河套盆地臨河坳陷吉蘭泰地區基巖裂隙含油特征及評價

楊 雪，雷 越，張金川

(1.中國地質大學(北京)，北京 100083；2.國土資源部頁巖氣資源戰略評價重點實驗室，北京 100083)

0 引 言

基巖油藏為非沉積儲層形成的油藏，是中國重要的油氣勘探領域之一。自20世紀50年代起，基巖油藏的勘探開發獲得重要突破，在酒西盆地、冀中坳陷、遼河坳陷等眾多構造單元中先后發現了太古界，元古界長城系、薊縣系，古生代寒武系、二疊系，中生代三疊系、白堊系等基巖油氣藏[1]，其巖石儲集類型主要為變質巖與巖漿巖，儲集空間多以裂縫、溶蝕孔隙為主。

按照油氣田所處的位置，將基巖油氣藏分為潛山頂部基巖油氣藏和潛山內幕型基巖油氣藏，研究區吉蘭泰潛山太古宇變質巖裂隙油藏是斷裂控制形成的潛山頂部基巖油藏。基巖儲集層油氣成藏規律顯示，基巖上下相鄰烴源巖生烴潛力大，Ⅰ級、Ⅱ級斷裂為油氣輸導提供通道[2-3]，裂縫形成的優質儲集空間與致密泥頁巖蓋層的配套作用，使得吉蘭泰潛山帶形成一個潛力較大的基巖油藏[4-5]。勘探區以古近系、白堊系地層為目的層，通過鉆探JH2X井發現了一個臨河坳陷埋藏淺、油層厚度大的富集油藏，這是河套盆地勘探歷經40余年后，再次獲得的重大突破[6-8]。對基巖裂隙油藏特征進行深入研究，以期為該區基巖儲集層油藏的下一步勘探提供依據。

1 構造背景

河套盆地位于伊盟隆起與陰山之間，是在前寒武紀變質巖基底上發育起來的新生代斷陷盆地。盆地自西向東可劃分出5個一級構造單元，按照主要斷裂進行隔斷，分別為臨河坳陷、烏拉山隆起、烏前坳陷、包頭隆起和呼和坳陷(圖1)，臨河坳陷是盆地內主要的沉積坳陷和含油氣區。臨河坳陷面積為2.24×104km2，占河套盆地總面積1/2以上，東北方向長320 km，西北方向寬70 km。依據研究區不同區塊的地質特征，臨河坳陷可以細分為吉西凸起、吉蘭泰淺凹、吉東斜坡、北部深凹陷、南部斷階、東部斜坡6個二級構造單元，地層由老至新依次為下白堊統固陽組、上白堊統畢克齊組、始新統烏拉特組、漸新統臨河組、中新統五原組、上新統烏蘭圖組和第四系河套群(圖2)，主要發育于陸相湖泊沉積環境[9]。此次研究主要以吉蘭泰淺凹的造山帶為目標區，以下白堊統固陽組和漸新統臨河組為目標地層，進行基巖裂隙的含油性及油源特征的研究工作。

圖1 臨河坳陷構造單元劃分及基巖位置剖面

河套盆地整體上是一個不均衡的內陸盆地，在地質歷史時期經歷了三疊紀—侏羅紀隆起階段、早白堊世拱張斷陷階段[10]，在此期間形成的3條主斷裂控制臨河坳陷，3條主斷裂帶均為弧形斷裂，自北向南依次為狼山斷裂、杭五斷裂和黃河斷裂(圖3a)。

地震數據顯示，狼山斷裂和杭五斷裂均為斷穿基底的正斷層，形成北部深凹陷和吉蘭泰淺凹的盆地構造[11]，前期勘探已顯示出北部深凹陷良好的含油氣性，依據斷層有利帶推測油氣富集區[12-14]，認為吉蘭泰淺凹可能是盆地南部的油氣聚集有利區。在杭五斷裂延伸尾部形成的磴口隆起是南部吉蘭泰淺凹與臨河北部深凹的分水嶺，其中，吉蘭泰潛山帶處于磴口隆起西部的最高部位，是臨河坳陷南部油氣運移的有利指向區。

圖2 河套盆地地層綜合柱狀圖

從構造上來看，潛山帶東側發育了多條北東向斷層，在巖層致密情況下，有利于溝通深部固陽組和臨河組2套油源，并通過斷面與潛山對接，聯合向潛山提供油氣，有利于形成河套盆地吉蘭泰潛山油氣藏。

