柴北緣尕丘凹陷大煤溝組烴源巖特征及有利勘探目標分析

周約如,鞠俊成,曾 巖,孟凡秋,汪國文,張 坤

( 1. 中國石油遼河油田分公司 勘探開發研究院,遼寧 盤錦 124010; 2. 中國石油遼河油田分公司 金海采油廠,遼寧 盤錦 124010 )

0 引言

根據“源控論”,自烴源巖生成后,油氣就近聚集于生油有利區或鄰近地帶,是在松遼盆地油氣勘探過程中總結的,在我國其他盆地油氣勘探中發揮重要作用[1-3]。對于烴源巖分布相對局限的凹陷,其烴源巖生烴潛力、分布范圍、生排烴史研究對油氣成藏認識和勘探具有重要的現實意義。柴達木盆地北緣(簡稱柴北緣)分布多個面積局限的中生代凹陷,包括蘇干湖凹陷、賽什騰凹陷、魚卡凹陷、紅山凹陷及尕丘凹陷[4],凹陷只發育中侏羅統大煤溝組一套烴源巖層,與烴源巖層相關的油氣田分布于魚卡凹陷及周邊的魚卡油田、馬北油田[5],其他凹陷只有油氣顯示,未獲得油氣勘探突破。尕丘凹陷周邊最早勘探選擇凹陷西部背斜構造,未獲油氣發現,隨勘探的深入,油氣源對研究區成藏的重要控制作用更加明顯。一方面,對尕丘凹陷大煤溝組烴源巖生烴潛力缺少系統分析,尕丘凹陷大煤溝組烴源巖研究多借鑒周緣凹陷(魚卡凹陷、紅山凹陷等)[5-8];另一方面,尕丘凹陷大煤溝組烴源巖分布情況不明確,王利等[9]、馬寅生等[10]、劉成林等[11]認為尕丘凹陷北部尕丘1井暗色泥巖、煤層發育段為石炭系,尕丘1井不發育中侏羅統大煤溝組,新的古生物分析認為石炭系層段為大煤溝組,尕丘凹陷大煤溝組烴源巖分布特征需重新刻畫。筆者進行柴北緣尕丘凹陷及其周邊烴源巖和原油樣品地球化學測試,明確烴源巖生烴潛力,利用井震資料對大煤溝組烴源巖分布重新刻畫,建立成藏模式;根據油氣運聚、圈閉保存條件,明確尕丘凹陷有利勘探區,為研究區下一步油氣勘探提供參考。

1 區域地質概況

尕丘凹陷位于青海省海西州大柴旦行委,構造上位于柴達木盆地北緣東段,東靠綠梁山,北部為南八仙—馬海凸起,西部為北極星—大紅溝凸起。尕丘凹陷可進一步分為北部洼陷和南部洼陷,中央被北極星—大紅溝凸起東段的大紅溝凸起相分隔,總面積約為1 000 km2(見圖1(a))。

圖1 尕丘凹陷及周邊地區構造單元劃分及有利勘探區預測、地層綜合柱狀圖Fig.1 The classification of structural units and prediction of favorable exploration areas and the general stratigraphic column in Gaqiu Sag and peripheral areas

尕丘凹陷是一個中生代凹陷,基底主要由三疊系、二疊系的火成巖、變質巖和新太古界的變質巖組成,其上依次發育中侏羅統大煤溝組、上侏羅統紅水溝組和采石嶺組、白堊統犬牙溝組、古始新統路樂河組、漸新統下干柴溝組、中新統上干柴溝組、上新統下油砂山組等[12-14](見圖1(b))。柴達木盆地北緣北部和東部早侏羅世抬升剝蝕,中侏羅世開始接受沉積,整個中侏羅世是一個水體由淺變深的過程。中侏羅世早期,以河流相和扇三角洲沉積為主,大煤溝組四段(J2d4)主要以沉積黃色、灰綠色礫巖、礫狀砂巖、含礫砂巖為主;中侏羅世中期,以河流相、沼澤相、三角洲相沉積為主,大煤溝組五—六段(J2d5-6)主要沉積礫巖、砂巖、砂質泥巖及炭質泥巖夾煤層;中侏羅世晚期,主要為湖泊相沉積,大煤溝組七段(J2d7)發育半深湖相黑色、灰黑色頁巖、油頁巖,是研究區主要烴源巖發育段[15](見圖2);晚侏羅世,普遍水體變淺,湖泊消失,以辮狀河沉積為主。古近系,上覆地層主要以辮狀河、辮狀河三角洲沉積為主,無烴源巖層發育。柴北緣賽什騰、魚卡、紅山等凹陷地層結構類似,主要烴源巖為中侏羅統大煤溝組七段(J2d7)湖相暗色泥巖,大煤溝組五段(J2d5)湖沼相炭質泥巖和煤層也具有一定生烴能力[16-17]。

