張善文

(中國(guó)石化勝利油田分公司，山東東營(yíng)257001)

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location of Hala’alt area in the northern margin of Junggar Basin

準(zhǔn)噶爾盆地為早海西期變形基底上發(fā)育的典型多旋回復(fù)合疊加盆地［1］。二疊系既是主要源巖層系，也是重要的勘探目的層［2－5］。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣是準(zhǔn)噶盆地主要的油氣聚集區(qū)之一，目前已發(fā)現(xiàn)克拉瑪依、烏爾禾、風(fēng)城、夏子街等多個(gè)以二疊系為源巖的油氣田［2－4］。本次研究區(qū)位于準(zhǔn)北緣哈拉阿拉特山地區(qū)(下文簡(jiǎn)稱哈山地區(qū))逆掩構(gòu)造帶，位于傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)上的下二疊統(tǒng)烴源巖之外［2］(圖1)，與以往已發(fā)現(xiàn)的烏夏含油氣區(qū)帶相比更靠近盆緣［6-7］，向盆地方向的逆沖推覆作用明顯［5－7］，構(gòu)造特征更為復(fù)雜，地震資料解釋難度大，致使對(duì)該區(qū)的構(gòu)造解釋、地層沉積等基本地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度低，給油氣勘探提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。自20世紀(jì)50年代開始，研究區(qū)相繼部署完成了大量二維地震及多口探井，但中深層勘探一直未獲突破。2009年以來，中石化勝利油田進(jìn)一步加大了對(duì)該區(qū)的勘探工作，從基礎(chǔ)地質(zhì)研究入手，相繼開展了區(qū)域構(gòu)造背景、盆地結(jié)構(gòu)屬性及演化、地層沉積、烴源巖及油氣成藏等方面的工作，并建立了哈山地區(qū)的構(gòu)造地質(zhì)解釋模型。以此模型為指導(dǎo)，針對(duì)哈山推覆體中深層部署的哈淺6、哈山1井在下二疊統(tǒng)風(fēng)城組揭示大套烴源巖，白堊系、侏羅系、二疊系和石炭系見到豐富的油氣顯示，八道灣組獲得稠油工業(yè)油流，風(fēng)城組云質(zhì)巖試油獲低產(chǎn)中質(zhì)油流。上述勘探進(jìn)展促使筆者對(duì)二疊系，尤其是下二疊統(tǒng)“成盆、成烴“方面的基礎(chǔ)石油地質(zhì)問題進(jìn)行再思考，取得了幾點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí)，拋磚引玉，以期為該區(qū)乃至整個(gè)準(zhǔn)西北緣二疊系的地質(zhì)綜合研究和加快油氣勘探步伐提供借鑒。

1 主要勘探進(jìn)展

1.1 逆掩帶構(gòu)造地質(zhì)模型建立

研究中運(yùn)用斷層相關(guān)褶皺理論與方法，借鑒吸收前人關(guān)于該區(qū)的構(gòu)造特征研究成果［5－8］，綜合運(yùn)用重、磁、電、震及鉆井等資料，將地表構(gòu)造、淺層構(gòu)造與中深層構(gòu)造有機(jī)結(jié)合，利用三維地震的多屬性分析、水平切片、多尺度相干和三維立體解釋等復(fù)雜斷裂識(shí)別優(yōu)勢(shì)技術(shù)，在宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)框架約束下，采用地質(zhì)模型正演、重震聯(lián)合反演和平衡剖面恢復(fù)技術(shù)對(duì)模型合理性進(jìn)行交互驗(yàn)證，建立了哈山逆掩構(gòu)造帶逆沖推覆疊加+后期走滑的構(gòu)造解釋模型，基本明確了研究區(qū)整體上具有“南北分帶、上下分層、西強(qiáng)東弱”的構(gòu)造地質(zhì)特征。平面上自北向南劃分為后翼走滑帶、逆沖疊加變形帶和前緣沖斷帶;自東向西構(gòu)造變形程度逐漸增強(qiáng)，東部發(fā)育多期次高角度疊瓦沖斷，造成三疊系、二疊系遭受不同程度的剝蝕，西部石炭系和下二疊統(tǒng)逆沖推覆疊加形成雙重構(gòu)造。剖面上劃分為上、下兩套地層結(jié)構(gòu)，兩者之間以大型的逆沖推覆斷裂相分隔，下部地層主要為下二疊統(tǒng)，上部地層主要為石炭系。以F2雙重疊加構(gòu)造頂板滑脫斷層、F3逆沖推覆斷裂、F5逆推反沖斷裂和達(dá)爾布特?cái)嗔褳榻?，可?xì)分為前緣超剝帶、外來推覆系統(tǒng)和前緣沖斷帶、準(zhǔn)原地疊加系統(tǒng)4個(gè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(圖2)。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)山前帶構(gòu)造地質(zhì)解釋方案Fig.2 Structural geological interpretation scheme of the foothill belt in Hala’alt area，the northern margin of Junggar Basin

