鄂博梁构造带油气成藏条件分析及勘探启示

2021-01-28孔红喜王远飞陈阳阳宋德康

岩性油气藏 2021年1期

孔红喜，王远飞，周飞，朱军，陈阳阳，宋德康

（中国石油青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌 736202）

0 引言

在油气运聚成藏的过程中，输导条件是沟通烃源岩与圈闭，实现从源到藏的关键地质要素。尤其是在预探阶段，涉及目的层的选择与钻探论证，输导条件的深入研究对确立勘探方向、提高勘探效率具有重要意义［1-4］。

鄂博梁构造带从20 世纪50 年代开始油气勘探，初期受工程技术条件的制约，钻探了少量以古近系—新近系为目的层的浅井，钻井密度小，钻井深度有限，勘探程度很低，没有取得太大的勘探成效，对油气富集规律的认识也较浅。2001 年在鄂博梁Ⅰ号构造钻探了鄂Ⅰ2 井，2010—2011 年在鄂博梁Ⅲ号构造西、东2 个高点分别钻探了鄂深1 井、鄂深2 井，在古近系—新近系发现了良好的油气显示。由于仅鄂Ⅰ2 井钻达侏罗系，结合地震剖面解释以及冷湖构造带的烃源岩分析成果，认为鄂博梁构造带发育侏罗系烃源岩，且具有良好的生烃能力［5-7］，古近系—新近系发育的湖相砂体可为油气成藏提供储集空间［8-10］，侏罗系形成的油气通过断层及砂岩孔隙即可垂直运移至古近系—新近系富集［11-13］。2012 年在牛东鼻隆钻探的牛1 井钻达侏罗系，发现了以侏罗系为产层的牛东气田。2014—2015 年在鄂博梁Ⅰ号主体部位以及牛东鼻隆下盘分别钻探了鄂探1 井、牛9 井，发现了侏罗系低产气层及牛北断裂下盘的古近系—新近系油气藏。

勘探程度的不断提高为油气地质条件的深入研究提供了可能。目前鄂博梁构造带已有鄂博梁Ⅰ号构造的鄂Ⅰ2 井、鄂探1 井以及牛东气田的多口探井钻达了侏罗系，各构造在钻探过程中均获得了相应的天然气样品。通过系统分析鄂博梁构造带烃源岩、天然气地球化学特征，结合断层、不整合以及砂岩体输导性质的综合研究，探索天然气的来源以及运移途径，进而总结天然气的富集规律，建立合理的油气成藏模式，以期为下一步勘探指明方向。

1 地质概况

柴达木盆地是在印支运动后元古界变质结晶基底和古生界褶皱变形基底上发育起来的中新生代陆相沉积盆地［14-16］。它经历了早中侏罗世断陷沉积、晚侏罗世—白垩纪挤压抬升剥蚀、古近纪挤压走滑坳陷和新近纪—第四纪挤压推覆褶皱与沉降坳陷4 个阶段。在柴达木盆地北缘，晚侏罗世的挤压抬升剥蚀使地层遭受风化、夷平，地势差异不大。古近纪早期，周边老山的隆升使盆地整体下沉接受沉积［17-19］。

鄂博梁构造带包括牛东鼻隆—鄂博梁Ⅰ号、鄂博梁Ⅱ号、葫芦山、鄂博梁Ⅲ号、鸭湖等共计5 个大型构造［20-21］，其中鄂博梁Ⅰ号构造受牛北断裂切割而形成牛东鼻隆与鄂博梁Ⅰ号主体2 个部分，其他构造均为完整的背斜圈闭［图1（a）］。其北侧与阿尔金山相接，南侧与三湖北斜坡相邻，横跨整个柴北缘南北方向。由于周边山系的隆升以及南北向挤压影响的差异，各构造褶皱形成的时间也不尽相同，鄂博梁Ⅰ号构造隆起于上新世早期，鄂博梁Ⅱ号、葫芦山构造隆起于上新世中期，鄂博梁Ⅲ号构造形成时间最晚，大约在上新世末期。鄂博梁构造带沉积地层包括古近系—新近系以及侏罗系的中下段，中间是长期暴露剥蚀的不整合接触。油气显示主要集中在下侏罗统、渐新统中上部以及中新统［图1（b）］。

