王圣柱，林會喜，張奎華，薛 雁

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

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準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山構(gòu)造帶油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)研究

王圣柱，林會喜，張奎華，薛 雁

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山構(gòu)造帶經(jīng)歷多期構(gòu)造疊加改造，構(gòu)造復(fù)雜，油氣運聚規(guī)律不明確，極大地制約了油氣勘探。以已發(fā)現(xiàn)的油藏為研究對象，通過地質(zhì)結(jié)構(gòu)解剖、運移路徑識別與油氣源精細(xì)對比，對不同構(gòu)造單元的油氣運移特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明，超剝帶與推覆-沖斷帶分屬不同的油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)，具有不同的油氣輸導(dǎo)樣式，建立了2類4種油氣運聚模式：超剝帶為瑪湖凹陷遠(yuǎn)源供烴、“斷-毯”橫向輸導(dǎo)、毯緣富集；推覆-沖斷帶為哈山近源供烴，“多斷”聯(lián)合垂向輸導(dǎo)，近源富集，其中，西段推覆疊置區(qū)為“斷-縫”網(wǎng)狀輸導(dǎo)，中段沖斷疊加區(qū)為斷砂階梯輸導(dǎo)，東段斷褶變形區(qū)為斷層優(yōu)勢輸導(dǎo)。系統(tǒng)總結(jié)了輸導(dǎo)系統(tǒng)類型及控藏作用，研究結(jié)果可對研究區(qū)的油氣勘探具有借鑒作用。

地質(zhì)結(jié)構(gòu)；輸導(dǎo)模式；地化示蹤；超剝帶；推覆-沖斷帶；哈山地區(qū)

0 引 言

哈拉阿拉特山(下文簡稱哈山)構(gòu)造帶處于哈山與準(zhǔn)噶爾盆地的結(jié)合部位，系西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊晚古生代碰撞俯沖形成的“早動早衰型”山前帶[1]。在推覆-沖斷疊加和走滑改造解釋模型的指導(dǎo)下部署了哈淺1、哈淺6等多口探井，在白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系見到豐富的油氣顯示，發(fā)現(xiàn)了春暉油田和阿拉德油田[2-3]，展示出研究區(qū)巨大的勘探潛力。由于多期逆沖推覆作用的影響，構(gòu)造復(fù)雜，致使不同構(gòu)造區(qū)帶的油氣運聚規(guī)律認(rèn)識不清，成為制約油氣高效勘探的主要瓶頸。亟需開展油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)類型及其對油氣運聚的控制作用研究，建立不同構(gòu)造單元的油氣運聚模式，力求為研究區(qū)的油氣勘探提供指導(dǎo)與借鑒。

1 地質(zhì)概況

哈山構(gòu)造帶呈北東東走向展布，南鄰烏夏斷裂帶和瑪湖凹陷，北以達(dá)爾布特斷裂與和什托洛蓋盆地相接，東西兩側(cè)分別為石西凹陷和扎伊爾山。晚石炭世以來經(jīng)歷海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造運動的疊加改造[4-5]，表現(xiàn)為一大型的逆沖推覆構(gòu)造。

哈山構(gòu)造帶具有“上下分層、南北分帶、東西分段”的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。剖面上分為2套構(gòu)造層：下構(gòu)造層即推覆-沖斷帶，包括三疊系、二疊系和石炭系，主要發(fā)育大型推覆疊置構(gòu)造和疊瓦沖斷構(gòu)造；上構(gòu)造層即超剝帶，包括侏羅系、白堊系，呈南傾單斜形態(tài)超覆于哈山推覆-沖斷體之上。平面上分為3個構(gòu)造條帶，北部的走滑構(gòu)造帶、中部的逆沖推覆-沖斷帶、南部的逆沖褶皺帶。(圖1)。

