柴達(dá)木盆地石炭系油氣勘探前景

葛 巖，劉成林，謝英剛，胡云亭，馬寅生，公王斌

（1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司，天津300452；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京100081）

柴達(dá)木盆地石炭系油氣勘探前景

葛 巖1，劉成林2，謝英剛1，胡云亭1，馬寅生2，公王斌2

（1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司，天津300452；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京100081）

柴達(dá)木盆地石炭系油氣勘探長(zhǎng)期以來一直未取得大的突破。在對(duì)研究區(qū)石炭系構(gòu)造特征、沉積特征、烴源巖地球化學(xué)特征、油氣源對(duì)比等綜合分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其油氣勘探前景進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，柴達(dá)木盆地石炭系烴源巖類型主要包括泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤和灰?guī)r；北緣烴源巖最具勘探潛力，有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型和Ⅲ型為主，處于成熟—高成熟階段，具備良好的生烴潛力；多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了油氣形成期次及其后期分布范圍；露頭區(qū)油氣顯示及油源對(duì)比結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，石炭系烴源巖經(jīng)歷了生、排烴過程，油氣成藏受構(gòu)造控制作用明顯，北緣石炭系具有早期生烴、斷裂輸導(dǎo)、調(diào)整成藏的成藏模式。

石炭系油源對(duì)比成藏模式勘探潛力柴達(dá)木盆地

中國(guó)西北地區(qū)石炭系分布廣泛，具有良好的烴源巖條件和生儲(chǔ)蓋組合，目前在塔里木、準(zhǔn)噶爾、吐哈、三塘湖等盆地已成為重要的油氣產(chǎn)層。柴達(dá)木盆地石炭系廣泛出露于盆地周緣，以一套海陸交互相的碎屑巖和碳酸鹽巖沉積為特征，但中、新生界巨厚的沉積地層導(dǎo)致石炭系埋藏較深，加之多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，致使早期研究認(rèn)為石炭系遭受了動(dòng)力變質(zhì)，是否具備勘探潛力一直存在爭(zhēng)議。近年來針對(duì)石炭系開展的地質(zhì)調(diào)查研究表明，柴達(dá)木盆地東部石炭系未發(fā)生變質(zhì)，有機(jī)質(zhì)豐度較高，具有一定的生烴潛力。目前在柴達(dá)木盆地北緣馬北和魚卡地區(qū)中、新生代油氣探測(cè)中，獲得了具有石炭系油源特征的原油，在綠梁山、石灰溝等盆地周緣的石炭系露頭中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)油氣顯示，展現(xiàn)出良好的勘探前景［1］。為此，筆者在對(duì)柴達(dá)木盆地石炭系石油地質(zhì)條件深入研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了其油氣勘探前景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，是在前侏羅紀(jì)柴達(dá)木地塊上發(fā)育起來的中、新生代陸內(nèi)沉積盆地，面積為12.1×104km2，是中國(guó)西部3大含油氣盆地之一。盆地內(nèi)發(fā)育了古生界、中生界和新生界3套地層，其中古生界以?shī)W陶系、石炭系最為發(fā)育。徐鳳銀等將柴達(dá)木盆地自下而上劃分為石炭系、侏羅系、古近系—新近系及第四系4套含油氣系統(tǒng)，平面分布區(qū)域大致對(duì)應(yīng)德令哈坳陷、北部斷塊帶、茫崖坳陷和三湖坳陷4個(gè)構(gòu)造單元［2-4］。侏羅系、古近系—新近系和第四系3個(gè)含油氣系統(tǒng)是目前主要的勘探對(duì)象，而石炭系勘探程度較低。

野外調(diào)查結(jié)果表明，柴達(dá)木盆地石炭系主要分布在盆地北緣小賽什騰山中段、土爾根達(dá)坂山西南緣、綠梁山、錫鐵山，北緣東段的德令哈斷陷、埃姆尼克山、歐龍布魯克山、扎布薩尕秀山及牦牛山地區(qū)，南緣祁漫塔格山前、肯德可科的巴音格勒河兩旁和格爾木的部分地區(qū)（圖1）。

