准噶尔中部4区块侏罗系油气输导体系与油气成藏关系

沈澈 蒋有录 杨佳颖 方旭庆 鲁修麟

摘要：準中4区块侏罗系油气藏具有混源、多期充注的特征，而断层和砂体复合形成的断层-砂体输导体系对油气的运移与聚集起到重要的控制作用。利用地质、测井、地震等资料刻画输导体系类型及分布特征，明确优势输导体系及其对油气分布和成藏模式控制作用。结果表明：具备强输导能力（断层输导有效性评价系数小于3.5、启闭系数大于1）并沟通烃源岩层与储层的油源断裂为垂向输导通道，砂地比大于30%的部分连通和完全连通砂体为油气横向运移通道；优势输导体系为强输导断层汇聚面与连通砂体构造凸面脊，控制了油气分布；综合输导体系演化和油气充注过程建立混源供烃-两期充注-断砂复合输导油气成藏模式，第一期成藏期为断层和砂体共同输导至三工河组与头屯河组，而第二期成藏期断层为主要输导通道，垂向输导至头屯河组。

关键词：输导体系； 断层； 砂岩输导层； 控藏作用； 侏罗系； 准噶尔盆地

中图分类号：TE 122.1 文献标志码：A

引用格式：沈澈，蒋有录，杨佳颖，等.准噶尔中部4区块侏罗系油气输导体系与油气成藏关系［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2023，47（6）：13-25.

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Relationship between hydrocarbon migration system and reservoir

formation in the 4th Block of central Junggar Basin

SHEN Che1， JIANG Youlu1， YANG Jiaying1，FANG Xuqing2， LU Xiulin1

（1.School of Geosciences in China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China；

2.Management Center of Oil and Gas Exploration， Shengli Oilfield Company， SINOPEC， Dongying 257000， China）

Abstract： The Jurassic reservoirs in the 4th Block of central Junggar Basin exhibit characteristics of mixed source and multi-stage filling. The hydrocarbon migration system， formed by a combination of faults and sand bodies， plays acrucial role in controlling the migration and accumulation of oil and gas. By utilizing geological， logging and seismic data， this study aims to characterize the types and distribution characteristics of this hydrocarbon migration system and elucidate the dominant hydrocarbon migration patterns and their influence on the distribution and accumulation mode of oil and gas. The research reveals that the oil source faults serving as efficient transport channels（indicated by an evaluation coefficient of fault transport effectiveness less than 3.5 and a fault opening and closing coefficient greater than 1）act as vertical migration pathways，connecting the source rock with the reservoir. Partially and completely connected sand bodies， with a sand-ground ratio greater than 30 %， function as lateral migration channels for oil and gas. The predominant hydrocarbon migration system include the T-type fault-sand combination pattern and the staircase-type fault-sand combination pattern. In these patterns， the convergence surface of robust transmission faults aligns with the ridge of connected sand body structures， which controls the distribution of oil and gas reserves. The comprehensive evolution of migration system and the hydrocarbon charging process establish a model for reservoir formation， encompassing mixed sourcing hydrocarbon supply， a two-stage filling process， and fault-sand composite transmission and conduction. The fault and sand bodies jointly transpor hydrocarbons during the initial phase of formation， while in the subsequent phase， the fault takes on the primary role as the transport channel.

Keywords： hydrocarbon migration system; fault; sandstone transport layer; control function; Jurassic; Junggar Basin

输导体系作为控制油气从源岩向圈闭运移的关键要素，是指运移过程中经历断层、砂体、不整合等输导通道的总和［1-3］。开展输导要素的静态刻画、输导体系内的流体运移机制以及输导体系的形成演化等内容对判识含油气盆地内的油气分布及油气富集程度具有重要指导意义［4-5］。近年来，准中4区块在侏罗系地层内发现多套含油层系，但工业油流井集中分布在断裂带附近，分区分带特征明显。前人针对侏罗系油气藏开展了眾多研究，利用生标化合物和储集层流体包裹体明确油气来源及期次，模拟恢复研究区超压分析油气充注动力，描述断裂静态特征分析断裂成因等［6-10］。然而有关输导体系内各输导要素时空配置关系、优势输导通道以及输导体系控藏模式还不够清晰，影响了研究区侏罗系油气的勘探。通过对断裂和砂体输导要素精细解剖基础上，分析各输导要素在演化过程中时空匹配关系明确优势输导体，探讨输导体系控制下的油气成藏模式，以期为准中4区块油气勘探提供一定指导。

