柴北缘尕丘凹陷大煤沟组烃源岩特征及有利勘探目标分析

周约如,鞠俊成,曾 岩,孟凡秋,汪国文,张 坤

( 1. 中国石油辽河油田分公司 勘探开发研究院,辽宁 盘锦 124010; 2. 中国石油辽河油田分公司 金海采油厂,辽宁 盘锦 124010 )

根据“源控论”,自烃源岩生成后,油气就近聚集于生油有利区或邻近地带,是在松辽盆地油气勘探过程中总结的,在我国其他盆地油气勘探中发挥重要作用[1-3]。对于烃源岩分布相对局限的凹陷,其烃源岩生烃潜力、分布范围、生排烃史研究对油气成藏认识和勘探具有重要的现实意义。柴达木盆地北缘(简称柴北缘)分布多个面积局限的中生代凹陷,包括苏干湖凹陷、赛什腾凹陷、鱼卡凹陷、红山凹陷及尕丘凹陷[4],凹陷只发育中侏罗统大煤沟组一套烃源岩层,与烃源岩层相关的油气田分布于鱼卡凹陷及周边的鱼卡油田、马北油田[5],其他凹陷只有油气显示,未获得油气勘探突破。尕丘凹陷周边最早勘探选择凹陷西部背斜构造,未获油气发现,随勘探的深入,油气源对研究区成藏的重要控制作用更加明显。一方面,对尕丘凹陷大煤沟组烃源岩生烃潜力缺少系统分析,尕丘凹陷大煤沟组烃源岩研究多借鉴周缘凹陷(鱼卡凹陷、红山凹陷等)[5-8];另一方面,尕丘凹陷大煤沟组烃源岩分布情况不明确,王利等[9]、马寅生等[10]、刘成林等[11]认为尕丘凹陷北部尕丘1井暗色泥岩、煤层发育段为石炭系,尕丘1井不发育中侏罗统大煤沟组,新的古生物分析认为石炭系层段为大煤沟组,尕丘凹陷大煤沟组烃源岩分布特征需重新刻画。笔者进行柴北缘尕丘凹陷及其周边烃源岩和原油样品地球化学测试,明确烃源岩生烃潜力,利用井震资料对大煤沟组烃源岩分布重新刻画,建立成藏模式;根据油气运聚、圈闭保存条件,明确尕丘凹陷有利勘探区,为研究区下一步油气勘探提供参考。

尕丘凹陷位于青海省海西州大柴旦行委,构造上位于柴达木盆地北缘东段,东靠绿梁山,北部为南八仙—马海凸起,西部为北极星—大红沟凸起。尕丘凹陷可进一步分为北部洼陷和南部洼陷,中央被北极星—大红沟凸起东段的大红沟凸起相分隔,总面积约为1 000 km2(见图1(a))。

图1 尕丘凹陷及周边地区构造单元划分及有利勘探区预测、地层综合柱状图Fig.1 The classification of structural units and prediction of favorable exploration areas and the general stratigraphic column in Gaqiu Sag and peripheral areas

尕丘凹陷是一个中生代凹陷,基底主要由三叠系、二叠系的火成岩、变质岩和新太古界的变质岩组成,其上依次发育中侏罗统大煤沟组、上侏罗统红水沟组和采石岭组、白垩统犬牙沟组、古始新统路乐河组、渐新统下干柴沟组、中新统上干柴沟组、上新统下油砂山组等[12-14](见图1(b))。柴达木盆地北缘北部和东部早侏罗世抬升剥蚀,中侏罗世开始接受沉积,整个中侏罗世是一个水体由浅变深的过程。中侏罗世早期,以河流相和扇三角洲沉积为主,大煤沟组四段(J2d4)主要以沉积黄色、灰绿色砾岩、砾状砂岩、含砾砂岩为主;中侏罗世中期,以河流相、沼泽相、三角洲相沉积为主,大煤沟组五—六段(J2d5-6)主要沉积砾岩、砂岩、砂质泥岩及炭质泥岩夹煤层;中侏罗世晚期,主要为湖泊相沉积,大煤沟组七段(J2d7)发育半深湖相黑色、灰黑色页岩、油页岩,是研究区主要烃源岩发育段[15](见图2);晚侏罗世,普遍水体变浅,湖泊消失,以辫状河沉积为主。古近系,上覆地层主要以辫状河、辫状河三角洲沉积为主,无烃源岩层发育。柴北缘赛什腾、鱼卡、红山等凹陷地层结构类似,主要烃源岩为中侏罗统大煤沟组七段(J2d7)湖相暗色泥岩,大煤沟组五段(J2d5)湖沼相炭质泥岩和煤层也具有一定生烃能力[16-17]。

