河套盆地临河坳陷中-新生代烃源岩分布地震预测

王 权, 刘 震, 李晨曦, 王少春，师玉雷，王志成，王 标，武 函

(1.中国石油华北油田公司，河北 任丘 062550；2.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；3.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249；4.中国石油华北油田公司 勘探开发研究院，河北 任丘 062550)

0 引 言

河套盆地迄今已有40余年的油气勘探历史，自20世纪80年代中期以来，虽在盆地内部分井见到油气显示，但始终未获得工业油气流[1-2]。自2017年以来，河套盆地油气勘探取得了工业性突破，在临河坳陷古近系、白垩系、太古宇3套含油层系中均见到了良好油气显示。目前，临河坳陷勘探程度依然较低，明确生烃灶的分布特征是现阶段亟待解决的关键问题，然而盆地钻井稀少且都位于高部位，钻遇烃源岩的井更是屈指可数，严重影响了盆地的油气成藏规律认识及勘探实践。在油气勘探中，烃源岩评价工作已经形成了野外露头观察、有机地球化学分析[3-4]、有机岩石学研究[5-6]及测井烃源岩评价的一套成熟评价指标及方法体系，在成熟探区这些方法得到了广泛应用并取得较好效果[7-18]。而在低勘探程度区，烃源岩取心数量有限，加之钻测井资料稀少且多位于构造高部位，获取的有限资料使得烃源岩评价偏差很大，不利于勘探工作的进一步开展[19-22]。

近年来，河套盆地新生界发现了生物气，杨华等就生物气有机质类型与来源、储量、圈闭条件等方面进行了研究，认为在临河坳陷北部可能存在好的生烃条件[23-25]。罗丽荣等研究认为:临河坳陷下白垩统固阳组和渐新统临河组烃源岩为咸水湖相烃源岩，部分烃源岩处于低成熟至成熟阶段，有机质丰度高、母质类型好、生烃潜力大[26]。大多数学者认为临河坳陷存在古近系和下白垩统两套烃源岩，生烃中心主要位于北部深凹陷，资源规模较大，以高成熟和过成熟生气为主[23-27]。由于勘探程度较低，目前对油气源关系及资源潜力的认识程度有一定局限性[28-32]。另外，前人对烃源岩的沉积相、有机相等方面研究较薄弱，导致对烃源岩有利发育部位认识不清楚，影响到对生烃灶分布的判断，进而影响到了勘探部署。

本文首先进行烃源岩地震相的井震标定，划分地震相类型，确定主力烃源岩段偏泥相的地震相分布；然后，根据烃源岩有机相地球化学特征与沉积相的关系划分有机相类型，再利用地震相转沉积相，沉积相转有机相的方法确定主力烃源岩段有机相分布；最后利用地震速度-岩性分析法预测两个主力烃源岩段泥岩厚度分布。综合地震相分布、有机相分布及泥岩厚度分布特征，初步确定工区两个主力源岩段生烃灶的分布特征，以期为临河坳陷油气早期勘探部署提供依据及指导。

1 工区地质概况

河套盆地位于内蒙古西部巴彦淖尔盟和阿拉善盟境内，北临阴山山脉，南接鄂尔多斯盆地伊盟隆起，平面上呈现狭长的弧形分布特征，东西长600 km，南北宽30～90 km，面积约4×104km2，盆地沉积盖层主要由白垩系、古近系、新近系及第四系组成，沉积厚度为3 000～8 000 m。

临河坳陷为河套盆地中面积最大的一级构造单元[33-34]，约2.4×104km2,是主要的沉积坳陷及含油气区域[35]，区内主要发育三大断裂系统，北部狼山断裂为控盆断裂，中部杭五断裂带是凹陷与斜坡区分界的控凹断裂带，南部黄河断裂是河套盆地与鄂尔多斯盆地的分界断裂。依据不同地质特征，目前将临河坳陷进一步细分为吉兰泰凹陷及杭后凹陷两个二级构造单元(图1)，盆地由老到新依次发育下白垩统固阳组、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、上新统乌兰图克组，第四系河套群地层，而其中固阳组及临河组主要发育湖相烃源岩，作为主要生油层系[36]。最新研究认为，早白垩世盆地类型为坳陷型，古近纪转变为断陷型盆地，白垩—古近纪两期盆地的差异叠合可能是控制烃源岩分布的主要因素之一。

