塔里木盆地三道橋北地區古近系-白堊系油氣成藏模式

李濤，佟偉桀*，胡忠貴，丁輝，梁利俠

1.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100

2.中國石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011

塔里木盆地古近系-白堊系碎屑巖地層厚度大，儲集物性好，油氣儲量巨大[1]，是油氣勘探的重要領域。自20世紀80年代沙參2井獲得重大油氣突破以來，塔里木盆地北部雅克拉斷凸附近先后開發了雅克拉、丘里、輪臺、大澇壩等多個凝析氣藏，中新生界碎屑巖有工業油氣流投入生產，古近系-白堊系砂巖是主力產層，有利儲層主要集中在庫車坳陷南緣[2-10]。近年來，在塔北雅克拉斷凸中段的三道橋北地區鉆探的XL6井、X84井在庫姆格列木群試氣獲得工業氣流，顯示該區具有勘探潛力。眾多學者針對三道橋北及周緣地區油氣成藏模式開展了一系列研究[11-18]，在構造演化、地層特征及儲層預測等方面取得了重要進展，如曹遠志等[13]通過對三維地震資料精細解釋的方法，刻畫分析斷裂展布及構造演化，確定了三道橋北地區構造活動時期位于加里東中晚期-印支期；何文淵等[14]在斷層演化基礎上，明確了該區古近系-白堊系發生負反轉構造；韓強等[15]通過對三道橋北地區油氣井的原油物性、生物標志物及流體包裹體進行對比分析，確定該區油氣主成藏期次均為喜山期；安海婷等[16]對塔北地區各構造單元特征和演化及對油藏的控制作用進行了整體認識。

在前期研究中，學者們主要將目光集中在寒武系潛山層段，而對于上覆古近系-白堊系相對研究較少，針對三道橋北地區古近系-白堊系構造演化及油氣成藏模式缺乏系統性研究。受限于前期地震資料缺乏，對于該層段斷裂分布認識有待加強；且前期區塊內鉆井較少，該區儲層僅能通過鄰區進行延展對比。為此，筆者在明確斷裂分布的基礎上，結合區內新鉆井測井、錄井資料等，對三道橋北地區古近系-白堊系油氣成藏條件與模式進行研究，以期為該區下一步油氣勘探打好基礎。

1 區域地質概況

三道橋北地區位于塔里木盆地沙雅隆起北部，在構造位置上位于雅克拉斷凸和沙西凸起兩個二級構造單元的結合部位，北為庫車凹陷南緣的秋里塔格構造帶，南部與哈拉哈塘凹陷相連接，其演化主要受沙雅隆起及庫車凹陷控制(見圖1)。雅克拉斷凸是塔里木盆地北部沙雅隆起的一個次級斷凸，南部與阿克庫勒凸起相鄰，北部與庫車凹陷相接，是一個歷經長期的古隆起，南北受斷裂作用影響呈近東西走向展布，以亞南及輪臺斷裂為邊界。該區受加里東中晚期-海西早期、海西晚期-印支期、燕山期-喜山早期及喜山晚期等多期構造運用作用影響，古生界大量缺失，中-上奧陶統、志留系-泥盆系、上石炭統-二疊系均被剝蝕。三疊系-侏羅系分布于亞南及輪臺斷裂以南局部地區，大部分地區白堊系直接覆蓋于下奧陶統-前震旦系之上，至古近紀轉為北側庫車坳陷的斜坡。

