引用本文
付锁堂, 付金华, 喻建, 姚泾利, 张才利, 马占荣, 杨亚娟, 张艳. 河套盆地临河坳陷石油地质特征及勘探前景[J]. 石油勘探与开发, 2018,45(5): 749-762.
FU Suotang, FU Jinhua, YU Jian, YAO Jingli, ZHANG Caili, MA Zhanrong, YANG Yajuan, ZHANG Yan. Petroleum geological features and exploration prospect of Linhe Depression in Hetao Basin, China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2018,45(5): 749-762.  
Doi: 10.11698/PED.2018.05.01
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河套盆地临河坳陷石油地质特征及勘探前景
付锁堂1,2, 付金华1,2, 喻建3, 姚泾利2,4, 张才利2,4, 马占荣2,4, 杨亚娟2,4, 张艳2,4
1. 中国石油长庆油田公司,西安 710018
2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安 710018
3. 中国石油长庆油田公司勘探事业部,西安 710018
4. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院,西安 710018

第一作者简介：付锁堂（1962-）,男,甘肃天水人,博士,中国石油天然气股份有限公司长庆油田公司教授级高级工程师,主要从事石油天然气地质综合研究及管理工作。地址：西安市未央区未央路151号,长庆油田综合科研楼,邮政编码：710018。E-mail：fst_cq@petrochina.com.cn

收稿日期: 2018-09-03
基金项目: 中国石油第四次油气资源评价（2013E-0502-07）; 中国石油勘探与生产分公司风险勘探项目（1800128 K1303）; “十三五”长庆探区油气资源评价（135YQZP-2017-KT11）
摘要

河套盆地历经40余年勘探,近期获得重大突破,松5井在古近系临河组试油获得62.6 m3/d工业油流。通过临河坳陷石油地质特征综合研究认为：狼山断裂、杭五断裂、黄河断裂控制了坳陷沉积演化与生烃中心,该坳陷经历了早白垩世拗陷期、新生代断陷期2个沉积演化阶段。发育白垩系固阳组、古近系临河组2套咸水湖相烃源岩,有机质丰度高,以Ⅱ1型及Ⅰ型为主,生烃潜力大,因埋深变化大,低成熟到高、过成熟阶段均有分布。主要发育固阳组、临河组碎屑岩储集层,埋深小于5 000 m的储集层物性较好,在吉西凸起带基岩风化裂隙也有一定的储集能力。勘探发现断块型、断背斜型、基岩裂缝型油藏,为低成熟—成熟原油,来自固阳组及临河组生油岩。研究表明临河坳陷油气资源丰富、勘探潜力大,固阳组及临河组是主要勘探目的层,杭五断裂带、吉西凸起带、北部深凹陷区是有利勘探地区。图12参24

关键词: 河套盆地; 临河坳陷; 石油地质特征; 白垩系固阳组; 古近系临河组; 烃源岩; 储集层; 杭五断裂
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2018)05-0749-14
Petroleum geological features and exploration prospect of Linhe Depression in Hetao Basin, China
FU Suotang1,2, FU Jinhua1,2, YU Jian3, YAO Jingli2,4, ZHANG Caili2,4, MA Zhanrong2,4, YANG Yajuan2,4, ZHANG Yan2,4
1. PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China;
2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-permeability Oil & Gas Fields, Xi’an 710018, China;
3. Exploration Department, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China;
4. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China;
Abstract

After over four decades of exploration, a major breakthrough has been made in the Hetao Basin recently, that is, commercial oil flow of 62.6 m3/d is tested from the Paleogene Linhe Formation in Well Song 5. A comprehensive study of petroleum geological features of the Linhe Depression reveals that the Langshan fault, Hangwu fault and Huanghe fault controlled the deposition and evolution of the depression and hydrocarbon generation center, and the basin experienced Early Cretaceous depression and Cenozoic faulting. There developed two sets of saline lake hydrocarbon source rocks, Cretaceous Guyang Formation and Paleogene Linhe Formation. The source rocks, dominantly type Ⅱ1and Ⅰ, have high abundance of organic matter and large potential of hydrocarbon generation, and their maturity ranges from low mature to over mature owing to wide variation of burial depth. The Guyang Formation and Linhe Formation are the clastic reservoirs, which have good physical properties with burial depth less than 5 000 m. In the Jixi uplift, the weathering fractures in matrix also have storage capacity. Faulted block, faulted anticline and matrix fracture reservoirs are found through exploration. The low mature to mature oil, is generated from Guyang Formation and Linhe Formation. The study shows that the Linhe Depression has rich resources and huge exploration potential, where the main exploration targets are the Guyang and Linhe formations, the favorable exploration areas are the Hangwu fault belt, Jixi uplift belt and the deep sag in the north.