图1 河套盆地临河坳陷区域构造单元划分Fig.1 Tectonic division of the Linhe Depression,Hetao Basin

2 烃源岩地球化学基本特征

2.1 下白垩统固阳组烃源岩

临河坳陷有7口井钻遇固阳组烃源岩，主要分布于吉兰泰凹陷，根据钻井资料显示，纵向上暗色泥岩主要分布于固二段，有机碳含量为0.14%～3.55%，平均为1.29%；氯仿沥青“A”为0.004%～1.315%，平均值为0.186%。总烃含量为(103.2～914.99)×10-6，平均为332.8×10-6。有机质的母质类型主要是II1型和I型，含有少量的II2型(图2)。

工区烃源岩热演化程度主要受埋深控制，生烃门限为3 000～3 400 m。临深3井固阳组烃源岩埋深已超过5 000 m，实测Ro值为1.00%～1.25%，显示已经达到成熟阶段，而松探1井、吉参1井固阳组烃源岩埋深在2 500 m左右，Ro实测值为0.48%～0.55%，处于未成熟—低成熟阶段。北部深凹陷西南部及杭五断裂带附近地区，固阳组埋深相对较浅，以生油为主；邻近狼山断裂的地区，埋深达到9 000 m以上，以生气为主。

2.2 渐新统临河组烃源岩

临河坳陷钻遇临河组烃源岩的探井有9口，纵向上暗色泥岩主要分布于临二段，岩性主要是深灰色、灰黑色的纹层状泥岩、白云质泥岩与含硬石膏泥岩。暗色泥岩有机碳含量为0.07%～5.10%，平均为0.76%；氯仿沥青“A”为0.004 5%～1.847 3%，平均值为0.227 3%。总烃含量为(8.49～4 079.55)×10-6，平均为725.4×10-6。有机质的母质类型主要是II1型和I型，混有少量的II2型(图2)。

图2 烃源岩干酪根元素类型划分图(a)及有机质类型判别图(b)Fig.2 Element-type classification diagram of kerogen (a) and organic-type discrimination diagram (b)

临河组烃源岩形成时间较固阳组晚，生烃门限略高于固阳组烃源岩，为3 400～3 600 m。隆1井、松5井、临深2等井临河组烃源岩埋深普遍小于3 500 m，多处于未成熟—低成熟阶段，而临深3井烃源岩埋深在4 000 m左右，Ro实测值平均为0.8%，达到成熟阶段。北部深凹陷地区埋深较深，其热演化可达成熟—高成熟阶段，以生油和湿气为主。邻近狼山断裂地区埋深超过8 000 m，烃源岩可达到过成熟阶段，以生气为主。

3 主力烃源岩层段地震相特征

地震相是利用定义的多个参数针对目标体进行刻画，使得地质学家能够间接预测地震单元所代表的沉积物特性、孔隙特征和所含流体特征。

在进行地震相识别时，一般遵循以下准则:(1)能量匹配原则，即只有那些能量相当的反射参数才能组合在一起，如杂乱反射代表了一种能量相对较高的沉积环境，而强连续强振幅反射结构一般代表了相对低能、上下岩性波阻抗差值较大的沉积环境，因此两者不能进行组合一起来表达某一个地震相单元；(2)以岩心相为准，在钻井较少或缺少钻井资料地区，只能通过与已知探井岩心资料相结合进行对比，从而确定地震相代表的沉积相类型；(3)沉积体系匹配原则，地震相向对应的沉积相转化完后，在平面上沉积相展布及组合规律应符合沉积体系展布规律，即必须是成因上有联系的沉积相才能在平面上共生组合；(4)沉积演化史匹配原则，在纵向地层剖面中，地震相转化沉积相后的组合也应符合沃尔索相律。

3.1 典型偏泥地震相井震标定及类型划分

进行地震相的分布预测首先就是要建立工区统一的地震相识别标准，寻找易于识别的、反射特征清晰的典型地震相，通过建立的工区地震相格架，可对一般的地震相进行逐一识别，最终可在平面上将地震相分布展示出来。本文分别对吉兰泰凹陷及杭后凹陷白垩系及渐新统的烃源岩地震相进行识别，认为主力凹陷发育以下两种偏泥地震相(图3)。

图3 河套盆地临河坳陷固阳组-临河组偏泥地震相-测井相-岩心对比Fig.3 Comparison among seismic facies, well-log facies and cores from the Guyang to Linhe formations in the Linhe depression,Hetao Basin

3.1.1 低频-强振幅相

同相轴彼此平行或微有起伏为特征，沉积速率在横向上大体相等的均匀垂向加积作用。频率低，振幅能量强，同相轴连续性好。半深湖相岩性以灰色、灰黑色泥岩为主，夹褐色、灰色、深灰色灰岩，夹薄层黑色页岩和细粉砂岩，属浅湖半深湖过渡区。GR曲线表现为高值，而RT曲线表现为低值，曲线特征为锯齿状或者指状。