圖1 三道橋北地區區域構造位置及XL6井庫姆格列木群及巴什基奇克組綜合柱狀圖

研究區目的層系自上而下分為古近系庫姆格列木群、白堊系巴什基奇克組、白堊系巴西蓋組、白堊系舒善河組和白堊系亞格列木組，其中古近系庫姆格列木群與白堊系巴什基奇克組呈角度不整合接觸，為重點研究層位。研究區庫姆格列木群底部為薄-中層膏鹽巖，與下伏巴什基奇克組頂部的厚層砂巖分界，表現為不整合接觸關系；頂部為石膏質泥巖，上覆蘇維依組底部的泥巖，電性上有自然伽馬降低、電阻率降低的變化趨勢。庫姆格列木群內部根據巖性和電性變化可以分為膏泥巖段和底砂巖段兩段：庫姆格列木群膏泥巖段以膏泥巖為主，底部普遍含泥質，夾有薄砂層，具有高自然伽馬、高電阻率的特征；庫姆格列木群底砂巖段以砂巖為主，上部發育膏巖、泥巖，中部發育砂巖，下部發育白云巖、膏巖。通過對研究區及鄰區單井層序地層綜合分析以及對關鍵地震剖面界面進行識別，可將庫姆格列木群劃分為2個三級層序，底砂巖段與中砂巖段劃分為低位體系域，底砂巖段之上均為湖侵體系域(見圖1)。

2 構造特征

2.1 區域構造演化

三道橋北地區位于雅克拉斷凸西部，其構造演化與雅克拉斷凸的形成階段密切相關。雅克拉斷凸是受其北部亞南斷裂及南部輪臺斷裂兩條逆沖斷裂所控制形成的背沖斷塊構造[19]。受斷裂活動影響，其內部斷裂發育活動劇烈，具有長期性、多次性、不均一性等活動特點。斷凸西部與東部相比，斷距小、剝蝕作用弱，尚保存有大部分震旦系-古生界地層，整體地層呈南傾單斜格局。中生界沉積之后，發育相對簡單的褶皺變形作用，形成了現今的潛山構造和披覆背斜。喜山運動早-中期，區域發生南部地層抬升，北部地層下降的構造翻轉作用，導致斷凸之上出現拉張效應，促使早期逆沖作用形成的逆斷層發生負反轉作用，形成一系列由逆轉正的生長正斷層。研究區古近系-白堊系主要受到加里東中晚期-海西早期、海西晚期-印支期、燕山期-喜山早期及喜山早期等多期構造運動影響，形成如今的分布格局。

1)加里東中晚期-海西早期構造運動。在中-晚奧陶世至泥盆紀晚期，分屬特提斯洋一部分的南、北天山洋開始俯沖于中天山-哈薩克斯坦板塊下，控制雅克拉斷凸的主要斷裂活動，此時雅克拉斷凸開始形成，應力表現特征為右行壓扭性質。

2)海西晚期-印支期。海西晚期-印支期為強沖斷期，壓扭性應力發育相對前一時期更強，發育有壓扭性斷裂，地層發生強烈剝蝕并控制了古生界賦存和白堊系舒善河組的超覆沉積。早期北掉逆斷層控制潛山地層賦存，斷層以北為上寒武統-下寒武統白云巖，以南為變質巖。南傾逆斷層控制了潛山地層，斷層走向與牙哈逆斷層一致，主要由近東西走向的多條雁列式展布斷層組成。

3)燕山期-喜山早期。侏羅紀末期的燕山早期運動，亞南斷裂的逆沖活動再次減弱，在侏羅系中逐漸消退，研究區斷裂的逆沖活動基本結束。燕山晚期沉降速度加快，下白堊統逐層自南北向斷凸頂部超覆，前中生界潛山在這一時期最終成型。喜山運動早期，地層持續穩定接受沉積，此時庫車前陸盆地沉降中心發生南移，導致差異壓實作用產生，研究區應力反轉產生派生張扭性應力場，形成應力形式表現為右旋張扭性應力的一系列正斷層[20]。區域內白堊系巴西蓋組及巴什基奇克組沉積時，在左旋拉張扭性應力作用下發育正斷層，控制了巴西蓋組與巴什基奇克組的厚度；喜山早期古近系庫姆格列木群沉積時，正斷層繼續發育，一般沿逆斷層位置發育正斷層，為典型負反轉特征，具有良好的鏡像關系。

4)喜山晚期。喜山晚期運動是天山隆起，對研究區影響相對前期活動相對較小，屬于遠程效應，表現為擠壓應力特點[21]。該區實際為北傾沉降期，地層向北加厚，滑脫型逆沖斷裂活動，膏巖聚集加厚；同時在擠壓應力大的區域，對之前燕山期形成的正斷層特征進行了改變，表現為逆斷層特征，該特征主要發生在蘇維依組之上。

