基于顆粒熒光定量技術的油氣運移路徑
——以車排子凸起沙灣組砂巖輸導層為例

田 琨，殷進垠，曾濺輝

（1.中國石化石油勘探開發研究院海外油氣規劃所，北京 100083； 2.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249）

基于顆粒熒光定量技術的油氣運移路徑
——以車排子凸起沙灣組砂巖輸導層為例

田 琨1，殷進垠1，曾濺輝2

（1.中國石化石油勘探開發研究院海外油氣規劃所，北京 100083； 2.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249）

準噶爾盆地車排子凸起沙灣組的油氣來源于東側的昌吉凹陷和南側的四棵樹凹陷，分析連接烴源巖與油氣藏的砂巖輸導層的輸導特征和性能，結合顆粒熒光定量技術測定的QGF指數變化趨勢和光譜特征，追蹤沙灣組砂巖輸導層油氣運移路徑.結果表明：研究區沙灣組一段東側和沙灣組二段南側砂體于地質歷史時期發生油氣運移；排612—排609井、排606—排602井一帶和排8井區為沙一段油氣由東南至西北方向的優勢運移路徑，與紅車斷裂帶共同構成油氣垂向和側向運移的高效通道；優勢運移路徑指向的西北地區繼承性構造高部位的巖性、地層和巖性—構造等圈閉是未來勘探的重點.

準噶爾盆地；車排子凸起；砂巖輸導層；顆粒熒光定量技術；油氣運移

0 引言

油氣運移是連接油氣生成和聚集的重要環節，是地質歷史時期動態、復雜的過程［1］.不整合、斷層和高孔滲輸導層等介質可以作為油氣運移的通道，但是油氣運移僅發生于有限空間和范圍，即油氣運移路徑.研究油氣運移過程有助于認識油氣成藏規律，油氣運移優勢路徑對油氣藏的分布具有控制作用［2－3］，追蹤優勢運移路徑有助于降低未來勘探風險.近年來，基于熒光掃描技術發展而來的高精度、便捷的顆粒熒光定量技術被引入油氣成藏研究，在紫外光激發下該技術可以檢測石英、方解石固體顆粒的烴類熒光光譜，應用于判斷古、今油水界面和油氣運移等方面［4－5］.

車排子凸起新近系沙灣組原油品質多樣、周邊發育多個生烴中心、充注期次多、運移距離遠［6］，油氣來源、充注方向一直存在爭議.有人認為沙二段輕質油的正構烷烴、碳同位素組成等參數與四棵樹凹陷原油的接近［7－9］，也有人認為其原油成熟度參數與昌吉凹陷原油的接近［10］.有關沙灣組一段油氣來源的研究較少，席偉軍等分析排601井包裹體特征，認為與昌吉凹陷源巖的接近［11］.這些研究主要基于研究區原油與凸起外生油凹陷烴源巖的原油物理屬性﹑地化參數變化趨勢的油源對比和油氣來源方向推測，缺乏對油源與油藏之間的輸導體及油氣運移路徑的研究.另外，車排子地區可供油源對比的錄井顯示井較少且集中于中部和西北部，連接烴源巖（四棵樹凹陷和昌吉凹陷）與油氣藏的東南部砂巖輸導層未見油氣顯示.因此，采用既有方法進行油氣運移研究略顯證據不足.

在構造格架和沉積背景下，筆者分析油氣輸導層的輸導性能，結合顆粒熒光定量技術分析沙灣組一段和二段未見油氣顯示的砂巖輸導層樣品，判別油氣是否經過；結合沙灣組砂體的輸導格架及特征、烴源灶與油氣分布特征，追蹤油氣運移路徑，以重塑油氣運移過程.

1 地質概況

車排子凸起位于準噶爾盆地西北緣南端，形成始于海西期晚期，是一個東南傾斜的、長期繼承性發育的古隆起［4］，研究區為凸起上勝利油田三維工區范圍（見圖1）.車排子凸起東北部與中拐凸起搭接，西北緣為扎伊爾山，南部和東南部分別緊鄰生烴凹陷——四棵樹凹陷和昌吉凹陷，發育二疊系腐泥型及上三疊統、中下侏羅統、白堊系和古近系腐殖型烴源巖等［4，7－12］.車排子凸起東緣為紅車斷裂帶，是發育于晚石炭世—三疊紀疊瓦沖斷系統［13］，晚三疊世到早侏羅世，其下盤聚集大量昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的油氣，是溝通昌吉凹陷源巖的油源斷裂，對油氣起到調整和運移作用［14］.