这种地震相一般发育在水动力条件较弱的环境中，以细粒沉积物为主。平行相常发育在深海(湖)或半深湖环境中，而亚平行相表现为不稳定的水动力环境，发育于浅水湖、扇三角洲平原或三角洲平原亚相。结合井震标定结果，将其解释为半深湖亚相。

3.1.2 弱振幅-空白相

空白相是稳定能量的沉积环境。在这种情况下，一般地层均一程度较高，或为高度混乱、或为均一性非常强的特征。振幅极低，几乎看不出同相轴的存在。滨浅湖相岩性组合以棕灰色泥岩为主，夹薄层粉砂岩和少量灰岩。电阻率值低，GR曲线表现为中到高值，曲线特征表现为低幅漏斗型或不规则状。

空白相是能量稳定或不稳定的沉积环境，一般可解释为滨浅湖(海)或扇三角洲平原厚层泥岩。另一方面，根据所处位置，若发育在盆地中心，则可能对应于浅湖亚相；若发育于盆地边缘，则可能对应于河漫滩亚相。结合井震标定结果，将盆地中部的空白相解释为滨浅湖亚相。

3.2 偏泥相地震相平面分布特征

地震相分析坚持能量匹配一致的基本规定，当沉积体系类似或相同时，它们所对应的地震反射外形和结构也必然类似或者相同，即高能环境匹配高能环境，低能环境匹配低能环境，不能交叉。本文开展了临河坳陷固二段和临二段两个主力烃源岩层段的地震相平面分布预测，得到地震相平面分布特征(图4(a)、 (b))，对后续有机相的分布预测及烃源岩的分布评价都具有重要意义。

图4 河套盆地临河坳陷烃源岩层段地震相平面分布图Fig.4 Seismic-facies distribution of source rocks in the Linhe Depression,Hetao Basin

临河坳陷固二段主力源岩段烃源岩地震相主要有低频-强振幅和弱振幅-空白相两种。低频-强振幅地震相主要发育于工区西南部和北东部，且呈现不连续、多块分布的特征，而弱振幅-空白相呈现大片连续分布，并将低频-强振幅相包含其内。临二段主力源岩段烃源岩地震相主要有低频-强振幅相和弱振幅-空白相两种。低频-强振幅相主要发育于工区北东部，呈现连续分布的特征，而弱振幅-空白相呈现广布式分布。

根据井震标定的结果，低频-强振幅相对应厚度较小但有机质含量较高的暗色泥岩，可作为好烃源岩。弱振幅-空白相对应厚度较大但有机质含量较少的灰黑色、灰色泥岩，可作为较好烃源岩。因此，临河坳陷的烃源岩分布广泛，而固二段和临二段存在较大差异。固二段I类优质烃源岩主要分布于工区西南部和北东部，临二段I类优质烃源岩主要分布于工区北东部，而Ⅱ类较好的烃源岩在整个工区皆有分布。

4 有机相类型划分及分布特征

有机相是近十几年来在沉积学、有机地球化学、海洋学、有机岩石学和微生物学等众多学科基础上快速发展的有机地层学概念[37-39]。国内外大量学者从沉积环境、地球化学以及干酪根成因类型等多个方面提出了有机相的划分方案，以期了解盆地或凹陷内烃源岩的有机质类型和丰度。由于有机相的研究在较少的资料条件下也可以开展，故对低勘探程度区有较强适应性。对于稀井、少井的早期勘探，有机相的研究主要实现地震相到沉积相再到有机相的转化:首先通过地震相的分析研究，利用地震相、单井相及沉积相之间的关系，预测沉积相的分布；然后依据有机相与沉积环境的标定，划分有机相类型；最后根据划分的有机相类型得到有机相的分布，实现有机质和有机质丰度的预测。

4.1 有机相类型划分

沉积环境是决定烃源岩分布及类型的关键因素之一，而沉积相是反映沉积环境的岩石和古生物特征的综合，因此沉积相的横向变化规律反映有机质丰度及类型的变化，即有机相的变化特征。本文利用吉兰泰凹陷及杭后凹陷附近钻井实测资料，分别统计了白垩系及古近系两套烃源岩不同沉积环境的地球化学指标，得到有机相类型划分标准(表1和表2)。

