蔣 航，曾德銘，劉護(hù)創(chuàng)，黑 偉，潘賓鋒，謝曉斌

(1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；3.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065)

0 引 言

銀額盆地位于塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞和華北4個(gè)板塊的結(jié)合部位，盆地內(nèi)構(gòu)造背景復(fù)雜多變，發(fā)育有多個(gè)近帶狀排列的小型凹陷[1-3]。2015年，盆地中部的哈日凹陷，拐子湖凹陷中南部的蘇紅圖組和巴音戈壁組均獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流。前人對(duì)區(qū)內(nèi)沉積-構(gòu)造演化、烴源巖及儲(chǔ)層特征、成藏條件開(kāi)展大量研究[4-7]，認(rèn)為促進(jìn)有機(jī)質(zhì)發(fā)育及演化的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，包括火山運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等是湖盆凹陷油氣高產(chǎn)的主因，在有機(jī)質(zhì)成熟度不高的地區(qū)，尋找高成熟度和高有機(jī)質(zhì)豐度的“甜點(diǎn)區(qū)”，是實(shí)現(xiàn)油氣突破的關(guān)鍵。因此，基于溫1井巖心、巖屑樣品有機(jī)地球化學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)拐子湖凹陷北部烴源巖特征及控制因素展開(kāi)研究，預(yù)測(cè)有效烴源巖分布，以期為后期勘探部署提供有益依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

拐子湖凹陷位于銀額盆地中部，為北東向狹長(zhǎng)帶，面積約為2 600 km2。凹陷內(nèi)發(fā)育有多條規(guī)模不等的北東向控陷斷裂，在區(qū)內(nèi)形成東側(cè)陡坡帶、中部深凹帶和西部緩坡帶的沉積構(gòu)造格局(圖1)。拐子湖凹陷由北洼、中洼和南洼3個(gè)雁列式次級(jí)洼槽構(gòu)成，3個(gè)次級(jí)洼槽具有相互獨(dú)立的沉積中心及控陷斷裂系統(tǒng)。

溫1井位于拐子湖凹陷北部，鉆遇地層由下至上為二疊系，下白堊統(tǒng)的巴音戈壁組、蘇紅圖組、銀根組，上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組和新生界。其中，巴音戈壁組分為巴一段、巴二段，蘇紅圖組分為蘇一段、蘇二段。巴一段—蘇一段為三角洲和濱淺湖沉積，巖性多為灰色含礫砂巖、灰色細(xì)砂巖、灰色粉砂巖以及深灰色粉砂質(zhì)泥巖、灰黑色泥巖與灰色粉砂巖不等厚互層；蘇二段—烏蘭蘇海組沉積環(huán)境為濱湖，蘇二段巖性為褐色泥巖夾薄層棕紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、含礫細(xì)砂巖，銀根組巖性為褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層棕紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，烏蘭蘇海組巖性主要為厚層棕紅色泥巖(圖2)。區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集巖主要分布于巴音戈壁組和蘇紅圖組的三角洲沉積體系內(nèi)，烴源巖分布在巴音戈壁組和蘇紅圖組的湖相沉積物中。

圖1 拐子湖凹陷北部區(qū)域地質(zhì)概況及油藏剖面

圖2 溫1井地層綜合柱狀圖

2 烴源巖特征

在三角洲—湖泊沉積體系中，烴源巖主要為暗色富泥質(zhì)巖類(lèi)(泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖)[8]，對(duì)溫1井各層段暗色富泥質(zhì)巖類(lèi)厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，烴源巖主要發(fā)育于巴一段、巴二段和蘇一段，且以蘇一段最佳。對(duì)各層段富泥質(zhì)巖類(lèi)的巖心、巖屑共計(jì)105個(gè)樣品的地球化學(xué)特征進(jìn)行測(cè)試分析(圖3)。

