庫車坳陷大北構造帶油氣成藏差異及聚集模式

李換浦，吳 英，劉汝敏

（中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津 300452）

庫車坳陷是塔里木盆地重要的油氣富集區，油氣成藏條件良好，目前地球化學研究主要為天然氣的成因及分布[1-3]。由于天然氣組分相對單一，能提供的地球化學信息有限，僅通過天然氣組分、同位素等數據研究天然氣成因，難度較大，且存在多解性。大宛齊油田是庫車坳陷區內重要的工業性油藏，但油氣成因研究相對較少。通過對該油藏及其深部的天然氣藏系統解剖，并與其周緣油氣及前緣隆起原油進行地球化學對比，研究該地區油氣成藏原因、油氣資源潛力及分布規律。

1 區域地質概況

大北構造帶位于塔里木盆地庫車坳陷西段（圖1）。縱向上大北構造帶被古近系膏鹽巖層分成上下兩套油氣藏，具有典型的“二元結構”。下部為逆斷層形成的多個小型斷塊，埋藏深度5 000～7 000 m，以產天然氣為主，并有少量凝析油，儲層為古近系底砂巖-白堊系頂部砂巖，蓋層是古近系庫姆格列木膏巖。古近系膏巖厚度差異極大，從數十米到數千米。上部被近于直立的斷層分割成多個小型斷塊，埋藏深度100～700 m，油氣產層為庫車組-新近系砂巖。因埋藏較淺，地層水活躍，油水分異不明顯，主要為油層、含水油層和油水同層[4-5]。

圖1 大北構造帶區域位置

2 淺部大宛齊油藏成因

關于淺部大宛齊油藏的成因眾說紛紜，目前主流的觀點是認為它是一個殘余油藏，其成因與深層的大北氣田一樣，為凝析氣藏，由于埋藏深度淺，斷裂系統發育，淺層天然氣直接與下部天然氣溝通，同時又受擴散作用影響，形成現在的油藏[5]，這一認識的依據主要有兩點：

（1）天然氣干燥系數變化明顯。1 200～3 000 m為干氣，干燥系數一般大于0.95；200～700 m天然氣有干有濕，干燥系數變化較大，為0.65～0.98（表1）。

（2）應用甲烷碳同位素-乙烷/甲烷含量比值關系圖版判斷原油為擴散成因。

但以上證據存在一些問題，首先，大宛齊油田天然氣干燥系數不能作為凝析氣田擴散的證據。該油田主要產層為100～700 m，而深部1 200～3 000 m為水層或含油水層，幾乎沒有工業產能，不具有代表性。

大宛齊油田含油性不同，天然氣干燥系數也存在很大差異。產自水層或者油水同層的天然氣都具有較高的干燥系數，一般都大于0.90；而產自油層的天然氣干燥系數偏低，一般小于0.80（表1）。含水層中天然氣干燥系數偏高主要因為甲烷和重烴組分在水中的溶解度不同，乙烷的溶解度比甲烷低一個數量級，因此在水層中天然氣甲烷含量偏高，導致干燥系數偏高，該結果并不能反映天然氣真實情況。由此可見，大宛齊油田中的天然氣為原油伴生氣，為濕氣，其形成與擴散作用無關。

表1 大宛齊油田含油性與干燥系數

此外，在應用甲烷碳同位素-乙烷/甲烷含量比值關系圖版判斷原油成因時，原文中[5]僅有7個數據點，變化趨勢與另外三個地區并不完全一致，不能證明該氣藏為擴散作用形成。更重要的是，原文所使用的這些數據點都對應于高干燥系數天然氣，主要來自水層，樣品不具代表性，不能反映大宛齊油田成因。

總之，以上證據不能證明大宛齊油藏是由凝析氣藏散失之后的殘余油藏。通過多角度分析，認為大宛齊油藏是原生油藏，主要依據包括以下三個方面：

（1）正構烷烴組成完整。大宛齊原油由正構烷烴組成總體呈單峰型，nC8～nC12含量非常高，以nC12為主峰（圖2），說明原油中的輕組分并沒有大量散失。蘇愛國等開展過一系列物理模擬實驗，表明在氣藏散失、殘留烴形成油藏過程中，原油正構烷烴中的輕組分（尤其是nC13之前的成分）含量大大降低[6-7]，這種現象在大宛齊油藏中沒有出現。

