准噶尔盆地油砂地质条件及成藏模式

王启予，黄 涛，田继军，韩长城，刘 磊 ，吝 文

(1.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830047；2.新疆煤田地质局，新疆 乌鲁木齐 830000；3.中国石油勘探开发研究院，河北 廊坊 065007)

0 引 言

油砂油是指从油砂矿中直接开采出来或经过初次提炼出来的高黏度的原油，属于非常规油气[1-2]。世界范围内可供开采的油砂资源量约为103.51×109m3，占世界油气资源可采总量的32%，加拿大、俄罗斯、美国、委内瑞拉等国家的油砂资源丰富[1,3-4]。根据最新一轮结果显示，中国油砂油在200 m以浅埋深的资源量为30.6×108t，可采资源量为18.2×108t。油砂主要分布于准噶尔盆地、柴达木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地及松辽盆地等大型含油气盆地中，其中，准噶尔盆地油砂资源较为丰富，分布较广，具有良好的勘探前景。前人对准噶尔盆地油砂矿进行了大量研究工作，主要是针对西北缘或南缘的某个矿点，缺少对准噶尔盆地油砂整体规律的分析。基于上述问题，开展对准噶尔盆地油砂矿点分布规律的研究，分析西北缘、东缘和南缘油砂矿的地质条件，通过研究准噶尔盆地西北缘及南缘油砂矿成藏过程，建立准噶尔盆地油砂成藏模式。

1 地质概况

准噶尔盆地位为中国大型含油气盆地之一。该盆地属于地块挤压复合盆地,周边被天山、阿尔泰山、西准噶尔界山等褶皱山系环绕。盆地的形成始于晚石炭世,经历了晚海西期的裂陷阶段、印支—燕山期的坳陷阶段、喜马拉雅期的收缩-整体上隆阶段,形成了多旋回的生储盖组合。经历多期构造运动后形成了多种类型的油气藏(如背斜、断块、不整合、潜山、岩性等油气藏)，同时地层遭受到了侵蚀并出现断裂,已形成的油气藏也遭受到了破坏，致使油气再次向上运移,出现部分储层裸露于地表，导致大量油气发生逸散，周边可见油气苗、稠油、固体沥青、沥青砂和地蜡等油气显示[5]。

准噶尔盆地油砂分布较为广泛，在盆地的西北缘、东缘及南缘均有分布(图1)。准噶尔盆地油砂资源分布最为丰富的地区有西北缘的风城、乌尔禾、红山嘴、黑油山、白碱滩等，其次为西北缘的车排子、百口泉，东缘的沙丘河，南缘的喀拉扎、清水河、昌吉、安集海及托斯台等[6]。

图1 准噶尔盆地油砂矿点位置分布

2 准噶尔盆地西北缘油砂地质条件

准噶尔盆地西北缘构造上属于薄壳型推覆体，克拉玛依大逆掩断裂带贯穿全区。石炭纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪等地层出露地表，呈向东南倾的单斜，但在扎依尔山的挤压作用下，形成了一系列平行于扎依尔山的宽缓背斜、向斜，并形成了一系列油气藏,成为盆地内最主要的油气富集区。油气藏由于受到地层剥蚀裸露及构造活动而遭受到破坏,可见大量的油气显示。西北缘油砂整体上由深层到浅层到地表，呈现常规油到重油到油砂的分布规律；平面上，红山嘴、黑油山、白碱滩、车排子及乌尔禾地区是西北缘油砂主要的分布区；纵向上，油砂多集中分布于白垩系吐谷鲁组，其次分布于侏罗系齐谷组、三叠系克拉玛依组；油砂分布与地层不整合密切相关，在中生界超覆尖灭带上集中分布[3,7-8]。

