瑪湖地區構造演化及對瑪東斜坡百口泉組油氣成藏的影響

董文波，李勇根，桂志先

1.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)，湖北 武漢 430100

2.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100

3.中國石油勘探開發研究院，北京 100083

構造運動及構造演化對于石油、天然氣的生成、運移和聚集具有重要的控制作用[1-3]。在沉積盆地中，構造運動通過對沉積環境的控制影響著烴源巖的形成。構造沉降作用使烴源巖埋藏于地下形成適合油氣生成的溫度、壓力等條件，從而使烴源巖生成大量油氣[4-6]；構造運動形成的斷裂、裂縫以及不整合面等為油氣的運移提供了運移通道[7-8]；構造運動形成的背斜、斷塊等為油氣聚集提供了圈閉條件[9-12]。由此可見，構造運動及演化貫穿著油氣藏形成的全過程，系統分析區域構造演化過程可以明確油氣生成、運移以及聚集的方式和特征，對于油氣勘探開發工作具有重要的指導意義[13-15]。

準噶爾盆地瑪湖地區經歷過多期構造運動，目前的構造格局是多期次、多成因、多層次的構造變形相互疊加而形成的，每個期次的構造運動以及構造特征決定了瑪湖地區油氣的生成、運移以及油氣藏的分布特征[16-18]。因此系統梳理構造線索，通過三維地震資料分析瑪湖地區的構造形成和演化過程，對于指明下一步油氣勘探方向具有重要意義。前人的研究工作主要集中在瑪東斜坡現今構造特征分析上，對于構造演化以及構造演化過程對油氣成藏影響的研究較少。為此，本文在系統分析構造要素、構造樣式以及地層巖性、厚度平面分布特征的基礎上，應用三維地震資料開展了西部隆起-瑪湖凹陷-夏鹽凸起自二疊紀至今的構造演化研究，并結合巖心分析化驗、試油試采等資料分析了構造演化、構造特征對瑪東斜坡烴源巖分布、油氣運移、儲層物性以及油氣聚集的影響，為瑪東斜坡下一步油氣勘探指明了方向。

1 工區地質概況

瑪湖地區位于準噶爾盆地中央坳陷西北部，夏鹽凸起、達巴松凸起與西部隆起之間(見圖1)，面積約2 000 km2，研究區構造自北西向南東依次為西部隆起逆沖構造帶、瑪西斜坡、瑪湖凹陷、瑪東斜坡、夏鹽凸起及達巴松凸起。整體呈現北西、南東兩側高，中間低的構造形態，西部隆起及夏鹽凸起斷裂發育，中間瑪湖凹陷斷裂發育較少。鉆井揭露地層自上而下依次為第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系。本次研究目的層為三疊系百口泉組，與下伏二疊系為區域性不整合接觸[16-18]。瑪東斜坡百口泉組儲層為扇三角洲前緣水下分流河道砂體，巖性以灰色砂礫巖為主，砂體大規模連續發育。儲層孔隙度為8.00%～15.81%，平均孔隙度為11.45%，中值為10.79%；滲透率為0.41～23.30 mD，平均滲透率1.56 mD，中值1.02 mD，為低孔、低滲-特低滲儲層。目前研究區內多數井試油均具有油水同出的特征，日產液0.17～80.14 m3；根據瑪104井、達132井以及鹽北2井飽和度分析化驗可知百口泉組含水飽和度為19.8%～78.5%，平均含水率為67.3%，為低含油飽和度油藏。

圖1 瑪湖地區區域構造位置圖

2 主要構造線索

2.1 主要構造要素和構造樣式

三維地震資料表明，瑪湖地區斷裂類型復雜多樣，既發育擠壓構造背景下的逆沖推覆構造、背沖構造、疊瓦逆沖構造，也發育拉張構造背景下的高陡大型正斷層和小型正斷層(見圖2)。平面上，斷裂主要發育在西部隆起及夏鹽凸起、達巴松凸起，中間瑪湖凹陷斷裂發育較少。西部隆起主要發育逆沖推覆構造、疊瓦逆沖構造以及背沖構造，主干斷裂呈北東走向，斷距較大，斷面呈典型的上陡下緩的鏟狀；中間瑪湖凹陷斷裂主要集中在淺層，以正斷層為主，斷層傾角較大，斷距較小；而夏鹽凸起和達巴松凸起主要發育逆沖推覆構造和背沖構造。

