河套盆地厚層砂礫巖油藏特征及成藏主控因素：以臨河坳陷吉華2X油藏為例

王會(huì)來，孫瑞娜，張銳鋒，劉喜恒，劉 靜，田思思，肖錦霞

(中國石油華北油田公司,河北 任丘 062552)

0 引 言

河套盆地是在前寒武系變質(zhì)巖、花崗巖及石英巖基底上發(fā)育的中-新生代斷陷盆地，前人對(duì)河套盆地油氣成藏條件開展了大量研究工作，主要對(duì)盆地?zé)N源巖質(zhì)量、沉積儲(chǔ)層特征和蓋層條件等進(jìn)行了分析[1-5]，油氣成藏控制因素研究主要集中在東部斜坡帶，指導(dǎo)鉆探多口井在白堊系和古近系見到油氣顯示，但歷經(jīng)40年勘探久攻不克。仍然面臨著油氣成藏主控因素和富集規(guī)律不清、有利區(qū)帶與突破口選擇難等一系列挑戰(zhàn)和困難。

油氣成藏是油氣地質(zhì)學(xué)研究的核心，目前形成了包括含油氣系統(tǒng)、成藏年代學(xué)、成藏動(dòng)力學(xué)等理論和方法[6-10]。前人主要對(duì)河套盆地成藏靜態(tài)要素進(jìn)行分析，對(duì)油氣生成、運(yùn)移和聚集動(dòng)態(tài)過程研究較為薄弱。

近年來，在河套盆地臨河坳陷西部的吉蘭泰構(gòu)造帶，依托重-磁-電-震等資料，精細(xì)開展構(gòu)造解釋和目標(biāo)落實(shí)工作，構(gòu)建陡帶順向斷鼻成藏模式，部署鉆探吉華2X等多口探井，發(fā)現(xiàn)下白堊統(tǒng)固陽組-古近系臨河組巨厚砂礫巖油藏，油藏富集程度高，開發(fā)效果好。本文在對(duì)吉華2X油藏成藏條件、基本特征分析基礎(chǔ)上，對(duì)油氣成藏期次、構(gòu)造演化特征等動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行分析，深入探討了其形成與富集的主控因素，對(duì)河套盆地富集油藏的持續(xù)發(fā)現(xiàn)，確保儲(chǔ)量增長(zhǎng)具有重要的指導(dǎo)作用，對(duì)其他盆地類似油藏的勘探具有很好的借鑒意義。

1 地質(zhì)概況

河套盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，北鄰陰山山脈，南接鄂爾多斯高原，西南與賀蘭山，桌子山毗鄰。盆地東西長(zhǎng)約600 km，南北寬30～90 km，面積3.84×104km2。

河套盆地勘探始于1977年，經(jīng)歷了石油普查(1977-1987年)、油氣探索(2004-2017年)、油氣勘探快速突破(2017年至今)等3個(gè)階段[11-13]，截至2019年12月底共完鉆探井47口，15口井獲高產(chǎn)和工業(yè)油流。

2017年以來按照整體把握、系統(tǒng)梳理、重點(diǎn)突破的勘探思路，鎖定臨河坳陷西部吉蘭泰構(gòu)造帶為首選突破區(qū)(圖1)。首鉆吉華2X井在臨二段、臨三段砂礫巖儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)油層157 m，試油獲12.8 m3/d工業(yè)油流。為落實(shí)下部固陽組含油氣情況，吉華4X井在固陽組發(fā)現(xiàn)油層185 m，試油獲201.9 m3/d高產(chǎn)油流，實(shí)現(xiàn)河套盆地勘探突破。吉華2X油藏內(nèi)吉華2-4X井累計(jì)鉆遇I、Ⅱ類油層791 m，創(chuàng)造國內(nèi)碎屑巖最大油層厚度記錄。

圖1 河套盆地臨河坳陷地理位置及構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Location and distribution of structural units in the Linhe Depression, Hetao Basin

