摘要：近年来，塔里木盆地库车坳陷勘探取得重大突破，但前人对于研究区的油气成藏过程研究比较薄弱。本文利用有机地球化学、流体包裹体等实验，结合盆地模拟技术，系统分析研究区原油来源、成藏期次和成藏过程。结果表明，研究区存在Ⅰ和Ⅱ两类原油，Ⅰ类英买力原油的三环萜类总体具有(C_{19}C_{22}C_{20}>C_{21}>C_{22}
关键词：库车前陆盆地;油气聚集;油气成藏过程;族群划分;秋里塔格构造带
论文《库车前陆盆地南斜坡西段油气成藏过程研究》发表在《石油科学通报》，版权归《石油科学通报》所有。本文来自网络平台，仅供参考。
0 引言
近30年库车前陆盆地勘探成果丰硕，显示潜力依然巨大。寻找库车前陆盆地的战略接替领域，是目前勘探工作重中之重。从油气运移成藏的角度及已有勘探发现情况来看，库车南斜坡西段是寻找勘探目标的有利地区。研究区位于塔北与库车的交汇部位，是矿权交界、构造转换、沉积交汇区域。区内油气藏类型包括低幅度背斜/断背斜构造油气藏、地层岩性油气藏;已发现油气藏25个，探明石油5245.43万t，天然气1031.9亿m³;累计产油877.5万t，产气235.5亿m³。
前人对库车南斜坡西段已发现油气藏的成藏过程进行了大量的研究，1998年以来，随着勘探程度的提高，认识不断深化。田作基在2001年认为研究区存在两期成藏：早期拜城凹陷三叠系烃源岩自早白垩世末至早第三纪排出油气，部分向南长距离侧向运移形成塔北隆起油气藏;晚期成藏主要发生在晚第三纪，以形成气藏为主。梁狄刚、赵孟军认为研究区英买32井油藏主要形成于23~12 Ma的中新世早期，以侧向运移为主;上新世以来，即2.5 Ma至今主要形成气藏，英买32井区由于没有接受晚期产物的充注，油气源自早期三叠系烃源岩。张斌2012年提出英买32井区成藏期约为8~5 Ma，该时期秋里塔格构造带尚未形成，原油沿不整合面向南侧隆起长距离侧向运移，却勒1井油气藏主要在4~3 Ma以来形成聚集，后期天然气大量生成时，秋里塔格构造带已经隆升，成为阻止天然气向南运移的障碍。
研究区的成藏期存在争议，同时，关于西秋里塔格构造带构造演化、时空分布对油气运移及成藏的控制作用，前人并未开展深入研究。本文基于二维、三维精细构造演化，结合油源对比、成藏期等研究，系统分析了库车南斜坡西段成藏过程，并讨论了研究区秋里塔格构造带演化形成对油气分布的控制作用。
库车南斜坡西段已发现油气藏为拜城凹陷T-J多套陆相烃源岩排出的陆相油气向南并侧向运移聚集形成。研究区油气藏的分布受主力生烃中心的控制，总体上关于烃源岩的发育分布及其热演化、油气源的对比认识比较清楚。本文综合考虑研究区埋藏史、烃源岩生排烃史-热史、运聚史等，确定成藏的关键期。结合研究区油气输导体系构造演变史，开展库车南斜坡西段油气成藏过程研究，同时分析库车南斜坡西秋里塔格构造带的不同时空分布，旨在对油气富集有利区进行预测，为库车坳陷油气规模勘探提供重要依据。
1 地质背景
库车坳陷是塔里木盆地塔北隆起北部和天山造山带南麓前陆的前渊坳陷，是叠加在古生代被动大陆边缘之上的中、新生代叠合前陆盆地。库车坳陷经历了频繁的构造运动，主要受两期构造运动的影响，分别为白垩纪燕山运动与新近纪喜马拉雅运动。南天山受由北向南的水平挤压力发生逆冲碰撞，使该地区形成山前大型逆冲褶皱带，构成了当今“四带三凹”、“北低南高”的构造格局。自北向南依次为北部单斜带、克拉苏冲断带、依奇克里克冲断带、秋里塔格冲断带、南部斜坡前缘隆起带;自西向东分为四段：阿瓦特段、博孜段、大北段、克深段，包括乌什凹陷、拜城凹陷、阳霞凹陷。