圖1 車排子凸起區域構造位置Fig.1 The regional tectonic position of Chepaizi uplift

近年來，車排子凸起沙灣組油氣勘探獲得重大突破.2005年，排2井和排8井在沙灣組二段獲得高產輕質油流，發現春光油田.沙二段為巖性、地層、巖性—構造復合油藏，受砂巖發育控制，分布在車排子凸起東北部——研究區中南部沙二段砂體尖滅帶附近.排6井、排601井等在沙一段測試獲得油流，2011年發現春風油田.研究區北部為地層、巖性稠油油藏，中部排21井、排19井區為巖性中質油藏，油氣分布于凸起上繼承性的構造高部位.這些勘探突破預示盆地邊緣斜坡遠離生烴凹陷的車排子凸起具有巨大勘探潛力［6］.

2 砂巖輸導層輸導特征

車排子凸起呈簡單的單斜構造，無明顯的構造“脊”，不發育大規模斷裂，不存在異常流體壓力，流體勢的變化趨勢與沙灣組構造頂面變化趨勢基本一致，由東南向西北遞減，因此作為油氣運移通道的地質體的非均質性控制油氣運移路徑的非均質性.對于研究區沙灣組油氣，廣泛發育的沙灣組砂體控制油氣的二次運移，以砂巖輸導層為研究對象，羅曉蓉等將輸導層定義為一定厚度地層單元中各輸導體的綜合，在一定宏觀空間具有連通性［15］.

白堊紀開始，車排子地區構造活動減弱，表現為整體的掀斜.至沙灣組沉積前，該地區為東南傾的緩坡，高部位在研究區西北部.沙灣組按沉積旋回變化自下到上可分為沙一段、沙二段和沙三段.沙一段沉積早期，北西方向物源充沛，晚期物源方向東移，研究區發育粒度較粗的辮狀河—辮狀河三角洲沉積，巖性以砂礫巖、粒狀砂巖為主，夾薄層泥巖；砂體近北西—南東向呈條帶狀展布［16］.沙二段沉積時，物源供應量減少，古地勢高差變小，水體加深，發育三角洲前緣、灘壩及濱淺湖交互沉積，砂體分布在研究區中南部.沙三段沉積時，水體變淺，物源萎縮，以洪泛平原相的褐紅色泥巖為主，作為區域蓋層（見圖2）.基于沙灣組沉積環境、砂體發育特征和油氣分布規律等，將沙一段和沙二段劃分為兩個輸導層.

圖2 排20井—排17井—排202井—排7井砂巖輸導層連井剖面（近南北向）Fig.2 Section crossing well Pai20－well Pai17－well Pai 202－well Pai7

輸導層的輸導性是依靠可滲透砂體在一定空間范圍內具有的連通性實現的，即砂體相互連接和疊置.厚度和砂地比可用于表征砂體的連通程度，厚度越大，砂地比越高，砂體間連結和疊置程度越高，從而組成連通的砂體群.另外，輸導層的孔滲性能對于油氣運移路徑的選擇也起到一定控制作用.砂體孔滲性結構分布差異形成級差優勢［17－18］，油氣易于沿著級差優勢大的通道運移.沙一段砂巖輸導層的展布向東向南變厚，南部最厚超過100m，但是沉積不均衡使砂層孔滲性、厚度不均一［19］；北部排605井和排606井向西北方向、南部由南向北方向發育厚砂層.這些位置砂體更加發育，厚度相對大、連續性好.砂地比的變化趨勢與砂體厚度整體一致，向東向南增大至60%以上（見圖3（a））.一般當砂地比高于50%時，砂體大范圍疊置或接觸，連通性很好，是優良的輸導層［20］.受控于以西北和東北為物源方向的辮狀河—辮狀河三角洲沉積體系，砂體發育側向差異形成4個南東—北西、南—北方向級差優勢，北部的級差高于南部的，北部的整體孔滲性也好于南部的.綜合沙灣組砂巖輸導層構造和沉積背景、砂體展布特征和物性差異等地質條件，認為連通性、孔滲性好且與周圍巖石差別最大的輸導層最有可能成為油氣運移優先選擇的路徑，即北部排612井和車淺1－7井向西北方向的砂層、南部由南向北的砂層為輸導性能優越的輸導層.沙二段砂巖厚度減薄，北部厚度超過10m，南部厚度超過60m，由南向北減薄，砂地比在南部達到30%（見圖3（b））；砂體發育程度和連通性較沙一段的差，在三角洲前緣沉積體系控制下由南向北的級差優勢相對較大.因此，沙二段砂巖輸導層具有較好的由南向北輸導油氣的能力.