尕丘1井深度为1 285.00～1 890.00 m岩性以灰色泥灰岩、含灰泥岩、黑色泥岩及炭质泥岩、煤岩等岩性组合为主,大煤沟组存在类似岩性组合。对尕丘1井深度为1 285.00～1 890.00 m岩屑和岩心样品(20个)进行古生物分析,确定地层年代,分离出多种孢粉和部分藻类化石,如南方桫椤孢Cyathiditesaustralis、紫萁孢属Osmundacidites、圆形光面孢属Punctatisporites、克拉梭粉属Classopollis、周壁粉属Perinopollenites、假云杉粉属Pseudopicea,还发现粒面球藻属Granodiscus,为中生代繁盛的孢粉和藻类化石组合[18],井段不处于石炭系,结合岩性组合确定尕丘1井深度为1 285.00～1 890.00 m的地层为中侏罗统大煤沟组。

采集尕丘1井(1 285.00～1 908.20 m)泥岩样品20个(岩心5个、岩屑15个)进行孢粉和藻类化石鉴定;采集达1井(1 818.18～1 825.65 m)暗色泥岩岩心、尕丘1井(1 492.00～1 898.00 m)和圆丘1井(2 210.00～2 260.00 m)暗色泥岩岩屑样品24个;采集圆丘1井(2 600.50 m)灰绿色油斑花岗片麻岩沥青样品1个。其中,对烃源岩进行岩石总有机碳丰度、岩石热解峰温、氯仿沥青“A”质量分数、族组成、干酪根镜质体反射率(Ro)、干酪根显微组分鉴定,以及有机质类型划分、饱和烃气相色谱、质谱等测试分析。样品测试分析在辽河油田勘探开发研究院试验中心完成,其中岩石总有机碳丰度分析应用LECO CS-230碳硫分析仪完成,岩石热解分析应用Rock-Eval-Ⅱ完成,干酪根显微组分分析应用Axiophot荧光显微镜完成,镜质体反射率测试应用Leica MPV CompactⅡ完成,色质分析由Agilent7890气相色谱—质谱联用仪完成。

对于烃源岩和储层沥青样品,首先将样品岩样粉碎,通过氯仿抽提、定量,将抽提物通过柱层析分离,提取饱和烃,利用Agilent7890气相色谱—质谱联用仪对饱和烃进行色谱—质谱分析。色谱柱为HP-5 ms石英弹性毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。进样器温度为280 ℃,载气为氦气,流速为1.04 mL/min,扫描范围为50～550 u,检测方式为全扫描,电离能量为70 eV,离子源温度为230 ℃。检测升温程序:50 ℃时恒温2.0 min,以20 ℃/min的升温速率升至100 ℃,再以3 ℃/min的升温速率升至310 ℃,310 ℃时恒温15.5 min。实验方法参照GB/T 18606—2017《气相色谱—质谱法测定沉积物和原油中生物标志物》。

