河套盆地临河坳陷石油地质特征与油气富集规律.pdf
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1、 石 油 勘 探 与 开 发 2023 年 8 月 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.50 No.4 695 文章编号:1000-0747(2023)04-0695-11 DOI:10.11698/PED.20220755 河套盆地临河坳陷石油地质特征与油气富集规律 张锐锋1,何海清2,朱庆忠1,陈树光1,刘喜恒1,淡伟宁1,胡延旭1,师玉雷1,张宇飞3,于海军4,张晰蒙1(1.中国石油华北油田公司,河北任丘 062552;2.中国石油油气和新能源分公司,北京 100007;3.中国石油集团测井 有限公司测井技术研究院院士工作站,北京 1000
2、07;4.中国石油渤海钻探第二录井分公司,河北任丘 062552)基金项目:中国石油天然气股份有限公司“前瞻性、基础性”重大攻关课题“河套盆地油气富集规律与勘探关键技术研究(2021DJ0703)摘要:基于古地貌、钻井和地震资料,对河套盆地临河坳陷构造沉积演化、烃源岩特征、储集层特征及形成机制、油气成藏模式与富集规律进行系统研究。结果表明:河套盆地主要历经“弱伸展断拗期、强伸展断陷期和走滑改造期”3 期成盆演化过程,发育吉兰泰、沙布、纳林湖、兴隆等 4 大环洼正向构造带,为油气富集成藏的有利区带;发育下白垩统固阳组、渐新统临河组两套主力咸化湖相烃源岩,具有高含硫富藻、早熟早排、生油窗口宽的特征
3、;河套盆地周缘山间大型构造转换带控制形成大型辫状河三角洲沉积,三角洲前缘砂体具有石英含量高(50%76%)、长期浅埋弱压实、胶结物含量低、储集层物性好的特点,预测古近系有效储集层埋深达 8 000 m;构建邻洼鼻隆、环洼潜山、近源断鼻 3 种油气成藏模式,临河坳陷油气富集规律为“环洼近源是基础、优质厚储集层是前提、良好的构造背景和圈闭条件是关键”。关键词:河套盆地;临河坳陷;白垩系固阳组;古近系临河组;吉兰泰油田;巴彦油田;油气富集规律 中图分类号:TE121.1 文献标识码:A Petroleum geological features and hydrocarbon enrichment
4、of Linhe Depression in Hetao Basin,NW China ZHANG Ruifeng1,HE Haiqing2,ZHU Qingzhong1,CHEN Shuguang1,LIU Xiheng1,DAN Weining1,HU Yanxu1,SHI Yulei1,ZHANG Yufei3,YU Haijun4,ZHANG Ximeng1(1.PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu 062552,China;2.PetroChina Oil&Gas and New Energy Company,Beijing 100007
5、,China;3.Logging Technology Research Institute of CNPC Logging Company,Beijing 100007,China;4.No.2 Mud Logging Company,CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited,Renqiu 062552,China)Abstract:Based on paleogeomorphology,drilling and seismic data,this paper systematically studies the structural a
6、nd sedimentary evolution,source rock characteristics,reservoir characteristics and formation mechanism,hydrocarbon accumulation model and enrichment law in the Linhe Depression of the Hetao Basin,NW China.The Hetao Basin mainly experienced three stages of evolution,namely,weak extensional fault depr
