曹蘭柱，吳 飄，侯讀杰，魏秀麗，鄭榮華

(1.中國石油華北油田公司 勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062550；2.中國地質(zhì)大學(北京) 能源學院，北京 100083；3.青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071)

0 引 言

“洼槽”是指陸相斷陷盆地中除去正向構造帶以外的洼陷區(qū)及斜坡帶的中低部位[1]。二連盆地洼槽區(qū)油氣資源豐富，但并非每一個洼槽都具有生烴條件和勘探潛力[2]。多年來，許多學者嘗試以洼槽或凹陷為單元綜合評價其地質(zhì)類型與油氣富集的關系。張文朝等[3]認為洼槽的沉積、構造屬性控制了油氣生成和油氣藏的分布，斷槽繼承型大洼槽成藏條件最好；祝玉衡等[4]認為沉積層序中的凝縮段和較深湖相的分布決定了湖盆生油條件的好壞，層序全、面積大、沉積中心繼承性好、沉積地層厚、凝縮段分布廣的繼承型凹陷的勘探成效最好；譚洪等[5]認為凹陷的大小、深淺、結(jié)構類型、構造發(fā)育程度等條件控制了資源的豐富程度，凹陷面積>1 000 km2、基底埋深>3 000 m、塹壘聯(lián)合型結(jié)構、構造帶發(fā)育的寬闊型凹陷是最有利的凹陷。這些認識在前期地質(zhì)研究和戰(zhàn)略選區(qū)上發(fā)揮了重要作用，但隨著油氣勘探向洼槽區(qū)逐漸深入[6]，其不足之處逐漸凸顯。例如，洼槽繼承性分類的標準不統(tǒng)一[3-4]，洼槽類型不能明確體現(xiàn)生烴潛力、不能指導致密油等非常規(guī)資源的勘探等。此外，湖盆咸化是陸相富烴凹陷形成研究的重要內(nèi)容[7]，但二連盆地斷陷湖盆的咸化特征在以往的地質(zhì)研究和油氣勘探中未被充分認識和重視。本文根據(jù)二連盆地洼槽控油的地質(zhì)特征[6]，利用近年來含油凹陷資源評價和地球化學分析的大量基礎數(shù)據(jù)，提出利用洼槽大小、基底埋深和下白堊統(tǒng)裂陷期的水體咸淡進行綜合分類，并結(jié)合洼槽生烴潛力評價，分析洼槽地質(zhì)類型與生烴潛力的相關關系。本研究為分析洼槽地質(zhì)特征與油氣分布關系提供了新思路，對二連盆地及東北亞地區(qū)被動裂谷盆地群優(yōu)選勘探靶區(qū)、提高勘探成效具有一定參考意義。

1 地質(zhì)背景及洼槽分布

二連盆地位于我國內(nèi)蒙古自治區(qū)中北部，面積約10×104km2，是在內(nèi)蒙古-大興安嶺海西期褶皺基底上發(fā)育的中生代斷陷湖盆群[8-10]。盆地可劃分為馬尼特、烏尼特、烏蘭察布、川井、騰格爾5個坳陷和巴音寶力格、東烏珠穆沁、蘇尼特、溫都爾廟4個隆起(圖1)，并可細分成56個凹陷和21個凸起[10]。每一個凹陷都是一個相對獨立的構造-沉積單元[10-11]，經(jīng)歷了古生代擠壓隆升、侏羅紀-早白堊世拉張斷陷、晚白堊世抬升萎縮三期構造演化[12]，形成了裂谷期前(Pz)、同裂谷期(J—K1bt2)和裂谷期后(K1bs—Q+E)3套構造層[13]。其中，侏羅紀是盆地初始裂陷期，發(fā)育有中下侏羅統(tǒng)阿拉坦合力群含煤碎屑巖建造和上侏羅統(tǒng)大興安嶺群火山巖建造，該套地層屬于殘留型地層，在各凹陷內(nèi)不均勻分布且厚度變化大；主要勘探目的層為強烈裂陷期及裂后坳陷期沉積的下白堊統(tǒng)巴彥花群，自下而上依次發(fā)育阿爾善組(K1ba)、騰一段(K1bt1)、騰二段(K1bt2)和賽漢塔拉組(K1bs)4套河湖相含煤粗碎屑巖地層，騰格爾時期是成湖高潮期，阿爾善組和騰一段是主力烴源巖[14-15]和主力含油層系[16]。