尕丘1井深度為1 285.00～1 890.00 m巖性以灰色泥灰巖、含灰泥巖、黑色泥巖及炭質泥巖、煤巖等巖性組合為主,大煤溝組存在類似巖性組合。對尕丘1井深度為1 285.00～1 890.00 m巖屑和巖心樣品(20個)進行古生物分析,確定地層年代,分離出多種孢粉和部分藻類化石,如南方桫欏孢Cyathiditesaustralis、紫萁孢屬Osmundacidites、圓形光面孢屬Punctatisporites、克拉梭粉屬Classopollis、周壁粉屬Perinopollenites、假云杉粉屬Pseudopicea,還發現粒面球藻屬Granodiscus,為中生代繁盛的孢粉和藻類化石組合[18],井段不處于石炭系,結合巖性組合確定尕丘1井深度為1 285.00～1 890.00 m的地層為中侏羅統大煤溝組。

2 樣品采集與測試

采集尕丘1井(1 285.00～1 908.20 m)泥巖樣品20個(巖心5個、巖屑15個)進行孢粉和藻類化石鑒定;采集達1井(1 818.18～1 825.65 m)暗色泥巖巖心、尕丘1井(1 492.00～1 898.00 m)和圓丘1井(2 210.00～2 260.00 m)暗色泥巖巖屑樣品24個;采集圓丘1井(2 600.50 m)灰綠色油斑花崗片麻巖瀝青樣品1個。其中,對烴源巖進行巖石總有機碳豐度、巖石熱解峰溫、氯仿瀝青“A”質量分數、族組成、干酪根鏡質體反射率(Ro)、干酪根顯微組分鑒定,以及有機質類型劃分、飽和烴氣相色譜、質譜等測試分析。樣品測試分析在遼河油田勘探開發研究院試驗中心完成,其中巖石總有機碳豐度分析應用LECO CS-230碳硫分析儀完成,巖石熱解分析應用Rock-Eval-Ⅱ完成,干酪根顯微組分分析應用Axiophot熒光顯微鏡完成,鏡質體反射率測試應用Leica MPV CompactⅡ完成,色質分析由Agilent7890氣相色譜—質譜聯用儀完成。

對于烴源巖和儲層瀝青樣品,首先將樣品巖樣粉碎,通過氯仿抽提、定量,將抽提物通過柱層析分離,提取飽和烴,利用Agilent7890氣相色譜—質譜聯用儀對飽和烴進行色譜—質譜分析。色譜柱為HP-5 ms石英彈性毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。進樣器溫度為280 ℃,載氣為氦氣,流速為1.04 mL/min,掃描范圍為50～550 u,檢測方式為全掃描,電離能量為70 eV,離子源溫度為230 ℃。檢測升溫程序:50 ℃時恒溫2.0 min,以20 ℃/min的升溫速率升至100 ℃,再以3 ℃/min的升溫速率升至310 ℃,310 ℃時恒溫15.5 min。實驗方法參照GB/T 18606—2017《氣相色譜—質譜法測定沉積物和原油中生物標志物》。

