赛汉塔拉凹陷前中生界基岩油藏成藏特征研究

赵志刚

（长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉430100）

（中石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北 任丘062552）

杨 飞 （长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉430100）

赵晓彤 （石家庄经济学院华信学院，河北 新乐050700）

王淑英，王 波 （中石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北 任丘062552）

赛汉塔拉凹陷是二连盆地最早开展石油勘探并获得油气发现的凹陷之一。赛51井位于赛汉塔拉凹陷扎布构造带，揭开基岩地层420m，岩性为石炭系灰岩，潜山顶部1275.0～1300.43m井段酸压后油单12mm油嘴自喷日产油226m3。赛51井是二连盆地有史以来产量最高的井，预测资源量1020×104t［1］。赛51井石炭系灰岩潜山的突破，在赛汉塔拉凹陷发现了新的含油层系，揭示出赛汉塔拉凹陷良好的勘探前景。随后二连盆地掀起了潜山勘探的高潮，在阿南、额仁淖尔、呼仁布其、阿尔等凹陷相继发现了一大批潜山圈闭，使基岩油藏勘探成为继岩性油藏之后的又一个勘探高峰期［2］。

对于二连盆地的富油凹陷，白垩系勘探程度已较高，基岩油藏是非常现实的接替领域，深入研究赛汉塔拉凹陷前中生界基岩的油气成藏特征，对进一步扩大该区的勘探成果具有重要现实意义，同时对二连盆地其他富油凹陷的勘探具有借鉴和启示作用。

1 前中生界基岩油藏形成的地质背景

二连盆地是在古生代褶皱基底上发育起来的以下白垩统为主体的中新生代断陷盆地群。经历了前中生代基底和中新生代盖层2大演化阶段，相应形成了基底和盖层2大构造层。中新生代盖层地层区划属滨太平洋地层区，是由50多个下白垩统断陷湖盆组成的非统一的汇水盆地群。各个断陷湖盆均被基岩露头所分隔，形成自己的物源供给区，自成沉积体系，有独立的沉积中心和边缘相带，因此中新生代盖层的沉积主体基本是分割的，形成了相对独立的含油气凹陷。前中生代基底属于天山－兴蒙地槽褶皱系的一部分，二连盆地位于其中部偏东，前中生界地层以二连－贺根山构造带为界，北部属北疆－兴安地层大区；南部属华北地层大区。整个盆地经历了一个相对统一的发展演化阶段：中、新元古代地台发育阶段和古生代地槽发展阶段。

虽然二连盆地的前中生代基底是统一的地质单元，但油气源来自于下白垩统相互分割的断陷湖盆，只有基底与下白垩统的断陷湖盆有机组合才能够形成油气藏；因此，中生代的沉积凹陷仍然是油气运移聚集的基本地质单元，凹陷的基底结构、基底岩性分布及构造发育史和下白垩统断陷湖盆的发育情况是前中生代基岩油藏形成的基本控制因素。

1.1 赛汉塔拉凹陷的基底结构

按照大地构造区划，从槽台学说的观点，二连盆地的前中生界基底位于西伯利亚地台和中朝地台之间，一级大地构造单元属于中亚－天山－兴蒙地槽褶皱系；从板块构造的观点，整个二连盆地的基底以贺根山蛇绿岩带为界，南部划分为华北陆块北缘晚古生代陆缘增生带，北部划分为西伯利亚陆块东南边缘古生代陆缘增生带。受区域南、北向挤压应力的作用，主要发育有一系列东西向的紧闭褶皱、逆断层、片理及一些北东、北西向的小平推断层。由这些紧闭褶皱带组成的复背斜和复向斜构成了二连盆地的三级大地构造单元。

赛汉塔拉凹陷就位于温度尔庙复背斜内，二级大地构造单元属于内蒙华力西晚期褶皱带或华北陆块北缘晚古生代陆缘增生带。其主体是北部的赛四背斜褶皱带，南部的白乃庙向斜褶皱带分布局限，其间以白乃庙北基底隐伏大断裂为界［3］。赛四背斜褶皱带呈东偏北向延伸，核部位于赛4井区，为新元古界蓟县系；北翼为上古生界石炭系，赛4构造以北均为该套地层，有赛14、赛汉1等井钻遇；南翼为上古生界石炭系和二叠系，一直延伸到白乃庙北隐伏断层，石炭系有赛51井钻遇、二叠系有赛78井钻遇。白乃庙向斜褶皱带位于凹陷的西南角，近东西向延伸，核部为志留系西别河组，北翼为新元古界青白口系，南翼已延伸凹陷之外，为古元古界滹沱系。