2 吉華2X油藏地質(zhì)特征

2.1 圈閉特征

吉華2X油藏位于河套盆地臨河坳陷吉蘭泰構(gòu)造帶東翼，狼山分支斷層下降盤。狼山分支斷層為繼承性發(fā)育的大斷層，屬于板式正斷層，斷距為1 000～1 500 m。不同于逆牽引背斜圈閉，吉華2X構(gòu)造是由于狼山分支斷層分段性和差異活動(dòng)，在下降盤形成橫向褶皺(橫向背斜)構(gòu)造樣式，其兩側(cè)斷裂沉降速度快，軸部較慢，逐漸形成橫向背斜。吉華2X構(gòu)造固陽組圈閉面積8.5 km2，構(gòu)造幅度600 m，頂面埋藏深度2 000～2 600 m,臨河組圈閉面積8 km2，構(gòu)造幅度350 m，頂面埋藏深度1 000～1 500 m，具有埋藏淺、幅度大、面積大的特點(diǎn)。構(gòu)造上次級(jí)斷層發(fā)育，走向?yàn)镹E向，斷距30～60 m，長(zhǎng)度2～5 km，對(duì)圈閉具有分割作用(圖2)。

圖2 吉華2X油藏固一段II油組頂面構(gòu)造圖Fig.2 Top structural map of K1g1 II of the Jihua-2X reservoir

2.2 儲(chǔ)蓋特征

吉華2X構(gòu)造油層主要分布在古近系臨河組和白堊系固陽組，為巨厚砂礫巖、含礫砂巖夾薄層泥巖，單層厚度普遍為50～140 m，砂地比大于80%。固一段上部泥巖發(fā)育，單層厚度20～30 m，與下部厚層砂礫巖形成有效儲(chǔ)蓋組合。臨河組泥巖欠發(fā)育，累計(jì)厚度61 m/5層，單層厚度僅為5～15 m，橫向分布穩(wěn)定，井間對(duì)比性強(qiáng)，形成特有的儲(chǔ)蓋組合(圖3)。

圖3 吉華2-4X井古近系-白堊系綜合柱狀圖Fig.3 Integrated column diagram of the Paleogene and Cretaceous strata, well Jihua 2-4X

古近系-白堊系物源來自西部陡帶，具有近源堆積的特點(diǎn)，為扇三角洲前緣沉積。砂礫成分以石英、長(zhǎng)石為主，巖屑都以變質(zhì)巖為主，占6%～20%。分選中等-差，磨圓度次棱-次圓狀，顆粒接觸關(guān)系主要為點(diǎn)式，孔隙類型都以粒間孔、粒內(nèi)破碎孔為主。

物性較好的儲(chǔ)層主要分布在吉華2X構(gòu)造核部，與沉積相的分布相吻合，表現(xiàn)為扇主體部位，分流河道發(fā)育，砂礫巖分選性好，孔隙度11.6%～19.8%，平均為14.9%，滲透率1.94×10-3～243×10-3μm2，平均為4.59×10-3μm2；而向扇體側(cè)翼分流河道數(shù)量減少，儲(chǔ)層物性變差，孔隙度6.4%～14.7%，平均為11%，滲透率0.04×10-3～54.5×10-3μm2，平均為14×10-3μm2。

2.3 油層分布特征

吉華2X油藏是一個(gè)構(gòu)造層狀油藏，油氣縱向上分布在E3l1、E3l2、E3l3、K1g1I油組和K1g1II油組，油層單層厚度2～103 m，吉華2-4X井鉆遇最大油層厚度791 m，為國內(nèi)油層厚度最大的碎屑巖油藏(圖4)。

圖4 吉華2X區(qū)塊油藏剖面圖Fig.4 Oil reservoir profile in the Jihua-2X block

K1g1II油組具有面積大、充滿度高、油層厚、油水關(guān)系簡(jiǎn)單、油質(zhì)相對(duì)較好的特點(diǎn)。該油組具有統(tǒng)一的油水系統(tǒng)，油層單層厚度為20～103 m，平均鉆遇油層厚度76.6 m，含油面積8.5 km2，油藏充滿度100%，測(cè)試單層產(chǎn)量為14.6～301.8 m3/d，原油密度平均0.84 g/cm3，黏度11.8 MPa·s，這可能與固一段上部蓋層發(fā)育有關(guān)。

相對(duì)于K1g1II油組，K1g1I油組油層厚度薄，平均鉆遇油層厚度16 m，含油面積3.4 km2，油藏充滿程度為45%；臨河組E3l1、E3l2、E3l3各層段平均鉆遇油層厚度37.3～89.3 m，含油面積0.3～1.8 km2,油藏充滿程度為4%～25%，自下而上逐漸減小。臨河組油水關(guān)系復(fù)雜，構(gòu)造內(nèi)部被小斷層切割成若干塊，不同斷塊具有不同的油水界面，同一斷塊不同油組為不同油水系統(tǒng)。臨河組蓋層厚度薄導(dǎo)致原油性質(zhì)較差，原油密度0.86～0.94 m3/d，黏度19.3～215.4 MPa·s。