3 油氣運移路徑追蹤

3.1 顆粒熒光定量技術

當油氣通過砂巖發生運移時留下各種痕跡，碎屑顆粒表面吸附各類烴類組分，同時成巖過程中也形成烴類流體包裹體，這些痕跡是重建烴類充注歷史的重要證據.顆粒熒光定量技術QGF（Quantitative Grain Fluorescence）通過測定物理和化學作用吸附于碎屑表面的烴類組分和礦物包裹烴的熒光強度、光譜特征，識別古油層，判別是否發生油氣運移［20］.

在QGF分析中，QGF指數是光譜中波長在375～475nm的平均光譜強度與波長300nm對應的光譜強度之比.水層和古油層的QGF指數及光譜特征差異明顯，Liu Ke等證實QGF指數與烴類含量具有高度的相關性，可以充分反映樣品中油包裹體的豐度，也可作為表面吸附烴類（主要為吸附性較強的重質芳烴和極性化合物）的指示.油層的QGF指數大于水層的，古油層參考的QGF指數為4.00pc，且隨含油飽和度的增高指數增大.油層的譜峰非常明顯；水層的光譜曲線相對平緩，不具有明顯的譜峰［21］.通過油氣輸導層或儲層中殘留烴類分析，可以判定地質歷史時期油氣運移路徑或古油層.

圖3 沙灣組一段、二段砂巖厚度、砂地比和級差優勢疊合Fig.3 Figures showing transportation characteristics of 1st and 2nd member，Shawan formation

3.2 實驗取樣及結果

基于沙一段和沙二段砂巖輸導層的輸導性能，實驗選取沙一段和沙二段無油氣顯示的優質輸導層的中／細砂巖，取樣位置分別位于砂層頂部、中部和下部.沙一段16口井、42個樣品分布于研究區東部、南部，考慮該地區實際地質狀況，選取排612井樣品（油跡）為標定樣品；沙二段4口井、8個樣品分布于南部，排206井（油跡）樣品為標定樣品.

實驗由中國石油大學（北京）地球化學實驗室應用CSIRO石油資源部提供的QGF和QGF－E分析專利技術完成，檢測儀器為Varian熒光分光光度計，結果見表1和表2（λmax為最大顆粒熒光強度對應的波長）.沙一段P612－S1（油跡）標定樣品QGF指數為3.76pc，為衡量地質歷史時期沙一段油跡級別油氣顯示的參考.QGF指數在2.90～8.28pc之間，整體較高，僅P1－1－S1、P1－2－S1、P1－3－S1、P20－2－S1、P20－3－S1等樣品的QGF指數相對較低.沙二段P206－S2（油跡）QGF指數為3.85pc，其他結果分布在2.11～4.82pc之間；僅排16井的P16－3－S2樣品的QGF指數很高，為4.82pc，P9－1－S2、P16－1－S2和P16－6－S2樣品的QGF指數在3.85pc左右，其余較低.沙灣組樣品光譜譜峰主要出現在375.00～475.00nm之間；大多數曲線譜峰較明顯，P202－S2、P206－1－S1、P20－3－S1、P16－1－S2等樣品曲線較平緩，它們對應的QGF指數相對較小.

表1 沙一段樣品顆粒熒光定量分析結果Table 1 QGF results of samples of 1st member，Shawan formation

表2 沙二段樣品顆粒熒光定量分析結果Table 2 QGF results of samples of 2nd member，Shawan formation

3.3 油氣運移路徑

純凈石英顆粒僅具有非常微弱的熒光強度，相應地QGF指數也很低，且光譜平緩不具有明顯的譜峰；這些特征與有油氣通過砂巖的QGF分析結果明顯不同，可以用于判別油氣是否通過［21－22］.一般認為，古含油層系QGF光譜譜峰范圍為375.00～475.00nm［23］，QGF指數一般大于4.00pc，需要根據不同地區結果進行綜合解釋.沙一段、沙二段樣品QGF光譜指紋見圖4.由圖4可以看出：

（1）沙一段油跡砂巖P612－S1樣品的QGF指數為3.76pc，具有明顯的光譜譜峰.測試樣品中29個樣品QGF指數高于3.76pc，光譜曲線譜峰特征及趨勢也具有相似特征（見圖4），判別29個樣品砂巖在地質歷史時期發生油氣運移；有8個樣品在3.49～3.76pc之間，光譜曲線特征明顯，不排除含油可能，推測含油氣飽和度較低，非主力的油氣運載層.沙一段測試樣品僅排20井和排1井的4個樣品測試值相對較低，光譜曲線也相對平緩，該層位未有油氣通過.綜合分析沙一段砂體為重要油氣輸導層，研究區東部和南部取樣的大部分砂層在歷史時期有油氣通過.

