准噶尔盆地西北缘红车断裂带油气来源与成藏模式

赵爱文，王振奇，李伟强

(长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100)

准噶尔盆地西北缘红车断裂带油气来源与成藏模式

赵爱文，王振奇，李伟强

(长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100)

在远离源岩区的红车断裂带内二叠系及以上地层均有油气显示。依据原油生物标志化合物色谱、色谱-质谱特征及其包含的参数比值信息可将研究区原油分为2类：A类原油源于沙湾凹陷二叠系烃源岩；B类原油为沙湾凹陷二叠系、白垩系与四棵树凹陷侏罗系三者混源。油气主要有2个运移方向：一是沙湾凹陷油气沿红车断裂带向西运移；二是四棵树凹陷油气越过艾卡断裂向北运移。在此基础上，从多元地质条件及其配置关系出发，总结出3种成藏模式：近源侧向砂体-不整合疏导早期成藏模式、远源混向“Z”字型疏导多期成藏模式、远源混向阶梯状疏导晚期成藏模式。

油源对比；成藏模式；红车断裂带；准噶尔盆地

成藏石油与其源岩之间的关系一直是石油地质和地球化学的主要研究内容之一。主要依靠地质和地化证据进行油源对比，确定油气藏中原油的来源。同源油气在有机化学组成上高度相似，而非同源油气则表现出较大差异[1]。但是，油气在生、储、盖、运、聚、散的每一个过程中都会发生复杂变化，尤其是在多套烃源岩多向供烃的情况下，存在多解性，油源对比比较困难[2]。此时，必须运用多种地球化学指标综合分析，才能准确判断油气的来源[3-4]。厘清油气来源之后，以生储盖等静态要素为基础，以油气运聚散等动态过程为主线，总结归纳油气成藏模式[5-6]。

准噶尔盆地为一典型的叠合盆地，不同程度地发育了石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系和古近系等多套烃源岩，具有多个生烃期和多期成藏的特征，不同时期生成的原油相互混合,导致晚期成藏的油源判识十分困难[7-11]。前人对准噶尔盆地红车断裂带地区油源和成藏模式进行了大量的研究，取得了一些共识：红车断裂带内深层油气来源于二叠系烃源岩，浅层新近系原油与侏罗系烃源岩存在关系。但也存在较大争议，争论的焦点主要集中在研究区原油究竟是二叠系和古近系油源的混源，还是二叠系和侏罗系油源的混源[12-15]。本次研究结果表明，古近系烃源岩目前对红车断裂带并没有贡献，二叠系和侏罗系为区内主力供烃源岩，除此之外，白垩系烃源岩对区内油气也有一定贡献，且白垩系烃源岩目前仍处于生排烃高峰期。

1 区域地质概况

红车断裂带(红山嘴—车排子断裂带)位于准噶尔盆地西北缘，近南北走向，西与车排子凸起接壤，东邻沙湾凹陷，南以四棵树凹陷为界，北与克百断裂带相接，是准噶尔盆地中最富集的油气聚集区之一 (图1)。 从三叠纪开始至今， 红车断裂带经历了3期性质不同的构造运动：三叠纪至白垩纪之前的收缩构造运动(受近北东—南西向强烈的持续挤压作用，三叠纪发育断裂活动强烈的同生逆断裂，侏罗纪持续挤压作用继续进行，但强度明显减弱)、白垩纪收缩运动和伸展运动并存、古近纪开始至今的伸展构造运动，所以新生代发育了2期不同活动强度的后生正断裂。

研究区油气主要来源于相邻的四棵树凹陷和沙湾凹陷，这两大生油凹陷内主要有二叠系、侏罗系以及白垩系3套烃源岩(表1)， 可为本区提供充足的油源。沙湾凹陷二叠系烃源岩生排烃时期较早，其中风城组为二叠纪—晚三叠世，乌尔禾组为晚二叠世末—白垩纪末；白垩系烃源岩生排烃时间较晚，从古近系开始生排烃并持续至今。四棵树凹陷侏罗系烃源岩从白垩纪进入生烃门限，现今仍处于生油高峰期。