表1 河套盆地临河坳陷白垩系有机相类型划分

表2 河套盆地临河坳陷古近系有机相类型划分

据有机相的类型划分结果，3种有机相的质量依次为半深湖>滨浅湖>三角洲。半深湖相主要发育灰黑色、深灰色及灰色泥页岩，可容纳空间较大，水动力条件较弱，发育为缺氧的还原环境，这种沉积环境有利于有机质的保存，湖中的各种水生生物同时提供了大量有机质，因此有机质丰度较高，发育优质烃源岩。滨浅湖亚相一般处于弱氧化-弱还原环境，其水动力条件较为复杂，击岸浪及回流的冲刷、淘洗对沉积物具有强烈的改造作用，故其有机质丰度较低，但仍具有一定的生油能力。距离物源较近的前三角洲，暗色泥岩富含有机质，也可作为生油层。根据有机碳含量划分烃源岩的级别标准[40]，A相已经达到了好的烃源岩，局部为非常好的烃源岩，B相已经达到了好的烃源岩级别，C相局部可达中等烃源岩，因此，其质量依次为A相>B相>C相(图5)。

图5 河套盆地临河坳陷烃源岩层段有机相平面分布图Fig.5 Organic-facies distribution of source rocks in the Linhe Depression,Hetao Basin

4.2 地震相转有机相方法

根据井震标定的结果(图3)，本次研究划分了两类偏泥相的地震相，低频-强振幅相对应厚度较小但有机质含量较高的暗色泥岩，一般对应半深湖相沉积，可作为优质烃源岩；弱振幅-空白相对应厚度较大但有机质含量较小的灰黑色、灰色泥岩，一般对应滨浅湖相沉积，可作为较好的烃源岩。根据有机相的地球化学特征和沉积环境的相关关系，在研究区划分了A相、B相及C相三类有机相类型，分别对应半深湖、滨浅湖、三角洲沉积环境。因此，根据地震相、沉积相及有机相之间的相关关系，可将地震相分布转化为沉积相分布再转化为有机相分布。

4.3 有机相平面分布预测

根据以上建立的有机相与沉积相的基本关系，将研究区的地震相转化为沉积相，最终转化为有机相，图5(a)和(b)为临河坳陷固二段和临二段的有机相平面分布图，进而可进行有机相质量评价。

固二段沉积时期，湖盆中心主要位于盆地的西南部，半深湖相A相发育呈现“多湖盆”的分布特征，同时北东部也发育面积较大的A相。滨浅湖相B相主要围绕半深湖相分布在其边缘，将A相包囊其中，呈广布式分布特征。三角洲相C相主要发育于B相外缘，为边缘相沉积，分布在盆地外缘。A相虽然分布面积较小，但其有机质丰度较高，生烃潜力巨大，并且在斜坡高部位依然存在，为油气的近源成藏提供油源，可作为该时期最优质的烃源岩。B相在整个盆地皆有分布，面积较大，有机质丰度较高，可作为该时期主要的烃源岩。

临二段沉积时期，湖盆中心发生了迁移，半深湖A相主要发育区域由西南转移到北东部，表明湖盆的沉积-沉降中心向北东部迁移。滨浅湖B相发育范围十分广阔，相比于固二沉积时期其范围向北动扩充，而三角洲C相局限发育于盆地边缘。考虑有机相质量和分布范围，A、B这两种相为该时期的主要有机相，构成此时期的主要烃源岩。

5 主力源岩层段泥岩厚度分布特征

烃源岩厚度无疑是影响排烃量的一个重要指标，无论烃源岩的厚度与生排烃量的具体关系如何，厚度都影响着烃源岩的质量[37]。一般而言，烃源岩都是有机质含量丰富的泥岩或页岩，因此泥岩厚度越厚则说明烃源岩的厚度可能越厚。

作为地震资料常规处理中间步骤的速度分析为岩性解释提供了大量速度谱及叠加速度信息[38-46]，在地震速度-岩性分析中，可以将地震叠加速度谱转化为层速度，进而结合岩石物理特性来识别地层岩性。在地震勘探中，根据岩石的基本物理性质，地震波在不同岩性介质中的传播速度不同，因此可以依据地层层速度确定砂泥岩地层岩性组成，求取砂、泥岩指数，进而可以求得泥岩的厚度。根据地震速度-岩性分析的基本原理及方法，预测出固二段及临二段泥岩等厚图(图6(a)、(b))。

图6 河套盆地临河坳陷泥岩等厚图Fig.6 Mudstone isopach map of the Linhe Depression,Hetao Basin

需要指出的是，在进行地震速度-岩性分析预测时，目的层段的层速度应介于纯泥岩速度和纯泥岩速度之间，层速度越低，表明其泥岩含量越高，因此速度较低的红层也被计算在泥岩含量中，由此计算出的泥岩厚度包括了红层。对于红层，本文通过统计钻井中的红层厚度，计算其在总泥岩厚度中所占百分比，再制作多井误差校正图版，然后将计算误差输入速度-岩性分析软件，最终输出剔除红层的泥岩厚度；平面上再结合有机相展布特征确定主要暗色泥岩的分布范围[37]。

