塔里木盆地北部雅克拉地区海相油气成藏特征与运聚过程

韩 强，黄太柱，耿 锋 ，费剑炜，杨喜彦

(1.西北大学 地质学系，西安 710069；2. 中国石化 西北油田分公司 勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011；3.中国石油 青海油田公司 气田开发处，甘肃 敦煌 736200)

雅克拉油气藏是塔里木盆地最早发现的海相油气藏，1984年沙参2井在奥陶系古潜山获得重大油气突破，发现了雅克拉油气藏，揭开了塔里木盆地海相油气大发现的序幕[1-4]。雅克拉地区海相油气藏成熟度较高，油气同源，分布受寒武、奥陶系断垒潜山及其上的中生界披覆背斜、断背斜控制[5-7]。王月蕾等利用流体包裹体系统分析方法厘定雅克拉地区油气成藏期为喜马拉雅中—晚期，具有连续、快速充注的成藏特点[8]。随着勘探开发的不断深入，发现雅克拉地区不同构造、不同层位海相油气原油物理性质变化较大，其变化规律及控制因素尚不明确，无法用上述连续快速成藏来解释。因此，有必要对雅克拉地区海相油气充注及运聚过程进行研究，以期为本区的勘探开发部署提供支撑。

1 地质背景及海相油气特征

1.1 地质背景

研究区位于沙雅隆起北部雅克拉断凸的中西段，南邻哈拉哈塘凹陷，北接库车坳陷(图1b)。雅克拉断凸是南北受轮台、亚南断裂夹持的继承性断块的凸起。断凸主要形成于海西晚期，由于长期隆升，前中生界地层遭受强烈剥蚀，形成了复杂的潜山系统[9]。前中生界古地质图显示雅克拉古潜山是一个北东向展布的向斜，向斜核部为泥盆系和石炭系碎屑岩地层，向北东方向依次发育奥陶系、寒武系、震旦系碳酸盐岩地层，地层依次变老。S4井以东和亚1号断裂带以北地区为前震旦系变质岩发育区(图1b)。 印支期隆起持续隆升，上三叠统地层从西南向北东方向超覆尖灭。燕山—喜马拉雅早期，雅克拉断凸进入快速沉降期，侏罗系—白垩系快速超覆沉积在古生界奥陶系—震旦系碳酸盐岩或前震旦系变质岩之上，全面形成潜山披覆构造圈闭[10]。喜马拉雅晚期，库车前陆盆地不断往南扩展，雅克拉地区开始区域性北倾，成为库车坳陷南斜坡。

雅克拉地区从南向北依次发育轮台断裂、亚2号及亚1号3个断裂构造带，沿3个断裂构造带发育雅克拉、雅东5号(YD1井)、YD1号(S44)，雅东3号、雅东4号和雅东6号等局部构造，其中雅克拉及雅东5号构造均已获得工业油气；YD1号构造的S44井在潜山及中、新生界见到良好的油气显示，但测试未获油气发现；雅东2号、雅东3号和雅东4号目前尚未钻探(图1c)。该区获得油气的层系既有古生界碳酸盐岩潜山，又有潜山之上披覆的碎屑岩(图1a)。雅克拉油气藏分别在白垩系亚格列木组(K1y)、下侏罗统、奥陶系、寒武系及震旦系等层试获工业油气。雅东5号构造(YD1井)在白垩系亚格列木组和下侏罗统砂岩获得工业油气。沙参2和S5井在古近系库姆格列木群底砂岩测井解释出油气层，尚未测试。

图1 塔里木盆地北部雅克拉地区地质构造简图及地层柱状图

1.2 海相油气性质

雅克拉地区各层系整体上具有相似的流体性质。该区多数钻井原油密度在0.781 4～0.829 6 g/cm3，运动黏度分布在1.66～2.42 mm2/s、含硫量在0.09%～0.13%、含蜡量为2.4%～4.29%，按照原油地面分类标准属于低硫、低蜡、低黏度、低凝固点的挥发油和轻质油[11]。但YK18井和YK16井潜山采出原油密度在0.844 2～0.853 3 g/cm3，YD1井侏罗系原油密度为0.889 8 g/cm3。同时，该区油气藏气油比变化范围在900～6 776 m3/t，显示了原油性质变化的复杂性。该区多数原油正构烷烃分布主峰碳为nC15-nC17，奇偶优势不明显，OEP值为1.0左右，油质较轻，以低分子量正构烷烃为主，nC21-/nC22+比值在0.35～4.85，具有高成熟原油特征[12]。原油碳同位素轻，δ13C油值分布于-32.2‰～-30.4‰，Pr/Ph比值整体小于1.6，三环萜烷C21TT/C23TT比值均小于1.0，原油中硫芴含量均达到60%以上，海相原油特征明显，与库车陆相油气原油物理性质及地球化学特征差异明显[13]。

