田 琨，殷進垠，曾濺輝

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院海外油氣規(guī)劃所，北京 100083； 2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249）

基于顆粒熒光定量技術(shù)的油氣運移路徑
——以車排子凸起沙灣組砂巖輸導(dǎo)層為例

田 琨1，殷進垠1，曾濺輝2

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院海外油氣規(guī)劃所，北京 100083； 2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249）

準噶爾盆地車排子凸起沙灣組的油氣來源于東側(cè)的昌吉凹陷和南側(cè)的四棵樹凹陷，分析連接烴源巖與油氣藏的砂巖輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)特征和性能，結(jié)合顆粒熒光定量技術(shù)測定的QGF指數(shù)變化趨勢和光譜特征，追蹤沙灣組砂巖輸導(dǎo)層油氣運移路徑.結(jié)果表明：研究區(qū)沙灣組一段東側(cè)和沙灣組二段南側(cè)砂體于地質(zhì)歷史時期發(fā)生油氣運移；排612—排609井、排606—排602井一帶和排8井區(qū)為沙一段油氣由東南至西北方向的優(yōu)勢運移路徑，與紅車斷裂帶共同構(gòu)成油氣垂向和側(cè)向運移的高效通道；優(yōu)勢運移路徑指向的西北地區(qū)繼承性構(gòu)造高部位的巖性、地層和巖性—構(gòu)造等圈閉是未來勘探的重點.

準噶爾盆地；車排子凸起；砂巖輸導(dǎo)層；顆粒熒光定量技術(shù)；油氣運移

0 引言

油氣運移是連接油氣生成和聚集的重要環(huán)節(jié)，是地質(zhì)歷史時期動態(tài)、復(fù)雜的過程［1］.不整合、斷層和高孔滲輸導(dǎo)層等介質(zhì)可以作為油氣運移的通道，但是油氣運移僅發(fā)生于有限空間和范圍，即油氣運移路徑.研究油氣運移過程有助于認識油氣成藏規(guī)律，油氣運移優(yōu)勢路徑對油氣藏的分布具有控制作用［2－3］，追蹤優(yōu)勢運移路徑有助于降低未來勘探風(fēng)險.近年來，基于熒光掃描技術(shù)發(fā)展而來的高精度、便捷的顆粒熒光定量技術(shù)被引入油氣成藏研究，在紫外光激發(fā)下該技術(shù)可以檢測石英、方解石固體顆粒的烴類熒光光譜，應(yīng)用于判斷古、今油水界面和油氣運移等方面［4－5］.

車排子凸起新近系沙灣組原油品質(zhì)多樣、周邊發(fā)育多個生烴中心、充注期次多、運移距離遠［6］，油氣來源、充注方向一直存在爭議.有人認為沙二段輕質(zhì)油的正構(gòu)烷烴、碳同位素組成等參數(shù)與四棵樹凹陷原油的接近［7－9］，也有人認為其原油成熟度參數(shù)與昌吉凹陷原油的接近［10］.有關(guān)沙灣組一段油氣來源的研究較少，席偉軍等分析排601井包裹體特征，認為與昌吉凹陷源巖的接近［11］.這些研究主要基于研究區(qū)原油與凸起外生油凹陷烴源巖的原油物理屬性﹑地化參數(shù)變化趨勢的油源對比和油氣來源方向推測，缺乏對油源與油藏之間的輸導(dǎo)體及油氣運移路徑的研究.另外，車排子地區(qū)可供油源對比的錄井顯示井較少且集中于中部和西北部，連接烴源巖（四棵樹凹陷和昌吉凹陷）與油氣藏的東南部砂巖輸導(dǎo)層未見油氣顯示.因此，采用既有方法進行油氣運移研究略顯證據(jù)不足.

在構(gòu)造格架和沉積背景下，筆者分析油氣輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)性能，結(jié)合顆粒熒光定量技術(shù)分析沙灣組一段和二段未見油氣顯示的砂巖輸導(dǎo)層樣品，判別油氣是否經(jīng)過；結(jié)合沙灣組砂體的輸導(dǎo)格架及特征、烴源灶與油氣分布特征，追蹤油氣運移路徑，以重塑油氣運移過程.

