瑪湖地區(qū)構(gòu)造演化及對(duì)瑪東斜坡百口泉組油氣成藏的影響

董文波，李勇根，桂志先

1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢 430100

2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100

3.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造演化對(duì)于石油、天然氣的生成、運(yùn)移和聚集具有重要的控制作用[1-3]。在沉積盆地中，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)通過對(duì)沉積環(huán)境的控制影響著烴源巖的形成。構(gòu)造沉降作用使烴源巖埋藏于地下形成適合油氣生成的溫度、壓力等條件，從而使烴源巖生成大量油氣[4-6]；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂、裂縫以及不整合面等為油氣的運(yùn)移提供了運(yùn)移通道[7-8]；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的背斜、斷塊等為油氣聚集提供了圈閉條件[9-12]。由此可見，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及演化貫穿著油氣藏形成的全過程，系統(tǒng)分析區(qū)域構(gòu)造演化過程可以明確油氣生成、運(yùn)移以及聚集的方式和特征，對(duì)于油氣勘探開發(fā)工作具有重要的指導(dǎo)意義[13-15]。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)經(jīng)歷過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，目前的構(gòu)造格局是多期次、多成因、多層次的構(gòu)造變形相互疊加而形成的，每個(gè)期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及構(gòu)造特征決定了瑪湖地區(qū)油氣的生成、運(yùn)移以及油氣藏的分布特征[16-18]。因此系統(tǒng)梳理構(gòu)造線索，通過三維地震資料分析瑪湖地區(qū)的構(gòu)造形成和演化過程，對(duì)于指明下一步油氣勘探方向具有重要意義。前人的研究工作主要集中在瑪東斜坡現(xiàn)今構(gòu)造特征分析上，對(duì)于構(gòu)造演化以及構(gòu)造演化過程對(duì)油氣成藏影響的研究較少。為此，本文在系統(tǒng)分析構(gòu)造要素、構(gòu)造樣式以及地層巖性、厚度平面分布特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)用三維地震資料開展了西部隆起-瑪湖凹陷-夏鹽凸起自二疊紀(jì)至今的構(gòu)造演化研究，并結(jié)合巖心分析化驗(yàn)、試油試采等資料分析了構(gòu)造演化、構(gòu)造特征對(duì)瑪東斜坡烴源巖分布、油氣運(yùn)移、儲(chǔ)層物性以及油氣聚集的影響，為瑪東斜坡下一步油氣勘探指明了方向。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

瑪湖地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷西北部，夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起與西部隆起之間(見圖1)，面積約2 000 km2，研究區(qū)構(gòu)造自北西向南東依次為西部隆起逆沖構(gòu)造帶、瑪西斜坡、瑪湖凹陷、瑪東斜坡、夏鹽凸起及達(dá)巴松凸起。整體呈現(xiàn)北西、南東兩側(cè)高，中間低的構(gòu)造形態(tài)，西部隆起及夏鹽凸起斷裂發(fā)育，中間瑪湖凹陷斷裂發(fā)育較少。鉆井揭露地層自上而下依次為第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系。本次研究目的層為三疊系百口泉組，與下伏二疊系為區(qū)域性不整合接觸[16-18]?，敄|斜坡百口泉組儲(chǔ)層為扇三角洲前緣水下分流河道砂體，巖性以灰色砂礫巖為主，砂體大規(guī)模連續(xù)發(fā)育。儲(chǔ)層孔隙度為8.00%～15.81%，平均孔隙度為11.45%，中值為10.79%；滲透率為0.41～23.30 mD，平均滲透率1.56 mD，中值1.02 mD，為低孔、低滲-特低滲儲(chǔ)層。目前研究區(qū)內(nèi)多數(shù)井試油均具有油水同出的特征，日產(chǎn)液0.17～80.14 m3；根據(jù)瑪104井、達(dá)132井以及鹽北2井飽和度分析化驗(yàn)可知百口泉組含水飽和度為19.8%～78.5%，平均含水率為67.3%，為低含油飽和度油藏。