1 区域地质概况

准中4区块位于准噶尔盆地阜康凹陷中东部，整体处于北天山山前坳陷，其南靠北天山山前逆冲断褶带，北邻白家海凸起，东邻北三台凸起，西北紧靠莫索湾凸起，整体呈现北高南低的构造形态（图1）。研究区经历海西、印支、燕山、喜山等多期构造事件使得不同区域断层成因机制存在差异，形成了董1-董3井区的压扭断裂带、董6井区的正断层发育带、董7-董8井区的南北向调节断裂带3个相对独立的断裂体系［10］（图1）。

阜康凹陷自下发育石炭系（C）、二叠系（P）、三叠系（T）、侏罗系（J）、白垩系（K）、古近系（E）、新近系（N）和第四系（Q）［11］。其中二叠统下乌尔禾组和下侏罗统八道湾组为两套主力烃源岩，地质和地化特征具有差异。油源对比结果表明研究区内侏罗系原油主要来自下侏罗统煤系烃源岩，同时又有二叠系湖相烃源岩的部分贡献。乌尔禾组烃源岩为深湖—半深湖相沉积邻近生烃中心，烃源岩厚度在100～200 m，暗色泥岩为主，有机质丰度较高，总有机碳（TOC）分布在0.41%～4.3%之间，有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，镜质体反射率Ro为1.3%～2.0%，热演化程度较高，处于高成熟—过成熟阶段，属于好烃源岩；下侏罗统烃源岩为河流—沼泽—半深湖相煤系沉积，厚度在150～300 m，有机质丰度较高，TOC分布在0.53%～5.33%，有机质类型以Ⅲ型为主，部分为Ⅱ2型，Ro为0.7%～1.3%，热演化阶段处于生油高峰期，属于较好烃源岩［12，16］。前人利用生排烃史分析法、同位素测年法、流体包裹体法等方式判断成阜康凹陷成藏期为白垩纪和古新世—始新世［8，10］。

侏罗系三工河组和头屯河组发育多套砂岩为主要的储集层，同时也是油气分布的主要层位。头屯河组储层主要发育于曲流河—三角洲—滨浅湖滩坝沉积体系［11-13］，三工河组储层以辫状河三角洲前缘沉积为主，砂岩储层横向分布稳定，连续性较好。从头屯河组到三工河组，随埋深增加，储层物性逐渐变差，属于低孔—低渗储层。侏罗系砂泥岩沉积相互叠置，形成理想生储盖组合。纵向上主要发育八道湾组生-三工河组储-西山窑组盖、八道湾组生-头屯河组储-下白垩系清水河组盖两套“下生上储”的储盖组合（图1）。

目前勘探证实，研究区内油气分布在3个断裂体系附近，已发现的油藏类型有断层油气藏、构造-岩性油气藏和岩性油气藏。不同层系油气藏类型也存在差异，头屯河组油气藏主要受断层和岩性的控制，除了靠近阜康凹陷中心的董3—董1井区局部发育砂岩透镜体油气藏之外，多数油气藏受断层输导或封闭作用影响，发育断层油气藏和岩性-断层油气藏，其中断层油气藏主要发育在董8井和董11井附近，而岩性-断层油气藏主要发育在董7—董701井一带（图1）；三工河组油气藏主要受岩性控制，发育断层-岩性油气藏和岩性上倾尖灭油气藏［16］。

2 输导要素特征

2.1 断层输导

2.1.1 断层特征

阜康凹陷在印支—燕山期强烈的压扭性应力场的大背景下，形成了一系列走滑性质的张扭性断层，其在平面、剖面上均具有走滑断层的典型特征，断层集中发育于3个断裂带，呈北东、北西和南北向分布。地震剖面上断裂带内断层向下断至三叠系或二叠系，向上只断至侏罗系顶部，局部断至白垩系底部，成藏期对应的白垩系及以上地层中断层不发育（图2）。