Keyword: Hetao Basin; Linhe Depression; petroleum geological features; Cretaceous Guyang Formation; Paleogene Linhe Formation; source rock; reservoir; Hangwu fault
1 地质背景

河套盆地是伊盟古陆核古元古界— 太古界变质结晶基底之上的中、新生代坳陷-断陷盆地[1, 2, 3], 东西长、南北窄, 平面上呈狭长的弧形分布于阴山褶皱带与鄂尔多斯盆地之间, 面积约4× 104 km2。纵向上北深南浅, 呈不对称箕状, 沉积岩厚度为3 000~6 000 m, 北部深凹陷区最大厚度可达14 000 m。根据基底隆升幅度、沉积岩厚度和主要断裂分布将盆地自西向东划分为临河坳陷、乌拉山隆起、乌前坳陷、包头隆起和呼和坳陷5个一级构造单元（见图1）。其中临河坳陷面积最大, 为2.43× 104 km2, 是主要的沉积坳陷和含油气区, 区内发育3大弧形断裂系统, 北部狼山断裂是一条控盆断裂, 控制着盆地发展演化和沉积充填历史, 中部杭五断裂带是凹陷与斜坡区分界的控凹断裂带, 南部黄河弧形断裂是河套盆地与鄂尔多斯盆地的分界断裂。以上述断裂系统为界, 临河坳陷依据不同区块地质特征进一步细分为北部深凹陷、南部断阶、东部斜坡、吉西凸起、吉兰泰浅凹和吉东斜坡6个次级构造单元。具有典型断陷湖盆构造-沉积特征, 沉积、沉降中心偏控盆的狼山断裂一侧[4], 北部深凹陷有利生烃中心呈狭窄的洼槽沿狼山断裂延伸, 宽度仅20 km, 长度可达300 km, 面积约5 000 km2。盆地基底为古元古界— 太古界乌拉山群变质岩系, 沉积盖层自下而上发育白垩系下统固阳组、上统毕克齐组、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湖相烃源层, 是主要的生油气层系[5, 6], 五原组浅湖相泥岩为区域性盖层, 具有自生自储、下生上储和新生古储等多种成藏组合（见图2）。

图1 河套盆地构造单元划分图（Q— 第四系; N2— 上新统; N1— 中新统; E— 古近系; K— 白垩系; AnC— 古元古界）

图2 河套盆地地层岩性综合柱状图

河套盆地规模油气勘探始于1978年, 至今已有40年的历史, 先后完钻探井28口, 完成连续电磁法剖面（CEMP）测线870 km, 二维地震测线6 514 km。前期勘探表明乌前坳陷的面积小、仅770 km2、目的层埋深浅, 热演化程度低, 勘探前景差。呼和坳陷的面积较大, 为2 700 km2, 区内钻探的毕探1井和呼参1井证实渐新统暗色泥岩层不发育, 浅层第四系腐殖土和湖相暗色泥岩层发育, 具备形成生物气源的基本条件[7, 8]。2004— 2006年在该区曾开展过针对浅层生物气的勘探, 钻井6口, 普遍见到含气显示, 试气获得3.4~121.2 m3/d的甲烷天然气流, 普遍产水。分析认为该区因缺乏有效圈闭难以形成规模气藏。临河坳陷的沉积凹陷面积大, 北部深凹陷面积约7 000 km2, 在凹陷南侧的斜坡带多口井揭示固阳组和临河组发育湖相暗色泥岩, 具有一定的生烃潜力, 一直是勘探的重点地区。但由于北部深凹陷区沉降幅度大, 目的层埋深普遍大于5 000 m, 长期以来钻探活动主要集中在南部断阶带, 这些地区钻遇烃源岩单层厚度薄（0.5~1.8 m）, 纵向分布连续性差, 主要以薄夹层的形式存在, 生烃能力有限。北部深凹陷区烃源岩发育情况是否和南部断阶带相似, 是否发育有厚度大、品质好的烃源岩是制约勘探发展的关键要素。为了解决这一难题, 2010年以来, 长庆油田采取了一系列新的措施：①攻关形成低频可控震源高密度采集和叠前偏移处理技术, 有效提升了二维地震资料品质和解释精度, 采用地震相和振幅属性提取技术解决了地震预测烃源岩的瓶颈问题; ②在勘探井位部署上, 兼顾圈闭和烃源岩评价的需要, 加大取心力度, 通过对隆1井、松探1井和松探2井3口井的系统研究, 明确了固阳组和渐新统发育咸水湖相优质烃源岩。在“ 源控论” 定凹选带理念[9]指导下, 2018年围绕主力生烃凹陷近源断垒和断背斜钻探的松5井、吉华2X井在渐新统临河组分别获得62.6 m3/d和10.26 m3/d的高产工业油流, 勘探取得重大突破。关于原油主要来自固阳组还是来自临河组、石油的运聚成藏特征、是否有天然气藏的勘探前景等一系列基础地质问题尚不清楚。本文试图通过系统总结临河坳陷的油气地质条件, 重点在烃源岩评价、油气源分析和油气运聚成藏特征等方面进行分析, 以期解决上述问题, 在此基础上对有利区带进行预测, 为下一步的勘探决策提供依据。

2 构造演化与沉积环境

河套盆地是围绕鄂尔多斯地块西北转角河套弧形构造体系的重要组成部分, 盆地形成、演化发展与弧形构造密切相关[1, 2]。河套盆地西段控制临河坳陷的3条主要断裂均为弧形断裂, 自北向南依次为狼山断裂（F1）、杭五断裂带（F2、F2-1、F2-2、F3）和黄河断裂（F4）。