圖1 瑪湖地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖

2 主要構(gòu)造線索

2.1 主要構(gòu)造要素和構(gòu)造樣式

三維地震資料表明，瑪湖地區(qū)斷裂類型復(fù)雜多樣，既發(fā)育擠壓構(gòu)造背景下的逆沖推覆構(gòu)造、背沖構(gòu)造、疊瓦逆沖構(gòu)造，也發(fā)育拉張構(gòu)造背景下的高陡大型正斷層和小型正斷層(見圖2)。平面上，斷裂主要發(fā)育在西部隆起及夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起，中間瑪湖凹陷斷裂發(fā)育較少。西部隆起主要發(fā)育逆沖推覆構(gòu)造、疊瓦逆沖構(gòu)造以及背沖構(gòu)造，主干斷裂呈北東走向，斷距較大，斷面呈典型的上陡下緩的鏟狀；中間瑪湖凹陷斷裂主要集中在淺層，以正斷層為主，斷層傾角較大，斷距較??；而夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起主要發(fā)育逆沖推覆構(gòu)造和背沖構(gòu)造。

注：K1tg為白堊系吐谷魯群；J1b為侏羅系八道灣組；P1f為二疊系風(fēng)城組；T1b為三疊系百口泉組；P2w為二疊系下烏爾禾組。

1)疊瓦逆沖構(gòu)造、逆沖推覆構(gòu)造：主要發(fā)育在西部隆起，一般由1～4條大型斷層組成，走向北東，傾向北西，斷面呈典型的上陡下緩的鏟狀，傾角為10～80°，最大垂直斷距500 m，延伸長(zhǎng)度貫穿整個(gè)西部隆起，主要活動(dòng)時(shí)間為石炭紀(jì)到三疊紀(jì)；該斷層的斷面上部近于直立，下部逐漸變緩并深入基底。該構(gòu)造東南方向?yàn)楝敽枷荩瑬|北方向?yàn)樵翣柹胶凸⒗厣?見圖2、圖3)。

注：P2x為二疊系夏子街組。

2)背沖構(gòu)造、反沖斷層以及小型正斷層：主要發(fā)育在西部隆起和夏鹽隆起，背沖構(gòu)造主要由反沖斷層和逆沖斷層組成，反沖斷層走向北東，斷面傾向?yàn)槟蠔|方向，與整體西部隆起的逆沖方向相反，斷面平緩，傾角為20～45°，最大垂直斷距300 m。部分背沖構(gòu)造腹部發(fā)育由于重力作用導(dǎo)致的塌陷而形成的小型正斷層，此類斷層斷距較小，斷層傾角較大，一般70～90°，傾向多數(shù)與反沖斷層傾向一致(見圖2、圖4)。

圖4 瑪湖地區(qū)背沖構(gòu)造典型地震剖面(Line664)

3)高陡正斷層：發(fā)育數(shù)量較少，主要集中在白堊系，僅有部分?jǐn)鄬訑嚅_層位較老，包括三疊系、二疊系烏爾禾組等，高陡正斷層均呈北東走向，傾向南東，傾角大于60°，最大垂直斷距僅20 m，延伸長(zhǎng)度較短。

2.2 地層厚度及巖性特征

構(gòu)造升降、可容空間大小以及沉積物供應(yīng)速率決定了地層的厚度，同一時(shí)期形成地層的厚度空間變化對(duì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有指示作用，可將地層的厚度作為衡量構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及升降幅度的重要標(biāo)志?，敽貐^(qū)二疊系-古近系厚度演化可以劃分為3個(gè)階段：

1)二疊系佳木河組沉積時(shí)期：現(xiàn)今處于高部位的西部隆起佳木河組厚度大，向瑪湖地區(qū)構(gòu)造逐漸變低，但地層厚度快速減薄，超覆尖滅于夏鹽凸起之上，巖性以紫灰色、棕灰色以及灰綠色凝灰質(zhì)碎屑巖和火山熔巖為主，火山熔巖巖性主要為安山巖、玄武巖，火山熔巖主要分布在西部隆起，向瑪湖地區(qū)及夏鹽凸起方向逐漸過渡為凝灰?guī)r。