1 地質(zhì)概況

車排子凸起位于準噶爾盆地西北緣南端，形成始于海西期晚期，是一個東南傾斜的、長期繼承性發(fā)育的古隆起［4］，研究區(qū)為凸起上勝利油田三維工區(qū)范圍（見圖1）.車排子凸起東北部與中拐凸起搭接，西北緣為扎伊爾山，南部和東南部分別緊鄰生烴凹陷——四棵樹凹陷和昌吉凹陷，發(fā)育二疊系腐泥型及上三疊統(tǒng)、中下侏羅統(tǒng)、白堊系和古近系腐殖型烴源巖等［4，7－12］.車排子凸起東緣為紅車斷裂帶，是發(fā)育于晚石炭世—三疊紀疊瓦沖斷系統(tǒng)［13］，晚三疊世到早侏羅世，其下盤聚集大量昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的油氣，是溝通昌吉凹陷源巖的油源斷裂，對油氣起到調(diào)整和運移作用［14］.

圖1 車排子凸起區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 The regional tectonic position of Chepaizi uplift

近年來，車排子凸起沙灣組油氣勘探獲得重大突破.2005年，排2井和排8井在沙灣組二段獲得高產(chǎn)輕質(zhì)油流，發(fā)現(xiàn)春光油田.沙二段為巖性、地層、巖性—構(gòu)造復(fù)合油藏，受砂巖發(fā)育控制，分布在車排子凸起東北部——研究區(qū)中南部沙二段砂體尖滅帶附近.排6井、排601井等在沙一段測試獲得油流，2011年發(fā)現(xiàn)春風(fēng)油田.研究區(qū)北部為地層、巖性稠油油藏，中部排21井、排19井區(qū)為巖性中質(zhì)油藏，油氣分布于凸起上繼承性的構(gòu)造高部位.這些勘探突破預(yù)示盆地邊緣斜坡遠離生烴凹陷的車排子凸起具有巨大勘探潛力［6］.

2 砂巖輸導(dǎo)層輸導(dǎo)特征

車排子凸起呈簡單的單斜構(gòu)造，無明顯的構(gòu)造“脊”，不發(fā)育大規(guī)模斷裂，不存在異常流體壓力，流體勢的變化趨勢與沙灣組構(gòu)造頂面變化趨勢基本一致，由東南向西北遞減，因此作為油氣運移通道的地質(zhì)體的非均質(zhì)性控制油氣運移路徑的非均質(zhì)性.對于研究區(qū)沙灣組油氣，廣泛發(fā)育的沙灣組砂體控制油氣的二次運移，以砂巖輸導(dǎo)層為研究對象，羅曉蓉等將輸導(dǎo)層定義為一定厚度地層單元中各輸導(dǎo)體的綜合，在一定宏觀空間具有連通性［15］.

白堊紀開始，車排子地區(qū)構(gòu)造活動減弱，表現(xiàn)為整體的掀斜.至沙灣組沉積前，該地區(qū)為東南傾的緩坡，高部位在研究區(qū)西北部.沙灣組按沉積旋回變化自下到上可分為沙一段、沙二段和沙三段.沙一段沉積早期，北西方向物源充沛，晚期物源方向東移，研究區(qū)發(fā)育粒度較粗的辮狀河—辮狀河三角洲沉積，巖性以砂礫巖、粒狀砂巖為主，夾薄層泥巖；砂體近北西—南東向呈條帶狀展布［16］.沙二段沉積時，物源供應(yīng)量減少，古地勢高差變小，水體加深，發(fā)育三角洲前緣、灘壩及濱淺湖交互沉積，砂體分布在研究區(qū)中南部.沙三段沉積時，水體變淺，物源萎縮，以洪泛平原相的褐紅色泥巖為主，作為區(qū)域蓋層（見圖2）.基于沙灣組沉積環(huán)境、砂體發(fā)育特征和油氣分布規(guī)律等，將沙一段和沙二段劃分為兩個輸導(dǎo)層.