注：K1tg為白堊系吐谷魯群；J1b為侏羅系八道灣組；P1f為二疊系風城組；T1b為三疊系百口泉組；P2w為二疊系下烏爾禾組。

1)疊瓦逆沖構造、逆沖推覆構造：主要發育在西部隆起，一般由1～4條大型斷層組成，走向北東，傾向北西，斷面呈典型的上陡下緩的鏟狀，傾角為10～80°，最大垂直斷距500 m，延伸長度貫穿整個西部隆起，主要活動時間為石炭紀到三疊紀；該斷層的斷面上部近于直立，下部逐漸變緩并深入基底。該構造東南方向為瑪湖凹陷，東北方向為扎伊爾山和哈拉阿拉特山(見圖2、圖3)。

注：P2x為二疊系夏子街組。

2)背沖構造、反沖斷層以及小型正斷層：主要發育在西部隆起和夏鹽隆起，背沖構造主要由反沖斷層和逆沖斷層組成，反沖斷層走向北東，斷面傾向為南東方向，與整體西部隆起的逆沖方向相反，斷面平緩，傾角為20～45°，最大垂直斷距300 m。部分背沖構造腹部發育由于重力作用導致的塌陷而形成的小型正斷層，此類斷層斷距較小，斷層傾角較大，一般70～90°，傾向多數與反沖斷層傾向一致(見圖2、圖4)。

圖4 瑪湖地區背沖構造典型地震剖面(Line664)

3)高陡正斷層：發育數量較少，主要集中在白堊系，僅有部分斷層斷開層位較老，包括三疊系、二疊系烏爾禾組等，高陡正斷層均呈北東走向，傾向南東，傾角大于60°，最大垂直斷距僅20 m，延伸長度較短。

2.2 地層厚度及巖性特征

構造升降、可容空間大小以及沉積物供應速率決定了地層的厚度，同一時期形成地層的厚度空間變化對構造運動具有指示作用，可將地層的厚度作為衡量構造運動及升降幅度的重要標志。瑪湖地區二疊系-古近系厚度演化可以劃分為3個階段：

1)二疊系佳木河組沉積時期：現今處于高部位的西部隆起佳木河組厚度大，向瑪湖地區構造逐漸變低，但地層厚度快速減薄，超覆尖滅于夏鹽凸起之上，巖性以紫灰色、棕灰色以及灰綠色凝灰質碎屑巖和火山熔巖為主，火山熔巖巖性主要為安山巖、玄武巖，火山熔巖主要分布在西部隆起，向瑪湖地區及夏鹽凸起方向逐漸過渡為凝灰巖。

2)二疊系風城組-上烏爾禾組沉積時期：風城組到上烏爾禾組的地層厚度分布特征具有較高的一致性。處于二疊系構造低部位的瑪湖地區地層厚度最大，向二疊系高部位西部隆起方向地層厚度變化較小，呈逐漸減薄的趨勢，向二疊系高部位瑪東斜坡及夏鹽凸起方向，地層快速減薄，構造高部位缺失風城組。風城組巖性以灰黑色泥巖、凝灰質白云巖以及凝灰質砂巖為主，上部夏子街組、下烏爾禾組、上烏爾禾組主要表現為沖積扇-扇三角洲的泥巖、砂礫巖互層的縱向組合特征。

3)三疊系百口泉組-古近系沉積時期：三疊系與下伏二疊系上烏爾禾組為角度不整合接觸，現今百口泉組及以上地層的構造形態從西部隆起-瑪湖地區-瑪東斜坡及夏鹽凸起呈現北西高、南東低的單斜形態，局部發育低幅構造，但整體地層厚度保持穩定；向西部隆起方向地層厚度減薄并超覆尖滅于西部隆起，在西部隆起高部位缺失三疊系，巖性以扇三角洲-辮狀河的泥巖、砂巖和砂礫巖等碎屑巖為主。

3 構造演化及成因機制

在準噶爾盆地宏觀構造背景下，綜合研究區斷裂特征、構造樣式以及地層厚度特征、巖性特征等主要構造線索對瑪湖地區古構造進行了分析，并基于典型地震剖面開展了構造發育史研究，結合油氣成藏研究的需要對構造演化階段進行了劃分，系統分析了從石炭紀到古近紀的構造演化過程，并對現今構造格局成因進行了剖析(見圖5)。

注：E為古近系；K為白堊系；J為侏羅系；T3b+ T2k為三疊系白堿灘組+克拉瑪依組；T1b為三疊系百口泉組；P2w為二疊系下烏爾禾組；P2x為二疊系夏子街組；P1f為二疊系風城組；P1j為二疊系佳木河組；C為石炭系。

1)石炭紀晚期強烈擠壓構造形變階段：石炭紀晚期在北東-南西向強烈擠壓的構造應力作用下，形成了一系列呈北東向延伸的逆沖斷層，此時西部隆起處于構造低部位，而且受構造運動改造作用較弱，逆沖斷層斷距均小。瑪湖凹陷和夏鹽凸起斷裂活動最為劇烈，強烈的斷層活動使石炭系古地貌變化較大，瑪湖凹陷和夏鹽凸起大幅隆起，形成了古隆起。伴隨著強烈的構造運動，火山活動頻繁且強度較大，這也是瑪湖地區石炭系巖性主要為玄武巖、安山巖等火山熔巖的原因。