根据演化过程和断穿地层可将断层划分4种：Ⅰ级断裂为始于印支-海西阶段、持续活动至燕山阶段的断裂，延伸长度分布在6～15 km，具有规模大、延伸远、切穿侏罗系地层直至二叠系地层的特点，为主干断层；Ⅱ级断裂发育于晚三叠世，仅在燕山阶段发育活动，表现为张扭、压扭、张性环境下发育的走滑断层花状分支断层，延伸长度小于8 km，规模仅次于Ⅰ型断裂（图1）；Ⅲ级断裂形成于燕山阶段中晚期，在地震剖面上成排展布，董13井附近逆冲特征明显，断层倾角为40°～60°，延伸长度小于4 km；Ⅳ级断裂仅在印支—海西阶段、燕山阶段早期活动，断面陡直，基本无分支断裂，仅断至八道湾组地层（图2）。

根据能否沟通二叠系或八道湾组的成熟烃源岩和三工河组或头屯河组的砂岩层将断层分为油源断层和非油源断层。其中沟通二叠系烃源岩和侏罗系储层早期形成的Ⅰ级断裂与发育时间相对较晚且沟通八道湾组烃源岩与三工河组和头屯河组储层的Ⅱ级断裂可成为油源断裂，控制了油气规模充注。非油源断层存在两种情况，一种是油源断裂附近的Ⅲ级断层起到调节作用，能够将三工河组储层内油气垂向调节至上部头屯河组储层，起到调整油气的分配运移的作用，而Ⅳ级断裂未断至侏罗系储层，无法成为有效的输导断层。

2.1.2 断层垂向输导能力

研究区内大部分油源断层在地震剖面上仅断至白垩系地层底部（图2），因此使用断层生长指数、断层活动速率等常规方法得到的断层输导能力与油气成藏期匹配较差。因此前人提出利用断层输导有效性评价系数（

Kf）和断层启闭系数（C）共同对断层有效性进行评价［6，17］。但前人提出的评价方法只考虑垂向断距与断面上部地层压力对断面输导有效性的控制，使得评价结果只随埋深和断层倾角变化。大量勘探实践表明，最大水平构造主应力同样是影响高角度走滑断层断面正应力的重要因素，区域最大水平构造主应力与断层面的夹角越大，断层面上的断面正应力越大，断层封闭性越好［18］（图3）。研究区不同地区的构造主应力方向和油源断层走向夹角值存在较大差异，综合考虑构造应力、地层压力、断层走向、断层倾角等因素对断层输导有效性评价系数影响，将计算公式调整为

式中，Kf为断层输导有效性评价系数，无量纲；H为断点埋深，m；ρr为上覆地层平均密度，g/cm3；ρw为上覆地层水密度，g/cm3；Δp为剩余流体压力，MPa；pL为泥岩塑性变形极限压力，MPa；g为重力加速度；θ为断层面倾角，（°）；α为断层走向与最大水平主应力夹角，（°）；σH为最大水平构造应力，MPa；σh为最小水平构造应力，MPa； C为断层启闭系数，无量纲；R为泥岩涂抹因子；δ为断面正应力，MPa；p为流体压力，MPa。

通过对断层有效性评价公式的选取和参数的计算［8，19］，对研究区断层输导有效性进行评价。断层输导有效性评价系数Kf和断层启闭系数C之间相关性非常好。结合断层两盘的油气显示情况，断层在C>1、Kf<3.5是具备开启能力的条件（图4（a））。根據式（1）知断面正压力控制了断层输导有效性评价系数Kf，而断层倾角θ和水平构造主应力与断层走向夹角α是断面正压力的重要影响因素。利用研究区270个样品点进行拟合发现三者间具有一定相关性，R2可达0.61（图4（b））。

综合各项参数建立断层输导能力评价标准：①断层输导能力差。Kf>3.5，C<1，α>75°，θ<30°这种情况下，断层垂直于水平构造主应力，造成断层面上承受的正压力较大，而超压不发育，使得深层生成油气难以突破断层的封闭状态。②断层输导能力中等。Kf>3.5，C>1或Kf<3.5，C>1，α>75°，θ>30°或α<75°，θ<30°在这类油源断层两侧存在少量油气显示层段。③断层输导能力强。Kf<3.5，C>1，α<75°，θ>30°，断层与水平构造主应力夹角较小，断层倾角较陡，造成断层面上承受的正压力较小，位于超压发育部位断层易于开启，该类断层是油气垂向运移的主要通道。