2.1 源岩发育条件

盆地西北缘的烃源岩主要源于玛湖凹陷的下二叠统风城组和下乌尔禾组，其次源于下二叠统佳木河组。其中，风城组蕴含了类型较好的生油母质，海相与陆相过渡咸化环境下形成残留海—瀉湖相沉积，发育灰黑色泥岩、凝灰质泥岩、白云质泥岩，说明风城组烃源岩岩层形成于缺氧的还原条件下，有机母质来源于一些低等水生生物(菌、藻类)。在淡水环境下形成的乌尔禾组烃源岩，陆源植物较多，具有明显的陆相特征。准噶尔盆地在中晚二叠世发生快速的沉降，其佳木河组烃源岩迅速成熟并开始生烃[9-10]。

2.2 储盖条件

准噶尔盆地西北缘中生代地层发育4套区域性盖层和储层，盖层分别为上三叠统白碱滩组(T3b)、下侏罗统八道湾组(J1b)中部泥岩、早侏罗统三工河组(J1s)上部泥岩和下白垩统吐谷鲁组，对应储层为其下伏的三叠系克拉玛依组、下侏罗统八道湾组、三工河组下部和吐谷鲁组下部，形成了良好的储盖组合。已发现的油气藏和油砂矿都位于区域性盖层之下，表明区域性盖层对下伏的油气聚集起到明显的控制作用。该区油砂储层岩石类型为砂岩、砂砾岩、砾岩，主要以砂岩和砂砾岩为主。孔隙度集中分布在25.98%～35.44%，渗透率为78.80～9 390.18 mD，储集层物性较好，含油率介于3%～16%，主要集中在6%～10%[5,7]。

2.3 成藏条件

①盆地西北缘油砂成藏的先决条件和物质基础是具有大量生烃的烃源岩，发育良好的储层条件及区域盖层使其聚集成藏。②油砂矿成藏的必要条件是发育大量的断层、裂缝及不整合面。盆地西北缘在海西期—印支期发育逆掩断裂带和多套多期断裂体系和区域不整合面，这些断裂和不整合的有机结合，成为了油气运、聚、散过程中的疏导体系。③油砂矿藏形成的重要条件是经历了多期的构造运动。晚三叠世—早侏罗世是印支期运动的主要活动期，风城组烃源岩开始成熟并大量生油。在中上侏罗统和下白垩统形成的大量正断层，主要是燕山期构造活动造成的。同时，佳木河组烃源岩开始大量生烃，乌尔禾组烃源岩也达到了生烃高峰。受燕山期和喜山期构造活动的影响，超覆尖灭带地层进一步得到抬升，使油层出露地表遭受剥蚀，地表原油和埋藏深度较浅的油藏中，原油部分轻质组分逸散。④原油受浅层地下水或地面大气水中的影响，进而发生次生氧化、水洗及生物降解等作用，最终形成油砂矿[10-12]。

3 东缘油砂地质条件

盆地东缘的油气显示主要分布在克拉美丽山前带。其在构造上属于沙奇隆起区的北端，在克拉美丽山南麓形成一系列如沙丘河、帐篷沟、沙南、沙东等近南北走向的背斜。随克拉美丽山的隆起，各背斜北端缺少盖层覆盖而导致储集层裸露。准东地区具有丰富的油气资源，目前的勘探程度较低，具有很大的油气勘探开发潜力。盆地东缘常规油气主要产于三叠系、二叠系地层，而油砂主要产于侏罗系地层。类似于西北缘，但不及西北缘规模大、地层平缓。东缘的油砂油，纵向上主要集中分布在下侏罗统八道湾组，少数分布在上二叠统平地泉组，油砂岩性较致密[17]。