前緣超剝帶表現(xiàn)為南東傾斜坡，白堊系和侏羅系呈“底部超覆、頂部削截”特征。外來推覆系統(tǒng)主體為石炭系火成巖直接覆蓋于準(zhǔn)原地疊加系統(tǒng)下二疊統(tǒng)之上，前翼端局部殘留下二疊統(tǒng)，其中 F3－2，F(xiàn)3和 F4斷層之間的結(jié)構(gòu)單元主要為下二疊統(tǒng)風(fēng)城組(P1f)，孢粉化石分析以冷杉多肋粉屬Striatoabieites、單束多肋粉屬Protohaploxypinus、哈姆粉屬 Hamiapollenites和叉肋粉屬Vittatina為主，屬我國(guó)新疆北部早二疊世的典型孢粉化石組合［9］。因此，逆沖推覆斷裂 F3，F(xiàn)4及伴生斷裂可構(gòu)成油源斷裂，具備“下生上儲(chǔ)”型成藏組合。前緣沖斷帶地層主要為三疊系和二疊系，在深部準(zhǔn)原地雙重構(gòu)造楔入過程中被動(dòng)抬升，被F3逆沖斷裂切割形成傾向南東的“帽檐”構(gòu)造，可形成“下生上儲(chǔ)”或“自生自儲(chǔ)”型成藏組合。準(zhǔn)原地疊加系統(tǒng)表現(xiàn)為下二疊統(tǒng)和石炭系多個(gè)推覆體疊加的雙重構(gòu)造，發(fā)育背斜、斷鼻、斷塊構(gòu)造圈閉，具備“自生自儲(chǔ)”和F2頂板膏泥質(zhì)巖滑脫斷層涂抹有利保存條件。

1.2 多口探井獲油流

在構(gòu)造地質(zhì)模型指導(dǎo)下部署了多口探井，目前完鉆探井8口，在白堊系、侏羅系、二疊系和石炭系多個(gè)層系見到良好的油氣顯示。在淺層前緣超剝帶下白堊統(tǒng)清水河組(K1q)和下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)獲得稠油工業(yè)油流，上報(bào)控制及預(yù)測(cè)石油地質(zhì)儲(chǔ)量5 300多萬噸。哈淺6和哈山1井在外來推覆系統(tǒng)石炭系凝灰?guī)r、火山角礫巖與前緣沖斷帶下二疊統(tǒng)風(fēng)城組云質(zhì)巖、泥巖裂縫型儲(chǔ)層中油氣顯示活躍。哈山1井鉆遇石炭系厚度2 038 m，油氣顯示累計(jì)544.1 m/49層;鉆遇風(fēng)城組厚度440 m，油斑310 m/68層;風(fēng)城組2 077.46～2 205.0 m井段常規(guī)試油，日產(chǎn)原油 1.31 t，密度 0.892 7 g/cm3，粘度58.7 mPa·s(50℃)，凝點(diǎn)－12℃，含硫0.24%，屬低含硫中質(zhì)原油。哈淺6鉆遇石炭系厚度1 165 m，富含油23.86 m/5層，油斑422.34 m/46層;鉆遇下二疊統(tǒng)風(fēng)城組厚度1 494 m，油斑210.8 m/38層，油跡219.7 m/41層;對(duì)2 717～2 749 m和2 757～2 780 m井段酸化壓裂試油，日產(chǎn)原油1.92～6.87 t，密度0.907～0.908 6 g/cm3，粘度 314～411 mPa·s(50℃)。部署探井的成功，在一定程度上也表明了所建立的構(gòu)造地質(zhì)模型的合理性與正確性。