圖1 柴達(dá)木盆地石炭系出露位置

柴達(dá)木盆地石炭系采用東緣和南緣2種劃分方案，東緣由下而上依次為穿山溝組、城墻溝組、懷頭他拉組、克魯克組和扎布薩尕秀組；南緣從下到上為石拐子組、大干溝組、締敖蘇組和四角羊溝組下部。石炭系在東緣埃姆尼克山、歐龍布魯克山的厚度可達(dá)2 000 m以上，昆侖山前出露較少，牛苦頭溝厚度可達(dá)1 600 m［5-6］。

2 構(gòu)造及沉積特征

2.1 構(gòu)造特征

柴達(dá)木盆地在前寒武紀(jì)、寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)等多個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期形成了一定的構(gòu)造格局及深大斷裂，這些早期形成的大型構(gòu)造對(duì)于石炭系的沉積、展布及后期構(gòu)造發(fā)育演化起到了重要的控制作用［7］。在柴達(dá)木盆地石炭系露頭區(qū)，廣泛發(fā)育背斜、向斜構(gòu)造，在旺尕秀剖面扎布薩尕秀組灰?guī)r和炭質(zhì)泥巖地層中擠壓構(gòu)造發(fā)育，在這些地面構(gòu)造中緊閉褶皺的特征明顯，并出現(xiàn)平臥褶皺與緊閉向斜相伴生的特征，表明經(jīng)歷了多期構(gòu)造疊加。

柴達(dá)木盆地石炭紀(jì)古斷裂十分發(fā)育，這些斷裂形成早，活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，不僅控制了石炭系分布，而且有些深大斷裂對(duì)于石炭紀(jì)盆山具有十分重要的控制作用。以柴達(dá)木盆地北緣深大斷裂為例，該斷裂西起阿爾金山東段南麓，東經(jīng)賽什騰山、綠梁山、錫鐵山、埃姆尼克山，在都蘭以北與鄂拉山斷裂帶相交接。沿這些山麓的老地層與新生界之間展布一系列規(guī)模不等、大小不一的斷裂，是北緣前古近紀(jì)隆起區(qū)與柴達(dá)木盆地中、新生代坳陷的一條重要分界線。多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及局部地區(qū)巖漿活動(dòng)決定了油氣形成期次，與之對(duì)應(yīng)的多期斷裂活動(dòng)進(jìn)一步控制了油氣的分布。

2.2 沉積特征

柴達(dá)木盆地石炭紀(jì)的沉積環(huán)境明顯受區(qū)域構(gòu)造控制，構(gòu)造的差異性升降運(yùn)動(dòng)造成了石炭紀(jì)不同時(shí)期的沉積環(huán)境在橫向上的分布有所不同。古生物、沉積巖性組合特征等與古地理環(huán)境及演變關(guān)系密切［8-9］。

泥盆紀(jì)后，柴達(dá)木盆地周緣地區(qū)結(jié)束了陸相—海陸交互相并存的沉積歷史，早海西運(yùn)動(dòng)使柴達(dá)木盆地在南北向擠壓的作用下，地塊本身發(fā)生差異性的升降運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)了北西—北西西向隆坳相間的2排古陸和坳陷，這些古陸和坳陷決定了早石炭世沉積的古地理格局。

早石炭世，昆侖海水由東南向北侵入柴達(dá)木盆地，海侵初期由于古陸隆起，風(fēng)化剝蝕作用較為強(qiáng)烈，在古陸邊緣發(fā)育濱海沖積相堆積，但持續(xù)時(shí)間較短，隨著海侵規(guī)模增大，這些地區(qū)形成濱海砂礫巖夾灰?guī)r沉積，而柴達(dá)木盆地主體為碳酸鹽臺(tái)地相。早石炭世中晚期海侵規(guī)模達(dá)到最大，發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地相，形成以灰?guī)r為主夾碎屑巖的沉積，與北祁連陸表海溝通，生物群屬特提斯大區(qū)類型，也有少量北方型，氣候總體較炎熱、較干旱。北緣以及同期沉積的西南緣巖性組合和古生物特征表明了柴達(dá)木盆地早石炭世早期為廣闊的淺海碳酸鹽臺(tái)地相，橫向分布較穩(wěn)定。早石炭世中晚期沉積環(huán)境由濱海向正常淺海過渡，而西南緣處于淺海高能帶，經(jīng)歷了海侵?jǐn)U大的沉積演化過程。