图1 红车断裂带位置

表1 烃源岩综合评价

Tab.1 Comprehensive evaluation of hydrocarbon source rocks

系组丰度类型成熟度评价结果白垩系吐谷鲁群中等偏差Ⅰ—Ⅱ1未熟—低熟生烃能力较低西山窑组非—较差Ⅱ2—Ⅲ成熟生烃能力较低侏罗系三工河组较好Ⅱ2成熟生烃能力中等八道湾组非—较差Ⅱ2—Ⅲ成熟生烃能力中等二叠系乌尔禾组较好Ⅲ成熟—高熟生烃能力较大风城组好Ⅰ—Ⅱ1成熟—高熟生烃能力大

2 油气分布及来源

红车断裂带内原油地球化学特征差异明显，依据差异可将区内原油分为2类。

A类原油主要分布在红车断裂带下盘斜坡带及断裂带内，如车92、车64、车28井等，层位上主要见于J、K两个层系。从物性特征来看，A类原油密度为947.5～964.7 kg/m3，黏度143.0～505.8 mPa·s，凝固点为-12.3～4.0 ℃，属于高密度、高黏度、高凝固点的稠油。其成因主要为古油藏遭破坏后发生分馏作用导致轻组分散失而变稠，另外，正烷烃峰的缺失、C25-降藿烷的出现表明可能曾遭受生物降解。

该类原油C29甾烷20S/(20S+20R)、ββ/(αα+ββ)质量分数比值分布于0.42～0.48、0.48～0.54，平均0.45、0.51，为成熟度较高的原油(表2)。三环萜烷含量较高，TT/C30H质量分数比值1.25～3.10，平均值为1.92，其中以C21丰度最高，C20和C22次之，C19丰度极低；C24四环萜烷含量低，TeC24/TTC26质量分数比值0.47～0.77，平均值仅0.55(表3)，αααRC27、C28、C29甾烷分布呈“∕”型，指示其有机质来源以高等植物输入为主。

姥植比较低，β-胡萝卜烷含量较高，伽马蜡烷丰度较高(γ-蜡烷指数分布在0.14～0.23，平均值为0.16)；霍烷系列化合物以C30H为主峰，其次为C29H，而C29Ts、C30重排霍烷及C27、C28、C29重排甾烷系列化合物含量极低，为典型的微咸水偏还原的湖相沉积环境。

从指示沉积环境、母质来源等各类标志化合物特征来看，A类原油与沙湾凹陷二叠系风城组暗色泥岩具有很好的亲缘关系(图2)。

B类原油主要分布在红车断裂带与车排子凸起接壤处，主要见于N1s组。从物性特征上来看，B类原油密度783.6～913.6 kg/m3，黏度为1.93～57.45 mPa·s， 凝固点一般-6～18 ℃， 为轻质油。此类原油正构烷烃分布完整，以C17/C18为主峰碳的前峰型。

表2 A类原油样品的饱和烃生物标志化合物参数

表3 A类原油样品的饱和烃甾烷和萜烷生物标志化合物成熟度参数

图2 A类原油与二叠系泥岩生物标志化合物分布特征对比

该原油C29甾烷20S/(20S+20R)、ββ/(αα+ββ)质量分数比值分布为0.35～0.50、0.35～0.47，平均0.44、0.45，为成熟原油(表4)。三环萜烷含量低，TT/C30H质量分数比值介于0.36～0.50，平均0.45(表5)，其中C19、C20、C21丰度依次降低，αααRC27、C28、C29甾烷分布呈“V”型，表明高等植物和水生生物对有机质来源有相当量的贡献，为混合来源。

姥植比较低，不含β-胡萝卜烷，伽马蜡烷丰度较高(γ-蜡烷指数为0.16～0.22，平均0.20)，霍烷系列化合物以C30H为主峰，其次为C29H，而C29Ts、C30重排霍烷及C27、C28、C29重排甾烷系列化合物含量极低(图3)，显示其原油源于微咸水偏氧化的湖相沉积环境。

B类原油来源：C19TT、C20TT、C21TT丰度依次降低，呈侏罗系原油特征。Pr/Ph较低，伽马蜡烷丰度高且与C31αβ(R型)相当，C27、C28、C29αααR规则甾烷呈“V”型，有白垩与二叠系混合原油特征。可得B类原油为二叠系、白垩系和侏罗系三者混源油。