圖3 吉蘭泰潛山斷裂分布與油藏模式

2 基巖儲集層形成條件

臨河坳陷的油氣主要富集在盆地北部[15]，生儲蓋特征與柴達木盆地相似。其生烴中心位于北部深凹，主要生烴目的層系是下白堊統固陽組和漸新統臨河組，能為凹陷內儲層提供大量油氣來源。北部凹陷深層巖石并未完全被壓實，具有良好的孔滲性，而淺層第四系、上新統、中新統多套泥頁巖致密，可作為研究區封閉性較好的蓋層[16]，整體上形成了臨河坳陷的優勢含油地層。而吉蘭泰潛山帶具有大量基巖裂隙，儲層孔滲較好，斷層的發育為油氣的運移提供了有利通道，因此，生儲蓋的有利組合為吉蘭泰潛山地區基巖儲油層的形成提供了相當有利的條件。近年來在第四系河套群發現生物氣，但未獲得工業氣流[17]。

潛山帶基巖主要巖石類型為片麻巖，巖層多呈似層狀、互層狀產出(圖3b)，接觸界限多為過渡漸變型，表現為較強的混合巖化作用。斜長片麻巖主要由斜長石、角閃石、石英及磁鐵礦組成，其中，長石、石英、磁鐵礦具拉長定向排列，角閃石蝕變，發生綠泥石化、黑云母化；角閃片麻巖多由粒狀礦物堿性長石、斜長石、石英，片狀礦物黑云母，柱狀礦物角閃石、簾石間雜排列形成片麻狀構造，多呈粒狀或鱗片狀變晶結構分布；鉀長片麻巖主要由堿性長石，部分石英，少量綠簾石、黑云母組成，暗色礦物較集中，常見無定向裂隙，破碎裂縫和溶蝕孔隙被方解石充填，簾石在局部的碎裂性裂縫中較為富集，粒狀礦物堿性長石具包含變晶結構。研究區4口參數井的樣品薄片鑒定和X衍射全巖分析表明，臨河坳陷基巖礦物主要成分為石英、斜長石、黏土礦物、方解石、鐵白云石等，石英平均含量約為23%，斜長石平均含量為20%，黏土礦物含量為14%，鉀長石平均含量為4%，方解石平均含量為7%，個別樣品可見呈條帶狀充填的黃鐵礦顆粒，少量樣品偶見角閃石。

裂縫儲層是吉蘭泰基巖儲集層油藏形成的主控因素，未完全充填的裂縫主要包括構造縫、解理縫和溶蝕縫[18]，其中，基巖儲集空間中構造裂縫較為發育，裂縫發育程度分布不均，寬窄不一，寬縫的縫寬多為0.35～1.30 mm，窄縫的縫寬多為0.03～0.04 mm，且大多為斜縫，直立縫次之，構造角礫巖帶發育較好，局部可見溶蝕晶洞以及破碎粒間孔隙。從JHZK7井的巖心數據可知，基巖的片麻巖、淺粒巖中均發育構造裂縫，測試中簾石化黑云鉀長片麻巖顯示出淺黃綠色、淺黃褐色暗光的熒光，發育多條構造裂縫；淺粒巖顯示出淺黃褐、淺褐色暗光的熒光，發育一條主要構造裂縫，裂縫內見大量有機質充填，這對改善儲集性能有重要意義，有利于原油儲存。

鉆探結果顯示，吉蘭泰淺凹3口探井中JHZK2和JHZK7井均獲得工業油流，證明吉西凸起帶基底烏拉山群變質巖系發育的基巖裂隙具有良好的儲油能力。在原始基質孔隙的基礎上，太古界的片麻巖基巖經過風化淋濾，局部沿裂縫面發育大面積的溶蝕縫洞，油氣在縫隙中聚集。臨河坳陷基巖油藏受構造的控制比較明顯，可以推斷整個區域內的基巖可能都具有儲油能力，但由于整體構造情況復雜，基巖裂隙發育情況不一，坳陷內基巖是否大面積含油、是否存在工業油流，以及整個區域內基巖裂隙的油氣儲量皆需要進行更深入的勘探。

3 烴源巖特征及原油來源

3.1 烴源巖特征

臨河坳陷發育漸新統臨河組和下白堊統固陽組2套烴源巖。固陽組既是主力烴源巖，也是坳陷內第一套沉積蓋層，與下伏太古界烏拉山群變質結晶基底以角度不整合接觸；臨河組整體上為一套高豐度有機質烴源巖，與下伏烏拉特組整合接觸，是臨河坳陷的主要的烴源巖層段。整體來看，2套烴源巖層段均發育在水體較深的中部，上下淺水沉積主要發育對應儲層。