2.2 斷裂特征

2.2.1 斷裂形成期次及機制

根據上述對區域構造演化進行研究，結合地震剖面表現各時期構造特征(見圖2，剖面位置見圖1)可知，該區斷層演化期次可分為3期。

注：為前中生界頂界；為舒善河組頂界；為白堊系頂界；為庫姆格列木群頂界。

1)Ⅰ期。加里東中晚期-印支期，主要在近北西向壓扭性應力作用下形成了控制古生界及三疊系、白堊系舒善河組分布的逆斷層。區內主要發育北北東、北東走向逆斷層，斷層從寒武系基底斷至白堊系舒善河組。

2)Ⅱ期。燕山期-喜山早期，主要在張扭性應力作用下形成了控制白堊系和古近系亞格列木組分布的雁列式展布正斷層。該斷層溝通了庫車凹陷與三道橋北地區，是油氣運移的有利通道。

3)Ⅲ期。喜山晚期，在天山隆起擠壓應力的遠程效應作用下，形成了控制蘇維依組以上地層的斷裂展布，形成逆斷層。

2.2.2 斷裂展布特征

通過人機聯作地震三維數據解釋進行了高精度計算，分別對白堊系庫姆格列木群底砂巖段-寒武系潛山頂界面不同反射層進行了沿層屬性提取。結果表明，斷裂的平面展布特征呈線性關系，斷裂展布特征清晰。該區斷層可分為3層結構：深層逆斷層、中層及淺層斷層。深層逆斷層主要表現為背沖式和“Y”字形，中層斷層表現為階梯式和壘塹式，淺層表現為逆沖式。Ⅱ期形成的正斷層沿地層薄弱帶下切至潛山地層，具有明顯的上隆下塹的特點。中層斷層主要分布在白堊系、古近系下部，是該研究的重點地層，主要發育為雁列式展布的正斷層。

3 油氣成藏條件

3.1 油源特征

根據前人對三道橋北地區的研究，認為其不具備生烴潛力，北部庫車凹陷三疊系-侏羅系陸相烴源巖與南部輪臺坳陷寒武系海相烴源巖共同對該區進行油氣供給，形成了“南海北陸，雙向供烴”的格局[15]。依據王培榮等[22]研究，認為類異戊二烯烴的姥植比Pr/Ph與D值(Ph/nC18-Pr/nC17)關系可以用來判斷有機質沉積環境，進而區分海陸相油氣來源。即Pr/Ph>1.3、D<-0.025為陸相原油，Pr/Ph<1.3、D>-0.025為海相原油。原油輕重比(nC21-/nC22+)與OEP值(奇偶優勢比)用于判定組分成熟度，根據原油“較輕”和“較重”組分成熟度不一致，來判斷是否有混源的情況出現。根據三道橋北地區XL6井產出的原油取樣進行了原油飽和烴色譜分析及碳同位素的判別，三道橋北地區產出油氣流的飽和烴色譜呈前鋒型，正構烷烴碳數以C17為主，原油輕重比分布于1.584～2.712；原油的奇偶優勢不明顯，OEP值分布于0.989～1.039。根據該指標，結合鄰區井位對比制作圖版(見圖3)，認為該區油氣來源為喜山中-晚期成藏的陸相原油。

圖3 原油Pr/Ph與D值判識原油成因圖

3.2 儲層特征

研究區庫姆格列木群-巴什基奇克組主要發育砂巖儲層，結合前人對三道橋北地區沉積相研究，綜合該區X84井、XL6井測、鉆井資料及地震資料，對目的層段儲層特征進行進一步分析。