表4 B类原油样品的饱和烃生物标志化合物参数

表5 B类原油样品的饱和烃甾烷和萜烷生物标志化合物成熟度参数

图3 B类原油与侏罗系、白垩系泥岩生物标志化合物分布特征对比

3 油气运移条件

对研究区而言，不整合面、断裂及砂体组成了三维网状输导体系。其中广泛发育的多个不整合面是最主要的油气侧向运移通道，红车断裂带大规模发育的断裂体系是油气垂向运移的主要通道，在油气短距离运移过程中砂体在其中起一定作用。根据运移通道在空间上的组合以及相对于成熟烃源区的运移距离和方向，可以把油气的二次运移划分为3种类型：侧向运移、垂向运移和阶梯状运移。储、盖地层岩性的变化、断层的切割和活动必然造成运移通道不断变化并形成复杂的运移路径。因此，单纯的侧向运移和垂向运移均不多见，最常见的是阶梯状运移，本区油气运移通道的组合方式即为阶梯状运移。

自二叠系沉积以来，本区长期处于西高东低的构造格局，成为沙湾凹陷生成的油气运移的有利指向区。沙湾凹陷生成的油气主要沿不整合面运移至红车断裂。红车断裂带中贯穿二叠系与侏罗系的逆断裂，是油气垂向运移进入三叠系、侏罗系以及白垩系底部圈闭的最主要通道，而新构造运动以来广泛发育的正断裂又是油气运聚至白垩系吐谷鲁群以上地层有利圈闭中的主要通道(图4)。

新近纪以来，一直受喜山期新构造活动的影响，盆地区域性向南掀斜，且相对白垩纪、古近纪掀斜程度有明显加强,车排子凸起发生改造调整,最终消亡,侏罗系—第四系构成一简单的南倾斜坡[16]。此时，四棵树凹陷侏罗系烃源岩生成油气越过艾卡断裂向北运移，不整合和渗透性砂体是油气侧向运移的主要通道，最终油气在超覆尖灭带内圈闭中聚集成藏(图5)。

图4 沙湾凹陷至车排子地区油气运移模式

图5 四棵树凹陷至车排子地区油气运移模式

4 油气成藏模式探讨

油气成藏模式的划分方案有很多。本次研究在对油气来源、运移条件和地质过程分析基础上，根据油源、油气运移距离、输导体系类型、运移方向等特征，将研究区的成藏模式分为以下3种：近源侧向砂体-不整合疏导成藏模式、远源混向“Z”字型疏导多期成藏模式、远源混向阶梯状疏导晚期成藏模式。

(1)近源侧向砂体-不整合疏导早期成藏模式

在成藏过程中油气只进行侧向运移，运移路线在剖面上呈“一”字型，故简称“一”字型疏导成藏模式。该模式主要发育在二叠系,由二叠系烃源岩排出的油气沿砂体不整合面向斜坡带上方运移，直至断裂带，地层上倾方向被断裂封堵，使油气聚集成为断层-地层型油气藏。油藏多为一次成藏。该模式均发育在断裂下盘，断裂与凹陷之间的斜坡地带(图6)。

近源侧向砂体—不整合疏导早期成藏模式成藏期多在油气排烃早期，为原生油气藏，随着断裂的多期活动，这些油气沿断裂纵向运移，在上部地层重新聚集成藏，该模式所形成的油气藏保存条件差，发现较少。

(2)远源单向“Z”字型疏导多期成藏模式

远源混向“Z”字型疏导多期成藏模式简称“Z”字型疏导成藏模式，主要发育在断裂带三叠系及以上地层中。该模式中油气沿砂体—断层—不整合面在空间上组成的“Z”字形通道运移，由红车断裂下盘的生油区进入上盘的圈闭中，既有侧向运移，也有纵向运移，是研究区最发育的一种模式。“Z”字型成藏模式是断裂带中的主要成藏类型，断裂在油气疏导中起控制作用，油气沿断裂垂向运移进入上部地层后沿不整合面及物性较好的砂体进行侧向分配，进入断层遮挡或岩性尖灭体聚集成藏，油藏多为断块或断块-岩性型油气藏。该成藏模式受构造运动影响明显，多发育于断裂带，斜坡带发育较少，具有多期成藏的特点(图6)。

