李 政，張林曄，沈忠民，郭春清

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；2.中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學研究院，山東 東營 257015)

車排子凸起是準噶爾盆地西部的一個次級構(gòu)造單元，其西北為扎伊爾山，東部和南部分別與昌吉凹陷和四棵樹凹陷相接，面積約10 800 km2(圖1)。車排子凸起的油氣勘探始于20世紀50年代，分別于60年代建成紅山嘴油田、80年代建成車排子油田、90年代建成小拐油田，且與準噶爾盆地西北緣多數(shù)油藏一樣遭受破壞[1]，采出原油皆為稠油，開采難度大、成本高。然而，自2005年以來，卻陸續(xù)在該地區(qū)的排2、排206、排8等井的新近系沙灣組(N1s)發(fā)現(xiàn)了輕質(zhì)油藏。該類原油在20 ℃下密度為0.79 g/cm3，粘度為2.78 mm2/s，酸值為零，凝固點只有2.0 ℃(一般原油凝固點都在10 ℃以上)，絕大部分理化指標相當于-10號到-20號柴油，部分指標甚至達到90號汽油標準，是煉制高品質(zhì)航空燃油的絕佳原料，具有極高的開采價值。車排子凸起高品位輕質(zhì)油的發(fā)現(xiàn)，突破了在該區(qū)只能找稠油的禁錮，為同類地區(qū)尋找優(yōu)質(zhì)油藏提供了很好的借鑒。但由于該區(qū)緊鄰多個生油凹陷，且長期處于油氣的有利指向區(qū)，導致了油氣來源的復雜性和多解性，嚴重制約了后期勘探的順利進行。本文正是在此背景下，主要從地球化學角度，同時結(jié)合構(gòu)造及運移通道研究，分析了車排子凸起輕質(zhì)油母源及充注方向問題，以期對該區(qū)類似優(yōu)質(zhì)油藏的勘探提供可靠的科學依據(jù)。

圖1 準噶爾盆地車排子凸起構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location of Chepaizi Uplift, Junggar Basin

1 輕質(zhì)油地化特征及母源分析

1.1 輕質(zhì)油有機地球化學特征

本區(qū)輕質(zhì)油族組成中以飽和烴為主，含量接近或超過80%；其次為芳烴和非烴，含量分別約為15%和5%；不含瀝青質(zhì)。原油的穩(wěn)定碳同位素重，全油δ13C為-26.3‰～-26.4‰，烷烴、芳烴和非烴組分分別為-27.5‰～-27.8‰，-25.7‰～-25.9‰，-26.6‰～-26.7‰。飽和烴中正構(gòu)烷烴分布齊全，并以中低碳數(shù)為主(圖2)，主峰碳為nC10，輕重比(∑nC21-/∑nC22+)為2.26～2.68；類異戊二烯類烷烴含量較低，Pr/nC17和Ph/nC18分別為0.23～0.25和0.12，姥植比(Pr/Ph)較大，為2.04～2.17；不含β-胡蘿卜烷。甾烷分布中以規(guī)則甾烷為主，孕甾烷系列含量低(圖3A)；規(guī)則甾烷中ααα-C27(20R)，ααα-C28(20R)和ααα-C29(20R)基本呈“V”字型分布，三者的相對含量分別為33%，27%，40%；C29甾烷20S/(20S+20R)和ββ/(αα+ββ)分別為0.31～0.37和0.41～0.47，表明原油為成熟油。萜烷分布中以五環(huán)三萜烷為主，三環(huán)二萜烷系列在整體含量較低的背景下相對富含C19和C20三環(huán)以及C24四環(huán)萜烷(圖3A)；藿烷系列中伽馬蠟烷含量較高，其與αβ-C30藿烷的比值為0.29；Ts含量低于Tm，二者的比值為0.59。

圖2 準噶爾盆地排2井輕質(zhì)油飽和烴氣相色譜Fig.2 Gas-chromatogram of saturated hydrocarbon of light oil from Well Pai2, Junggar Basin

1.2 輕質(zhì)油母源分析

輕質(zhì)油的重碳同位素、高姥植比、不含β-胡蘿卜烷、三環(huán)萜烷系列中相對富含C19和C20三環(huán)以及C24四環(huán)萜烷的特征與來自侏羅系煤系烴源巖的原油十分相似[2]；而規(guī)則甾烷的近似“V”字型分布、萜烷中較高的伽馬蠟烷含量、不是很低的Ts/Tm值又與典型的煤系烴源巖特征相差較大，顯示了一定量湖相沉積有機質(zhì)的輸入。據(jù)此，有的學者提出該類原油是侏羅系煤系與其它層系湖相烴源巖的混源油[3-4]。