2)二疊系風(fēng)城組-上烏爾禾組沉積時(shí)期：風(fēng)城組到上烏爾禾組的地層厚度分布特征具有較高的一致性。處于二疊系構(gòu)造低部位的瑪湖地區(qū)地層厚度最大，向二疊系高部位西部隆起方向地層厚度變化較小，呈逐漸減薄的趨勢(shì)，向二疊系高部位瑪東斜坡及夏鹽凸起方向，地層快速減薄，構(gòu)造高部位缺失風(fēng)城組。風(fēng)城組巖性以灰黑色泥巖、凝灰質(zhì)白云巖以及凝灰質(zhì)砂巖為主，上部夏子街組、下烏爾禾組、上烏爾禾組主要表現(xiàn)為沖積扇-扇三角洲的泥巖、砂礫巖互層的縱向組合特征。

3)三疊系百口泉組-古近系沉積時(shí)期：三疊系與下伏二疊系上烏爾禾組為角度不整合接觸，現(xiàn)今百口泉組及以上地層的構(gòu)造形態(tài)從西部隆起-瑪湖地區(qū)-瑪東斜坡及夏鹽凸起呈現(xiàn)北西高、南東低的單斜形態(tài)，局部發(fā)育低幅構(gòu)造，但整體地層厚度保持穩(wěn)定；向西部隆起方向地層厚度減薄并超覆尖滅于西部隆起，在西部隆起高部位缺失三疊系，巖性以扇三角洲-辮狀河的泥巖、砂巖和砂礫巖等碎屑巖為主。

3 構(gòu)造演化及成因機(jī)制

在準(zhǔn)噶爾盆地宏觀構(gòu)造背景下，綜合研究區(qū)斷裂特征、構(gòu)造樣式以及地層厚度特征、巖性特征等主要構(gòu)造線索對(duì)瑪湖地區(qū)古構(gòu)造進(jìn)行了分析，并基于典型地震剖面開展了構(gòu)造發(fā)育史研究，結(jié)合油氣成藏研究的需要對(duì)構(gòu)造演化階段進(jìn)行了劃分，系統(tǒng)分析了從石炭紀(jì)到古近紀(jì)的構(gòu)造演化過程，并對(duì)現(xiàn)今構(gòu)造格局成因進(jìn)行了剖析(見圖5)。

注：E為古近系；K為白堊系；J為侏羅系；T3b+ T2k為三疊系白堿灘組+克拉瑪依組；T1b為三疊系百口泉組；P2w為二疊系下烏爾禾組；P2x為二疊系夏子街組；P1f為二疊系風(fēng)城組；P1j為二疊系佳木河組；C為石炭系。

1)石炭紀(jì)晚期強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造形變階段：石炭紀(jì)晚期在北東-南西向強(qiáng)烈擠壓的構(gòu)造應(yīng)力作用下，形成了一系列呈北東向延伸的逆沖斷層，此時(shí)西部隆起處于構(gòu)造低部位，而且受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造作用較弱，逆沖斷層斷距均小?，敽枷莺拖柠}凸起斷裂活動(dòng)最為劇烈，強(qiáng)烈的斷層活動(dòng)使石炭系古地貌變化較大，瑪湖凹陷和夏鹽凸起大幅隆起，形成了古隆起。伴隨著強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，火山活動(dòng)頻繁且強(qiáng)度較大，這也是瑪湖地區(qū)石炭系巖性主要為玄武巖、安山巖等火山熔巖的原因。