2)二疊紀早-中期西部隆起逆沖推覆階段：雖然二疊紀早-中期的構造應力特征與石炭紀一致，但是對瑪湖地區的改造、對地層形成的控制以及對油氣成藏均具有特殊的影響，所以將該階段單獨劃分出來進行論述。佳木河組沉積時期，瑪湖地區保持著從西部隆起到夏鹽凸起逐漸升高的構造趨勢，所以佳木河組在西部隆起地層厚度最大，向瑪湖凹陷方向迅速減薄并超覆尖滅于夏鹽凸起之上。佳木河組沉積末期，西部隆起逆沖斷層活動逐漸加劇，由北向南的疊瓦逆沖構造帶逐漸形成，構造逐級抬升；東部、南部的夏鹽凸起、達巴松凸起繼承性發育，并有大幅度隆起的趨勢，此時位于西部隆起和夏鹽凸起、達巴松凸起中間的瑪湖凹陷相對下降，進入坳陷期。所以風城組、夏子街組以及烏爾禾組地層均表現為瑪湖凹陷地層厚度最大，向西部隆起方向地層厚度逐漸減薄，向夏鹽凸起方向迅速減薄并超覆尖滅于夏鹽凸起之上的特征。

3)二疊紀末期-三疊紀早期整體抬升遭受剝蝕階段：二疊系頂界為區域性角度不整合面，從典型地震剖面(見圖3)可以清晰看出二疊紀末期整個瑪湖地區受北西-南東向強烈擠壓，控制古凸起的大型逆沖斷層劇烈活動，使整個瑪湖地區持續抬升，區域遭受剝蝕，由于逆沖作用形成的背沖構造、逆沖推覆構造等頂部被剝蝕破壞，與上覆三疊系形成典型的區域性角度不整合接觸。

4)三疊紀-侏羅紀緩慢下降階段：三疊紀-侏羅紀瑪湖地區緩慢沉降，瑪湖凹陷進入坳陷階段，西部隆起部分逆斷層輕微持續活動，夏鹽凸起基本停止隆起，所以三疊系和侏羅系以披覆構造層的模式覆蓋在不整合面之上；由于此時構造活動微弱，三疊系-侏羅系地層厚度整體變化較小，僅向西部隆起方向逐漸減薄，并超覆于西部隆起之上。

5)白堊紀末期掀斜階段：白堊紀末期，準噶爾盆地總體以南北向擠壓為主，在瑪湖地區主要表現為北高南低的整體掀斜，所以白堊系厚度全區基本一致，但卻表現出北西高、南東低的構造特征。原本處于構造高部位的西部隆起由于整體掀斜作用而進一步抬高，瑪湖凹陷由于北西方向抬高，凹陷中心向南發生遷移，即現今凹陷中心并非發生沉積時的沉積中心，導致現今凹陷中心地層厚度小于西北方向斜坡區的地層厚度。瑪東斜坡由于北西方向抬升，導致原始形成的背斜、鼻隆等遭受破壞，或者規模變小。

由上述分析可知，研究區現今構造格局是從石炭紀到白堊紀等多期構造疊加而形成的，多期次、多成因、多層次的構造變形相互疊加，導致研究區構造樣式繁多、構造格局復雜。此外，雖然瑪湖地區經歷的構造演化過程具有較強的一致性，但構造位置不同，構造活動幅度存在差異，所以呈現出不同的構造特征。在西部隆起中部擠壓強烈的區域，發育疊瓦逆沖構造，而兩側構造活動較弱的區域，則發育簡單的逆沖推覆構造。

4 構造演化對瑪東斜坡百口泉組油氣成藏的影響

構造演化對于油氣的運移、聚集具有重要的控制作用，與油氣分布具有密切的關系，研究區構造對百口泉組油氣成藏的影響主要表現為控制烴源巖的分布、提供油氣垂向輸導和橫向運移通道、改善儲層物性以及導致油氣逸散及二次聚集等4個方面。

4.1 控制烴源巖分布

優質充足的烴源巖是形成規模油氣聚集的物質基礎。對于瑪東斜坡百口泉組的特低滲儲層而言，需要大面積高豐度烴源巖內部或者近源短距離供烴。通過油源對比分析可知，瑪東斜坡百口泉組的油氣主要來自瑪湖凹陷二疊系風城組晚期高熟烴源巖；而根據構造演化研究成果可知，風城組沉積時期夏鹽凸起以及達巴松凸起大幅度隆起，瑪湖凹陷沉積中心靠近西北部。所以西部隆起及瑪湖凹陷西北部的風城組地層厚度較大，而向瑪東斜坡方向風城組迅速減薄并尖滅，直接導致瑪東斜坡不僅烴源巖厚度整體較薄，而且遠離生烴中心，油源供給有限，成藏時油氣充注程度較低，兼之儲層物性差、構造平緩，導致瑪東斜坡百口泉組整體含油飽和度較低。