尕丘凹陷及其北部的鱼卡凹陷、东部的红山凹陷属于柴北缘中侏罗统沉降带,地面露头及钻井资料揭示中侏罗统大煤沟组具有发育良好的烃源岩,其中鱼卡凹陷地面出露百米厚的油页岩,红山凹陷的老山边缘大煤沟及绿草地山露头发现中侏罗统大煤沟七段(J2d7)油页岩[5-6、15]。尕丘凹陷有3口井钻遇大煤沟组,分别为尕丘1、圆丘1和达1井,对达1井中侏罗统烃源岩段进行取心(见图2)。中侏罗统在柴达木盆地北缘分布具有局限性,在赛什腾、鱼卡、红山等凹陷分布J2d7[5-6],尕丘凹陷北部的马北凸起、西部的北极星、大红沟等地区中侏罗统不发育。达1井中侏罗统大煤沟组底部发育三角洲平原的灰色、浅灰色含砾砂岩、砂岩,向上水体加深,岩性逐渐变为灰色泥岩、粉砂岩,为正旋回沉积特征[19];中部发育沼泽相泥岩、煤层;上部发育深湖相泥岩;顶部至上侏罗统洪水沟组逐渐过渡到滨浅湖相,主要发育棕褐色泥岩(见图2)。达1井大煤沟组岩性组合、沉积特征与鱼卡凹陷及周边露头[5-6、15]大煤沟组五—七段相似性高。此外,达1和圆丘1井大煤沟组上段也发育油页岩。说明尕丘凹陷发育J2d7地层,即发育优质烃源岩段。

图2 达1井大煤沟组沉积相及地球化学特征Fig.2 The deposition and geochemical characteristics of the Dameigou Formation in well Da 1

3.1 地球化学特征

3.1.1 有机质丰度

尕丘凹陷J2d7暗色半深湖相泥岩烃源岩总有机碳质量分数(w(TOC))介于0.43%～7.81%,平均为4.03%;氯仿沥青“A” 质量分数介于0.136 3%～0.373 6%,平均为0.240 0%;总烃(HC)介于(568～1 941)×10-6,平均为1 249×10-6;生烃潜量(S1+S2)介于2.21～41.17 mg·g-1,平均为20.29 mg·g-1,根据SY/T 5735—2019《烃源岩有机质丰度评价标准》,为好—优质等级烃源岩(见表1、图2-3(TI为类型指数,CPI、OEP分别为正构烷烃中碳优势指数和奇偶优势比))。其中,尕丘1、圆丘1及达1井钻遇中侏罗统大煤沟组五段(J2d5)湖泊相煤层、炭质泥岩,由于取心和样品数量分布不均,未获得充足分析测试数据,参考郭天旭等[16]、高斌斌等[17]对周边凹陷和露头J2d5煤层、炭质泥岩评价,尕丘凹陷J2d5烃源岩有机质丰度为中等。

表1 尕丘凹陷大煤沟组烃源岩主要地球化学参数Table 1 The major geochemical parameter of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

图3 尕丘凹陷大煤沟组烃源岩有机质丰度评价Fig.3 The evaluation of organic matter abundance of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

3.1.2 有机质类型

尕丘凹陷J2d7半深湖相暗色泥岩烃源岩显微组分特征:腐泥组最多,质量分数为68.94%～81.00%,平均为76.00%;其次为镜质组,质量分数为2.00%～30.00%,平均为17.00%;再次为惰质组,质量分数为0.62%～21.00%,平均为6.00%;壳质组最少,质量分数为0～4.40%(见表2、图4)。干酪根镜检TI介于42.25～65.88,以Ⅱ1型为主(见表2、图2)。样品HI分布在194～1 516 mg·g-1之间,平均为486 mg·g-1,有机质以Ⅱ1型为主,部分Ⅱ2型生烃潜力大(见表1、图5)。

表2 尕丘凹陷大煤沟组烃源岩干酪根显微组分质量分数Table 2 The kerogen maceral date table of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

图4 尕丘凹陷大煤沟组烃源岩干酪根显微组分Fig.4 Maceral of kerogen of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

图5 尕丘凹陷大煤沟组烃源岩有机质类型Fig.5 Type classification of organic matter of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

