吐哈盆地臺北凹陷西部弧形帶油氣遠距離運聚規律

劉江濤 ，黃志龍，涂小仙，桑廷義，李杰

(1. 中國石油大學 資源與信息學院，北京，102249；2. 中國石油化工集團公司 石油工程技術研究院，北京，100101；3. 中國石油天然氣集團公司 吐哈油田分公司，新疆 哈密，839000)

根據“源控論”思想，我國在大部分陸相盆地圍繞“烴源灶”的構造和圈閉的勘探已經分別進入中、高勘探成熟階段，加大遠離“烴源灶”區域的勘探和研究遠離“烴源灶”油藏的成藏規律對于擴大勘探領域和增加后備儲量具有十分重要的理論和現實意義。一般來說，我國陸相盆地由于構造運動的頻繁性、沉積層序的不連續性，油氣藏一般圍繞“烴源灶”周邊及上下地層分布，油氣運移距離通常不超過 40 km[1?2]。但吐哈盆地臺北凹陷西部弧形帶雁木西油田和大墩構造距離勝北次凹達50 km以上，并且中間夾持著火焰山斷裂帶，其油氣怎樣翻越火焰山進行長距離運移值得研究。為此，分析輸導體系特征和油氣運移規律，剖析火焰山構造帶的形成與油氣向西運移的關系，對豐富研究區成藏理論、指導下一步油氣勘探具有重要意義。

1 區域地質概況

西部弧形構造帶位于吐哈盆地臺北凹陷西部，東與勝北次凹相連，西與托克遜相接，南臨勝南次凹，北依博格達山，面積約1 090 km2。該弧形構造帶形成于印支?早燕山運動，改造、定型于喜山運動，是在西部布爾加凸起的控制下形成的西部古弧形構造帶。目前，在該構造帶自東向西已發現了神泉、勝南和雁木西3個油田及大墩含油構造(圖1)。黃志龍等[3]的研究表明：該區帶油氣藏以勝北次凹中下侏羅統水西溝群煤系烴源巖和七克臺組湖相烴源巖為主要油源。油氣主要分布在侏羅系三間房組(J2s)、七克臺組(J2q)、白堊系(K)、第三系鄯善群(Esh)4個層位，但不同油田油氣的分布層位有差異，神泉油田在4個層位均有油氣分布，勝南油田油氣主要分布在J2s和J2q，雁木西油田油氣主要在K和Esh，總體特征為油氣分布層位從東向西依次變淺。該區原油類型主要為煤系油、湖相油及二者的混合油，以煤系油為主[4?5]。平面上油氣的分布嚴格受到西部弧形帶構造脊的控制，由東向西沿著構造脊呈線狀分布；淺層圈閉的成藏明顯受到斷裂的控制，只有存在溝通深部儲層或輸導層的斷裂才能成藏。

2 油氣輸導特征與運移規律

油氣來自火焰山東側的勝北次凹侏羅系水西溝群煤系地層和七克臺組，油氣西運無可質疑，油源對比和咔唑類含氮化合物變化都說明了這一點[3?4]，關鍵的問題是必須了解油氣運移的通道、時期和路徑，以及火焰山斷裂帶沒有阻擋油氣的西運的原因。