3 烴源巖特征

尕丘凹陷及其北部的魚卡凹陷、東部的紅山凹陷屬于柴北緣中侏羅統沉降帶,地面露頭及鉆井資料揭示中侏羅統大煤溝組具有發育良好的烴源巖,其中魚卡凹陷地面出露百米厚的油頁巖,紅山凹陷的老山邊緣大煤溝及綠草地山露頭發現中侏羅統大煤溝七段(J2d7)油頁巖[5-6、15]。尕丘凹陷有3口井鉆遇大煤溝組,分別為尕丘1、圓丘1和達1井,對達1井中侏羅統烴源巖段進行取心(見圖2)。中侏羅統在柴達木盆地北緣分布具有局限性,在賽什騰、魚卡、紅山等凹陷分布J2d7[5-6],尕丘凹陷北部的馬北凸起、西部的北極星、大紅溝等地區中侏羅統不發育。達1井中侏羅統大煤溝組底部發育三角洲平原的灰色、淺灰色含礫砂巖、砂巖,向上水體加深,巖性逐漸變為灰色泥巖、粉砂巖,為正旋回沉積特征[19];中部發育沼澤相泥巖、煤層;上部發育深湖相泥巖;頂部至上侏羅統洪水溝組逐漸過渡到濱淺湖相,主要發育棕褐色泥巖(見圖2)。達1井大煤溝組巖性組合、沉積特征與魚卡凹陷及周邊露頭[5-6、15]大煤溝組五—七段相似性高。此外,達1和圓丘1井大煤溝組上段也發育油頁巖。說明尕丘凹陷發育J2d7地層,即發育優質烴源巖段。

圖2 達1井大煤溝組沉積相及地球化學特征Fig.2 The deposition and geochemical characteristics of the Dameigou Formation in well Da 1

3.1 地球化學特征

3.1.1 有機質豐度

尕丘凹陷J2d7暗色半深湖相泥巖烴源巖總有機碳質量分數(w(TOC))介于0.43%～7.81%,平均為4.03%;氯仿瀝青“A” 質量分數介于0.136 3%～0.373 6%,平均為0.240 0%;總烴(HC)介于(568～1 941)×10-6,平均為1 249×10-6;生烴潛量(S1+S2)介于2.21～41.17 mg·g-1,平均為20.29 mg·g-1,根據SY/T 5735—2019《烴源巖有機質豐度評價標準》,為好—優質等級烴源巖(見表1、圖2-3(TI為類型指數,CPI、OEP分別為正構烷烴中碳優勢指數和奇偶優勢比))。其中,尕丘1、圓丘1及達1井鉆遇中侏羅統大煤溝組五段(J2d5)湖泊相煤層、炭質泥巖,由于取心和樣品數量分布不均,未獲得充足分析測試數據,參考郭天旭等[16]、高斌斌等[17]對周邊凹陷和露頭J2d5煤層、炭質泥巖評價,尕丘凹陷J2d5烴源巖有機質豐度為中等。

表1 尕丘凹陷大煤溝組烴源巖主要地球化學參數Table 1 The major geochemical parameter of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

圖3 尕丘凹陷大煤溝組烴源巖有機質豐度評價Fig.3 The evaluation of organic matter abundance of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

3.1.2 有機質類型

尕丘凹陷J2d7半深湖相暗色泥巖烴源巖顯微組分特征:腐泥組最多,質量分數為68.94%～81.00%,平均為76.00%;其次為鏡質組,質量分數為2.00%～30.00%,平均為17.00%;再次為惰質組,質量分數為0.62%～21.00%,平均為6.00%;殼質組最少,質量分數為0～4.40%(見表2、圖4)。干酪根鏡檢TI介于42.25～65.88,以Ⅱ1型為主(見表2、圖2)。樣品HI分布在194～1 516 mg·g-1之間,平均為486 mg·g-1,有機質以Ⅱ1型為主,部分Ⅱ2型生烴潛力大(見表1、圖5)。

表2 尕丘凹陷大煤溝組烴源巖干酪根顯微組分質量分數Table 2 The kerogen maceral date table of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

圖4 尕丘凹陷大煤溝組烴源巖干酪根顯微組分Fig.4 Maceral of kerogen of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