3.1.3 有机质成熟度

达1和圆丘1井烃源岩埋深在1 800.00～2 200.00 m之间,热解峰温tmax介于428～441 ℃,平均为435 ℃,处于低成熟—未成熟热演化阶段。正构烷烃中碳优势指数CPI、奇偶优势比OEP也可以作为评价成熟度的指标,随有机质埋藏深度增加,直到热演化生烃阶段,干酪根热解产生的正构烷烃奇、偶碳数烷烃逐渐均衡,不具有奇碳或偶碳优势。随烃源岩成熟度增加,CPI和OEP从高值降低为1.0左右,当OEP=1.2时,认为烃源岩进入生烃阈值[20]。达1井大煤沟组烃源岩饱和烃色谱分析显示,OEP介于1.16～1.34,平均为1.27;CPI介于1.10～1.27,平均为1.19,处于未成熟—低成熟阶段。研究区取心少,未收集到其他井镜质体反射率,达1井大煤沟组烃源岩干酪根镜质体反射率介于0.42%～0.49%,平均为0.45%,处于未成熟阶段。达1井大煤沟组烃源岩处于未成熟—低成熟热演化阶段。达1井构造位置高,烃源岩埋藏浅,受后期抬升影响,成熟度低,洼陷主体埋藏深,抬升剥蚀量小,热演化成熟度更高,埋藏热演化史分析表明,北、南次洼主体处于成熟—高成熟热演化阶段,生、排烃也更大。

3.2 油源对比

尕丘凹陷及周边油气显示活跃,圆丘1井的中侏罗统基岩地层见油迹、油斑等不同程度显示,尕丘凹陷东侧绿梁山发现露头油苗,北侧马北地区发现规模油气储量。周边的原油与尕丘凹陷烃源岩是否具有亲缘关系,是确定尕丘凹陷中侏罗统烃源岩为有效烃源岩的关键。尕丘凹陷从基底至上覆第四系只有大煤沟组一套潜在烃源岩层,达1井大煤沟组烃源岩和圆丘1井储层原油、生物标志物特征,反映尕丘凹陷为唯一大煤沟组烃源岩和原油特征,二者生物标志物特征高度相似:规则胆甾烷 ααα(20R)C27>C29>C28,近似V型,其中C27略占优势,指示油和烃源岩由水生生物和高等植物两种有机质类型供给,水生生物供给略占优势,与尕丘凹陷中侏罗统烃源岩母质类型以Ⅱ1型为主相吻合(见图6);烃源岩和原油重排胆甾烷发育,原油没有降解特征,生物标志物特征指示原油、烃源岩成熟度为低成熟,可以排除重排胆甾烷含量高是受高成熟度或降解的影响[21],烃源岩和原油是在富含黏土矿物环境中沉积或生成的(见图6-7);烃源岩和原油伽马蜡烷/C30藿烷介于0.08～0.18,平均为0.11,环萜类化合物不发育,指示烃源岩沉积时为淡水环境[22],原油是在淡水环境的烃源岩中生成的(见图6)。尕丘凹陷原油与周边绿梁山露头、马北地区马中1和马北1井原油在3种指示环境和母源特征方面的生物标志物特征一致,为同一来源的原油,原油为尕丘凹陷大煤沟组烃源岩生成的,与鱼卡油田原油在重排甾烷含量和甾烷C27/C29方面存在明显区别,说明马北地区原油并非来自鱼卡凹陷(见图6-7)。

图6 尕丘凹陷及周缘烃源岩与原油GC-MS色谱Fig.6 The GC-MS diagram of oil and source rock in Gaqiu Sag and peripheral areas

图7 尕丘凹陷及其周缘烃源岩和原油重排甾烷/规则甾烷与甾烷C27/C29关系Fig.7 The relationship figure between rearrangement/regular steranes and steranes C27/C29 of oil and source rock in Gaqiu Sag and peripheral areas

