柴达木盆地北缘侏罗系有效烃源岩特征及油气聚集规律

翟志伟 张永庶 杨红梅 沙威 年秀清 郝小梅 仁仟 张建杰

中国石油青海油田公司勘探开发研究院

柴达木盆地北缘（以下简称柴北缘）西起阿尔金山前，东到德令哈凹陷大浪—土尔岗构造带的东端，北界为祁连山前深大断裂系，南界为鄂博梁南缘—陵间断裂—黄泥滩断裂—埃姆尼克山南缘深断裂与盆地中央坳陷带分界［1－2］，东西长约为440km，南北宽约为65 km，面积约为33 400km2。由于背靠相对活动的祁连造山带，面朝相对稳定的柴达木准地台，在中生代（至少侏罗纪）曾经历强烈的挤压作用，形成了一系列与褶皱—冲断作用有关的构造样式，具有典型的前陆盆地特征［3］，而前陆盆地冲断带是前陆盆地中最主要的油气富集区带之一［4］，然而受制于盆地迁移，差异剥蚀的影响以及钻井分布的不均匀，柴北缘的主力勘探区都位于冷湖—南八仙构造带上［5］，为了拓展该区的勘探局面，开展整个柴北缘有效烃源岩特征以及油气的运聚规律研究，具有重要的意义。

1 有效烃源岩特征

1．1 侏罗系分布特征

侏罗系是柴北缘地区主要的烃源岩分布层位，在南祁连山前的湖西山、结绿素、圆顶山、路乐河、鱼卡、马海尕秀、红山、小煤沟、大煤沟等地出露广泛。早侏罗世时期，柴北缘为断陷沉积，各次凹地层沉积最厚，且发育半深湖—深湖相，暗色泥岩发育；中侏罗世时期转换为早期断陷、后期坳陷，在鱼卡地区沉积最厚，主要为河流、沼泽相沉积，暗色泥岩及煤系地层发育［6］，与下侏罗统暗色泥岩组成了柴北缘地区最主要的烃源岩。下侏罗统总体呈NW向展布，面积约为20 671 km2，主要分布在盆地的冷湖—南八仙构造带及其以南地区，具有多个局部沉积中心，即冷西次凹、伊北—昆特依凹陷和红山凹陷；中侏罗统沉积时期的沉积中心整体向北、向东迁移，总体呈NW转近EW向展布，面积为23 300km2，主要分布在潜西、赛什腾凹陷—、鱼卡凹陷、红山凹陷、德令哈等地区；上侏罗统在柴北缘的分布范围总体上在中侏罗统分布的基础上继续向东迁移，具有多个沉积中心，由西向东呈条带状分布，依次为鱼卡、大柴旦、红山及德令哈等凹陷。

1．2 侏罗系烃源岩地球化学特征

1．2．1 烃源岩有机质丰度

本次研究采用了国内常用的陆相生油岩有机质评价标准［7－8］，利用侏罗系露头样品和不同井区钻井取心样品的分析化验资料，对中下侏罗统的烃源岩有机质丰度进行了详细分析，得到了有机碳含量、氯仿沥青“A”含量、总烃含量（HC）及生烃潜力（S1＋S2）等参数指标（表1），经过综合评价发现：

下侏罗统烃源岩有机碳含量平均为1．97%～2．7%。其中好生油岩占68%，中等生油岩占18%，差生油岩占11%，非生油岩占3%，中等以上烃源岩占80%，表明下侏罗统有机质丰度非常高；生烃潜力参数显示，下侏罗统生烃潜力平均达5．79mg／g，为中等生烃潜力。中侏罗统有机碳含量平均为0．58%～2．15%，其中好生油岩占61．27%，中等生油岩占16．76%，差生油岩占8．76%，非生油岩占13．29%；其他指标与下侏罗统烃源岩相差较大，有机质丰度明显较低。

烃源岩有机质丰度各项指标结果表明，中侏罗统中—好烃源岩主要发育在结绿素、鱼卡、绿草山、大煤沟、旺尕秀、花石沟一带；而下侏罗统中—好烃源岩主要分布在冷湖地区以及冷科1井—仙3井一带。

