河套盆地临河坳陷吉兰泰地区基岩裂隙含油特征及评价

杨 雪，雷 越，张金川

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.国土资源部页岩气资源战略评价重点实验室，北京 100083)

0 引 言

基岩油藏为非沉积储层形成的油藏，是中国重要的油气勘探领域之一。自20世纪50年代起，基岩油藏的勘探开发获得重要突破，在酒西盆地、冀中坳陷、辽河坳陷等众多构造单元中先后发现了太古界，元古界长城系、蓟县系，古生代寒武系、二叠系，中生代三叠系、白垩系等基岩油气藏[1]，其岩石储集类型主要为变质岩与岩浆岩，储集空间多以裂缝、溶蚀孔隙为主。

按照油气田所处的位置，将基岩油气藏分为潜山顶部基岩油气藏和潜山内幕型基岩油气藏，研究区吉兰泰潜山太古宇变质岩裂隙油藏是断裂控制形成的潜山顶部基岩油藏。基岩储集层油气成藏规律显示，基岩上下相邻烃源岩生烃潜力大，Ⅰ级、Ⅱ级断裂为油气输导提供通道[2-3]，裂缝形成的优质储集空间与致密泥页岩盖层的配套作用，使得吉兰泰潜山带形成一个潜力较大的基岩油藏[4-5]。勘探区以古近系、白垩系地层为目的层，通过钻探JH2X井发现了一个临河坳陷埋藏浅、油层厚度大的富集油藏，这是河套盆地勘探历经40余年后，再次获得的重大突破[6-8]。对基岩裂隙油藏特征进行深入研究，以期为该区基岩储集层油藏的下一步勘探提供依据。

1 构造背景

河套盆地位于伊盟隆起与阴山之间，是在前寒武纪变质岩基底上发育起来的新生代断陷盆地。盆地自西向东可划分出5个一级构造单元，按照主要断裂进行隔断，分别为临河坳陷、乌拉山隆起、乌前坳陷、包头隆起和呼和坳陷(图1)，临河坳陷是盆地内主要的沉积坳陷和含油气区。临河坳陷面积为2.24×104km2，占河套盆地总面积1/2以上，东北方向长320 km，西北方向宽70 km。依据研究区不同区块的地质特征，临河坳陷可以细分为吉西凸起、吉兰泰浅凹、吉东斜坡、北部深凹陷、南部断阶、东部斜坡6个二级构造单元，地层由老至新依次为下白垩统固阳组、上白垩统毕克齐组、始新统乌拉特组、渐新统临河组、中新统五原组、上新统乌兰图组和第四系河套群(图2)，主要发育于陆相湖泊沉积环境[9]。此次研究主要以吉兰泰浅凹的造山带为目标区，以下白垩统固阳组和渐新统临河组为目标地层，进行基岩裂隙的含油性及油源特征的研究工作。

图1 临河坳陷构造单元划分及基岩位置剖面

河套盆地整体上是一个不均衡的内陆盆地，在地质历史时期经历了三叠纪—侏罗纪隆起阶段、早白垩世拱张断陷阶段[10]，在此期间形成的3条主断裂控制临河坳陷，3条主断裂带均为弧形断裂，自北向南依次为狼山断裂、杭五断裂和黄河断裂(图3a)。

地震数据显示，狼山断裂和杭五断裂均为断穿基底的正断层，形成北部深凹陷和吉兰泰浅凹的盆地构造[11]，前期勘探已显示出北部深凹陷良好的含油气性，依据断层有利带推测油气富集区[12-14]，认为吉兰泰浅凹可能是盆地南部的油气聚集有利区。在杭五断裂延伸尾部形成的磴口隆起是南部吉兰泰浅凹与临河北部深凹的分水岭，其中，吉兰泰潜山带处于磴口隆起西部的最高部位，是临河坳陷南部油气运移的有利指向区。

图2 河套盆地地层综合柱状图

从构造上来看，潜山带东侧发育了多条北东向断层，在岩层致密情况下，有利于沟通深部固阳组和临河组2套油源，并通过断面与潜山对接，联合向潜山提供油气，有利于形成河套盆地吉兰泰潜山油气藏。