4.2 提供油氣垂向輸導和橫向運移通道

油源對比分析表明，瑪東斜坡百口泉組已探明油氣均來自二疊系風城組高熟烴源巖，烴源巖和儲集層中間隔著平均厚度近千米的夏子街組、烏爾禾組。構造運動對于油氣的二次運移具有積極作用。根據埋藏史條件分析，在三疊紀晚期有機質熱演化達到生烴高峰，油氣大量生成并開始運移，擠壓作用形成的大量逆沖斷層，貫穿二疊系烴源巖與三疊系百口泉組儲層，而且斷層活動過程中的應力釋放使斷層附近形成破碎帶，其滲透性遠高于正常地層，為風城組的油氣垂向運移至百口泉組提供了最有效的通道。而且百口泉組緊鄰二疊系和三疊系之間的區域不整合面，區域性的地殼運動、沉積間斷和剝蝕，使不整合面下伏地層遭受風化侵蝕和淋濾，形成孔隙度、滲透率相對較高的古風化殼[19-21]，其上即為百口泉組，油氣沿著斷層從風城組垂向運移至不整合面之后，沿著不整合面發生側向運移進入百口泉組儲層并在有利區域發生聚集。

4.3 改善儲層物性

構造運動對儲層物性的改善主要體現在斷裂活動期由于應力釋放而產生的斷層和裂縫，特別是強烈逆沖構造帶形成的裂縫集中發育區是一般斷裂所不能相比的，它能在很大程度上改善儲層物性[22-24]。鑄體薄片分析結果表明，靠近大型斷裂的區域廣泛發育構造縫，而且距離斷層越近，儲層受構造影響越大，構造縫的發育程度越高(見圖6)，對儲層物性的改造作用越強，滲透率遠高于凹陷中心斷裂不發育的區域。試油試采結果也顯示出產液量與井和斷層之間的距離具有較強的正相關性，即生產井距離斷層越近，儲層物性越好，產液量越高。數據統計結果顯示，當完鉆井與斷層之間的距離小于1 km時，日產液量為0.73～26.80 m3，平均為15.09 m3，而且以油為主，含水率普遍較低，這是由于斷層改善了附近儲層的物性，使油氣充注更加容易，充注程度更高，含油飽和度高，且物性好，試油試采時產液量隨之升高；而當完鉆井與斷層之間的距離大于2 km時，日產液量僅0～1.60 m3，普遍以干層和水層為主，基于熒光薄片、壓汞以及鑄體薄片等資料分析，其低產原因是由于儲層物性差導致油氣充注難度大，含油飽和度低甚至不含油導致。

4.4 導致油氣逸散及二次聚集

油氣運移研究成果表明，瑪湖地區油氣大量生成并開始運移的時期為三疊紀晚期，瑪東斜坡百口泉組油藏也主要形成于此時，如瑪19井區、瑪11井區、達13井區以及鹽北4井區等斷鼻、背斜等。但是，白堊紀末期的南北向擠壓作用，使瑪東斜坡北西側整體抬高，南東側整體下降，原有圈閉的溢出點抬高，導致圈閉被破壞或者圈閉范圍減小，如瑪19井區、瑪1井區的圈閉被完全破壞，油氣逸散，而達13井區、鹽北4井區背斜規模減小，但依然被保存至今(見圖7)，與達13井區、鹽北4井區試油為純油層的結論基本一致。

圖7 瑪東斜坡百口泉組古地貌圖

5 結論

1)瑪湖地區構造演化主要包括石炭紀晚期強烈擠壓構造形變階段；二疊紀早-中期西部隆起逆沖推覆階段；二疊紀末期-三疊紀早期整體抬升遭受剝蝕階段；三疊紀-侏羅紀緩慢下降階段；白堊紀末期掀斜階段等5個階段。

2)瑪湖地區構造演化對瑪東斜坡百口泉組油氣成藏的影響主要包括4個方面：控制烴源巖分布，提供油氣垂向輸導和橫向運移通道，改善儲層物性以及導致油氣逸散及二次聚集等。由于整體油源不充足以及構造調整的二次破壞，瑪東斜坡百口泉組整體含油飽和度較低，局部富集。通過構造解析和勘探實踐表明，靠近斷層的繼承性發育的背斜、鼻狀構造是油氣勘探的有利方向。