谷 茸，云 露，朱秀香，朱 猛

(中國(guó)石化 西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

塔里木盆地是典型的疊合盆地，長(zhǎng)期勘探實(shí)踐表明，下古生界碳酸鹽巖領(lǐng)域生儲(chǔ)蓋配置好，具有廣闊的勘探前景；古隆起、古斜坡是油氣富集的有利部位，在此認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下，相繼發(fā)現(xiàn)了塔河、塔中、哈拉哈塘等一批大中型海相油氣藏。2014年以來(lái)，中國(guó)石化西北油田分公司強(qiáng)化盆地成藏關(guān)鍵問題研究，認(rèn)為在順托果勒低隆起區(qū)廣泛發(fā)育一套下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相烴源巖，與上覆的下古生界地層形成完整的生儲(chǔ)蓋組合；同時(shí)，多期斷裂活動(dòng)為儲(chǔ)層發(fā)育、油氣運(yùn)移聚集提供了有利條件，成藏條件優(yōu)越。在此認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了世界第一個(gè)特深斷溶體油藏——順北油氣田。但由于下寒武統(tǒng)斜坡—盆地相烴源巖埋藏深，鉆井尚未揭示，因此順北油田主力烴源巖的分布仍存在爭(zhēng)議。本文以順北斷溶體油藏原油與地表露頭烴源巖地球化學(xué)特征對(duì)比分析為基礎(chǔ)，探究順北油氣藏油氣來(lái)源，進(jìn)一步明確塔里木盆地主力烴源巖分布與勘探潛力。

1 油氣藏基本地質(zhì)特征

1.1 勘探概況

順北油田主體位于兩隆(沙雅隆起、卡塔克隆起)、兩坳(阿瓦提坳陷、滿加爾坳陷)夾持的似“馬鞍形”順托果勒低隆起上(圖1)，是塔里木盆地發(fā)現(xiàn)的一種新的油氣藏類型——超深斷溶體油氣藏[1]。油氣藏沿走滑斷裂帶呈條帶狀展布，走滑斷裂控制碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)層形成與油氣運(yùn)聚。順北地區(qū)目前落實(shí)主干走滑斷裂帶18條，其中1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)及7號(hào)斷裂帶已獲得了油氣突破，預(yù)計(jì)2020年底可建成百萬(wàn)噸產(chǎn)能陣地。

1.2 構(gòu)造特征

順北地區(qū)在加里東早期拉張環(huán)境下，沉積了一套斜坡—陸棚相的玉爾吐斯組優(yōu)質(zhì)烴源巖，以及厚達(dá)3 000 m的寒武系—中奧陶統(tǒng)臺(tái)地相碳酸鹽巖地層[2]。加里東中期Ⅰ幕開始，持續(xù)會(huì)聚背景下碳酸鹽巖克拉通消亡，轉(zhuǎn)變?yōu)榛旆e陸棚，沉積了巨厚泥巖地層，同時(shí)發(fā)育北東向、北東東向、北西向和近南北向4組走滑斷裂，以壓扭活動(dòng)為主。志留紀(jì)—中泥盆世為克拉通內(nèi)拗陷階段，主體以海相碎屑巖沉積為特征，走滑斷裂繼承性發(fā)育，以張扭活動(dòng)為主。晚泥盆世—二疊紀(jì)的克拉通周緣拗陷、內(nèi)裂陷階段，以無(wú)障壁海岸—陸棚、碳酸鹽臺(tái)地—臺(tái)緣—斜坡、河流—三角洲—潟湖沉積為特征，廣泛發(fā)育二疊系火成巖，走滑斷裂活動(dòng)減弱，部分主干斷裂走滑方向反轉(zhuǎn)，走滑斷裂復(fù)雜化；三疊紀(jì)沉積期為前陸盆地沉積階段，主體發(fā)育河流、三角洲和湖泊沉積，發(fā)育數(shù)量眾多的小正斷層，與前期走滑斷裂沒有繼承性關(guān)系；侏羅紀(jì)—新近紀(jì)為前陸盆地階段，順北地區(qū)一直處于陸內(nèi)拗陷的沉積格局，持續(xù)深埋，形成北低南高的構(gòu)造格局，走滑斷裂活動(dòng)不明顯。