1.2 基底地层层序及岩性

地质露头的研究表明，该区经历了3个地质发展演化阶段：中新元古界地槽褶皱系和板块增生带的结晶基底发育阶段；上下古生界海槽发育阶段；中生界陆相盆地发育阶段。其中，前中生界是中生界陆相盆地的基底，临近赛汉塔拉凹陷周边出露的地质露头由下而上为：中元古界蓟县系温都尔庙群二云石英片岩、片岩、石英岩等，新元古界青白口系变质砂岩、绢云石英片岩夹结晶灰岩；古生界上志留统－下泥盆统西别河组砂岩、硅质结晶灰岩、石英岩等，为浅海相砂岩、灰岩、板岩、变余泥岩及生物礁构成的一套岩石组合。虽然周边凹陷露头复杂，但在凹陷的主体部位井下钻遇的前中生界地层主要有3套：温都尔庙群绿片岩系、石炭系灰岩、二叠系变质岩。

1）温都尔庙群绿片岩系 温都尔庙群在凹陷中部的井大量钻遇，赛11、赛21、赛4等井薄片鉴定为鳞片状、片状、粒状变晶结构，片理构造，岩石类型为石英片 （千枚）岩，变质矿物主要有绢云母、绿泥石、白云母、阳起石、黝帘石、绿帘石等绿色片状矿物。

2）石炭系灰岩 石炭系灰岩以赛51、赛14井为代表，薄片鉴定矿物成分主要是泥晶方解石，裂缝中见有少量亮晶方解石分布。古生物鉴定见到一棵牙形石碎片，说明为晚石炭世；发现大量 （几十个）浅变质的有孔虫化石，少量筳类化石壳饰完整、个体大小达到2.5mm，有孔虫盛产于石炭纪、二迭纪，但个体大小达到2.5mm的筳类应为晚石炭世到早二迭世早期。

3）二叠系变质岩 二叠系变质岩在赛78井钻遇。

1.3 中生代沉积凹陷发育情况

赛汉塔拉凹陷是以下白垩统巴彦花群为沉积主体的中生代单断箕状凹陷，沉积地层分布面积2300km2，最大厚度4500m。

发育有阿1＋2段、阿4段、腾一段和腾二段等4套有效烃源岩，干酪根类型Ⅱ1～Ⅱ2型，有机碳平均含量1.3%、“A”（氯仿沥青 “A”含量）平均0.1352%，为中－好－极好生油岩，热演化程度达到高成熟。在赛东洼槽这4套烃源岩纵向叠置形成主力生油洼槽，向四周成熟层位变深，仅发育底部的阿1＋2段、阿4段2套有效烃源岩。类比法资源评价远景资源量9050×104t，地质资源量为6514×104t，资源基础雄厚。

2 前中生界基岩油藏形成的地质条件

古生代末期的强烈褶皱和抬升，造就了多凸多凹、沟壑纵横的古地貌，并使前中生界地层遭受了强烈的风化淋滤，同时形成了早期的断层和构造缝，为古生界基岩油藏的形成奠定了圈闭和储集空间的基础；中生代厚达4500m的沉积地层为古生界基岩油藏的形成提供了油源和封盖保存条件，同时中新生代的多期构造运动形成了古生界与断层有关的圈闭并改造了古生界基岩的储集物性。因此赛汉塔拉凹陷前中生界基岩油藏的形成是中生界沉积盆地和古生界基岩的有机统一，从流体供给、圈闭发育、储集体形成到油气藏的保存都具有不同于中生界的特点。