表1 中、下侏罗统露头剖面、钻井泥岩和碳质泥岩有机质丰度平均值统计表

1．2．2 烃源岩有机质成熟度

根据镜质体反射率（Ro）参数的分析，中侏罗统烃源岩仅在潜西地区成熟度较高，其余地区基本都处于未成熟或低成熟的热演化阶段，而下侏罗统烃源岩的Ro变化较大，烃源岩从低熟—成熟—高熟阶段都有分布（图1）。

图1 柴达木盆地北缘赛什腾山前中侏罗统烃源岩实测Ro分布图

根据生物标志化合物甾烷αααC29S／（S＋R）比值和萜烷Ts／Tm比值的统计结果也表明，柴北缘地区位于冷湖三号、冷湖五号地区的下侏罗统烃源岩和红山地区的中侏罗统烃源岩都处在成熟烃源岩的范围。而冷湖四号的下侏罗统烃源岩和鱼卡、大煤沟地区的中侏罗统烃源岩则处在未成熟—低成熟区，与Ro参数评价的热演化程度基本一致（图2）。

图2 侏罗系烃源岩甾烷αααC29S／（S＋R）和萜烷Ts／Tm关系图

1．2．3 烃源岩有机质类型

根据柴北缘侏罗系烃源岩干酪根元素组成、碳同位素特征及有机质显微组分分析结果，下侏罗统干酪根 H／C原子比介于0．3～1．3，O／C原子比介于0．05～0．25，碳同位素值δ13C分布在－30．4‰ ～－24．4‰，油页岩和暗色泥岩含有比较高的类脂组，有机质类型为混合—偏腐殖混合型。中侏罗统烃源岩干酪根 H／C原子比介于0．4～1．5，O／C原子比介于0．24～0．5，碳同位素值δ13C 分 布 在 －31．4‰ ～－24．8‰，碳质泥岩和煤则含有比较高的惰质组和镜质组，有机质类型则主要以混合型为主（图3）。

综合分析，柴北缘中下侏罗统烃源岩有机质类型为混合—偏腐殖混合型。昆特依凹陷有机质类型小范围为混合型，大部分地区为偏腐泥混合型，鱼卡断陷烃源岩有机质类型较好，为偏腐泥混合—混合型。从有机质类型看，中、下侏罗统地层以生气为主，生油为辅。

1．3 有效烃源岩的分布

1．3．1 有效烃源岩平面分布

柴北缘侏罗系钻井和露头烃源岩各项评价参数的分析表明，中下侏罗统烃源岩主要以碳质泥岩、暗色泥岩、页岩、煤等为主［9］，结合中下侏罗统残余地层厚度、沉积相及地震相研究成果，下侏罗统有效烃源岩厚度较大的区域主要分布在以下3个地区（图4）：①冷湖三号—五号，厚度介于300～1 000m；②鄂博梁Ⅰ号以北（鄂博梁凹陷），厚度介于200～600m；③南八仙—冷湖七号南地区（伊北凹陷），厚度介于200～600 m；中侏罗统有效烃源岩厚度较大的区域主要分布在圆顶山—鱼卡、绿草山—大煤沟以及德令哈地区，厚度介于200～400m，最大厚度在德令哈地区，超过了600 m。可见，在柴北缘地区明显存在着冷湖—伊北J1和德令哈J1＋2两大生烃凹陷，其有机碳含量基本大于0．4%，热演化程度大于0．6%，属于有效烃源岩范围。

图3 柴达木盆地北缘下（左）中（右）侏罗统烃源岩IH—IO关系图

图4 柴达木盆地北缘地区侏罗系烃源岩厚度分布图

1．3．2 柴北缘天然气资源量预测

天然气的形成与有机质类型和Ro值的关系非常密切［10－11］，笔者采用下面公式，分别对各个生烃凹陷不同类型的烃源岩有机质进行了单独的资源量计算，然后归入总天然气资源量。

式中Q为生气量；S为气源岩面积，km2；H为气源岩厚度，m；D为气源岩密度，108t／km3，统一取23×108t／km3；C为气源有机碳含量；F为气源岩产气率。