固陽組的暗色泥巖是重要烴源巖段。早白堊世時期，河套地區的構造格局從隆起轉為沉降，逐漸與鄂爾多斯古湖連成一體，形成湖相沉積，至晚白堊世時期，湖水退卻，湖盆逐漸消失[19-20]，在吉蘭泰地區形成了有機質豐度高的下白堊統烴源巖，TOC平均值達到2.40%，最大值超過3.50%，生烴潛量平均值超過10.00 mg/g，烴源巖處在低成熟階段，有機質類型以Ⅱ1型干酪根為主(圖4a)，在臨河坳陷內分布較廣，厚度為500～2 000 m；按照沉積旋回和巖性特征可將固陽組暗色泥巖細分為3段，縱向上從上到下具有“棕紅—黑灰—棕紅”的顏色特征，即對應湖盆沉降初期的充填式堆積、快速湖侵之后的整體穩定沉降和湖盆回返上升3個階段。此外，松5井下白堊統鉆探揭示一套160 m的含灰質的暗色泥巖段，推測往凹槽區暗色泥巖會更發育。

圖4 臨河坳陷烴源巖有機質類型

漸新世時期是河套斷陷初始發展階段。在此期間，陰山山前斷裂形成陰山山脈整體抬升，河套盆地發生斷陷[21]，盆地的沉降中心位于臨河坳陷，整體上形成了臨河組的高豐度有機質烴源巖。河套盆地臨河坳陷臨河組TOC平均為1.41%，氯仿瀝青“A”含量為0.322 6%，生烴潛量為8.16 mg/g，有機質類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主(圖4b，Tmax為最大熱解溫度，HI為氫指數)，屬于好烴源巖，在坳陷內廣泛發育，平均分布厚度可達到800～1 200 m，最厚達到2 250 m。按照巖性旋回特征，縱向上從下到上具有“粗粒—細粒—粗粒”的粒度特征。臨三段為棕褐色泥巖、淺棕色粉砂巖和淺棕色細砂巖，厚度一般為350～450 m，相較其上的臨二段，臨三段巖性粒度較粗、顏色偏紅；臨二段以灰色、深灰色、灰黑色的泥巖為主，夾帶少量淺灰色細砂巖，分布厚度約為270～470 m，屬于湖盆穩定下沉階段的沉積，是臨河組甚至整個新生界的主力烴源巖層段；臨一段整體以棕紅色、灰黃—灰綠色的砂泥巖互層為主，厚度一般為100～200 m，砂巖含量較臨二段明顯增加，但其泥巖有機質含量高，也是河套盆地臨河坳陷臨河組主要的烴源巖層段。

3.2 原油來源分析

利用正構烷烴生物標志化合物分析參數，結合原油組成和碳同位素組成特征[22]，分析坳陷內基巖油氣來源及其成因類型。

JH2X井臨河組原油Pr/Ph為0.26，姥植比低，伽馬蠟烷/C30藿烷為2.02，伽馬蠟烷含量高，∑nC21-/∑nC22+為0.29～0.84，平均為0.58；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)為0.84～2.33，平均為1.76；Pr/nC17、Ph/nC18平均值分別為1.00和2.95；重排甾烷含量很低，C29ααα20S/(20S+20R)值和C29αββ/(αββ+ααα)值分別為 0.41 和 0.39，成熟度高于松5井臨河組原油，判定為成熟原油；地球化學指標與松探1井固陽組相近，與松 5 井臨河組存在較大差異(圖5a—c)，因此，認為原油來自固陽組。

圖5 臨河坳陷不同類型原油及烴源巖質量色譜

JHZK2井原油與JH2X 井原油、松5井固陽組烴源巖的生物標志化合物特征相似，甾烷以規則甾烷為主，重排甾烷含量很低，C29ααα20S/(20S+20R)值和C29αββ/(αββ+ααα)值均為 0.42，為成熟原油(圖5c、d)，說明原油來自固陽組。其他相關參數：Pr/Ph為0.21，姥植比低，∑nC21-/∑nC22+平均值為0.68；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)平均值為1.34；Pr/nC17、Ph/nC18平均值分別為0.90和1.94。整體上原油飽和烴氣相色譜特征表明原油母質的正構烷烴分布完整，異構烴和環烷烴含量豐富，正構烷烴碳數主要分布在nC10—nC38，主峰碳為nC22，主峰碳數高，譜圖基線隆起，色譜峰表現為中部及后部高峰型，且具有明顯的偶碳優勢和明顯的植烷優勢，表明原始母質來源于低等水生生物，其母源較好，形成于強還原且高鹽度的湖泊環境，符合下白堊統烴源巖特征。結合烴源巖厚度、油源距離及斷裂走向，認為吉蘭泰潛山帶太古宇變質巖儲層中原油來自北部洼槽下白堊統固陽組烴源巖。