吉華2X油藏油層厚度大、豐度高，探明地質(zhì)儲(chǔ)量3 622萬噸，具有較好的開發(fā)效益，2018年12月—2020年5月累計(jì)生產(chǎn)原油7.4萬噸。

3 成藏主控因素

3.1 洼槽區(qū)固陽組高排烴動(dòng)力的成熟烴源巖是形成富集油藏的必要條件

臨河坳陷主要發(fā)育下白堊統(tǒng)固一段和漸新統(tǒng)臨三段2套有效的烴源巖層系(圖5)。受沉積中心遷移影響，臨三段烴源巖主要分布在臨河坳陷北部，隆1井深灰色泥巖TOC平均值為1.34%，最大值為5.1%；生烴潛量平均值為6.55 mg/g，最大值為39.72 mg/g；總烴平均值為0.092%，最大值為0.199%；氯仿瀝青“A”平均值為0.246 1%，最大值為0.565 6%；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ-Ⅱ1型為主，綜合評(píng)價(jià)為好烴源巖。固一段烴源巖主要分布在坳陷中部，JHZK9井固陽組深灰色泥巖的總有機(jī)碳含量(TOC)平均值為1.33%，最大值為4.08%；生烴潛量平均值為6.86 mg/g，最大值為24.2 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1-Ⅱ2，評(píng)價(jià)為中等-好烴源巖(表1)。目前已鉆井均位于濱淺湖相帶，推測(cè)臨河坳陷的深湖-半深湖相帶發(fā)育高豐度的優(yōu)質(zhì)烴源巖，生烴條件要好于濱淺湖相帶。

圖5 河套盆地臨三段、固一段烴源巖等厚圖Fig.5 Contour map of the E3l3 and K1g1 source rocks in the Hetao Basin

表1 臨河坳陷下白堊統(tǒng)固一段烴源巖綜合評(píng)價(jià)表

吉華2X構(gòu)造緊鄰淖西洼槽，油源條件有利。通過原油與烴源巖生物標(biāo)志化合物的對(duì)比分析表明，吉華2X油藏原油來自固一段烴源巖。原油低姥植比(Pr/Ph<0.5)、伽馬蠟烷含量高、反映強(qiáng)還原咸化湖盆沉積環(huán)境；孕甾烷高，膽甾烷優(yōu)勢(shì)，β胡蘿卜烷含量低的，與吉華18X井固一段暗色泥巖生標(biāo)特征相似；重排甾烷高，說明油源來自洼槽區(qū)固一段成熟烴源巖(圖6)。

圖6 臨河坳陷原油及烴源巖生物標(biāo)志化合物特征Fig.6 Biomarker characteristics of crude oil and source rocks in the Linhe Depression

3.2 繼承性鼻狀構(gòu)造與厚層砂體有效配置是形成富集油藏的保障

鄰近生油中心的鼻狀構(gòu)造處于油氣運(yùn)移的低勢(shì)區(qū)，油氣沿著脊線運(yùn)移，在構(gòu)造高部位的圈閉中聚集成藏。鼻狀構(gòu)造能否成為油氣運(yùn)移有利指向區(qū)和聚集區(qū)取決于構(gòu)造的形成時(shí)間以及構(gòu)造與砂體的配置關(guān)系。

流體包裹體數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，吉華2X油藏具有兩期充注的特點(diǎn)，第一期充注包裹體主峰溫度為110～115 ℃，對(duì)應(yīng)新近紀(jì)上新世(2.1 Ma)持續(xù)埋藏階段，第二期充注包裹體主峰溫度為95～100 ℃，對(duì)應(yīng)第四紀(jì)(1.1 Ma)構(gòu)造反轉(zhuǎn)抬升階段。

吉華2X構(gòu)造形成時(shí)間早，白堊系固陽組沉積時(shí)期(145.5 Ma)，由于狼山分支斷層差異活動(dòng)，在斷層下降盤形成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的橫向背斜。古近系-新近系沉積時(shí)期，橫向背斜繼承性發(fā)育。伴隨新近紀(jì)末構(gòu)造反轉(zhuǎn)，地層整體向南掀斜，局部調(diào)整改造，形成現(xiàn)今統(tǒng)一的鼻狀構(gòu)造形態(tài)(圖7)。吉華2X構(gòu)造形成時(shí)間早于固一段烴源巖生排烴時(shí)期(上新世-第四紀(jì))，油氣成藏時(shí)間配置關(guān)系好。