其中气源岩的Ro值必须大于0．5%，累计厚度需大于50m，不同的有机质类型在不同的Ro值决定不同的气源岩产气率（F）。鱼卡—红山断陷烃源岩有机质成熟度较低，类型以偏腐泥混合—混合型为主，生成天然气的能力较弱，并且已经发现的油气聚集区均以原油为主。通过对其他凹陷内天然气资源量汇总后，得到柴北缘地区侏罗系天然气资源总量（表2），其天然气资源量约为4 903．4×108m3，资源潜力巨大。

表2 柴达木盆地北缘油气资源量计算汇总表

2 油气运聚规律

2．1 生储盖组合特征

中下侏罗统烃源岩作为柴北缘油气成藏的主要来源，资源潜力巨大。储层类型包括碎屑岩、碳酸盐岩储层及基岩裂缝型储层3种类型。其中碎屑岩储层分布最广，平面上分布于整个北缘地区，沉积相类型也丰富多样［12］；碳酸盐岩储层主要分布在德令哈地区；基岩裂缝型储层主要分布于马海地区，非均质性强，分布不均。源储配置关系比较简单，有自生自储、下生上储、下生侧上储、源外等几种形式。冷湖三号、鱼卡地区主要发育自生自储源储组合，冷湖四、五号构造以下生上储为主，冷湖五号四高点、冷湖七号构造主要发育下生侧上储源储组合，南八仙、马海、马北构造以源外源储组合为主。

以侏罗系烃源岩为主力的生烃凹陷中，根据不同时代沉积的油气储集层，储盖组合自下而上发育有基岩古潜山、侏罗系、古近系、新近系等4套组合。不同地区发育不同的储盖组合，冷湖三号主要发育下侏罗统储盖组合，冷湖四—五号主要发育古近系储盖组合，冷湖五号四高点—冷湖七号主要发育新近系（N21）储盖组合，马仙凸起发育基岩古潜山、古近系和新近系3套储盖组合，鱼卡地区主要发育侏罗系储盖组合（图5）。

2．2 油气输导体系

油气在地层中的运移是在流体势场的作用下，通过地层中的孔隙空间或裂隙由高势区向低势区流动［13］。基底大断裂控制了柴北缘地区的构造格架、地层展布及构造样式，大断裂则控制了南北成带、东西分块、洼隆相间、上下分层的构造格架的形成［14］。已发现的油气藏分布严格受断裂展布的控制，大部分油气层与生油层系距离比较远，根据已知油气藏油气层与该区主要生烃层的深度统计，最大的垂直距离超过7 000m，最大水平距离达30km。

图5 柴达木盆地北缘地区储盖组合图

结合柴北缘烃源岩分布与已知圈闭的相互匹配关系，使生烃灶和圈闭保持连通的是由断层和渗透性砂体相互连通以及不整合面与断层相互连通构成的复杂连通网络，其中断层起到至关重要的桥梁作用。因此，该区油气运移的主要通道是断层及其派生的裂隙系统，其次是被断层切割与断裂系统连通的渗透性砂体和侏罗系与古近系—新近系之间的区域不整合面。

2．3 油气运移特征

柴北缘地区与烃源岩直接接触的油源断层非常发育，且成群成带分布，这些断层大部分形成于燕山期末（古近—新近系沉积之前），在喜马拉雅期又重新活动［15］。这些断层倾角陡、断面平直、切穿烃源岩和古近—新近系储层，在开启阶段为油气运移提供了良好的垂向通道，使深层侏罗系生成的油气运移至古近系—新近系。另外在古近系—新近系还发育浅层滑脱断层与深层油源断层相连，从而使油气可以继续向浅部运移。古近—新近系油气藏全部分布在深大断裂和浅层滑脱断层的下盘充分验证了这点（图6）。