雅克拉凝析气藏天然气组分以烃类气体为主，平均占气体总体积的94.37%；非烃气主要有N2和CO2，其平均含量分别占2.64%和2.99%。烃气中甲烷平均含量达到75%～88.05%，平均84.70%；重烃含量较高，平均9.67%；干燥系数 (C1/C1-5) 介于0.79～0.92之间，平均0.91，为湿气特征[14]。天然气的重烃(乙烷和丙烷)碳同位素主要受生源母质类型的影响，雅克拉海相轻质油气藏的天然气δ13C2<-29‰，δ13C3<-25‰，为油型气，表明其生源母质为Ⅰ型干酪根(腐泥型)[15-16]。从天然气甲烷碳同位素反映的成熟度来看，雅克拉天然气主要为高—过成熟气。天然气δ13C1<δ13C2<δ13C3，呈正序排列，显示天然气为典型的有机成因[17]。

上述资料表明雅克拉原油与天然气的成熟度基本相同，海相油气特征明显。不同钻井原油性质、气油比的变化可能与该区油气多期充注有关。

2 油气多期充注特征及成藏期确定

2.1 储层流体包裹体特征

流体包裹体是矿物结晶生长过程中所捕获的成岩成矿流体组分，可作为原始成矿流体来研究，其包含了油气充注时代流体温度、压力和成分等信息。流体包裹体均一温度—埋藏史投影法已广泛应用于油气成藏研究[18]。为了进一步厘定油气充注时期，本文采集了S5井奥陶系4个流体包裹体样品，YD1井侏罗系和白垩系各2个流体包裹体样品进行分析。

2.1.1 流体包裹体类型

地层中捕获的有机包裹体是油气运聚最直接的证据[19]。雅克拉地区奥陶系碳酸盐岩以粉—细晶白云石为主。其在显微镜下见重结晶自形白云石晶体及雾心状构造白云石晶体，重结晶白云石发生在深埋藏阶段，即晚成岩阶段[20]。裂缝—溶蚀孔洞是该区白云岩的主要储层。储层有机包裹体比较发育，主要附存于白云石、白云岩裂缝、溶蚀孔洞、硅质交代白云石中。白云岩储层中主要检测到单一液相油包裹体、纯气相有机包裹体，还有油—沥青两相等含烃包裹体(图2a-d)。其中，原油—沥青两相油包裹体最为丰富，占有机包裹体总数的75%左右。有机包裹体形状多样，主要有圆球状、长条状和不规则形态。透射光下有机包裹体呈浅褐色、褐色及透明色。

雅克拉地区侏罗系—白垩系碎屑岩储层主要处于中成岩A亚期，显微镜下岩石颗粒之间以线接触为主，次生孔隙发育，可见石英和长石次生加大及微裂隙[21]。碎屑岩储层流体包裹体发育，主要赋存于石英颗粒内愈合裂隙、穿石英颗粒裂纹，石英、长石次生加大边和方解石胶结物中(图2e-l)。在碎屑岩中检测到单一液相油包裹体、油—沥青两相含烃包裹体，其中油—沥青两相含烃包裹体较发育。

2.1.2 流体有机包裹体荧光颜色

有机包裹体荧光颜色从火红色—橙色—黄色—绿色—蓝白色—无色，反映了内在有机质从低成熟到高成熟的热演化趋势。随着有机质成熟度的增高，有机包裹体显微荧光光谱发生蓝移，反之则红移[22]。在研究区潜山白云岩储层中可见发橘红—深黄色、浅黄色和蓝白色荧光的油包裹体及发微弱白色荧光纯气相包裹体，表明有中等成熟—高成熟度的油充注和天然气充注。侏罗系—白垩系碎屑岩中普遍检测到代表成熟的发绿色、黄色荧光油包裹体和代表成熟—高成熟油充注的发黄绿色、蓝白色的油包裹体。此外，潜山和碎屑岩样品中均检测到不发荧光的黑色残留沥青，这表明早期油气遭受了后期氧化降解[23]。