在母质类型、沉积环境方面,对比的原油与达1井大煤沟组烃源岩的生物标志物特征高度相似,在成熟度特征参数上存在明显差异。甾烷化合物的生物合成链手性碳原子中心位为C-20、C-24,其中C-20位不稳定的R构型在地质埋藏过程中受热向稳定型S构型转化而形成R+S构型混合物,随成熟度增加,生物构型类(20R)逐渐减少,地质构型类(20S)逐渐增多[23]。也可以用三降藿烷Ts和Tm评价原油成熟度,与用甾烷R/S构型变化评价成熟度类似,随成熟度增加,三降藿烷Ts逐渐向稳定型构型Tm转化[24]。达1井中侏罗统大煤沟组烃源岩埋藏浅,成熟度低,规则胆甾烷C29生物构型类(20R)比其地质构型类(20S)相对多,Ts>Tm;圆丘1、马中1、马北1井和绿梁山油苗原油成熟度相对高,规则胆甾烷C29地质构型类(20S)相对含量高,Ts≤Tm(见图6、图8)。因此,尕丘凹陷周边相对成熟度高的原油主要来自尕丘凹陷主体较深部位,并非达1井等埋藏较浅的烃源岩生成的。尕丘凹陷大煤沟组烃源岩生成原油,且向周边构造高部位运移。

图8 尕丘凹陷及周缘烃源岩和原油甾烷αββ/(αββ+ααα)C29 与20S/(20S+20R)C29关系Fig.8 Steranes relationship figure between αββ/(αββ+ααα)C29 and 20S/(20S+20R)C29 of oil and source rock in Gaqiu Sag and peripheral areas

3.3 分布特征

WU Chen等[25-26]研究柴达木盆地主要断裂活动时间,通过断层走滑挤压产生自生矿物年代测定,确定主要断层最早活动时间,柴达木盆地最早走滑断层活动时间为65 Ma以后,东部断裂活动时间主要在20 Ma后,西部断裂活动在65～20 Ma之间,其中绿梁山前的绿南断层最早活动时间晚于65 Ma,包括绿梁山在内的柴北缘—现今的盆缘山大规模隆起是在新生代以后。现今柴北缘将多个中侏罗统凹陷分割的凸起或山脉,主要是在古近系及以后(喜山运动)隆起的,柴北缘苏干湖凹陷、赛什腾凹陷、鱼卡凹陷、红山凹陷、尕丘凹陷在中侏罗世沉积半深湖—深湖相黑色泥岩,当时湖水深度达到最大,将凹陷分割的凸起或山脉未大规模隆起。这些凹陷可能是一个统一的大湖,围绕南八仙—马北凸起,湖泊范围包括赛什腾凹陷、鱼卡凹陷、红山凹陷、尕丘凹陷、绿梁山、锡铁山等地区,在各个凹陷存在多个沉积中心[16]。中生代晚期燕山运动和新生代喜山运动,尤其是上新世末强烈挤压,塑造柴北缘多个中侏罗统凹陷分隔、多山隆起的格局。除断裂活动测年证据外,进一步证实尕丘凹陷、红山凹陷、鱼卡凹陷存在一个中侏罗世大凹陷。首先,柴北缘红山、绿梁山、赛什腾山等山前、山上露头发现侏罗系深湖相沉积地层,说明这些山中侏罗世处于湖盆沉积;其次,地震剖面地层展布特征显示,在尕丘凹陷北部大煤沟组向绿梁山前无超覆特征,中侏罗统向山前未见减薄趋势,绿梁山中侏罗世处于湖盆沉积体系;最后,尕丘1井位于绿梁山前,大煤沟组未见冲积扇等近岸沉积特征,尕丘1井大煤沟组处于半深湖相沉积。

