楊 雪，雷 越，張金川

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.國(guó)土資源部頁巖氣資源戰(zhàn)略評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

0 引 言

基巖油藏為非沉積儲(chǔ)層形成的油藏，是中國(guó)重要的油氣勘探領(lǐng)域之一。自20世紀(jì)50年代起，基巖油藏的勘探開發(fā)獲得重要突破，在酒西盆地、冀中坳陷、遼河坳陷等眾多構(gòu)造單元中先后發(fā)現(xiàn)了太古界，元古界長(zhǎng)城系、薊縣系，古生代寒武系、二疊系，中生代三疊系、白堊系等基巖油氣藏[1]，其巖石儲(chǔ)集類型主要為變質(zhì)巖與巖漿巖，儲(chǔ)集空間多以裂縫、溶蝕孔隙為主。

按照油氣田所處的位置，將基巖油氣藏分為潛山頂部基巖油氣藏和潛山內(nèi)幕型基巖油氣藏，研究區(qū)吉蘭泰潛山太古宇變質(zhì)巖裂隙油藏是斷裂控制形成的潛山頂部基巖油藏?；鶐r儲(chǔ)集層油氣成藏規(guī)律顯示，基巖上下相鄰烴源巖生烴潛力大，Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)斷裂為油氣輸導(dǎo)提供通道[2-3]，裂縫形成的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集空間與致密泥頁巖蓋層的配套作用，使得吉蘭泰潛山帶形成一個(gè)潛力較大的基巖油藏[4-5]。勘探區(qū)以古近系、白堊系地層為目的層，通過鉆探JH2X井發(fā)現(xiàn)了一個(gè)臨河坳陷埋藏淺、油層厚度大的富集油藏，這是河套盆地勘探歷經(jīng)40余年后，再次獲得的重大突破[6-8]。對(duì)基巖裂隙油藏特征進(jìn)行深入研究，以期為該區(qū)基巖儲(chǔ)集層油藏的下一步勘探提供依據(jù)。

1 構(gòu)造背景

河套盆地位于伊盟隆起與陰山之間，是在前寒武紀(jì)變質(zhì)巖基底上發(fā)育起來的新生代斷陷盆地。盆地自西向東可劃分出5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，按照主要斷裂進(jìn)行隔斷，分別為臨河坳陷、烏拉山隆起、烏前坳陷、包頭隆起和呼和坳陷(圖1)，臨河坳陷是盆地內(nèi)主要的沉積坳陷和含油氣區(qū)。臨河坳陷面積為2.24×104km2，占河套盆地總面積1/2以上，東北方向長(zhǎng)320 km，西北方向?qū)?0 km。依據(jù)研究區(qū)不同區(qū)塊的地質(zhì)特征，臨河坳陷可以細(xì)分為吉西凸起、吉蘭泰淺凹、吉東斜坡、北部深凹陷、南部斷階、東部斜坡6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，地層由老至新依次為下白堊統(tǒng)固陽組、上白堊統(tǒng)畢克齊組、始新統(tǒng)烏拉特組、漸新統(tǒng)臨河組、中新統(tǒng)五原組、上新統(tǒng)烏蘭圖組和第四系河套群(圖2)，主要發(fā)育于陸相湖泊沉積環(huán)境[9]。此次研究主要以吉蘭泰淺凹的造山帶為目標(biāo)區(qū)，以下白堊統(tǒng)固陽組和漸新統(tǒng)臨河組為目標(biāo)地層，進(jìn)行基巖裂隙的含油性及油源特征的研究工作。

圖1 臨河坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨盎鶐r位置剖面

河套盆地整體上是一個(gè)不均衡的內(nèi)陸盆地，在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)隆起階段、早白堊世拱張斷陷階段[10]，在此期間形成的3條主斷裂控制臨河坳陷，3條主斷裂帶均為弧形斷裂，自北向南依次為狼山斷裂、杭五斷裂和黃河斷裂(圖3a)。

地震數(shù)據(jù)顯示，狼山斷裂和杭五斷裂均為斷穿基底的正斷層，形成北部深凹陷和吉蘭泰淺凹的盆地構(gòu)造[11]，前期勘探已顯示出北部深凹陷良好的含油氣性，依據(jù)斷層有利帶推測(cè)油氣富集區(qū)[12-14]，認(rèn)為吉蘭泰淺凹可能是盆地南部的油氣聚集有利區(qū)。在杭五斷裂延伸尾部形成的磴口隆起是南部吉蘭泰淺凹與臨河北部深凹的分水嶺，其中，吉蘭泰潛山帶處于磴口隆起西部的最高部位，是臨河坳陷南部油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)。