1.3 推覆體下發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)烴源巖

哈淺6、哈山1井在F3逆沖推覆斷裂之下揭示風(fēng)城組近1 500 m的暗色泥質(zhì)巖地層。巖心觀察及薄片鑒定，主要為深灰色粉砂質(zhì)顯微晶白云巖、泥質(zhì)微晶白云巖、白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖，與瑪湖凹陷風(fēng)城組鉆遇巖性組合特征相似。區(qū)域上風(fēng)城組整體表現(xiàn)為灰色、深灰色泥質(zhì)巖類(泥巖、白云質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖)與白云質(zhì)巖類(泥－粉晶白云巖、泥質(zhì)白云巖、粉砂質(zhì)白云巖和凝灰質(zhì)白云巖)互層，底部見火山巖類(凝灰質(zhì)泥巖、凝灰?guī)r、流紋質(zhì)弱熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、安山巖、流紋巖)，其中，風(fēng)城1、風(fēng)南5、風(fēng)7等多口井中上部發(fā)育厚層的膏質(zhì)粉砂巖和膏質(zhì)泥巖。上述巖性組合整體顯示出陸源碎屑巖、爆發(fā)相火山巖與化學(xué)沉積的碳酸鹽巖疊合組成的混合沉積特征［10］，且常見水平層理、微波狀層理和紋層理，表明為還原條件的低能安靜水體沉積環(huán)境。烏40、風(fēng)7、風(fēng)9等井巖石薄片鑒定，見有孔蟲、棘皮、藻類(葛萬藻、管狀藻、伊萬諾夫藻)等海相生物化石和海綠石。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP－AES)巖石樣品光譜分析表明，風(fēng)城組中下部硼元素含量較高，為100×10－6～500×10－6，平均為250 ×10－6，局部含量可達(dá)1 200 ×10－6，鎵含量為5 ×10－6～70 ×10－6，平均為 29 × 10－6，鍶/鋇比值為 6.6，硼/鎵比值為6～13，反映出該時(shí)期為海水介質(zhì)沉積環(huán)境特征［11－12］。綜合上述分析，風(fēng)城組很可能為半封閉殘留海相環(huán)境的產(chǎn)物。此外，風(fēng)城組垂向巖性組合也反映出該時(shí)期火山活動(dòng)逐漸減弱的演化過程:早期火山活動(dòng)較為強(qiáng)烈，火成巖在研究區(qū)普遍發(fā)育;中期火山活動(dòng)減弱，火山沉積物主要集中在研究區(qū)東部夏子街—紅旗壩地區(qū);晚期火山活動(dòng)基本消失?；鹕交顒?dòng)帶來的火山營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶來了古生產(chǎn)力的繁盛，火山周期性噴發(fā)將水體生物周期性快速埋藏及火山物質(zhì)蝕變的粘土礦物共同為有機(jī)質(zhì)的富集、保存及烴類的轉(zhuǎn)化提供了條件，為風(fēng)城組優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育提供了極為有利的生成環(huán)境和成巖環(huán)境［10－12］。