库车前陆盆地大规模冲断始于N₁₋₂k，距今16~5 Ma，研究区处于弱伸展环境，仅受南北向弱挤压作用，属于构造稳定期，在宽缓的均衡拗陷中发育盐岩层、碎屑岩层。5 Ma至今，研究区受新天山与塔里木板块近南北向区域挤压作用，第四纪库车坳陷进入褶皱、断裂强烈发育时期，同沉积逆冲断层和挤压褶皱构造变形现象明显，克拉苏、秋里塔格构造带逐渐形成。多期构造导致研究区地下地层剧烈变形，多套地层之间呈平行不整合、角度不整合接触，且存在地层严重剥蚀现象，具有典型的前陆盆地构造和沉积特征。
研究区主要发育中新生代地层，中生界地层由北向南减薄尖灭，新生界地层恰恰相反，由北向南地层逐渐加厚。在垂向上，自下往上发育有奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系、第四系地层，古近系广泛发育蒸发岩，以古近蒸发岩为界，垂向构造分层变形，盐上层发育多个滑脱褶皱，而盐下层具体表现为大面积的“逆冲楔状叠瓦构造”。其中三叠系及侏罗系的湖相泥岩地层为库车坳陷主力生油层系，其有机质丰度较高、有机质类型主要为Ⅱ~Ⅲ型，有机质处于中-高成熟阶段，是研究区原油的主力烃源岩。
研究区地层存在两大区域性角度不整合面，分别是古近系与白垩系地层不整合面、白垩系与古潜山地层不整合面。前人研究表明这两套不整合面与白垩系砂岩可以作为油气侧向运移的介质，并且在有利构造高部位聚集油气成藏。目前，在南斜坡西段的上部前陆构造层和下部克拉通构造层中均发现有油气藏，其中，白垩系的舒善河组、巴西改组、巴什基奇克组和古近系底部的部分砂岩段，以及志留系、寒武系-奥陶系古风化壳潜山的表皮发育陆相油气藏。
2 样品与分析方法
本次研究采集库车前陆盆地南斜坡西段7口井(羊塔101、玉东2、博孜1、大北1、却勒1、英买33以及英买32)的潜山风化壳储层、白垩系砂岩储层、古近系砂岩储层原油样品，针对样品进行原油及其族组分碳同位素、包裹体岩相学与均一温度测试分析，这两类分析测试是在长江大学资源与环境学院油气地球化学与环境湖北省重点实验室和中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室完成的。
原油碳同位素实验分析测试结合使用Flash HT元素分析仪与MAT253同位素质谱仪。执行标准为《IAEA-600 Caffeine》《USGS24 Graphite》。Flash HT元素分析仪是以氦气(99.999%)作为载气，载气流速100 mL/min，辅助气流速250 mL/min;助燃气体为纯氧，流速250 mL/min;色谱柱炉温为恒温50 ℃。MAT253同位素质谱仪采用EI电离源，电离电压为70 ev，获取数据方式为全扫描与选择离子同时进行。
盐水包裹体通过冷热台进行测温，统计均一温度，包裹体测温在液氮型Linkam MDSG600冷热台上完成，试验误差为±0.1 ℃;包裹体测温结合埋藏史、热史能够推断出油气成藏期次。埋藏史、热史模拟采用Schlumberger(斯伦贝谢)公司的Petromod软件完成，为了提高模拟结果的准确率，用实测地温和镜质体反射率数据来拟合校验。
3 研究区油气来源
3.1 原油地球化学特征及分类
3.1.1 原油族组分特征