圖2 河套盆地地層綜合柱狀圖

從構(gòu)造上來看，潛山帶東側(cè)發(fā)育了多條北東向斷層，在巖層致密情況下，有利于溝通深部固陽組和臨河組2套油源，并通過斷面與潛山對(duì)接，聯(lián)合向潛山提供油氣，有利于形成河套盆地吉蘭泰潛山油氣藏。

圖3 吉蘭泰潛山斷裂分布與油藏模式

2 基巖儲(chǔ)集層形成條件

臨河坳陷的油氣主要富集在盆地北部[15]，生儲(chǔ)蓋特征與柴達(dá)木盆地相似。其生烴中心位于北部深凹，主要生烴目的層系是下白堊統(tǒng)固陽組和漸新統(tǒng)臨河組，能為凹陷內(nèi)儲(chǔ)層提供大量油氣來源。北部凹陷深層巖石并未完全被壓實(shí)，具有良好的孔滲性，而淺層第四系、上新統(tǒng)、中新統(tǒng)多套泥頁巖致密，可作為研究區(qū)封閉性較好的蓋層[16]，整體上形成了臨河坳陷的優(yōu)勢(shì)含油地層。而吉蘭泰潛山帶具有大量基巖裂隙，儲(chǔ)層孔滲較好，斷層的發(fā)育為油氣的運(yùn)移提供了有利通道，因此，生儲(chǔ)蓋的有利組合為吉蘭泰潛山地區(qū)基巖儲(chǔ)油層的形成提供了相當(dāng)有利的條件。近年來在第四系河套群發(fā)現(xiàn)生物氣，但未獲得工業(yè)氣流[17]。

潛山帶基巖主要巖石類型為片麻巖，巖層多呈似層狀、互層狀產(chǎn)出(圖3b)，接觸界限多為過渡漸變型，表現(xiàn)為較強(qiáng)的混合巖化作用。斜長(zhǎng)片麻巖主要由斜長(zhǎng)石、角閃石、石英及磁鐵礦組成，其中，長(zhǎng)石、石英、磁鐵礦具拉長(zhǎng)定向排列，角閃石蝕變，發(fā)生綠泥石化、黑云母化；角閃片麻巖多由粒狀礦物堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英，片狀礦物黑云母，柱狀礦物角閃石、簾石間雜排列形成片麻狀構(gòu)造，多呈粒狀或鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)分布；鉀長(zhǎng)片麻巖主要由堿性長(zhǎng)石，部分石英，少量綠簾石、黑云母組成，暗色礦物較集中，常見無定向裂隙，破碎裂縫和溶蝕孔隙被方解石充填，簾石在局部的碎裂性裂縫中較為富集，粒狀礦物堿性長(zhǎng)石具包含變晶結(jié)構(gòu)。研究區(qū)4口參數(shù)井的樣品薄片鑒定和X衍射全巖分析表明，臨河坳陷基巖礦物主要成分為石英、斜長(zhǎng)石、黏土礦物、方解石、鐵白云石等，石英平均含量約為23%，斜長(zhǎng)石平均含量為20%，黏土礦物含量為14%，鉀長(zhǎng)石平均含量為4%，方解石平均含量為7%，個(gè)別樣品可見呈條帶狀充填的黃鐵礦顆粒，少量樣品偶見角閃石。

裂縫儲(chǔ)層是吉蘭泰基巖儲(chǔ)集層油藏形成的主控因素，未完全充填的裂縫主要包括構(gòu)造縫、解理縫和溶蝕縫[18]，其中，基巖儲(chǔ)集空間中構(gòu)造裂縫較為發(fā)育，裂縫發(fā)育程度分布不均，寬窄不一，寬縫的縫寬多為0.35～1.30 mm，窄縫的縫寬多為0.03～0.04 mm，且大多為斜縫，直立縫次之，構(gòu)造角礫巖帶發(fā)育較好，局部可見溶蝕晶洞以及破碎粒間孔隙。從JHZK7井的巖心數(shù)據(jù)可知，基巖的片麻巖、淺粒巖中均發(fā)育構(gòu)造裂縫，測(cè)試中簾石化黑云鉀長(zhǎng)片麻巖顯示出淺黃綠色、淺黃褐色暗光的熒光，發(fā)育多條構(gòu)造裂縫；淺粒巖顯示出淺黃褐、淺褐色暗光的熒光，發(fā)育一條主要構(gòu)造裂縫，裂縫內(nèi)見大量有機(jī)質(zhì)充填，這對(duì)改善儲(chǔ)集性能有重要意義，有利于原油儲(chǔ)存。