图3 吉兰泰潜山断裂分布与油藏模式

2 基岩储集层形成条件

临河坳陷的油气主要富集在盆地北部[15]，生储盖特征与柴达木盆地相似。其生烃中心位于北部深凹，主要生烃目的层系是下白垩统固阳组和渐新统临河组，能为凹陷内储层提供大量油气来源。北部凹陷深层岩石并未完全被压实，具有良好的孔渗性，而浅层第四系、上新统、中新统多套泥页岩致密，可作为研究区封闭性较好的盖层[16]，整体上形成了临河坳陷的优势含油地层。而吉兰泰潜山带具有大量基岩裂隙，储层孔渗较好，断层的发育为油气的运移提供了有利通道，因此，生储盖的有利组合为吉兰泰潜山地区基岩储油层的形成提供了相当有利的条件。近年来在第四系河套群发现生物气，但未获得工业气流[17]。

潜山带基岩主要岩石类型为片麻岩，岩层多呈似层状、互层状产出(图3b)，接触界限多为过渡渐变型，表现为较强的混合岩化作用。斜长片麻岩主要由斜长石、角闪石、石英及磁铁矿组成，其中，长石、石英、磁铁矿具拉长定向排列，角闪石蚀变，发生绿泥石化、黑云母化；角闪片麻岩多由粒状矿物碱性长石、斜长石、石英，片状矿物黑云母，柱状矿物角闪石、帘石间杂排列形成片麻状构造，多呈粒状或鳞片状变晶结构分布；钾长片麻岩主要由碱性长石，部分石英，少量绿帘石、黑云母组成，暗色矿物较集中，常见无定向裂隙，破碎裂缝和溶蚀孔隙被方解石充填，帘石在局部的碎裂性裂缝中较为富集，粒状矿物碱性长石具包含变晶结构。研究区4口参数井的样品薄片鉴定和X衍射全岩分析表明，临河坳陷基岩矿物主要成分为石英、斜长石、黏土矿物、方解石、铁白云石等，石英平均含量约为23%，斜长石平均含量为20%，黏土矿物含量为14%，钾长石平均含量为4%，方解石平均含量为7%，个别样品可见呈条带状充填的黄铁矿颗粒，少量样品偶见角闪石。

裂缝储层是吉兰泰基岩储集层油藏形成的主控因素，未完全充填的裂缝主要包括构造缝、解理缝和溶蚀缝[18]，其中，基岩储集空间中构造裂缝较为发育，裂缝发育程度分布不均，宽窄不一，宽缝的缝宽多为0.35～1.30 mm，窄缝的缝宽多为0.03～0.04 mm，且大多为斜缝，直立缝次之，构造角砾岩带发育较好，局部可见溶蚀晶洞以及破碎粒间孔隙。从JHZK7井的岩心数据可知，基岩的片麻岩、浅粒岩中均发育构造裂缝，测试中帘石化黑云钾长片麻岩显示出浅黄绿色、浅黄褐色暗光的荧光，发育多条构造裂缝；浅粒岩显示出浅黄褐、浅褐色暗光的荧光，发育一条主要构造裂缝，裂缝内见大量有机质充填，这对改善储集性能有重要意义，有利于原油储存。

钻探结果显示，吉兰泰浅凹3口探井中JHZK2和JHZK7井均获得工业油流，证明吉西凸起带基底乌拉山群变质岩系发育的基岩裂隙具有良好的储油能力。在原始基质孔隙的基础上，太古界的片麻岩基岩经过风化淋滤，局部沿裂缝面发育大面积的溶蚀缝洞，油气在缝隙中聚集。临河坳陷基岩油藏受构造的控制比较明显，可以推断整个区域内的基岩可能都具有储油能力，但由于整体构造情况复杂，基岩裂隙发育情况不一，坳陷内基岩是否大面积含油、是否存在工业油流，以及整个区域内基岩裂隙的油气储量皆需要进行更深入的勘探。

3 烃源岩特征及原油来源

3.1 烃源岩特征

临河坳陷发育渐新统临河组和下白垩统固阳组2套烃源岩。固阳组既是主力烃源岩，也是坳陷内第一套沉积盖层，与下伏太古界乌拉山群变质结晶基底以角度不整合接触；临河组整体上为一套高丰度有机质烃源岩，与下伏乌拉特组整合接触，是临河坳陷的主要的烃源岩层段。整体来看，2套烃源岩层段均发育在水体较深的中部，上下浅水沉积主要发育对应储层。