柴達(dá)木盆地晚石炭世古地貌格局與早石炭世基本相同，但中祁連古陸明顯向北西方向擴(kuò)大，在牛鼻子梁—達(dá)布遜古陸至布赫特古陸以北地區(qū)與祁連—走廊地區(qū)相似，主要為海陸過渡相沉積，包括瀉湖、河流、三角洲及沼澤沉積，古陸以南地區(qū)沿古陸邊緣仍有濱海相發(fā)育，柴達(dá)木盆地主體仍為碳酸鹽臺(tái)地相。晚石炭世柴達(dá)木盆地生物群以蜓類、腕足為主，珊瑚衰退，說明水流強(qiáng)度減弱。東北緣早期植物化石豐富，為海陸交互相沉積，晚石炭世煤系發(fā)育，具濱海沼澤沉積特征。西南緣沉積環(huán)境繼承了早石炭世淺海碳酸鹽臺(tái)地相較高能沉積的特點(diǎn)。

3 烴源巖地球化學(xué)特征

野外地質(zhì)調(diào)查及鉆井結(jié)果表明，柴達(dá)木盆地石炭系烴源巖包括灰?guī)r、泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤4種類型。由于受到區(qū)域構(gòu)造作用、沉積環(huán)境及風(fēng)化因素的影響各不相同，柴達(dá)木盆地石炭系烴源巖在不同地區(qū)、不同層位，甚至在同一層位，有機(jī)質(zhì)豐度表現(xiàn)出極大的差異性［10-12］。柴東地區(qū)石炭系泥巖、炭質(zhì)泥巖展現(xiàn)良好的生烴潛力（表1），如石灰溝地區(qū)泥質(zhì)烴源巖有機(jī)碳含量（TOC）為0.07%～39.74%，平均值達(dá)到2.24%；扎布薩尕秀地區(qū)炭質(zhì)泥巖TOC值為0.83%～4.28%，平均值達(dá)到2.12%；柴西南地區(qū)石炭系有大量灰?guī)r出露，TOC值總體為0.02%～0.32%，平均值為0.084%，屬于差—中等烴源巖。

石炭系烴源巖氯仿瀝青“A”含量和生烴潛量（S1+S2）較小、變化范圍大，泥質(zhì)巖分別為0.000 8%～0.021%和0.02～1.07 mg/g，平均僅為0.005%和0.19 mg/g（表1）；灰?guī)r分別為0.000 8%～0.010 1%和0.02～0.22 mg/g，平均僅為0.003 5%和0.05 mg/g。

由于所有樣品均來自地表，受風(fēng)化作用影響，干酪根元素比已不能作為烴源巖有機(jī)質(zhì)類型判別的指標(biāo)，因此，選用受風(fēng)化作用影響較小的干酪根鏡下鑒定及干酪根碳同位素分析作為主要研究手段。干酪根碳同位素分析結(jié)果顯示，石炭系泥質(zhì)巖碳同位素值為-28.7‰～-21.3‰，平均為-24.5‰，其中約75%的樣品表現(xiàn)出Ⅲ1型特征，少量為Ⅱ和Ⅲ2型；灰?guī)r的碳同位素值為-30.8‰～-23.6‰，表現(xiàn)為Ⅱ—Ⅰ型有機(jī)質(zhì)特征；煤的碳同位素值為-23.9‰～-22.8‰，為Ⅲ1型有機(jī)質(zhì)。

整個(gè)盆地鏡質(zhì)組反射率（Ro）為0.68%～2.76%，樣品多處于成熟—高成熟階段，這與最高熱解峰溫分析結(jié)果相一致，其中石灰溝、扎布薩尕秀及大干溝地區(qū)烴源巖成熟度相對(duì)較低，相當(dāng)比例樣品處于成熟階段，展現(xiàn)了良好的生烴潛力；城墻溝、穿山溝、石拐子溝及井下樣品Ro值較高，平均值為1.2%～1.3%以上，處于生干氣的高成熟階段；都蘭地區(qū)受巖漿熱演化作用的影響，Ro值普遍偏高（表1），平均值達(dá)到2.18%。

