准噶尔盆地腹部中浅层油气输导体系及其控藏作用

时间：2024-06-19

陈棡，卞保力，李啸，刘刚，龚德瑜，曾德龙

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000）

0 引言

自20 世纪90 年代以来，输导体系作为控制油气由烃源岩到有效圈闭聚集成藏的关键要素成为油气聚集成藏的研究热点［1-4］，其分布特征及形成演化决定了油气运移的驱动机制、调整距离、优势路径及富集规律［5-10］。目前，输导体系的研究主要集中在输导体的静态刻画、成因机制及演化过程［11-13］、流体在输导体系内的运移方式及驱动机制［14-15］、输导体系控藏作用［16-20］等方面。目前，针对单一输导地质体的刻画研究已经较为成熟深入［11-13］，但对于多个输导要素构成的复合输导体系研究较少。尤其是在输导体系中各要素空间组合关系、时空配置关系及控藏作用还有待系统地探讨。

准噶尔盆地是由晚古生代以来多个不同性质的原型盆地演变而成的典型叠合盆地。受海西、印支、燕山、喜山等多期构造旋回影响，盆地各个时期充填样式、沉积体系、输导体系存在明显差异，纵向上发育多套储盖组合，平面上油气分区分带特征明显［21-23］。其中腹部地区油气主要集中分布在中浅层的侏罗系—白垩系，油气藏埋深普遍为2 000～5 000 m，整体埋深较浅。张义杰等［24］认为，腹部中浅层油气具有“源储分离、远源次生”的成藏特征，其油气由源岩到圈闭的纵向运移跨度可达4 000 m，横向运移距离超过60 km，输导类型多样。油气成藏经历了燕山、喜山等多期构造事件，具有十分复杂的调整再运聚过程［25］。2001—2004 年，腹部地区相继发现陆9 井、石南21 井、石南31 井等多个油气藏，均实现了当年探明、当年建产，目前建产约500 万t，具有油藏类型丰富、建产快、产能高的特点［26-27］。2004 年以后，该领域油气勘探工作却长期面临钻探成功率低、增储上产压力大的现实困境。

对输导体系认识不清，制约了对腹部中浅层油气富集规律的认识，极大地影响了勘探部署工作的推进。在单一输导要素刻画解剖的基础上，分析各要素之间的空间组合关系及其与油气成藏演化过程的时空耦合关系，探讨不同类型输导体系影响控制下的油气成藏模式，以期为准噶尔盆地腹部中浅层油气勘探提供地质指导。

1 区域地质概况

准噶尔盆地腹部横跨陆梁隆起及中央坳陷2个一级构造单元，包含三个泉、夏盐、达巴松、石西、石东、莫北、莫索湾、滴南等多个凸起，面积近4 万km2［图1（a）］。古生代以来自下而上依次发育石炭系（C）、二叠系（P）、三叠系（T）、侏罗系（J）、白垩系（K）、古近系（E）、新近系（N）和第四系（Q）。其中，八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）及清水河组（K1q）、呼图壁河组（K1h）均发育有规模展布的优质储层，其孔隙度为13%～36%，渗透率为30.0～2 000.0 mD。20 世纪50 年代以来，在腹部地区先后发现石西、莫北、陆梁、莫索湾、石南等构造及岩性-构造油气藏，已探明的油气藏主要分布于构造凸起带及其周缘，其油气主体来自盆1 井西凹陷、玛湖凹陷的下乌尔禾（P2w）、风城组（P1f）烃源岩，具有下生上储的组合特征［28-29］［图1（b）］，油气成藏经历了燕山、喜山等多期构造事件，具有十分复杂的调整再运聚过程［25］。

准噶尔盆地在前寒武系结晶基底和前石炭系褶皱基底构成的双重基底基础上，又经历了海西（C—P）、印支（T）、燕山（J2—K2）、喜山（E—N）等多期构造活动，均对盆地地质结构及构造格局造成了较大影响［30-33］。①晚石炭—晚二叠世，受周缘“顺时针”先后推覆造山的影响，盆地内部形成NE 向和NWW向的凸起和凹陷构成“棋盘状”格局，这控制了腹部地区晚古生代沉降中心、沉积中心及生烃灶的发育。②印支运动对腹部地区构造的改造较小，整体为弱伸展的坳陷环境。受西北缘达尔布特走滑断层活动影响，在玛湖凹陷及盆1 井西凹陷形成了多组NWW 向的派生走滑断裂带。③燕山运动是腹部中浅层构造演化过程中的一个重要事件，受右旋压扭作用的影响发生区域性隆升，造成了腹部地区西山窑组（J2x）与头屯河组（J2t）之间、侏罗系与白垩系之间形成2套区域性不整合。北部地区继承性地发育了一系列NE 向、NWW 向鼻状凸起带并伴生一系列断裂带，南部地区则新发育了NE 向的车—莫隆起带；④在喜山期，天山发生自南向北的冲断推覆作用，使盆地整体向南掀斜，燕山期构造格局发生反转。北部的凸起带构造高点向北迁移，南部的车—莫隆起形态逐渐消亡，转化为南低北高的大型单斜。