狼山断裂（F1）位于盆地北缘狼山山前, 是一条控盆断裂带, 总体呈弧形（见图3）, 延伸距离长达360 km。断裂倾向为南东— 近于正南, 倾角为50° ~80° , 现今为断穿基底的正断层, 基底断距一般在10 000 m以上, 太阳庙地区最大达14 000 m, 断裂南北两端断距减小, 在南端松探1井以西基底断距小于500 m。

图3 河套盆地临河坳陷断裂系统图

杭五断裂（F2、F2-1、F2-2、F3）也是一条弧形断裂带, 前期研究认为杭五断裂由东西两段组成, 西段为杭锦后旗断裂, 是一条北西倾向的正断层, 倾角50~70° ; 东段为五原断裂（见图3）, 近东西向展布, 现今为北倾正断层, 在早白垩世为逆断层, 始新世开始反转, 渐新世变为正断层。近期研究表明杭锦后旗断裂止于头道桥, 向南延伸由2条大致平行的分支断裂组成, 西支北西倾、东支东南倾, 二者之间夹持松5井断垒带。总体上, 杭五断裂分段特征明显, 平面组合呈弧形, 多条分支断裂派生, 以拉张为主, 兼具剪切扭动, 断穿基底。

黄河断裂（F4）从吉兰泰东南向北东延伸, 经磴口, 再向东至托克托, 全长400~500 km, 与狼山弧形断裂近似平行, 形态相像, 是河套盆地南部与鄂尔多斯盆地之间的边界断层。

区域应力场研究表明, 受燕山运动影响, 河套地区在早白垩世总体处于挤压构造应力场[1, 2, 3], 盆地具有坳陷特征; 始新世以来受太平洋构造域和喜马拉雅构造域影响, 鄂尔多斯地块向东南方向相对运动, 河套地区受到强烈的拉张而断陷沉降[1, 2, 3]。在拗陷、断陷不同构造期内, 狼山断裂、杭五断裂等主要断裂始终控制着盆地沉降和沉积环境的分布格局, 决定了临河坳陷西北部深凹陷区湖盆水体相对较深, 为主要的生烃凹陷。

2.1 早白垩世拗陷期

早白垩世, 区域构造应力场总体处于挤压环境, 东侧的五原断裂表现为逆冲性质, 沉降、沉积中心位于五原断裂（F3）以南、复兴北断裂（F9）以北的区域, 沉积相带分布表现为五原断裂以北主要是冲积扇相的砂砾岩沉积, 五原断裂以南主要是干旱气候下的浅湖相沉积, 地层岩性以棕红色、棕褐色泥岩和泥质砂岩为主。临河坳陷西部虽然也存在挤压作用, 但逆冲主要发生在狼山断裂, 杭锦后旗断裂仅有微弱的挠折, 因此坳陷的主体位于杭锦后旗— 太阳庙一带, 沉积中心分布偏于西北部, 为半深湖相带, 暗色泥岩相对发育。杭锦后旗— 复兴断裂以南的广大区域, 沉积时地形相对平缓, 以滨浅湖、河流沉积环境为特征（见图4）。早白垩世晚期河套盆地逐渐抬升, 临河坳陷缺失了晚白垩世及古新世的沉积。

图4 河套盆地早白垩世固阳组沉积期岩相古地理图

2.2 新生代拉张断陷期

新生代以来, 河套盆地进入一个新的地质历史时期, 鄂尔多斯地块由中生代时期向北西推挤变为向东南拉张, 河套盆地在拉张应力影响下发生断陷。临河坳陷与最大张应力方向垂直, 拉张量最大, 成为河套盆地内沉积最厚、面积最大、构造断裂最发育的一个坳陷[1, 2, 3]。由于杭五断裂和狼山弧形断裂相向分布, 新生代断陷以来, 二者夹持的北部深凹陷成为河套盆地断陷幅度最大的地堑区, 在断陷活动期一直处于地势低洼的较深水区域。在干旱气候条件下, 湖盆水体由于咸化容易形成盐度和密度分层, 在湖盆底部形成强还原环境, 发育咸水环境烃源岩（见图5）。邻近生烃凹陷南部断阶区, 湖盆水体较浅, 烃源岩仅发育在湖平面上升期半深湖相泥岩薄夹层中, 单层厚度仅为0.8~1.4 m。

图5 河套盆地临河坳陷渐新统临河组沉积期岩相古地理图

始新世— 上新世构造活动强度逐渐增强, 到上新世拉张速度达到顶峰。受基底结构影响, 不同的基底块体之间出现应力场不均衡, 杭五断裂带派生出一系列规模不等的次级断裂, 造成不同块体之间掀斜、翘倾、拖曳等作用, 伴生一系列局部构造。在北部杭锦后旗和五原断裂交汇并向外呈弧形凸出区域的下降盘形成一系列沿主断裂呈长条状展布的逆牵引同生背斜带, 如梅林背斜。磴口西北杭五断裂上升盘在拉张作用下派生出与主干断裂（F2-1）倾向相反的反向断裂（F2-2）, 形成夹持于两条分支断裂间的松5井地垒型断块圈闭。在北部深凹陷的西南端, 狼山断裂切割吉西基岩凸起带, 在其下降盘形成了阶梯状断块和同生背斜带, 形成吉华2X井断背斜圈闭。