图2 塔里木盆地雅克拉地区典型井有机包裹体显微荧光照片特征

a-b.S5井，奥陶系白云岩样品1，5 389.58 m，沿裂缝充填微晶白云石中见少量发橘红色和蓝白色荧光2期油包裹体，见大量不发荧光沥青；c-d.S5井，奥陶系白云岩样品2，5 407.88 m，溶洞充填细晶白云石晶体裂纹中见大量细小发白色荧光纯气相包裹体；e-f.YD1井，侏罗系砂岩样品1，5 432.37 m，结晶方解石中见发绿色及蓝白色荧光油包裹体；g-h.YD1井侏罗系砂岩样品2，5 432.53 m，沥青充填方解石，见发黄色及蓝色—蓝白色荧光油浸染；i-j.YD1井，白垩系砂岩样品1，5 339.40 m，穿石英颗粒裂纹中见大量发蓝色荧光的油包裹体。k-l.YD1井，白垩系砂岩样品2，5 339.60 m，穿石英颗粒裂纹中见大量发黄色荧光的油包裹体

Fig.2 Photomicrographs of fluid inclusions from different typical wells in Yakela area, Tarim Basin

2.2 油气注入期次确定

2.2.1 流体包裹体均一温度

在有机包裹体荧光观察的基础上，我们对标定的有机包裹体及其同期盐水包裹体进行显微测温。盐水包裹体分期依据有2点原则：一是具有相同产状和相似气/液比的流体包裹体组合[24]；二是对同一产状和不同气/液比包裹体的均一温度按15 ℃间隔分期。S5井奥陶系潜山中检测到2期流体包裹体，液态烃类与气态烃类包裹体为同期产物，第一期油包裹体均一温度在80～95 ℃，同期盐水包裹体均一温度为95～110 ℃；第二期油包裹体均一温度在100～125 ℃，同期盐水包裹体均一温度为110～140 ℃(图3a，d)。YD1井侏罗系检测到了2期流体包裹体：第一期油包裹体均一温度范围65～80 ℃，同期盐水包裹体均一温度为75～100 ℃；第二期油包裹体均一温度在100～115℃，同期盐水包裹体均一温度为105～135℃(图3b，e)。YD1井白垩系检测到一期流体包裹体，油包裹体均一温度在85～115 ℃，同期盐水包裹体均一温度为100～130 ℃(图3c，f)。

2.2.2 油气充注时间

将各期与油、气包裹体相伴生的同期盐水包裹体的均一温度范围投影到单井埋藏史图上(图4)，就可以比较准确地确定该地区的油气成藏时期[25]。S5井奥陶系均一温度投影到埋藏史图上，其对应的地质时期距今45.5～16.5 Ma。YD1井侏罗系2个峰值均一温度对应的地质时期距今分别为22～10 Ma和10～4 Ma。YD1井白垩系碎屑岩均一温度对应的地质时期距今为10～4 Ma。说明雅克拉地区海相轻质—凝析气藏成藏期为喜马拉雅早期和中晚期，以喜马拉雅中晚期为主。喜马拉雅中晚期充注分别对应新近纪吉迪克组沉积期—库车组沉积期，表明该区油气晚期成藏的特点。

3 构造演化及对油气运聚的控制

加里东中晚期满加尔坳陷烃源岩已经开始生烃，为沙雅隆起提供充足的烃源。雅克拉南部的塔河奥陶系油田保留了加里东中—晚期和海西期的油气藏[26]。至燕山期雅克拉才结束古隆起演化开始形成潜伏的古隆起，雅克拉地区圈闭长期缺乏有效盖层，S5井、YD1井潜山岩心普遍见干沥青，加里东中晚期—燕山期属于雅克拉海相油气充注逸散阶段(图5)。只有在喜马拉雅早期侏罗系—白垩系沉积埋深达1 000 m而进入中成岩期，该区有效封盖性能初步建立，至喜马拉雅晚期封盖性能达最佳[26]。喜马拉雅早期到喜马拉雅中晚期，雅克拉地区发生了构造“翘倾”作用，导致了该区海相油气藏的聚集—破坏—调整及再充注成藏的复杂过程。

图3 塔里木盆地雅克拉地区钻井有机包裹体及其同期盐水包裹体均一温度分布

图4 塔里木盆地雅克拉地区典型井埋藏史—均一温度投影法确定其油气充注时期

3.1 喜马拉雅早期古构造格局及油气运聚

喜马拉雅早期，满加尔坳陷烃源岩所生油气难以越过阿克库勒北东向古生界鼻状隆起至雅克拉地区。轮台断裂以南凹陷区寒武系—下奥陶统烃源岩开始成熟生烃，为本区提供的了充足的烃源[27-28]。喜马拉雅早期，由于应力松弛而产生的局部引张作用，使轮台断裂、亚1号断裂沿原有断面下滑，断裂性质发生负反转，呈现为正断层性质[29]。轮台断裂在喜马拉雅早期的活动，为油气向上运移提供了有利通道[30]，南部凹陷区寒武系—下奥陶统烃源岩所生油气沿古生界不整合面向北运移，再沿轮台断裂向上至中、新生界，顺中、新生界不整合面侧向运移至圈闭成藏(图5)。雅克拉地区前中生界不整合面(T50)是雅克拉地区油气横向运移输导的主要不整合面，所发现油气藏多在前中生界不整合面的上下。图6a是前中生界不整合面在新近系吉迪克组沉积期的古构造图，可以看出雅克拉地区喜马拉雅早期呈北高南低的构造格局，油气自轮台断裂运移至前中生界侵蚀面后从南往北运移成藏，雅克拉构造、雅东等构造均能处于喜马拉雅早期油气运移指向区。