3.2.1 儲集相帶分布

在前期鄰區沉積相研究成果的基礎上，綜合該區X84井、XL6井等測、鉆井資料及地震資料，對該區的沉積相進行了分析刻畫，確定了三道橋北地區巴什基奇克組及庫姆格列木群的沉積相展布(見圖4)。認為該區沉積相具有以下特點：通過碎屑巖重礦物組合、成熟度分析資料確定古近紀-白堊紀主要物源方向主要為北東方向[23]，發育三角洲-湖泊沉積體系，三角洲類型主要為為扇三角洲相，區內以扇三角洲前緣亞相為主，水下分流河道微相發育，其次為席狀砂微相和河口壩微相，均為有利儲集微相類型，對研究區成為油氣儲層提供了有利條件。

圖4 三道橋北地區沉積相展布

3.2.2 儲層巖石學及儲集空間特征

根據三道橋北地區XL6井各層段巖石薄片資料(見圖5)進行分析，認為研究區目的層巖石類型主要為巖屑長石砂巖及長石巖屑砂巖兩種類型(見圖6)。三道橋北地區古近系-白堊系碎屑顆粒以細-中細粒為主，見粉砂。碎屑顆粒分選差至較好，顆粒磨圓度多為次棱角狀、次圓狀，接觸關系以顆粒支撐為主。膠結類型以孔隙式膠結為主，膠結物為硬石膏、白云質及鐵泥質膠結。儲層孔隙類型發育粒間孔、殘余粒間孔、粒內溶孔及微裂縫等4種類型(見圖5)。其中以粒間孔、殘余粒間孔、粒內溶孔3種孔隙類型最為常見，約占90%，溶蝕巖石組分主要是長石及巖屑。

3.3 圈閉發育特征

通過區域構造演化分析，目前三道橋北地區古近系-白堊系構造形態主要為侏羅紀末期的燕山期運動導致，庫車凹陷前陸盆地沉積中心前移導致差異壓實作用使三道橋北地區在古近系-白堊系發生構造反轉，產生一系列派生正斷層。這些正斷層自白堊系舒善河組斷至古近系蘇維依組，對圈閉的形成起到控制作用，導致圈閉整體沿斷裂展布。

三道橋北地區整體發育近東西走向和北東走向雁列式展布的南掉斷裂帶，以斷裂帶為構造界限，構造北傾。北東走向斷裂及其構造帶屬于應力轉換帶，其斷層延伸相對近東西走向斷裂較短，因此導致構造圈閉面積相對較小。三道橋北地區構造圈閉均發育在斷層上升盤，以斷鼻圈閉為主，背斜圈閉為輔。

前期研究認為該區域圈閉幅度較低，對圈閉的識別較差，因此對三道橋北地區庫姆格列木群及巴什基奇克組地層進行PSDM(疊前深度偏移處理)時間域速度轉換變速成圖分析，獲得層位的精細構造[24]，落實了X84南構造圈閉、XL6構造圈閉、XL6東1圈閉及XL6東2圈閉等4個圈閉。三道橋北地區古近系-白堊系內發育的4個圈閉均為構造圈閉，亞南斷裂與燕山期-喜山早期發生的負反轉構造運動是形成圈閉的主要因素。圈閉要素如表1、表2所示。圈閉均沿三道橋斷裂帶近東西走向及北東走向雁列式展布的南掉主干斷裂分布，充分說明了斷裂活動對圈閉分布的控制作用(見圖7)。

表1 巴什基奇克組圈閉要素表

表2 庫姆格列木群底砂巖段圈閉要素表

圖7 圈閉平面展布圖

在XL6井前期試油過程中，在庫姆格列木群泥巖段的3號層(5 893～5 895 m)試油成功，獲得天然氣顯示。根據圖1中XL6井測井曲線結果顯示，3號層位于庫姆格列木群泥巖段，其厚度為2 m的砂體部分。針對這一現象，認為三道橋北地區庫姆格列木群泥巖段存在一套薄含氣砂巖。而薄砂巖儲層不可能會全區分布，因此可能存在砂巖尖滅形成巖性圈閉。基于以上觀點，對庫姆格列木群泥巖段3號層開展地震反演[25]，運用薄互層儲層預測技術來對泥巖段中的薄砂體儲集層展布范圍進行識別(見圖8)。從識別結果可以看出，該套薄砂巖在三道橋北地區斷層的上下盤均有發育，其面積為：XL6構造區，分布面積1.22 km2；XL6東1構造區，分布面積7.1 km2；XL6東2構造區，分布面積8.5 km2；總共砂體分布面積16.82 km2。從砂體展布識別來看，其分布范圍與構造圈閉展布范圍對應效果較好。根據構造演化研究，推斷應在庫姆格列木群底砂巖段構造圈閉聚集的油氣沿斷裂垂向向上運移至薄砂巖儲層中聚集成藏，導致油氣顯示與圈閉預測成果不一致。