對(duì)富暗色泥質(zhì)巖類(lèi)巖心、巖屑樣品的TOC和S1+S2指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：巴一段—蘇一段有機(jī)質(zhì)含量整體較低，僅有10%的樣品TOC含量大于1.00%，主要分布于各層段中上部；蘇一段整體為非烴源巖或差烴源巖，局部灰色泥巖層段有機(jī)質(zhì)豐度中等(0.85%

2.1 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

采用巖石熱解參數(shù)及其相互關(guān)系，對(duì)干酪根類(lèi)型進(jìn)行劃分[9-10](圖3、4)。由圖4可知：蘇一段有機(jī)質(zhì)類(lèi)型屬Ⅲ型；巴二段和巴一段有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ2、Ⅲ型干酪根為主。

2.2 有機(jī)質(zhì)成熟度

利用Tmax對(duì)有機(jī)質(zhì)成熟度進(jìn)行劃分(圖3)，并反映其成熟度趨勢(shì)[11]。蘇一段Tmax均值為404 ℃，僅有25%的樣品處于成熟—高成熟階段；巴二段Tmax均值為411 ℃，有49%的樣品處于成熟—高成熟階段；巴一段Tmax均值為436 ℃，其中，有58%的樣品處于成熟—高成熟階段。整體上，溫1井烴源巖低成熟度有機(jī)質(zhì)樣品占比大，但隨地層深度增大，低成熟度樣品分布頻率降低。在埋深相近的單個(gè)地層內(nèi)，各地層上部樣品Tmax值普遍大于該層Tmax均值，而下部地層Tmax低于均值的樣品分布頻率更高。

3 有效烴源巖分布預(yù)測(cè)

烴源巖中有機(jī)質(zhì)和黏土的密度較低，TOC會(huì)影響地層的密度。因此，利用地震數(shù)據(jù)反映的巖石密度信息對(duì)研究區(qū)內(nèi)有效烴源巖分布進(jìn)行預(yù)測(cè)[12-14]，將15個(gè)不同深度和巖性的樣品經(jīng)密度壓實(shí)校正后的相對(duì)密度與TOC進(jìn)行相關(guān)性分析。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，在溫1井處巴一段有效烴源巖厚度為30 m，巴二段厚度為24 m，蘇一段厚度為27 m，預(yù)測(cè)厚度與圖2烴源巖評(píng)價(jià)結(jié)果相近，表明利用經(jīng)壓實(shí)校正后的相對(duì)密度對(duì)TOC的預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率較高，在此基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)有效烴源巖厚度進(jìn)行預(yù)測(cè)(圖5)。結(jié)果表明：在平面上，蘇一段有效烴源巖在縱橫向的分布規(guī)模最大，巴二段次之，而巴一段有效烴源巖發(fā)育規(guī)模最小，其分布特征體現(xiàn)了巴一期至蘇一期湖盆斷陷規(guī)模逐漸擴(kuò)大的構(gòu)造演化過(guò)程；整體上，拐子湖凹陷北部有效烴源巖厚度分布差異大，其分布受湖盆形態(tài)控制明顯，厚層的烴源巖主要分布在溫1井西南側(cè)的湖盆深凹帶中，有效烴源巖厚度從凹陷中心向周?chē)鸀I淺湖逐漸變薄。

圖3 溫1井烴源巖綜合評(píng)價(jià)

圖4 溫1井各層段富泥質(zhì)巖類(lèi)樣品HI與Tmax交會(huì)圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[10])

圖5 拐子湖凹陷北部各層段有效烴源巖厚度等值線(xiàn)