3.2 喜马拉雅晚期构造翘倾及油气成藏聚集过程

喜马拉雅晚期轮台断裂以南寒武系—下奥陶统烃源岩有机成熟度快速增高，进入距今最近一次高熟油气的排烃高峰，再次为本区提供了烃源[31]。喜马拉雅晚期，印度板块与欧亚板块发生碰撞，受其影响塔里木板块向北发生陆内俯冲，南天山造山带强烈复活、急剧抬升并向南逆冲推覆。在造山负载作用下，库车坳陷快速沉降，在山前坳陷——库车坳陷中形成了巨厚陆相红色建造，沉积厚度达4 000余m。新生界北厚南薄，前陆岩石圈挠曲形成的前缘隆起已迁移至塔中一带，雅克拉地区逐渐转变为库车坳陷南斜坡[32]。受此影响，雅克拉地区地层发生“翘倾”作用[33-34]，翘倾作用不仅使油气快速充注，也使喜马拉雅早期形成的油气藏发生破坏调整。同时轮台断裂再次活动，S5井以东地区轮台断裂向上均断至康村组—库车组，为南部深部凹陷所生油气向上垂向运移提供了有利输导条件(图5)。

图5 塔里木盆地雅克拉地区海相油气成藏演化剖面剖面位置见图1b。

喜马拉雅晚期康村组—库车组沉积期及现今雅克拉潜山顶面构造形态变化记录了构造“翘倾”作用的过程。库车组沉积之后，该区由北高南低逐渐变为南高北低，使YD1—雅东4号油气藏发生破坏向南调整，雅克拉—YD1井区长期处于油气充注及早期油气调整运移的有利区。雅东6号断裂带处于构造反转的枢纽带，也是油气调整的有利指向区(图6b-d)。

雅克拉地区钻井在潜山、侏罗系碎屑岩及白垩系亚格列木组砂岩岩心中所发现的沥青和包裹体油—沥青两相现象，均说明了油气破坏调整再聚集的过程。另据前人对雅克拉油气地球化学特征方面研究，雅克拉地区白垩系亚格列木组凝析油饱和烃总流子图上UCM峰明显，反映浅层凝析油遭受一定程度的生物降解作用[35]。雅克拉潜山及YD1井侏罗系密度较大的轻质油气是喜马拉雅早期油气的代表，说明在反转过程中非均质强的碳酸盐岩潜山油气藏及侏罗系透镜状砂体油气藏更容易保存，而块状砂体的白垩系油气藏均遭受一定破坏降解。这也是潜山油气藏和侏罗系油气藏油气性质变化的主要原因。

图6 喜马拉雅运动不同阶段雅克拉潜山顶面构造形态变化

4 结论

(1)雅克拉地区海相油气存在多期充注过程，加里东—海西晚期本区因缺乏盖层，导致油气逸散。轻质原油—凝析气藏主要形成于喜马拉雅期。依据流体包裹体划分出主要油气充注期，第一期主要充注成熟油，油包裹体发桔红色或黄色荧光；第二期主要充注高熟油，油包裹体发黄绿色或蓝白色的荧光。奥陶系潜山油气充注时间为45.5～16.5 Ma；碎屑岩充注的地质时期距今分别为22～10 Ma和10～4 Ma。

(2)喜马拉雅晚期库车组沉积(5.332 Ma)之后雅克拉地区发生构造反转，该区前中生界不整合面由东北高、西南低的构造格局逐渐转变为西南高、东北低，海相油气经历了充注—破坏—调整。轮台断裂构造带分布的雅克拉构造、雅东5号处于油气调整的有利区，北西向展布的雅东6号断裂带是构造反转的枢纽带，也是油气调整聚集相对有利目标区。

(3)雅克拉地区海相油气多期充注、多期调整是油气性质横向变化的主要原因，非均质强的潜山圈闭油气藏及侏罗系透镜状砂岩油气藏，在构造反转调整过程中比白垩系块状砂体油气藏保存更好，保留了早期充注的油气藏。