1.3 烴源巖特征

塔里木盆地寒武系—奧陶系發(fā)育中—下寒武統(tǒng)、中—下奧陶統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)3套海相烴源巖[3]。下寒武統(tǒng)烴源巖主要分布于巴楚隆起—卡塔克隆起以北的廣大地區(qū)，其中滿加爾坳陷及以東地區(qū)烴源巖發(fā)育于西大山組與西山布拉克組，順托果勒低隆起—沙雅隆起及其他地區(qū)烴源巖發(fā)育于玉爾吐斯組。中下奧陶統(tǒng)黑土凹組烴源巖主要分布于滿加爾坳陷—庫(kù)魯克塔格隆起。上奧陶統(tǒng)薩爾干組僅在阿瓦提坳陷西部、柯坪露頭等少數(shù)地區(qū)局部分布。烴源巖熱演化研究認(rèn)為：下寒武統(tǒng)烴源巖具有多期、持續(xù)生烴的特點(diǎn)，志留紀(jì)—泥盆紀(jì)進(jìn)入生油高峰期，二疊紀(jì)進(jìn)入生高成熟油氣階段，新生代進(jìn)入生凝析油氣—干氣階段。上奧陶統(tǒng)烴源巖海西晚期進(jìn)入生油門限，喜馬拉雅期進(jìn)入生油高峰期。

圖1 塔里木盆地順北油田構(gòu)造位置Fig.1 Structure map and location of Shunbei Oilfield, Tarim Basin

1.4 儲(chǔ)集層及儲(chǔ)蓋組合

順北地區(qū)主要發(fā)育2類縫洞系統(tǒng)：一是受走滑斷裂體系多期活動(dòng)影響的縫洞系統(tǒng)；二是順斷裂溶蝕作用形成的與走滑斷裂系統(tǒng)相關(guān)的沿?cái)嗔褞Оl(fā)育的縫洞系統(tǒng)[4]。順北地區(qū)實(shí)鉆證實(shí)多數(shù)井在斷裂帶內(nèi)部主斷裂面上鉆遇放空或規(guī)模性漏失，主要儲(chǔ)集空間為走滑斷裂控制的洞穴、構(gòu)造裂縫、沿縫溶蝕孔洞。洞穴橫向?qū)挾容^小，根據(jù)目前所有鉆遇放空斜井估算，其洞穴寬度一般小于5 m，大多數(shù)在數(shù)十厘米至2 m之間，直井一般難以直接鉆遇放空或規(guī)模性漏失；裂縫帶以構(gòu)造裂縫為主，裂縫多呈高角度—近垂直狀，延伸遠(yuǎn)，縫壁較平直，溶蝕現(xiàn)象不明顯，裂縫帶伴生少量溶蝕孔洞和孔隙。

順北地區(qū)鉆井揭示了上奧陶統(tǒng)—中下奧陶統(tǒng)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)蓋組合。其儲(chǔ)蓋組合模式為上奧陶統(tǒng)巨厚泥巖與下伏沿?cái)嗔褞Х植嫉奶妓猁}巖縫洞儲(chǔ)集體構(gòu)成的儲(chǔ)蓋組合。

1.5 油氣性質(zhì)

順北地區(qū)斷溶體油藏主要沿?cái)嗔褞д共?，分布在中下奧陶統(tǒng)儲(chǔ)集層中。原油性質(zhì)見表1，順北1號(hào)斷裂帶北段為揮發(fā)油，南段及順北5號(hào)、7號(hào)斷裂帶為輕質(zhì)油，原油密度為0.789 3～0.859 1 g/cm3。天然氣性質(zhì)見表2，甲烷含量低—中等，為42.5%～83.6%，天然氣干燥系數(shù)為0.52～0.88，為原油伴生的濕氣。

2 油氣源研究

塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)存在中—下寒武統(tǒng)、中—下奧陶統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)3套潛在海相烴源巖[3，5，8-9]。

表1 塔里木盆地順北地區(qū)原油性質(zhì)