圖8 庫姆格列木群泥巖段3號層砂體識別反演結果圖

4 成藏控制因素分析

三道橋北地區北部受地層活動影響，古生界剝蝕嚴重，區域地層發育不全。根據上述油源特征分析可以看出，三道橋北地區油氣成分與陸相油氣相近，因此判斷是來源于庫車凹陷的陸相油氣。根據構造演化分析，在白堊紀末期塔里木盆地及周緣發生劇烈的構造運動，廣泛發育了古近系與下伏地層間的不整合。該不整合自庫車凹陷延續至三道橋北地區，為油氣自庫車凹陷向三道橋北地區遠距離橫向運移提供條件。依據韓強等[15]進行的包裹體分析可以明確三道橋北地區的成藏期次集中在喜山期，該時期三道橋北地區古近系-白堊系構造運動基本停止，與現今構造樣式基本一致，因此沿不整合運移至三道橋北地區的油氣可以沿早期形成的斷裂進行縱向運移，而庫姆格列木群泥巖段則作為有利蓋層對運移至此的油氣起到了良好的保存作用。

研究區主要受控于地層的展布及區域構造活動，發育構造圈閉及巖性圈閉。其中構造圈閉主要分布在庫姆格列木群底砂巖段及巴什基奇克組上部，可以形成構造油氣藏。巖性圈閉主要分布在庫姆格列木群泥巖段3號層，形成巖性油氣藏。

4.1 燕山運動時期形成的斷裂控制油氣成藏的空間展布特征

三道橋北地區存在加里東中晚期-海西期形成的北東走向的逆沖斷裂、燕山期-喜山早期形成的近東西向張性或張扭性斷裂及喜山晚期形成的小型逆沖斷裂組成的斷裂系統。其中控制古近系-白堊系構造的斷層為Ⅱ期形成的雁列式展布正斷層。斷裂系統中的主干斷裂直接溝通了生油巖與儲集巖，是外供油氣運移的良好通道。這些斷裂不僅控制了圈閉的分布情況，使圈閉沿斷裂展布，在平面上形成了沿斷裂成帶展布的油氣田，并且使油氣從縱向上穿過層位，對油氣的垂向輸導起到控制作用。在這些主干斷裂引導下，庫車凹陷的三疊系陸相煤系烴源巖由低勢區向高勢區的碎屑巖低幅度構造圈閉中聚集成藏。這些正斷層自巴什基奇克組斷開至庫姆格列木群膏泥巖段，對沿白堊系頂界不整合運移的油氣進行了垂向輸導，控制了油氣在縱向上的分布范圍。三道橋北地區在庫車凹陷生油高峰期之前，已不同程度地存在了相應的斷裂系統和各種類型的圈閉，以及中新生界不整合面的長期廣泛發展，為匹配良好的圈源條件提供了足夠的運移通道。目前三道橋北地區的XL6井油氣藏位于近北東向斷裂帶上，這一現象也為斷裂作為油氣運移的通道提供了證據。其中，庫姆格列木群底砂巖段與庫姆格列木群泥巖段3號層薄砂巖段中聚集的油氣主要是受這些斷裂的控制。因此，這些斷裂不僅是油氣運移尤其是外供油氣運移的良好通道，并且對圈閉的空間展布起到重要作用。