2.1 中生古储的流体源

赛51井高产油藏的油源来自中生代的沉积盆地，供油方式有2种：一是下倾部位 “阿1＋2段”的烃源岩向潜山直接运移；二是赛东洼槽的油源穿过断层侧向运移。

“阿1＋2段”的烃源岩直接覆盖在古生界基岩之上，位于火成岩之下，是该凹陷新发现的烃源层。据赛古2井的资料，发育深灰色泥岩130m。有机质丰度达到了中－好烃源岩的标准：有机碳含量平均1.10%，生烃潜量平均2.28mg／g，“A”平均0.1297%。在几套烃源岩中，埋藏最深，并受到上覆火成岩的烘烤，热演化程度高：热解最大值峰温Tmax平均447℃，烃指数平均21mg／g，“A”／有机碳含量平均8.8%，总烃／有机碳含量平均5.4%，表明烃源岩已经成熟并且具有排烃能力，资源潜力大［4－5］。赛51井潜山的周边均被该套地层所覆盖，油气从烃源岩排出后就直接进入基岩顶面的风化壳，其所生成的油气可就近直接向潜山中运移，具有 “就近、大面积、直接供油”“早期注入、持续供油”“初次运移供油”等特点。

扎布构造带沿扎布断层与下降盘的赛东洼槽相伴发育，赛东洼槽是本凹陷的主力生油洼槽，其所生成的油气可穿过断面向潜山中运移。在2种运移方式中，可能前者占据主导地位。赛51井高蜡低硫的原油性质 （原油密度0.8492g／cm3、粘度11.78mPa·s、含蜡25%、含硫0.09%）也证实了这一点。按照二连盆地的规律，高蜡低硫为近油源、没有经过远距离的运移的原油，与赛东洼槽腾格尔组低含蜡的原油具有明显不同。

地化分析表明，赛51井的原油热演化程度较高，20S／ （20S＋20R）C29为47.46%、ββ／ΣC29为55.30%，为处于生油高峰期的烃源岩生成的原油，与 “阿1＋2段”烃源岩热演化程度相当，而其他烃源岩热演化程度较低。油源对比也证实：赛51井的原油与赛1、赛42井等的烃源岩具有较好的可比性，说明它们的油源均来自于 “阿1＋2段”的高成熟烃源岩。

2.2 高产风化壳储集体

赛汉塔拉凹陷的基底岩性有3大类：灰岩、绿色片岩、浅变质岩。钻探证实，灰岩、绿色片岩均具有良好的储集性能。储集体类型主要为裂缝－溶洞型，据岩心观察、取心收获率、测井解释、测试情况综合判断，属于低孔高渗型储集层，非均质性强。储集空间有5种类型：晶间孔、溶蚀孔洞、片理缝劈理缝、节理缝和碎裂缝，构成了双孔隙系统。灰岩以次生的溶蚀孔洞缝、片岩以原生的片理、劈理缝为主要的孔隙基质，次生充填的方解石、白云石晶间孔也是孔隙基质的一部分。后生的节理缝、碎裂缝等构造缝，构成连通孔隙基质的孔隙骨架，极大地改善了基岩的储运通道，其中节理缝密度大、规模小、普遍发育，碎裂缝规模较大、零星发育。

1）片岩 片岩以赛21井为代表。赛21井于789m进山，揭开基岩463.71m，岩性为灰绿色千枚岩，进山后漏失泥浆41m3。岩心观察裂缝发育呈网状，石英、方解石全充填或半充填。薄片鉴定在4块样品中见裂缝1～10条，缝宽0.02～1.5mm，一般0.2～0.7mm，石英、方解石全充填。测井解释裂缝43.4m，单层最厚13.5m，储地比18%～35%。岩心大直径分析的孔隙度6.4%～6.7%，裸眼抽汲日产水21.3m3。

2）灰岩 灰岩以赛51井为代表。薄片鉴定，样品中碳酸盐矿物主要由泥晶方解石组成，部分样品中见少量亮晶方解石分布，亮晶方解石可能是由于充填灰岩中的裂缝形成。在3块岩心样品中，数条张裂缝宽在0.25～0.30mm间，裂缝中被白云石、泥质和方解石全充填，部分灰岩中见生物碎片分布。观察表明，粉晶白云石交代物中发育晶间孔被油充填，晚期构造裂缝被油充填，少量溶蚀孔隙中见原油充填，早期较大构造裂缝被巨晶方解石全充填、后期再次破碎、角砾内发育的溶孔被油充填［6］。