本文以二連盆地10個含油凹陷的控洼邊界斷裂為陡坡帶邊界，以二級區(qū)帶斷裂或阿爾善組、騰一段地層尖滅或產(chǎn)狀突變處為緩坡帶邊界，圈定了23個洼槽的分布范圍，并在各洼槽騰一下段頂面構造圖(T7)上以生烴門限深度(1 000～1 800 m)[17]為界圈定了深洼帶的分布范圍(圖2)。23個洼槽形態(tài)接近但面積大小差異顯著，在平面上以蘇尼特隆起為界，呈現(xiàn)“東西分帶”的特征，東部含油洼槽數(shù)量多，西部含油洼槽數(shù)量少(圖1和圖2)，反映出現(xiàn)今勘探程度具有“東高西低”的特征。

2 洼槽地質(zhì)特征及綜合分類

2.1 洼槽基底特征及分類

二連盆地基底為古生代的興蒙造山帶地層，其構造線方向、地殼組成和結(jié)構具有不均一性[18]。4個隆起位于古生界巖漿弧或復式背斜隆起帶上，其基底構造屬于弱變形帶，5個坳陷位于復式向斜帶、深大斷裂帶或地體縫合帶上，其基底構造屬于強變形帶。隆起上的斷陷一般數(shù)量少、規(guī)模較小且呈孤立分布，而坳陷內(nèi)的斷陷往往以不同方式組合成斷陷群。不同走向的坳陷伸展變形機制存在差異。馬尼特坳陷的走向(NE向)與區(qū)域引張作用方向(NW-SE向)基本垂直，其基底在正向裂陷作用下多形成深而狹長的斷陷群。烏尼特坳陷(NEE向)、騰格爾坳陷(EW向)和川井坳陷(EW向)的走向與區(qū)域引張作用方向斜交，其基底在斜向裂陷作用下多形成淺而寬闊的斷陷群。烏蘭察布坳陷處于不同方向的基底強變形構造變換部位，既可視為正向裂陷作用也可視為斜向裂陷作用機制[10, 18]。因此，可按照基底類型將洼槽分為隆起帶洼槽、正向裂陷帶洼槽和斜向裂陷帶洼槽。

對10個含油凹陷古生界頂面Tg構造層的最大埋深及其與下白堊統(tǒng)烴源巖干酪根鏡質(zhì)體反射率Ro的關系研究發(fā)現(xiàn)(圖3)，烏里雅斯太、阿南阿北、阿爾、賽漢塔拉、額仁淖爾凹陷古生界頂面Tg構造層的最大埋深大于3 500 m，已鉆遇的阿爾善組及騰一段兩套烴源巖處于低熟-成熟階段，最大埋深處烴源巖的Romax>1.3%；而烏蘭花、巴音都蘭、吉爾嘎郎圖、洪浩爾舒特凹陷古生界頂面Tg構造層的最大埋深介于2 500～3 500 m，已鉆遇的阿爾善組和騰一段兩套烴源巖主要處于低熟階段，最大埋深處烴源巖的Romax介于0.8%～1.3%之間。這一擬合結(jié)果在盆地烴源巖熱演化模擬中也得到了證實[19]。因此，可根據(jù)各洼槽古生界頂面Tg構造圖的最大埋深(表1)，以2 500 m和3 500 m作為下白堊統(tǒng)發(fā)育成熟和高熟烴源巖的深度界限，將23個洼槽按劃分為低熟、成熟、高熟三類。

如圖4(a)所示，洼槽古生界頂面最大埋深和阿爾善組及騰一段兩套烴源巖最大總厚度明顯存在兩種正相關關系，正向裂陷帶(阿南阿北、巴音都蘭、額仁淖爾)洼槽的基底埋深普遍大于3 000 m，兩套烴源巖總厚度普遍大于700 m，而斜向裂陷帶(吉爾嘎郎圖、賽漢塔拉、洪浩爾舒特)洼槽的基底埋深普遍小于3 000 m，兩套烴源巖總厚度普遍小于700 m。這一特征與正向裂陷帶凹陷的邊界斷層拆離滑脫深度大、斷陷時期早，而斜向裂陷帶凹陷的邊界斷層拆離滑脫深度小、斷陷時期晚關系密切。因此，洼槽基底類型和最大埋深對兩套烴源巖總厚度具有控制作用，基底埋深越大，兩套烴源巖總厚度越大，相同埋深條件下，正向裂陷帶洼槽的兩套烴源巖總厚度更大。