沙丘河是盆地东缘的主要油砂分布区。平面上位于盆地东部克拉美丽山南麓西端，滴水泉东南30 km处，总面积为270 km2，构造上位于帐北断褶带北端。该地区主要为沙丘河鼻状构造，在沙丘河鼻状构造的轴部，侏罗系高点附近，有丰富的含油显示，主要分布于下侏罗统八道湾组、下侏罗统三工河组底部的沥青砂砾岩。井下油气显示油砂主要分布在中二叠统平地泉组，以沥青砂岩、裂缝中沥青脉及岩石表面上的沥青斑点为特征。后期燕山运动及喜山运动活动强烈，许多断裂至地表，致使原本已经形成的油藏一部分遭受到破坏，二叠系的油气沿断裂向上运移至浅部的侏罗系砂层，轻组分逐步散失，原油受氧化及生物降解等作用从而形成油砂。

4 南缘油砂地质条件

盆地南缘油砂的分布特征为：有为数不少的较小型油气苗点，部分区域被浸染，油浸砂岩的形成多与断裂及裂缝发育相关。油砂在平面上分布较为集中,主要分布在托斯台、安集海、清水河、昌吉等地区；纵向上，集中分布在侏罗系中下统，其次为三叠系小泉沟群。

4.1 源岩发育条件

准噶尔盆地南缘发育有5套烃源岩，分别为二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系和古近系，同时也是整个盆地发育烃源岩层系最多的地区。侏罗系烃源岩为该区油气的主要来源，在平面分布较为广泛，纵向上的厚度也较大，主要为一套黑色泥岩与灰绿色砂岩互层，前者中还夹杂一定的碳质泥岩，属于辫状河—三角洲—湖沼相含煤沉积，主要发育于中侏罗统西山窑组和下侏罗统三工河组与八道湾组[11-12]。

4.2 储层条件

盆地南缘油砂均分布于侏罗系地层，主要分布于侏罗系三工河组和头屯组。三工河组油砂储层属于湖泊相浅湖亚相沉积，头屯河组油砂储层属于曲流河相的河床亚相和牛轭湖亚相沉积，都属于有利于油气储存的沉积环境。盆地南缘油砂储层的岩石类型为砂岩、砂砾岩、砾岩，主要以砂岩和砂砾岩为主。平均孔隙度为15.69%～2.69%，平均渗透率为105.55～1 392.50 mD[11]，含油率主要集中在3%～6%。

4.3 成藏条件

①盆地南缘具有良好的生储盖组合。②盆地南缘油砂矿藏的形成过程受到三期构造运动的整体影响，分别为印支运动、燕山运动及喜山运动。在印支运动晚期初步形成背斜构造；在燕山运动晚期，侏罗系八道湾组、三工河组和西山窑组开始生油气，生成的烃类沿构造运动形成的断裂进入到相邻的三工河和头屯河组形成圈闭并进行储存，在侏罗系内部形成原生油气藏；直到喜山运动期，由于地层受到构造运动的影响，急剧的挤压和抬升，导致原生油气藏遭受到破坏，被抬升到地表至近地表。③原油受到浅层地下水或地面大气水的影响，进而发生次生氧化、水洗及生物降解等作用，最终形成油砂矿[12]。

5 成藏模式

油砂矿藏的成藏模式因盆地类型、构造演化及构造位置的不同而不尽相同。前人通过对国内外油砂矿藏成藏机理的综合研究，将油砂矿成藏模式总结为斜坡逸散型、古油藏破坏型、构造抬升型和断裂疏导型[8]。斜坡逸散型成藏模式可根据断裂的发育程度和沉积厚度将其划分为简单斜坡逸散型成藏模式和复杂斜坡逸散型成藏模式。准噶尔盆地的主要成藏模式为复杂斜坡逸散型和构造抬升型。