收集了研究区英买32、却勒1、羊塔1、玉东2等7口井的原油样品进行原油族组分分析，大部分为轻质油或正常油，少数为稠油。结果显示：却勒-羊塔克-玉东井区原油以饱和烃为主，饱和烃含量在70%以上;英买32井区原油饱和烃含量相比却勒-羊塔克-玉东井区原油更低(11.52%~82.99%，均值37.09%)，英买32井区原油芳烃含量并不均匀，部分原油芳烃含量较高(>50%)。英买32井区古生界潜山储层原油芳烃、非烃+沥青质含量较高，饱和烃含量最低，质量分数为23%，这是因为英买32井区在地史过程中曾遭受区域构造隆升，导致油气藏破坏，所以油质相对较差，其余古潜山原油及第三系原油油质相对较好，以轻质组分为主。
3.1.2 原油生物标志物特征、碳同位素特征及分类
库车南斜坡西段原油中甾萜类生物标志物丰富，甾类化合物主要发育规则甾烷、重排甾烷与低分子量孕甾烷系列。原油中的(C_{27})、(C_{28})、(C_{29})规则甾烷一般呈“V”字型，原油中的萜类化合物包括倍半萜、三环萜烷、五环三萜烷，不同原油具有不同的分布型式。却勒-羊塔克-玉东原油中(C_{19}
英买32井区的古潜山及白垩系储层原油的全油碳同位素值在-31‰~-30‰之间，对比全区呈现相对较轻的特征，指示其源岩有机质主要为低等水生生物;而却勒-羊塔克-玉东的原油呈现相对较重的特征，其全油碳同位素值在-28.0‰~-26.5‰之间，这一特征指示源岩有机质以高等植物为主。
依据甾萜类生物标志物指纹与参数及全油碳同位素轻重分异特征，可将研究区原油分为Ⅰ、Ⅱ两类。Ⅰ类为英买32井区原油，三环萜类具有(C_{19}C_{22}C_{20}>C_{21}>C_{22}
3.2 研究区主力烃源岩特征
拜城凹陷是库车坳陷南斜坡西段英买力、羊塔克-玉东、英买力构造带陆相油气的主要生烃凹陷，其生烃条件良好，共发育三叠系黄山街组((T_{3}h))、塔里奇克组((T_{3}t))、侏罗系阳霞组((J_{1}y))、克孜勒努尔组((J_{2}k))、恰克马克组((J_{2}q))5套烃源岩，但是经前人研究达成共识认为，主力烃源岩是坳陷北部广泛分布的中侏罗统恰克马克组和上三叠统黄山街组两套湖相烃源岩。黄山街组烃源岩在研究区呈北厚南薄的特征，北部最大厚度可达400m，恰克马克组烃源岩的分布自大北1井区向四周逐渐减薄，沉降中心最大厚度为250m。
研究区三叠系黄山街组烃源岩TOC含量在1.0%~3.0%之间，侏罗系恰克马克组烃源岩TOC含量均值在2.0%左右，均为较好-好烃源岩，TOC含量和烃源岩厚度保持正相关。有机质类型主要为Ⅱ-Ⅲ型，拜城凹陷三叠系黄山街组现今烃源岩成熟度在2.0%以上，向南逐渐降至0.6%-0.8%，恰克马克组烃源岩演化程度与黄山街组烃源岩相当。
3.3 油源对比
3.3.1 生物标志物指纹对比
拜城凹陷两套湖相主力烃源岩的甾萜类谱图显示，侏罗系恰克马克组((J_{2}q))的主要特征是三环萜烷相对丰度具有(C_{19}>C_{20}>C_{21}>C_{22})的降序分布特征、重排藿烷与(C_{29}Ts)较发育;孕甾烷与重排甾烷系列丰度相对偏低;甾烷异构化程度相对较高，形成于还原性稍低的湖相环境。三叠系黄山街组：三环萜((C_{19}-C_{22}))近呈正态分布、重排藿烷与(C_{29}Ts)丰度相对偏低、孕甾烷与重排甾烷系列丰度相对较高、甾烷异构化程度相对偏低，形成于还原性偏高的湖相环境。
