新疆北部油氣晚期成藏特征與分布規(guī)律

1、PAGE 16 -新疆北部油氣晚期成藏特征與分布規(guī)律沉積盆地油氣晚期成藏是指油氣聚集成藏的定型時間較晚，通常是新生代，所以成藏效率高，是很多大中型油氣區(qū)形成的重要特征，因而具有重要的石油地質(zhì)學研究意義，得到了廣泛而深入的研究，一直是石油地質(zhì)學研究的一個前沿方向1-2。晚期成藏至少包含生烴演化與調(diào)整成藏兩方面的內(nèi)涵，據(jù)此可劃分為“晚生晚成型”、“早生晚成型”和“重建型”3。賈承造等（2022）2指出晚期構(gòu)造活動以喜馬拉雅運動期最為重要，尤其是新近紀第四紀，對油氣晚期成藏具有重要的控制作用。在中國西部地區(qū)，由于青藏高原隆升的應力效應具有非均質(zhì)性，導致其對周緣含油氣盆地的晚期成藏影響呈現(xiàn)出較強的差異

2、性，但這種差異的認識還不夠系統(tǒng)深入，特別是遠程效應4-5。理論上而言，受青藏高原隆升自南向北遠程應力影響最遠的大型油氣富集區(qū)應在新疆北部地區(qū)，因此亟需開展相關(guān)研究，該研究對豐富發(fā)展晚期油氣成藏理論具有重要意義。事實上，受新生代特提斯洋關(guān)閉的影響，歐亞板塊與印度板塊碰撞，在復雜應力作用下形成了環(huán)青藏高原盆-山體系，而新疆北部準噶爾盆地和吐哈盆地是該體系的重要組成部分6。此外，前人的研究已揭示青藏高原隆升的遠程應力范圍最遠已達新疆北部阿爾泰山脈，并對準噶爾盆地南緣天山的快速隆升提供了構(gòu)造動力4?？紤]到構(gòu)造演化對油氣成藏的控制作用，作為新生代最為顯著的構(gòu)造事件，青藏高原隆升伴隨的遠程應力從理論而言對

3、新疆北部地區(qū)的油氣晚期成藏會具有重要影響，并已有部分記錄，如構(gòu)造破壞型油氣苗廣泛出露于新生代地層7-9，這為研究油氣晚期成藏理論提供了良好實例，但至今缺乏專門系統(tǒng)的研究。有鑒于此，本文以新疆北部地區(qū)，特別是勘探和研究程度較高的準噶爾盆地為例，在前人的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的地質(zhì)和地球化學資料，重點分析青藏高原隆升遠程應力的油氣晚期成藏效應，為下步勘探部署提供依據(jù)。1新疆北部地區(qū)含油氣盆地形成背景新疆盆-山體系呈現(xiàn)出“三山夾兩盆”，即阿爾泰山、天山與昆侖山夾持塔里木和準噶爾兩個大型含油氣盆地。新疆北部地區(qū)主要指天山及以北地區(qū)，主要的沉積盆地包括伊犁盆地、吐哈盆地、三塘湖盆地、準噶爾盆地、和什托洛蓋

4、盆地、塔城盆地和庫普盆地等，油氣資源最為豐富的是準噶爾盆地和吐哈盆地10-16（圖1）。圖1圖1新疆北部地質(zhì)格架圖a.環(huán)青藏高原盆-山體系分布；b.新疆北部盆-山體系與主要沉積盆-山分布Fig.1MapshowingthegeologicalframeworkofnorthernXinjiang準噶爾盆地介于克拉美麗山、天山和扎伊爾山之間，呈三角狀分布，面積約13104km2。盆地位于哈薩克斯坦、西伯利亞和塔里木板塊交匯處，是發(fā)育于準噶爾地體之上的晚古生代中、新生代多旋回疊合盆地10。準噶爾盆地的演化大致可分為4個階段：前陸洋盆階段（晚石炭紀早二疊世）；前陸陸盆階段（中-晚二疊世）；陸內(nèi)拗陷階

5、段（三疊紀白堊紀）；再生前陸盆地階段（古近紀第四紀）17-18。發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和古近系6套烴源巖，其中石炭系和侏羅系是重要的氣源巖，而二疊系是主力油源巖。此外，發(fā)育石炭系-新近系儲層，縱向上多旋回油氣系統(tǒng)疊合共生，油氣系統(tǒng)復雜19。吐哈盆地屬于天山山間盆地，是在海西期褶皺基底上發(fā)育起來的以晚古生代中、新生代沉積為主的疊合盆地，總面積約為5.2104km2。盆地構(gòu)造演化主要經(jīng)歷3個階段：晚二疊世三疊紀擠壓型前陸盆地階段；侏羅紀伸展型斷超盆地階段；白堊紀第四紀擠壓型再生前陸盆地階段20-21。吐哈盆地發(fā)育二疊系和侏羅系2套烴源巖，二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和古近系5