哈淺6井風(fēng)城組暗色泥質(zhì)巖樣品地化分析表明，有機(jī)碳含量為0.65% ～1.89%，氯仿瀝青“A”含量0.017 8% ～0.167 2%。實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率 Ro為0.82% ～0.89%，成熟度適中，處于生油高峰階段。干酪根顯微組分鏡鑒分析，具有腐泥組占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(含量為86% ～92.3%)、殼質(zhì)組發(fā)育、惰性組含量很低(含量?jī)H為0.7% ～3.0%)的特點(diǎn)，干酪根碳同位素值較輕，δ13C值為－29.7‰ ～－32.3‰，反映出Ⅰ、Ⅱ1型的干酪根面貌(圖3)。烴源巖生物標(biāo)志化合物分析，飽和烴氣相色譜具有明顯的植烷優(yōu)勢(shì)，Pr/Ph比值為0.53～0.66，富含β－胡蘿卜烷;伽馬蠟烷含量較高，C30藿烷/伽馬蠟烷比值為0.24～0.35，三環(huán)二萜烷 C20，C21和C23呈上升型分布，微含 Ts;規(guī)則甾烷 C27，C28和 C29為上升型分布。上述地化指標(biāo)總體反映了風(fēng)城組強(qiáng)還原、咸水－半咸水、腐泥型母質(zhì)來源沉積環(huán)境特征，與區(qū)域上風(fēng)城組烴源巖地化參數(shù)特征基本一致［3－4］。綜合評(píng)價(jià)，推覆體下風(fēng)城組為一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

研究區(qū)深淺不同層系原油地球化學(xué)指標(biāo)綜合分析，C20，C21和C23三環(huán)二萜烷呈上升型分布，伽馬蠟烷含量較高，族組分碳同位素值較輕，烷烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)δ13C值分別為－29.9‰～－32.3‰，－29.2‰～－31.0‰，－28.8‰ ～－30.4‰和－28.6‰ ～ －29.1‰，與風(fēng)城組烴源巖地化特征相似，而與烏爾禾組烴源巖C20，C21和C23三環(huán)二萜烷呈山峰型分布、伽馬蠟烷含量低、干酪根碳同位素 δ13C 值較重差異較大［3－4］(圖4)。分析認(rèn)為，研究區(qū)原油主要來源于風(fēng)城組烴源巖，只是淺部原油后期遭受不同程度的生物降解表現(xiàn)為稠油－超稠油，而往深部則逐漸演變?yōu)檎Ｔ?。油源?duì)比分析證實(shí)了風(fēng)城組烴源巖良好的供烴能力，展示出該套烴源巖對(duì)研究區(qū)油氣成藏有著極為重要的作用。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)哈淺6井風(fēng)城組烴源巖地球化學(xué)指標(biāo)Fig.3 Geochemical indexes of the Fengcheng Formation source rocks in Well Haqian 6 in Hala’alt area，the northern margin of Junggar Basin

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)哈淺6井原油與烴源巖飽和烴氣相色譜和甾、萜烷質(zhì)量色譜圖Fig.4 Gas chromatograms of saturated hydrocarbons and mass spectrograms of steranes and terpanes in oil and source rocks from Well Haqian 6 in Hala’alt area，the northern margin of Junggar Basin

2 關(guān)于二疊系幾個(gè)關(guān)鍵地質(zhì)問題的再認(rèn)識(shí)

2.1 盆地結(jié)構(gòu)屬性及演化

前人主要基于野外露頭區(qū)花崗巖、蛇綠巖的年代學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)，對(duì)準(zhǔn)西北緣二疊紀(jì)以來的大地構(gòu)造環(huán)境及演化進(jìn)行了大量研究，對(duì)二疊紀(jì)盆地相繼提出了洋內(nèi)俯沖島弧、弧后盆地、裂陷盆地和前陸盆地等多種觀點(diǎn)［13－16］，關(guān)于準(zhǔn)噶爾洋閉合的最后時(shí)限也存在激烈的爭(zhēng)論［14－16］。盆地結(jié)構(gòu)屬性及演化認(rèn)識(shí)上的差異，在一定程度上制約了二疊系勘探潛力及方向的認(rèn)識(shí)。