鉆探結(jié)果顯示，吉蘭泰淺凹3口探井中JHZK2和JHZK7井均獲得工業(yè)油流，證明吉西凸起帶基底烏拉山群變質(zhì)巖系發(fā)育的基巖裂隙具有良好的儲(chǔ)油能力。在原始基質(zhì)孔隙的基礎(chǔ)上，太古界的片麻巖基巖經(jīng)過風(fēng)化淋濾，局部沿裂縫面發(fā)育大面積的溶蝕縫洞，油氣在縫隙中聚集。臨河坳陷基巖油藏受構(gòu)造的控制比較明顯，可以推斷整個(gè)區(qū)域內(nèi)的基巖可能都具有儲(chǔ)油能力，但由于整體構(gòu)造情況復(fù)雜，基巖裂隙發(fā)育情況不一，坳陷內(nèi)基巖是否大面積含油、是否存在工業(yè)油流，以及整個(gè)區(qū)域內(nèi)基巖裂隙的油氣儲(chǔ)量皆需要進(jìn)行更深入的勘探。

3 烴源巖特征及原油來源

3.1 烴源巖特征

臨河坳陷發(fā)育漸新統(tǒng)臨河組和下白堊統(tǒng)固陽組2套烴源巖。固陽組既是主力烴源巖，也是坳陷內(nèi)第一套沉積蓋層，與下伏太古界烏拉山群變質(zhì)結(jié)晶基底以角度不整合接觸；臨河組整體上為一套高豐度有機(jī)質(zhì)烴源巖，與下伏烏拉特組整合接觸，是臨河坳陷的主要的烴源巖層段。整體來看，2套烴源巖層段均發(fā)育在水體較深的中部，上下淺水沉積主要發(fā)育對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層。

固陽組的暗色泥巖是重要烴源巖段。早白堊世時(shí)期，河套地區(qū)的構(gòu)造格局從隆起轉(zhuǎn)為沉降，逐漸與鄂爾多斯古湖連成一體，形成湖相沉積，至晚白堊世時(shí)期，湖水退卻，湖盆逐漸消失[19-20]，在吉蘭泰地區(qū)形成了有機(jī)質(zhì)豐度高的下白堊統(tǒng)烴源巖，TOC平均值達(dá)到2.40%，最大值超過3.50%，生烴潛量平均值超過10.00 mg/g，烴源巖處在低成熟階段，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型干酪根為主(圖4a)，在臨河坳陷內(nèi)分布較廣，厚度為500～2 000 m；按照沉積旋回和巖性特征可將固陽組暗色泥巖細(xì)分為3段，縱向上從上到下具有“棕紅—黑灰—棕紅”的顏色特征，即對(duì)應(yīng)湖盆沉降初期的充填式堆積、快速湖侵之后的整體穩(wěn)定沉降和湖盆回返上升3個(gè)階段。此外，松5井下白堊統(tǒng)鉆探揭示一套160 m的含灰質(zhì)的暗色泥巖段，推測(cè)往凹槽區(qū)暗色泥巖會(huì)更發(fā)育。

圖4 臨河坳陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

漸新世時(shí)期是河套斷陷初始發(fā)展階段。在此期間，陰山山前斷裂形成陰山山脈整體抬升，河套盆地發(fā)生斷陷[21]，盆地的沉降中心位于臨河坳陷，整體上形成了臨河組的高豐度有機(jī)質(zhì)烴源巖。河套盆地臨河坳陷臨河組TOC平均為1.41%，氯仿瀝青“A”含量為0.322 6%，生烴潛量為8.16 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主(圖4b，Tmax為最大熱解溫度，HI為氫指數(shù))，屬于好烴源巖，在坳陷內(nèi)廣泛發(fā)育，平均分布厚度可達(dá)到800～1 200 m，最厚達(dá)到2 250 m。按照巖性旋回特征，縱向上從下到上具有“粗粒—細(xì)?！至！钡牧６忍卣?。臨三段為棕褐色泥巖、淺棕色粉砂巖和淺棕色細(xì)砂巖，厚度一般為350～450 m，相較其上的臨二段，臨三段巖性粒度較粗、顏色偏紅；臨二段以灰色、深灰色、灰黑色的泥巖為主，夾帶少量淺灰色細(xì)砂巖，分布厚度約為270～470 m，屬于湖盆穩(wěn)定下沉階段的沉積，是臨河組甚至整個(gè)新生界的主力烴源巖層段；臨一段整體以棕紅色、灰黃—灰綠色的砂泥巖互層為主，厚度一般為100～200 m，砂巖含量較臨二段明顯增加，但其泥巖有機(jī)質(zhì)含量高，也是河套盆地臨河坳陷臨河組主要的烴源巖層段。