4.2 白堊系頂界不整合是遠距離成藏運移的重要通道

4.3 庫姆格列木群膏鹽巖蓋層是油氣遠距離運聚成藏的重要保障

三道橋北地區古近系-白堊系為扇三角洲-湖泊相沉積，以泥巖、砂巖為主，儲集層主要為扇三角洲相的水下分流河道、席狀砂和河口壩微相等。庫姆格列木群泥巖與砂巖儲層分界明顯，前期研究認為庫姆格列木群厚層膏泥巖段是三道橋北地區良好的區域蓋層，與下伏地層形成一套“自儲自蓋，下砂上泥”的組合。在這一基礎上對三道橋北地區地層進行具體分析，認為庫姆格列木群底砂巖段底部區域性分布有一套厚度為3～5 m的膏鹽巖段，具有極好的封蓋性能，對下伏巴什基奇克組砂巖起到了直接蓋層的作用，迫使油氣沿不整合面進行運移，對油氣的遠距離成藏起到良好的保障作用；同時，由斷層垂向運移至庫姆格列木群的油氣有區域性蓋層的發育，也導致了油氣成藏位置的調整。

5 油氣成藏模式

來源于庫車凹陷的侏羅系-三疊系煤系烴源巖在喜山晚期開始成藏。因成藏期次要晚于三道橋北地區的構造演化階段，因此其成藏期地質格局與現今并無太大分別。三道橋北地區燕山晚期的地質運動，導致白堊系巴什基奇克組上部地層剝蝕，形成不整合，上伏庫姆格列木群底砂巖段下部膏鹽巖與巴什基奇克組頂部砂巖段形成了下砂上膏的儲蓋組合，控制了來自于庫車坳陷的烴源巖沿該不整合進行油氣運移。沿該不整合運移的油氣由于燕山期-喜山早期形成的正斷層的輸導作用，導致部分應在巴什基奇克組成藏的油氣沿垂向進行了成藏位置的調整，至庫姆格列木群底砂巖段砂巖或膏泥巖段砂巖層中進行成藏。早期斷裂多為雁列式展布，多形成背斜圈閉或受控于構造作用形成斷鼻圈閉。由于燕山期-喜山期地質活動減弱，導致圈閉形成的閉合幅度較低，控制了油氣的富集程度。庫姆格列木群膏泥巖段及底砂巖段的膏鹽巖可以作為油藏的蓋層為油氣成藏起到重要保障(見圖9)。

圖9 油氣成藏模式圖

油氣自庫車凹陷向三道橋北地區沿不整合進行橫向運移成藏，沿燕山晚期形成的正斷層進行垂向運移調整油氣成藏位置，斷裂、不整合以及儲蓋組合三者相互影響，對油氣成藏起到控制作用。構造活動控制了含油氣圈閉的閉合幅度及面積，對油氣的富集起到了控制因素。因此，三道橋北地區油氣成藏模式可以總結為“橫向運移，垂向調整，三元控藏，構造控富”的成藏模式。

6 結論

1)三道橋北部古近系-白堊系經多期構造運動，斷裂分多期展布，自老而新發育逆斷層-正斷層-逆斷層，深層逆斷層主要表現為背沖式和“Y”字形，中層正斷層表現為階梯式和壘塹式，淺層逆斷層表現為逆沖式。該區斷層控制了構造圈閉的展布區帶，圈閉均發育在斷層上升盤。

2)來自庫車凹陷中運移而來的油氣通過不整合運移至巴什基奇克組頂部中成藏，而部分油氣由于斷裂的控制作用，運移至庫姆格列木群膏泥巖段中的薄砂巖進行成藏。

3)斷裂、不整合、儲蓋組合共同對三道橋北地區油氣成藏起到控制作用：斷裂控制了構造圈閉的平面展布區帶，對油氣的垂向運移起到了控制作用；不整合是油氣遠距離橫向運移的重要輸導通道；泥巖與膏鹽巖蓋層是油氣成藏的重要保障。綜合成藏條件及其控制作用建立了“橫向運移，垂向調整，三元控藏，構造控富”的成藏模式，指示了三道橋北地區斷控復合圈閉是有利的勘探方向。