羌塘盆地昂達爾錯古油藏油氣來源及成藏模式

彭清華， 杜佰偉， 謝尚克

(1.中國地質調查局應用地質研究中心， 成都 610036； 2. 中國地質調查局成都地質調查中心， 成都 610081)

羌塘盆地是中國內陸油氣勘探程度最低的含油氣沉積盆地[1]，具備良好生、儲、蓋石油地質條件[2-3]，前人研究認為羌塘盆地是青藏地區(qū)具有巨大油氣資源潛力和較好勘探前景的盆地[4-5]，是中國內陸油氣勘探新區(qū)中最有希望取得勘探突破的重要目標[6]，有望成為中國西部油氣資源戰(zhàn)略接替區(qū)[7]。盆內油氣顯示點達210余處，其中昂達爾錯古油藏規(guī)模最大[8]。學者主要對昂達爾錯古油藏的沉積與構造進行了大量的分析，周文等[9]、趙政璋等[10]探討了昂達爾錯古油藏形成和破壞機制，計算了油砂礦資源量；李啟來等[11]對隆鄂尼-昂達爾錯古油藏帶的白云巖儲層特征進行了研究，分析了不同古油藏區(qū)的儲層潛力；劉建清等[12]與陳文彬等[13]對昂達爾錯古油藏白云巖儲層沉積特征與成因進行了研究，認為改古油藏白云巖為混合水交代成因。油源方面，王成善等[8]與伍新和等[14]對昂達爾錯古油藏分布、構造、沉積、油氣、有機地化等特征進行了分析，認為古油藏油源為下侏羅統(tǒng)曲色組油頁巖；秦建中[15]和南征兵等[16]認為古油藏油氣來源于上侏羅統(tǒng)索瓦組和中侏羅統(tǒng)夏里組地層；汪雙清等[17]認為油源為混源，上三疊統(tǒng)肖茶卡組地層是其主力烴源巖之一。油氣充注方面，王成善等[8]認為羌塘盆地在晚侏羅-早白堊期和新近系至今發(fā)生了兩次生排烴過程，昂達爾錯古油藏是初次生油的產物；李俊威等[18]認為昂達爾錯地區(qū)在晚侏羅-早白堊期存在兩期較大規(guī)模的油氣充注，古油藏主要形成于第二次油氣充注；夏國清等[19]提出該古油藏存在四期油充填和一期氣充填。油源對比是油氣地球化學研究領域的核心內容之一[20]，盡管前人對羌塘盆地昂達爾錯古油藏進行了大量有益探討，但油源缺乏系統(tǒng)深入研究，長期以來存在較大爭議，成為制約該區(qū)油氣成藏理論認識的關鍵油氣地質問題，在一定程度上影響了該區(qū)油氣勘探。

現借鑒前人研究成果[21]，以飽和烴色譜-質譜、單體烴碳同位素和流體包裹體等測試數據分析為基礎，通過生物標志化合物和流體包裹體研究，結合盆地模擬分析，第一次全面系統(tǒng)地對羌塘盆地昂達爾錯古油藏油苗和可能的烴源巖生物標志化合物參數特征進行對比分析，研究羌塘盆地昂達爾錯古油藏的油源，分析油氣成藏條件，明確成藏組合方式和油氣大規(guī)模充注期次，劃分油氣成藏階段，探討成藏模式，旨在為羌塘盆地油氣勘探提供新的依據。

1 地質概況

羌塘盆地位于青藏高原北部，大地構造上被可可西里-金沙江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶所圍限[22]，盆地面積約18.5萬km2，該盆地整體呈現東西長、南北窄的特征，總體為近東西向展布，是被相關地質學者公認的西藏地區(qū)面積最大的中生代海相含油氣沉積盆地[23-25]。羌塘盆地內構造較為復雜，自北向南總體上可將其劃分為北羌塘坳陷、中央隆起帶和南羌塘坳陷(圖1)[26-28]。