沙二段P206－S2油跡樣品的QGF指數為3.85pc，有3個樣品的測試結果大于3.85pc，有3個樣品接近標定結果，分別為確定可能的油氣運移通道.僅排202井樣品指數比較低，光譜曲線也相對平緩，推測該砂層未發生油氣運移.沙二段油氣運移范圍和強度有限，局限于排202井以南的砂層.

（2）油氣在砂層中的運移并非均一，油氣總是選擇阻力最小的通道，表現為在具有主流向的優勢運移路徑中運移.QGF測試檢測的熒光強度存在高低差異，反映樣品不同的顆粒包裹烴豐度和含油級別.QGF指數越大，代表樣品所在砂層包裹烴豐度和含油級別越高，是油氣運移優先選擇的優勢路徑.

圖4 沙一段、沙二段樣品QGF光譜指紋Fig.4 QGF spectrum characterization of samples of 1st and 2nd member，Shawan formation

新近紀，車排子凸起大范圍沉積沙灣組厚層砂巖，向南側直至四棵樹凹陷，向東與紅車斷裂帶對接.沙一段砂層具備優越的油氣輸導性能，與紅車斷裂帶相互配置，為歷史時期油氣垂向和側向運移的通道.實驗結果中QGF指數（單井樣品平均值）平面上呈規律性變化（見圖5），由東向西遞減，存在排612井—排609井、排606井—排602井和排8井優勢高值區.優勢高值區與優質輸導層耦合關系比較好，表明研究區油氣運移主要受輸導層輸導性能的控制.北部排612井—排609井和排606井—排602井優勢高值區沙一段發育厚砂層，厚度在20～50m之間，隔層少，側向連通性好，砂地比大于50%，級差優勢相對大，而且其QGF指數高于相鄰井區的，表明這些井位烴類濃度更高，控制大部分的油氣運移，從而控制油氣運移的主流向，為油氣運移的優勢路徑.

另外，研究區北部整體高于南部，北部的輸導層厚度雖小于南部的，但孔滲性及級差優勢高于南部的，為一套厚度適中、優質、高效的輸導層.綜合沙一段輸導層的輸導性能及參數變化趨勢，存在3個近南東至北西的油氣運移優勢路徑，且北部砂體油氣運移更高效，其范圍和強度高于南部的.這些南東—北西向的油氣運移優勢路徑連接東側的昌吉凹陷和車排子凸起，控制大部分的油氣運移，油氣在具有優勢運移路徑的、適宜封蓋條件的圈閉聚集成藏.因此，輸導層上傾方向，特別是北部高效輸導層所連接的繼承性構造高部位的巖性、地層和巖性—構造等圈閉是油氣聚集的指向區和未來勘探的重點.

圖5 沙一段QGF指數等值線分布Fig.5 Contour diagram of QGF index of 1st member，Shawan formation

4 結論

（1）在構造和沉積背景下，結合砂巖輸導層的展布，建立車排子地區沙灣組砂巖輸導層的油氣運移空間格架，分析輸導性能；綜合顆粒熒光定量技術驗證無油氣顯示的優質輸導層是否為歷史時期油氣運移路徑，能夠較準確地判別有效油氣運移路徑，重塑該地區油氣運移過程.

（2）研究區沙一段東部和南部大部分砂體、沙二段南部砂體曾經發生油氣運移，確認為實際油氣運移路徑.沙一段砂體與紅車斷裂帶相互配置，是油氣由東南的昌吉凹陷向西北方向的車排子凸起垂向、側向運移的主要輸導層；沙二段南部砂層是油氣由四棵樹凹陷長距離側向輸導的關鍵.

（3）在沙一段砂巖油氣運移空間格架及輸導性能基礎上，存在3個南東—北西方向的油氣優勢運移路徑——排612井區—排609井區、排606井區—排602井區和排8井區，主要受到輸導層輸導性能的控制.北部優勢運移路徑更加高效、優質，是沙一段大量油氣運移的主流向，主流向所指向的西北構造高部位沙一段的地層和巖性圈閉是未來勘探的重點.

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DOI 10.3969／j.issn.2095－4107.2015.01.006

TE122.1

A

2095－4107（2015）01－0042－08

2014－10－20；編輯：任志平

國家科技重大專項（2011ZX05031－001－003）

田 琨（1986－），女，碩士，工程師，主要從事含油氣盆地綜合地質方面的研究.

曾濺輝，zengjh＠cup.edu.cn