圖5 尕丘凹陷大煤溝組烴源巖有機質類型Fig.5 Type classification of organic matter of the source rock of the Dameigou Formation in Gaqiu Sag

3.1.3 有機質成熟度

達1和圓丘1井烴源巖埋深在1 800.00～2 200.00 m之間,熱解峰溫tmax介于428～441 ℃,平均為435 ℃,處于低成熟—未成熟熱演化階段。正構烷烴中碳優勢指數CPI、奇偶優勢比OEP也可以作為評價成熟度的指標,隨有機質埋藏深度增加,直到熱演化生烴階段,干酪根熱解產生的正構烷烴奇、偶碳數烷烴逐漸均衡,不具有奇碳或偶碳優勢。隨烴源巖成熟度增加,CPI和OEP從高值降低為1.0左右,當OEP=1.2時,認為烴源巖進入生烴閾值[20]。達1井大煤溝組烴源巖飽和烴色譜分析顯示,OEP介于1.16～1.34,平均為1.27;CPI介于1.10～1.27,平均為1.19,處于未成熟—低成熟階段。研究區取心少,未收集到其他井鏡質體反射率,達1井大煤溝組烴源巖干酪根鏡質體反射率介于0.42%～0.49%,平均為0.45%,處于未成熟階段。達1井大煤溝組烴源巖處于未成熟—低成熟熱演化階段。達1井構造位置高,烴源巖埋藏淺,受后期抬升影響,成熟度低,洼陷主體埋藏深,抬升剝蝕量小,熱演化成熟度更高,埋藏熱演化史分析表明,北、南次洼主體處于成熟—高成熟熱演化階段,生、排烴也更大。

3.2 油源對比

尕丘凹陷及周邊油氣顯示活躍,圓丘1井的中侏羅統基巖地層見油跡、油斑等不同程度顯示,尕丘凹陷東側綠梁山發現露頭油苗,北側馬北地區發現規模油氣儲量。周邊的原油與尕丘凹陷烴源巖是否具有親緣關系,是確定尕丘凹陷中侏羅統烴源巖為有效烴源巖的關鍵。尕丘凹陷從基底至上覆第四系只有大煤溝組一套潛在烴源巖層,達1井大煤溝組烴源巖和圓丘1井儲層原油、生物標志物特征,反映尕丘凹陷為唯一大煤溝組烴源巖和原油特征,二者生物標志物特征高度相似:規則膽甾烷 ααα(20R)C27>C29>C28,近似V型,其中C27略占優勢,指示油和烴源巖由水生生物和高等植物兩種有機質類型供給,水生生物供給略占優勢,與尕丘凹陷中侏羅統烴源巖母質類型以Ⅱ1型為主相吻合(見圖6);烴源巖和原油重排膽甾烷發育,原油沒有降解特征,生物標志物特征指示原油、烴源巖成熟度為低成熟,可以排除重排膽甾烷含量高是受高成熟度或降解的影響[21],烴源巖和原油是在富含黏土礦物環境中沉積或生成的(見圖6-7);烴源巖和原油伽馬蠟烷/C30藿烷介于0.08～0.18,平均為0.11,環萜類化合物不發育,指示烴源巖沉積時為淡水環境[22],原油是在淡水環境的烴源巖中生成的(見圖6)。尕丘凹陷原油與周邊綠梁山露頭、馬北地區馬中1和馬北1井原油在3種指示環境和母源特征方面的生物標志物特征一致,為同一來源的原油,原油為尕丘凹陷大煤溝組烴源巖生成的,與魚卡油田原油在重排甾烷含量和甾烷C27/C29方面存在明顯區別,說明馬北地區原油并非來自魚卡凹陷(見圖6-7)。

圖6 尕丘凹陷及周緣烴源巖與原油GC-MS色譜Fig.6 The GC-MS diagram of oil and source rock in Gaqiu Sag and peripheral areas

圖7 尕丘凹陷及其周緣烴源巖和原油重排甾烷/規則甾烷與甾烷C27/C29關系Fig.7 The relationship figure between rearrangement/regular steranes and steranes C27/C29 of oil and source rock in Gaqiu Sag and peripheral areas

