(xù)分布的辮狀河砂體，中部發(fā)育曲流河沉積（圖4），辮狀河-曲流河沉積體系具備良好的油氣成藏條件，油氣通過河流主體的厚砂向北運移在砂體尖滅帶成藏。 曲流河沉積的側(cè)積砂壩與洪泛泥巖相配置形成條帶狀展布巖性油藏，是有利的成藏區(qū)帶。

圖5 車排子凸起N1s1Ⅱ砂組沉積相分布

沙二段沉積時期凸起上坡度變緩，主要發(fā)育沖積扇-曲流河沉積。 沙二段Ⅴ～Ⅶ砂組油氣成藏條件與沙一段Ⅱ砂組相似。 隨著北部扎伊爾山北段隆起供源，沖積扇范圍變大，曲流河發(fā)育于凸起中南部，砂體厚度減小，泥巖厚度增大，兩者之間發(fā)育顏色呈紫紅色洪泛平原泥巖沉積。 沙三段沉積時期車排子凸起上主要為西北部沖積扇沉積以及廣泛的洪泛平原泥巖沉積。

3.4 保存條件

蓋層條件是巖性油氣藏成藏的關(guān)鍵，對沙灣組巖性油氣藏起遮擋作用的為多期發(fā)育泛濫平原泥巖。 車排子凸起沙灣組頂部發(fā)育的大段泥巖分布范圍廣，可作為區(qū)域蓋層，沙灣組內(nèi)部的泥巖單層厚度2～40 m，實際鉆探中發(fā)現(xiàn)泥巖厚度大于1.7 m即可起到封堵油氣作用，這些泥巖均可作為油氣層的有效蓋層。

4 油氣成藏模式

車排子凸起為一長期繼承性隆起區(qū)，油氣來自東部和南部緊鄰的昌吉凹陷和四棵樹凹陷，為典型的源外成藏。

海西-燕山期盆地西北部造山運動導致車排子凸起強烈隆升形成紅車斷裂帶，昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的原油通過石炭系頂不整合面、斷裂向凸起運移形成白堊系油藏。 古近系-第四紀凸起快速沉降，形成一系列張性正斷層與紅車斷裂帶構(gòu)成良好的油氣運移通道，不僅利于白堊系油藏通過斷層調(diào)整在沙灣組一段形成斷層-巖性、地層稠油油藏，同時利于昌吉凹陷侏羅系烴源巖生成的油氣通過該斷裂體系調(diào)整至厚砂體橫向運移形成凸起東沙二段稀油巖性油藏，部分進入沙一段形成混源油藏（圖6a）。 四棵樹凹陷侏羅系烴源巖的油氣主要通過厚砂體、石炭系頂不整合面橫向輸導至凸起南沙一段形成稀油巖性油藏（圖6b）。

圖6 車排子凸起沙灣組巖性油藏成藏模式

5 結(jié)論

（1）車排子凸起沙灣組有輕質(zhì)油、中質(zhì)油和稠油， 輕質(zhì)油分布在西南部沙一段和東部沙二段，沙一段輕質(zhì)油來自四棵樹凹陷侏羅系烴源巖，沙二段輕質(zhì)油來自昌吉凹陷侏羅系烴源巖；稠油主要分布在東北部沙一段， 來自昌吉凹陷二疊系烴源巖，中質(zhì)油分布在中部及西北部沙一段，為兩者混源的巖性、構(gòu)造油氣藏。

（2）車排子凸起不具備生烴能力，距供烴凹陷遠，毯狀厚砂、多期不整合面及斷裂系統(tǒng)構(gòu)成的油氣長距離輸導格架是形成油藏的必要條件，東北物源形成的曲流河側(cè)積砂壩易形成巖性圈閉，廣泛分布的泥巖有效地封堵了油氣。

（3）昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的油氣通過石炭系頂不整合面、 斷裂向凸起運移形成白堊系油藏， 后期在斷層調(diào)整下進入沙灣組一段形成斷層-巖性、地層油藏，侏羅系烴源巖通過斷裂體系和厚砂體長距離運移至凸起東形成沙二段稀油巖性油藏；四棵樹凹陷侏羅系烴源巖的油氣主要通過厚砂體、石炭系頂不整合面輸導至凸起西南沙一段形成稀油巖性油藏。