準噶爾盆地車排子起動新近系沙河組油藏特征及成藏要素分析

2005年，中國石化在砂山群附近取得了高產工業油流，標志著該地區淺層油氣的勘探取得了顯著進展。截至2010年,中國石油和中國石化兩大公司相繼在該區沙灣組共發現約18個油藏,顯示本區淺層油氣成藏條件好,資源豐富,有一定勘探潛力。本文對該區油源、儲集層、構造等成藏要素作了深入分析,以期為該區沙灣組勘探有所裨益。1構造-沉積體系車排子凸起區位于準噶爾盆地西部隆起南段,其北面與加依爾山相鄰,南部為四棵樹凹陷,向東與昌吉凹陷相連,主體走向呈北西向(圖1)。該凸起為海西運動期形成的石炭系繼承性凸起,先后經歷了強烈隆升、緩慢沉降和快速沉降等幾個發育階段。基底為石炭系,自下而上發育侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系,缺失二疊系和三疊系,沉積厚度150~2300m.古近紀,受喜馬拉雅運動影響,車排子凸起開始發生區域性掀斜,中南部逐漸向南東傾斜,接受沉積。古近紀末,凸起掀斜幅度進一步加大,古近系與新近系呈不整合接觸。第四紀,構造運動再次加強,發育了一期近東西向的數十條規模較大的正斷裂,向上斷到第四系,向下延伸至石炭系。現今凸起構造形態為一向南東傾的斜坡,古近系以上地層向北西逐層超覆尖滅,并與一組正斷裂相伴。喜馬拉雅運動對古近系、新近系沉積體系、圈閉類型與分布、油氣運移和成藏都有重要影響。新近系發育沙灣組(N1s)和塔西河組(N2t)2套地層,上覆地層為第四系砂礫巖,下伏古近系安集海河組為大范圍湖相泥巖。沙灣組物源區為北西方向的加依爾山,屬于辮狀河三角洲-湖泊沉積體系。根據巖性發育特點,自下而上劃分為3段:沙一段主要為辮狀河三角洲平原、前緣厚層砂巖與含礫砂巖;沙二段為三角洲前緣亞相的砂泥巖互層,砂巖所占比例較高;沙三段為大套濱淺湖相泥巖。2中-下-游盆地油氣藏地質及油藏規模截至2010年,車排子凸起已探明新近系沙灣組稀油油藏16個,累計地質儲量1448×104t,單個油藏規模小,平均單個油藏儲量不足100×104t.另外,中國石化在凸起西部發現排6井區稠油油藏,預測含油面積43.5km2,地質儲量1322×104t,油藏規模相對較大。該區斜坡構造及三角洲前緣沉積特征決定了沙灣組油藏與斷裂和砂體密切相關,中東部的油藏主要為斷塊、斷塊-巖性型(圖2),數量多,規模小。斷裂走向近東西,性質為正斷裂,長度一般為2~10km,斷距一般為5~15m,規模大的為15~40m.在沙灣組已發現8個油藏,探明含油面積4.43km2,最大為1.59km2,最小只有0.22km2,總的原油地質儲量515×104t,儲集層巖性為灰色中細粒石英砂巖和不等粒長石砂巖,平均孔隙度32.5%,平均滲透率2.79D,孔隙類型以原生粒間孔為主,屬特高孔、特高滲的好儲集層。油層厚度一般為4~6m,最厚為10.3m,屬中淺層、中豐度、高產的小型油藏。3沙灣的組成、生產要素和富集規律3.1侏羅系-原油運聚關系有人認為沙灣組原油為二疊系與侏羅系的混源,也有人認為是侏羅系油源。