吐哈盆地台北凹陷西部弧形带油气远距离运聚规律

刘江涛 ，黄志龙，涂小仙，桑廷义，李杰

(1. 中国石油大学 资源与信息学院，北京，102249；2. 中国石油化工集团公司 石油工程技术研究院，北京，100101；3. 中国石油天然气集团公司 吐哈油田分公司，新疆 哈密，839000)

根据“源控论”思想，我国在大部分陆相盆地围绕“烃源灶”的构造和圈闭的勘探已经分别进入中、高勘探成熟阶段，加大远离“烃源灶”区域的勘探和研究远离“烃源灶”油藏的成藏规律对于扩大勘探领域和增加后备储量具有十分重要的理论和现实意义。一般来说，我国陆相盆地由于构造运动的频繁性、沉积层序的不连续性，油气藏一般围绕“烃源灶”周边及上下地层分布，油气运移距离通常不超过 40 km[1−2]。但吐哈盆地台北凹陷西部弧形带雁木西油田和大墩构造距离胜北次凹达50 km以上，并且中间夹持着火焰山断裂带，其油气怎样翻越火焰山进行长距离运移值得研究。为此，分析输导体系特征和油气运移规律，剖析火焰山构造带的形成与油气向西运移的关系，对丰富研究区成藏理论、指导下一步油气勘探具有重要意义。

1 区域地质概况

西部弧形构造带位于吐哈盆地台北凹陷西部，东与胜北次凹相连，西与托克逊相接，南临胜南次凹，北依博格达山，面积约1 090 km2。该弧形构造带形成于印支−早燕山运动，改造、定型于喜山运动，是在西部布尔加凸起的控制下形成的西部古弧形构造带。目前，在该构造带自东向西已发现了神泉、胜南和雁木西3个油田及大墩含油构造(图1)。黄志龙等[3]的研究表明：该区带油气藏以胜北次凹中下侏罗统水西沟群煤系烃源岩和七克台组湖相烃源岩为主要油源。油气主要分布在侏罗系三间房组(J2s)、七克台组(J2q)、白垩系(K)、第三系鄯善群(Esh)4个层位，但不同油田油气的分布层位有差异，神泉油田在4个层位均有油气分布，胜南油田油气主要分布在J2s和J2q，雁木西油田油气主要在K和Esh，总体特征为油气分布层位从东向西依次变浅。该区原油类型主要为煤系油、湖相油及二者的混合油，以煤系油为主[4−5]。平面上油气的分布严格受到西部弧形带构造脊的控制，由东向西沿着构造脊呈线状分布；浅层圈闭的成藏明显受到断裂的控制，只有存在沟通深部储层或输导层的断裂才能成藏。

2 油气输导特征与运移规律

油气来自火焰山东侧的胜北次凹侏罗系水西沟群煤系地层和七克台组，油气西运无可质疑，油源对比和咔唑类含氮化合物变化都说明了这一点[3−4]，关键的问题是必须了解油气运移的通道、时期和路径，以及火焰山断裂带没有阻挡油气的西运的原因。

2.1 输导体系的构成

油气输导通道主要有3种基本类型，即断层、不整合面和砂体[6−9]。西部弧形带神泉—胜南地区断裂发育较好，雁木西断裂较少，总体上断裂规模小，断距一般小于20 m，延伸距离一般不超过5 km，倾角基本都在80°以上。断裂的特征决定了其侧向封闭性差，有利于油气的侧向西运，但不是油气侧向向西运移的主要通道。个别规模较大的断裂对于沟通上下储层、垂向调整油气起到至关重要的作用，如神泉油田白垩系和第三系油气藏、雁木西油田第三系油气藏都是通过断裂的调整才形成的。白垩系地层和侏罗系地层间的不整合面全区发育，在西部弧形带上，由于构造部位较高，胜南和雁木西不发育风化黏土层，不整合面之上的砂、砾岩主要在神泉和雁木西发育，不整合面之下的砂岩主要发育在胜南地区。油气沿神泉地区侏罗系砂岩层侧向运移过胜南地区后，由于风化黏土层的缺失，直接进入不整合面上部的底部砾岩 层，这就使油气的侧向西运通道实现了良好的接力。神泉－胜南地区侏罗系七克台组底部发育砂泥岩频繁互层的湖相滩坝砂体，单层砂岩厚度一般在10 m以下，但连续性较好，且有断裂沟通，是油气从神泉运移至胜南的主要通道；胜南地区七克台组剥蚀殆尽，七克台底部砂岩直接和不整合面接触，油气可以由七克台组砂层跨层进入不整合面上部白垩系三十里大墩组底部砾岩，从而保证了侧向通道的连续性。雁木西地区白垩系三十里大墩组底部发育一套稳定的砂、砾岩层，是油气越过胜南后向西运移的主要通道(图2)。