研究区新的二维地震资料使尕丘凹陷大煤沟组刻画更为准确,根据井震资料确定大煤沟组厚度;通过已钻井大煤沟组暗色泥岩与地层比率,刻画大煤沟组暗色泥岩厚度分布。整个尕丘凹陷大煤沟组面积约为900 km2,北部洼陷厚度可达700 m,南部洼陷厚度可达1 000 m。暗色泥岩总面积约为750 km2,北部洼陷最大厚度为250 m,南部洼陷最大厚度为400 m(见图9)。暗色泥岩整体上规模大,具备生成规模油气的地质基础。

图9 尕丘凹陷大煤沟组暗色泥岩厚度分布Fig.9 The thickness distribution of dark mudstones of Dameigou Formation in Gaqiu Sag

3.4 热演化特征

中侏罗世以来,柴达木盆地经历燕山、喜山多期地层抬升—沉降构造运动,白垩纪,燕山运动使柴北缘部分地区经历抬升剥蚀,柴北缘多个地区侏罗系、白垩系有不同程度缺失,存在区域性的不整合面。喜山运动主要是在新近纪至第四纪北东—南西向挤压、抬升,尤其在晚上新世剧烈挤压抬升。尕丘凹陷及周边地区经历两期大构造运动,受构造运动差异抬升影响,不同地区剥蚀量差异大,尤其对烃源岩埋藏、生烃演化产生影响。烃源岩热演化主要受地层温度、埋藏时间和压力的影响,地层温度为主要影响因素,地层抬升剥蚀往往引起地层温度降低,导致烃源岩生烃速度降低,甚至停止生烃。因而,确定尕丘凹陷南、北部洼陷两期地层抬升剥蚀量是研究烃源岩热演化史的关键。

3.4.1 地层剥蚀量恢复

剥蚀厚度估算方法主要有地热学方面的镜质体反射率法、流体包裹体法、磷灰石裂变径法,地质学方面的地层地比法、沉积—剥蚀速率法等,以及地球物理学方面的孔隙度法、泥岩声波时差压实法[27-30]。由于研究区地层剥蚀量大,多个地区连续缺失上新世、中新世多套地层,地质学方面的方法不适用。此外,缺乏分析测试数据,地热学方面的方法也不适用。研究区构造探井声波测井数据齐全,而且不存在异常压实,可利用单井泥岩声波时差压实法估算地层剥蚀量,研究整个地区的抬升剥蚀特征。

采用泥岩压实外推法[28]估算,在正常压实下,在半对数坐标系中,反映泥岩压实的声波时差(Δt)与埋深(H)关系常表现为一直线:Δt=Δt0e-cH,其中,Δt0为地表未固结泥岩的声波时差,理论上为600～650 μs·m-1,c为正常压实曲线的斜率。

在地层剥蚀地区,当不整合面以上沉积物的厚度小于剥蚀厚度时,再沉积厚度未对先存地层的压实趋势进行改造,剥蚀前泥岩的压实得以保存,将不整合面以下泥岩的压实趋势线外延至Δt=Δt0处即为古地表,古地表与不整合面之间的距离即为剥蚀厚度[29-30]。

估算尕丘凹陷及周边8口井新近纪晚期剥蚀厚度,其中尕丘1和达1井剥蚀厚度估算结果见图10。一般现今出露地层时代越老,剥蚀量越大;出露地层时代越新,剥蚀量也越小。目前,马北凸起、马东斜坡主要出露中新统,估算剥蚀厚度为500～600 m;尕丘凹陷南部地区达1井地区只残留部分古始新统,估算剥蚀厚度为1 656 m(见图10),白垩纪至古近纪连续沉积。尕丘凹陷北部洼陷东部的尕丘1井位于绿梁山前,表层沉积180 m的山前第四纪沉积物,但缺失大部分上新统,估算上新世晚期剥蚀厚度为692 m,中生代缺失下侏罗统和白垩系地层,估算中生代晚期剥蚀厚度为1 027 m。

图10 尕丘1和达1井泥岩声波时差法估算剥蚀厚度Fig.10 The erosion thickness restoration by the method of interval transit time of mudstones in well Gaqiu 1 and well Da 1