表2 塔里木盆地順北地區(qū)天然氣烴類組成

由于順北油田所處的構(gòu)造位置有利，滿加爾坳陷區(qū)中—下寒武統(tǒng)、中—下奧陶統(tǒng)、本地下部下寒武統(tǒng)及西部阿瓦提斷陷中—上奧陶統(tǒng)烴源巖均可以為該區(qū)提供油氣，但哪個(gè)層系是主力烴源巖仍不確定。本次研究在順北油田遴選了多個(gè)原油樣品，經(jīng)常規(guī)族組分分離后，進(jìn)行飽和烴色譜以及飽和烴、芳烴色譜—質(zhì)譜、全油及族組分碳同位素分析，對(duì)原油樣品與柯坪露頭下寒武統(tǒng)烴源巖進(jìn)行了萜烷類、甾烷類、三芴系列及碳同位素組成的對(duì)比分析，并結(jié)合順北地區(qū)儲(chǔ)層條件，來(lái)最終確定該區(qū)的油氣來(lái)源。

2.1 油源研究

2.1.1 萜烷類生物標(biāo)志化合物特征對(duì)比

萜類化合物是分布廣泛、含量較豐富的化合物，其中長(zhǎng)鏈三環(huán)萜主要廣泛存在于未接受大量高等植物輸入的海相沉積物和所生原油中，因而部分學(xué)者提出長(zhǎng)鏈三環(huán)萜為藻菌成因，可能來(lái)源于水生藻類有機(jī)質(zhì)[6-8]，表現(xiàn)在海相烴源巖和原油中以C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢(shì)，含量高于C21三環(huán)萜烷。

順北奧陶系原油與蘇蓋特布拉克剖面下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖和孔探1井下寒武統(tǒng)西山布拉克組泥頁(yè)巖烴源巖抽提有機(jī)質(zhì)的C21/C23TT(C21三環(huán)萜烷/C23三環(huán)萜烷)、伽馬蠟烷/C30藿烷指示具有較好的親緣性。在三環(huán)萜烷中，順北奧陶系原油C21/C23TT值為0.52～0.64，蘇蓋特布拉克剖面和孔探1井的寒武系烴源巖的C21/C23TT值分別為0.79和0.56，均表現(xiàn)為C23TT占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，形成于海相沉積環(huán)境。順北奧陶系原油伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.118，蘇蓋特布拉克剖面和孔探1井的寒武系烴源巖該值分別為0.295和0.380(圖2a，表3)，都指示其形成于咸水、還原沉積環(huán)境。

圖2 塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系原油與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖m/z 191和 m/z 217圖譜對(duì)比Fig.2 m/z 191 and m/z 217 mass chromatograms of Ordovician crude oil and -C1y source rocks in Shunbei area, Tarim Basin

表3 塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系原油與下寒武統(tǒng)烴源巖生標(biāo)參數(shù)對(duì)比

2.1.2 甾烷類生物標(biāo)志化合物特征對(duì)比

甾烷類化合物是常見的生物標(biāo)志化合物，廣泛存在于石油中，其來(lái)源包括低等浮游水生生物、高等植物等，常用來(lái)判斷原油和烴源巖的成熟度和沉積環(huán)境特征[6-7]。順北地區(qū)奧陶系原油與下寒武統(tǒng)烴源巖甾烷系列化合物C27-C28-C29ααα20R規(guī)則甾烷均表現(xiàn)為不規(guī)則的“V”字形分布，規(guī)則甾烷相對(duì)重排甾烷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(圖2b，表3)，孕甾烷含量較高，這些相同的特征，指示其都為典型的海相原油，二者具有較好的親緣性。

2.1.3 三芴系列化合物特征對(duì)比

芳烴組成中三芴系列的相對(duì)含量常用來(lái)表征生烴母質(zhì)的沉積環(huán)境，硫芴含量高代表鹽湖相、海相強(qiáng)還原環(huán)境[9]。順北奧陶系原油芳烴組分中的硫芴化合物含量較高，分布在2.0%～32.4%，平均19.5%，氧芴化合物含量非常低，分布在0～0.76%，平均0.09%，硫芴化合物明顯占優(yōu)勢(shì)。蘇蓋特布拉克剖面和孔探1井下寒武統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)抽提物芳烴三芴化合物組成中，硫芴化合物含量占明顯優(yōu)勢(shì)，分別為15%和36.3%，氧芴化合物含量低，分別為2.06%和2.03%。順北奧陶系原油與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖三芴系列化合物組成上表現(xiàn)一致，均表現(xiàn)為氧芴含量非常低，硫芴含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，指示都形成于高鹽度的強(qiáng)還原沉積環(huán)境。