在母質類型、沉積環境方面,對比的原油與達1井大煤溝組烴源巖的生物標志物特征高度相似,在成熟度特征參數上存在明顯差異。甾烷化合物的生物合成鏈手性碳原子中心位為C-20、C-24,其中C-20位不穩定的R構型在地質埋藏過程中受熱向穩定型S構型轉化而形成R+S構型混合物,隨成熟度增加,生物構型類(20R)逐漸減少,地質構型類(20S)逐漸增多[23]。也可以用三降藿烷Ts和Tm評價原油成熟度,與用甾烷R/S構型變化評價成熟度類似,隨成熟度增加,三降藿烷Ts逐漸向穩定型構型Tm轉化[24]。達1井中侏羅統大煤溝組烴源巖埋藏淺,成熟度低,規則膽甾烷C29生物構型類(20R)比其地質構型類(20S)相對多,Ts>Tm;圓丘1、馬中1、馬北1井和綠梁山油苗原油成熟度相對高,規則膽甾烷C29地質構型類(20S)相對含量高,Ts≤Tm(見圖6、圖8)。因此,尕丘凹陷周邊相對成熟度高的原油主要來自尕丘凹陷主體較深部位,并非達1井等埋藏較淺的烴源巖生成的。尕丘凹陷大煤溝組烴源巖生成原油,且向周邊構造高部位運移。

圖8 尕丘凹陷及周緣烴源巖和原油甾烷αββ/(αββ+ααα)C29 與20S/(20S+20R)C29關系Fig.8 Steranes relationship figure between αββ/(αββ+ααα)C29 and 20S/(20S+20R)C29 of oil and source rock in Gaqiu Sag and peripheral areas

3.3 分布特征

WU Chen等[25-26]研究柴達木盆地主要斷裂活動時間,通過斷層走滑擠壓產生自生礦物年代測定,確定主要斷層最早活動時間,柴達木盆地最早走滑斷層活動時間為65 Ma以后,東部斷裂活動時間主要在20 Ma后,西部斷裂活動在65～20 Ma之間,其中綠梁山前的綠南斷層最早活動時間晚于65 Ma,包括綠梁山在內的柴北緣—現今的盆緣山大規模隆起是在新生代以后?，F今柴北緣將多個中侏羅統凹陷分割的凸起或山脈,主要是在古近系及以后(喜山運動)隆起的,柴北緣蘇干湖凹陷、賽什騰凹陷、魚卡凹陷、紅山凹陷、尕丘凹陷在中侏羅世沉積半深湖—深湖相黑色泥巖,當時湖水深度達到最大,將凹陷分割的凸起或山脈未大規模隆起。這些凹陷可能是一個統一的大湖,圍繞南八仙—馬北凸起,湖泊范圍包括賽什騰凹陷、魚卡凹陷、紅山凹陷、尕丘凹陷、綠梁山、錫鐵山等地區,在各個凹陷存在多個沉積中心[16]。中生代晚期燕山運動和新生代喜山運動,尤其是上新世末強烈擠壓,塑造柴北緣多個中侏羅統凹陷分隔、多山隆起的格局。除斷裂活動測年證據外,進一步證實尕丘凹陷、紅山凹陷、魚卡凹陷存在一個中侏羅世大凹陷。首先,柴北緣紅山、綠梁山、賽什騰山等山前、山上露頭發現侏羅系深湖相沉積地層,說明這些山中侏羅世處于湖盆沉積;其次,地震剖面地層展布特征顯示,在尕丘凹陷北部大煤溝組向綠梁山前無超覆特征,中侏羅統向山前未見減薄趨勢,綠梁山中侏羅世處于湖盆沉積體系;最后,尕丘1井位于綠梁山前,大煤溝組未見沖積扇等近岸沉積特征,尕丘1井大煤溝組處于半深湖相沉積。