筆者認為,侏羅系生油巖對沙灣組油藏貢獻大,但混有紅車斷裂帶石炭系、二疊系以及侏羅系油藏在喜馬拉雅運動期經過斷裂向上調整的原油。主要地球化學證據有,沙灣組原油碳同位素值為-27.70‰~-26.64‰,絕大部分樣品姥植比大于2.0,β-胡蘿卜烷含量極低,這些特征與侏羅系原油接近。而源于二疊系的原油碳同位素值低于-29.50‰,其姥植比在1.0左右,且β-胡蘿卜烷含量高。沙灣凹陷發育二疊系和侏羅系烴源巖,處于成熟-高成熟階段,現今構造形態和侏羅系流體勢表明油氣運移主體方向是從東南向西北。四棵樹凹陷侏羅系烴源巖較差,大部分地區熱演化程度不高,生成的油氣量較少,向遠處長距離運移的量會更有限。因此,沙灣組原油應主要來自沙灣凹陷侏羅系生油巖。白堊紀后的快速下沉沉積了巨厚的古近系和新近系,使得沙灣凹陷侏羅系在新近紀—第四紀進入大量生油階段。車排子凸起—沙灣凹陷發育有數十條近東西向正斷裂,恰好溝通了凹陷區侏羅系油源,原油沿著斷層、砂層向凸起區運聚成藏(圖3)。同時,這組正斷裂也溝通了紅車斷裂帶以二疊系油源為主的深層油藏,使其向上調整再分配,有一部分原油運移到沙灣組。侏羅系生油巖成熟時間晚,油源斷裂形成時間為第四紀,可見,沙灣組油藏為典型晚期成藏。3.2拉伸性相關系車排子凸起—紅車斷裂帶經歷了多期構造運動,可劃分為2個大的構造演化階段:第一階段,海西—燕山運動期間,盆地西北部造山運動導致車西南地區強烈隆升,形成車排子凸起和北東—南西向的紅車斷裂帶,也是紅車逆沖斷裂帶最主要的形成和發育期,斷裂切穿石炭系直至白堊系底部;第二階段,古近紀—第四紀,車排子凸起的快速沉降也使石炭系基底發生扭動變形,形成了一組近東西向規模不一的張扭性正斷層,在凸起區這組斷層可從石炭系斷到第四系。近南北向紅車逆沖斷裂帶和喜馬拉雅運動期近東西向的正斷裂橫向上相交,垂向上相連,構成了良好的油氣運移通道。正斷裂系統是沙灣組溝通凹陷區侏羅系油源和深層油藏的主要渠道。在凸起和凹陷區的多個層系中都發育著分布穩定的大套砂巖,可作為良好的儲集層,例如沙一段、白堊系底部以及侏羅系西山窯組、三工河組等厚度30~90m的砂巖層,多層大套砂巖與兩組斷裂系統共同組成了暢通的油氣輸導體系(圖3),為油氣大規模運移提供了條件。喜馬拉雅運動期斷層不僅是油氣運移的主要輸導層,而且對油藏還起著封堵作用。決定斷層封堵性的主要因素有:斷層兩側巖性的接觸關系、泥巖涂抹程度、斷面閉合程度和受力情況等。對沙二段頂部砂層而言,單砂層厚度小,大部分為3~8m,上下均與泥巖互層。砂層厚度一般小于或相當于斷距,斷裂兩盤剛好形成砂泥巖對接,易形成斷層側向封堵,對油藏形成有效遮擋。斷距小于砂層厚度的斷層兩盤砂泥巖沒有形成完全對接,即有一部分為砂對砂,導致圈閉閉合度降低,面積變小。前人通過斷裂帶充填物泥質含量和泥巖涂抹因子的計算,評價了該區部分斷裂,認為沙二段以上的斷層大部分封堵性較好。3.3高位體系域和沉積相如上所述,新近紀車排子凸起的快速沉降,使新近系沿斜坡逐層向上超覆沉積。