油-岩对比指示，英买32井区Ⅰ类原油生物标志物特征与三叠系黄山街组烃源岩较为相似，反映其为原油的主要贡献源。却勒-羊塔-玉东井区Ⅱ类原油三环萜烷分布与侏罗系恰克马克组烃源岩较为相似，表明Ⅱ类原油与侏罗系恰克马克组烃源岩具有密切成因关系。
3.3.2 生物标志物参数对比
萜类化合物主要来自细菌中的类脂化合物，细菌萜烷包含无环、二环、三环、四环和五环化合物。三环、四环和藿烷类萜是重要的油源对比指标，反映源岩的沉积环境和有机质输入。(C_{19})、(C_{20})萜类也可来自高等植物。
三叠系黄山街组((T_{3}h))烃源岩具有较低的(C_{19}/C_{20})三环萜、(C_{19}/C_{21})三环萜的参数值，侏罗系恰克马克组((J_{2}q))烃源岩相关参数值较高，两者泾渭分明;原油的差异也较明显，英买32井区、却勒-羊塔克-玉东原油分别与三叠系黄山街组((T_{3}h))、侏罗系恰克马克组源岩((J_{2}q))有较好的亲缘关系。
3.3.3 全油碳同位素对比
库车南斜坡西段主力烃源岩三叠系黄山街组和侏罗系恰克马克组全油碳同位素值具有明显差异，三叠系黄山街组烃源岩的碳同位素值在-31‰~-30‰之间，属于典型湖相原油特征，反映其母源以湖相藻类和低等水生浮游生物为主，属于生烃母质弱还原的沉积环境;侏罗系恰克马克组烃源岩的碳同位素值在-28.0‰~-26.5‰之间，前人指出侏罗系恰克马克组泥岩存在高丰度的重排藿烷系列，体现陆生高等植物输入特征，反映生烃母质弱氧化的沉积环境。
综合对库车南斜坡西段的油气来源进行的大量生物标志化合物指纹、参数特征对比研究，得出库车前陆盆地南斜坡西段的原油母质类型均以陆源有机质输入为主，Ⅰ类原油主要来源于三叠系黄山街组湖相烃源岩;Ⅱ类原油主要来源于侏罗系恰克马克组湖相烃源岩。
4 油气成藏过程研究
4.1 原油成藏期次
4.1.1 原油流体包裹体特征
Ⅰ类原油流体包裹体为单偏光下深黑色、紫外荧光下发深褐色光的烃包裹体及其伴生盐水包裹体，该油气包裹体发育丰度低(GOI约为1%~2%)，包裹体沿切穿石英颗粒的成岩期后的微裂隙和方解石脉微裂隙成带状分布，大多集中于3~5μm内，形状较多，以椭圆形、不规则形为主，为气液两相，气液比在10%左右。英买32井46个伴生烃类包裹体的盐水包裹体均一化温度测试结果显示，伴生盐水包裹体的均一温度在90~130℃之间，最高频率分布在100~110℃之间，平均温度约为100℃。均一温度分布呈现单峰特征，指示只有一期成藏。
却勒1井区古近系底砂岩储层中的Ⅱ类原油流体包裹体为在单偏光下为深灰色、紫外荧光下发淡黄色荧光的油气两相包裹体。其丰度较低(GOI约为5%)，气液比在5%~10%之间，主要分布在石英粒间孔隙颗粒边缘，在英加大边内油气包裹体发育稀少，整体成带状分布，最大包裹体达6-7μm，大多集中于3~4μm内，形状较多，以椭圆形、不规则形为主。72个伴生烃类包裹体的盐水包裹体均一化温度测试结果显示，伴生盐水包裹体的均一化温度介于110~150℃之间，最大频率分布在120~130℃之间，整体呈现为单峰一期成藏特征。
4.1.2 原油成藏期次
Ⅰ类原油主要分布在英买32油田(位于英买7号断裂带东北侧，包括英买34、35、37、38、39、41等探井)寒武系碳酸盐岩潜山风化壳与白垩系储层中，此前对该井区已有过较多的研究，其成藏期一直存在争议。结合英买32井伴生盐水包裹体的均一化温度和埋藏史热史模拟结果，认为Ⅰ类原油大量充注时间为9.0-6.4 Ma，对应康村组沉积晚期三叠系烃源岩成熟-高成熟大量生油阶段。