圖7 狼山分支斷層下降盤構(gòu)造演化剖面圖(剖面位置見圖8)Fig.7 Tectonic evolution profile in the downthrown block of Langshan branch fault (profile location in Fig.8)

吉華2X構(gòu)造軸部狼山分支斷裂沉降速度慢，在上升盤形成繼承性物源通道。因此，在構(gòu)造主體部位扇三角洲分流河道砂體厚度大，砂地比極高(大于80%)，儲(chǔ)層物性好，為油氣富集成藏提供了良好的儲(chǔ)集空間(圖8)。由于吉華2X構(gòu)造兩翼斷裂強(qiáng)烈沉降，從而形成獨(dú)特的構(gòu)造形態(tài)和砂體展布特征，砂體與構(gòu)造的有效配置控制油氣運(yùn)移方向[14-15]。

圖8 吉蘭泰構(gòu)造帶固陽組沉積相圖Fig.8 Guyang Formation sedimentary facies in the Jilantai tectonic belt

3.3 發(fā)育優(yōu)質(zhì)的運(yùn)移通道是實(shí)現(xiàn)縱向多層系油氣富集的關(guān)鍵

油氣運(yùn)移通道是溝通圈閉和油源的橋梁，然而，具有運(yùn)移通道并不一定形成油氣富集。高效輸導(dǎo)體系是油氣富集成藏的重要條件[16-17]。吉華2X井構(gòu)造主要發(fā)育鼻狀背景下厚層扇三角洲砂體、持續(xù)活動(dòng)油源斷層構(gòu)成該地區(qū)重要的油氣運(yùn)移通道，控制形成固一段自生自儲(chǔ)和臨河組下生上儲(chǔ)油藏。

吉華2X構(gòu)造固一段扇三角洲砂體分布穩(wěn)定、厚度大，向洼槽區(qū)成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度增加，側(cè)向與固一段優(yōu)質(zhì)烴源巖側(cè)向?qū)印Ｐ陆党练e時(shí)期，淖西洼槽區(qū)固一段優(yōu)質(zhì)烴源巖生成的充足油氣優(yōu)先通過鼻狀構(gòu)造-砂體輸導(dǎo)脊進(jìn)行橫向運(yùn)移，在構(gòu)造高部位富集成藏。固一段上部泥巖發(fā)育，提供了良好的蓋層條件，形成自生自儲(chǔ)式油藏。該類成藏組合形成條件比較簡(jiǎn)單，在生油區(qū)內(nèi)只要有儲(chǔ)層和圈閉就有油，雖然經(jīng)歷了后期的調(diào)整改造，仍然形成較高油氣富集程度(圖9)。

吉華2X構(gòu)造臨河組成藏與狼山分支斷層緊密相關(guān)。新近紀(jì)末-第四紀(jì)，狼山分支斷層持續(xù)活動(dòng)，溝通下部固一段油藏，油氣沿?cái)鄬舆M(jìn)行垂向運(yùn)移。狼山分支斷層下降盤臨河組儲(chǔ)層單層厚度大(50～140 m)、砂地比高(大于80%)，側(cè)向與太古界變質(zhì)巖潛山對(duì)接，油氣在浮力作用下優(yōu)先向儲(chǔ)集條件好的臨河組進(jìn)行充注，形成下生上儲(chǔ)式油藏。該組合具有含油井段長(zhǎng)、圈閉充滿程度低的特點(diǎn)，靠近狼山分支斷層位置油層厚度大，遠(yuǎn)離斷層位置油氣厚度薄(圖9)。

4 結(jié) 論

(1)河套盆地西部陡帶吉華2X油藏形成具有3個(gè)主要控制因素，即洼槽區(qū)固陽組高排烴動(dòng)力的成熟烴源巖、砂地比極高的扇三角洲相儲(chǔ)集體配套繼承性發(fā)育鼻狀構(gòu)造、暢通無阻的運(yùn)聚通道。成藏主控因素分析揭示了河套盆地古近系-白堊系油氣富集規(guī)律，有效指導(dǎo)了該盆地潛力區(qū)帶優(yōu)選與富集油藏的發(fā)現(xiàn)。

(2)吉華2X油藏的發(fā)現(xiàn)堅(jiān)定了在河套盆地尋找富集油藏的信心。河套盆地發(fā)育古近系和白堊系兩套廣覆式分布的咸化烴源巖，環(huán)洼正向構(gòu)造帶繼承性發(fā)育，為油氣運(yùn)聚有利區(qū)，晚期斷裂活動(dòng)有利于油氣復(fù)式聚集，勘探前景廣闊。