2 油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)劃分

2.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

2.1.1 風(fēng)化殼黏土層

經(jīng)歷印支期長期剝蝕夷平作用，研究區(qū)表現(xiàn)為寬緩斜坡，形成了侏羅系底區(qū)域性不整合。巖心、測井曲線響應(yīng)、巖石礦物組成及風(fēng)化殼主量元素(Al、Fe、Na、K、Mn元素)分析表明[6]，該期不整合具有明顯的3層結(jié)構(gòu)，其中，風(fēng)化黏土層巖性為灰白色、雜色黏土巖，在研究區(qū)廣泛發(fā)育，厚度一般為3～8 m，受上覆地層壓實作用影響其物性變差，孔隙度僅為1.8%～7.4%，滲透率為0.53×10-3～6.32×10-3μm2，具有較強(qiáng)的突破壓力，可作為良好的遮擋層阻止油氣串層運移[7]。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈山地區(qū)構(gòu)造單元劃分

2.1.2 灰泥質(zhì)底礫巖層

三疊紀(jì)末期的強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓使哈山及以北地區(qū)強(qiáng)烈隆升遭受剝蝕，在此構(gòu)造背景之上，八道灣組沉積初期研究區(qū)廣泛發(fā)育了濕地扇沉積[8]，侏羅系底部不整合面之上沉積了厚度為1.3～4.5 m的礫巖。由于近物源、快速沉積，分選和磨圓較差，且為灰(泥)質(zhì)膠結(jié)，孔隙度僅為4.00%～14.74%，滲透率為2.50×10-3～18.71×10-3μm2，儲集物性明顯差于其上覆的(含礫)砂巖物性。

2.1.3 石炭系風(fēng)化“硬殼”

哈山構(gòu)造帶形成演化具有“早動早衰型”特點，二疊紀(jì)末期即開始大規(guī)模推覆造山，印支期末期哈山構(gòu)造基本定型[1]，推覆體頂部石炭系火山巖長期隆起遭受風(fēng)化淋濾，之后侏羅系和白堊系超覆于推覆體之上，風(fēng)化殼發(fā)育。根據(jù)Al、Fe、K、Na、Mg等元素的遷移性差異，采用風(fēng)化指數(shù)將風(fēng)化殼自上而下劃分為古土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶和原巖5層[9]。風(fēng)化淋濾對推覆體頂部儲層物性起到明顯的改善作用，哈淺6等井揭示淋濾影響深度可達(dá)180～340 m。通過各結(jié)構(gòu)層儲集性能對比認(rèn)為，風(fēng)化殼頂部的古土壤層物性最差，下部的溶蝕帶和崩解帶儲集物性最好，孔隙度為2.95%～18.53%，平均為8.59%，滲透率為0.83×10-3～52.80×10-3μm2，平均為14.12×10-3μm2，處于中部的水解帶雖然具有一定的孔隙度，但由于受近地表充填膠結(jié)作用影響，滲透率極低，形成致密“硬殼”，推覆體頂部風(fēng)化“硬殼”普遍發(fā)育，厚度一般為15～20 m。由于該致密層的存在導(dǎo)致推覆體風(fēng)化殼頂部附近未見油氣顯示。

地質(zhì)結(jié)構(gòu)解剖表明，超剝帶與推覆-沖斷帶之間存在多重分割層，包括侏羅系八道灣組底不整合風(fēng)化黏土層、不整合面之上底礫巖、推覆體頂部石炭系火山巖風(fēng)化淋濾“硬殼”。由于上述分隔層的存在，阻止了上下構(gòu)造層之間的油氣“交換”，將超剝帶與推覆-沖斷帶分隔為2套油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)。