圖2 排20井—排17井—排202井—排7井砂巖輸導(dǎo)層連井剖面（近南北向）Fig.2 Section crossing well Pai20－well Pai17－well Pai 202－well Pai7

輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)性是依靠可滲透砂體在一定空間范圍內(nèi)具有的連通性實現(xiàn)的，即砂體相互連接和疊置.厚度和砂地比可用于表征砂體的連通程度，厚度越大，砂地比越高，砂體間連結(jié)和疊置程度越高，從而組成連通的砂體群.另外，輸導(dǎo)層的孔滲性能對于油氣運移路徑的選擇也起到一定控制作用.砂體孔滲性結(jié)構(gòu)分布差異形成級差優(yōu)勢［17－18］，油氣易于沿著級差優(yōu)勢大的通道運移.沙一段砂巖輸導(dǎo)層的展布向東向南變厚，南部最厚超過100m，但是沉積不均衡使砂層孔滲性、厚度不均一［19］；北部排605井和排606井向西北方向、南部由南向北方向發(fā)育厚砂層.這些位置砂體更加發(fā)育，厚度相對大、連續(xù)性好.砂地比的變化趨勢與砂體厚度整體一致，向東向南增大至60%以上（見圖3（a））.一般當(dāng)砂地比高于50%時，砂體大范圍疊置或接觸，連通性很好，是優(yōu)良的輸導(dǎo)層［20］.受控于以西北和東北為物源方向的辮狀河—辮狀河三角洲沉積體系，砂體發(fā)育側(cè)向差異形成4個南東—北西、南—北方向級差優(yōu)勢，北部的級差高于南部的，北部的整體孔滲性也好于南部的.綜合沙灣組砂巖輸導(dǎo)層構(gòu)造和沉積背景、砂體展布特征和物性差異等地質(zhì)條件，認為連通性、孔滲性好且與周圍巖石差別最大的輸導(dǎo)層最有可能成為油氣運移優(yōu)先選擇的路徑，即北部排612井和車淺1－7井向西北方向的砂層、南部由南向北的砂層為輸導(dǎo)性能優(yōu)越的輸導(dǎo)層.沙二段砂巖厚度減薄，北部厚度超過10m，南部厚度超過60m，由南向北減薄，砂地比在南部達到30%（見圖3（b））；砂體發(fā)育程度和連通性較沙一段的差，在三角洲前緣沉積體系控制下由南向北的級差優(yōu)勢相對較大.因此，沙二段砂巖輸導(dǎo)層具有較好的由南向北輸導(dǎo)油氣的能力.

3 油氣運移路徑追蹤

3.1 顆粒熒光定量技術(shù)

當(dāng)油氣通過砂巖發(fā)生運移時留下各種痕跡，碎屑顆粒表面吸附各類烴類組分，同時成巖過程中也形成烴類流體包裹體，這些痕跡是重建烴類充注歷史的重要證據(jù).顆粒熒光定量技術(shù)QGF（Quantitative Grain Fluorescence）通過測定物理和化學(xué)作用吸附于碎屑表面的烴類組分和礦物包裹烴的熒光強度、光譜特征，識別古油層，判別是否發(fā)生油氣運移［20］.

在QGF分析中，QGF指數(shù)是光譜中波長在375～475nm的平均光譜強度與波長300nm對應(yīng)的光譜強度之比.水層和古油層的QGF指數(shù)及光譜特征差異明顯，Liu Ke等證實QGF指數(shù)與烴類含量具有高度的相關(guān)性，可以充分反映樣品中油包裹體的豐度，也可作為表面吸附烴類（主要為吸附性較強的重質(zhì)芳烴和極性化合物）的指示.油層的QGF指數(shù)大于水層的，古油層參考的QGF指數(shù)為4.00pc，且隨含油飽和度的增高指數(shù)增大.油層的譜峰非常明顯；水層的光譜曲線相對平緩，不具有明顯的譜峰［21］.通過油氣輸導(dǎo)層或儲層中殘留烴類分析，可以判定地質(zhì)歷史時期油氣運移路徑或古油層.

圖3 沙灣組一段、二段砂巖厚度、砂地比和級差優(yōu)勢疊合Fig.3 Figures showing transportation characteristics of 1st and 2nd member，Shawan formation

3.2 實驗取樣及結(jié)果

基于沙一段和沙二段砂巖輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)性能，實驗選取沙一段和沙二段無油氣顯示的優(yōu)質(zhì)輸導(dǎo)層的中／細砂巖，取樣位置分別位于砂層頂部、中部和下部.沙一段16口井、42個樣品分布于研究區(qū)東部、南部，考慮該地區(qū)實際地質(zhì)狀況，選取排612井樣品（油跡）為標定樣品；沙二段4口井、8個樣品分布于南部，排206井（油跡）樣品為標定樣品.