6、套儲層，分別形成以二疊系烴源巖為油氣源的下含油氣系統(tǒng)和以侏羅系烴源巖為油氣源的上含油氣系統(tǒng)13。從新疆北部地區(qū)油氣系統(tǒng)分布上看，喜馬拉雅期前已經(jīng)過多期油氣成藏疊加，如準噶爾盆地南緣下（P/J源+J儲）、中（K源+K/E儲）油氣組合和吐哈盆地下含油氣系統(tǒng)（P源+P/J儲）13，22。喜馬拉雅期，天山南北再生前陸盆地演化階段沉積了新的烴源巖，而快速隆升的天山伴隨的強風化剝蝕與構(gòu)造活動，在新疆北部地區(qū)油氣系統(tǒng)的成烴演化、構(gòu)造調(diào)整與油氣藏破壞方面可能發(fā)揮重要作用。2油氣晚期成藏成烴演化效應油氣晚期成藏首先體現(xiàn)在烴源巖的晚期演化，這是“晚生晚成型”成藏的典型特征3。新疆北部地區(qū)喜馬拉雅期，在印度板塊與歐

7、亞大陸碰撞遠程效應的作用下，北天山再度復活并發(fā)生強烈的構(gòu)造變形23，急劇隆升并向盆地方向沖斷推覆，準噶爾地體向下俯沖，山前坳陷急劇下沉，準噶爾盆地南緣再次快速沉降形成前陸盆地。古近紀盆地發(fā)生一次快速沉積（95m/Ma），中心位于安集海沙灣一帶，厚度達1.5km以上24，其中包括兩套潛在的烴源巖，即紫泥泉子組（E1-2z）和安集海河組（E2-3a）。天山快速隆升約始于11Ma，上新世天山隆起和地殼縮短加速，天山兩側(cè)山前坳陷中堆積了厚達30006000m的上新世第四紀礫巖層，為下伏烴源巖層系生烴演化提供了必要的成熟地溫25。2.1古近紀烴源巖形成古近紀烴源巖的形成為新疆北部地區(qū)晚期油氣成藏提供新的

8、物質(zhì)基礎(chǔ)。基于巖石基礎(chǔ)與熱解相關(guān)數(shù)據(jù)可知，沉積于準噶爾盆地南緣山前的古近系安集海河組（E2-3a）的總有機碳（TOC）含量、氯仿瀝青“A”含量、總烴（HC）和生烴潛量（PG）平均值分別為0.85%，0.13%，667.2310-6和3.17mg/g，有機質(zhì)為腐泥型，以-1型干酪根為主，其中尤以型最為豐富，整體為一套中等-好烴源巖26。安集海河組烴源巖中發(fā)現(xiàn)可指示中-晚始新世海水影響的溝鞭藻化石27-28，與含硫菌烷、異海綿烷等芳香基類胡蘿卜素分子地球化學一起揭示其形成于較強的分層水體環(huán)境29。典型的生物標志化合物及參數(shù)，如Pr/Ph值小于1.0，檢出豐富的-胡蘿卜烷（/nCmax=0.031.

9、01，平均為0.29，為-胡蘿卜烷指數(shù)）和伽馬蠟烷（伽馬蠟烷/C30藿烷=0.180.36，平均為0.29），這也表明該烴源巖沉積于偏還原、鹽度較高和水體分層較明顯的湖相環(huán)境30（圖2）。圖2圖2準噶爾盆地南緣高泉1井安集海河組（E2-3a）烴源巖生物標志化合物色譜-質(zhì)譜T.三環(huán)萜烷；H.藿烷；C27.C27甾烷；C28.C28甾烷；C29.C29甾烷Fig.2BiomarkerchromatogramsofthePaleogeneAnjihaiheFormation（E2-3a）sourcerocksinWellAnquan1inthesouthernmarginofJunggarBasin