本次根據(jù)新建立的構(gòu)造地質(zhì)模型，認(rèn)為早二疊世末哈山地區(qū)發(fā)生了大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成上、下二疊統(tǒng)呈區(qū)域性角度不整合接觸。依據(jù)不整合面上下地層構(gòu)造變形機(jī)制、卷入地層變形特征，并結(jié)合露頭區(qū)地質(zhì)資料分析，推測(cè)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)前后盆地結(jié)構(gòu)屬性發(fā)生了顯著變化。早二疊世為后碰撞伸展背景下發(fā)育的裂陷盆地，該區(qū)自下而上沉積了一套以火山碎屑、云質(zhì)泥巖、白云巖及膏巖為主的海相地層。早二疊世末期構(gòu)造環(huán)境由伸展變?yōu)閿D壓，阿爾加提山—謝米斯臺(tái)山—哈山發(fā)生逆沖，沿下二疊統(tǒng)風(fēng)城組膏泥質(zhì)巖段形成頂板滑脫疊加斷層，發(fā)育多個(gè)沖斷疊加片體，使得下二疊統(tǒng)邊界大幅度向南推移，海水全部退出。晚二疊世早期進(jìn)入裂谷期后弱伸展坳陷階段［16］，沉積范圍逐步擴(kuò)大，不受斷層控制;晚二疊世晚期進(jìn)入陸相沉積環(huán)境。根據(jù)哈淺6井風(fēng)城組烴源巖成熟度分析，該套地層現(xiàn)今埋深僅為1 300余米，結(jié)合盆地區(qū)域構(gòu)造演化及古地溫場(chǎng)分析［17］，推測(cè)晚二疊世在目前哈山對(duì)應(yīng)構(gòu)造位置應(yīng)發(fā)育一套厚度較大(厚度2 500～3 000 m)的陸相沉積建造，只是在二疊紀(jì)晚期強(qiáng)烈逆沖推覆階段由深部逆沖抬升至淺部，后期沉積地層厚度有限，使烴源巖現(xiàn)今仍處于當(dāng)時(shí)的熱演化程度，二疊紀(jì)末期盆地現(xiàn)今的構(gòu)造單元輪廓已基本定型。三疊紀(jì)及以后構(gòu)造活動(dòng)明顯減弱，局部老斷層有所活化，在推覆體前緣沉積地層表現(xiàn)為底部超覆、頂部削截特征，并發(fā)育一系列次級(jí)斷層，形成似花狀構(gòu)造(圖5)。

2.2 風(fēng)城組沉積范圍

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)構(gòu)造演化模式Fig.5 Tectonic evolution model of Hala’alt area，the northern margin of Junggar Basin

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)風(fēng)城組分布范圍Fig.6 Distribution map of the Fengcheng Formation in Hala’alt area，the northern margin of Junggar Basin

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)風(fēng)南1—哈淺6井風(fēng)城組聯(lián)井剖面Fig.7 Well-tie section of the Fengcheng Formation from Well Fengnan 1 to Well Haqian 6 in Hala’alt area，the northern margin of Junggar Basin

筆者利用斷層相關(guān)褶皺幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)原理對(duì)下二疊統(tǒng)構(gòu)造變形量進(jìn)行恢復(fù)，初步估計(jì)下二疊統(tǒng)分布邊界向盆地方向推移距離可達(dá)數(shù)十公里，表明早二疊世沉積期盆地沉積范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)今盆地殘留邊界(圖6)。如哈山1、哈淺6和風(fēng)11等井鉆遇的風(fēng)城組，依據(jù)哈山構(gòu)造解釋模式分析，推測(cè)均為后期逆沖推覆斷層由北部遠(yuǎn)處“背負(fù)”而來。根據(jù)尤興弟提出的準(zhǔn)噶爾盆地早二疊世殘留海白云巖沉積模式:由盆邊往盆地內(nèi)部依次為由砂礫巖—白云巖、白云質(zhì)泥巖—泥巖演變［11］，推測(cè)風(fēng)城組沉積期風(fēng)11井離盆地邊緣還應(yīng)有一定距離。