4 烴源巖控制因素

4.1 沉積層序

根據(jù)溫1井巖性記錄的湖平面升降過(guò)程，認(rèn)為巴一段、巴二段、蘇一段分別對(duì)應(yīng)SQ1、SQ2和SQ3三個(gè)沉積層序，各層序均由湖侵體系域和高位體系域構(gòu)成。在層序發(fā)育早期，以先存向斜為背景發(fā)育三角洲沉積體系，構(gòu)成湖侵體系域，沉積物具有富氧、強(qiáng)水動(dòng)力條件的特征，是形成儲(chǔ)集巖的主要階段；隨著斷陷活動(dòng)及坳陷過(guò)程的階段性進(jìn)行，湖平面逐漸抬升，層序中晚期向?yàn)I湖、淺湖、中深湖過(guò)渡，構(gòu)成高位體系域(圖6)。

對(duì)溫1井巴一段、巴二段和蘇一段187個(gè)不同巖性樣品的TOC及泥質(zhì)含量百分比進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：當(dāng)泥質(zhì)含量大于30%時(shí)，TOC隨泥質(zhì)含量增加逐漸增高。結(jié)合有效烴源巖平面展布規(guī)律認(rèn)為，湖泊相的演化受沉積層序直接控制，湖泊相因其安靜低能、相對(duì)貧氧的沉積環(huán)境有利于烴源巖發(fā)育。此外，溫1井富泥質(zhì)巖類(lèi)樣品的熱解峰溫縱向分布規(guī)律表明，在各層段上部具有更強(qiáng)的熱演化作用，這與有機(jī)質(zhì)成熟度隨地層深度增加的觀點(diǎn)相悖。表明在同一地層具有相近的古地溫條件下，各層段上部地層可能存在較下部地層更高的地層壓力。研究表明：孔隙度較低、連通性較差的富泥質(zhì)巖類(lèi)會(huì)導(dǎo)致壓實(shí)過(guò)程中巖石內(nèi)部流體的排出困難，且在熱演化過(guò)程中的生烴作用也會(huì)導(dǎo)致巖石內(nèi)部壓力增高[15]，而有機(jī)質(zhì)演化的早期階段，壓力的增加可促進(jìn)大分子烴的裂解及黏土礦物的催化活性，利于有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化。因此，在熱演化程度相對(duì)較低的區(qū)域，高位體系域中富泥質(zhì)巖類(lèi)的有機(jī)質(zhì)具有更高的成熟度。因此，拐子湖凹陷北部烴源巖特征及分布受沉積層序控制：層序的構(gòu)成樣式?jīng)Q定了湖泊相在縱向上的分布及規(guī)模，從而在一定程度上控制了有機(jī)質(zhì)豐度及成熟度，深凹帶和斜坡帶的高位體系域是有效烴源巖發(fā)育的主要部位；雖然區(qū)域上熱演化程度整體較低，但湖泊相廣泛發(fā)育的泥質(zhì)巖類(lèi)具有一定的壓力封閉作用，可促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的熱演化過(guò)程。

圖6 拐子湖凹陷北部巴一期至蘇一期沉積層序構(gòu)成樣式

4.2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

由拐子湖凹陷北部過(guò)溫1井剖面斷層與地層切割關(guān)系和區(qū)域構(gòu)造背景可知，拐子湖凹陷在構(gòu)造演化過(guò)程中主要經(jīng)歷了斷陷、坳陷、擠壓反轉(zhuǎn)、再次坳陷4個(gè)階段[16-20]。早期發(fā)生斷裂活動(dòng)的F1、F2、F3、F4斷層從根本上控制了拐子湖凹陷北洼的湖盆范圍及巴一段、巴二段、蘇一段的沉積充填格局。隨著構(gòu)造湖盆的發(fā)育，斷裂深度及湖盆面積逐漸擴(kuò)大，巴一期、巴二期、蘇一期3個(gè)時(shí)期湖盆規(guī)模各不相同，導(dǎo)致有效烴源巖在各層段發(fā)育規(guī)模差異較大，且以蘇一段最佳。通過(guò)與拐子湖凹陷中洼及哈日凹陷等油氣高產(chǎn)地區(qū)的巴一段、巴二段、蘇一段地層橫向規(guī)模進(jìn)行比較表明(表1)，拐子湖凹陷北洼各地層橫向規(guī)模最小，這在一定程度上制約了油氣勘探效果。