2.1 輸導體系的構成

油氣輸導通道主要有3種基本類型，即斷層、不整合面和砂體[6?9]。西部弧形帶神泉—勝南地區斷裂發育較好，雁木西斷裂較少，總體上斷裂規模小，斷距一般小于20 m，延伸距離一般不超過5 km，傾角基本都在80°以上。斷裂的特征決定了其側向封閉性差，有利于油氣的側向西運，但不是油氣側向向西運移的主要通道。個別規模較大的斷裂對于溝通上下儲層、垂向調整油氣起到至關重要的作用，如神泉油田白堊系和第三系油氣藏、雁木西油田第三系油氣藏都是通過斷裂的調整才形成的。白堊系地層和侏羅系地層間的不整合面全區發育，在西部弧形帶上，由于構造部位較高，勝南和雁木西不發育風化黏土層，不整合面之上的砂、礫巖主要在神泉和雁木西發育，不整合面之下的砂巖主要發育在勝南地區。油氣沿神泉地區侏羅系砂巖層側向運移過勝南地區后，由于風化黏土層的缺失，直接進入不整合面上部的底部礫巖 層，這就使油氣的側向西運通道實現了良好的接力。神泉－勝南地區侏羅系七克臺組底部發育砂泥巖頻繁互層的湖相灘壩砂體，單層砂巖厚度一般在10 m以下，但連續性較好，且有斷裂溝通，是油氣從神泉運移至勝南的主要通道；勝南地區七克臺組剝蝕殆盡，七克臺底部砂巖直接和不整合面接觸，油氣可以由七克臺組砂層跨層進入不整合面上部白堊系三十里大墩組底部礫巖，從而保證了側向通道的連續性。雁木西地區白堊系三十里大墩組底部發育一套穩定的砂、礫巖層，是油氣越過勝南后向西運移的主要通道(圖2)。

圖1 吐哈盆地臺北凹陷西部弧形帶概況及油氣分布Fig.1 Sketch map of structure position and oil and gas distribution in western arc-like zone of Taibei sag in Turpan-Hami basin

2.2 油氣運移時期

根據流體包裹體測溫和自生伊利石年齡分析，結合埋藏史，神泉油田白堊系和第三系油藏的主要成藏期為晚第三紀末期—第四紀早期，侏羅系油藏為2期充注，分別是晚白堊紀末—早第三紀及晚第三紀(圖3)；雁木西油田第三系油藏成藏時間為晚第三紀末，白堊系油藏的主要成藏期為晚第三紀末和第四紀(圖4)。油氣側向運移的動力主要來自于烴源巖排烴導致的壓力和構造傾斜背景下的浮力，烴源巖演化歷史和構造脊形成時期共同決定著油氣的運移時期。侏羅系水西溝群煤系烴源巖在侏羅紀末－白堊紀時期(晚燕山運動時期)開始進入大量生、排烴期，喜山期進入排烴高峰期，至今仍處于排烴高峰期；侏羅系七克臺組泥巖在晚第三紀早期開始排烴，延續至今。西部弧形帶形成于印支—早燕山運動，在晚燕山運動及喜山運動中構造形態得到加強和定型。從構造發育歷史和烴源巖大量排烴期匹配來看，神泉油田侏羅系油藏的成藏時期晚白堊紀末—早第三紀應為整個西部弧形帶成藏的關鍵期，此時，勝北凹陷水西溝群煤系源巖大量排烴，淺層油藏及西部勝南和雁木西油藏都是在神泉油田侏羅系油藏的基礎上形成的；晚第三紀—第四紀為西部弧形帶淺層油氣藏(神泉油田白堊系和第三系油藏、雁木西油田第三系油藏)的成藏期，主要為構造運動背景下油氣沿斷裂的垂向調整。