研究區(qū)構造上位于羌塘盆地南羌塘凹陷中北部，中央隆起帶以南，主要沉積了下侏羅統(tǒng)(曲色組)、中侏羅統(tǒng)(色哇組、莎巧木組、布曲組、夏里組)和上侏羅統(tǒng)(索瓦組)等海相沉積地層(圖1)。下侏羅統(tǒng)曲色組(J1q)為一套碎屑巖組合，巖性主要為黑色頁巖和灰-灰黑色粉砂質頁巖，夾少量灰色薄層狀粉砂巖、砂巖和泥灰?guī)r；中侏羅統(tǒng)色哇組(J2s)主要沉積了一套灰-灰黑色粉砂質頁巖、粉砂巖和泥巖，并夾少量泥灰?guī)r；中侏羅統(tǒng)布曲組(J2b)巖石類型主要為灰色泥晶灰?guī)r和少量生屑、砂屑灰?guī)r，偶夾極少量灰色粉砂巖。中侏羅統(tǒng)莎巧木組(J2sq)為一套細粒碎屑巖，主要為粉砂質泥、粉砂巖和細粒砂巖。中侏羅統(tǒng)夏里組(J2x)為一套雜色極細碎屑巖，主要為泥頁巖和粉砂巖。上侏羅統(tǒng)索瓦組(J3s)為一套以碳酸鹽巖為主夾碎屑巖的巖石組合；中上侏羅統(tǒng)地層巖性具有“三砂夾兩灰”特征[27,30]。

圖1 羌塘盆地昂達爾錯古油藏構造位置及區(qū)域地層柱狀圖[26,29]Fig.1 Structure position and stratigraphic column map of Angdarco paleo-reservoir in Qiangtang Basin[26,29]

2 樣品采集與分析方法

系統(tǒng)采集了10件烴源巖樣品、6件古油藏油苗樣品進行生物標志化合物測試分析，10件含油白云巖樣品進行包裹體測試分析。采集的烴源巖樣品巖性主要為油頁巖(3件)、泥灰?guī)r(3件)和泥巖(4件)，分別采自下侏羅統(tǒng)曲色組、中侏羅統(tǒng)布曲組和夏里組地層(圖2)。古油藏油苗和包裹體樣品為中侏羅統(tǒng)布曲組油砂(含油白云巖)。為了降低地表污染，盡量采集新鮮巖石樣品，采樣后立即用塑料樣品袋封存。在樣品采集過程中，為了減少地表有機質對樣品影響，均剝去巖石風化表層采集新鮮的樣品，采集后立即用密封袋編號封存。

圖2 昂達爾錯油苗與主要烴源露頭特征Fig.2 The outcrop characteristics of main source rocks and oil seepages in Angdarco area

樣品的生物標志化合物樣品先被粉碎到小于200目，并進行抽提，把飽和烴、芳烴從抽提物中分離出來，再使用中國石油大學(北京)重質油國家重點實驗的Agilent7890-5975c氣相色譜質譜聯儀進行測試分析，并嚴格按照《氣相色譜質譜法測定沉積物和原油中生物標志化合物》測試標準執(zhí)行；飽和烴的色譜分析的載氣為99.999%氦氣，流速為1 mL/min，進樣口溫度為300 ℃，傳輸線溫度300 ℃，色譜柱為HP-5MS彈性石英毛細柱(60 m×0.25 mm× 0.25 μm)，柱溫：初溫50 ℃，1 min; 20 ℃/min升溫至120 ℃，以4 ℃/min升至250 ℃，再以3 ℃/min升至310 ℃保持30 min。芳香烴色譜分析的載氣為 99.999%氦氣，進樣口溫度為290 ℃，傳輸線溫度250 ℃，色譜柱為HP-5MS彈性石英毛細柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，升溫程序：50 ℃保持1 min，再以15 ℃/min升至120 ℃，以3 ℃/min升至300 ℃，保持25 min；載氣流速：1 mL/min。質譜EI源，絕對電壓1 047 V，全掃描。流體包裹體樣品的顯微測溫、測鹽使用的是THMS600G自動冷熱臺，分析精度±0.1 ℃；樣品先進行磨片和雙面拋光，制備成流體包裹體薄片，流體包裹體顯微熒光光譜測試使用的儀器為Maya 2000 Pro，運用Yuanao顯微光譜分析軟件完成光譜數據分析及成圖；所有包裹體測試分析均在中國地質大學(武漢)構造與油氣資源教育部重點實驗室完成。