结合却勒1井伴生盐水包裹体的均一化温度和埋藏史热史模拟结果，认为Ⅱ类原油油藏是在4.8~3.0 Ma开始大量充注形成油藏，对应库车组沉积中期侏罗系烃源岩处于成熟-高成熟大量生油阶段，指示Ⅱ类原油油藏属于相对晚期成藏，与前人研究结果比较相近。
通过典型井的油气成藏期次研究，认为库车南斜坡西部的油气主要有两个充注期，第一期油气充注于9.0-6.4 Ma，处于新近纪吉迪克晚期到新近纪康村末期，即库车前陆盆地喜马拉雅活动早-中期，这是英买32井区Ⅰ类原油油藏主要形成期。第二期油气充注于关键构造变革期(5 Ma)附近的4.8~3.0 Ma，处于新近纪库车组沉积时期，属于喜马拉雅活动中晚期，却勒-玉东-羊塔克井区的Ⅱ类原油油藏形成于该时期。
4.2 Ⅰ类原油成藏过程研究
4.2.1 16~5 Ma时期西秋2-英买32井区
康村组沉积时期(16~5 Ma)，地层埋深速率较大，三叠系黄山街组湖相烃源岩迅速演化进入生烃高峰末期。根据构造演化史恢复的结果，该时期研究区处于弱伸展环境，仅受南北向弱挤压作用，属于构造稳定期，在宽缓的均衡拗陷中发育盐岩层、碎屑岩层，在该时期研究区地层沉积相对稳定，厚度变化不大。原油从三叠系黄山街组烃源岩大量排出并沿古潜山顶不整合面和白垩系砂岩输导体系在流体势能的作用下向南部浅层构造高部位运移，由于早期秋里塔格构造带褶皱段未在研究区东部形成，来自三叠系黄山街烃源岩的Ⅰ类原油可以在古潜山储层中侧向运移至英买32井区低凸起部位聚集成油藏。
4.2.2 5~2 Ma时期西秋2-英买32井区
晚期库车组沉积时期，拜城凹陷黄山街组烃源岩已过成熟，侏罗系恰克马克组湖相烃源岩有机质热演化程度适中，处于大量生油阶段。研究区受新天山与塔里木板块近南北向区域挤压作用，致使研究区形成大量褶皱、断裂强烈发育，出现同沉积逆冲断层和挤压褶皱构造变形现象，克拉苏、秋里塔格构造带逐渐形成。受喜山晚期运动影响，晚期形成的秋里塔格构造带致使先前的古潜山顶不整合面和白垩系砂岩侧向输导体系受构造挤压变形，油气运移不畅，导致侏罗系烃源岩排出的油气无法翻越秋里塔格构造带继续侧向运移至英买32井区，故而英买32井区是以三叠系黄山街组油源为主的Ⅰ类原油油藏。
4.3 Ⅱ类原油成藏过程研究
4.3.1 16~5 Ma时期却勒-羊塔克-玉东井区
康村组沉积时期(16~5 Ma)，三叠系黄山街组烃源岩迅速演化进入生烃高峰末期阶段。研究区西北部三叠系黄山街组烃源岩大规模排出油气并沿南斜坡古潜山顶不整合面、白垩系砂岩、白垩系顶不整合输导体系在流体势能的作用下向南部浅层构造高部位侧向运移，受喜马拉雅早期造山运动的影响，早期秋里塔格构造带在秋参1井南部形成，由于受到南北向的挤压作用，秋参1井南部形成古隆起和凹槽，导致三叠系黄山街组油源的油气受阻碍无法侧向运移至却勒-羊塔克-玉东井区，停留在秋参1井区南部聚集形成Ⅰ类原油油藏。
4.3.2 5~2 Ma却勒-羊塔克-玉东井区