表1 柴達(dá)木盆地石炭系烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

4 油氣顯示及勘探潛力

前人針對(duì)柴達(dá)木盆地石炭系油氣勘探潛力多局限于烴源巖評(píng)價(jià)［13-14］，筆者通過對(duì)全盆地石炭系的野外地質(zhì)調(diào)查，在綠梁山、牛苦頭溝地區(qū)的灰?guī)r裂縫及扎布薩尕秀地區(qū)砂巖中均發(fā)現(xiàn)油氣顯示。以盆地北緣綠梁山石炭系為例，在綠梁山南坡第四紀(jì)坡積物中殘留的油砂出露長(zhǎng)度超過100 m，寬度約為50 m。在50 m的探槽中，發(fā)育5層油砂，最厚一層油砂寬度達(dá)9 m，油砂已從基巖到達(dá)地表坡積物中（圖2），表明油氣運(yùn)移的地質(zhì)年代較新；同時(shí)在其下覆石炭系懷頭他拉組灰?guī)r裂縫中普遍見到油跡，表明原油經(jīng)灰?guī)r裂縫發(fā)生運(yùn)移（圖3）。

圖2 綠梁山第四紀(jì)坡積物中殘留的油砂

圖3 綠梁山懷頭他拉組灰?guī)r裂縫中的油跡

圖4 柴達(dá)木盆地北緣綠梁山地區(qū)油源對(duì)比

通過對(duì)柴達(dá)木盆地石炭系區(qū)域構(gòu)造、沉積特征及烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征的研究，認(rèn)為北緣石炭系最具油氣勘探潛力。德令哈坳陷烴源巖厚度普遍大于1 000 m，熱演化程度低，大部分地區(qū)為成熟烴源巖，Ro值小于1.3%，TOC值大于0.5%，為柴達(dá)木盆地石炭系最有利的生油氣區(qū)。石灰溝所在歐龍布魯克山一帶的石炭系最大殘余厚度在2 000 m以上，Ro值平均小于1.2%，通過有機(jī)碳含量及生烴潛量的評(píng)價(jià)可達(dá)到中等—好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)；扎布薩尕秀山地層厚度在1 400 m以上，Ro值平均小于1.1%，熱演化程度最低，有機(jī)碳含量和生烴潛量的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，上石炭統(tǒng)炭質(zhì)泥巖及灰?guī)r為優(yōu)質(zhì)烴源巖。

油源對(duì)比證實(shí)，綠梁山第四紀(jì)坡積物中殘留的油砂來自石炭系懷頭他拉組灰?guī)r。由甾烷和萜烷對(duì)比（圖4）可以看出，藿烷系列分布完整，三環(huán)萜烷含量較高，Ts與Tm含量相當(dāng)，Tm/Ts值為0.98～1.15，伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷指數(shù)為0.18～0.31；規(guī)則甾烷C27—C28—C29呈不對(duì)稱“V”型分布，ααα20R甾烷C27/C29值為0.91～1.30；成熟度參數(shù)αααC29甾烷20S/（20S+20R）值為0.33～0.50，C29甾烷ββ/（αα+ββ）值為0.39～0.45；Ts/（Ts+Tm）值為0.46～0.58。

綠梁山前構(gòu)造帶面積為840 km2，包括尕丘、野馬、圓丘等局部構(gòu)造。受自北向南的擠壓作用，發(fā)育一系列逆沖斷裂，在綠南斷裂下盤形成了與山系基本平行的大型背斜、斷背斜和斷鼻構(gòu)造，如圓丘背斜、野馬背斜、尕丘斷鼻等，且深、淺層構(gòu)造具有較好的繼承性。綠梁山石炭系懷頭他拉組灰?guī)r地層在強(qiáng)烈的擠壓作用下出露地表，現(xiàn)已處于成熟—高成熟階段，經(jīng)歷了早期生烴過程。從綠梁山南坡第四紀(jì)坡積物發(fā)現(xiàn)的油砂情況來看，為后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致石炭系發(fā)育的油藏遭受破壞，原油沿?cái)鄬踊蛄芽p運(yùn)移至地表。在一系列逆沖斷層控制作用下，北緣石炭系及上部侏羅系具備形成斷背斜油藏的條件。綜上所述，柴達(dá)木盆地北緣石炭系具有多期生烴、斷裂輸導(dǎo)、調(diào)整成藏的成藏模式（圖5）。