(3)远源混向阶梯状疏导晚期成藏模式

远源混向阶梯状疏导晚期成藏模式简称“多”字型疏导成藏模式，主要发育于断裂带至超覆尖灭带，油源来自二叠系烃源岩排烃或先期油气藏的破坏，以及后期侏罗系和白垩系原油的充注，具有次生油气藏的特点。砂体、断裂以及不整合是模式中油气运移的主要通道，油气沿断裂—不整合(砂体)—断裂逐级向上运移，呈阶梯状，在空间上组成“多”字型。该种成藏模式油气运移路径远，断裂和不整合在其成藏过程中起重要作用，油气沿断裂进入不整合后发生长距离侧向运移，多数油气聚集在不整合相关的圈闭中，油藏类型主要有：断块型、断层-岩性型、断层-岩性-不整合面型。许多远距离油气藏由于埋藏浅、构造部位高、保存条件差、轻组分散失而形成稠油油藏(图6)。

图6 红车断裂带油气成藏模式

5 结 语

红车断裂带存在2类原油。A类原油来源于沙湾凹陷二叠系烃源岩，主要分布在断裂带下盘；其成藏模式有2种：近源侧向砂体-不整合疏导早期成藏模式(“一”字型成藏模式)和远源单向“Z”字型疏导多期成藏模式(“Z”字型成藏模式)。B类原油为混源油，早期二叠系充注，晚期侏罗系和白垩系充注，其中白垩系原油占优势，其次为二叠系原油，侏罗系原油含量较低。其成藏模式为远源混向阶梯状疏导晚期成藏模式(“多”字型成藏模式)。目前，侏罗系与白垩系原油均处于生排烃高峰期，尤其是白垩系烃源岩，红车断裂带位于其油气运移的优势方向上。

[1] 任拥军,卢宁宁,邱隆伟.大王北洼陷精细油源对比[J].吉林大学学报:地球科学版,2010，40(4):921-931. REN Yong-jun,LU Ning-ning,QIU Long-wei.Oil-source rock correlation in Dawangbei Sag[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2010,40(4):921-931.

[2] Peters K E,Moldowan J M.The Biomarker Guide:Interpreting Molecular Fossils in Petroleum and Ancient Sediments[M].New Jersey:Prentice Hall,Englewood Cliffs,1993.

[3] Seifert W K.Sterans and terpanes in kerogen pyrolysis for correlation of oils and source rocks[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1978,42:473-484.

[4] 史建南,邹华耀.准噶尔盆地车排子凸起隐蔽油气藏成藏机理[J].西安石油大学学报:自然科学版,2009,24(2):26-30. SHI Jian-nan,ZOU Hua-yao.Study on the formation mechanism of the subtle oil/gas reservoirs in Chepaizi uplift,Junggar Basin[J].Journal of Xi'an Shiyou University:Natural Science Edition,2009,24(2):26-30.

[5] 林小云,覃军,聂婉,等.准噶尔盆地南缘卡因迪克地区油气成藏模式研究[J].石油实验地质,2014,36(3):304-309. LIN Xiao-yun,QIN Jun,NIE Wan,et al.Hydrocarbon accumulation pattern of Kayindike region in southern Junggar Basin[J].Petroleum Geology and Experiment,2014,36(3):304-309.

[6] 宋永东，戴俊生，吴孔友.准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带构造特征与油气成藏模式[J].西安石油大学学报:自然科学版,2009,24(3):17-20. SONG Yong-dong,DAI Jun-sheng,WU Kong-you.Study on the structural features and hydrocarbon accumulation modes of Wuxia fault belt in the northwest margin of Junggar Basin[J].Journal of Xi'an Shiyou University:Natural Science Edition,2009,24(3):17-20.

[7] 张达景,刘金侠,邵志兵,等.西部新勘探区油气资源勘探潜力评价[J].石油与天然气地质,2005,26(5):605-612. ZHANG Da-jing,LIU Jin-xia,SHAO Zhi-bing,et al.Evaluation of oil/gas exploration potentials in SINOPEC’s frontiers in west China[J].Oil and Gas Geology,2005,26(5):605-612.