2)二疊紀(jì)早-中期西部隆起逆沖推覆階段：雖然二疊紀(jì)早-中期的構(gòu)造應(yīng)力特征與石炭紀(jì)一致，但是對(duì)瑪湖地區(qū)的改造、對(duì)地層形成的控制以及對(duì)油氣成藏均具有特殊的影響，所以將該階段單獨(dú)劃分出來(lái)進(jìn)行論述。佳木河組沉積時(shí)期，瑪湖地區(qū)保持著從西部隆起到夏鹽凸起逐漸升高的構(gòu)造趨勢(shì)，所以佳木河組在西部隆起地層厚度最大，向瑪湖凹陷方向迅速減薄并超覆尖滅于夏鹽凸起之上。佳木河組沉積末期，西部隆起逆沖斷層活動(dòng)逐漸加劇，由北向南的疊瓦逆沖構(gòu)造帶逐漸形成，構(gòu)造逐級(jí)抬升；東部、南部的夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起繼承性發(fā)育，并有大幅度隆起的趨勢(shì)，此時(shí)位于西部隆起和夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起中間的瑪湖凹陷相對(duì)下降，進(jìn)入坳陷期。所以風(fēng)城組、夏子街組以及烏爾禾組地層均表現(xiàn)為瑪湖凹陷地層厚度最大，向西部隆起方向地層厚度逐漸減薄，向夏鹽凸起方向迅速減薄并超覆尖滅于夏鹽凸起之上的特征。

3)二疊紀(jì)末期-三疊紀(jì)早期整體抬升遭受剝蝕階段：二疊系頂界為區(qū)域性角度不整合面，從典型地震剖面(見圖3)可以清晰看出二疊紀(jì)末期整個(gè)瑪湖地區(qū)受北西-南東向強(qiáng)烈擠壓，控制古凸起的大型逆沖斷層劇烈活動(dòng)，使整個(gè)瑪湖地區(qū)持續(xù)抬升，區(qū)域遭受剝蝕，由于逆沖作用形成的背沖構(gòu)造、逆沖推覆構(gòu)造等頂部被剝蝕破壞，與上覆三疊系形成典型的區(qū)域性角度不整合接觸。

4)三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)緩慢下降階段：三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)瑪湖地區(qū)緩慢沉降，瑪湖凹陷進(jìn)入坳陷階段，西部隆起部分逆斷層輕微持續(xù)活動(dòng)，夏鹽凸起基本停止隆起，所以三疊系和侏羅系以披覆構(gòu)造層的模式覆蓋在不整合面之上；由于此時(shí)構(gòu)造活動(dòng)微弱，三疊系-侏羅系地層厚度整體變化較小，僅向西部隆起方向逐漸減薄，并超覆于西部隆起之上。

5)白堊紀(jì)末期掀斜階段：白堊紀(jì)末期，準(zhǔn)噶爾盆地總體以南北向擠壓為主，在瑪湖地區(qū)主要表現(xiàn)為北高南低的整體掀斜，所以白堊系厚度全區(qū)基本一致，但卻表現(xiàn)出北西高、南東低的構(gòu)造特征。原本處于構(gòu)造高部位的西部隆起由于整體掀斜作用而進(jìn)一步抬高，瑪湖凹陷由于北西方向抬高，凹陷中心向南發(fā)生遷移，即現(xiàn)今凹陷中心并非發(fā)生沉積時(shí)的沉積中心，導(dǎo)致現(xiàn)今凹陷中心地層厚度小于西北方向斜坡區(qū)的地層厚度?，敄|斜坡由于北西方向抬升，導(dǎo)致原始形成的背斜、鼻隆等遭受破壞，或者規(guī)模變小。

由上述分析可知，研究區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造格局是從石炭紀(jì)到白堊紀(jì)等多期構(gòu)造疊加而形成的，多期次、多成因、多層次的構(gòu)造變形相互疊加，導(dǎo)致研究區(qū)構(gòu)造樣式繁多、構(gòu)造格局復(fù)雜。此外，雖然瑪湖地區(qū)經(jīng)歷的構(gòu)造演化過程具有較強(qiáng)的一致性，但構(gòu)造位置不同，構(gòu)造活動(dòng)幅度存在差異，所以呈現(xiàn)出不同的構(gòu)造特征。在西部隆起中部擠壓強(qiáng)烈的區(qū)域，發(fā)育疊瓦逆沖構(gòu)造，而兩側(cè)構(gòu)造活動(dòng)較弱的區(qū)域，則發(fā)育簡(jiǎn)單的逆沖推覆構(gòu)造。