實驗由中國石油大學(xué)（北京）地球化學(xué)實驗室應(yīng)用CSIRO石油資源部提供的QGF和QGF－E分析專利技術(shù)完成，檢測儀器為Varian熒光分光光度計，結(jié)果見表1和表2（λmax為最大顆粒熒光強度對應(yīng)的波長）.沙一段P612－S1（油跡）標定樣品QGF指數(shù)為3.76pc，為衡量地質(zhì)歷史時期沙一段油跡級別油氣顯示的參考.QGF指數(shù)在2.90～8.28pc之間，整體較高，僅P1－1－S1、P1－2－S1、P1－3－S1、P20－2－S1、P20－3－S1等樣品的QGF指數(shù)相對較低.沙二段P206－S2（油跡）QGF指數(shù)為3.85pc，其他結(jié)果分布在2.11～4.82pc之間；僅排16井的P16－3－S2樣品的QGF指數(shù)很高，為4.82pc，P9－1－S2、P16－1－S2和P16－6－S2樣品的QGF指數(shù)在3.85pc左右，其余較低.沙灣組樣品光譜譜峰主要出現(xiàn)在375.00～475.00nm之間；大多數(shù)曲線譜峰較明顯，P202－S2、P206－1－S1、P20－3－S1、P16－1－S2等樣品曲線較平緩，它們對應(yīng)的QGF指數(shù)相對較小.

表1 沙一段樣品顆粒熒光定量分析結(jié)果Table 1 QGF results of samples of 1st member，Shawan formation

表2 沙二段樣品顆粒熒光定量分析結(jié)果Table 2 QGF results of samples of 2nd member，Shawan formation

3.3 油氣運移路徑

純凈石英顆粒僅具有非常微弱的熒光強度，相應(yīng)地QGF指數(shù)也很低，且光譜平緩不具有明顯的譜峰；這些特征與有油氣通過砂巖的QGF分析結(jié)果明顯不同，可以用于判別油氣是否通過［21－22］.一般認為，古含油層系QGF光譜譜峰范圍為375.00～475.00nm［23］，QGF指數(shù)一般大于4.00pc，需要根據(jù)不同地區(qū)結(jié)果進行綜合解釋.沙一段、沙二段樣品QGF光譜指紋見圖4.由圖4可以看出：

（1）沙一段油跡砂巖P612－S1樣品的QGF指數(shù)為3.76pc，具有明顯的光譜譜峰.測試樣品中29個樣品QGF指數(shù)高于3.76pc，光譜曲線譜峰特征及趨勢也具有相似特征（見圖4），判別29個樣品砂巖在地質(zhì)歷史時期發(fā)生油氣運移；有8個樣品在3.49～3.76pc之間，光譜曲線特征明顯，不排除含油可能，推測含油氣飽和度較低，非主力的油氣運載層.沙一段測試樣品僅排20井和排1井的4個樣品測試值相對較低，光譜曲線也相對平緩，該層位未有油氣通過.綜合分析沙一段砂體為重要油氣輸導(dǎo)層，研究區(qū)東部和南部取樣的大部分砂層在歷史時期有油氣通過.

沙二段P206－S2油跡樣品的QGF指數(shù)為3.85pc，有3個樣品的測試結(jié)果大于3.85pc，有3個樣品接近標定結(jié)果，分別為確定可能的油氣運移通道.僅排202井樣品指數(shù)比較低，光譜曲線也相對平緩，推測該砂層未發(fā)生油氣運移.沙二段油氣運移范圍和強度有限，局限于排202井以南的砂層.

（2）油氣在砂層中的運移并非均一，油氣總是選擇阻力最小的通道，表現(xiàn)為在具有主流向的優(yōu)勢運移路徑中運移.QGF測試檢測的熒光強度存在高低差異，反映樣品不同的顆粒包裹烴豐度和含油級別.QGF指數(shù)越大，代表樣品所在砂層包裹烴豐度和含油級別越高，是油氣運移優(yōu)先選擇的優(yōu)勢路徑.