3.2 原油來源分析

利用正構(gòu)烷烴生物標(biāo)志化合物分析參數(shù)，結(jié)合原油組成和碳同位素組成特征[22]，分析坳陷內(nèi)基巖油氣來源及其成因類型。

JH2X井臨河組原油Pr/Ph為0.26，姥植比低，伽馬蠟烷/C30藿烷為2.02，伽馬蠟烷含量高，∑nC21-/∑nC22+為0.29～0.84，平均為0.58；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)為0.84～2.33，平均為1.76；Pr/nC17、Ph/nC18平均值分別為1.00和2.95；重排甾烷含量很低，C29ααα20S/(20S+20R)值和C29αββ/(αββ+ααα)值分別為 0.41 和 0.39，成熟度高于松5井臨河組原油，判定為成熟原油；地球化學(xué)指標(biāo)與松探1井固陽組相近，與松 5 井臨河組存在較大差異(圖5a—c)，因此，認(rèn)為原油來自固陽組。

圖5 臨河坳陷不同類型原油及烴源巖質(zhì)量色譜

JHZK2井原油與JH2X 井原油、松5井固陽組烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征相似，甾烷以規(guī)則甾烷為主，重排甾烷含量很低，C29ααα20S/(20S+20R)值和C29αββ/(αββ+ααα)值均為 0.42，為成熟原油(圖5c、d)，說明原油來自固陽組。其他相關(guān)參數(shù)：Pr/Ph為0.21，姥植比低，∑nC21-/∑nC22+平均值為0.68；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)平均值為1.34；Pr/nC17、Ph/nC18平均值分別為0.90和1.94。整體上原油飽和烴氣相色譜特征表明原油母質(zhì)的正構(gòu)烷烴分布完整，異構(gòu)烴和環(huán)烷烴含量豐富，正構(gòu)烷烴碳數(shù)主要分布在nC10—nC38，主峰碳為nC22，主峰碳數(shù)高，譜圖基線隆起，色譜峰表現(xiàn)為中部及后部高峰型，且具有明顯的偶碳優(yōu)勢(shì)和明顯的植烷優(yōu)勢(shì)，表明原始母質(zhì)來源于低等水生生物，其母源較好，形成于強(qiáng)還原且高鹽度的湖泊環(huán)境，符合下白堊統(tǒng)烴源巖特征。結(jié)合烴源巖厚度、油源距離及斷裂走向，認(rèn)為吉蘭泰潛山帶太古宇變質(zhì)巖儲(chǔ)層中原油來自北部洼槽下白堊統(tǒng)固陽組烴源巖。

目前，在全球范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)基巖儲(chǔ)集層油藏的上覆地層均為湖泛期泥巖，既可作為生油巖，為下伏基巖裂隙提供油氣來源，也可以作為良好蓋層，防止基巖裂隙油氣藏發(fā)生逸散。吉蘭泰坳陷的基巖上覆層為下白堊統(tǒng)固陽組地層，如前文所述，是一套在高鹽環(huán)境下形成的湖相烴源巖，其既為下伏基巖裂隙儲(chǔ)集層提供油氣來源，而且因其頂部孔隙被含硫酸鹽的咸水滲透淋濾，被石膏和方解石膠結(jié)充填，故也可作為蓋層覆蓋在基巖裂隙之上，大幅提高了基巖裂隙儲(chǔ)層的油氣保存能力。