固阳组的暗色泥岩是重要烃源岩段。早白垩世时期，河套地区的构造格局从隆起转为沉降，逐渐与鄂尔多斯古湖连成一体，形成湖相沉积，至晚白垩世时期，湖水退却，湖盆逐渐消失[19-20]，在吉兰泰地区形成了有机质丰度高的下白垩统烃源岩，TOC平均值达到2.40%，最大值超过3.50%，生烃潜量平均值超过10.00 mg/g，烃源岩处在低成熟阶段，有机质类型以Ⅱ1型干酪根为主(图4a)，在临河坳陷内分布较广，厚度为500～2 000 m；按照沉积旋回和岩性特征可将固阳组暗色泥岩细分为3段，纵向上从上到下具有“棕红—黑灰—棕红”的颜色特征，即对应湖盆沉降初期的充填式堆积、快速湖侵之后的整体稳定沉降和湖盆回返上升3个阶段。此外，松5井下白垩统钻探揭示一套160 m的含灰质的暗色泥岩段，推测往凹槽区暗色泥岩会更发育。

图4 临河坳陷烃源岩有机质类型

渐新世时期是河套断陷初始发展阶段。在此期间，阴山山前断裂形成阴山山脉整体抬升，河套盆地发生断陷[21]，盆地的沉降中心位于临河坳陷，整体上形成了临河组的高丰度有机质烃源岩。河套盆地临河坳陷临河组TOC平均为1.41%，氯仿沥青“A”含量为0.322 6%，生烃潜量为8.16 mg/g，有机质类型以Ⅱ1—Ⅱ2型为主(图4b，Tmax为最大热解温度，HI为氢指数)，属于好烃源岩，在坳陷内广泛发育，平均分布厚度可达到800～1 200 m，最厚达到2 250 m。按照岩性旋回特征，纵向上从下到上具有“粗粒—细粒—粗粒”的粒度特征。临三段为棕褐色泥岩、浅棕色粉砂岩和浅棕色细砂岩，厚度一般为350～450 m，相较其上的临二段，临三段岩性粒度较粗、颜色偏红；临二段以灰色、深灰色、灰黑色的泥岩为主，夹带少量浅灰色细砂岩，分布厚度约为270～470 m，属于湖盆稳定下沉阶段的沉积，是临河组甚至整个新生界的主力烃源岩层段；临一段整体以棕红色、灰黄—灰绿色的砂泥岩互层为主，厚度一般为100～200 m，砂岩含量较临二段明显增加，但其泥岩有机质含量高，也是河套盆地临河坳陷临河组主要的烃源岩层段。

3.2 原油来源分析

利用正构烷烃生物标志化合物分析参数，结合原油组成和碳同位素组成特征[22]，分析坳陷内基岩油气来源及其成因类型。

JH2X井临河组原油Pr/Ph为0.26，姥植比低，伽马蜡烷/C30藿烷为2.02，伽马蜡烷含量高，∑nC21-/∑nC22+为0.29～0.84，平均为0.58；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)为0.84～2.33，平均为1.76；Pr/nC17、Ph/nC18平均值分别为1.00和2.95；重排甾烷含量很低，C29ααα20S/(20S+20R)值和C29αββ/(αββ+ααα)值分别为 0.41 和 0.39，成熟度高于松5井临河组原油，判定为成熟原油；地球化学指标与松探1井固阳组相近，与松 5 井临河组存在较大差异(图5a—c)，因此，认为原油来自固阳组。

图5 临河坳陷不同类型原油及烃源岩质量色谱

JHZK2井原油与JH2X 井原油、松5井固阳组烃源岩的生物标志化合物特征相似，甾烷以规则甾烷为主，重排甾烷含量很低，C29ααα20S/(20S+20R)值和C29αββ/(αββ+ααα)值均为 0.42，为成熟原油(图5c、d)，说明原油来自固阳组。其他相关参数：Pr/Ph为0.21，姥植比低，∑nC21-/∑nC22+平均值为0.68；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)平均值为1.34；Pr/nC17、Ph/nC18平均值分别为0.90和1.94。整体上原油饱和烃气相色谱特征表明原油母质的正构烷烃分布完整，异构烃和环烷烃含量丰富，正构烷烃碳数主要分布在nC10—nC38，主峰碳为nC22，主峰碳数高，谱图基线隆起，色谱峰表现为中部及后部高峰型，且具有明显的偶碳优势和明显的植烷优势，表明原始母质来源于低等水生生物，其母源较好，形成于强还原且高盐度的湖泊环境，符合下白垩统烃源岩特征。结合烃源岩厚度、油源距离及断裂走向，认为吉兰泰潜山带太古宇变质岩储层中原油来自北部洼槽下白垩统固阳组烃源岩。