2 输导体系特征及组合类型

准噶尔盆地腹部中浅层油气具有“源储分离、远源次生”的成藏特征［24］，其输导体系主要由断裂系统、砂岩输导层、区域不整合等单个或多个输导要素相互组合构成。

2.1 断裂系统

受多期构造活动影响，准噶尔盆地腹部发育一系列断裂体系。由于构造演化机制及各期应力场特征不同，断裂系统的产状、分布及发育机制的差异明显［25，34-38］。通过大量地震资料对不同地区的深浅断裂进行了系统刻画。根据分布特征、成因机制等划分出2 类控制油气垂向输导的断裂体系（图2）。

（1）与NE 向、NWW 向凸起伴生的深浅压扭型断裂体系。此类断裂体系广泛分布于三个泉、基东、石西、莫北、莫索湾、达巴松等凸起的核部及翼部，由深部（C—T）断裂及浅层（T—K）2 组断裂构成，自下而上断层规模逐渐变小。深部断裂形成于海西期，多为高角度逆断层，断距多为几百米至上千米，平面上单条规模大，延伸距离长；浅层断裂形成于燕山期，多为高角度正断层，呈“雁列状”展布，断距多在几十米以内，单条断层规模较小。深、浅2组断裂在垂向上呈“Y”字型搭接，在平面上重合，为油气垂向运移提供了有效的接力输导。

（2）受NWW 向区域应力场控制的单一走滑断裂体系。其分布受凸起影响较小，在玛湖、盆1 井西等多个凹陷带内均有分布。地震剖面上，此类走滑断裂产状近乎直立，断距较小，自二叠系向上断至白垩系，具有明显的“正花状”、“负花状”特征。三维地震相干属性切片显示：走滑断裂体系平面走向平直，延伸可达80 km，在主断裂带两侧对称性地发育多条“羽状”次级断裂。走滑断裂体系不受先前构造格局控制，纵向切穿多套层系，在空间上与上述深浅压扭型断裂体系相互交错，构成了“网状”高效输导通道（图3）。李振宏等［34］认为，此类断裂为印支期盆缘断裂走滑作用下形成的派生构造。

2.2 砂体输导层

砂体是油气渗流输导的重要单元。勘探实践表明，厚度大、连通性好、分布广泛的砂体具有较好的连通性，是油气远距离侧向输导的重要条件［37］。准噶尔盆地在早中侏罗世整体处于具有统一坳陷格局的震荡抬升—沉降环境。湖平面的快速降低使得腹部地区下侏罗统发育J1b1，J1s2，J2x4等3 期厚层“毯砂”［39-41］。例如，J1s2砂体为一大套灰色、浅灰色含砾细砂岩、含砾中砂岩，厚度为30～70 m，孔隙度平均为10.22%～19.06%，渗透率平均为10～500 mD（图4）。沉积微相以辫状河三角洲前缘亚相水下分流河道、河口砂坝及水下分流间湾微相沉积为主，砂体在腹部北部、中部地区大面积展布，拓展了油气侧向输导空间。

砂体的连通性也是油气规模运移的重要条件。靳军等［42］认为，砂体在储集层中所占比例与孔隙整体连通性存在统计上的正相关，砂地比为50%～55%，才能实现大面积砂体的有效连通。腹部地区J1s2砂地比为60%～80%，具备油气长距离渗流运移的物性基础。

2.3 区域不整合

准噶尔盆地腹部在燕山期发育有J2x 与J2t 之间、侏罗系与白垩系之间2 期区域不整合［37，43-45］，多期抬升—沉降的震荡使得不整合面上下的地层接触关系为下削上超。其中J2x 与J2t 之间的不整合主要分布于车莫古隆起—陆梁隆起周缘，而侏罗系与白垩系之间的不整合在全区广泛分布，是该区规模最大的不整合（图5—6）。通过42 口钻井、测井资料综合分析，中浅层不整合面上下的岩性对接关系可以分为砂岩-泥岩-砂岩、砂岩-砂岩、砂岩-泥岩-泥岩、泥岩-泥岩-砂岩。总体以砂岩-泥岩-岩砂式的结构特征为主（图6）。