上新世晚期, 盆地周边有短暂抬升, 露头可见第四系以角度不整合覆盖在早期沉积之上, 盆地内部则为连续沉积。第四纪以来, 深部断裂活动明显减弱, 除狼山断裂、杭五断裂等少数主干断裂持续活动外, 大部分早期断裂不再活动, 代之以浅层众多断距较小、延伸较短的4~5级小断层的大量活动, 盆地进入填平补齐阶段, 古地形高差逐渐消失, 到晚更新世一度出现全盆地范围内的湖泊相沉积[10]。

3 烃源岩特征
3.1 下白垩统固阳组烃源岩

临河坳陷有7口井钻穿固阳组, 其中6口井见到烃源岩, 全部分布在南部断阶和吉兰泰浅凹; 这6口井资料显示, 纵向上暗色泥岩分布于固阳组上段的底部, TOC值为0.10%~2.63%, 平均为0.78%; 氯仿沥青“ A” 值为0.004 1%~1.315 3%, 平均为0.185 8%。剔除TOC值小于0.4%的非烃源岩, TOC平均值为0.89%, 可溶有机质含量高, 氯仿沥青“ A” 平均值为0.697 4%。母质类型以Ⅱ 1型和Ⅰ 型为主, 含少量Ⅱ 2型（见图6）。

图6 烃源岩干酪根元素类型划分图（a）及有机质类型判别图（b）

烃源岩地球化学指标显示, 临河地区临深3井固阳组烃源岩饱和烃色谱具有姥鲛烷优势（姥植比为1.53~1.64）, 为淡水沉积环境; 而半深湖相带的松探1井烃源岩饱和烃色谱具有植烷优势（姥植比仅为0.07~0.09）, 伽马蜡烷含量很高, 超过C30霍烷, 伽马蜡烷/C30霍烷高达1.9~4.06, 硼含量为（21.9~110.0）× 10-6, 显示强还原条件下的咸水沉积环境[11, 12, 13], 与柴达木盆地、江汉盆地等咸水湖盆烃源岩发育极为相似[14, 15, 16, 17, 18], 而不同于鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组沉积期的淡水湖盆[19, 20, 21]。研究表明, 咸水湖盆尽管有机质生产率不高, 但由于湖水盐度高, 水体密度分层造成湖盆底部强还原环境, 有利于有机质的保存, 因而可以形成优质烃源岩[16, 17]。中国科学院广州地球化学研究所开展的封闭体系黄金管热模拟显示, 临河坳陷的咸水烃源岩有很强的生烃能力, 固阳组烃源岩峰值产油率高达857 kg/t, 峰值气态烃产率可达460 m3/t。

新生代以来, 临河坳陷持续沉降, 无岩浆活动和热异常事件, 古今地温梯度相对稳定在2.7~2.9 ℃/ 100 m, 烃源岩热演化程度主要受埋深控制, 生烃门限深度在3 000~3 400 m。区内临深3井固阳组烃源岩埋深超过5 000 m, 实测Ro值为1.00%~1.25%, 已达成熟阶段。松探1井、吉参1井固阳组烃源岩埋深在2 450 m左右, Ro值仅为0.48%~0.55%, 处于未成熟— 低成熟阶段。北部深凹陷区西南段以及邻近杭五断裂带的地区, 固阳组埋深相对较浅, 以生油为主; 邻近狼山断裂的区域, 埋深在9 000 m以上, 以生气为主。

已钻探井暗色泥岩厚29.0~100.8 m, 烃源岩厚16.8~64.8 m, 占暗色泥岩厚度的17%~85%。总体上, 烃源岩分布受沉积相带控制明显, 滨浅湖相的松5井、临深3井有机质丰度和可溶有机质含量较低, 半深湖相的吉参1井和松探1井有机质丰度较高, 而湖滩相的松探2井则无烃源岩。通过已知井标定, 利用地震相分析和振幅属性资料对北部深凹陷区烃源岩厚度进行半定量评价, 预测厚度最大的区域在敖伦布拉格— 杭锦后旗的半深湖相带, 厚为200~600 m; 其次在五原以南的浅湖相带, 厚度为200~300 m（见图4、图7）。这些地区是主要的生烃中心。

图7 河套盆地临河坳陷下白垩统固阳组烃源岩厚度等值线图

3.2 渐新统临河组烃源岩

临河坳陷钻穿临河组的探井有9口, 其中处在滨湖— 河流沉积相带的松探1、松探2、吉参1、临深54口井未钻遇暗色泥岩, 其余松5、临深3等5口位于滨浅湖相和三角洲相的探井均钻遇暗色泥岩, 在纵向上主要分布于临河组中部临二段, 岩性为深灰色、灰黑色纹层状泥岩、白云质泥岩与含硬石膏泥岩。暗色泥岩TOC值为0.07%~5.10%, 平均为0.76%; 氯仿沥青“ A” 值为0.004 5%~1.847 3%, 平均为0.227 3%; 总烃含量为（8.49~4 079.55）× 10-6, 平均为725.40× 10-6。根据取心资料较为丰富的松5井和隆1井统计, 剔除TOC值小于0.4%的非烃源岩, TOC平均值为1.87%, 可溶有机质含量高, 氯仿沥青“ A” 平均值为0.305 8%。母质类型以Ⅱ 1型和Ⅰ 型为主, 混有少量Ⅱ 2型（见图6）。