5.1 复杂斜坡逸散型

准噶尔盆地西北缘油砂矿成藏模式多属于复杂斜坡逸散型(图2)。斜坡逸散型成藏模式广泛发生在前陆盆地、相对构造简单的大规模斜坡带及前隆区浅部，此类型油砂矿的成藏与前陆盆地的演化密切相关。沿风城组砂体运移的玛湖凹陷风城组烃源岩生成的低成熟—成熟原油，经过斜坡区，一部分原油在二叠系冲积扇砂体、三叠系冲积扇砂体聚集形成油气藏，另一部分原油在经过冲积扇砂体之后，沿着不整合面方向继续向上运移。三叠纪发生剧烈的构造运动，断裂活动使断裂带及周边地层产生低压带，一部分原油受断层封堵形成断层油气藏，另一部分原油受压力差的作用沿断层和不整合面运移到超覆尖灭带受区域盖层阻隔而聚集成藏[6]。受燕山期和喜山期构造活动的影响，超覆尖灭带地层进一步得到抬升，原油储层经受剥蚀而出露地表，在运移过程中原油中的轻质组分不断逸散，并与大气连通，缺乏良好的封盖及保存条件，氧气及微生物溶解于浅层地下水或地面大气水中，使得原油遭受到氧化、水洗及生物降解等作用，最终形成油砂矿。从而油砂矿藏的形成具有早成岩早破坏的特点。

盆地西北缘于白垩系及侏罗系形成油砂矿藏和稠油油藏。下伏地层为烃源岩层的侏罗系齐谷组油藏埋藏较深，在推覆逆断层下盘形成稠油油藏，属于近源型油藏。沿斜坡向上运移的稠油因遭受断层封堵，变为断层封堵稠油油藏、断块型稠油油藏或油砂矿藏。原油再沿斜坡不整合面向上运移到主推覆断层上，形成沥青封堵型油砂矿藏和不整合面上的披覆型油砂矿藏。断层后期活动与白垩系上部砂岩连通程度决定了白垩系上部砂岩的含油率情况，并通过断层中下部砂岩与下伏烃源连通后叠置使稠油聚集，从而演化形成“上倾尖灭型”油砂矿藏。

5.2 构造抬升型

构造抬升型成藏模式通常发生在前陆盆地褶皱带冲断带浅部位。准噶尔盆地南缘油砂矿成藏模式多属于构造抬升型，以喀拉扎地区为例(图3)。该区经历了多期的构造运动。首先，喀拉扎背斜在印支运动晚期初步形成。其次，在燕山构造运动作用下，侏罗纪和白垩纪地层受到强烈的挤压作用造成变形，从而形成背斜褶皱。与此同时，侏罗系八道湾组、三工河组和西山窑组烃源岩开始进入生油气高峰期，因燕山运动形成了诸多构造断裂和小型断裂，生成的原油沿这些断裂向上运移进入相邻的三工河组、西山窑组及头屯河组进行岩性圈闭储存，在侏罗系地层内形成自生自储油藏。随着油气不断的生成并累积，地层不断的沉积，导致油藏上覆地层不断加厚。最后，地层受到在喜山期构造活动作用的影响，急剧地被挤压和抬升，褶皱不断隆起。侏罗系储层被抬升至地表或近地表，其上覆盖层在风化剥蚀下严重缺失，同时遭受到地表大气的氧化、水洗及生物降解等作用影响，形成了喀拉扎背斜油砂矿藏。

图2 复杂斜坡逸散型成藏模式

图3 构造抬升型成藏模式

6 结 论

(1) 准噶尔盆地油砂资源平面分布主要集中在盆地的西北缘地区，在东缘的沙丘河地区及南缘的一些油砂出露区也有分布。

(2) 准噶尔盆地油砂资源纵向分布主要集中于侏罗系和白垩系地层；含油率多介于6%～10%，属于中等品位油砂。

(3) 准噶尔盆地油砂矿成藏条件为：具有充足的油源、良好的储盖组合、有效的圈闭条件、多期的构造运动以及由构造运动形成的断裂及不整合面、水洗氧化及生物降解等作用。

(4) 准噶尔盆地西北缘地区油砂矿成藏模式属于复杂斜坡逸散型，南缘地区油砂矿成藏模式属于构造抬升型。