2.1.4 原油碳同位素組成特征對(duì)比

原油碳同位素組成繼承其母源有機(jī)質(zhì)的組成，烴源巖熱演化程度差異對(duì)于同源原油穩(wěn)定碳同位素組成δ13C值差異一般不超過2‰～3‰，因此，一般認(rèn)為δ13C值相差在3‰以下的是同源的[10-11]。順北地區(qū)的原油碳同位素分布在-31‰～-32.1‰，平均-31.8‰，星火1井和柯坪地區(qū)東二溝下寒武統(tǒng)烴源巖演化程度較高，抽提出的瀝青“A”碳同位素相對(duì)較重，分別為-29.65‰和-29.7‰，與原油相差1.3‰～2.4‰，具有親緣特征。另外，位于塔中地區(qū)的中深1井在寒武系阿瓦塔格組獲得原油，王招明等人[5]研究證實(shí)該油來(lái)自下部的寒武系玉爾吐斯組烴源巖。該原油的全油碳同位素為-32.8‰，與順北原油碳同位素非常接近，表明都來(lái)自同一套烴源巖。

2.2 氣源研究

順北地區(qū)奧陶系天然氣δ13C1值為-50.7‰～-44.7‰，天然氣δ13C2值為-36.1‰～-33.1‰，遠(yuǎn)低于腐泥型和腐殖型母質(zhì)來(lái)源天然氣的分界-28‰[10-11]，屬于腐泥型母質(zhì)來(lái)源。順北地區(qū)奧陶系天然氣碳同位素組成偏重，干燥系數(shù)低(0.52～0.88)。戴金星[10]統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，油藏伴生氣的δ13C1值為-55‰～-40‰，據(jù)此認(rèn)為，順北地區(qū)奧陶系天然氣屬于原油伴生氣，油氣同源，均來(lái)自下寒武統(tǒng)烴源巖。

3 烴源巖分布預(yù)測(cè)與生烴潛力評(píng)價(jià)

3.1 沉積相特征與相模式

塔里木盆地下寒武統(tǒng)黑色巖系可分為2類，分別是以阿克蘇地區(qū)為代表的臺(tái)地相沉積和以庫(kù)魯克塔格地區(qū)為代表的深水陸棚相—盆地相沉積。阿克蘇地區(qū)黑色巖系為玉爾吐斯組，主要巖性為頁(yè)巖、硅質(zhì)巖、磷塊巖和白云巖，各種巖性均呈薄層狀或透鏡狀分布；下部以硅質(zhì)巖和磷塊巖為主，上部則以泥粉晶白云巖為主。塔東北庫(kù)魯克塔格地區(qū)的西山布拉克組在地質(zhì)年代上與玉爾吐斯組相近，其組成是以硅質(zhì)巖為主夾少量含磷硅質(zhì)巖的黑色巖系[12]，為玉爾吐斯組等時(shí)異相地層。

研究認(rèn)為薄層硅質(zhì)巖、頁(yè)巖等黑色巖系為深水沉積，其中黑色頁(yè)巖沉積水深大約在200～5 000 m之間，硅質(zhì)巖沉積水深大約在200～2 000 m之間[13]；泥質(zhì)巖代表深水陸棚相沉積[14-16],泥質(zhì)灰?guī)r/瘤狀灰?guī)r代表半深水沉積物,白云巖代表較淺水深沉積物，最淺水深的為砂質(zhì)鮞粒白云巖，代表高能環(huán)境，并有陸源碎屑輸入[17-18]。

孔探1井下寒武統(tǒng)西大山組(相當(dāng)于阿克蘇的玉爾吐斯組)泥質(zhì)巖代表深水下緩坡相沉積，星火1井巖性組合以硅質(zhì)巖與黑色頁(yè)巖為主，代表了中緩坡深水相沉積。次深水為肖爾布拉克剖面，下段巖石類型以硅質(zhì)巖為主，中段巖石類型以黑色頁(yè)巖為主，上段巖石類型以云灰?guī)r為主[17]。南部的舒探1井、夏河1井、方1井、和4井及中寒1井，巖石類型以含陸源碎屑的白云巖為主，沉積水體較淺，代表了潮坪相淺水沉積。基于玉爾吐斯組烴源巖在露頭剖面和鉆井的特征，推測(cè)玉爾吐斯組沉積模式為緩坡型分布模式[19](圖3)。

3.2 下寒武統(tǒng)烴源巖分布預(yù)測(cè)