此外，腹部中浅层区域不整合结构自上而下分别由底砾岩、风化黏土岩、半风化壳组成（图7）。其中不整合顶部是以灰色、紫红色和褐色的砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩为主的底砾岩层，颗粒粗，厚度10～30 m，在全区均有分布，反映了构造抬升再次沉积后广泛分布的冲积平原环境；不整合底部发育的砂岩层段，受风化淋滤的影响，其物性整体较好。2 套岩层中间夹持一套厚度较薄的风化、半风化黏土岩。通常，不整合上下的底砾岩、半风化壳受粒度、岩性、成岩作用等因素影响，物性好，渗流能力强，是流体侧向运移的有利通道；中间分隔的风化黏土岩相对致密，起到了分隔上下油气输导层的作用，形成了不整合上下广泛分布的双层通道。勘探实践表明，腹部地区在中浅层不整合上下大量富集，也反映了不整合上下2 套输导层对油气运聚成藏的重要影响［46-47］。

2.4 输导要素组合类型

准噶尔盆地腹部中浅层油气运移距离远。油气运移通常是由多个输导要素相互搭接，或以一种输导要素为主，配以其他输导要素，形成空间上复杂多变的复合输导体系。在重点刻画腹部地区中浅层主要输导要素的基础上，结合各要素在空间分布规律及成因演化上的联系，梳理出3 类主要的优势输导要素组合类型（图8），这有利于从整体上认识油气富集规律，并预测出规模的油气富集区。

（1）断裂垂向单一输导型。主要分布在腹部凹陷地区及周缘，如玛湖、盆1 井西凹陷，油气通过沟通烃源岩的断裂体系穿过一套或多套纵向成藏组合直接向运移至中浅层的断块、岩性圈闭中成藏。此类组合中以沟通源、储的深大断裂或继承性的深浅断裂体系为主，辅以局部的高孔渗砂层，油气垂向输导跨度大，侧向运移距离近。

（2）断裂-毯砂阶状输导型。主要分布在北部的继承性构造凸起周缘，如莫北、莫索湾、石西等凸起，油气输导受通源断裂体系、多期毯砂、构造鼻凸带“三元”控制。烃源岩排出的油气在通过油源断裂沟通至浅层毯砂层后，受次级层间断裂和构造鼻凸影响，沿鼻凸两翼的岩性尖灭线呈“阶状”运移。

（3）断裂-不整合复合输导型。主要分布在燕山期古隆起周缘，如石西—石东凸起及南部车莫古隆起侧翼，油气通过断裂由源岩垂向到达不整合上下时，受控于不整合下部风化层及上部的底砾岩层大规模侧向运移。在平面上，不整合高渗透层顶面的构造起伏决定了油气侧向输导的优势路径。

勘探表明：优势的输导组合类型决定了油气的富集特征。断裂垂向单一型输导组合控制下的油气多沿油源断裂带叠置分布；断裂-毯砂阶状型输导组合控制下的油气沿现今构造凸起周缘环带分布；断裂-不整合复合型输导组合控制下的油气沿大型地层削截/超覆尖灭线之下连片分布。

3 输导体系有效性及其控藏模式

综合对比准噶尔盆地腹部中浅层油气输导体系形成演化与油气成藏过程的时空匹配关系，结合圈闭的形成条件，进一步讨论输导体系的有效性及其对油气富集成藏的控制作用。

3.1 输导体系与成藏事件的时空匹配关系

中浅层油气成藏具有远源次生和多期成藏的特点。只有在烃源岩大量生排烃时期就已存在并具有良好渗流能力的输导体系，才有利于油气的规模运聚。因而需要系统对比输导体系与油气充注成藏的时序关系，来评价输导体系的有效性。

准噶尔盆地腹部中浅层的油气主要受P2w，P1f等2 套烃源岩供烃。P2w，P1f 均有早侏罗世和晚白垩世2个生排烃高峰期，到了古近纪，2 套烃源岩均达到高成熟阶段，生油能力减弱［48-49］。在侏罗纪，储层埋深较浅（普遍小于1 000 m），而上侏罗统又遭受厚达上千米剥蚀，因此早、中侏罗世成藏的油气大部分遭受破坏而降解，以致于对成藏贡献小。白垩纪成熟的风城组原油则可以充注到侏罗系储层中，而白垩系储层埋藏更浅，只有在白垩世中晚期乌尔禾组生成的油气才能在埋深相对较大的清水河组得到较好的保存。

通过测定流体包裹体均一温度［27，50-51］，结合典型单井埋藏史、热演化史模拟，可以明确腹部地区中浅层普遍存在2 期大规模的油气充注事件。第1期对应于晚白垩世，二叠系烃源岩大量生排烃，油气直接进入浅层圈闭，属于原生油气成藏期；第2期对应于古近纪，受喜山期构造反转的影响，原有的油气藏遭受破坏，油气向新的有利圈闭调整后再聚集，属于次生油气调整期。