固二段和临二段泥岩整体厚度较大，大部分超过了100 m，洼陷深处最高可达700 m以上。固二段泥岩厚度从西南至北东依次增大，厚度高值区大概有三个，而北东部的厚度较西南部更高。临二段泥岩从西南至北东增厚，北东部为厚度高值区的中心，说明在固二段沉积时期到临二段沉积时期，盆地的沉降中心发生从西南至北东的迁移，导致生烃中心从西南至北东发生迁移。实际上，在早白垩世，盆地整体受北西-南东向挤压应力影响，其结构表现为坳陷型特征，白垩系地层广泛发育于整个盆地，为烃源岩满盆发育创造了成熟条件，故而整个时期盆地南北皆分布有较厚的泥岩。古近纪盆地主要受拉张应力影响，边界发育大型正断层，盆地类型表现为断陷型。受北部正断层的控制，杭后凹陷北部在断层的下降盘形成了巨厚的沉积，故北部此时的泥岩厚度明显大于南部的厚度。因此，两期盆地的差异叠合控制了烃源岩的分布格局[32-33]。

6 生烃灶分布特征分析

通过对工区两个主力烃源岩段地震相分布、有机相分布及泥岩厚度分布地预测，对临河坳陷两个主力烃源岩段的生烃灶分布特征进行分析(图7)。

图7 河套盆地临河坳陷烃源灶综合评价图Fig.7 Comprehensive evaluation of source kitchen in the Linhe Depression， Hetao Basin

临河坳陷固二段的低频-强振幅相主要发育于工区西南部和北东部，临二段低频-强振幅相分布特征不同于固二段，主要发育于工区北东部，对应着I类优质烃源岩，而弱振幅-空白相在整个工区呈现广布式分布，表明满盆含有烃源岩的特征。固二段和临二段的半深湖相A相发育的部位为本区最优质烃源岩分布位置，有机相质量最好，滨浅湖相B相为次要的烃源岩，有机相质量较好但是分布范围较广，依然具有一定生烃能力。烃源岩发育的有利层位为白垩系固二段及古近系临二段，两段地层泥岩厚度均较大，固二段表现有三个泥岩厚度中心，临二段有两个泥岩厚度中心。另外，白垩系盆地为统一大型坳陷，烃源岩广布式分布，古近系盆地转化为断陷型盆地，北部受正断层控制沉积了厚度更大的烃源岩[33]。

综上所述，综合评价两套主力生烃灶的分布特征:固二段可划分为两个主力生烃灶，分别发育在西南部和北东部，其中西南部的生烃灶面积大、有机质丰度高、厚度较大，是最有利的生烃灶；临二段主要发育一个生烃中心，分部在北东部，生烃灶面积大、有机质丰度较高、厚度大，可作为最有利的生烃灶。

7 结 论

(1)临河坳陷白垩系固二段及渐新统临二段发育两类偏泥地震相，分别为低频-强振幅相和弱振幅-空白相。固二段低频-强振幅相主要发育于工区西南部和北东部，临二段低频-强振幅相主要发育于工区北东部，而弱振幅-空白相在整个工区呈现广泛分布。

(2)临河坳陷白垩系固二段及渐新统临二段发育三种有机相，分别为半深湖A相、滨浅湖B相、三角洲C相。固二段半深湖相A相遍布于盆地西南部及北东部，滨浅湖相B相主要围绕半深湖相分布在其边缘，将A相包囊其中，面积较大，分布较广，三角洲相C相主要发育于B相外缘；临二段A相主要发育于北东部，B相发育范围十分广阔，相比于固二沉积时期其范围向北东扩充，而C相局限发育于盆地边缘。

(3)两个时期泥岩厚度整体特征表现为北厚南薄。固二段发育三个泥岩厚度中心，泥岩厚度从西南至北东依次增大。临二段泥岩南北部厚度差异很大，北东部为厚度高值区的中心，相比固二段沉积时期，盆地的厚度中心从西南至北东发生迁移，两层泥岩在纵向上差异叠加。

(4)固二段发育两个主力生烃灶，其中西南部生烃灶面积较大、有机质丰度高、厚度较大，是最有利的生烃灶；临二段主要发育一个生烃中心，分部在坳陷北部，生烃灶面积大、有机质丰度较高、厚度大，可作为最有利的生烃灶。