2.2 運移路徑識別

原油在運移過程中存在地質(zhì)色層效應(yīng)，即隨著運移距離增加其物理性質(zhì)和化學(xué)成分等發(fā)生一系列規(guī)律性變化。原油中含氮化合物相對含量20R-C29甾烷αββ與ααα比值，ααα-C29甾烷20S與20R比值等地化參數(shù)或組合是油氣運移路徑示蹤的有效指標(biāo)。超剝帶原油生標(biāo)參數(shù)運移分餾效應(yīng)明顯，表明其經(jīng)歷了較長距離的運移，推覆-沖斷帶原油運移距離則相對較短(圖2)。根據(jù)原油中不同構(gòu)型咔唑類分子極性吸附能力差異性對運移路徑進(jìn)行識別追蹤，1，8-二甲基咔唑與1，5-二甲基咔唑比值、1，8-二甲基咔唑與2，7-二甲基咔唑比值、1，8-二甲基咔唑與2，4-二甲基咔唑+2，7-二甲基咔唑之和的比值等參數(shù)在超剝帶沿哈淺5-哈淺6井呈自南向北增大的趨勢，在推覆-沖斷帶由哈深斜1井風(fēng)城組至哈淺6井風(fēng)城組、石炭系，原油含氮化合物參數(shù)比值自下而上呈增大趨勢，并且在超剝帶與推覆-沖斷體界面附近上述各參數(shù)值存在“突變”現(xiàn)象(圖3)。研究認(rèn)為，超剝帶和推覆-沖斷帶表現(xiàn)為不同的油氣運移方式，超剝帶為遠(yuǎn)源橫向運移，推覆沖斷帶為近源垂向運移。

圖2 哈山地區(qū)不同構(gòu)造單元油氣運移分餾效應(yīng)散點圖

圖3 哈山地區(qū)不同構(gòu)造單元油氣運移分餾剖面

2.3 油源厘定

研究區(qū)不同構(gòu)造單元已發(fā)現(xiàn)油藏原油具有輕碳同位素值、低姥植比、低Ts與Tm比值、高β-胡蘿卜烷含量、高伽馬蠟烷含量的特征。另外，C20、C21、C22三環(huán)萜烷以及ααα(20R)C27、C28、C29甾烷呈依次上升型分布特征，油源分析主要來源于風(fēng)城組烴源巖[3]。而地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析表明，瑪湖凹陷與哈山推覆-沖斷帶均發(fā)育風(fēng)城組烴源巖，為了進(jìn)一步精細(xì)厘定不同構(gòu)造單元的油氣運聚特征，開展了哈山地區(qū)與瑪湖凹陷烴源巖的有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)的精細(xì)對比。研究認(rèn)為，哈山地區(qū)與瑪湖凹陷風(fēng)城組沉積環(huán)境在水體深度、鹽度和氧化還原性方面存在一定差異，哈山地區(qū)較瑪湖凹陷沉積水體較淺，且鹽度較低，因而造成某些對水體介質(zhì)反應(yīng)敏感的生物標(biāo)志化合物異構(gòu)體之間的裂解速率和新生成速率的不同，使得兩者發(fā)育的烴源巖在沉積環(huán)境指數(shù)ETR(ETR為∑(C28+C29三環(huán)萜烷)與∑(C28+C29三環(huán)萜烷與Ts的和比值)、C35升藿烷指數(shù)HHI(HHI為C35升藿烷與∑(C31+C32+C33+C34+C35升藿烷)比值)、Ts與Ts和Tm之和比值和莫烷/藿烷比值等方面存在細(xì)微差別[10]，可作為烴源巖的有效識別指標(biāo)。瑪湖凹陷烴源巖具有“兩高三低”的特點：高ETR、高HHI、低Ts與Ts和Tm之和比值、低C30莫烷與C30藿烷比值、低C29莫烷與C29藿烷比值，與其相反，哈山地區(qū)的烴源巖則表現(xiàn)為“兩低三高”的特點(圖4)。