圖2 大宛齊原油氣相色譜

（2）無運移分餾現象。擴散作用形成的殘余油藏的輕烴組分必然表現為運移分餾（或稱“蒸發分餾”）特征[8]。Thompson用C7組分建立了判識圖版（圖3），用以判斷原油的成熟度、運移分餾效應、生物降解等特征。由于不同類型化合物極性差異，經過運移分餾之后殘余的油藏，其芳香度升高而石蠟度降低。圖3中，大北和大宛齊原油都具有較高的石蠟度和芳香度，主要反映原油的高成熟度，與運移分餾無關。

圖3 大北構造帶原油石蠟度–芳香度關系

（3）原油物理性質。無論是密度還是黏度，均為自下而上逐漸降低（圖4），說明石油在浮力作用下由下而上逐漸運移調整。若淺部發生揮發散失，會導致淺部原油密度更高、黏度更高。

圖4 大宛齊原油密度和黏度隨深度變化

綜上所述，大宛齊油田油藏為原生油藏，并不是凝析氣藏散失后的殘余油藏，而是來自深部烴源巖生成的液態烴在淺部聚集的結果，這與劉文匯等[9-10]通過地球化學示蹤得出的結論一致。其中天然氣為油型氣，與原油具有相同來源。

3 大北構造帶原油成因

此前研究表明，庫車坳陷存在兩類原油。第一類為典型湖相烴源巖生成的原油，其特征是生物標志化合物中C27規則甾烷含量較高，重排甾烷含量小于規則甾烷，三環萜烷一般呈C19＜C20＜C21序列，伽馬蠟烷含量較高。庫車前緣隆起英買力構造原油多屬這種類型；第二類為煤系-湖相過渡型烴源巖生成的原油，其典型特征是C29甾烷含量明顯增高，重排甾烷含量高于規則甾烷，三環萜烷一般呈C19＞C20＞C21序列，伽馬蠟烷含量較低。庫車坳陷西段卻勒構造原油屬這種類型。

3.1 原油類型及來源

通過對大北構造帶4個油氣田（共計14個樣品）的碳同位素結果進行分析，將該地區原油劃分為三種類型（圖5、圖6）。

圖5 大北構造帶原油中甾烷含量對比

圖6 大北構造帶原油重排甾烷和重排藿烷含量對比

第一類是典型湖相原油，與前緣隆起英買力原油相近，C27規則藿烷高、重排藿烷和重排甾烷含量低、C19三環萜烷含量低、伽馬蠟烷含量高，這類原油主要來自三疊系黃山街組湖相烴源巖。

第二類是煤系-湖相過渡型原油，高C29規則藿烷含量、富含重排甾烷和重排藿烷、C19三環萜烷含量較高、伽馬蠟烷含量較低，與中侏羅統恰克馬克組烴源巖有關。

第三類原油僅有一個樣品，分布在大宛齊油田，其性質完全不同于該地區其他原油，高C28甾烷含量、異常高伽馬蠟烷含量、低C27甾烷含量和幾乎不含重排甾烷和重排藿烷，是一類特殊來源的原油，其母質來源偏鹽湖特征。

3.2 原油成熟度

芳烴化合物是判斷原油成熟度的重要參數。一般來說，隨著成熟度增高，含支鏈化合物相對含量逐漸降低[16]。大宛齊油田原油支鏈化合物含量極低，無支鏈化合物含量比在任何位置含甲基化合物高，說明原油成熟度較高（圖7）。

在菲系列化合物方面，英買力原油成熟度最低，甲基菲含量最高，3-甲基菲/甲基菲可達0.50以上，9-甲基菲/甲基菲達到1.00；其次是卻勒原油，比值約為0.20～0.30。大北構造帶原油甲基菲與菲的比值多數小于0.10（圖7a）。

苯并噻吩系列化合物也有類似特征，英買力原油甲基二苯并噻吩含量最高，4-甲基二苯并噻吩/二苯并噻吩大于1.50，1-甲基二苯并噻吩/二苯并噻吩大于0.30；卻勒原油次之，以上比值分別約為0.50和0.05；大北構造帶原油中甲基二苯并噻吩含量低，上述比值分別小于0.50和0.05（圖7b）。