4 構(gòu)造演化對(duì)瑪東斜坡百口泉組油氣成藏的影響

構(gòu)造演化對(duì)于油氣的運(yùn)移、聚集具有重要的控制作用，與油氣分布具有密切的關(guān)系，研究區(qū)構(gòu)造對(duì)百口泉組油氣成藏的影響主要表現(xiàn)為控制烴源巖的分布、提供油氣垂向輸導(dǎo)和橫向運(yùn)移通道、改善儲(chǔ)層物性以及導(dǎo)致油氣逸散及二次聚集等4個(gè)方面。

4.1 控制烴源巖分布

優(yōu)質(zhì)充足的烴源巖是形成規(guī)模油氣聚集的物質(zhì)基礎(chǔ)。對(duì)于瑪東斜坡百口泉組的特低滲儲(chǔ)層而言，需要大面積高豐度烴源巖內(nèi)部或者近源短距離供烴。通過油源對(duì)比分析可知，瑪東斜坡百口泉組的油氣主要來(lái)自瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組晚期高熟烴源巖；而根據(jù)構(gòu)造演化研究成果可知，風(fēng)城組沉積時(shí)期夏鹽凸起以及達(dá)巴松凸起大幅度隆起，瑪湖凹陷沉積中心靠近西北部。所以西部隆起及瑪湖凹陷西北部的風(fēng)城組地層厚度較大，而向瑪東斜坡方向風(fēng)城組迅速減薄并尖滅，直接導(dǎo)致瑪東斜坡不僅烴源巖厚度整體較薄，而且遠(yuǎn)離生烴中心，油源供給有限，成藏時(shí)油氣充注程度較低，兼之儲(chǔ)層物性差、構(gòu)造平緩，導(dǎo)致瑪東斜坡百口泉組整體含油飽和度較低。

4.2 提供油氣垂向輸導(dǎo)和橫向運(yùn)移通道

油源對(duì)比分析表明，瑪東斜坡百口泉組已探明油氣均來(lái)自二疊系風(fēng)城組高熟烴源巖，烴源巖和儲(chǔ)集層中間隔著平均厚度近千米的夏子街組、烏爾禾組。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)于油氣的二次運(yùn)移具有積極作用。根據(jù)埋藏史條件分析，在三疊紀(jì)晚期有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到生烴高峰，油氣大量生成并開始運(yùn)移，擠壓作用形成的大量逆沖斷層，貫穿二疊系烴源巖與三疊系百口泉組儲(chǔ)層，而且斷層活動(dòng)過程中的應(yīng)力釋放使斷層附近形成破碎帶，其滲透性遠(yuǎn)高于正常地層，為風(fēng)城組的油氣垂向運(yùn)移至百口泉組提供了最有效的通道。而且百口泉組緊鄰二疊系和三疊系之間的區(qū)域不整合面，區(qū)域性的地殼運(yùn)動(dòng)、沉積間斷和剝蝕，使不整合面下伏地層遭受風(fēng)化侵蝕和淋濾，形成孔隙度、滲透率相對(duì)較高的古風(fēng)化殼[19-21]，其上即為百口泉組，油氣沿著斷層從風(fēng)城組垂向運(yùn)移至不整合面之后，沿著不整合面發(fā)生側(cè)向運(yùn)移進(jìn)入百口泉組儲(chǔ)層并在有利區(qū)域發(fā)生聚集。