评价结果显示，现今研究区发育的油源断裂输导能力具有分区分层的特征。同一层位内，董3井区断层输导能力最强，其次是董7—董8井区，董6井区断层输导能力最差。表现为董8井区地层压力偏小，董6井区断层走向与最大水平主应力的夹角近90°，而董3井区断层倾角大，应力夹角小，断面正应力偏小，地层压力大易突破断层封闭（图5（a））。垂向上，由于三工河组研究区全区发育超压，三工河组内的油源断层输导能力大于头屯河组（图5（b））。研究区内探明储量主要分布于董3井、董1井、董13井附近三工河组和头屯河组内强输导能力断层附近。董7井和董11井附近头屯河组内发育中等输导能力断层，但其Kf值为3.6～38，C值较大可达2.7，与强输导断层接近同样具备垂向输导油气能力。

结合前人研究成果［20］，通过构造演化恢复和地层压力恢复，计算中晚侏罗世（150 Ma）和晚白垩世（60 Ma）的断层输导有效性评价系数和断层启闭系数。中晚侏罗世，研究区断层活动，断层启闭系数大，断层输导有效性评价系数小，Ⅰ级断层可以作为二叠系烃源岩的垂向油气输导通道（图6（c））；晚白垩世断层基本停止活动，但侏罗系地层埋深较浅，地层压力较大，断层启闭系数较大，断层输导有效性评价系数较小，油源断裂普遍具有输导能力（图6（b））。断层输导有效性为董7—董8井区最好，其次为董3井区，董6井区相对较差。

2.2 砂体输导

2.2.1 砂体分布特征

准噶尔盆地中生界地层沉积时期具有沉积盆地大且盆地内隆坳相间，整体呈震荡演化的特征，这种沉积背景有利于三角洲沉积体系的发育。准中4区块砂体发育的地层有三工河组和头屯河组，其中三工河组主要发育三角洲前缘亚相，砂体累积厚度介于10～70 m［16］；头屯河组发育三角洲前缘和河流相沉积体系，砂体厚度变化大，为10～75 m，砂体间相对孤立［21］（图7（a））。另外，单砂体厚度也是油气运聚的重要影响因素，单砂体越薄，砂层输导能力越差，当厚度小于临界值时单砂体横向延伸长度短，不能作为油气长距离运移通道。对三工河组和头屯河组单砂体厚度进行统计，二者均发育厚度0～1.5 m的薄砂层和厚度大于2 m的厚砂层，当单砂体较厚时油气性相对较好，而单砂体厚度小于1.5 m时含油气性较差。从单砂体厚度来看，各砂层组都具备横向输导的能力（图7（b）、（c））。

2.2.2 砂体物性及连通性

油气在砂体内连通孔隙运移能力受控于砂体物性与连通性，通常具有较高储集物性及较大砂地比的砂岩层能够成为优势运移通道。研究区侏罗系砂层总体上以长石岩屑砂岩和岩屑砂岩为主，孔隙类型包括剩余粒间孔、次生溶蚀孔隙以及微裂缝，其中次生溶蚀孔隙占总孔隙的80%以上，是侏罗系储层主要的储集空间［22］。储层物性变化范围较大，不同层位储层物性存在一定的差异，头屯河组储层物性最好，孔隙度主要分布在8.0%～15.0%，渗透率主要分布在（0.236 ～7.070） × 10-3μm2；三工河组储层物性较差，孔隙度主要分布在5.0%～8.0%，渗透率集中分布（0.089～0.293）×10-3 μm2，大部分属于低孔-低渗储层［23］（图8）。

油气在砂体内的横向运移距离取决于砂体的连通性。罗晓容等学者认为砂岩层在地层中占据的比例与砂体连通性表现为正相关［24］。结合前人对准中4区块砂体特征研究成果利用砂地比建立砂体连通概率模型：