如果把沙灣組湖相泥巖頂界拉平后,可在地震剖面上反映出該組沉積時自北向南呈現2個較明顯的地形坡折帶。喜馬拉雅運動使基底石炭系再次發生了不均衡的隆升,整體向南傾斜,石炭系地形起伏直接決定了坡折帶發育程度和構造位置,明顯地控制沙灣組層序、砂體沉積和巖性圈閉的發育。沙灣組對應一個三級層序,其內部可識別出一個初始湖泛面,進而把該組劃分為低位體系域和水進體系域,不發育高位體系域。低位體系域主要發育在坡折帶附近及其下部,對應于沙一段和沙二段,巖性主要為灰綠色砂礫巖、粗砂巖,局部夾有泥巖或砂質泥巖等,為三角洲平原和前緣亞相沉積。水進體系域受坡折帶影響較小,對應于沙三段和沙二段頂部,巖性為棕褐色泥巖、粉砂質泥巖夾薄層灰綠色砂巖,為一套穩定的湖相泥巖和遠砂壩沉積,是一套良好的區域蓋層。沿著坡折帶下傾方向地層顯著加厚,是低位體系域砂體最發育的場所,儲集性好,砂體向凸起上傾方向超覆、減薄,直至相變為泥巖,是發育巖性圈閉的有利構造帶。沙灣組水進體系域下部即沙二段頂部砂巖為三角洲前緣遠砂壩沉積,砂體規模小,孤立分布不連片,坡折帶對其分布也有明顯控制作用(圖4)。巖性相對較細,物性好,其上與巨厚泥巖互層,下與薄層泥巖接觸,表現為泥包砂結構,很容易形成巖性圈閉。再與斷層相結合,則形成了斷塊或斷塊-巖性圈閉。因此,沙二段頂部砂體成為研究區中東部主力砂層,明顯控制了油藏分布。凸起西北部含油層系主要為沙二段中下部砂體,其厚度減薄,向北西方向尖滅,其上覆地層仍為沙三段泥巖。該區域仍然發育了數量多、規模不大的正斷層,正好與北西向尖滅的砂體形成斷層-巖性圈閉,發現了規模較大的稠油油藏,含油面積遠大于中東部的稀油區。沙一段砂體大面積疊置連片,砂體累計厚度一般大于50m,斷層斷距大部分小于15m,同時缺乏穩定的泥巖蓋層。雖然砂體最為發育,但不具備遮擋條件,是油氣橫向運移很好的輸導層,可起臨時儲集層的作用,對沙二段能夠遠離油源區成藏起了關鍵作用。3.4巖遮巖裂油藏車排子單斜構造上發育有數十條近東西向正斷層,形成多個低幅度的斷塊、巖性以及兩者復合型圈閉,以小型圈閉為主,所以油藏規模也就較小。控制圈閉邊界大部分為斷層,其余為泥巖遮擋,或為斷層和巖性共同封閉。有斷裂的溝通圈閉成藏相對容易,目前,發現的油藏大部分屬于這種類型,即主要為斷塊、斷層巖性油藏(圖2)。已發現個別油藏為巖性類型,主要靠泥巖遮擋,例如西北部的沙二段稠油油藏,其規模明顯大于稀油油藏,除了與巖性圈閉規模較大關系密切之外,與稠油要求的封閉條件低也有很大關系。巖性圈閉數量可能超過斷塊型,但對巖性圈閉鉆探程度明顯偏低,主要原因是沒有斷層溝通,成藏可能性較小,不過有沙二段及沙一段厚層砂體可作為有效輸導層或儲集層,仍可滿足運聚條件,成藏的可能性較大。4油氣運移輸導體系(1)車排子凸起的中東部新近系沙灣組油藏類型主要為斷塊、斷塊-巖性型的稀油油藏,數量多、規模小,分布在沙二段;西北部主要為巖性稠油油藏,數量少、規模較大,主要分布于沙一段。(2)海西—燕山運動期紅車逆沖斷裂帶和喜馬拉雅運動期近東西向正斷裂相交,溝通了多套層系的厚層砂體,組成良好的油氣運移輸導體系。沙灣凹陷侏羅