盆地內(nèi)鉆遇寒武系—震旦系的鉆井統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組往往與震旦系呈現(xiàn)一種“伴生”沉積關(guān)系，即有震旦系沉積的地方往往有玉爾吐斯組沉積，反之亦然。如柯坪地區(qū)野外露頭剖面玉爾吐斯組與震旦系呈平行不整合接觸關(guān)系；盆內(nèi)星火1井鉆遇了震旦系奇格布拉克組白云巖，同時(shí)也鉆遇了玉爾吐斯組烴源巖；而卡塔克隆起中深1井、塔參1井、中深5井及巴楚隆起的瑪北1井、巴探5井等井實(shí)鉆未鉆遇玉爾吐斯組烴源巖，同時(shí)也未鉆遇震旦系奇格布拉克組的白云巖，表明玉爾吐斯組烴源巖與震旦系奇格布拉克組的白云巖在古隆起高部位表現(xiàn)為同步缺失的現(xiàn)象[17]。

圖3 塔里木盆地下寒武統(tǒng)烴源巖發(fā)育模式[19]Fig.3 Development model of Lower Cambrian source rocks in Tarim Basin

3.3 下寒武統(tǒng)烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)

玉爾吐斯組沉積期具有廣泛的上—中—下緩坡及深水盆地相的沉積，烴源巖分布廣，厚度在30 m左右；巖性主要是泥灰?guī)r、碳質(zhì)泥巖、硅質(zhì)頁(yè)巖，野外多個(gè)露頭和實(shí)鉆井分析有機(jī)碳含量高、生烴潛力大。昆蓋闊坦東溝剖面該套烴源巖厚32 m，有機(jī)碳含量在1.16%～16.50%，平均值為4.66%；昆蓋闊坦西溝剖面玉爾吐斯組黑色泥巖有機(jī)碳含量在1.16%～6.00%之間，有機(jī)碳含量大于1.0%的層段厚度約為12 m。什艾日克剖面玉爾吐斯組黑色頁(yè)巖出露厚度為19.5 m，有機(jī)碳含量最大值為11.5%。星火1井玉爾吐斯組烴源巖厚度為31 m，有機(jī)碳含量1.00%～9.43%，平均值為4.31%?？滋?井下寒武統(tǒng)西山布拉克組厚約16m，有機(jī)碳含量1.64%～33.10%，平均值為11.11%。

圖4 塔里木盆地下寒武統(tǒng)沉積相及烴源巖厚度預(yù)測(cè)[19]Fig.4 Prediction of sedimentary facies and source rock thickness of Lower Cambrian, Tarim Basin

烴源巖熱演化研究認(rèn)為，玉爾吐斯組烴源巖具有長(zhǎng)期生烴、多期供烴的特點(diǎn)[2]。順托果勒低隆起在“大埋深、高壓力”環(huán)境下，下寒武統(tǒng)烴源巖在燕山期以來(lái)仍處于生高成熟液態(tài)油—凝析油氣階段，其石油實(shí)際生成量和資源量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)理論計(jì)算值[20]。下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖分布廣、有機(jī)碳含量高、生烴潛力大，能提供充足的油氣資源，是塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)最主要烴源巖。

4 結(jié)論

(1)順北油田中下奧陶統(tǒng)原油為輕質(zhì)—揮發(fā)性原油，天然氣為原油伴生氣，油氣同源。原油中三環(huán)萜烷表現(xiàn)為C23三環(huán)萜烷豐度優(yōu)勢(shì)，伽馬蠟烷含量低，C27-C28-C29ααα20R規(guī)則甾烷表現(xiàn)為不規(guī)則的“V”字形分布，規(guī)則甾烷相對(duì)重排甾烷含量高，原油碳同位素偏輕，與柯坪露頭及孔探1井等下寒武統(tǒng)烴源巖有很好的親緣性，該區(qū)油氣主要來(lái)源于下寒武統(tǒng)烴源巖。

(2)下寒武統(tǒng)烴源巖分布廣、有機(jī)碳含量高、生烴潛力大，是塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)最主要烴源巖。主力烴源巖的厘定，指導(dǎo)形成了“立足原地?zé)N源巖、沿深大斷裂帶尋找晚期形成的原生油氣藏”勘探方向和勘探思路，實(shí)現(xiàn)了順北油田新領(lǐng)域的重大突破。