目前，在全球范围内发现的绝大多数基岩储集层油藏的上覆地层均为湖泛期泥岩，既可作为生油岩，为下伏基岩裂隙提供油气来源，也可以作为良好盖层，防止基岩裂隙油气藏发生逸散。吉兰泰坳陷的基岩上覆层为下白垩统固阳组地层，如前文所述，是一套在高盐环境下形成的湖相烃源岩，其既为下伏基岩裂隙储集层提供油气来源，而且因其顶部孔隙被含硫酸盐的咸水渗透淋滤，被石膏和方解石胶结充填，故也可作为盖层覆盖在基岩裂隙之上，大幅提高了基岩裂隙储层的油气保存能力。

4 基岩油藏特征及有利区识别

吉兰泰基岩凸起带裂隙型油藏的形成位置较为特殊，位于吉西凸起带北部邻近深凹陷处，构造上与JH2X 断背斜毗连，是一个北西抬升、南东倾斜的基岩单斜区，由于受早白垩世、古近纪时期巴彦乌拉山—狼山南段和北段走滑拉分作用强度差异的影响，临河坳陷东北部形成深凹槽，西南部形成浅凹槽，湖盆发育，为有利生烃区。潜山基岩油藏的油源来自临河坳陷下白垩统固阳组，属于高盐强还原环境下形成的优质烃源母岩，分布广、厚度大，而构造带紧邻有利生烃区，油气运移距离近，属于源内或源边断裂垂向-储层侧向运聚模式。就油气来源而言，阿拉坦断鼻位于吉兰泰潜山东北方向，是受西部的庆格勒图断裂和东部狼山断裂共同控制形成的顺向断鼻圈闭。该构造在剩余重力异常图上也有明显的反映，西北高东南低，形态较完整。东部狼山断裂下降盘浅层为逆牵引鼻状构造，阿拉坦断鼻处于油气运移的有利指向区，狼山断裂沟通深部油源，通过反向断层、不整合面等通道运移，联合向圈闭提供油气。

目前，临河坳陷落实了吉兰泰潜山带、吉兰泰东翼逆牵引构造带、磴口北构造带、杭五断垒带等4个有利构造带(图6)，发育有潜山、构造和岩性等多种圈闭类型[23]。由于临河坳陷整个大区域受狼山断裂和庆格勒图断裂控制，2条断裂夹持形成断垒山，形成具有良好构造形态的潜山。潜山接近临河坳陷北部深坳区，有高盐强还原环境形成的固阳组烃源岩提供良好的油气来源，潜山变质岩储层以狼山的二级山前断裂与深洼槽对接。以层状、似层状产出的太古宇片麻变质岩发育裂缝型储集层，为油气提供良好储集空间，并以上层固阳组泥页岩作为良好盖层。整体上几个有利构造带与吉兰泰基岩油藏烃源岩来源一致，油源供给条件好，在相同大地构造背景下形成的潜山构造位置高，受断裂控制具有良好的储集空间及油气疏导，形成临河坳陷潜力较大的基岩含油带，推测其可能具有良好的勘探前景。

图6 临河坳陷烃源岩分布及有利构造带

5 结 论

(1) 临河坳陷吉兰泰地区基岩储集层岩性主要为片麻岩，基岩储层中原油的良好保存，得益于固阳组充足的油气来源、太古宇变质岩孔渗较好的裂隙储集空间、封盖保存能力强的上层固阳组泥岩盖层。断层在提供油气运移通道、增加基岩孔渗性方面起到了至关重要的作用；断层形成了大量发育的裂缝储集空间，这也成为研究区油藏高产稳产的主控因素；固阳组既是为基岩裂隙油气藏提供油气来源的烃源岩，同时也是良好的泥岩盖层。

(2) 白垩纪湖泛期的咸化环境，导致基岩顶部的裂缝及孔隙被石膏和方解石联合胶结与充填，形成了一套致密填隙物带，是良好的基岩“顶封式”盖层，这种广泛分布的储盖组合，使吉兰泰潜山基岩储集层油藏形成高产富集；而与吉兰泰潜山具有相同源储盖特征的临河坳陷的吉兰泰东翼逆牵引构造带、磴口北构造带、杭五断垒带等有利构造带在下一步的勘探开发中具有良好的勘探前景，或可成为河套盆地基岩油藏勘探开发的新目标。