2 烃源岩特征

多年来的勘探实践证实，柴北缘地区仅侏罗系具有生烃能力，古近系—新近系无有效烃源岩［22-23］。受钻井深度限制，鄂博梁构造带仅牛东鼻隆—鄂博梁Ⅰ号构造中北部钻遇侏罗系，可供分析研究的区域范围十分有限。东侧紧邻的冷湖构造带由于地层埋深相对较浅，有较多探井钻遇侏罗系，因此，结合冷湖构造带的已有研究成果，可对研究区烃源岩进行更全面的分析［24］（图2）。

2.1 烃源岩有机质丰度

冷湖构造带烃源岩为下侏罗统下部湖西山组，主要为湖相暗色泥岩和煤，具有有机碳（TOC）含量高、但生烃潜力（Pg）差异较大的特征，不同烃源岩的有机质丰度存在一定的非均质性［25］。其中冷科1 井和深86 井湖相泥岩TOC 质量分数平均值均大于4.0%，Pg 平均值均大于10 mg/g，而冷105、石地22和冷四1 井的湖相泥岩虽然TOC 含量较高，质量分数平均值基本都大于2.0%，但Pg 明显偏低，平均值约为2.0 mg/g。TOC 与Pg 的相关关系反映出冷科1 井和深86 井的烃源岩大多属于好烃源岩，而其他探井所取烃源岩为差—中等，其内在的控制因素可能是烃源岩沉积所处的有机相带及原始有机质构成中陆源有机质和低等生物相对贡献的大小。

牛东鼻隆—鄂博梁Ⅰ号构造下侏罗统经古生物轮藻、孢粉组合对比分析，认为属下侏罗统大煤沟组1—3 段，比冷科1 井稍晚。岩性为炭质泥岩、煤和暗色泥岩，形成于湖盆的边缘相带，沉积水体的深度偏浅。炭质泥岩和煤的有机质均具有较高的降解生烃潜力，Pg 值最高大于200 mg/g，其中牛2 井平均Pg 值最高，达到85 mg/g，有相当部分达到了好—很好烃源岩的标准，牛3 井类似的烃源岩Pg值偏低，平均值约为30 mg/g，属中等级别。总体来看，牛东鼻隆发育的煤系烃源岩是一类具有中高生烃潜力的好烃源岩。相对而言，暗色泥岩有机质丰度很低，牛1、牛102 井为非—差烃源岩（图3）。不同探井之间烃源岩差异较大，这可能与不同烃源岩中原始有机质的生源构成存在差异有关。

鄂博梁Ⅰ号构造仅有鄂Ⅰ2 井、鄂探1 井及牛9 井钻遇侏罗系。鄂Ⅰ2 井获得了一定数量的岩心，TOC、氯仿沥青“A”所反映的有机质丰度很低，基本上为非烃源岩（表1）。鄂探1 井在中生界未取心，根据钻井岩屑分析的TOC 和Pg 表明主要为非烃源岩、差烃源岩，个别为中等级别烃源岩。

2.2 烃源岩有机质类型

冷湖构造带湖相烃源岩有机质类型在不同探井之间变化较大，总体上以混合型为主。冷科1井、深86 井和冷四1 井大致相似，大多数样品有机质类型属于Ⅱ2型，部分属于Ⅱ1型，而冷105 井、石地22 井和潜深4 井有机质类型基本属于Ⅲ型。有机质类型的差异反映出原始有机质的来源和构成不同，这与沉积环境变化及所处的沉积有机相带关系密切。一般而言，浅水、近源环境中形成的烃源岩陆源有机质丰富，有机质类型以腐殖型居多，而深水、远源环境烃源岩中低等水生生物的贡献较大，因而有机质类型呈现偏腐泥型的特征［26］。

表1 鄂Ⅰ2 井烃源岩有机碳、氯仿沥青“A”分析结果Table 1 Analysis results of organic carbon and chloroform bitumen“A”of source rocks in well E Ⅰ2

牛东鼻隆煤系烃源岩有机质类型总体偏好（图4），牛2 井基本属于Ⅱ1型，牛3 井为Ⅱ2型，只有牛102 井和牛1 井属于典型的Ⅲ型。牛东鼻隆有机质类型好于冷湖构造带，这与该区炭质泥岩富含陆源有机质中的富氢有机显微组分有关。