如果有其它層系湖相烴源巖的貢獻，則可能是二疊系、白堊系或古近系烴源巖[5-6]。由于二疊系烴源巖的典型特征是規(guī)則甾烷中ααα-C28(20R)和ααα-C29(20R)含量高，而ααα-C27(20R)含量低，與以低ααα-C27(20R)和ααα-C28(20R)、高ααα-C29(20R)為特征的侏羅系煤系烴源巖混合不可能形成原油中規(guī)則甾烷的“V”字型分布特征；同時，二疊系烴源巖飽和烴中一般含有β-胡蘿卜烷，而本區(qū)原油則不存在；據(jù)此，可以排除二疊系烴源巖的貢獻。至于白堊系或古近系烴源巖，雖然在規(guī)則甾烷的“V”字型分布及較高的伽馬蠟烷相對含量這兩個特征上與本區(qū)原油相似，但二者飽和烴中普遍含有β-胡蘿卜烷的典型特征同樣與本區(qū)原油不相吻合；同時，勘探實踐表明，這兩套烴源巖僅分布在昌吉凹陷南緣地區(qū)，且成熟范圍和生烴規(guī)模十分有限，其生成的少量油氣不可能跨越如此遠的距離運移至車排子地區(qū)。另外，本區(qū)原油如此重的穩(wěn)定碳同位素特征也基本可以排除以輕碳同位素為典型特征的上述3套湖相烴源巖的貢獻。然而，本區(qū)原油的確既具有侏羅系煤系烴源巖特征，同時又具有某些湖相烴源巖的特征，原因何在？筆者認為，這是由于侏羅系烴源巖內(nèi)部較強的非均質(zhì)性造成的。

圖3 準噶爾盆地車排子凸起及鄰區(qū)原油甾、萜烷質(zhì)量色譜Fig.3 Mass chromatograms of sterane and terpane of oils in and around Chepaizi Uplift, Junggar Basin

準噶爾盆地侏羅系不但廣泛發(fā)育煤系地層[7-9]，同時又沉積有較大規(guī)模的湖相暗色泥巖。如果某地區(qū)的侏羅系沉積主要為單一的煤系或湖相地層，則其生成的原油基本只顯示煤成油或湖相原油的特征。然而，侏羅系煤系和湖相烴源巖并不是2個絕對的概念，在總體一致的沉積背景下，兩者在很多情況下往往以“混合”的形式出現(xiàn)，提供既有煤系特征、又有湖相特征的“混合型”油氣[10]。以車排子凸起南部四棵樹凹陷卡6井(圖1)白堊系原油為例，該原油在重碳同位素(-26.35‰)、高姥植比(3.19)、萜烷分布特征(明顯高C19和C20三環(huán)以及C24四環(huán)萜烷)、低伽馬蠟烷含量(伽馬蠟烷指數(shù)僅為0.09)等特征上比排2井沙灣組原油更接近侏羅系煤系沉積有機質(zhì)特征，但ααα-C27(20R)、ααα-C28(20R)和ααα-C29(20R)規(guī)則甾烷依然顯示近似的“V”字型分布(圖3B)，而甾烷分布中顯示的這一僅有的“湖相”特征不足以證明該原油中混入了其它的湖相沉積有機質(zhì)，解釋為只來自侏羅系烴源巖更為合理。這類烴源巖總體沉積于偏氧化的環(huán)境，陸源有機質(zhì)輸入較多，但在沉積過程中有水體的加深并有低等水生生物有機質(zhì)的輸入，導致其生成的原油總體顯示煤系特征，部分指標顯示湖相特征，只是不同的原油之間二者的“混合”比例有所不同。在這種情況下，準確區(qū)分侏羅系煤系或湖相烴源巖的貢獻比例相當困難且意義不大，而將侏羅系烴源巖視為一個整體更為適宜。因此，車排子地區(qū)輕質(zhì)油為來自侏羅系烴源巖的單源原油，但其中低等水生生物的輸入量要高于卡6井白堊系原油。