4 基巖油藏特征及有利區(qū)識(shí)別

吉蘭泰基巖凸起帶裂隙型油藏的形成位置較為特殊，位于吉西凸起帶北部鄰近深凹陷處，構(gòu)造上與JH2X 斷背斜毗連，是一個(gè)北西抬升、南東傾斜的基巖單斜區(qū)，由于受早白堊世、古近紀(jì)時(shí)期巴彥烏拉山—狼山南段和北段走滑拉分作用強(qiáng)度差異的影響，臨河坳陷東北部形成深凹槽，西南部形成淺凹槽，湖盆發(fā)育，為有利生烴區(qū)。潛山基巖油藏的油源來自臨河坳陷下白堊統(tǒng)固陽組，屬于高鹽強(qiáng)還原環(huán)境下形成的優(yōu)質(zhì)烴源母巖，分布廣、厚度大，而構(gòu)造帶緊鄰有利生烴區(qū)，油氣運(yùn)移距離近，屬于源內(nèi)或源邊斷裂垂向-儲(chǔ)層側(cè)向運(yùn)聚模式。就油氣來源而言，阿拉坦斷鼻位于吉蘭泰潛山東北方向，是受西部的慶格勒?qǐng)D斷裂和東部狼山斷裂共同控制形成的順向斷鼻圈閉。該構(gòu)造在剩余重力異常圖上也有明顯的反映，西北高東南低，形態(tài)較完整。東部狼山斷裂下降盤淺層為逆牽引鼻狀構(gòu)造，阿拉坦斷鼻處于油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)，狼山斷裂溝通深部油源，通過反向斷層、不整合面等通道運(yùn)移，聯(lián)合向圈閉提供油氣。

目前，臨河坳陷落實(shí)了吉蘭泰潛山帶、吉蘭泰東翼逆牽引構(gòu)造帶、磴口北構(gòu)造帶、杭五斷壘帶等4個(gè)有利構(gòu)造帶(圖6)，發(fā)育有潛山、構(gòu)造和巖性等多種圈閉類型[23]。由于臨河坳陷整個(gè)大區(qū)域受狼山斷裂和慶格勒?qǐng)D斷裂控制，2條斷裂夾持形成斷壘山，形成具有良好構(gòu)造形態(tài)的潛山。潛山接近臨河坳陷北部深坳區(qū)，有高鹽強(qiáng)還原環(huán)境形成的固陽組烴源巖提供良好的油氣來源，潛山變質(zhì)巖儲(chǔ)層以狼山的二級(jí)山前斷裂與深洼槽對(duì)接。以層狀、似層狀產(chǎn)出的太古宇片麻變質(zhì)巖發(fā)育裂縫型儲(chǔ)集層，為油氣提供良好儲(chǔ)集空間，并以上層固陽組泥頁巖作為良好蓋層。整體上幾個(gè)有利構(gòu)造帶與吉蘭泰基巖油藏?zé)N源巖來源一致，油源供給條件好，在相同大地構(gòu)造背景下形成的潛山構(gòu)造位置高，受斷裂控制具有良好的儲(chǔ)集空間及油氣疏導(dǎo)，形成臨河坳陷潛力較大的基巖含油帶，推測(cè)其可能具有良好的勘探前景。

圖6 臨河坳陷烴源巖分布及有利構(gòu)造帶

5 結(jié) 論

(1) 臨河坳陷吉蘭泰地區(qū)基巖儲(chǔ)集層巖性主要為片麻巖，基巖儲(chǔ)層中原油的良好保存，得益于固陽組充足的油氣來源、太古宇變質(zhì)巖孔滲較好的裂隙儲(chǔ)集空間、封蓋保存能力強(qiáng)的上層固陽組泥巖蓋層。斷層在提供油氣運(yùn)移通道、增加基巖孔滲性方面起到了至關(guān)重要的作用；斷層形成了大量發(fā)育的裂縫儲(chǔ)集空間，這也成為研究區(qū)油藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主控因素；固陽組既是為基巖裂隙油氣藏提供油氣來源的烴源巖，同時(shí)也是良好的泥巖蓋層。

(2) 白堊紀(jì)湖泛期的咸化環(huán)境，導(dǎo)致基巖頂部的裂縫及孔隙被石膏和方解石聯(lián)合膠結(jié)與充填，形成了一套致密填隙物帶，是良好的基巖“頂封式”蓋層，這種廣泛分布的儲(chǔ)蓋組合，使吉蘭泰潛山基巖儲(chǔ)集層油藏形成高產(chǎn)富集；而與吉蘭泰潛山具有相同源儲(chǔ)蓋特征的臨河坳陷的吉蘭泰東翼逆牽引構(gòu)造帶、磴口北構(gòu)造帶、杭五斷壘帶等有利構(gòu)造帶在下一步的勘探開發(fā)中具有良好的勘探前景，或可成為河套盆地基巖油藏勘探開發(fā)的新目標(biāo)。