鄂博梁Ⅰ号构造鄂Ⅰ2 井下侏罗统岩心的干酪根镜检结果显示主要为镜质组、壳质组，有机质类型为Ⅱ2型，族组分中饱和烃、饱/芳（饱和烃/芳烃）以及非+沥（非烃+沥青质）也具有Ⅱ2型有机质的特征（表2）。鄂探1 井岩屑样品族组分分析结果中饱和烃质量分数＜20%，饱/芳＜1.0，非+沥质量分数＞70%，表现为Ⅲ型有机质的特征。

表2 鄂Ⅰ2 井烃源岩氯仿沥青“A”、干酪根分析报告Table 2 Analysis report of chloroform bitumen“A”and kerogen of source rocks of well E Ⅰ2 %

2.3 烃源岩有机质热演化程度

无论是冷湖构造带的暗色泥质烃源岩还是牛东鼻隆的煤系烃源岩，其实测镜质体反射率（Ro）均不高（图5）。冷科1 井烃源岩Ro值为0.60%～0.75%，处于中等成熟阶段；深86 井和冷95 井的Ro值为0.50%～0.58%，处于低成熟—成熟阶段；冷湖1 号、2 号、3 号构造烃源岩Ro大多小于0.50%，仍处于未成熟阶段。牛东鼻隆煤系烃源岩的埋深为1 300～2 400 m，其Ro值为0.45%～0.60%，显示出未成熟—低成熟的特征。鄂博梁Ⅰ号构造鄂Ⅰ2 井多数岩心样品Tmax＜400 ℃，说明大多数样品为未成熟，仅个别样品进入成熟阶段，对少量样品作镜质体反射率分析，Ro仅0.5%左右，也反映出有机质未成熟的特征（表3）。鄂探1 井岩屑样品Tmax值很低，多数处于未成熟阶段，仅少数样品为成熟阶段。

表3 鄂Ⅰ2 井烃源岩热演化分析报告Table 3 Analysis report of thermal evolution of source rocks in well E Ⅰ2

根据冷科1 井烃源岩Ro与埋深之间的关系，估计埋深为10 000 m 时Ro值可达3.0%以上，真正有效的成熟烃源岩应该分布在更深的凹陷中心。

3 天然气地球化学特征

烃源岩中有机质的热演化存在阶段性，不同演化阶段的产物具有一定差异［27-30］。未成熟阶段主要是生物甲烷和未成熟沥青，成熟阶段主要是正常原油和湿气，而高、过成熟阶段则主要是天然气和凝析油。

3.1 组分分析

牛东鼻隆天然气组成中烃类气体是优势组分，体积分数为86%～94%，干燥系数为0.91～0.96，属于干气，成熟度较高。鄂博梁Ⅰ号构造鄂探1 井侏罗系所产天然气烃类组分分析结果反映天然气成熟度不高，干燥系数＜0.88，C3-C6重烃可明显检测出来，属于湿气范畴，非烃组分检测出明显的CO2，表明烃源岩的脱羧过程还在进行，即未进入成熟阶段，另外H2的含量也很高，这表明牛东鼻隆与鄂博梁Ⅰ号天然气来源有较大差异（表4）。

3.2 碳同位素组成

天然气稳定同位素分析是开展气源对比、研究天然气运移的重要手段，其中甲烷碳同位素（δ13C1）具有随热演化程度增强而变重的特征，乙烷碳同位素（δ13C2）的变化主要受母质效应控制，是区别油型气和煤型气的重要标志之一［27］。戴金星等［28-29］认为δ13C2＞-25.1‰是煤型气，δ13C2＜-28.8‰是油型气。柴达木盆地北缘天然气的成熟度可划分为3 类，其中δ13C1＜-46.0‰ 和δ13C2＜-30.9‰ 为未成熟气，δ13C1＞-32.6‰和δ13C2＞-25.3‰为成熟气，δ13C1＞-19.0‰和δ13C2＞-19.7‰为高成熟气［30-33］。

表4 牛东鼻隆天然气组分实验分析结果Table 4 Experimental analysis results of natural gas components in Niudong nose-shaped uplift