图1 吐哈盆地台北凹陷西部弧形带概况及油气分布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 油气运移时期

根据流体包裹体测温和自生伊利石年龄分析，结合埋藏史，神泉油田白垩系和第三系油藏的主要成藏期为晚第三纪末期—第四纪早期，侏罗系油藏为2期充注，分别是晚白垩纪末—早第三纪及晚第三纪(图3)；雁木西油田第三系油藏成藏时间为晚第三纪末，白垩系油藏的主要成藏期为晚第三纪末和第四纪(图4)。油气侧向运移的动力主要来自于烃源岩排烃导致的压力和构造倾斜背景下的浮力，烃源岩演化历史和构造脊形成时期共同决定着油气的运移时期。侏罗系水西沟群煤系烃源岩在侏罗纪末－白垩纪时期(晚燕山运动时期)开始进入大量生、排烃期，喜山期进入排烃高峰期，至今仍处于排烃高峰期；侏罗系七克台组泥岩在晚第三纪早期开始排烃，延续至今。西部弧形带形成于印支—早燕山运动，在晚燕山运动及喜山运动中构造形态得到加强和定型。从构造发育历史和烃源岩大量排烃期匹配来看，神泉油田侏罗系油藏的成藏时期晚白垩纪末—早第三纪应为整个西部弧形带成藏的关键期，此时，胜北凹陷水西沟群煤系源岩大量排烃，浅层油藏及西部胜南和雁木西油藏都是在神泉油田侏罗系油藏的基础上形成的；晚第三纪—第四纪为西部弧形带浅层油气藏(神泉油田白垩系和第三系油藏、雁木西油田第三系油藏)的成藏期，主要为构造运动背景下油气沿断裂的垂向调整。

2.3 火焰山断裂带的形成与油气运移的关系

2.3.1 火焰山断裂带演化史

火焰山的形成直接或间接地影响胜北生烃凹陷生成的油气西运的运移优势方向、运移路径及运移距离[10]。

火焰山断裂是受北部博格达山山前应力的挤压作用，上覆地层塑性变形所形成的构造，而并非受基底断层影响所形成的断裂。在早、中侏罗世(燕山运动Ⅰ幕)，火焰山断裂表现为沿八道湾组煤层滑脱的正断层，但在侏罗纪末期(燕山运动Ⅱ幕)，受到北部博格达山抬升的影响，开始沿着滑脱面向上逆冲，发生反转，表现为逆断层；白垩纪—早第三纪(燕山运动Ⅲ幕—喜马拉雅运动Ⅰ幕)是盆地均衡沉降阶段，火焰山断裂没有发生逆冲或逆冲幅度不大；晚第三纪－第四纪(喜马拉雅运动Ⅱ幕)亚洲南大陆与印度板块碰撞，博格达山强烈隆升，并向吐哈盆地及准噶尔盆地两侧逆冲推覆，自北向南强大的挤压应力在台北凹陷产生沿八道湾组、西山窑组两套煤系地层的大型盖层滑脱，火焰山断裂就是在这样的背景下沿八道湾组盖层向上逆冲，最终形成前锋褶皱带，即火焰山断裂前锋褶皱带形成于喜马拉雅运动Ⅱ幕晚期，即第四纪。2.3.2 火焰山断裂的形成与油气运移的关系

图2 西部弧形带胜南—雁木西构造油气输导通道剖面示意图(据吐哈油田研究院修改)Fig.2 Sketch map of transforming passageway of oil and gas of Shengnan−Yanmuxi structure

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

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

图5 胜北凹陷生排烃史、火焰山断裂形成期和神泉—雁木西构造油气充注时期对比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

烃源岩大量排烃期、油气充注时期和火焰山构造带形成时期的匹配关系(图5)说明：西部弧形带神泉—雁木西构造带侏罗系油藏油气大量充注发生在火焰山前锋褶皱带形成之前。在火焰山断裂前锋褶皱带冲起之前，从胜北凹陷至西部雁木西构造带一直处于持续隆升的构造背景之下，这就使得在油路通畅的情况下，油气可以从胜北凹陷顺构造带脊部向西运移到神泉—雁木西构造带上。在形成过程中以及形成以后，火焰山构造带阻断了油气向西运移的路径，油气运移至火焰山断裂后，沿火焰山断裂向上运移，最终进入上盘圈闭成藏或散失于地表。所以，尽管烃源岩至今仍处于排烃高峰期，但西部弧形带油气的充注在第四纪终止。