4.3 改善儲(chǔ)層物性

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層物性的改善主要體現(xiàn)在斷裂活動(dòng)期由于應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的斷層和裂縫，特別是強(qiáng)烈逆沖構(gòu)造帶形成的裂縫集中發(fā)育區(qū)是一般斷裂所不能相比的，它能在很大程度上改善儲(chǔ)層物性[22-24]。鑄體薄片分析結(jié)果表明，靠近大型斷裂的區(qū)域廣泛發(fā)育構(gòu)造縫，而且距離斷層越近，儲(chǔ)層受構(gòu)造影響越大，構(gòu)造縫的發(fā)育程度越高(見圖6)，對(duì)儲(chǔ)層物性的改造作用越強(qiáng)，滲透率遠(yuǎn)高于凹陷中心斷裂不發(fā)育的區(qū)域。試油試采結(jié)果也顯示出產(chǎn)液量與井和斷層之間的距離具有較強(qiáng)的正相關(guān)性，即生產(chǎn)井距離斷層越近，儲(chǔ)層物性越好，產(chǎn)液量越高。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，當(dāng)完鉆井與斷層之間的距離小于1 km時(shí)，日產(chǎn)液量為0.73～26.80 m3，平均為15.09 m3，而且以油為主，含水率普遍較低，這是由于斷層改善了附近儲(chǔ)層的物性，使油氣充注更加容易，充注程度更高，含油飽和度高，且物性好，試油試采時(shí)產(chǎn)液量隨之升高；而當(dāng)完鉆井與斷層之間的距離大于2 km時(shí)，日產(chǎn)液量?jī)H0～1.60 m3，普遍以干層和水層為主，基于熒光薄片、壓汞以及鑄體薄片等資料分析，其低產(chǎn)原因是由于儲(chǔ)層物性差導(dǎo)致油氣充注難度大，含油飽和度低甚至不含油導(dǎo)致。

4.4 導(dǎo)致油氣逸散及二次聚集

油氣運(yùn)移研究成果表明，瑪湖地區(qū)油氣大量生成并開始運(yùn)移的時(shí)期為三疊紀(jì)晚期，瑪東斜坡百口泉組油藏也主要形成于此時(shí)，如瑪19井區(qū)、瑪11井區(qū)、達(dá)13井區(qū)以及鹽北4井區(qū)等斷鼻、背斜等。但是，白堊紀(jì)末期的南北向擠壓作用，使瑪東斜坡北西側(cè)整體抬高，南東側(cè)整體下降，原有圈閉的溢出點(diǎn)抬高，導(dǎo)致圈閉被破壞或者圈閉范圍減小，如瑪19井區(qū)、瑪1井區(qū)的圈閉被完全破壞，油氣逸散，而達(dá)13井區(qū)、鹽北4井區(qū)背斜規(guī)模減小，但依然被保存至今(見圖7)，與達(dá)13井區(qū)、鹽北4井區(qū)試油為純油層的結(jié)論基本一致。

圖7 瑪東斜坡百口泉組古地貌圖

5 結(jié)論

1)瑪湖地區(qū)構(gòu)造演化主要包括石炭紀(jì)晚期強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造形變階段；二疊紀(jì)早-中期西部隆起逆沖推覆階段；二疊紀(jì)末期-三疊紀(jì)早期整體抬升遭受剝蝕階段；三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)緩慢下降階段；白堊紀(jì)末期掀斜階段等5個(gè)階段。

2)瑪湖地區(qū)構(gòu)造演化對(duì)瑪東斜坡百口泉組油氣成藏的影響主要包括4個(gè)方面：控制烴源巖分布，提供油氣垂向輸導(dǎo)和橫向運(yùn)移通道，改善儲(chǔ)層物性以及導(dǎo)致油氣逸散及二次聚集等。由于整體油源不充足以及構(gòu)造調(diào)整的二次破壞，瑪東斜坡百口泉組整體含油飽和度較低，局部富集。通過構(gòu)造解析和勘探實(shí)踐表明，靠近斷層的繼承性發(fā)育的背斜、鼻狀構(gòu)造是油氣勘探的有利方向。