牛东鼻隆侏罗系6 个天然气样品的碳同位素分析结果显示，δ13C1值为-31.6‰～-36.4‰，平均值为-33.7‰，δ13C2值为-28.5‰～-22.2‰，平均值为-24.8‰。碳同位素组成总体上偏重，属于典型的煤型气，烃源岩来自侏罗系的煤系或有机质类型偏腐殖型的成熟源岩。同时，不同碳数烃类气体的碳同位素值基本没有出现倒转现象，一方面表明这些天然气具有较高的成熟度，另一方面也表明牛东鼻隆天然气的来源可能较为单一。鄂博梁Ⅰ号构造鄂探1 井在侏罗系试气2 个层组，较深的Ⅰ层组甲烷气体的碳同位素值＜-40.0‰，乙烷气体的碳同位素值＜-30.0‰，成因类型属于低成熟的油型气，较浅的Ⅱ层组接近不整合面，碳同位素特征与牛东鼻隆一致。鄂探1 井与牛9 井、鄂Ⅰ2 井相对距离较近，不同层位天然气地球化学特征差异很大说明它们的来源不同（图6）。鄂博梁Ⅲ号构造位于湖盆中心，古近系—新近系发现的低丰度天然气甲烷碳同位素更重，平均值为-19.0‰，属于十分稀少的情况。根据包建平等［34-35］关于气体甲烷碳同位素与烃源岩Ro关系的经验公式δ13C1=13.615 lnRo-42.06 计算，鄂探1 井Ⅰ层组δ13C1=-41.4‰，Ro对应值为1.05%，与本地烃源岩热演化程度相比略低。Ⅱ层组δ13C1=-34.2‰，Ro对应值为1.78%，明显高于本地烃源岩的热演化程度。鄂Ⅰ2 井N1试气层组δ13C1=-31.0‰，Ro对应值为2.26%，应该是来自凹陷中心热演化程度很高的烃源岩。

4 输导体系分析

一般而言，油气运聚有断层、不整合、砂岩体3种类型的输导体系，对具体地区而言多是2 种或3 种类型共同发挥作用。在鄂博梁构造带这3 种类型输导体系均存在，但对于油气运移的贡献存在差异。

4.1 断层输导

从地震剖面来看，在新生代压扭性构造应力场作用下，鄂博梁构造带断层较为发育，主要有鄂东断层、鄂博梁断层和葫南断层，均表现为北西—北西西向展布，控制了构造带的空间格架［36］（图7）。局部可见北东向调节断层，系北西向主断层挤压走滑过程中由于挤压走滑作用不均衡所导致的撕裂调整的产物。所以各局部构造深层均为两断夹一隆的背斜构造，早期形成的断层大多断达N21，浅层为滑脱推覆为主，断达地表，使浅层构造变得复杂和破碎。这些断层尤其是深部断层沟通中生界烃源岩与古近系—新近系储层，成为气的运移通道［37］。由于鄂博梁构造带主体部分处在凹陷中心，古近系—新近系泥岩发育，砂地比低，断层发挥的输导作用可能有限。如鄂博梁Ⅰ号构造渐新统、中新统泥岩地层分别约占地层总厚度的79.7%和87.2%，沉积物总体偏细，中新统钻遇断层的鄂Ⅰ2 井、鄂探1井在全烃曲线上并没有发现气显示。同样，牛北鼻隆牛106 井、牛107 井、牛108 井、牛9 井、牛9-3-1井、牛9-3-2 井等多口探井也未在中新统钻遇的断层附近有任何全烃曲线的变化。只有牛北断裂规模较大，具有较大的断距，地面地质调查也见有较宽的断裂带，可能具有一定的输导能力，这也是位于断裂上盘的牛北鼻隆能够富集成藏的原因之一。

4.2 不整合输导

受燕山期构造运动的影响，柴北缘中生代地层长期处于抬升剥蚀阶段，至新生代才重新进入凹陷沉积期，因此侏罗系顶面的不整合在横向上广泛分布。鄂博梁构造带仅牛东鼻隆—鄂博梁Ⅰ号构造钻达侏罗系，从地震剖面（图8）看不整合为角度不整合，实际钻探结果也反映侏罗系与上覆古始新统倾角有较大的差异。如鄂探1 井电阻率成像测井拾取的地层倾角侏罗系平均30°左右，古始新统平均50°左右。鄂博梁构造带侏罗系上覆地层为古始新统路乐河组［38-40］，受沉积相带的影响，发育冲积扇及扇三角洲的砾岩、砾状砂岩等粗粒沉积，不整合面下伏侏罗系长期暴露剥蚀，存在一定厚度的风化层，电测资料在断层上下井段解释了较多集中分布的渗透层，烃类流体可以在风化壳、底砾岩层中运移。如牛东鼻隆的牛1 井在不整合面附近的全烃值由40%左右跃升至近90%，同样，鄂博梁Ⅰ号构造的鄂探1 井在不整合面附近由约6%左右跃升至近50%，都说明侏罗纪顶面的不整合是一个顺畅的输导通道。