2.4 油气的运移路径与运聚模式

油气在砂体中是沿着一定优势路径侧向运移的，不同封闭程度下的大规模的断层视影响着路径的变化[11−12]，在平面上砂体物性相当的情况下，源动力(排烃量大小)和构造脊线是约束油气运移路径的主要因素[13]。

2.4.1 运移路径

研究区油气运移成藏过程主要有2期：白垩纪末期—早第三纪和早第三纪末—第四纪。研究区构造脊线狭窄而简单，油气的运移路径比较单一，严格受到构造脊的约束，但由于不同时期烃源岩源动力以及断裂的活动规律不同，油气的运移距离、运移数量及运移方式有差异。在白垩系地层沉积后，胜北凹陷水西沟群煤系烃源岩进入排烃高峰期，油气开始由胜北次凹大规模向西部神泉地区运移[14]，由于供源充足，源动力比较强，油气运移距离大，可直达雁木西油田；早第三系地层沉积后，七克台组泥岩开始生烃，但源岩成熟度较低，为0.7左右，排烃量有限，油源供给不足，源动力小，运移量也小，在晚第三系地层沉积后，源岩成熟度增加，排烃量增大，但火焰山断裂形成阻挡了油气继续向西运移，这可能是目前西部弧形带尤其是胜南和雁木西油田原油以煤系油为主的根本原因(图 6)。

2.4.2 运聚模式

基于油气分布及油气运移聚集规律的分析，建立了西部弧形带油气运聚模式。

图6 吐哈盆地台北凹陷西部弧形带油气运移路径Fig.6 Migration pathway of oil and gas in western arc-like zone of Taibei sag in Turpan-Hami basin

(1) 在白垩纪末期—早第三纪，胜北次凹水西沟群烃源岩成熟排烃，此时火焰山尚未形成，自胜北次凹到西部弧形带处于逐渐升高的构造背景之下，油气沿砂体侧向运移进入神泉地区，一部分油气遇到岩性圈闭或者断层遮挡聚集成藏，一部分油气通过薄砂体叠置连通或断裂沟通的砂体继续向西运移。继续西运的油气到达胜南后，遇到不整合面之下的地层圈闭或岩性圈闭成藏，但由于不整合面不发育黏土岩隔层，与七克台砂岩直接接触的不整合面区域具有良好的渗透性，油气由七克台组砂体通过不整合面调整向西进入到白垩系三十里大墩组底部砂、砾岩中继续西运。油气在雁木西地区的侧向运移通道主要为白垩系三十里大墩组底部的稳定砂砾岩。

(2) 在早第三纪末—第四纪，胜北次凹七克台组泥岩开始排烃，但源岩成熟度低，排烃量有限，同时，由于喜马拉雅构造运动的影响，西部弧形带早期断裂复活，并产生一些新的断裂，沟通上下储层，神泉地区侏罗系油藏油气向白垩系和第三系储层调整，雁木西地区油气沿着雁东1号大断裂由白垩系向第三系储层调整。

(3) 在第四纪中后期，火焰山断裂带形成，油气向西部弧形带的运移终止。

3 结论

(1) 西部弧形带具备油气远距离运移的条件，体现在：在第四纪中期之前，自东向西持续升高的构造脊提供了油气向西运移的动力；由砂体、断裂、不整合面组成的接力通道构成了畅通无阻的输导体系；较充足的油气源供给。

(2) 油气运移过程主要有 2期：白垩纪末期—早第三纪和早第三纪末—第四纪。在白垩纪末期—早第三纪，胜北次凹水西沟群煤系烃源岩成熟排烃，而此时火焰山尚未形成，自胜北次凹到西部弧形带处于逐渐升高的构造背景之下，油气沿着砂体、不整合面和断裂组成的侧向输导通道可以直接运移至西部弧形带西端；在早第三纪末—第四纪，胜北次凹七克台组泥岩开始排烃，排出的湖相油进入神泉油田储层中，并缓慢向西运移。在第四纪中后期，火焰山断裂带形成，油气向西部弧形带的运移终止。

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