和固阳组烃源岩相似, 临河组烃源岩也具有高硼含量（121~344）× 10-6、低姥植比（0.09~0.20）、高伽马蜡烷含量等特征, 说明生烃母质处于强还原的咸水沉积环境。烃源岩与硬石膏互层或共生, 地层中发现广盐性的有孔虫化石, 其属种单调、形体小、数量丰富且有变异现象, 反映了干旱咸水湖盆的沉积环境[22]。热模拟实验显示该烃源岩具有很强的生烃能力, 峰值产油率高达730~790 kg/t, 峰值气态烃产率可达600 m3/t。

临河组烃源岩形成时间晚, 生烃门限深度略高于固阳组, 为3 400~3 600 m。在杭五断裂以南的区域, 临河组烃源岩埋深普遍小于3 500 m, 多处于未成熟— 低成熟阶段, 如隆1、松5、临深2等井; 临深3井烃源岩埋深超过4 000 m, 实测Ro值为0.8%, 达到成熟阶段。北部深凹陷敖伦布拉格— 松5井以南的区域, 临河组烃源岩埋深相对较浅, 处于低成熟— 成熟阶段, 以生油为主; 靠近狼山一侧埋深超过8 000 m的地区, 烃源岩已达过成熟阶段, 以生气为主; 北部深凹陷其余地区则处于成熟— 高成熟阶段, 以生油和湿气为主。

在平面上, 滨浅湖相带烃源岩厚度薄, 一般小于200 m（见图5、图8）, 预测烃源岩主要分布在北部深凹陷西北靠近狼山断裂一侧的半深湖相带, 厚度为200~550 m, 有2个生烃中心。

图8 河套盆地临河坳陷渐新统临河组烃源岩厚度等值线图

4 储集层特征

临河坳陷具有典型陆相断陷湖盆的特征, 多物源、短水系, 湖盆震荡变化, 砂、泥频繁间互[23], 因而各个时期均有储集体发育, 加之沉降快速、成岩作用弱, 5 100 m以浅储集层物性较好, 孔隙度普遍大于8%, 5 100~5 500 m仍有孔隙度达6%~8%的储集层发育（见图9）。就现阶段而言, 含油层主要见于固阳组和临河组, 变质岩裂隙中也有发现, 本文主要针对这3套储集层进行分析。

图9 临河坳陷孔隙度随埋深演化曲线

4.1 下白垩统固阳组储集层

固阳组储集层主要发育中— 细粒长石砂岩和岩屑质长石砂岩, 储集层物性与埋深和胶结物成分关系较大, 一般5 000 m以浅储集层物性好, 孔隙类型以原生粒间孔为主, 孔隙度普遍大于8%。据松探1井和临深4井64块样品分析平均孔隙度为13.5%, 平均渗透率达135.4× 10-3 μ m2。埋深超过5 100 m储集层物性变差, 孔隙类型主要以次生溶孔为主的临深3井在深度5 100~5 500 m处砂岩的平均孔隙度为6.3%, 平均渗透率为1.4× 10-3 μ m2。埋深5 500 m以深储集层发育情况尚不清楚, 但据塔里木盆地的勘探实践, 部分探井埋深超过8 000 m, 储集层孔隙度仍能保持在6%~8%[24]。另外, 钙质胶结可导致储集层物性变差, 如松探2井固阳组发育滩相储集层, 埋深虽然不足2 000 m, 但由于钙质胶结的原因, 储集层平均孔隙度仅为11.9%, 渗透率最大仅33× 10-3 μ m2, 平均11× 10-3 μ m2。

平面上, 狼山断裂下降盘的陡坡带发育水下扇三角洲砂砾岩储集层, 埋深普遍大于10 000 m, 仅敖伦布拉格以南和临深6井以东的区域埋深小于6 000 m, 推测储集层物性较好。在北部深凹陷的半深湖相带区, 主要是湖平面间歇性下降期的三角洲前缘和浊积砂岩细粒储集层, 由于埋深在6 000~10 000 m, 推测为致密储集层发育区。在南部滨浅湖相带是三角洲前缘和滩坝砂体发育的有利区, 在埋深小于5 500 m的区域应发育物性较好的储集层。

4.2 渐新统临河组储集层

和固阳组相比, 临河组埋深相对较浅, 储集层物性更好。已钻探井主要位于南部河流相和浅湖相沉积区, 河道砂体、三角洲前缘砂体和浊积砂体发育, 砂岩单层厚度为5~12 m, 最厚19.5 m, 岩性以中— 细粒长石砂岩为主, 目的层埋深在4 500 m以浅, 原生粒间孔极为发育, 根据438块样品统计结果, 孔隙度为2.4%~27.1%, 平均为15.1%; 渗透率为（0.1~2 199.0）× 10-3 μ m2, 平均为162× 10-3 μ m2, 属于中孔、中高渗储集层。临河组储集层孔隙喉道细、分选好, 毛细管压力曲线表现为分选好的粗歪度, 有明显的平台段（见图10）, 孔喉半径中值为0.69~5.42 μ m, 平均喉道半径为3.29~3.30 μ m, 属小孔道细喉结构。在北部深凹陷的南斜坡区, 敖伦布拉格以南临河组埋深小于5 000 m, 沉积相带处于滨浅湖相, 湖平面间歇性下降进积形成的三角洲前缘朵状砂体以及断裂下降盘浊积砂体发育, 储集层物性较好。