研究區新的二維地震資料使尕丘凹陷大煤溝組刻畫更為準確,根據井震資料確定大煤溝組厚度;通過已鉆井大煤溝組暗色泥巖與地層比率,刻畫大煤溝組暗色泥巖厚度分布。整個尕丘凹陷大煤溝組面積約為900 km2,北部洼陷厚度可達700 m,南部洼陷厚度可達1 000 m。暗色泥巖總面積約為750 km2,北部洼陷最大厚度為250 m,南部洼陷最大厚度為400 m(見圖9)。暗色泥巖整體上規模大,具備生成規模油氣的地質基礎。

圖9 尕丘凹陷大煤溝組暗色泥巖厚度分布Fig.9 The thickness distribution of dark mudstones of Dameigou Formation in Gaqiu Sag

3.4 熱演化特征

中侏羅世以來,柴達木盆地經歷燕山、喜山多期地層抬升—沉降構造運動,白堊紀,燕山運動使柴北緣部分地區經歷抬升剝蝕,柴北緣多個地區侏羅系、白堊系有不同程度缺失,存在區域性的不整合面。喜山運動主要是在新近紀至第四紀北東—南西向擠壓、抬升,尤其在晚上新世劇烈擠壓抬升。尕丘凹陷及周邊地區經歷兩期大構造運動,受構造運動差異抬升影響,不同地區剝蝕量差異大,尤其對烴源巖埋藏、生烴演化產生影響。烴源巖熱演化主要受地層溫度、埋藏時間和壓力的影響,地層溫度為主要影響因素,地層抬升剝蝕往往引起地層溫度降低,導致烴源巖生烴速度降低,甚至停止生烴。因而,確定尕丘凹陷南、北部洼陷兩期地層抬升剝蝕量是研究烴源巖熱演化史的關鍵。

3.4.1 地層剝蝕量恢復

剝蝕厚度估算方法主要有地熱學方面的鏡質體反射率法、流體包裹體法、磷灰石裂變徑法,地質學方面的地層地比法、沉積—剝蝕速率法等,以及地球物理學方面的孔隙度法、泥巖聲波時差壓實法[27-30]。由于研究區地層剝蝕量大,多個地區連續缺失上新世、中新世多套地層,地質學方面的方法不適用。此外,缺乏分析測試數據,地熱學方面的方法也不適用。研究區構造探井聲波測井數據齊全,而且不存在異常壓實,可利用單井泥巖聲波時差壓實法估算地層剝蝕量,研究整個地區的抬升剝蝕特征。

采用泥巖壓實外推法[28]估算,在正常壓實下,在半對數坐標系中,反映泥巖壓實的聲波時差(Δt)與埋深(H)關系常表現為一直線:Δt=Δt0e-cH,其中,Δt0為地表未固結泥巖的聲波時差,理論上為600～650 μs·m-1,c為正常壓實曲線的斜率。

在地層剝蝕地區,當不整合面以上沉積物的厚度小于剝蝕厚度時,再沉積厚度未對先存地層的壓實趨勢進行改造,剝蝕前泥巖的壓實得以保存,將不整合面以下泥巖的壓實趨勢線外延至Δt=Δt0處即為古地表,古地表與不整合面之間的距離即為剝蝕厚度[29-30]。

估算尕丘凹陷及周邊8口井新近紀晚期剝蝕厚度,其中尕丘1和達1井剝蝕厚度估算結果見圖10。一般現今出露地層時代越老,剝蝕量越大;出露地層時代越新,剝蝕量也越小。目前,馬北凸起、馬東斜坡主要出露中新統,估算剝蝕厚度為500～600 m;尕丘凹陷南部地區達1井地區只殘留部分古始新統,估算剝蝕厚度為1 656 m(見圖10),白堊紀至古近紀連續沉積。尕丘凹陷北部洼陷東部的尕丘1井位于綠梁山前,表層沉積180 m的山前第四紀沉積物,但缺失大部分上新統,估算上新世晚期剝蝕厚度為692 m,中生代缺失下侏羅統和白堊系地層,估算中生代晚期剝蝕厚度為1 027 m。

圖10 尕丘1和達1井泥巖聲波時差法估算剝蝕厚度Fig.10 The erosion thickness restoration by the method of interval transit time of mudstones in well Gaqiu 1 and well Da 1