地層對(duì)比分析，從瑪湖凹陷向北部的哈山地區(qū)，風(fēng)城組巖性顏色由灰綠色—灰色—深灰色變暗，沉積物粒度變細(xì)，反映出水體變深、烴源巖品質(zhì)變好的特征(圖7)，也佐證了哈山推覆體下部的風(fēng)城組并非邊緣相沉積，當(dāng)時(shí)盆地沉積范圍可往北延伸較遠(yuǎn)的距離。由于外來推覆體主要沿下二疊統(tǒng)風(fēng)城組膏泥質(zhì)巖段逆沖推覆滑脫，推測(cè)現(xiàn)今達(dá)爾布特?cái)嗔岩员钡牡貐^(qū)還可能殘留有原地或準(zhǔn)原地的大套下二疊統(tǒng)風(fēng)城組。

3 石油地質(zhì)意義及勘探前景

哈山地區(qū)推覆體下部發(fā)現(xiàn)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組烴源巖并獲得油氣流，具有重要的石油地質(zhì)意義。一方面，逆沖推覆造成地層的重復(fù)疊加和烴源巖厚度的增加，使得準(zhǔn)原地疊加系統(tǒng)埋深加大，配合該時(shí)期發(fā)育的火山活動(dòng)礦物質(zhì)，有利于油氣高效轉(zhuǎn)化;早二疊世盆地構(gòu)造演化分析，哈山地區(qū)并非當(dāng)時(shí)的盆地邊界，風(fēng)城組烴源巖在平面分布上至少可以延伸至達(dá)爾布特?cái)嗔迅浇?，這使得有利烴源巖分布面積比以往認(rèn)識(shí)擴(kuò)展了1 000 km2，并且沉積特征分析，往北推覆體下烴源巖沉積水體加深，推測(cè)品質(zhì)更好。另一方面，逆沖推覆作用使得地層劇烈變形，斷裂、微裂縫發(fā)育，大大改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，并可形成一系列背斜、斷背斜、斷鼻等構(gòu)造圈閉。此外，在逆沖推覆體下容易形成“自生自儲(chǔ)”和“下生上儲(chǔ)”的良好匹配關(guān)系。上述認(rèn)識(shí)大大提升了哈山及準(zhǔn)北緣地區(qū)的油氣勘探前景。

國(guó)內(nèi)外勘探實(shí)踐已經(jīng)充分表明，逆掩推覆體下是尋找大中型油氣田的一個(gè)重要領(lǐng)域［5，18－19］。通過本次研究認(rèn)為，哈山地區(qū)及其周緣在早二疊世風(fēng)城組沉積期主要為裂陷盆地半封閉殘留海相環(huán)境，發(fā)育了分布廣、厚度大的優(yōu)質(zhì)烴源巖以及云質(zhì)巖、火成巖儲(chǔ)層，推測(cè)達(dá)爾布特?cái)嗔岩员币部赡馨l(fā)育該套烴源巖及儲(chǔ)層組合;晚二疊世末期發(fā)生的大規(guī)模擠壓推覆逆掩為下伏的下二疊統(tǒng)風(fēng)城組成烴、成藏創(chuàng)造了極為有利的條件，這無疑擴(kuò)大了哈山乃至整個(gè)準(zhǔn)北緣地區(qū)的找油領(lǐng)域。今后應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)達(dá)爾布特?cái)嗔褞Ъ捌鋬蓚?cè)構(gòu)造沉積演化及控制下的石油地質(zhì)條件研究，這有助于提高該區(qū)勘探潛力認(rèn)識(shí)以及確定有利方向和目標(biāo)。

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