岩石破裂产生的微裂缝也是油气运移的重要控制因素。E3末期，侏罗系烃源岩在3 800m左右进入生油门限，随着埋深的继续增加，地层温度也逐渐升高，烃源岩内部产生的异常高压使岩石破裂产生地层微裂缝，在断层发育的部位使断层开启，烃源岩中产生的烃类随着流体一起排出，一部分注入邻近岩层的孔隙或裂缝中，一部分注入断层面及其伴生的缝隙中。注入断层空间的流体（油气水）由于断层面及其裂缝系统的高渗流性，流体压力迅速降低，当压力低于油气的饱和压力，发生油气水分异作用，气首先分离出来，接着是油从水中分离，油气呈游离状态继续向上或侧向的低势区运移，当遇到合适的圈闭就会聚集成藏。

构造运动是油气运移的另一个重要驱动力，产生的构造应力不仅使烃源岩产生大量的微裂缝排出流体，而且使断层再次活动，断层面张开并产生更多的构造裂隙，导致烃源岩形成的油气源源不断地通过断层面运移到储集体中，从而在圈闭中聚集成藏［16］。柴北缘在烃源岩成熟（E3晚期）后发生过多次构造运动，主要有晚燕山期、早喜马拉雅期和晚喜马拉雅期构造运动，这几个时期也是柴北缘油气藏主要的形成期。

图6 冷湖—南八仙—马海地区油气藏剖面图

3 结论

1）侏罗系烃源岩平面上分布在冷湖—伊北、德令哈2大主力生烃凹陷，油气资源非常丰富，初步估算天然气资源量近4 903．4×108m3。烃源岩的地球化学特征差异明显，总体上有机质丰度、成熟度较高，有机质类型为混合—偏腐殖混合型。

2）柴北缘地区发育有碎屑岩储层、碳酸盐岩储层以及基岩裂缝型储层3种类型，自下而上发育有基岩古潜山、侏罗系、古近系、新近系等4套组合，有自生自储、下生上储、下生侧上储、源外等4种源储组合。

3）断层、微裂缝彼此互生、伴生，是柴北缘地区烃源岩排烃进而运聚成藏的重要运移通道。构造运动也是柴北缘地区油气运移的重要驱动力，在烃源岩成熟（E3晚期）以后发生过的晚燕山期、早喜马拉雅期和晚喜马拉雅期构造运动，是柴北缘油气藏的主要形成期。

［1］张敏，尹成明，陈琰．柴达木盆地北缘含油气系统与油气勘探方向［J］．沉积学报，2005，23（1）：143－149．ZHANG Min，YIN Chengming，CHEN Yan．Strategy of hydrocarbon exploration in the petroleum system of the Northern Qaidam Basin［J］．Acta Sedimentologica Sinica，2005，23（1）：143－149．

［2］赵彦锋，康珍，凌锦兰，等．柴达木地块北缘牛鼻子梁铜镍硫化物矿床地质特征及成因［J］．地球科学与环境学报，2012，34（4）：12－21．ZHAO Yanfeng，KANG Zhen，LING Jinlan，et al．Geological feature and genesis of Niubiziliang Cu－Ni sulphide deposit in the northern margin of Qaidam block［J］．Journal of Earth Sciences and Environment，2012，34（4）：12－21．

［3］胡受权，曹运江，黄继祥，等．柴达木盆地北缘地区前陆盆地演化及油气勘探目标［J］．天然气工业，1999，19（4）：1－5．HU Shouquan，CAO Yunjiang，HUANG Jixiang，et al．E－volution of the foreland basin and the target for oil and gas exploration in the northern margin area of Chaidamu Basin［J］．Natural Gas Industry，1999，19（4）：1－5．

［4］达江，宋岩，赵孟军，等．前陆盆地冲断推覆作用与烃源岩演化［J］．天然气工业，2007，27（3）：17－19．DA Jiang，SONG Yan，ZHAO Mengjun，et al．Relationship between overthrusting and source rock evolution in foreland basin［J］．Natural Gas Industry，2007，27（3）：17－19．

［5］陈迎宾．柴达木盆地北缘构造发育特征及其对油气成藏的控制［D］．北京：中国地质大学，2010．CHEN Yingbin．Tectonic developmental feature and its control for hydrocarbon accumulation in northern margin of Qaidam Basin［D］．Beijing：China University of Geosciences，2004．