7、ession,strong extensional fault depression and strike-slip transformation,giving rise to four positive structural belts(Jilantai,Shabu,Nalinhu and Xinglong),which are favorable areas for oil and gas accumulation.The two main saline lacustrine source rocks,Lower Cretaceous Guyang Formation and Oligoc
8、ene Linhe Formation,are characterized by high sulfur content,rich algae,early maturity,early expulsion,and wide oil generation window.The large structural transition belt in the intermountain area around the Hetao Basin controls the formation of large-scale braided river delta deposits,which are cha
9、racterized by high quartz content(50%76%),long-term shallow burial and weak compaction,low cement content,and good reservoir properties in delta front sandbody.The burial depth of the effective Paleogene reservoirs is predicted to reach 8000 m.Three hydrocarbon accumulation models,nose-uplift near s
10、ag,buried hill surrounding sag,fault nose near source rock,are constructed.The law of hydrocarbon accumulation in the Linhe Depression is finally clarified as follows:near-source around the depression is the foundation,high-quality thick reservoir is the premise,good tectonic setting and trap condit
11、ions are the key.Key words:Hetao Basin;Linhe Depression;Cretaceous Guyang Formation;Paleogene Linhe Formation;Jilantai Oilfield;Bayan Oilfield;hydrocarbon enrichment law 引用:张锐锋,何海清,朱庆忠,等.河套盆地临河坳陷石油地质特征与油气富集规律J.石油勘探与开发,2023,50(4):695-705.696 石油勘探与开发油气勘探 Vol.50 No.4 ZHANG Ruifeng,HE Haiqing,ZHU Qingzh
12、ong,et al.Petroleum geological features and hydrocarbon enrichment of Linhe Depression in Hetao Basin,NW ChinaJ.Petroleum Exploration and Development,2023,50(4):695-705.0 引言 河套盆地临河坳陷油气勘探与地质研究工作始于20 世纪 70 年代晚期,主要历经 3 大油气勘探阶段1。19771987 年为石油普查勘探阶段:钻井 7 口,发现下白垩统和渐新统两套生油岩和油气显示,仅临深 3 井下白垩统采出少量原油,整体埋藏深,工程复