2.2 洼槽面積特征及分類

如圖2和圖4(b)所示，二連盆地23個洼槽的面積分布為65～846 km2，洼槽深洼帶面積分布在7.0～381.6 km2之間，深洼帶和洼槽的面積比為1:3。按照二連盆地勘探新區(qū)的三級評價標準[20]，深洼帶面積大于200 km2、洼槽面積大于500 km2可劃分為大洼槽，深洼帶面積小于100 km2、洼槽面積小于300 km2可劃分為小洼槽，介于其間則劃分為中洼槽。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，裂陷帶均發(fā)育有大洼槽，而隆起帶只存在中小型洼槽(圖2)。此外，同一凹陷內(nèi)呈現(xiàn)“一大一小”或“一中一小”的特征，說明凹陷內(nèi)存在主次洼槽的分別。各洼槽在NW-SE方向的最大長度為13～59 km，NE-SW方向的最大寬度為6～21.5 km，長寬比為0.9～3.3，主要呈狹長形。結(jié)合圖1和圖2可以看出，馬尼特和烏蘭察布凹陷內(nèi)洼槽的控洼斷裂主要呈NE走向，而川井坳陷、騰格爾和烏尼特坳陷內(nèi)存在部分洼槽的控洼斷裂呈NNE或NEE走向，說明正/斜向裂陷洼槽的裂陷應力方向存在差異。

2.3 洼槽阿爾善組及騰一段古水體鹽度特征及分類

姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)是判識有機質(zhì)沉積環(huán)境的有效指標，Pr/Ph<0.5反應強還原膏鹽沉積環(huán)境，Pr/Ph>3.0反映氧化條件下的陸源有機質(zhì)輸入[21]。伽馬蠟烷是水體分層的標志，但在湖相環(huán)境中仍然具有指示水體鹽度的意義[22]，目前國內(nèi)湖相烴源巖[23-27]中常以伽馬蠟烷/C30藿烷(γ/C30H)比值的0.2和0.4為界限劃分淡水、半咸水、咸水環(huán)境。通過對23個洼槽阿爾善組及騰一段烴源巖抽提物的生物標志化合物分析，發(fā)現(xiàn)各洼槽烴源巖的γ/C30H和Pr/Ph指標差異顯著，分別介于0～1.37和0.15～3.86，說明裂陷期各洼槽的古水體鹽度差異顯著。據(jù)此，本文以γ/C30H和Pr/Ph的鹽度分級界限作為判識標準，按各洼槽烴源巖抽提物的γ/C30H和Pr/Ph參數(shù)的平均值分布(表1)，將23個洼槽阿爾善組及騰一段沉積時期的古水體鹽度分為淡水、半咸水和咸水三類(圖5)。同一洼槽內(nèi)烴源巖的兩項參數(shù)也存在明顯的波動性，反映出洼槽古水體具有垂向鹽度/溫度分層或平面鹽度/溫度非均質(zhì)性。

2.4 洼槽綜合分類及平面分布規(guī)律

本文以洼槽基底埋深為主要參考，結(jié)合洼槽面積、古水體鹽度分類將23個洼槽細分為3大類14小類(表2)。洼槽基底類型對基底埋深、洼槽面積和古水體鹽度特征都具有一定控制作用。從圖1可以看出，高熟型洼槽主要分布在正向裂陷帶和東烏珠穆沁隆起，大型洼槽在裂陷帶更發(fā)育(圖1和圖4(b))，半咸水-咸水洼槽主要分布在正向裂陷帶和巴音寶利格隆起，而淡水洼槽集中在斜向裂陷帶和東烏珠穆沁隆起，呈現(xiàn)出正向裂陷帶高熟咸水洼槽更發(fā)育的特征。由于盆地在裂陷期屬于內(nèi)陸湖盆環(huán)境，不存在海侵，不發(fā)育石膏等蒸發(fā)巖[28]，且二連盆地古水體咸化與物源區(qū)巖性、火山物質(zhì)蝕變等因素密切相關[29]。因此，咸水洼槽在正向裂陷帶更發(fā)育的特征可能指示正向裂陷帶洼槽在裂陷期火山物質(zhì)供給更充分或物源區(qū)的鹽巖含量更高。

表1 二連盆地含油氣凹陷洼槽地質(zhì)特征及生烴能力綜合評價表

表2 二連盆地下白堊統(tǒng)含油氣凹陷的洼槽綜合分類表

3 洼槽生烴潛力評價

洼槽生烴潛力好壞控制著勘探潛力大小，目前常使用生烴量和生烴強度作為評價生烴能力的參數(shù)指標[30]。根據(jù)中國石油華北油田分公司第四次資源評價數(shù)據(jù)[31]，運用模糊數(shù)學評價方法[32-34]，對二連盆地23個洼槽的生烴潛力進行定量評價。在評價過程中，選取最大生油強度(X1)、生油量(X2)作為評價參數(shù)，利用線性函數(shù)作為評價參數(shù)的隸屬函數(shù)，即μ(x)=x/M(為評價因素數(shù)值，M為評價因素中的最大值)。借鑒渤海灣盆地洼陷生烴能力評價方法中采用的權重系數(shù)[30]，即生烴量權重系數(shù)0.6，最大生烴強度權重系數(shù)0.4，采用加權平均模型計算23個洼槽的烴源巖綜合評價指數(shù)(Y)，評價指數(shù)越接近1，生烴能力越強：