图10 隆1井渐新统储集层恒压压汞曲线图

在狼山断裂山前的吉华2X井钻遇冲积扇砂砾岩体, 厚度可达300 m, 埋深仅1 746 m, 测井解释孔隙度为17%~25%, 储集性能好。和固阳组的情况类似, 在敖伦布拉格以北的地区, 狼山断裂下降盘陡坡带的砂砾岩体尽管厚度大, 但因埋藏较深, 物性相对较差。

4.3 基岩风化裂缝储集层

临河坳陷西部吉西凸起带基底乌拉山群变质岩系还发育裂隙性储集层, 主要为黑云斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩。无基质孔隙, 后期经风化淋滤, 局部沿裂缝面发育一些溶蚀缝洞, 缝隙含油, 具一定储集能力。但在其他区域钻井揭示乌拉山群的变质岩普遍致密, 孔隙和裂缝发育较差, 无储集能力。

5 油气成藏特征
5.1 勘探发现及油藏特点

在前期大量工作基础上, 特别是在近几年地质综合研究和地震攻关取得重要进展的前提下, 2018年中国石油长庆油田和华北油田围绕主生烃凹陷, 分别在邻近的杭五断裂带和吉西凸起带实施钻探, 完钻6口探井, 其中松5、吉华2X、吉华钻孔2和吉华钻孔7 等4口井获得工业油流, 发现了3种类型的油藏。

5.1.1 断块型油藏

松5井在北部深凹陷东南侧杭五断裂带上发现断块油藏, 储集层为临河组中部三角洲前缘中粒长石砂岩, 油层埋深2 918~3 144 m, 测录井综合解释油层20.4 m/5层, 含油水层5.0 m, 2 983.4~2 995.7 m层段初产获得原油12.6 m3/d。由于原油黏稠、流动性差, 随后改用水力射流泵热采获得62.6 m3/d的高产工业油流。油藏温度94.8 ℃, 地层压力29.86 MPa, 压力系数1.02, 属于正常压力系统。原油组分饱和烃含量57.39%, 芳香烃含量22.32%, 非烃含量13.4%, 沥青质6.89%。原油密度0.936 6 g/cm3（50 ℃）, 运动黏度60.78 mm2/s（50 ℃）, 原始油层温度下黏度15.5 mPa· s, 凝固点31 ℃, 属于高密度、高黏度、高凝固点的重质油（稠油）。

5.1.2 断背斜型油藏

吉华2X井在庆格勒图东, 北部深凹陷西南侧狼山断裂下降盘发现小型断背斜油藏, 圈闭面积19 km2。该井完钻井深1 746 m, 渐新统临河组未钻穿。从1 397 m到井底连续含油, 测录井综合解释油层195.8 m, 对下部1 651~1 736 m井段射孔37 m, 采用螺杆泵热采试油日产原油10.26 m3。原油组分饱和烃含量38.46%, 芳香烃含量32.93%, 非烃含量15.07%, 沥青质13.54%。原油密度0.927 8 g/cm3（50 ℃）, 运动黏度122.2 mm2/s（50 ℃）, 凝固点20.5 ℃, 属于重质油。

5.1.3 基岩裂隙型油藏

基岩凸起带裂隙型油藏位于吉西凸起带北部邻近深凹陷处, 构造上与吉华2X断背斜毗连, 是一个西北和东北方向均被正断层包围, 北西抬升、南东倾斜的基岩单斜区。该区带已钻探井9口, 普遍在乌拉山群变质岩顶部风化裂隙带见含油显示, 吉华钻孔2井和吉华钻孔7井获得工业油流, 其中吉华钻孔7井中途测试产油1.92 m3/d, 吉华钻孔2井中途测试产油2.84 m3/d、产水10.64 m3/d。油藏埋深浅, 仅350~700 m, 油藏受构造控制明显, 获得工业性油流的两口井均位于西北侧的构造高点上。吉华钻孔2井原油组分饱和烃含量51.37%, 芳香烃含量30.05%, 非烃含量5.93%, 沥青质含量12.66%。钻孔230井原油组分饱和烃含量26.39%, 芳香烃含量28.09%, 非烃含量35.50%, 沥青质含量10.02%。吉华钻孔7井原油密度0.897 g/cm3（20 ℃）, 运动黏度21.95 mm2/s（20 ℃）, 凝固点2 ℃, 属于中质原油。