圖4 哈山地區(qū)不同構(gòu)造單元油氣源地化參數(shù)散點圖

通過地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征研究、油氣運移路徑示蹤及烴源巖地化參數(shù)對比分析，厘定了不同構(gòu)造單元的油氣來源及運移樣式。超剝帶原油C29甾烷20S與20S+20R比值為0.38～0.64，平均值為0.48，C29甾烷ββ與ββ+αα比值為0.32～0.59，平均值為0.48，為高成熟原油，為晚侏羅世—晚白堊世瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖生成的高成熟油氣遠(yuǎn)距離沿毯砂橫向運聚成藏的產(chǎn)物。推覆-沖斷帶油氣成熟度差異大，為哈山地區(qū)和瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖不同演化階段生成油氣近距離垂向運移充注的結(jié)果，其中，推覆體前翼的哈淺6井風(fēng)城組原油C29甾烷20S與20S+20R比值為0.19～0.28，C29甾烷ββ與ββ+αα比值為0.17～0.27，為哈山地區(qū)風(fēng)城組烴源巖二疊紀(jì)末期生成的低熟油；推覆體前翼的哈淺3井1 154～2 636 m石炭系瀝青質(zhì)火山角礫巖C29甾烷20S與20S+20R比值為0.30～0.35，C29甾烷ββ與ββ+αα比值為0.26～0.41，為瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖三疊紀(jì)生成的成熟油，該期油藏印支期遭受破壞形成瀝青；哈淺3井2 636～2 845 m石炭系和哈淺6井石炭系、哈深2井佳木河組原油成熟度明顯偏高，C29甾烷20S與20S+20R比值為0.34～0.53，C29甾烷ββ與αα+ββ比值為0.30～0.57，為中晚侏羅世—早白堊世哈山推覆-沖斷帶不同構(gòu)造部位的烴源巖生成的成熟—較高熟的原油短距離運聚的結(jié)果。

3 油氣輸導(dǎo)模式

3.1 超剝帶“斷-毯”復(fù)合輸導(dǎo)模式

超剝帶原油來源于瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖，圈源分離，具有遠(yuǎn)源供烴成藏的特點。在寬緩斜坡構(gòu)造背景之上發(fā)育了八道灣組一段、西山窯組二段厚層砂體，疊合連片分布穩(wěn)定，具有良好的連通性和孔滲性，構(gòu)成了油氣橫向運移的高效輸導(dǎo)毯[2]。南部的烏27井等深部斷層溝通了瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖與超剝帶的毯砂，構(gòu)成了油氣運移的油源網(wǎng)，淺部斷裂溝通了毯砂與毯上砂體，構(gòu)成了油氣運移的調(diào)整網(wǎng)。深淺2套斷裂與毯砂時空匹配形成了研究區(qū)的“斷-毯”輸導(dǎo)格架?，敽枷蒿L(fēng)城組烴源巖生成的油氣沿油源斷層(次級油源斷層)—毯砂—調(diào)節(jié)斷層“接力”輸導(dǎo)。油源斷層斷穿層位及啟閉性控制了油氣的垂向分布，調(diào)節(jié)斷層控制了毯內(nèi)及毯上砂體成藏；毯砂構(gòu)成了油氣長距離橫向運移的運載層和倉儲層，毯緣為油氣的優(yōu)勢運聚方向及富集區(qū)帶。

3.2 推覆-沖斷帶“多斷”聯(lián)合輸導(dǎo)模式

3.2.1 推覆疊置區(qū)“斷-縫”網(wǎng)狀輸導(dǎo)樣式

海西期以來多期構(gòu)造運動的影響，哈山西推覆疊置區(qū)石炭系火山巖和二疊系云質(zhì)巖脆性地層斷層發(fā)育，同時伴生的多組不同產(chǎn)狀的裂縫互相切割形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，大大提高了巖石的滲透性，其與大氣水淋濾及有機(jī)酸溶蝕孔縫構(gòu)成了復(fù)雜的孔-洞-縫網(wǎng)狀輸導(dǎo)通道。受火山巖儲層非均質(zhì)影響，其橫向輸導(dǎo)能力有限，與油源斷裂相連接的推覆體更易成藏。平面上距油源斷裂6 km，垂向上距油源斷層3 km，為油氣的有利聚集區(qū)，油源斷裂與優(yōu)質(zhì)儲層配置控制了推覆疊置區(qū)油氣富集。