［6］杨永泰，张宝民，席萍，等．柴达木盆地北缘侏罗系展布规律新认识［J］．地层学杂志，2001，25（2）：154－159．YANG Yongtai，ZHANG Baomin，XI Ping，et al．New knowledge about distribution of the Jurassic strata along north margin of Qaidam Basin［J］．Journal of Stratigraphy，2001，25（2）：154－159．

［7］成海燕，李安龙，龚建明．陆相烃源岩评价参数浅析［J］．海洋地质动态，2008，24（2）：6－10．CHENG Haiyan，LI Anlong，GONG Jianming，et al．Brief analysis of evaluation parameters of continental hydrocarbon source rocks［J］．Marine Geology Letters，2008，24（2）：6－10．

［8］郭丽丽，张卫海，吴刚，等．陆相成熟烃源岩区连通砂体对油气运移的控制作用［J］．地球科学与环境学报，2011，33（2）：159－162．GUO Lili，ZHANG Weihai，WU Gang，et al．Control of connected sandbody on oil－gas migration in terrestrial facies mature hydrocarbon source rock［J］．Journal of Earth Sciences and Environment，2011，33（2）：159－162．

［9］刘云田，杨少勇，胡凯，等．柴达木盆地北缘中侏罗统大煤沟组七段烃源岩有机地球化学特征及生烃潜力［J］．高校地质学报，2007，13（4）：703－713．LIU Yuntian，YANG Shaoyong，HU Kai，et al．Organic geochemical features of mudstone source rock from Member 7strata of Middle Jurassic age in the northern margin of Qaidam Basin and its hydrocarbon－generation potential［J］．Geological Journal of China Universities，2007，13（4）：703－713．

［10］黄正吉．中国近海主要含油气盆地烃源岩天然气生成特征［J］．石油与天然气地质，2005，26（4）：422－426．HUANG Zhengji．Characteristics of natural gas generation of source rocks in major petroliferous basins in offshore China［J］．Oil ＆ Gas Geology，2005，26（4）：422－426．

［11］黄正吉．中国近海优质烃源岩的发育特征及古生态标志［J］．中国石油勘探，2012，17（5）：10－16．Huang Zhengji．Growth and paleoecological marker of high－grade source rocks in China marginal seas［J］．China Petroleum Exploration，2012，17（5）：10－16．

［12］马金龙，李凤君，陈淑兰，等．柴达木盆地北缘地区油气聚集规律［J］．大庆石油学院学报，2004，28（4）：3－5．MA Jinlong，LI Fengjun，CHEN Shulan，et al．Law of accumulated oil－gas on the north of Qaidam Basin［J］．Journal of Daqing Petroleum Institute，2004，28（4）：3－5．

［13］雷茂盛．柴达木盆地北缘地区油气运聚特征［J］．大庆石油地质与开发，2004，23（1）：4－6．LEI Maosheng．Features of hydrocarbon migration and accumulation in the northern marginal zone of Qaidam Basin［J］．Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in Daqing，2004，23（1）：4－6．

［14］陈淑兰，罗群．柴达木盆地北缘西段断裂发育特征与油气聚集［J］．天然气工业，2004，24（3）：22－26．CHEN Shulan，LUO Qun．Fault development characteristics and hydrocarbon accumulation in the west section of the northern fringe of Chaidamu Basin［J］．Natural Gas Industry，2004，24（3）：22－26．

［15］马立协，陈新领，张敏，等．柴北缘逆冲带侏罗系油气成藏主控因素分析［J］．中国石油勘探，2006，11（6）：22－25．MA Lixie，CHEN Xinling，ZHANG Min，et al．Analysis on main control factors of Jurassic oil－gas reservoir－forming in thrusting belt in northern margin of Qaidam Basin［J］．China Petroleum Exploration，2006，11（6）：22－25．

［16］曾联波，金之钧，汤良杰，等．柴达木盆地北缘油气分布的构造控制作用［J］．地球科学，2001，26（1）：54－58．ZENG Lianbo，JIN Zhijun，TANG Liangjie，et al．Structural controls of petroleum and gas distribution on northern margin of Qaidam Basin，China［J］．Earth Science，2001，26（1）：54－58．