5.2 油源分析

通过原油和烃源岩生物标志化合物的对比分析表明, 松5井原油来自渐新统临河组, 吉华2X井以及基岩凸起带裂隙性油藏的原油来自下白垩统固阳组, 主要证据如下。

松5井原油姥植比低（0.28）, 伽马蜡烷含量高, 伽马蜡烷/C30霍烷值为1.43, 萜烷以五环萜烷为主, 甾烷以规则甾烷为主, 没有重排甾烷, C29甾烷20S/（20S+20R）值和C29甾烷β β /（α α +β β ）值分别为0.10和0.23, 显示为低成熟度原油的特征, 与松5井、隆1井暗色泥岩的甾烷组成相似, 说明油源来自临河组烃源岩（见图11）。

图11 临河坳陷不同类型原油及烃源岩萜烷和甾烷质量色谱图
（a）钻孔230井, 500 m, 乌拉山群变质岩裂隙原油; （b）吉华2X井, 1 651~1 736 m, 临河组原油; （c）松深1井, 2 445.71 m, 固阳组深灰色泥岩, TOC值为1.42%; （d）松5井, 2 983.5~2 985.0 m, 临河组原油; （e）松5井, 3 133.9 m, 临河组深灰色泥岩, TOC值为1.65%; （f）隆1井, 3 510.3 m, 临河组深灰色含硬石膏泥岩, TOC值为3.29%

吉华2X井临河组原油地球化学特征也具有低姥植比（0.28）, 高伽马蜡烷含量, 伽马蜡烷/C30霍烷值为2.02, 萜烷以五环萜烷为主, 甾烷以规则甾烷为主, 重排甾烷含量很低, C29甾烷20S/（20S+20R）值和C29甾烷β β /（α α +β β ）值分别为0.41和0.39, 成熟度明显高于松5井原油, 为成熟原油, 地球化学指标与松探1井固阳组烃源岩相近, 明显区别于松5井、隆1井临河组烃源岩, 说明原油来自固阳组（见图11）。

位于基岩凸起带的钻孔230井原油的生物标志化合物特征与吉华2X井原油、松5井固阳组烃源岩相似, 甾烷以规则甾烷为主, 重排甾烷含量很低, C29甾烷20S/（20S+20R）值和C29甾烷β β /（α α +β β ）值均为0.42, 为成熟原油, 说明原油来自固阳组（见图11）。

吉华2X井临河组原油、钻孔230井乌拉山群变质岩裂隙中的原油与松探1井固阳组烃源岩生物标志化合物一致, 说明油气主要来自固阳组, 但松探1井以南固阳组烃源岩厚度小, 不具备充足的油源条件, 油源主要来自北部深凹陷区的固阳组。另外, 研究区离渐新统有利生烃区较远, 表明渐新统不是主要的油源。

松5井处在临河组和固阳组有效供烃范围之内, 但邻近地区固阳组埋深大, 已进入成熟阶段（见图7）, 不可能生成低成熟油, 只有临河组烃源岩成熟度较低（见图8）, 是松5井油藏的主要来源。

5.3 油气运聚成藏特征

杭五断裂和狼山断裂不仅控制了生烃凹陷的分布, 也是沟通油源的主要通道, 断裂带附近还是构造圈闭的集中发育区, 油气运移和聚集成藏与这两个断裂带密切相关, 目前发现的油藏均位于主断裂带附近。断裂控凹、控运移通道、控圈闭发育和运聚成藏的特征明显。

在北部深凹陷生烃中心的东南侧, 杭锦后旗— 五原断裂长期活动、断穿基底, 新生代以来表现为强烈的拉张活动, 可有效沟通固阳组和临河组的烃源层, 油气主要沿断裂面向上倾方向运移, 在合适的圈闭中聚集成藏。在磴口西北— 头道桥一带, 杭锦后旗主断裂（F2-1）西北倾, 断面陡而平直, 在下降盘无同生背斜发育, 在上升盘被上新世形成的反向分支断层（F2-2）切割, 在这两条倾向相反的断层间形成长条形的垒块构造（见图3、图12a）。临河组形成的低成熟原油沿主断裂（F2-1）面向上运移, 在临河组砂岩储集层中聚集, 上倾方向受反向断裂（F2-2）遮挡, 顶部被临河组上部的泥岩层和五原组区域性盖层封堵, 形成松5井断块型稠油藏（见图12a）。

图12 河套盆地临河坳陷油气主要成藏模式图（剖面位置见图1）

在北部深凹陷西南侧, 狼山断裂切割吉西凸起带, 阶梯状断入北部深凹陷, 沟通下白垩统油源。石油沿断裂带向上运移的过程中, 在吉华2X井所在的断背斜聚集, 优先在固阳组、临河组冲积扇储集层富集, 在上覆五原组泥岩盖层封堵下成藏（见图3、图12b）。剩余的石油则穿过断裂带, 进入到吉西凸起带乌拉山群变质岩裂隙, 沿乌拉山群和下白垩统之间的不整合面和风化裂隙层侧向运移, 顶部被固阳组的泥岩层封盖, 在上倾方向受庆格勒图断裂遮挡而聚集成藏（见图12b）。