圖5 柴達(dá)木盆地北緣綠梁山地區(qū)油氣成藏模式

5 結(jié)論

柴達(dá)木盆地受南北向擠壓作用，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，決定了石炭系油氣的形成期次。與之對(duì)應(yīng)繼承性發(fā)育的一系列深大斷裂不僅影響了石炭世沉積的古地理格局，也進(jìn)一步控制了石炭系油氣后期的分布范圍。柴達(dá)木盆地石炭系主要有泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤和灰?guī)r4種烴源巖類型。北緣石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ和Ⅲ型為主，現(xiàn)今處于成熟—高成熟階段，具備良好的生烴潛力，可以作為石炭系油氣勘探的主要地區(qū)。綠梁山、石灰溝、?？囝^溝等剖面石炭系中相繼發(fā)現(xiàn)油氣顯示，表明石炭系經(jīng)歷過生烴及油氣運(yùn)聚過程。油源對(duì)比結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，綠梁山第四紀(jì)坡積物中殘留的油砂來自石炭系懷頭他拉組灰?guī)r地層。

柴達(dá)木盆地北緣石炭系具有早期生烴、斷裂輸導(dǎo)、調(diào)整成藏的成藏模式。繼承性發(fā)育的逆沖斷層是控制石炭系油氣成藏的關(guān)鍵，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致石炭系生成的油氣不斷遭受破壞，沿?cái)鄬影l(fā)生運(yùn)移，可以形成斷背斜油藏。

［1］ 馬寅生，尹成明，劉成林，等.柴達(dá)木盆地石炭系油氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)進(jìn)展［J］.地球?qū)W報(bào)，2012，33（2）：135-144.

［2］ 徐鳳銀，彭德華，侯恩科.柴達(dá)木盆地油氣聚集規(guī)律及勘探前景［J］.石油學(xué)報(bào)，2003，24（4）：1-6.

［3］ 王金鵬，彭仕宓，姜桂鳳，等.柴達(dá)木盆地第四系生物氣資源量預(yù)測(cè)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（2）：27-30.

［4］ 楊競(jìng)，周莉，張鵬，等.柴達(dá)木盆地紅溝子構(gòu)造溝7井區(qū)烴源巖評(píng)價(jià)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（2）：61-63，66.

［5］ 李守軍，張洪.柴達(dá)木盆地石炭系地層特征與分布［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2000，19（3）：1-4.

［6］ 王訓(xùn)練，高金漢，張海軍.柴達(dá)木盆地北緣石炭系頂、底界線再認(rèn)識(shí)［J］.地學(xué)前緣，2002，3（9）：65-70.

［7］ 王風(fēng)華，羅群，李玉喜，等.柴達(dá)木盆地?cái)嗔焉舷卤P油氣差異聚集效應(yīng)與成因［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2007，14（2）：19-22.

［8］ 楊平，胡勇.柴達(dá)木盆地石炭紀(jì)古生態(tài)與沉積環(huán)境［J］.新疆石油地質(zhì)，2006，27（3）：280-284.

［9］ 朱如凱，許懷先，鄧勝徽，等.中國(guó)北方地區(qū)石炭紀(jì)巖相古地理［J］.古地理學(xué)報(bào)，2007，9（1）：13-24.

［10］于會(huì)娟，劉洛夫，趙磊.柴達(dá)木盆地東部地區(qū)古生界烴源巖研究［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，25（4）：24-29.

［11］劉玉華，王祥，張敏，等.柴達(dá)木盆地西部南區(qū)綠參1井暗色泥巖生烴條件研究［J］.特種油氣藏，2010，17（4）：50-52.

［12］段宏亮，鐘建華，王志坤，等.柴達(dá)木盆地東部石炭系烴源巖評(píng)價(jià)［J］.地質(zhì)通報(bào)，2006，25（9/10）：1 135-1 142.

［13］楊明林，尹太舉，張昌民，等.柴達(dá)木盆地北緣馬海以東地區(qū)地層油氣藏評(píng)價(jià)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（1）：41-43.

［14］黃成剛，陳啟林，閻存鳳.柴達(dá)木盆地德令哈地區(qū)油氣資源潛力評(píng)價(jià)［J］.斷塊油氣田，2008，15（2）：4-7.

編輯經(jīng)雅麗

TE122.1

：A< class="emphasis_bold">文章編號(hào)：10

1009-9603（2014）02-0057-05

2013-11-26。

葛巖，男，工程師，博士，從事油氣藏形成與分布及油氣資源評(píng)價(jià)的研究。聯(lián)系電話：15122509983，E-mail：geyan@cnooc.com.cn。

國(guó)家地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目“柴達(dá)木盆地油氣資源潛力評(píng)價(jià)”（1212010818054）中海油能源發(fā)展重大專項(xiàng)“致密氣、頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)及成藏富集規(guī)律方法研究”（WBS：E-J313N020）。