式中，P为砂体连通概率；h为砂地比;Lo为逾渗阈值；b=（L-Lo）/β，为连通指数；L为完全连通系数。

以准中4区块三工河组和头屯河组地层砂地比和岩性剖面分析为基础，使用砂体连通概率模型（连通概率界限分别为0.4和0.8）［25］，将砂体分为低连通、部分连通和完全连通3类，分别对应砂地比0～30%、30%～50%和大于50%。利用该标准与砂体特征展布特征分析砂体输导通道分布特征。通过对比不同层系砂体发育特征、砂地比和含油气显示井的比例发现砂体厚度和砂地比均较大的砂层组更有利于油气的聚集（图7（a））。头屯河组内的河道砂体相互孤立，连通性差，仅在董7井区、董11井区和董3井区附近发育部分连通砂体，形成东西向延伸的侧向运移通道；三工河组砂体发育，砂地比主体大于30%，部分连通、完全连通砂体分布在董8-董7井区、董3-董1井区和董11井区成为研究区油气主要侧向运移的通道。

3 输导体系对油气成藏控制作用

3.1 输导体系有效性

输导体系与成藏事件的时空匹配有效性决定了油气能否成藏，只有在烃源岩大量生排烃时期前就形成且具备强输导能力的输导体系是研究区侏罗系油气藏形成的关键。阜康凹陷内油源条件优越，发育二叠统下乌尔禾组和下侏罗统八道湾组两套主力烃源岩。根据埋藏-热演化史，下乌尔禾组烃源岩在晚三叠世开始生烃（Ro>0.5%）、早侏罗世开始大规模生烃（Ro>0.7%）、早白垩世进入凝析油-湿气阶段（Ro>1.3%），而八道湾组烃源岩在晚侏罗世开始生烃（Ro>0.5%）、早白垩世开始大规模生烃（Ro>0.7%）、始新世进入凝析油-湿气阶段（Ro>1.3%）。而将侏罗系各层位烃类包裹体伴生的盐水包裹体均一温度分布区间投影到埋藏-热演化史图中得到侏罗系储层成藏时期为白垩纪（132～75 Ma）和晚中新世—现今（10～0 Ma）［26］（图9）。

在中晚侏罗世，乌尔禾组烃源岩开始生排烃，此时研究区油源断裂处于活动状态，油气沿断层进入三工河组和头屯河组砂体内。由于储层埋深浅，随后又经历抬升剥蚀使得储层内油气被破坏降解；大部分油源断裂在白垩纪不再活动，仅有部分深大断裂活动且活动性较弱，但研究区内生烃造成较高的地层流体压力使得油源断裂再活化成为八道湾组油气的垂向运移通道。随着压力卸载完毕，断层封闭地层内再次发育超压［8］。前人对三工河储层成岩过程开展研究并进行物性恢复，结果表明三工河组砂体在第一成藏期储层物性较好［7，15］，与埋藏较浅的头屯河组砂体一起作为油气横向输导通道；虽然古近系—现今成藏期内断层活动性不明显，但准噶尔盆地腹部Ⅰ级、Ⅱ级断裂带内观察到不同时期的流体包裹体，如阜康斜坡带上的西泉断裂内存在三期流体活动与三期油气充注时间相吻合［27］。这表明该成藏期内广泛存在的超压发育和喜山期的构造活动使得油源断层开启，发生“幕式”充注。三工河组砂体在一系列成岩作用下已经致密，仅在输导断层附近充注难以横向运移。头屯河组中的优质砂体处于中孔中渗状态，依旧能作为横向运移的通道（图9）。

3.2 优势输导体系与油气分布

输导体系控制了油气的分布，输导体系发育的区域油气富集，油气显示程度高，而远离优势输导体系的区域油气富集程度偏低。准中4区块内输导体系由强输导断层与其附近砂地比大于30%的连通砂体共同组成，主要分布在董7井、董3井、董13附近。目前已发现油气富集区则与输导体系发育区域相吻合，油浸和油斑级别的油气显示井均位于强输导能力油源断层和连通砂体控制范围内。