3.4.2 埋藏熱演化史

為準確反映尕丘凹陷南、北部洼陷埋藏和熱演化史,在南、北部洼陷分別選取兩個虛擬點A和B(見圖1),A、B點的中、新生代發育相對完全,參考附近井地層剝蝕結果,結合凹陷區構造變形弱地層剝蝕量小的特征,估算A、B地層剝蝕厚度。虛擬點A地層剝蝕量在參考北部尕丘1井基礎上,再結合剝蝕量變化趨勢,晚白堊世剝蝕厚度為800 m,新近紀晚期剝蝕厚度為300 m;虛擬點B地層剝蝕量在參考南部達1井基礎上,再結合剝蝕量變化趨勢,新近紀晚期剝蝕厚度為500 m。

應用Petromod軟件對兩個虛擬點進行一維埋藏、熱演化史模擬。尕丘凹陷北部洼陷中侏羅世至早白堊世持續埋藏,晚白堊世抬升剝蝕,一度生烴停止,古新世至上新世早期具有持續快速沉降、沉積、埋藏的特征,平均沉降速率為72 m/Ma;地層溫度因快速埋藏而迅速增大,大煤溝組烴源巖再次深埋,進行充分的熱演化生烴,上新世末期大煤溝組底界埋深達到5 600 m,溫度達到140 ℃,開始抬升,現今處于剝蝕狀態。北部洼陷大煤溝組烴源巖漸新世(E3)進入生烴閾值,中新世(N1)開始大量生油,現今處于大量生油階段,生烴模擬北部洼陷中侏羅統現今Ro最大為1.2%(見圖11)。從中新世至現今北部洼陷一直處于大量生油階段,在尕丘凹陷北部洼陷及周邊,晚期(喜山運動期)形成的構造圈閉是有效圈閉,可作為有利油藏勘探目標之一(見圖12)。

圖11 尕丘凹陷埋藏及熱演化史Fig.11 Buried thermal evolution history in Gaqiu Sag

圖12 尕丘凹陷成藏事件Fig.12 Accumulation events in Gaqiu Sag

尕丘凹陷南部洼陷中侏羅世至上新世處于持續沉降、埋藏階段,其中中侏羅世至古始新世平均沉降速率為30 m/Ma;漸新世至上新世沉降速率加快,平均為146 m/Ma;中侏羅世至上新世大煤溝組烴源巖持續埋藏,上新世末期,中侏羅統底界埋深達到8 600 m,地層溫度超過220 ℃,開始抬升,現今處于剝蝕狀態。南部洼陷晚侏羅紀至早白堊紀烴源巖進入生烴閾值,白堊紀中晚期開始大量生油,古始新世(E1+2)處于生油高峰期,漸新世開始大量生氣,中新世為生氣高峰期,現今洼陷主體Ro>3.0%,生烴潛力逐漸枯竭(見圖11-12)。尕丘凹陷南部洼陷及周邊受喜山運動期擠壓、抬升影響劇烈,古近紀前形成的早期油氣藏被改造,次生油氣藏可作為南部洼陷有利油氣藏勘探目標之一(見圖12)。

4 有利勘探區分析

4.1 失利井

尕丘凹陷北部的馬北凸起古構造高,繼承性發育,是尕丘凹陷北部洼陷油氣主運聚區之一。馬北地區油氣勘探獲得突破(見圖13)。由于蓋層缺失及保存條件差,尕丘凹陷西部和南部的北極星—大紅溝凸起多口探井勘探失利。尕丘凹陷及周邊地區喜山運動期經歷劇烈的擠壓、抬升運動,極地1井南部至苦中1井南部為區域背斜核部(見圖1),區域擠壓、抬升,地層剝蝕,背斜核部剝蝕出露至白堊系,沿核部向西南和東北方向為背斜翼部,地層時代逐漸對稱變新,地層擠壓、抬升劇烈,形成北極星—大紅溝凸起現今的構造格局。早期勘探優選背斜圈閉,部署構造高點,周邊部署的探井—大紅中1井鉆至850 m、苦中1井鉆至426 m,鉆遇變質巖基底,包括極地1井的多口井勘探失利。這些井所處構造位置高,背斜圈閉形態好,但區域擠壓、抬升劇烈,上部蓋層缺失,絕大多數晚期斷裂為“通天”斷裂[31],圈閉保存條件差,不利于油氣成藏。失利地區處于尕丘凹陷大煤溝組烴源巖分布范圍之外,供烴不足。尕丘凹陷南部洼陷埋藏較深,主要生排烴期為白堊紀—新近紀,周緣構造圈閉主要形成于新近紀—第四紀,圈閉有效性有待研究。目前南部洼陷未發現顯示較好的探井,勘探風險較大。