赛51井在钻井过程中钻具放空0.32m，取心2次收获率仅20.1%～24.6%；岩心观察缝洞发育，缝密度6～7条／m，缝宽1～5mm，泥质、方解石半充填；孔密度9个／m，直径1～5mm，原油、方解石半充填。网状节理缝被油充填。电测解释Ⅰ、Ⅱ类裂缝138.6m，裂缝与地层厚度之比达到34.2%。

2.3 多层状储盖组合

赛汉塔拉凹陷潜山顶部的风化壳和基岩内幕存在多套储盖组合，利于形成复式油藏。古生界上覆的侏罗系和下白垩统均发育有厚层泥岩，这些地层或独自或联合覆盖在古生界顶面的风化壳之上，形成了古储中盖型储盖组合。赛四地区主要以上侏罗统兴安岭群的红色碎屑岩系为盖层，扎布地区主要以上侏罗统兴安岭群的火成岩系为盖层，在凹陷的西斜坡 （赛22井区）以中下侏罗统的煤系为盖层，局部地区侏罗系缺失时、由下白垩统作为盖层。古生界内幕本身存在多套自储自盖型储盖组合［7］。

赛51井1574～1588.5m的厚层棕褐色泥岩，色均、质纯、性脆硬，分布稳定，是潜山内幕另一期风化壳的古土壤。古土壤是由碳酸盐岩风化而成，与喀斯特的形成时间一致。在此阶段风化表面变成由风化残积物和大气尘埃组成的风化层，并覆盖在喀斯特表面。代表了潜山内幕的另一期风化剥蚀和岩溶带，可形成较好的储盖组合。

赛10井揭开凝灰岩地层664.02m，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类裂缝和破碎带占地层的总厚度之比23%，因此裂缝段和上覆的大套致密层均可形成相应的储盖组合。赛51井1267～1687m揭开古生界灰岩418.5m，内部发育2～17m的致密隔层多套，这些隔层与下覆的裂缝段均可形成相应的储盖组合，如1506m井段，钻具放空0.32m见荧光显示和气测异常，说明已形成了较好的储盖组合；赛79井通过断面进山，在古生界内幕见到荧光显示1层29m，进一步证实古生界内幕本身可形成较好的储盖组合。

2.4 右旋剪切应力场控制下的圈闭模式

海西运动使二连盆地褶皱回返形成了统一的大地构造单元，结束了二连盆地的基底演化阶段；燕山运动使二连盆地进入了中新生代沉积盆地演化阶段，期间缺失了整个三叠系的地层。赛汉塔拉凹陷的潜山圈闭均以中生代沉积前的基岩隆起为背景，因此燕山运动在控制中生代沉积盆地发育的同时，造就了古生界圈闭的基本样式［8］。

燕山运动在二连盆地区域上以拉张变形为主，但扎布构造带的局部应力场表现为右旋剪切［9］。在右旋剪切应力场的控制下，扎布构造带形成了近南北走向的长轴背斜和近东西走向的线状地垒，这些正向古构造是赛汉塔拉凹陷主要的潜山圈闭。赛汉塔拉凹陷前中生界潜山形成的应力应变分析表明 （见图1），沿扎布断层的右旋剪切应力可分解为近东西向的挤压分量和近南北向的拉张分量，近东西向的挤压就形成了南北走向的长轴背斜，如赛3井潜山带、赛51井～赛25井潜山带；近南北向的拉张就形成了近东西走向的次级正向正断层和线状地垒，如赛55地垒带。

图1 赛汉塔拉凹陷前中生界潜山形成的应力应变分析图

3 结 语

上述研究表明，赛汉塔拉凹陷前中生界基岩被 “阿1＋2段”的高成熟烃源岩直接、广泛覆盖，油源条件好；发育多套储盖组合、勘探目的层系多；储集物性在平面上不受沉积相带的制约、剖面上不受成岩作用的影响，勘探领域广泛；同时成群成带的潜山和上覆地层形成了统一的系列圈闭，利于复式油气聚集带的形成。因此，赛汉塔拉凹陷前中生界基岩具有优越的油藏形成条件，是下步该区油气勘探的有利方向。