尽管在北部深凹陷、杭锦后旗— 临河地区现今还没有发现油气藏, 但基于对生烃凹陷、断裂体系、圈闭、储集层的整体认识, 对其运聚成藏特征做如下的推测：

北部杭锦后旗— 临河地区处于河套弧形构造的弧顶区域, 主要断裂杭锦后旗和五原断裂在此交汇, 平面上向西北方向凸出, 主断裂（F2、F3）上陡下缓呈铲状, 在其下降盘形成了一系列同生背斜带, 因此油气沿主断裂面向上运移的过程中会优先富集于杭锦后旗断裂下降盘同生背斜带内（见图12c①、⑧）; 剩余的油气可以继续侧向运移, 在五原断裂下降盘也可能形成背斜圈闭或断块圈闭（见图12c③）。下白垩统由于被杭五断层错断, 上升盘的基底致密层形成侧向封堵, 有可能形成断块圈闭或断块-岩性圈闭（见图12c④）。由于杭锦后旗、五原断裂断距较大, 油气穿越断裂带侧向运移的阻力远大于沿断裂带向上运移的阻力, 因此在远离杭五断裂以南的断阶带, 尽管断块圈闭极为发育, 但由于远离北部深凹陷生烃中心, 油源供给不足, 成藏潜力较小, 如隆1、临深2、临探1等井所处的高断块, 钻探在临河组仅见到微弱的油迹显示, 试油均为水层。下白垩统埋深大, 早期经历过挤压, 有可能在局部发育背斜圈闭, 形成小型背斜油藏（见图12c⑥）; 在高部位由于断块的切割, 有可能形成断块油藏（见图12c⑦）。

在北部深凹陷区, 临河组、固阳组埋深均超过8 000 m的区域以生气为主, 气源充足, 埋深大、储集层砂体厚度薄、物性相对较差, 应以天然气勘探为主（见图12c②、⑤）。

6 勘探方向

河套盆地临河坳陷勘探程度低, 仅有少量钻孔。然而, 通过对临河坳陷石油地质特征的分析, 结合已有的勘探成果, 该区具备有利的生储盖组合, 勘探前景较好。河套盆地临河坳陷石油地质资源量为6.1× 108 t、可采资源量为1.4× 108 t, 天然气地质资源量为3 200× 108 m3、可采资源量为1 600× 108 m3。

综合油源-运移-圈闭等成藏组合要素分析临河坳陷下一步勘探方向应紧邻生烃凹陷的断裂构造带。评价优选北部深凹陷南坡杭五断裂带构造圈闭、吉西凸起带基岩裂隙-构造圈闭、北部深凹陷构造-岩性圈闭3个有利勘探区带。

杭五断裂构造圈闭带是最有利的勘探区带。该区带邻近下白垩统固阳组、渐新统临河组烃源岩, 同生背斜、鼻隆和断块等局部构造极为发育, 近油源、储集层物性好、处于油气运移指向区, 上覆中新统泥岩盖层封盖条件好, 生储盖组合配置好。近期松5井渐新统临河组勘探突破进一步证实这是最具有潜力的勘探区带。

吉西凸起带基岩裂隙-构造圈闭有利区带。按照储集空间类型划分为两个勘探方向：①基岩裂隙有利区, 储集层为元古界片麻岩顶部裂隙层, 油源来自松探1井西北的洼槽, 经不整合面和断裂向上运移, 在致密结晶围岩的阻挡下聚集成藏, 钻孔230、吉华钻孔2、吉华钻孔7等钻孔发现的油藏就属于这种类型, 但油藏规模受控于裂隙的发育程度; ②以吉华2X井油藏为代表的断坡带滚动背斜目标区, 该区紧邻北部深凹陷, 油源充足, 下白垩统滨浅湖相碎屑岩物性好, 石油沿不整合面和断裂运移, 在滚动背斜圈闭中聚集成藏。

北部深凹陷构造-岩性圈闭有利区带。该区带是河套盆地临河地区下白垩统和渐新统半深湖相烃源岩发育中心, 地形较为平缓, 局部构造不发育, 储集层为三角洲前缘和水下扇砂体, 具有形成岩性圈闭和构造-岩性圈闭的条件。虽然目前该区勘探目的层埋藏较深（渐新统大于4 500 m、下白垩统大于5 000 m）, 但随着钻井、试油技术和工艺的进步, 一定会取得勘探的重大突破。

7 结论

通过临河坳陷石油地质特征和成藏特征综合研究认为：狼山断裂、杭五断裂、黄河断裂控制了坳陷沉积演化与生烃中心, 经历了早白垩世拗陷期、新生代断陷期沉积演化阶段。发育白垩系固阳组、古近系临河组两套烃源岩, 有机质丰度高, Ⅱ 1型及Ⅰ 型为主, 生烃潜力大, 因埋深变化大, 低成熟到高、过成熟阶段均有分布。发育固阳组、临河组碎屑岩储集层, 埋深小于5 000 m的储集层物性较好。吉西凸起发育基岩风化裂缝储集层并发现石油。勘探发现断块型、断背斜型、基岩裂缝型油藏, 为低成熟— 成熟原油, 来自固阳组及临河组生油岩。研究表明临河坳陷资源丰富、勘探潜力大, 固阳组及临河组是主要勘探目的层, 杭五断裂带、吉西凸起带、北部深凹陷区是有利勘探地区。

The authors have declared that no competing interests exist.

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