進(jìn)一步對(duì)拐子湖凹陷北部溫1井埋藏史進(jìn)行研究認(rèn)為(圖7)：溫1井白堊系地層歷史最大埋深為3 000 m，其鏡質(zhì)體反射率為0.7%～1.0%，熱演化階段為成熟階段，這與Tmax所指示的熱演化階段基本一致，但巴一段之上地層有效烴源巖最大埋深較淺，有機(jī)質(zhì)熱演化程度為低成熟—成熟，加之白堊紀(jì)末期發(fā)生的逆沖活動(dòng)使其所處的生烴階段時(shí)間縮短，整體屬于未成熟—成熟階段。因此，較淺的湖盆斷裂和后期的構(gòu)造抬升使得溫1井有效烴源巖的生烴潛力普遍較差。但在湖盆深凹帶的凹陷中心，白堊系現(xiàn)今最大埋深為2 800 m，推測(cè)其歷史最大埋深超過(guò)3 800 m，其有機(jī)質(zhì)成熟度可達(dá)到成熟—高成熟階段。

表1 各凹陷地層橫向規(guī)模比較Table 1 Horizontal strata scale comparison of different depressions

在構(gòu)造活動(dòng)型盆地中，構(gòu)造沉降率的變化是沉積基準(zhǔn)面和盆地基底升降最直接的控制因素。因此，拐子湖凹陷北部斷裂活動(dòng)的發(fā)育演化是形成盆內(nèi)沉積層序及其組構(gòu)樣式的根本原因，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與沉積層序相互影響，控制了各層段有機(jī)質(zhì)的發(fā)育規(guī)模及位置，沉積層序在一定程度上控制了單個(gè)層序內(nèi)有機(jī)質(zhì)成熟度，但構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的升降過(guò)程是限制有機(jī)質(zhì)成熟度的主要因素。溫1井因烴源巖優(yōu)勢(shì)相欠發(fā)育、熱演化程度較低，導(dǎo)致其勘探效果不佳，但湖盆凹陷中心淺湖及中深湖沉積廣泛發(fā)育，且埋深較大，加之其內(nèi)部可能存在的相對(duì)高壓，有助于生烴進(jìn)程，因此，湖盆凹陷中心的近源儲(chǔ)層或自生致密儲(chǔ)層可能實(shí)現(xiàn)油氣突破。

圖7 溫1井埋藏史與熱演化史

5 結(jié) 論

(1) 拐子湖凹陷北部烴源巖發(fā)育于巴一段、巴二段和蘇一段。有機(jī)質(zhì)豐度整體較低，有效烴源巖僅在各地層中上部發(fā)育，其中，巴一段上部可見(jiàn)中等—好烴源巖；有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為腐泥腐植型和腐植型；有機(jī)質(zhì)成熟度差異較大，蘇一段為未成熟—成熟，巴二段為未成熟—高成熟，巴一段主要為成熟—高成熟。

(2) 巴一段、巴二段、蘇一段各對(duì)應(yīng)一個(gè)完整的沉積層序，各層序高位體系域主要由湖泊相沉積構(gòu)成，其控制著有機(jī)質(zhì)富集并導(dǎo)致熱演化早期的局部高壓，形成高有機(jī)質(zhì)豐度與高成熟度的特點(diǎn)，但構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的后期抬升使凹陷周緣有機(jī)質(zhì)成熟度普遍較差。沉積層序、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制著湖盆發(fā)育過(guò)程，決定了各層段有效烴源巖平面分布，其中，蘇一段有效烴源巖平面分布最佳。

(3) 湖盆凹陷中心以湖泊相為優(yōu)勢(shì)，且具有更大埋深及較長(zhǎng)的生排烴過(guò)程，是有效烴源巖主要的發(fā)育位置，可作為后期勘探部署的重要區(qū)域。