3.2.2 沖斷疊加區(qū)“斷-砂”階梯狀輸導(dǎo)樣式

哈山中沖斷疊加區(qū)充填地層主要為二疊系碎屑巖，表現(xiàn)為高角度疊瓦沖斷構(gòu)造。多期沖斷疊加在沖斷疊片內(nèi)和沖斷帶下部均“發(fā)育”風(fēng)城組烴源巖，烴源巖與儲層互層式分布，形成了優(yōu)越的生儲組合樣式。沖斷斷層溝通了風(fēng)城組烴源巖與二疊系、三疊系、侏羅系的砂體，“斷-砂”時空配置形成了階梯狀輸導(dǎo)格架。不同構(gòu)造部位烴源巖生烴演化與沖斷斷層多期活動控制了油氣幕式充注，在合適圈閉中聚集成藏。夏69井稠油、稀油和天然氣正是瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖不同演化階段生成油氣沿“斷-砂”階梯輸導(dǎo)通道運聚的結(jié)果。

3.2.3 斷褶變形區(qū)斷層優(yōu)勢輸導(dǎo)樣式

哈山東斷褶變形區(qū)主要發(fā)育二疊系和三疊系碎屑巖。三疊紀(jì)末期的印支運動一方面沖斷剝蝕使得中晚三疊世形成的部分油藏調(diào)整或破壞，如新2井風(fēng)城組和旗3井夏子街組殘余油藏；另一方面造成二疊系和三疊系強(qiáng)烈褶皺變形，呈現(xiàn)溝梁相間的構(gòu)造格局，砂體的長距離橫向輸導(dǎo)能力明顯受到限制，油氣主要表現(xiàn)為與油源斷層溝通的砂體在單一褶皺內(nèi)橫向運移。中晚侏羅世—晚白堊世烴源巖生成的油氣則以沿斷層垂向或側(cè)向(走向)運移為主，砂體輔助橫向輸導(dǎo)，平面上表現(xiàn)為沿夏紅南斷層和夏紅北斷層近斷裂帶富集的特點。

4 結(jié) 論

(1) 哈山構(gòu)造帶超剝帶與推覆-沖斷帶分屬于深淺2套輸導(dǎo)體系，兩者之間存在侏羅系底不整合風(fēng)化黏土層、不整合面之上灰(泥)質(zhì)底礫巖和推覆體石炭系風(fēng)化“硬殼”多重分隔，致使油氣交換能力較差；兩者油源及運移輸導(dǎo)樣式不同，超剝帶原油來源于瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖長距離橫向運移，推覆-沖斷帶油氣來源于哈山地區(qū)和瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖短距離垂向運移。

(2) 不同構(gòu)造區(qū)帶的構(gòu)造變形及輸導(dǎo)要素時空配置控制了油氣輸導(dǎo)樣式，橫向上具有分帶性，縱向上具有組合性：分為超剝帶“斷-毯”復(fù)合輸導(dǎo)、推覆疊置區(qū)“斷-縫”網(wǎng)狀輸導(dǎo)、沖斷疊加區(qū)“斷-砂”階梯輸導(dǎo)和斷褶變形區(qū)斷層優(yōu)勢輸導(dǎo)4種輸導(dǎo)模式。輸導(dǎo)體系類型及配置控制了不同構(gòu)造單元的油氣運聚及富集。

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編輯 劉兆芝

20150803；改回日期：20150925

國家科技重大專項“碎屑巖層系大中型油氣田富集規(guī)律與勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05002-002)；中國石油化工股份有限公司科技重大攻關(guān)課題“哈山構(gòu)造帶成藏主控因素研究”(P13020)

王圣柱(1979-)，男，高級工程師，2004年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)資源勘察工程專業(yè)，2015年畢業(yè)于該校地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣成藏研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.007

TE121.1

A

1006-6535(2015)06-0030-05