13、杂,中东部地区 5 000 m 以浅单层烃源岩厚度薄(0.51.8 m),古近系烃源岩成熟度低,排烃晚(上新世末),生烃能 力有限2-3。20042016 年为中浅层油气探索阶段:借鉴柴达木盆地浅层生物气的勘探经验,20052008年在河套盆地呼和坳陷和临河坳陷部署生物气井,见气测异常,但试气产量低,认为缺乏有效圈闭是难以形成规模气藏的关键3;20152016 年在沙布构造带完钻探井 2 口,白垩系固阳组见到少量油气显示和薄层优质烃源岩,但是由于二维地震测网稀,圈闭落实难度大,未能实现勘探突破。2017 年至今,油气勘探快速突破和规模储量发现阶段:2018 年初在吉兰泰潜山 600 m 以浅部
14、署并钻探 JHZK2 等多口井,压裂后获高产工业油流,并通过潜山油源对比和油气输导路径分析,在潜山围斜临洼部位精细落实断鼻构造圈闭,部署吉华 2X 井、吉华 4X 井先后在古近系和白垩系碎屑岩领域发现超 200 m 厚油层,并获得高产工业油流,证实了白垩系固阳组烃源岩具有较大资源潜力,实现河套盆地石油勘探历史性重大突破,发现了吉兰泰油田;20192020 年,通过提前部署三维地震,精细落实构造圈闭形态,在早期隆 1 井的构造高部位部署风险探井临华 1X,在古近系临河组试油获高产工业油流,实现临河坳陷北部石油勘探重大突破,发现了巴彦油田。尽管近年来在河套盆地实现油气勘探高效发现,但不同区带油气成
15、藏要素时空配置、富集规律及下步勘探有利方向依然不明朗,严重制约今后持续勘探发现和规模增储。因此,既需要结合勘探实践梳理总结出河套盆地油气成藏地质的共性特征和规律,同时还要对新区新带的成藏差异性进行解剖分析和预判,以拓展勘探发现并规避未知的风险,并为地质条件类似的地区提供勘探启示。本文通过对河套盆地开展构造沉积演化特征、烃源岩特征、储集层特征、圈闭特征、油气成藏模式与富集规律等整体研究与系统解析,深化河套盆地地质认识,明确不同区带油气成藏要素时空配置关系与油气富集规律,以期对优选下步勘探战略方向提供指导与借鉴。1 地质概况 临河坳陷北邻色尔腾山,东南与鄂尔多斯盆地、桌子山、贺兰山毗邻,西至狼山,
16、为北东东西向展布的弧形坳陷(见图 1),面积约 2.24104 km2,是河套盆地最主要的生油坳陷和含油气区。整体具有南北分区、东西分带的结构特征,以现今结构构造特征为依据,南北划分 2 个凹陷和 1 个低凸起,北部为巴彦淖尔凹陷,整体埋藏深(3 00014 000 m),南部为吉兰泰凹陷,埋藏较浅(小于 3 000 m),中部发育磴口低凸起,为晚期隆升形成,埋藏较浅。结合最新二、三维地震资料,重新厘定盆地结构和断裂展布特征,明确巴彦淖尔凹陷自西向东划分为淖西洼槽带、兴隆断裂构造带、纳林湖断裂潜山带、黄河断槽带及五原斜坡带;吉兰泰凹陷划分为吉兰泰构造带、沙布构造带、吉西洼槽带和吉东斜坡带(见图
17、 1b)。盆地基底为太古宇乌拉山群变质岩系,自下而上发育下白垩统李三沟组、固阳组、古近系始新统乌拉特组、渐新统临河组、新近系中新统五原组、上新统乌兰图克组和第四系河套群。其中下白垩统固阳组和渐新统临河组发育咸湖相优质烃源岩,也是最主要的含油层系,李三沟组、乌拉特组和五原组以红色泥岩为主,为区域性盖层,形成了以自生自储、旁生侧储、新生古储为主的成藏组合(见图 1c)。2 石油地质特征 2.1 构造沉积演化特征 自 20 世纪 80 年代以来,关于初始成盆期盆地性质及应力机制一直存在不同观点。早期以赵孟为4为代表,认为白垩纪为拱张断陷盆地,盆内发育系列正断层控制盆地沉积;而以付锁堂、赵重远、郭忠明
18、等3,5-7为代表,提出白垩纪为挤压坳陷盆地,古近纪为断陷盆地,沉积中心均位于盆地西北部,为暗色泥岩相对发育区的半深湖相带,该认识在勘探早期一直处于主导地位。近几年研究认为白垩纪早期(李三沟组沉积期)可能为挤压坳陷,北部的巴彦淖尔凹陷主要受到来自北西向的天山和近东西向兴蒙褶皱带的挤压作用,南部吉兰泰凹陷则主要受东侧贺兰山和西侧巴彦乌拉山的近东西双向挤压作用影响8-9,形成了早期北北东为主的狼山及分支断层、黄河断层、巴彦乌拉山断层及纳林湖断层、吉参 1 东断层、近东西向杭五断层等现今一、二级断层的雏形(见图 1b)。该时期地层 2023 年 8 月 张锐锋 等:河套盆地临河坳陷石油地质特征与油气
19、富集规律 697 图 1 研究区位置图(a)、河套盆地临河坳陷构造单元划分图(b)与综合柱状图(c)分布局限,主要集中在现今狼山及吉兰泰凹陷中西部地区,河套盆地主体依然为隆升剥蚀区(见图 2);但早白垩世中后期(固阳组沉积期)盆地主体进入沉降 成盆期,该时期盆地以张性伸展环境为主,开始受控于西部狼山断层和东部黄河断层,发育东西双断的不对称地堑结构,地层厚度整体变化不大(见图 3)。同时,近年在狼山中北部露头区发现多个玄武岩火山口,喷发时间与固阳组沉积期一致(距今约 120 Ma)10,而且与河套盆地紧邻的二连盆地该沉积期为强伸展断陷期,发育腾格尔组优质烃源岩11,结合河套盆地固阳组沉积期主要发