10、綜上所述，形成于古近紀的安集海河組是一套沉積于咸化湖相水體的優(yōu)質(zhì)烴源巖。2.2有機質(zhì)熱演化新近紀，在青藏高原遠程應力作用下，天山隆升加快，剝蝕強度增加，沿山前沉積了數(shù)千米的新近系-第四系沉積物，這為下伏二疊系古近系烴源巖有機質(zhì)熱演化提供了必要的生烴地溫，可能對晚期成烴演化具有促進作用31。以侏羅系烴源巖為例，至中侏羅世地溫梯度為32.9/km，烴源巖干酪根開始裂解生油，白堊紀地溫梯度為32.6/km，達到生油高峰，古近紀地溫梯度為27.3/km，在四棵樹凹陷八道灣組烴源巖埋深約6000m，鏡質(zhì)體反射率（Ro）達到1.3%，此時達到最大生烴高峰溫度。而后，地溫梯度逐漸降低，至新近紀為23.5/k

11、m，新近紀中-晚期（10Ma）烴源巖Ro值超過1.3%，開始大量生氣，與北天山快速隆升與劇烈風化剝蝕時間一致。第四紀地溫梯度變?yōu)?0.1/km，目前侏羅系烴源巖仍處于大量生氣階段32-33（圖3）。圖3圖3準噶爾盆地南緣四棵樹凹陷地區(qū)侏羅系生烴演化模擬曲線33a.洼陷區(qū)；b.艾卡構(gòu)造帶Fig.3CurvessimulatingthecorrelationbetweenstratigraphicburialdepthandhydrocarbongenerationhistoryoftheJurassicsourcerocksintheSikeshuSag，southernmarginofJung

12、garBasin33可見，受喜馬拉雅期青藏高原隆升遠程應變構(gòu)造的控制，天山南北側(cè)晚期油氣成藏特征顯著。從成烴演化上看，主要體現(xiàn)在兩個方面：相態(tài)的轉(zhuǎn)變，包括二疊系和侏羅系烴源巖進入高演化階段，從生油逐漸向生氣轉(zhuǎn)變，這對天山南北側(cè)天然氣藏的形成至關(guān)重要；有機質(zhì)演化程度增高，白堊系烴源巖從成熟到高熟，古近系烴源巖從低熟到成熟，為新疆北部地區(qū)中、上組合提供了新的油源，進一步提高了油氣資源潛力。3油氣晚期成藏原生與次生成藏效應除成烴演化外，油氣晚期成藏還體現(xiàn)在晚期構(gòu)造活動使得早期形成的油氣藏發(fā)生調(diào)整，形成“重建型”油藏3。這一現(xiàn)象在準噶爾盆地腹部二疊系油氣系統(tǒng)最為典型。現(xiàn)有研究揭示盆地腹部以盆1井西凹陷

13、二疊系為主力油源巖34-35，且在喜馬拉雅期前已進入成熟-高熟演化階段，并在侏羅紀和白堊紀進行過兩次規(guī)?；刹?6-38。喜馬拉雅期，在青藏高原遠程應力作用下，腹部地區(qū)平衡沉降狀態(tài)被打破，發(fā)生構(gòu)造抬升，地層向北呈低角度掀斜，使油氣發(fā)生側(cè)向調(diào)整運移（圖4a）。此外，喜馬拉雅期淺層斷裂發(fā)育，向下與海西期印支期（CT）和燕山期（JK）中-深層斷裂連接，縱向貫通，促進前喜馬拉雅期原生油藏破壞、調(diào)整與運移成藏，形成獨具特色的原生-次生油氣成藏體系（圖4b）。圖4圖4準噶爾盆地南北向構(gòu)造格架a.主干剖面圖；b.油藏剖面Fig.4StructuralframeworktrendingNSintheJungg

14、arBasin以腹部地區(qū)過夏鹽9井石南10井陸9井油藏剖面為例，分析受喜馬拉雅期青藏高原隆升遠程作用影響下的原生油藏破壞與次生油藏形成過程。油源分析以試油層位較多的陸9井為例，典型生標定量參數(shù)揭示了陸9井油源具有相似性。甾烷異構(gòu)化指數(shù)C29甾烷20S/（20S+20R）和C29甾烷/（+）均大于0.50，且三環(huán)萜烷/五環(huán)三萜烷比值小于1，表明該油藏剖面以成熟油為主。此外，油藏剖面J1s/J2x/J2t/K1tg原油的TIC譜圖普遍檢出明顯的“UCM鼓包”（圖5ac），以侏羅系和白堊系不整合面為界，不整合下伏層位J1s/J2x原油未檢出25-降藿烷（圖5d），而不整合面附近的J2t及上覆K1tg