2 原油充注方向分析

原油的充注時間與方向，與有效烴源巖的分布范圍、生排烴期以及運移通道的發(fā)育和聚油區(qū)的構(gòu)造情況密切相關(guān)[11-13]。

2.1 侏羅系烴源巖生排烴史

根據(jù)侏羅系沉降史模擬結(jié)果及勘探實踐，成熟的侏羅系烴源巖主要分布在昌吉凹陷南緣、四棵樹凹陷東南部及二者以南的北天山山前斷褶帶。生烴史模擬結(jié)果表明，下侏羅統(tǒng)八道灣組烴源巖在白堊世中期進入生烴期，古近紀中晚期進入大量生油階段，新近紀中期進入生油高峰，現(xiàn)今主要生油期基本結(jié)束；下侏羅統(tǒng)三工河組烴源巖在白堊世中晚期進入生烴期，新近紀早期進入大量生油階段，現(xiàn)今基本處于生油高峰期；中侏羅統(tǒng)西山窯組烴源巖在古近紀早期進入生烴期，新近紀晚期進入大量生油階段，目前仍處于大量生油期，但尚未達到生油高峰，與實測鏡質(zhì)體反射率(Ro為0.80%～0.84%)比較接近。因此，侏羅系烴源巖自新近紀中期以來進入主要生烴期，而主要排烴和運移期應(yīng)在新近紀晚期至今。

2.2 車排子凸起構(gòu)造及地層發(fā)育史

晚石炭世早期至晚石炭世末，準噶爾盆地轉(zhuǎn)入盆—山發(fā)育體系，西準噶爾造山褶皺帶不斷抬升并向東南方向推覆，由于受北天山造山帶阻擋，整個車西南地區(qū)強烈隆升，同時在其前方為了削減應(yīng)力而形成了紅車斷裂，并向東擠壓沖斷。晚期海西運動、印支運動和早中期燕山運動期間，車排子凸起繼續(xù)強烈隆升，使得凸起主體部位缺失了二疊系、三疊系及侏羅系地層，而印支、燕山運動期間車排子凸起活動尤為強烈，斷層發(fā)育，在車排子凸起東部及北部部分地區(qū)形成了部分小型斷凹，沉積了較薄的上三疊統(tǒng)及中下侏羅統(tǒng)地層。早白堊世以后，車排子凸起區(qū)開始進入緩慢沉降階段，但具差異沉降特點：早白堊世車排子凸起東部地區(qū)發(fā)生沉降，沉降幅度和速度均較小，沉積了較薄的下白堊統(tǒng)中下部地層，而車排子凸起西部地區(qū)仍為隆起區(qū)，地層具有東厚西薄的特點，由昌吉凹陷向車排子凸起超覆尖滅，地層傾向為東傾(圖4)。早白堊世中晚期—晚白堊世車排子凸起區(qū)沉降再次停止，缺失了下白堊統(tǒng)中上部地層和上白堊統(tǒng)東溝組地層。古近紀以后，又開始緩慢沉降，但差異沉降更為明顯。由于四棵樹凹陷沉降速度比昌吉凹陷區(qū)要大，地層傾向由白堊紀時的東傾逐漸轉(zhuǎn)化為東南傾向(圖4)，古近系在車排子凸起上沉積范圍較小，主要分布在車排子凸起東南部較小范圍，沉積了較薄的古近系紫泥泉子組和安集海河組地層。除此之外，車排子凸起中西部廣大地區(qū)仍為剝蝕區(qū)，缺失了古近系地層。新近紀以后，車排子凸起繼續(xù)沉降，受差異沉降的影響，車排子凸起南部急劇沉降，新近系地層逐漸變?yōu)槟蟽A(圖4)，由于沉降速度快，導致部分地區(qū)地層受到拉張力作用，發(fā)育一些正斷層，斷層走向近東西向。該期沉降以垂直升降為主，沉降范圍和幅度均較大，其中沙灣組沉積時期仍表現(xiàn)出一定的差異沉降特點，在車排子凸起北部及西部山前帶未能沉積沙灣組地層。沙灣組沉積以后，車排子凸起沉降范圍和幅度繼續(xù)加大直至整體都處于水下，沉積了較厚的塔西河組、獨山子組和第四系地層。

圖4 準噶爾盆地車排子凸起不同層系地層等厚圖及地層傾向的演變Fig.4 Thickness and tendency of different strata in Chepaizi Uplift, Junggar Basin

2.3 原油充注方向分析

對于車排子凸起輕質(zhì)油的油源區(qū)，有的學者認為是昌吉凹陷西南部侏羅系烴源巖：成熟油氣首先通過紅車斷裂帶南端運移至車排子凸起，再在車排子凸起內(nèi)部向西北運移。筆者認為這一觀點值得商榷：首先，由前述，來自侏羅系烴源巖的油氣主要排烴和運移期在新近紀晚期至今，此時紅車斷裂帶已停止活動，溝通油氣的能力較差；其次，在新近紀晚期至今，車排子新近系地層逐漸變?yōu)槟蟽A(圖4)，即使有經(jīng)紅車斷裂帶進入車排子凸起的油氣，也主要會沿凸起東緣向北運移，很難再運移至斷裂帶西側(cè)的排2、排8等井區(qū)。筆者認為，車排子地區(qū)的輕質(zhì)油來自其南面的四棵樹凹陷東南端及其以南的北天山山前斷褶帶，獨山子油田原油與車排子輕質(zhì)油的相似性即是很好的證明。