同一井区内油气差异富集则表明优势输导体系控制了油气运移方向。油气总是沿一定配置关系的输导体系从流体势的高值区向低值区运移成藏。平面上汇聚形态断层面和砂体的构造凸面脊部位为油气运移低势区，油气在运移过程中会在流体势作用下在其中聚集。因此，当强输导断层汇聚面与连通砂体构造凸面脊相匹配时，油气沿断层汇聚面垂向运移并在与其对接的连通砂体处侧向分流向构造凸面脊汇聚，为最有利的断-砂配置油气输导通道；而砂体构造凸面脊或构造凹面脊与断层平整或发散部位相匹配时，油气发散不利于油气的运移和聚集。利用断层解释资料恢复研究区内油源断层的断面形态（图10），并将其与断层输导能力、砂体构造凸面脊方向、砂体厚度与砂地比叠合得到各输导要素在空间上的配置关系（图11）。

董6井区油气分布受油源断层垂向输导能力控制，董11井和董6井均位于连通砂体内，董11井油气显示明显优于董6井，原因为董11井附近发育强输导能力油源断层，大于董6井附近油源断层（图10（a））。董2井区油气分布受断层垂向输导能力和断层面形态共同控制。董701井和董8井均处于中等输导能力断层附近，董701附近发现规模油气而董8井仅见显示未发现油气藏。这是由于董7井附近断层垂向输导能力强，同时发育汇聚断层面和砂体构造凸面脊组成的断-砂组合输导体系，而董8井附近为发散型断层面和砂体构造凸面脊组成的输导体系，不利于油气的运聚（图10（a））。董三井区内董3井附近发育强输导油源断层且断层面为汇聚型，油气通过断层运移至侏罗系储层并沿砂体构造凸面脊由南向北在构造高部位聚集成藏（图10（b））。

3.3 断-砂输导体系控制油气成藏模式

準中4区块烃源岩层内多期生成的油气通过油源断层垂向运移至上部三工河组储层以及头屯河组储层，沿砂体构造凸面脊侧向运移最终在构造高部位聚集，油气藏具有混源的特征。综合烃源岩生排烃史、输导要素特征和输导体系有效性，在对油气动态成藏过程深入分析的基础上，建立研究区侏罗系“混源供烃-两期充注-断砂复合输导”的油气成藏模式。

第1期油氣充注（早白垩世），乌尔禾组烃源岩进入高熟阶段，八道湾组烃源岩进入生烃高峰期，此时头屯河组和三工河组地层在经历抬升后又快速埋藏，构造强度较低，断裂活动性微弱。两套烃源岩生成的油气在超压驱动下首先进入到八道湾组顶部薄层砂体和三工河组连续性较好的砂体充注，三工河组砂体厚度大且分布稳定，储层物性条件较好，油气能够在三工河组砂体构造凸面脊中进行一定距离的侧向运移，在岩性尖灭处或鼻凸带形成岩性和构造-岩性油气藏，局部T型断-砂组合发育部位充注至头屯河组充注成藏（图12（a））。

第2期油气充注（中新世—现今），八道湾组烃源岩进入高熟阶段，头屯河组和三工河组地层持续埋藏，砂岩储层进入晚期成岩作用阶段，砂岩储层孔隙度进一步降低，储层物性变差难以成为侧向运移通道。受喜山期构造活动和生烃超压的影响，断裂具备输导能力，油气在源储压差驱动下沿油源断裂向上运移至多层系充注成藏，在该时期侏罗系发育的调节断层将第1期在三工河组形成的油气向上调整至头屯河组河道砂体中成藏，为油气藏的破坏和再调整过程（图12（b））。

4 结 论

（1）准中4区块油气通过油源断裂和连通砂体垂向和横向运移聚集成藏，其中断层输导有效性评价系数小于3.5且启闭系数大于1的油源断裂为垂向输导通道，砂地比在30%～50%的部分连通砂体和砂地比大于50%的完全连通砂体为横向输导通道。

（2）断层和砂体输导要素中的强输导油源断层的汇聚型断层面与连通砂体的构造凸面脊构成了优势输导体系，控制研究区内的油气分布。

（3）研究区在白垩纪时，油气沿油源断裂向上运移至三工河组并在三工河组侧向运移至构造-岩性或岩性圈闭中成藏，局部运移至头屯河组充注成藏；中新世—现今，八道湾组烃源岩大规模成熟生烃，三工河组致密，油气沿油源断裂垂向运移至头屯河组断块圈闭中成藏，从而建立了混源供烃-两期充注-断砂复合输导的油气成藏模式。

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