15、原油檢出豐富的25-降藿烷（圖5e，f），表明后者發(fā)生了嚴重的生物降解，但其正構(gòu)烷烴分布又相對完整（圖5ac），m/z=191色譜-質(zhì)譜圖檢出完整的萜烷分布（圖5gi），表明至少存在兩期油氣充注，且具有“先降解、后充注”的特征，次生調(diào)整特征顯著?？梢?，該油藏剖面原油成藏特征表現(xiàn)為“先降解、后充注”，其中喜馬拉雅期前“原生油藏”發(fā)生降解后又充注了喜馬拉雅期構(gòu)造調(diào)整運移而來的未降解原油。圖5圖5準噶爾盆地腹部地區(qū)夏鹽9石南10陸9油藏剖面典型原油生物標志化合物色譜-質(zhì)譜Fig.5TypicalbiomarkerchromatogramsofoilsamplesfromWellsXiayan9Shi

16、nan10Lu9inthecentralJunggarBasin4油氣晚期成藏破壞效應晚期油氣成藏的另外一個特征就是油藏破壞。受喜馬拉雅期強烈的構(gòu)造改造作用，北天山山前構(gòu)造帶廣泛出露構(gòu)造破壞型油氣苗，其中以西段四棵樹凹陷地區(qū)泥火山最為顯著，是難得的晚期油氣成藏破壞效應的“活化石”7，39-40。新近紀（10Ma）至今，北天山快速隆升，隨之而來的是頻繁構(gòu)造活動，使得準噶爾盆地南緣，尤其是西段出露大量的泥火山群，其中以獨山子泥火山、阿爾欽溝泥火山和烏蘇泥火山群最為典型41-44（圖6）。圖6圖6準噶爾盆地南緣西段泥火山野外照片a.DSZ-1泥火山；b.DSZ-2泥火山；c.AEQG-1泥火山；d.

17、AEQG-2泥火山；e.AEQG-3泥火山；f.WS-1泥火山；g.WS-2泥火山；h.WS-3泥火山；i.WS-4泥火山Fig.6FieldphotosshowingthemudvolcanosinthesouthernmarginofJunggarBasin對泥火山口內(nèi)側(cè)泥土進行有機質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，氯仿瀝青“A”含量介于0.02%0.76%，反映各泥火山噴出物中均含原油組分。族組分分析發(fā)現(xiàn)，飽和烴含量在60%左右，指示油質(zhì)輕，流動性強。氯仿瀝青“A”碳同位素在-28左右，天然氣甲烷碳同位素值在-43左右，乙烷碳同位素值在-26左右，表現(xiàn)為侏羅系煤系天然氣特征7，45。有機抽提物色譜-質(zhì)譜分析發(fā)

18、現(xiàn)，均不同程度發(fā)生過降解，顯著特征就是在TIC圖上出現(xiàn)明顯的“UCM鼓包”，但m/z=177色譜-質(zhì)譜圖上均未檢出25-降藿烷，綜合評估降解強度在47級46（圖7）。同時，TIC譜圖上仍檢出較為豐富的烷烴，表明在先期降解的基礎(chǔ)上存在后期油氣充注，這也為喜馬拉雅期油藏破壞與油源分子地球化學示蹤提供了條件。圖7圖7準噶爾盆地南緣西段泥火山含油樣品生物標志化合物色譜-質(zhì)譜T.三環(huán)萜烷；C27.C27甾烷；C28.C28甾烷；C29.C29甾烷Fig.7Biomarkerchromatogramsofoilbearingmudvolcanoesinthewesternsegment，southernm

19、arginofJunggarBasin此外，獨山子和烏蘇泥火山樣品檢出-胡蘿卜烷，且伽馬蠟烷指數(shù)（伽馬蠟烷/C30藿烷）值較高，大于0.30；相比而言，阿爾欽溝泥火山樣品未檢出-胡蘿卜烷且伽馬蠟烷指數(shù)低于0.07。由此表明，獨山子和烏蘇泥火山有機質(zhì)母質(zhì)沉積于偏還原、鹽度較高的湖相環(huán)境且水生藻類豐度較高，而阿爾欽溝泥火山生烴母質(zhì)沉積于偏氧化、低鹽度或淡水相環(huán)境，以高等植物為主30。因此，阿爾欽溝泥火山烴類可能來源于侏羅系烴源巖，而獨山子和烏蘇泥火山烴類可能主要來源于古近系烴源，部分混入侏羅系烴源巖來源烴類影響32。此外，從有機質(zhì)甾烷異構(gòu)化指數(shù)和分析表明，泥火山樣品C29甾烷20S/（20S+20