Y=μ(X1)×0.4+μ(X2)×0.6

(1)

結(jié)合實際情況建立3類生烴洼槽的評價標準：A類為富生烴洼槽(Y≥0.4)；B類生烴洼槽(0.2

4 洼槽分類的油氣勘探意義

4.1 高熟大中型和成熟大中型咸水洼槽控制富生烴洼槽發(fā)育

對比洼槽綜合分類與生烴潛力評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表1)，6個高熟型洼槽和3/10的成熟型咸/半咸水為A類洼槽，7/10的成熟型洼槽為B類洼槽，而低熟型洼槽全為C類洼槽(圖1)，這說明洼槽內(nèi)主力烴源巖的成熟度對生烴潛力具有主控作用，水體咸化能夠補償烴源巖成熟度偏低對生烴潛力的影響。此外，A類洼槽全為大中型洼槽，C類洼槽全為小型洼槽，說明深洼帶面積大于100 km2是形成富生烴洼槽的必要條件。如圖6所示，洼槽基底埋深、深洼帶面積和生烴量均存在正相關性，高熟大型咸水洼槽是二連盆地最有利的富生烴洼槽。

勘探實踐表明，9個A類洼槽的探明儲量占據(jù)了全盆地的90%，地質(zhì)資源量占據(jù)了全盆地的70%，其中，呼南洼槽尚無探明儲量發(fā)現(xiàn)與該洼槽油氣運輸成本高、勘探程度低有關，而烏中洼槽僅見油氣顯示與該區(qū)探井進入針對構造圈閉找油的勘探誤區(qū)有關?？偟膩碚f，二連小型斷陷湖盆源控油氣分布的特征表現(xiàn)得非常典型，在勘探實踐中明確富生烴洼槽，選定優(yōu)勢聚油區(qū)帶和優(yōu)勢類型圈閉，開展針對性勘探是找油的基本思路。

4.2 咸水洼槽有利于致密油勘探

水體鹽度對湖水中的生物種類及數(shù)量具有控制作用。本文以氫指數(shù)作為有機質(zhì)類型和生烴潛力的評價指標，對二連盆地各洼槽主力烴源巖評價顯示(圖7)，咸水洼槽烴源巖氫指數(shù)均值大于350 mg/g、有機質(zhì)類型為II1型，而半咸水洼槽烴源巖的氫指數(shù)均值介于250～350 mg/g、有機質(zhì)類型為II2型，淡水洼槽烴源巖氫指數(shù)均值小于250 mg/g、有機質(zhì)類型為II2—III型?？梢姡趟莶鄣挠袡C質(zhì)豐度和類型明顯優(yōu)于淡水洼槽。此外，湖盆咸化往往會形成碳酸鹽巖等蒸發(fā)巖沉積序列，二連盆地咸水洼槽內(nèi)湖相云質(zhì)巖相對更發(fā)育[29]。研究表明，該套云質(zhì)巖屬于厭氧條件下的有機質(zhì)/微生物白云化成因或埋藏白云化成因[28, 35-36]，其巖性組合中的泥巖和云灰質(zhì)泥巖生烴潛力好、云質(zhì)砂巖和砂質(zhì)云巖儲集性能優(yōu)越，二者呈源儲一體或源儲互層式組合，穩(wěn)定分布在深洼帶或斜坡帶，是目前二連盆地致密油勘探的主要目的層[37-38]。相反，淡水洼槽內(nèi)的致密砂巖多為重力流沉積，儲層物性較差、厚度小，分布零星，難以連片，致密油勘探效益不高[39]。

5 結(jié) 論

(1)二連盆地洼槽具有基底類型不均一，基底埋深、洼槽面積和阿爾善組及騰一段沉積古水體鹽度差異懸殊的地質(zhì)特征，可據(jù)此將其分為高熟、成熟和低熟型3大類14小類。高熟咸水洼槽主要分布在正向裂陷帶，大型洼槽在裂陷帶更發(fā)育，馬尼特和烏蘭察布坳陷內(nèi)的洼槽是下一步勘探的有利洼槽。

(2)二連盆地洼槽綜合分類對生烴潛力、油氣分布具有一定控制作用。高熟大中型洼槽和成熟大中型咸水洼槽控制了富生烴洼槽的發(fā)育，咸水洼槽比淡水洼槽具有更優(yōu)越的源儲條件，更有利于開展致密油勘探。