20、育同沉积正断层的特点,综合分析认为河套盆地处于强伸展应力环境边缘,整体表现为弱伸展应力环境下断坳型盆地特征。受早期挤压作用影响,从桌子山、磴口低凸起向北延伸,发育大型早期低隆构造,形成东西分带的构造雏形,在西部淖西洼槽带和吉西洼槽带形成闭塞湖相沉积中心,发育盐湖相优质烃源岩。根据早期钻井不同地区沉积岩石类型明显差异,南部沙布构造带矿物成分以石英为主,含量超过 75%,向北石英含量逐渐降低,长石和岩屑含量逐渐增高,到兴隆构造带石英含量小于 40%(见图 4a)。结合山间大型构造转换带易发育大型辫状河(扇)三角洲沉积的特点以及地震相特征,分析认为中南部纳林湖断裂潜山带与沙布构造带受控于贺兰山和桌子
21、山,可能发育远物源沉积体系,北部兴隆构造带物源欠发育,以长石岩屑砂岩为主,推测可能为近源沉积,西部吉兰泰构造带盆缘地震相表现为明显杂乱反射向盆内成层性逐渐变好的特点,为近源沉积特征(见图 5a)。早白垩世晚期河套盆地逐渐抬升,临河坳陷缺失上白垩统及古新统。直到始新世,河套盆地再次进入伸展沉降期,与白垩系主要呈平行不整合接触。在纳林湖断垒带局部发现暗色页岩沉积,整体以棕红色泥岩沉积为主,地层厚度为 200300 m,表现为中部厚、南北薄的特点,形成区域性良好的盖层条件。渐新世,受太平洋板块 698 石油勘探与开发油气勘探 Vol.50 No.4 图 2 临河坳陷过盆地中央南北向剖面图(剖面位置见
22、图 1)图 3 临河坳陷北部过盆地剖面图(剖面位置见图 1)石英砂岩;长石石英砂岩;岩屑石英砂岩;长石砂岩;岩屑长石砂岩;长石岩屑砂岩;岩屑砂岩 图 4 临河坳陷岩石类型三角图 北西向俯冲后撤作用增强和南北盆山构造展布影响,盆地沉降中心逐渐向北迁移,地层厚度为 1 0001 300 m,总体具有北厚南薄、西厚东薄的特点,该时期断层以控盆边界断层活动为主,盆内除兴隆断层和纳林湖断层外,其他断层欠发育,表现为弱伸展断拗型盆地沉 积特征,具有水浅、坡缓的特点。根据已钻井揭示沉积砂体矿物成分、结构成熟度高,形成以石英长石等刚性颗粒为主,其中兴隆构造带石英含量达 65%,长石含量约为 20%,岩屑含量约
23、为 15%,南部纳林湖构造带岩屑含量稍高(见图 4b),表明该时期盆内可能主要发育远物源沉积,结合现今地貌和盆地继承性发育特点,认为盆地西部狼山与南部巴彦乌拉山之间,狼山与北部色尔腾山之间,盆地东部桌子山与伊盟隆起之间,桌子山与贺兰山之间的过渡区均可形成大型物源口,发育以辫状河三角洲沉积为主的大型沉积体系,形成盆内砂泥互层沉积组合(见图 5b)。新近纪,盆地伸展作用逐渐增强,与下伏古近系呈整合接触。中新统厚度为 1 0001 500 m,主要表现为西厚东薄特点。上新世进入强伸展断陷期,盆内断层活动性显著增强,地层厚度为 5005 000 m,变化剧烈。除了控盆一级断层外,二、三级断层均发生较
24、2023 年 8 月 张锐锋 等:河套盆地临河坳陷石油地质特征与油气富集规律 699 图 5 临河坳陷白垩系固阳组和古近系临河组沉积相展布图 强活动(见图 3),形成了现今“东西分带、南北分区”的构造格局以及吉兰泰、沙布、纳林湖、兴隆等 4 大正向构造带,为油气汇聚成藏提供了良好构造背景。另外,该时期物源欠发育,中新统整体以巨厚红色泥岩沉积为主,临河坳陷北部泥地比高达 90%,形成区域性良好的盖层条件,中南部地区靠近物源,砂地比为 30%40%,整体表现为欠补偿补偿型沉积特征。第四纪,盆地进入热沉降和走滑伸展改造期。沉积地层厚度为 02 000 m,变化较大,主要分布在临河坳陷北部巴彦淖尔凹陷
25、,南部吉兰泰凹陷沉积厚度普遍较薄,小于 200 m(见图 2),这与该时期南部吉兰泰凹陷整体反转抬升密切相关。同时,该时期走滑作用显著增强,在早期断层基础上发育斜列式、帚状等展布的系列小断层,剖面上以正形负花状构造为主,表现为压扭为主的走滑特征,普遍具有断距小但深切多套沉积地层特征,使盆内断裂更加复杂化,易形成更多断鼻、断块圈闭(见图 3)。2.2 烃源岩特征 临河坳陷主要发育下白垩统固二段(K1g2)、固一段(K1g1)和渐新统临河组(E3l)3 套主力烃源岩。成盆早期固二段烃源岩主要分布在坳陷北部,有机质丰度较高,以2型和型干酪根为主,沉积环境为淡水弱还原环境9。固一段和临河组烃源岩分布范
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