2.3 火焰山斷裂帶的形成與油氣運移的關系

2.3.1 火焰山斷裂帶演化史

火焰山的形成直接或間接地影響勝北生烴凹陷生成的油氣西運的運移優勢方向、運移路徑及運移距離[10]。

火焰山斷裂是受北部博格達山山前應力的擠壓作用，上覆地層塑性變形所形成的構造，而并非受基底斷層影響所形成的斷裂。在早、中侏羅世(燕山運動Ⅰ幕)，火焰山斷裂表現為沿八道灣組煤層滑脫的正斷層，但在侏羅紀末期(燕山運動Ⅱ幕)，受到北部博格達山抬升的影響，開始沿著滑脫面向上逆沖，發生反轉，表現為逆斷層；白堊紀—早第三紀(燕山運動Ⅲ幕—喜馬拉雅運動Ⅰ幕)是盆地均衡沉降階段，火焰山斷裂沒有發生逆沖或逆沖幅度不大；晚第三紀－第四紀(喜馬拉雅運動Ⅱ幕)亞洲南大陸與印度板塊碰撞，博格達山強烈隆升，并向吐哈盆地及準噶爾盆地兩側逆沖推覆，自北向南強大的擠壓應力在臺北凹陷產生沿八道灣組、西山窯組兩套煤系地層的大型蓋層滑脫，火焰山斷裂就是在這樣的背景下沿八道灣組蓋層向上逆沖，最終形成前鋒褶皺帶，即火焰山斷裂前鋒褶皺帶形成于喜馬拉雅運動Ⅱ幕晚期，即第四紀。2.3.2 火焰山斷裂的形成與油氣運移的關系

圖2 西部弧形帶勝南—雁木西構造油氣輸導通道剖面示意圖(據吐哈油田研究院修改)Fig.2 Sketch map of transforming passageway of oil and gas of Shengnan?Yanmuxi structure

圖3 神泉油田成藏期分析Fig.3 Analysis of formation period of Shenquan oilfield

圖4 雁木西油田成藏期分析Fig.4 Analysis of formation period of Yanmuxi oilfield

圖5 勝北凹陷生排烴史、火焰山斷裂形成期和神泉—雁木西構造油氣充注時期對比Fig.5 Comparison of period of hydrocarbon generation and expulsion of Shengbei sag and formation of formation of Burning Mountain and hydrocarbon charging of Shenquan?Yanmuxi strcuture

烴源巖大量排烴期、油氣充注時期和火焰山構造帶形成時期的匹配關系(圖5)說明：西部弧形帶神泉—雁木西構造帶侏羅系油藏油氣大量充注發生在火焰山前鋒褶皺帶形成之前。在火焰山斷裂前鋒褶皺帶沖起之前，從勝北凹陷至西部雁木西構造帶一直處于持續隆升的構造背景之下，這就使得在油路通暢的情況下，油氣可以從勝北凹陷順構造帶脊部向西運移到神泉—雁木西構造帶上。在形成過程中以及形成以后，火焰山構造帶阻斷了油氣向西運移的路徑，油氣運移至火焰山斷裂后，沿火焰山斷裂向上運移，最終進入上盤圈閉成藏或散失于地表。所以，盡管烴源巖至今仍處于排烴高峰期，但西部弧形帶油氣的充注在第四紀終止。

2.4 油氣的運移路徑與運聚模式

油氣在砂體中是沿著一定優勢路徑側向運移的，不同封閉程度下的大規模的斷層視影響著路徑的變化[11?12]，在平面上砂體物性相當的情況下，源動力(排烴量大小)和構造脊線是約束油氣運移路徑的主要因素[13]。

2.4.1 運移路徑

研究區油氣運移成藏過程主要有2期：白堊紀末期—早第三紀和早第三紀末—第四紀。研究區構造脊線狹窄而簡單，油氣的運移路徑比較單一，嚴格受到構造脊的約束，但由于不同時期烴源巖源動力以及斷裂的活動規律不同，油氣的運移距離、運移數量及運移方式有差異。在白堊系地層沉積后，勝北凹陷水西溝群煤系烴源巖進入排烴高峰期，油氣開始由勝北次凹大規模向西部神泉地區運移[14]，由于供源充足，源動力比較強，油氣運移距離大，可直達雁木西油田；早第三系地層沉積后，七克臺組泥巖開始生烴，但源巖成熟度較低，為0.7左右，排烴量有限，油源供給不足，源動力小，運移量也小，在晚第三系地層沉積后，源巖成熟度增加，排烴量增大，但火焰山斷裂形成阻擋了油氣繼續向西運移，這可能是目前西部弧形帶尤其是勝南和雁木西油田原油以煤系油為主的根本原因(圖 6)。