圖7 大宛齊及周緣原油芳烴化合物相對含量

總之，原油飽和烴和芳烴生物標志化合物分析表明，大北和大宛齊原油主要來自湖相和過渡相烴源巖，且成熟度較前緣隆起原油高。

4 大北構造帶油氣兩期差異聚集模式

在庫車坳陷烴源巖生氣動力學基礎上研究大北氣田及大宛齊油田的形成過程，可將其劃分為三個階段。

第一階段：在中新世前期，中生界湖相烴源巖大量生油，此時南北兩側發育寬緩大斜坡，有利于油氣向兩側長距離運移[11]；同時，在大北構造深部發育一些低幅度背斜圈閉，深部斷層溝通源巖和圈閉，生成的油氣還可以在圈閉中聚集。

第二階段：上覆地層進一步沉積，尤其是庫車組沉積以來，天山山脈逆沖推覆，庫車坳陷發生強烈收縮變形，古近系膏巖層受到差異擠壓，膏巖層和庫車組地層厚度在橫向上出現巨大差異，深大斷裂可穿過厚度減薄的膏巖層，成為烴類向上輸導的有利通道。此時淺部的大宛齊背斜構造初見雛型，生成的烴類不僅在深部圈閉中聚集，還可以沿著相應的逆沖斷裂向上調整，在淺部圈閉中聚集。在這一階段，南側油氣運移路徑受阻，高成熟度石油不再向前緣隆起運聚。

第三階段：第四紀沉積以來，隨著逆沖推覆強度進一步加大，在庫車坳陷深部由北向南繼續發育系列疊瓦狀斷塊圈閉，烴源巖處于高過成熟階段，以生天然氣為主，并在深部斷塊圈閉中聚集。隨著埋藏深度加大，溫度壓力增高，膏巖塑性增強，封蓋能力增強[12-14]，前期發育的逆斷層在膏巖層中的輸導能力大大降低，僅有少量天然氣通過斷層調整至淺部，大量天然氣在膏巖層之下的圈閉中聚集。

大北構造帶主要受后兩個階段成藏過程的控制，在大量生油階段，上覆地層厚度不大，蓋層封閉性相對較弱，油氣可以突破膏鹽層薄弱地段，向上運移進入淺層圈閉中；而在后期大量生氣階段，由于埋藏深度增加，膏巖塑性增強，封閉能力增強，將天然氣都封閉在膏巖之下的圈閉中。因此，油氣分期生成、受封蓋條件控制的差異聚集是造成大北構造帶深氣淺油的主要因素（圖8）。

圖8 大北構造油氣兩期成藏差異聚集模式

因此，在原油聚集階段，背斜下傾方向存在蓋層薄弱帶是大宛齊油田形成的關鍵因素，液態烴能夠穿過膏巖向上運移，在背斜部位聚集形成油藏。在坳陷區尋找淺部油藏，下傾方向膏巖厚度小的背斜帶，是石油聚集的有利區。盡管大宛齊油藏規模不大，但埋藏淺，油質輕，經濟效益好，具有良好的勘探開發價值；而膏巖蓋層之下的深層，保存條件優越，既可以捕獲煤系烴源巖生成的天然氣，還可以捕獲早期生成的液態烴的后期裂解氣，資源潛力巨大。

5 結論

（1）大北構造帶油氣分布呈典型的深氣淺油“二元結構”。淺部大宛齊油藏為原生油藏，來自于深部烴源巖生成的液態烴，沿斷裂向上運移聚集的結果，而不是傳統認識的凝析氣藏散失之后的殘余油藏。深部天然氣為后期聚集形成。

（2）大北構造帶原油主要有兩種類型，一是典型的湖相原油，與前緣隆起英買力類似；二是煤系-湖相過渡型油，與卻勒原油類型。此外還有一種可能與咸水環境有關，其對應的烴源巖尚不明確。大北構造帶原油成熟度明顯高于前緣隆起原油成熟度。

（3）大北構造帶深氣淺油的格局主要是油氣兩期成藏差異聚集形成的。第一期烴源巖以生油為主，同時有部分伴生氣，油氣經過斷裂向上運移在淺部聚集；第二期以生氣為主，隨著埋藏深度加大，膏巖塑性增強，斷層封閉，油氣在深層有效保存，形成大型天然氣藏。