圖4 沙一段、沙二段樣品QGF光譜指紋Fig.4 QGF spectrum characterization of samples of 1st and 2nd member，Shawan formation

新近紀，車排子凸起大范圍沉積沙灣組厚層砂巖，向南側(cè)直至四棵樹凹陷，向東與紅車斷裂帶對接.沙一段砂層具備優(yōu)越的油氣輸導(dǎo)性能，與紅車斷裂帶相互配置，為歷史時期油氣垂向和側(cè)向運移的通道.實驗結(jié)果中QGF指數(shù)（單井樣品平均值）平面上呈規(guī)律性變化（見圖5），由東向西遞減，存在排612井—排609井、排606井—排602井和排8井優(yōu)勢高值區(qū).優(yōu)勢高值區(qū)與優(yōu)質(zhì)輸導(dǎo)層耦合關(guān)系比較好，表明研究區(qū)油氣運移主要受輸導(dǎo)層輸導(dǎo)性能的控制.北部排612井—排609井和排606井—排602井優(yōu)勢高值區(qū)沙一段發(fā)育厚砂層，厚度在20～50m之間，隔層少，側(cè)向連通性好，砂地比大于50%，級差優(yōu)勢相對大，而且其QGF指數(shù)高于相鄰井區(qū)的，表明這些井位烴類濃度更高，控制大部分的油氣運移，從而控制油氣運移的主流向，為油氣運移的優(yōu)勢路徑.

另外，研究區(qū)北部整體高于南部，北部的輸導(dǎo)層厚度雖小于南部的，但孔滲性及級差優(yōu)勢高于南部的，為一套厚度適中、優(yōu)質(zhì)、高效的輸導(dǎo)層.綜合沙一段輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)性能及參數(shù)變化趨勢，存在3個近南東至北西的油氣運移優(yōu)勢路徑，且北部砂體油氣運移更高效，其范圍和強度高于南部的.這些南東—北西向的油氣運移優(yōu)勢路徑連接?xùn)|側(cè)的昌吉凹陷和車排子凸起，控制大部分的油氣運移，油氣在具有優(yōu)勢運移路徑的、適宜封蓋條件的圈閉聚集成藏.因此，輸導(dǎo)層上傾方向，特別是北部高效輸導(dǎo)層所連接的繼承性構(gòu)造高部位的巖性、地層和巖性—構(gòu)造等圈閉是油氣聚集的指向區(qū)和未來勘探的重點.

圖5 沙一段QGF指數(shù)等值線分布Fig.5 Contour diagram of QGF index of 1st member，Shawan formation

4 結(jié)論

（1）在構(gòu)造和沉積背景下，結(jié)合砂巖輸導(dǎo)層的展布，建立車排子地區(qū)沙灣組砂巖輸導(dǎo)層的油氣運移空間格架，分析輸導(dǎo)性能；綜合顆粒熒光定量技術(shù)驗證無油氣顯示的優(yōu)質(zhì)輸導(dǎo)層是否為歷史時期油氣運移路徑，能夠較準確地判別有效油氣運移路徑，重塑該地區(qū)油氣運移過程.

（2）研究區(qū)沙一段東部和南部大部分砂體、沙二段南部砂體曾經(jīng)發(fā)生油氣運移，確認為實際油氣運移路徑.沙一段砂體與紅車斷裂帶相互配置，是油氣由東南的昌吉凹陷向西北方向的車排子凸起垂向、側(cè)向運移的主要輸導(dǎo)層；沙二段南部砂層是油氣由四棵樹凹陷長距離側(cè)向輸導(dǎo)的關(guān)鍵.

（3）在沙一段砂巖油氣運移空間格架及輸導(dǎo)性能基礎(chǔ)上，存在3個南東—北西方向的油氣優(yōu)勢運移路徑——排612井區(qū)—排609井區(qū)、排606井區(qū)—排602井區(qū)和排8井區(qū)，主要受到輸導(dǎo)層輸導(dǎo)性能的控制.北部優(yōu)勢運移路徑更加高效、優(yōu)質(zhì)，是沙一段大量油氣運移的主流向，主流向所指向的西北構(gòu)造高部位沙一段的地層和巖性圈閉是未來勘探的重點.

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DOI 10.3969／j.issn.2095－4107.2015.01.006

TE122.1

A

2095－4107（2015）01－0042－08

2014－10－20；編輯：任志平

國家科技重大專項（2011ZX05031－001－003）

田 琨（1986－），女，碩士，工程師，主要從事含油氣盆地綜合地質(zhì)方面的研究.

曾濺輝，zengjh＠cup.edu.cn