2.4.2 運聚模式

基于油氣分布及油氣運移聚集規律的分析，建立了西部弧形帶油氣運聚模式。

圖6 吐哈盆地臺北凹陷西部弧形帶油氣運移路徑Fig.6 Migration pathway of oil and gas in western arc-like zone of Taibei sag in Turpan-Hami basin

(1) 在白堊紀末期—早第三紀，勝北次凹水西溝群烴源巖成熟排烴，此時火焰山尚未形成，自勝北次凹到西部弧形帶處于逐漸升高的構造背景之下，油氣沿砂體側向運移進入神泉地區，一部分油氣遇到巖性圈閉或者斷層遮擋聚集成藏，一部分油氣通過薄砂體疊置連通或斷裂溝通的砂體繼續向西運移。繼續西運的油氣到達勝南后，遇到不整合面之下的地層圈閉或巖性圈閉成藏，但由于不整合面不發育黏土巖隔層，與七克臺砂巖直接接觸的不整合面區域具有良好的滲透性，油氣由七克臺組砂體通過不整合面調整向西進入到白堊系三十里大墩組底部砂、礫巖中繼續西運。油氣在雁木西地區的側向運移通道主要為白堊系三十里大墩組底部的穩定砂礫巖。

(2) 在早第三紀末—第四紀，勝北次凹七克臺組泥巖開始排烴，但源巖成熟度低，排烴量有限，同時，由于喜馬拉雅構造運動的影響，西部弧形帶早期斷裂復活，并產生一些新的斷裂，溝通上下儲層，神泉地區侏羅系油藏油氣向白堊系和第三系儲層調整，雁木西地區油氣沿著雁東1號大斷裂由白堊系向第三系儲層調整。

(3) 在第四紀中后期，火焰山斷裂帶形成，油氣向西部弧形帶的運移終止。

3 結論

(1) 西部弧形帶具備油氣遠距離運移的條件，體現在：在第四紀中期之前，自東向西持續升高的構造脊提供了油氣向西運移的動力；由砂體、斷裂、不整合面組成的接力通道構成了暢通無阻的輸導體系；較充足的油氣源供給。

(2) 油氣運移過程主要有 2期：白堊紀末期—早第三紀和早第三紀末—第四紀。在白堊紀末期—早第三紀，勝北次凹水西溝群煤系烴源巖成熟排烴，而此時火焰山尚未形成，自勝北次凹到西部弧形帶處于逐漸升高的構造背景之下，油氣沿著砂體、不整合面和斷裂組成的側向輸導通道可以直接運移至西部弧形帶西端；在早第三紀末—第四紀，勝北次凹七克臺組泥巖開始排烴，排出的湖相油進入神泉油田儲層中，并緩慢向西運移。在第四紀中后期，火焰山斷裂帶形成，油氣向西部弧形帶的運移終止。

[1] 周新源. 前陸盆地油氣分布規律[M]. 北京: 石油工業出版社,2002: 264?267.ZHOU Xin-yuan. Distribution of oil and gas in foreland basins[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2002: 264?267.

[2] 周興熙. 源?蓋共控論述要[J]. 石油勘探與開發, 1997, 24(6):4?7.ZHOU Xing-xi. Essentials about hydrocarbon distribution controlled by source and seal[J]. Petroleum Exploration and Development, 1997, 24(6): 4?7.

[3] 黃志龍, 高崗, 張振英. 吐哈盆地天然氣成因類型分析及成藏特征研究[R]. 北京: 中國石油大學地球科學學院, 2003.HUANG Zhi-long, GAO Gang, ZHANG Zhen-ying. Analysis of gas type and study of gas field character in Turpan-hami basin[R]. Beijing: China University of Petroleum. School of Earth Sciences, 2003.

[4] 張振英, 邵龍義, 張世煥, 等. 吐哈盆地臺北凹陷西部弧形構造帶混源原油特征[J]. 石油學報, 2005, 26(2): 15?20.ZHANG Zhen-ying, SHAO Long-yi, ZHANG Shi-huan, et al.Distribution of mixed crude in western arc structural belt of Taibei depression in Turpan-Hami basin[J]. Acta Petrolei Sinica,2005, 26(2): 15?20.