库车组沉积期(5~2 Ma)，拜城凹陷黄山街组烃源岩过成熟，侏罗系恰克马克组湖相烃源岩进入成熟-高成熟阶段，(R_{o})值在1.2%左右，达到生油高峰。研究区受喜山晚期构造运动影响，北部山前带开始抬升并形成大规模逆冲推覆构造，喜山晚期大规模构造变形具有向南传递的特点，南斜坡受到影响隆升变形，同时在羊塔8井区南部形成一系列规模较小的以中高角度切割新生界底部的正断层，这些正断层对于侧向运移至南斜坡的油气起垂向调节作用。在晚期构造运动改造下，却勒-羊塔克-玉东构造带可以聚集恰克马克组油源油气。侏罗系恰克马克组烃源岩排出的油气沿着白垩系砂体高孔渗优势通道、潜山顶不整合面输导体系侧向运移至却勒1井北部、再经小型调节正断层垂向运移至白垩系顶不整合面、古近系底不整合面侧向输导体系，最终抵达却勒-羊塔克-玉东构造带，在却勒-羊塔克-玉东井区古近系底砂岩、白垩系砂岩有利构造高部位储层中形成Ⅱ类原油油藏。
4.4 有利勘探区预测
利用三维构造建模演化恢复16.0~5.0 Ma时期碳酸盐岩输导层顶面构造图，确定该时期秋里塔格构造带呈EW向分布在研究区西部，这使得Ⅰ类原油无法翻越研究区西部秋里塔格构造带继续侧向运移至却勒-羊塔克-玉东井区，据此推测Ⅰ类油藏主要分布于研究区东部有利构造带，即英买32井区附近的潜山储层有利构造圈闭;同时16.0~5.0 Ma秋里塔格构造带北部的古潜山和白垩系储层的构造高部位也被预测能够汇聚Ⅰ类油藏。当库车南斜坡原油受秋里塔格构造带影响，无法进行长距离侧向运移时，烃源灶周缘古隆起就具备形成大型油气聚集带的条件。
根据5.0~2.0 Ma时期碳酸盐岩输导层顶面构造平面图可以看出，受近南北向强烈区域挤压作用，晚期至现今秋里塔格构造带呈近西东向分布在研究区中东部。由于西侧无秋里塔格构造带的侧向阻挡，所以预测Ⅱ类油藏主要分布于研究区西部却勒-羊塔-玉东井区白垩系、古近系储层的有利构造高部位，其次分布于烃源灶周缘古隆起。总结发现，烃源灶周缘古隆起在16.0~5.0 Ma、5.0~2.0 Ma两个成藏期都被预测为有利勘探区，因此一致认为在烃源岩与秋里塔格构造带之间的隆起构造应予高度关注。
秋参1井与西秋2井是研究区烃源岩与秋里塔格构造带之间的两口失利探井，失利原因一直无定论，一度怀疑两口井是否具备复产的可能性。经过研究后认为，虽然秋参1井靠近烃源岩且在两个成藏期都处于油气运移路径上，但从构造演化图件中发现该井一直未发育有效构造圈闭，这导致失利;西秋2井在钻井完井报告中显示因工程原因未钻至碳酸盐岩潜山及白垩系储层，导致钻探失利，但通过16.0~5.0 Ma时期碳酸盐岩输导层顶面构造图发现，其处于Ⅰ类油藏预测圈闭范围内，所以建议继续加深钻探西秋2井至白垩系及碳酸盐岩潜山储层。
5 结论
(1)根据研究区的原油空间分布、族组分、生物标志物指纹、参数对比及全油碳同位素的特征分异，将研究区原油分成了Ⅰ类英买32井区原油和Ⅱ类却勒-羊塔-玉东井区原油。
(2)库车南斜坡西段的油藏分为两类，成藏期分为两期，第一期为三叠系黄山街组烃源岩大量生油后在英买32井区成藏，成藏时间约为9.0~6.4 Ma;第二期为侏罗系恰克马克组烃源岩大量生油后在却勒-羊塔-玉东井区成藏，成藏时间约为4.8~3.0 Ma。
(3)西秋里塔格构造带不同成藏期的演化控制原油输导体系的演变，对两类原油聚集成藏起主要控制作用，16.0~5.0 Ma早期秋里塔格构造带雏形致使研究区西部油气输导体系不畅通，Ⅰ类油藏分布于研究区东部;5.0~2.0 Ma晚期秋里塔格构造带致使研究区东部油气输导体系不畅通，致使Ⅱ类油藏分布于研究区西部。同时烃源灶周缘西秋古隆起具备形成大型油气聚集带的条件。
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