20、R）均大于0.42，C29甾烷/（+）均大于0.43，反映出泥火山漂浮原油主體屬于成熟油。從分布上看，泥火山出露于背斜構(gòu)造核部與斷裂交匯處，深部斷裂與淺層張性裂縫體系為油氣的縱向運移提供了必要的通道，具體成藏模式如圖8。從油源上看，準噶爾盆地周緣泥火山中烴類主要來源于侏羅系（J）和古近系（E）烴源巖，而二疊系和侏羅系烴源巖均在喜馬拉雅期前已進入“生油窗”，并形成原生-次生油氣成藏體系。喜馬拉雅期，受青藏高原隆升遠程應力的影響，山前褶皺構(gòu)造與斷裂發(fā)育，在斷裂與背斜核部張性應力結(jié)合部，中-深層斷裂活化與淺層裂縫系統(tǒng)連通為地下油氣藏破壞與調(diào)整提供運移通道。受新生代喜馬拉雅造山遠程應力的影響，北天山持

21、續(xù)擠壓隆升，為泥火山的形成提供了誘導外力條件。圖8圖8準噶爾盆地南緣泥火山形成模式Fig.8SchematicdiagramshowingtheformationofmudvolcanoesinthesouthernmarginofJunggarBasin5油氣分布規(guī)律與勘探遠景綜上所述，青藏高原隆升遠程應力對新疆北部地區(qū)晚期油氣成藏可能具有重要的控制作用，其影響可能比預想的要大，暗示研究區(qū)的全油氣系統(tǒng)需要重新認識，據(jù)此對新疆北部地區(qū)的油氣分布規(guī)律和勘探遠景提出3點值得重視和關(guān)注的領(lǐng)域。首先，青藏高原隆升的遠程應力可能是新疆北部地區(qū)晚期油氣成藏的重要構(gòu)造因素，且自南向北強度逐漸減弱，非均質(zhì)性強

22、，呈現(xiàn)出差異晚期成藏影響效應。盆地南緣遭受“脫胎換骨”式的變化，影響最大、范圍最廣，陸內(nèi)再生前陸盆地發(fā)育，沉積古近系烴源巖，為南緣上組合油氣系統(tǒng)（E源+E/N儲）提供物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，天山快速隆升、剝蝕沉積，巨厚沉積使得下伏二疊系、侏羅系和白堊系烴源巖快速演化（圖9），油氣相態(tài)由成熟到高熟、由原油到天然氣發(fā)生轉(zhuǎn)變，提升了南緣中（K源+K/E儲）、下組合（P/J源+J儲）以及吐哈盆地北緣上（J源+J/K儲）、下含油氣系統(tǒng)（P源+J儲）的油氣資源潛力47。但同時，喜馬拉雅期強烈的構(gòu)造作用也破壞了油氣圈閉，致使油藏破壞、油氣逸散（圖7，圖8）。至準噶爾盆地腹部，遠程應力效應明顯減弱，構(gòu)造向北抬升，前喜

23、馬拉雅期原生油氣藏縱向或橫向遠距離調(diào)整，形成原生-次生疊置的復雜含油氣系統(tǒng)，其影響屬于“傷筋動骨”式（圖4）。圖9圖9天山南北準噶爾盆地和吐哈盆地油氣成藏組合圖a.準噶爾盆地南緣；b.吐哈盆地北緣Fig.9ComparisonofplaysintheJunggarBasinandTuhaBasinlocatedinthenorthernandsouthernsidesoftheTianShanmountain其次，遠程應力控制下的晚期成藏使得新疆北部地區(qū)“兩線五帶”油氣分布整體格局得以定型?！皟删€”指東西線與南北線，凹凸交替，喜馬拉雅期改變凹凸格局，油氣沿凹分布、沿凸聚集成藏。“五帶”指沿“兩線”主要有五個油氣聚集帶，分別是沖斷帶、超剝帶、基巖帶、深洼帶和殘凹帶。盆-山體系邊緣包括山前的沖斷帶、超剝帶、基巖帶，典型分布于準噶爾盆地西北緣、南緣與吐哈盆地北緣，以構(gòu)造油氣藏為主，油氣沿斷裂帶聚集成藏，沿斷裂與背斜結(jié)合部或超剝帶調(diào)整、破壞與逸散。凹陷區(qū)以巖性油氣藏為主，富集于深洼帶、殘凹帶，油氣于喜馬拉雅期局部調(diào)整，原生-次生油氣系統(tǒng)發(fā)育，主要分布于準噶爾盆地西北緣和腹部地區(qū)48-49。最后，新疆北部地區(qū)超級盆地全油氣系統(tǒng)將是下步研究方向。根據(jù)新疆北部地區(qū)油氣成藏特征，以石炭系、二疊系和侏羅系含油氣系