[5] 杜宏宇, 梁桂賓, 徐桂芳, 等. 吐哈盆地臺北凹陷西部原油“混源”分析[J]. 中國西部油氣地質, 2006, 2(1): 79?83.DU Hong-yu, LIANG Gui-bin, XU Gui-fang, et al. Mixed sources analysis on crude oil of the west Taibei sag of the Turpan-Hami Basin[J]. West China Petroleum Geosciences,2006, 2(1): 79?83.

[6] 李本亮, 王明明, 魏國齊, 等. 柴達木盆地三湖地區生物氣橫向運聚成藏研究[J]. 地質論評, 2003, 49(1): 93?100.LI Ben-liang, WANG Ming-ming, WEI Guo-qi, et al. Lateral migration and accumulation of biogenic gas in the Sanhu area,Qaidam Basin[J]. Geological Review, 2003, 49(1): 93?100.

[7] 郝芳, 鄒華耀, 姜建群. 油氣成藏動力學及其研究進展[J]. 地學前緣, 2000, 7(3): 11?21.HAO Fang, ZOU Hua-yao, JIANG Jian-qun. Dynamics of petroleum accumulation and its advances[J]. Earth Science Frontier, 2000, 7(3): 11?21.

[8] 周鳳英, 孫玉善, 張水昌. 塔里木盆地輪南地區油氣運移的路徑、期次及方向研究[J]. 地質論評, 2001, 47(3): 329?336.ZHOU Feng-ying, SUN Yu-shan, ZHANG Shui-chang. Study on direction, phases and pathways of petroleum migration in the Lunnan area, Tarim Basin[J]. Geological Review, 2001, 47(3):329?336.

[9] 羅群, 龐雄奇, 姜振學. 一種有效追蹤油氣運移軌跡的新方法: 斷面優勢運移通道的提出及其應用[J]. 地質論評, 2005,51(2): 156?162.LUO Qun, PANG Xiong-qi, JIANG Zhen-xue. A new method for effective trace petroleum migration path: Concept of fault section dominant migrating channel and its application[J].Geological Review, 2005, 51(2): 156?162.

[10] 袁明生, 梁世君, 燕列燦, 等. 吐哈盆地油氣地質與勘探實踐[M]. 北京: 石油工業出版社, 2002: 198?203.YUAN Ming-sheng, LIANG Shi-jun, YAN Lie-can, et al.Hydrocarbon geology and exploration practice[M]. Beijing:Petroleum Industry Press, 2002: 198?203.

[11] Ghisetti F, Uezzani L. Detachments and normal faulting in the Marche fold-and-thrust belt(central apennines, Italy): Inferences on fluid migrationpaths[J]. Journal of Geodynamics, 2000, 29:345?369.

[12] Hindle A D. Petroleum migration pathways and charge concentration: A three-dimensional model[J]. AAPG Bull, 1997,81(8): 1451?1481.

[13] 向才富, 夏斌, 解習農, 等. 松遼盆地西部斜坡帶油氣運移主輸導通道[J]. 石油與天然氣地質, 2004, 25(2): 205?215.XIANG Cai-fu, XIA Bin, XIE Xi-nong, et al. Major hydrocarbon migration pathway system in western slope zone of Songliao basin[J]. Oil & Gas Geology, 2004, 25(2): 205?215.

[14] 左勝杰, 龐雄奇, 姜振學. 吐哈盆地臺北凹陷侏羅系煤源巖排烴模擬研究[J]. 西南石油學院學報, 2000, 22(3): 13?19.ZUO Sheng-jie, PANG Xiong-qi, JIANG Zhen-xue. Modeling study on hydrocarbon expulsion from jurassic coal source rocks in Taibei sag of Turpan-Hami basin[J]. Journal of Southwest Petroleum Institute, 2000, 22(3): 13?19.