圖13 尕丘凹陷及周邊地區油氣成藏模式Fig.13 Hydrocarbon accumulation pattern in Gaqiu Sag and peripheral areas

4.2 勘探目標

分析尕丘凹陷及周邊油氣成藏條件,有利勘探區先選在埋藏相對較淺、中新世至今處于大量生油階段、周邊油氣顯示活躍的北部洼陷及周邊,再拓展至南部洼陷。北部洼陷靠近洼陷的背斜、斷背斜,尤其是洼陷較近的第一、第二斷階帶圈閉(見圖1、圖13),是油氣富集的有利區。

首先,該類圈閉緊鄰生油洼陷,具備充足油氣供給條件。烴源巖是形成油氣藏的物質基礎,陸相湖盆受生烴規模及疏導層的制約,油氣以短距離運移為主,主要成藏區域分布于生烴洼陷或靠近洼陷。北部洼陷靠近洼陷的背斜、斷背斜,具備充足的油氣供給條件。

其次,該類圈閉是油氣有利的運移聚集區。一方面靠近洼陷,圈閉海拔相對高,具有優先充注的優勢;另一方面存在與洼陷烴源巖相溝通的優勢油氣運移和疏導通道——中侏羅統與基巖、白堊系與古近系兩個不整合面(見圖13)。這些通道溝通洼陷烴源巖生成油氣和圈閉,北部洼陷大煤溝組烴源巖從漸新統(E3)進入生烴門限,現今處于大量生油階段,尕丘凹陷及周邊地區圈閉定型期主要為上新世末(N23),生成的油氣對晚期形成的圈閉進行有效充注。

最后,近洼圈閉蓋層發育,圈閉保存條件好。由于新近系成巖作用弱,地層疏松,作為蓋層油氣封蓋能力差。根據區域地層特征,古近系始新統(E3)干柴溝組上部為湖泛沉積,沉積厚層泥巖,可作為區域蓋層,中侏羅統(J2)發育的暗色泥巖既是有效烴源巖又可作為蓋層,形成E32封蓋下的碎屑巖油氣藏和J2封蓋下的基巖油氣藏。近洼地區受構造改造較弱,地層發育完全,圈閉保存條件好,是尕丘凹陷勘探有利區。

柴北緣紅山凹陷、魚卡凹陷等與尕丘凹陷成藏條件類似,只發育大煤溝組一套烴源巖,烴源巖平面分布相對局限,晚期擠壓運動強烈,在有利勘探區優選時,優先選擇近源、保存條件好的圈閉目標,源外圈閉勘探風險大。

5 結論

(1)尕丘凹陷發育優質、有效的大煤溝組七段(J2d7)烴源巖,有機質豐度高,屬于好—優質烴源巖,母質類型好,以Ⅱ1型為主。烴源巖生成原油在馬北1井等周邊地區聚集成藏。

(2)尕丘凹陷大煤溝組烴源巖總面積約為750 km2,主體厚度為50～400 m,凹陷主體埋藏深、熱演化程度高,可生成規模油氣。北部洼陷經歷兩次抬升,現今處于生油高峰;南部洼陷埋藏深,已過生氣高峰。

(3)尕丘凹陷北部洼陷第一、第二斷階帶近洼地區的背斜、斷背斜等構造圈閉,油氣供給充足,處于油氣有利運聚區,蓋層發育,保存條件好,是研究區有利的勘探目標。