3.4.2 埋藏热演化史

为准确反映尕丘凹陷南、北部洼陷埋藏和热演化史,在南、北部洼陷分别选取两个虚拟点A和B(见图1),A、B点的中、新生代发育相对完全,参考附近井地层剥蚀结果,结合凹陷区构造变形弱地层剥蚀量小的特征,估算A、B地层剥蚀厚度。虚拟点A地层剥蚀量在参考北部尕丘1井基础上,再结合剥蚀量变化趋势,晚白垩世剥蚀厚度为800 m,新近纪晚期剥蚀厚度为300 m;虚拟点B地层剥蚀量在参考南部达1井基础上,再结合剥蚀量变化趋势,新近纪晚期剥蚀厚度为500 m。

应用Petromod软件对两个虚拟点进行一维埋藏、热演化史模拟。尕丘凹陷北部洼陷中侏罗世至早白垩世持续埋藏,晚白垩世抬升剥蚀,一度生烃停止,古新世至上新世早期具有持续快速沉降、沉积、埋藏的特征,平均沉降速率为72 m/Ma;地层温度因快速埋藏而迅速增大,大煤沟组烃源岩再次深埋,进行充分的热演化生烃,上新世末期大煤沟组底界埋深达到5 600 m,温度达到140 ℃,开始抬升,现今处于剥蚀状态。北部洼陷大煤沟组烃源岩渐新世(E3)进入生烃阈值,中新世(N1)开始大量生油,现今处于大量生油阶段,生烃模拟北部洼陷中侏罗统现今Ro最大为1.2%(见图11)。从中新世至现今北部洼陷一直处于大量生油阶段,在尕丘凹陷北部洼陷及周边,晚期(喜山运动期)形成的构造圈闭是有效圈闭,可作为有利油藏勘探目标之一(见图12)。

图11 尕丘凹陷埋藏及热演化史Fig.11 Buried thermal evolution history in Gaqiu Sag

图12 尕丘凹陷成藏事件Fig.12 Accumulation events in Gaqiu Sag

尕丘凹陷南部洼陷中侏罗世至上新世处于持续沉降、埋藏阶段,其中中侏罗世至古始新世平均沉降速率为30 m/Ma;渐新世至上新世沉降速率加快,平均为146 m/Ma;中侏罗世至上新世大煤沟组烃源岩持续埋藏,上新世末期,中侏罗统底界埋深达到8 600 m,地层温度超过220 ℃,开始抬升,现今处于剥蚀状态。南部洼陷晚侏罗纪至早白垩纪烃源岩进入生烃阈值,白垩纪中晚期开始大量生油,古始新世(E1+2)处于生油高峰期,渐新世开始大量生气,中新世为生气高峰期,现今洼陷主体Ro>3.0%,生烃潜力逐渐枯竭(见图11-12)。尕丘凹陷南部洼陷及周边受喜山运动期挤压、抬升影响剧烈,古近纪前形成的早期油气藏被改造,次生油气藏可作为南部洼陷有利油气藏勘探目标之一(见图12)。

4.1 失利井

尕丘凹陷北部的马北凸起古构造高,继承性发育,是尕丘凹陷北部洼陷油气主运聚区之一。马北地区油气勘探获得突破(见图13)。由于盖层缺失及保存条件差,尕丘凹陷西部和南部的北极星—大红沟凸起多口探井勘探失利。尕丘凹陷及周边地区喜山运动期经历剧烈的挤压、抬升运动,极地1井南部至苦中1井南部为区域背斜核部(见图1),区域挤压、抬升,地层剥蚀,背斜核部剥蚀出露至白垩系,沿核部向西南和东北方向为背斜翼部,地层时代逐渐对称变新,地层挤压、抬升剧烈,形成北极星—大红沟凸起现今的构造格局。早期勘探优选背斜圈闭,部署构造高点,周边部署的探井—大红中1井钻至850 m、苦中1井钻至426 m,钻遇变质岩基底,包括极地1井的多口井勘探失利。这些井所处构造位置高,背斜圈闭形态好,但区域挤压、抬升剧烈,上部盖层缺失,绝大多数晚期断裂为“通天”断裂[31],圈闭保存条件差,不利于油气成藏。失利地区处于尕丘凹陷大煤沟组烃源岩分布范围之外,供烃不足。尕丘凹陷南部洼陷埋藏较深,主要生排烃期为白垩纪—新近纪,周缘构造圈闭主要形成于新近纪—第四纪,圈闭有效性有待研究。目前南部洼陷未发现显示较好的探井,勘探风险较大。