獨山子新近系沙灣組原油與車排子輕質(zhì)油具有非常密切的親緣關(guān)系：該原油也為低密度(0.75～0.88 g/cm3)的輕質(zhì)油；原油的穩(wěn)定碳同位素較重，δ13C為-27‰左右；族組成以飽和烴為主，含量多在65%以上，芳烴含量為10%～15%左右，非烴和瀝青質(zhì)含量很低；甾烷分布中以規(guī)則甾烷為主，孕甾烷系列化合物含量低，規(guī)則甾烷中C27-C29呈“V”字型分布(圖3C)，C29甾烷20S/(20S+20R)和ββ/(αα+ββ)分別為0.29～0.37和0.37～0.47，表明原油也為成熟油；萜烷分布中以藿烷系列為主，三、四環(huán)萜烷豐度很低且分布齊全(C19-C26)，C19，C20三環(huán)及C24四環(huán)萜烷含量相對較高(圖3C)；伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷/C30藿烷為0.25～0.33。從上述參數(shù)的對比可知，獨山子與車排子凸起原油特征十分相近，應(yīng)來自同一油源區(qū)。獨山子油田處于四棵樹凹陷東南端及與其相連的北天山山前斷褶帶內(nèi)侏羅系烴源巖深埋區(qū)(即烏蘇、奎屯以南的深凹區(qū))之上，無疑是成熟的侏羅系原油經(jīng)深部斷裂向上運移成藏所致。因此，車排子凸起輕質(zhì)油也應(yīng)來源于此。

車排子凸起和南部的烏蘇、奎屯以南的油源區(qū)之間雖然沒有南北向深大斷裂相溝通，但在準噶爾盆地西部，新近系沙灣組普遍發(fā)育扇三角洲前緣和濱淺湖相，其間沉積了儲層物性較好的厚砂層(圖5)，完全可以作為油氣運移的良好通道。四棵樹凹陷東南端及其以南山前斷褶帶內(nèi)成熟的侏羅系原油經(jīng)深部斷裂向上運移至沙灣組后，首先可以在就近的圈閉形成油藏(獨山子油田)；同時，由于侏羅系烴源巖的生排烴自新近紀至今是一個連續(xù)的過程，后續(xù)生成的成熟度更高的油氣則會經(jīng)南傾的沙灣組厚砂層繼續(xù)向北或北偏西的方向側(cè)向運移至車排子地區(qū)(圖6)，并在合適的沙灣組圈閉聚集成藏。排2井原油與獨山子原油相比，族組成中更高的飽和烴含量、不含瀝青質(zhì)正是表明了原油運移了更遠的距離；飽和烴中更高的甾烷異構(gòu)化參數(shù)一方面說明排2井原油的成熟度要高于獨山子原油，另一方面也是運移效應(yīng)所致：因為隨著運移距離的增加，甾烷C2920S/(20S+20R)和C29αββ/(αββ+ααα)都會有逐漸增大的趨勢[14]。

圖5 準噶爾盆地西部新近系沙灣組沉積相與砂層等厚線Fig.5 Sedimentary facies and sand thickness of Neogene Shawan Formation, west of Junggar Basin

圖6 準噶爾盆地車排子凸起輕質(zhì)油充注方向示意Fig.6 Migrating direction of light oil in Chepaizi Uplift, Junggar Basin

3 結(jié)論

1)車排子凸起輕質(zhì)油為侏羅系烴源巖的單源原油，其既具“煤系”、又具“湖相”的特征是侏羅系烴源巖內(nèi)部非均質(zhì)性的反映，而并非侏羅系煤系烴源巖與其它層系湖相烴源巖的混源。

2)車排子凸起輕質(zhì)油來自南部的四棵樹凹陷東南端及北天山山前斷褶帶，油源區(qū)內(nèi)成熟的侏羅系油氣由深部斷裂垂向運移至上部沙灣組地層后，再經(jīng)沙灣組厚砂層向北或北偏西方向側(cè)向運移至車排子地區(qū)，并在合適的圈閉聚集成藏。

致謝：勝利油田地質(zhì)科學研究院沈揚高級工程師、莊新明高級工程師提供了區(qū)域地質(zhì)方面的資料，在此深表感謝。

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