前文已述，构成准噶尔盆地腹部中浅层输导体系的断裂、砂岩输导层、不整合等要素均形成于早白垩世。在深浅断裂带中观察到不同成熟度的烃类包裹体［52-53］，也显示先存断裂在后期构造活动中多次开启，并具有“幕式”充注的特征。通过对比准噶尔盆地腹部中浅层油气生排烃史、油气充注成藏史、输导体系形成演化史，可以明确3 类输导体系在油气运移过程中的时效性（图9）。

3.2 优势输导体系控制下的油气成藏模式

基于输导体系、源储关系及成圈条件，准噶尔盆地腹部地区在优势输导体系控制下可以建立3种中浅层油气成藏模式（图10）。

（1）断裂垂向单一输导控制下的立体成藏模式。①沟通深部油源的断裂体系构成油气垂向优势运移通道。断裂体系可以是晚期的走滑断裂体系，深部切入烃源层沟通油源。如玛湖凹陷及其周缘的大侏罗沟走滑断裂体系，形成于印支期—燕山期，为油气向浅层规模运移提供了优势通道。继承性发育的深、浅断裂组合也可以构成断裂垂向优势运移通道。②多期发育的厚层湖泛泥岩对油气的垂向封堵及侧向遮挡作用。湖泛期泥岩厚度大，韧性强，往往是断层顶端终止部位，即使断层断穿了厚层泥岩，由于泥岩涂抹强且断层静止期断层岩压实固结强，断层在湖泛泥岩段往往是封闭的，因此，沿断层垂向运移的油气可以被封堵在多套湖泛泥岩之下，表现为立体成藏。准噶尔盆地中浅层侏罗系—白垩系发育J1b2，J1s3等多套最大湖泛期泥岩，形成了J1b1，J1s2等多套垂向立体叠置的含油层系。

（2）断裂-毯砂阶状输导控制下的环凸成藏模式。通过油源断裂垂向沟通后，油气沿着多套呈“毯状”分布的厚层砂岩呈阶梯状侧向运移，最终在古凸起周缘的岩性尖灭带富集成藏。其控藏要素有：①继承性的断裂-鼻凸带。沿断裂-鼻凸带周缘发育有派生的深浅断裂体系，并长期控制侏罗系河道走向及主砂体的展布，因而构成了油气垂向和侧向运移的一体化输导成藏系统，如夏盐、基东、莫北等鼻凸带。②中浅层发育的多套厚层毯砂及浅层不同期断裂构成的阶状输导体系。油气沿油源断裂垂向运移至中浅层后，进入厚层毯砂继续侧向运移，当受次级断裂遮挡时会向上调整，构成复杂的阶梯状输导体系。油气纵向上由鼻凸低部位向高部位优势运移，层位逐阶变新、变高，平面上受次级断裂及岩性尖灭线遮挡，并沿构造鼻凸周缘环状聚集。

（3）断裂-不整合复合输导控制下的连片成藏模式。①断裂体系沟通区域不整合构成垂向-侧向复合输导体系，成为油气优势输导通道，控制油气规模运移。②发育在区域不整合之上的退覆式三角洲叠置砂体。不整合之上广覆式的底砂岩可以形成有利的侧向输导层，其上发育退覆式的三角洲砂体，顶部的湖浸泥岩与三角洲砂体构成优质的储盖组合。随着湖浸的发展及三角洲的退积，该套储盖组合形成大面积分布。沿区域不整合侧向运移的油气受地层尖灭线、三角洲平原致密相带及上覆泥岩的遮挡可以形成大面积连片分布的地层岩性油气藏。

4 有利勘探方向

从已有的勘探成果来看，断裂-毯砂阶状输导体系控制下的环凸控藏模式已经在莫北、夏盐等多个凸起区得到了证实。近期在准噶尔盆地腹部玛湖—盆1井西凹陷QS2 井、MH015 井测试获高产油气流，揭示了凹陷内断裂垂向单一输导立体成藏模式的广阔勘探前景，但在腹部中浅层围绕断裂-不整合复合输导油气成藏模式进行的勘探实践还十分有限，尤其是在阜康凹陷，针对不整合上下的输导控藏条件及油气富集规律尚不清晰。

阜康凹陷发育多组近东西向的走滑断裂带，垂向输导条件有利。受多期构造差异抬升的影响，沿车莫古隆起东南翼发育多期中—上侏罗统的地层超覆带和剥蚀带，东缘发育下白垩统底部的地层超覆带，具备形成大面积地层-岩性圈闭群的地质条件。纵向上还发育二叠系、侏罗系2 套烃源岩层，且均已达到生烃高峰阶段，油源充足。因此，该区中浅层油气成藏条件十分优越，应是下一步寻找规模以上地层-岩性油气藏的重要领域。