图13 尕丘凹陷及周边地区油气成藏模式Fig.13 Hydrocarbon accumulation pattern in Gaqiu Sag and peripheral areas

4.2 勘探目标

分析尕丘凹陷及周边油气成藏条件,有利勘探区先选在埋藏相对较浅、中新世至今处于大量生油阶段、周边油气显示活跃的北部洼陷及周边,再拓展至南部洼陷。北部洼陷靠近洼陷的背斜、断背斜,尤其是洼陷较近的第一、第二断阶带圈闭(见图1、图13),是油气富集的有利区。

首先,该类圈闭紧邻生油洼陷,具备充足油气供给条件。烃源岩是形成油气藏的物质基础,陆相湖盆受生烃规模及疏导层的制约,油气以短距离运移为主,主要成藏区域分布于生烃洼陷或靠近洼陷。北部洼陷靠近洼陷的背斜、断背斜,具备充足的油气供给条件。

其次,该类圈闭是油气有利的运移聚集区。一方面靠近洼陷,圈闭海拔相对高,具有优先充注的优势;另一方面存在与洼陷烃源岩相沟通的优势油气运移和疏导通道——中侏罗统与基岩、白垩系与古近系两个不整合面(见图13)。这些通道沟通洼陷烃源岩生成油气和圈闭,北部洼陷大煤沟组烃源岩从渐新统(E3)进入生烃门限,现今处于大量生油阶段,尕丘凹陷及周边地区圈闭定型期主要为上新世末(N23),生成的油气对晚期形成的圈闭进行有效充注。

最后,近洼圈闭盖层发育,圈闭保存条件好。由于新近系成岩作用弱,地层疏松,作为盖层油气封盖能力差。根据区域地层特征,古近系始新统(E3)干柴沟组上部为湖泛沉积,沉积厚层泥岩,可作为区域盖层,中侏罗统(J2)发育的暗色泥岩既是有效烃源岩又可作为盖层,形成E32封盖下的碎屑岩油气藏和J2封盖下的基岩油气藏。近洼地区受构造改造较弱,地层发育完全,圈闭保存条件好,是尕丘凹陷勘探有利区。

柴北缘红山凹陷、鱼卡凹陷等与尕丘凹陷成藏条件类似,只发育大煤沟组一套烃源岩,烃源岩平面分布相对局限,晚期挤压运动强烈,在有利勘探区优选时,优先选择近源、保存条件好的圈闭目标,源外圈闭勘探风险大。

(1)尕丘凹陷发育优质、有效的大煤沟组七段(J2d7)烃源岩,有机质丰度高,属于好—优质烃源岩,母质类型好,以Ⅱ1型为主。烃源岩生成原油在马北1井等周边地区聚集成藏。

(2)尕丘凹陷大煤沟组烃源岩总面积约为750 km2,主体厚度为50～400 m,凹陷主体埋藏深、热演化程度高,可生成规模油气。北部洼陷经历两次抬升,现今处于生油高峰;南部洼陷埋藏深,已过生气高峰。

(3)尕丘凹陷北部洼陷第一、第二断阶带近洼地区的背斜、断背斜等构造圈闭,油气供给充足,处于油气有利运聚区,盖层发育,保存条件好,是研究区有利的勘探目标。

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