[8] 王传刚,王铁冠,陈建平,等.对准噶尔盆地东部彩南油田侏罗系油藏原油族(组)群类型的认识[J].石油实验地质,2003,25(4):183-189. WANG Chuan-gang,WANG Tie-guan,CHEN Jian-ping,et al.Recognition of crude oil types in the Jurassic reservoirs of Cainan Oilfield,the East Junggar Basin[J].Petroleum Geology and Experiment,2003,25(4)：183-189.

[9] 李丕龙.准噶尔盆地石油地质特征与大油气田勘探方向[J].石油学报,2005,26(6):7-9. LI Pi-long.Petroleum geological characteristics and exploration orientation of large oilfields in Junggar Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2005,26(6):7-9.

[10] 张义杰,柳广弟.准噶尔盆地复合油气系统特征、演化与油气勘探方向[J].石油勘探与开发,2002,29(1):36-38. ZHANG Yi-jie,LIU Guang-di.Characteristics and evolution of composite petroleum systems and the exploration strategy in Junggar Basin,northwest China[J].Petroleum Exploration and Development,2002,29(1):36-38.

[11] 张闻林,张哨楠,王世谦.准噶尔盆地南缘西部地区原油地球化学特征及油源对比[J].成都理工大学学报：自然科学版,2003,30(4):374-377. ZHANG Wen-lin,ZHANG Shao-nan,WANG Shi-qian.Geochemical characteristics of oil and correlation of oil to Resource rock in the southern edge of Junggar Basin[J].Journal of Chengdu University of Technology：Science and Technology Edition，2003,30(4):374-377.

[12] 郭春清,沈忠民,张林晔，等.准噶尔盆地南缘烃源岩生源特征及原油分类[J].成都理工大学学报：自然科学版,2005,32(3):257-262. GUO Chun-qing,SHEN Zhong-min,ZHANG Lin-ye,et al.Biogenic origin characteristics of hydrocarbon source rocks and classification of oils in the south part of Junggar Basin,China[J].Journal of Chengdu University of Technology：Science and Technology Edition，2005,32(3):257-262.

[13] 尹伟,郑和荣,孟闲龙，等.准噶尔盆地中部原油地球化学特征[J].石油与天然气地质,2005,26(4):461-472. YIN Wei,ZHENG He-rong,MENG Xian-long,et al.Geochemical behaviors of crude oils in central Junggar Basin[J].Oil and Gas Geology,2005,26(4):461-472.

[14] 刘洛夫，孟江辉，王维斌，等.准噶尔盆地西北缘车排子凸起上、下层系原油的地球化学特征差异及其意义[J].吉林大学学报:地球科学版,2011,41(2):377-390. LIU Luo-fu,MENG Jiang-hui,WANG Wei-bin,et al.Differences in geochemical characteristics of oils trapped in the upper ang the lower series of strata of Chepaizi Uplift along northwest margin of Junggar Basin and their significances[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2011,41(2):377-390.

[15] 史建南.准噶尔盆地排2井区油气成藏机理[J].吉林大学学报:地球科学版,2007,37(3):531-534. SHI Jian-nan.Hydrocarbon accumulation mechanism in Pai 2 well section,Junggar Basin[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2007,37(3):531-534.

[16] 何登发,陈新发,况军，等.准噶尔盆地车排子-莫索湾古隆起的形成演化与成因机制[J].地学前缘,2008,15(4):42-55. HE Deng-fa,CHEN Xin-fa,KUANG Jun,et al.Development and genetic mechanism of Chepaizi-Mosuowan uplift in Junggar Basin[J].Earth Science Frontiers,2008,15(4):42-55.

责任编辑：王 辉

2015-04-29

国家科技重大专项“西非重点区深水碎屑岩高精度层序地层研究与储层精细评价”(编号：2011ZX05030-003-001)；国家自然科学基金青年科学基金项目“黄骅坳陷孔南地区枣III界面的构造属性及其地质意义”(编号：41402111)

赵爱文(1991-)，女，硕士研究生，主要从事石油地质方面的研究。E-mail：18062796417@163.com

王振奇(1963-)，男，教授，博士生导师，主要从事油气成藏动力学和油气储层综合评价研究。 E-mail:wzq@yangtzeu.edu.cn

1673-064X(2015)05-0016-07

TE122.1

A