3 油源分析

盡管生物標志化合物的組成受多方面因素控制，并且在演化過程中會受到水洗和生物降解等作用的影響，但古油藏和母源的標志性生物參數特征必然會存在某種程度的可對比性。因此，為了保證油源對比的科學和有效性，選擇了具有較好指示意義的特征性生標參數進行多因素油源對比分析。

羌塘盆地昂達爾錯古油藏油苗與該區(qū)主要烴源巖生物標志化合物圖譜表明，油苗與下侏羅統(tǒng)曲色組烴源巖規(guī)則甾烷ααα20RC27-C28-C29具有相似的“V”字形分布形式，C27、C29規(guī)則甾烷的相對含量明顯高于C28規(guī)則甾烷；而夏里組烴源巖的C27規(guī)則甾烷含量明顯高于C28、C29規(guī)則甾烷，整體呈現“L”字形分布形式；圖譜綜合顯示，油苗與下侏羅統(tǒng)曲色組烴源巖圖譜具有較明顯的相似性，均以C30藿烷、Ts(18α,-22，29，30-三降藿烷)含量相對較高和C28、Tm(17α,-22，29，30-三降藿烷)含量較低為特征[圖3(a)、圖3(b)、圖3(g)、圖3(h)]，而與中侏羅統(tǒng)布曲組和夏里組烴源巖存在明顯的差異[圖3(c)、圖3(d)、圖3(e)、圖3(f)]。

圖3 昂達爾錯油苗與主要烴源巖色譜質譜圖Fig.3 Mass chromatogram of saturated hydrocarbons for main source rocks and oil seepages in Angdarco area

羌塘盆地昂達爾錯古油藏油苗與烴源巖ααα-C2920s/(20s+20R)-C29ββ/(αα+ββ)相關性、Pr/nC17-Ph/nC18(Pr為姥鮫烷，Ph為植烷，n為正構)相關性、C27/C29-姥鮫烷/植烷相關性和伽馬蠟烷/C30藿烷-Ts/Tm相關性(圖4)表明，昂達爾錯油苗與下侏羅統(tǒng)曲色組烴源巖特征相似，而與中侏羅統(tǒng)布曲組和夏里組烴源巖特征存在明顯差異。

圖4 昂達爾錯油苗與烴源巖生物標志化合物參數對比圖Fig.4 Correlation diagram of biomarker parameters for source rocks and oil seepages in Angdarco area

中侏羅統(tǒng)布曲組烴源巖單體烴碳同位素分布在-34.761‰～-28.725‰，并隨單體烴碳數由低到高變化，單體烴同位素具有由低-高-低分布的趨勢，變化幅度明顯大于夏里組、曲色組可能烴源巖和含油白云巖；夏里組烴源巖單體烴同位素分布在-32.928‰～-29.966‰，各碳數同位素含量相對穩(wěn)定，普遍相對較低，明顯低于曲色組可能烴源巖和含油白云巖。下侏羅統(tǒng)曲色組油頁巖單體烴碳同位素不僅與含油白云巖原油一樣在C27、C30處具有碳同位素偏重的特征，同時其單體烴同位素與含油白云巖原油具有相似的變化趨勢，體現出兩者具有親緣性(圖5)。

圖5 昂達爾錯古油藏油苗與烴源巖單體烴碳同位素對比圖Fig.5 Correlation diagram of individual hydrocarbon isotopic for oil seepages in Angdarco paleo-reservoir