4.3 砂岩体输导

总体上，鄂博梁构造带古近系—新近系除古始新统以外各组段砂质岩都不十分发育［41-43］。如鄂博梁Ⅲ号构造鄂深1 井岩屑录井资料统计结果表明，碎屑岩主要为泥质粉砂岩、粉砂岩及少量细砂岩，累计厚度785.72 m，仅占地层总厚度的16.2%。根据岩心常规物性测试资料、测井解释物性资料综合评价，储层自N23到N1均为低渗地层［44］。结合储层的岩石学特征分析，鄂博梁构造带储层低渗主要有以下3 个方面的原因：①沉积物碎屑粒度较细，主要为细砂岩或粉砂岩，填隙物主要是泥质，孔隙半径较小，吼道狭窄；②储集空间主要为碳酸盐胶结物以及长英质颗粒部分溶蚀所形成的次生孔隙，孔隙之间连通性较差，喉道配位数低［图9（a）—（c）］；③电镜扫描发现石英、长石次生加大现象普遍，尽管绝对数量不高，但主要形成于颗粒与颗粒之间的接触部位，对渗透性影响较大［45］［图9（d）—（f）］。在低渗地层中烃类运移受到限制，所以鄂博梁构造带砂岩体输导方式只在近距离范围内有效。

5 成藏模式与勘探方向

根据烃源岩条件的综合分析可看出，由于牛东鼻隆—鄂博梁Ⅰ号构造位于湖盆边缘，沉积环境变化频繁，所以有机质丰度不高，类型多样，既有源于水生低等生物的菌藻类，又有来源于高等植物的陆源有机质；同时，埋深相对较浅，热演化程度不高，因此，不具备大规模形成天然气的烃源岩条件。

根据天然气地球化学特征判断，牛东气田侏罗系与鄂博梁Ⅰ号构造牛9 井、鄂Ⅰ2 井古近系—新近系的天然气烃组分、非烃组分组成一致，稳定碳同位素分析反映均为成熟度较高的煤型气，说明其具有相同的来源。鄂探1 井与牛9 井、鄂Ⅰ2 井距离相近，侏罗系天然气为低成熟度的油型气，存在很大差别，说明来源不同。结合烃源岩特征及输导途径综合分析，认为鄂博梁Ⅰ号构造侏罗系中的气来自于本地少量有机质丰度中等的烃源岩，属于自生自储，由于处于侏罗系底部的浅湖沉积，含泥量高，盖层发育，在局部富集了烃源岩早期演化的低成熟天然气。牛东气田及鄂博梁Ⅰ号构造古近系—新近系天然气来自湖盆中心沿不整合与断层运移的成熟天然气（图10）。由于古近系—新近系砂地比低且储层低渗，砂岩体输导途径不发育，垂向运移距离受到限制，虽然鄂博梁构造带各构造都有浅层钻井，但试气结果均为气水同出、气少水多、含气丰度很低，存在供烃不足的可能。

根据现有有机质成熟度分析结果，结合地层埋深、地温梯度等地质条件，模拟计算出鄂博梁Ⅱ号—葫芦山—鄂博梁Ⅲ号构造一带侏罗系烃源岩Ro可达2.0%～3.5%，根据有机质热演化理论具有大规模形成天然气的烃源岩条件。勘探开发实践证明，牛北断裂上下盘古近系—新近系含气丰度不高，气藏富集程度有限。从规模发现的角度考虑，同时结合地层埋深状况，认为鄂博梁Ⅱ号、葫芦山可开展深层钻探，目的层为中生界及古始新统。这2 个构造浅部钻探均见不同程度的气显示，深部圈闭完整，都具有较大的圈闭面积，沉积相分析认为古始新统沉积相均为滨浅湖，鄂博梁Ⅱ号侏罗系时期也处在滨浅湖沉积环境，存在发育良好储集砂体的可能，勘探潜力较大。