目前，在全球范圍內發現的絕大多數基巖儲集層油藏的上覆地層均為湖泛期泥巖，既可作為生油巖，為下伏基巖裂隙提供油氣來源，也可以作為良好蓋層，防止基巖裂隙油氣藏發生逸散。吉蘭泰坳陷的基巖上覆層為下白堊統固陽組地層，如前文所述，是一套在高鹽環境下形成的湖相烴源巖，其既為下伏基巖裂隙儲集層提供油氣來源，而且因其頂部孔隙被含硫酸鹽的咸水滲透淋濾，被石膏和方解石膠結充填，故也可作為蓋層覆蓋在基巖裂隙之上，大幅提高了基巖裂隙儲層的油氣保存能力。

4 基巖油藏特征及有利區識別

吉蘭泰基巖凸起帶裂隙型油藏的形成位置較為特殊，位于吉西凸起帶北部鄰近深凹陷處，構造上與JH2X 斷背斜毗連，是一個北西抬升、南東傾斜的基巖單斜區，由于受早白堊世、古近紀時期巴彥烏拉山—狼山南段和北段走滑拉分作用強度差異的影響，臨河坳陷東北部形成深凹槽，西南部形成淺凹槽，湖盆發育，為有利生烴區。潛山基巖油藏的油源來自臨河坳陷下白堊統固陽組，屬于高鹽強還原環境下形成的優質烴源母巖，分布廣、厚度大，而構造帶緊鄰有利生烴區，油氣運移距離近，屬于源內或源邊斷裂垂向-儲層側向運聚模式。就油氣來源而言，阿拉坦斷鼻位于吉蘭泰潛山東北方向，是受西部的慶格勒圖斷裂和東部狼山斷裂共同控制形成的順向斷鼻圈閉。該構造在剩余重力異常圖上也有明顯的反映，西北高東南低，形態較完整。東部狼山斷裂下降盤淺層為逆牽引鼻狀構造，阿拉坦斷鼻處于油氣運移的有利指向區，狼山斷裂溝通深部油源，通過反向斷層、不整合面等通道運移，聯合向圈閉提供油氣。

目前，臨河坳陷落實了吉蘭泰潛山帶、吉蘭泰東翼逆牽引構造帶、磴口北構造帶、杭五斷壘帶等4個有利構造帶(圖6)，發育有潛山、構造和巖性等多種圈閉類型[23]。由于臨河坳陷整個大區域受狼山斷裂和慶格勒圖斷裂控制，2條斷裂夾持形成斷壘山，形成具有良好構造形態的潛山。潛山接近臨河坳陷北部深坳區，有高鹽強還原環境形成的固陽組烴源巖提供良好的油氣來源，潛山變質巖儲層以狼山的二級山前斷裂與深洼槽對接。以層狀、似層狀產出的太古宇片麻變質巖發育裂縫型儲集層，為油氣提供良好儲集空間，并以上層固陽組泥頁巖作為良好蓋層。整體上幾個有利構造帶與吉蘭泰基巖油藏烴源巖來源一致，油源供給條件好，在相同大地構造背景下形成的潛山構造位置高，受斷裂控制具有良好的儲集空間及油氣疏導，形成臨河坳陷潛力較大的基巖含油帶，推測其可能具有良好的勘探前景。

圖6 臨河坳陷烴源巖分布及有利構造帶

5 結 論

(1) 臨河坳陷吉蘭泰地區基巖儲集層巖性主要為片麻巖，基巖儲層中原油的良好保存，得益于固陽組充足的油氣來源、太古宇變質巖孔滲較好的裂隙儲集空間、封蓋保存能力強的上層固陽組泥巖蓋層。斷層在提供油氣運移通道、增加基巖孔滲性方面起到了至關重要的作用；斷層形成了大量發育的裂縫儲集空間，這也成為研究區油藏高產穩產的主控因素；固陽組既是為基巖裂隙油氣藏提供油氣來源的烴源巖，同時也是良好的泥巖蓋層。

(2) 白堊紀湖泛期的咸化環境，導致基巖頂部的裂縫及孔隙被石膏和方解石聯合膠結與充填，形成了一套致密填隙物帶，是良好的基巖“頂封式”蓋層，這種廣泛分布的儲蓋組合，使吉蘭泰潛山基巖儲集層油藏形成高產富集；而與吉蘭泰潛山具有相同源儲蓋特征的臨河坳陷的吉蘭泰東翼逆牽引構造帶、磴口北構造帶、杭五斷壘帶等有利構造帶在下一步的勘探開發中具有良好的勘探前景，或可成為河套盆地基巖油藏勘探開發的新目標。