綜上油源對比分析結果，認為羌塘盆地昂達爾錯地區(qū)古油藏的油源為下侏羅統(tǒng)曲色組烴源巖。

4 成藏期次分析

4.1 油包裹體熒光特征

究表明油包裹體的熒光顏色由紅-橙-黃-綠，再到藍白色的變化反映了有機質向高成熟度的演化過程[31-33]。對羌塘盆地昂達爾錯地區(qū)含油白云巖樣品進行了流體包裹體熒光分析，如圖6所示。結果表明，樣品中主要檢測到鹽水、含烴鹽水和油包裹體等三類，包裹體主要分布于晶間孔、溶蝕孔、裂縫內充填的方解石和白云石中。流體包裹體大小3～18 μm，多集中在6～10 μm，平均為7 μm；包裹體形態(tài)不規(guī)則，規(guī)則形態(tài)主要有次圓狀、長條形等，以次圓狀和不規(guī)則形為主。氣液比為0.04～0.15，多集中在0.06～0.10，平均0.08。研究區(qū)中侏羅統(tǒng)布曲組儲集層中主要捕獲了發(fā)藍色[圖6(b)]油包裹體，熒光光譜主峰為450～470 nm；以及黃綠色[圖6(e)]的油包裹體，熒光光譜主峰為490～510 nm。

圖6 昂達爾錯古油藏油包裹體顯微特征(×100)及熒光光譜Fig.6 Characteristics of micro-beam and fluorescent spectrums of oil inclusions in Angdarco paleo-reservoir(×100)

流體包裹體均一溫度統(tǒng)計分析表明，羌塘盆地昂達爾錯地區(qū)中侏羅統(tǒng)布曲組至少存在4期熱流體活動，其均一溫度依次為：第一期熱流體的均一溫度為90～100 ℃，主峰溫度為90～95 ℃；第二期熱流體的均一溫度為110～140 ℃，主峰溫度為120～135 ℃；第三期熱流體的均一溫度為140～165 ℃，主峰溫度為140～155 ℃；第四期熱流體的均一溫度為165～195 ℃，主峰溫度為170～190 ℃[圖7(a)]，其中從第一、二和四期熱流體中均發(fā)現了同期的含烴包裹體和氣單相包裹體，從而反映了一、二和四期存在油氣充注事件。昂達爾錯古油藏至少存在3期油氣充注，其均一溫度依次為：第一期熱流體的均一溫度為70～105 ℃，主峰溫度為85～100 ℃，發(fā)生了小規(guī)模的油氣充注；第二期熱流體的均一溫度為105～160 ℃，主峰溫度為125～140 ℃，為大規(guī)模油氣生成期；第三期熱流體的均一溫度為165～190 ℃，主峰溫度為175～190 ℃，主要為含烴鹽水[圖7(b)]。綜合分析認為，研究區(qū)整體發(fā)育三期油氣充注，第1、2期為油充注，第3期為氣充注，第2期為油氣的充注高峰。

圖7 昂達爾錯地區(qū)布曲組儲集層流體包裹體均一溫度統(tǒng)計直方圖Fig.7 The statistical histogram of homogenization temperature of fluid inclusions for Buqu Formation reservoirs in Angdarco area

4.2 油氣成藏期次分析

將羌塘盆地昂達爾錯古油藏各期次的流體包裹體均一溫度數據投到該區(qū)的埋藏史圖中(含古地溫數據)，就可劃分確定不同期烴類的成藏期次[26-31]，結合前人對研究區(qū)生烴期、構造圈閉形成及破壞調整時期的研究成果[19,34]，綜合研究認為羌塘盆地昂達爾錯地區(qū)布曲組地層油氣充注存在3個歷史階段(圖8)。

圖8 南羌塘坳陷埋藏史與昂達爾錯古油藏油氣充注期次[19,34]Fig.8 Burial history and oil-gas accumulation stages of Angdarco paleo-reservoir, southern Qiangtang depression[19,34]

一期為中-高成熟生油、少量充注階段，主要是晚侏羅世中晚期(151.6～158.7 Ma)，該時期主要發(fā)育大量鹽水和液態(tài)烴包裹體，油包裹體較少見，均一溫度主峰為85～100 ℃。二期為油氣大規(guī)模充注階段，主要是早白堊世早期(142.3～143.9 Ma)，該期油氣大量生成，同期也發(fā)育了大量被捕獲的油氣包裹體，該期包裹體主要為液態(tài)烴單相、氣-液兩相形式存在，流體包裹體的主峰溫度為125～140 ℃。三期為天然氣充注階段，主要是中新世中期(12.5～16.6 Ma)，該時期區(qū)內烴源巖的有機質已基本處于高-過成熟演化階段，主要為生成天然氣階段，該期的包裹體以氣態(tài)單相、氣-液兩相為主，均一溫度主峰為175～190 ℃。

5 成藏模式探討

在油源對比分析基礎上，結合前人油源研究成果[8，10，23-25]，認為羌塘盆地下侏羅統(tǒng)曲色組頁巖(累計厚度達171.89 m)為昂達爾錯古油藏油源，儲集層為中侏羅統(tǒng)布曲組砂屑灰?guī)r、白云巖(累計厚度大于50.84 m)，蓋層為布曲組厚度大于100 m的泥晶灰?guī)r；晚侏羅世末-早白堊世早期構造運動形成了大量斷裂，為油氣運移提供了良好通道，構成正常的“下生上儲”式成藏組合[圖9(a)]。

晚侏羅-早白堊時期，羌塘盆地處于萎縮消亡階段[35]，同時發(fā)生了規(guī)模的擠壓運動，造就了大量的中生代褶皺構造。成藏期次研究表明，該區(qū)發(fā)生三次油氣充注，而昂達爾錯古油藏最早形成于早白堊世早期的第二次油氣大規(guī)模充注時期(距今142.3～143.9 Ma)，該區(qū)的構造圈閉的形成時間略早于第二次大規(guī)模油氣充注期，圈閉形成期與油氣充注時間配置合理，油氣經過大規(guī)模運移在昂達爾錯背斜高構造部位聚集，初步形成了昂達爾錯古油藏的基本形態(tài)。昂達爾錯古油藏在喜馬拉雅期的構造運動中被改造和破壞，其中古油藏的背斜構造高部位被南北向的擠壓沖斷并遭受剝蝕，殘留的背斜南翼古油藏帶，即為現今的昂達爾錯古油藏[圖9(b)][36]。

圖9 羌塘盆地昂達爾錯古油藏成藏及破壞模式圖Fig.9 The pattern diagram of forming and destruction for paleo-reservoir of Angdarco area in Qiangtang Basin

6 結論

(1)羌塘盆地昂達爾錯地區(qū)烴源巖和油苗的生物標志化合物規(guī)則甾烷ααα20RC27-C28-C29圖譜和ααα-C2920s/(20s+20R)-C29ββ/(αα+ββ)、Pr/nC17-Ph/nC18、C27/C29-姥鮫烷/植烷、伽馬蠟烷/C30藿烷-Ts/Tm、單體烴碳同位素相關性等綜合研究表明，昂達爾錯地區(qū)古油藏的油源為下侏羅統(tǒng)曲色組烴源巖。

(2)羌塘盆地昂達爾錯古油藏流體包裹體研究表明，該古油藏存在3個油氣充注期；一期為中-高成熟、生油少量充注階段，主要是晚侏羅世中晚期(151.6～158.7 Ma)。二期為油氣大規(guī)模充注階段，主要是早白堊世早期(142.3～143.9 Ma)。三期為天然氣充注階段，主要是中新世中期(12.5～16.6 Ma)，該時期主要為生成天然氣階段。

(3)油源對比和流體包裹體研究表明，羌塘盆地昂達爾錯古油藏油源為下侏羅統(tǒng)曲色組頁巖，儲集層為中侏羅統(tǒng)布曲組灰?guī)r、白云巖，蓋層為布曲組泥晶灰?guī)r，構成正常的“下生上儲”式成藏組合。

(4)羌塘盆地昂達爾錯古油藏最早形成于早白堊世早期的第二次油氣大規(guī)模充注時期(距今142.3～143.9 Ma)，并在喜馬拉雅期的構造運動中被改造和破壞后，形成了現今的古油藏。