和什托洛蓋盆地?zé)N源巖特征及勘探潛力分析

孫相燦， 文磊， 張林， 易立， 姜鹍鵬， 熊崢嶸

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083； 2.勝利油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，東營(yíng) 257001)

0 引言

和什托洛蓋盆地位于準(zhǔn)噶爾盆地西北部，行政區(qū)劃上位于塔城地區(qū)和布克賽爾縣中西部及托里縣北部，面積約8 467 km2。早期開(kāi)展過(guò)1∶20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、重磁力普查和1∶10萬(wàn)石油地質(zhì)調(diào)查工作，鉆井6口，分別為和參1井、和參2井、和3井、和煤1井、和地1井及和砂1井，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司(下文簡(jiǎn)稱“中石油”)和中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司(下文簡(jiǎn)稱“中石化”)先后部署了二維地震測(cè)線和電法測(cè)線?？傮w來(lái)看，中石油及中石化前期勘探工作量主要集中在和什托洛蓋盆地的中東部，盆地西部基本為勘探空白區(qū)。2015年起，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局開(kāi)始在和什托洛蓋盆地進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究。和什托洛蓋盆地油氣成藏條件復(fù)雜，雖鉆遇油氣顯示，但未取得油氣勘探突破。本文從野外地質(zhì)調(diào)查入手，通過(guò)開(kāi)展和什托洛蓋盆地及周緣露頭烴源巖樣品采樣和分析化驗(yàn)工作，評(píng)價(jià)了盆地?zé)N源巖發(fā)育特征和潛力，并結(jié)合已有鉆井、地震和非震等資料綜合分析了石油地質(zhì)條件，明確了盆地勘探潛力和下一步勘探方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

和什托洛蓋盆地是在海西期褶皺基底上演化而成的中生代山間盆地，北依謝米斯臺(tái)山和阿爾加提山，南鄰扎伊爾山和哈拉阿拉特山。盆內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，斷裂十分發(fā)育，反映盆地受多期構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)的影響，總體表現(xiàn)為NEE向的復(fù)向斜[1-5]。盆地在構(gòu)造上可劃分為北部斷褶帶、中央坳陷和南部斜坡區(qū)3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元(圖1)，中央坳陷自西向東進(jìn)一步劃分為托里凸起、白楊河凹陷及和布克河凹陷等次級(jí)構(gòu)造單元。

盆地主要發(fā)育上古生界泥盆系中上統(tǒng)與石炭系下統(tǒng)、中生界侏羅系與白堊系和新生界，局部可見(jiàn)三疊系上統(tǒng)，缺失二疊系(圖2)。

圖1 和什托洛蓋盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

Fig.1 Division of tectonic units in Heshituoluogai Basin

1.泥巖； 2.砂巖； 3.生屑生物灰?guī)r； 4.凝灰質(zhì)礫巖； 5.凝灰質(zhì)細(xì)礫巖； 6.粗砂巖； 7.礫巖； 8.凝灰質(zhì)粉砂巖； 9.粉砂質(zhì)泥巖； 10.細(xì)砂巖； 11.粉砂巖； 12.凝灰?guī)r； 13.安山玄武巖； 14.安山巖； 15.安山玢巖； 16.流紋巖； 17.泥質(zhì)粉砂巖； 18.煤層； 19.砂礫巖； 20.中砂巖； 21.生油層； 22.儲(chǔ)層； 23.蓋層

圖2 和什托洛蓋盆地綜合柱狀圖

Fig.2 Stratigraphic column of Heshituoluogai Basin

2 烴源巖特征

盆地發(fā)育泥盆系、石炭系和侏羅系3套潛在烴源巖[6-8]，其中侏羅系為盆地?zé)N源巖的主要發(fā)育層段，泥盆系及石炭系為烴源巖的次要發(fā)育層段(圖2)。

2.1 泥盆系烴源巖

中上泥盆統(tǒng)為潛在的烴源巖發(fā)育段，其中，露頭剖面上呼吉爾斯特組(D2h)主要見(jiàn)于和什托洛蓋盆地北部阿赫爾布拉克剖面，巖性以灰黑色粉砂質(zhì)泥巖和泥巖為主(圖3(a))，露頭區(qū)該套地層厚度為100～300 m。有機(jī)碳含量平均為0.749%，生烴潛量(S1+S2)為0.11 mg/g，氫指數(shù)(IH)為160.78 mg/g。由于野外樣品風(fēng)化程度高導(dǎo)致上述指標(biāo)較低，有學(xué)者對(duì)該層有機(jī)碳含量風(fēng)化校正后達(dá)1.44%，屬中等—好烴源巖[7]。顯微組分中腐泥組含量高，占95%，惰質(zhì)組占5%(圖3(b))。鏡質(zhì)體反射率(Ro)為2.37%，處于高成熟演化階段。朱魯木特組(D3z)下部為泥巖與細(xì)砂巖互層，局部發(fā)育烴源巖，厚50～200 m。

(a) D2h灰黑色泥巖 (b) 顯微鏡照片

圖3 阿赫爾布拉克剖面上泥盆統(tǒng)呼吉爾斯特組(D2h)烴源巖特征

Fig.3 Source rocks characteristics of Hujiersite Formation in Upper Devonian (D2h) at Aheerbulake section

對(duì)阿赫爾布拉克剖面上泥盆統(tǒng)呼吉爾斯特組(D2h)有機(jī)質(zhì)豐度較高的泥巖樣品采用開(kāi)放體系生烴模擬，560 ℃時(shí)累計(jì)生烴量最大(圖4(a))，活化能集中在450～550 kJ/mol(圖4(b))。最大生烴率可達(dá)24.0%，加熱后IH最大為3.2 mg/g，顯示中上泥盆統(tǒng)烴源巖具有一定的生烴潛力。

(a) 累計(jì)生烴率與溫度關(guān)系 (b) 生烴率與活化能關(guān)系

圖4 阿赫爾布拉克剖面上泥盆統(tǒng)呼吉爾斯特組(D2h)泥巖生烴模擬

Fig.4 Hydrocarbon-generating simulation of Hujiersite Formation in Upper Devonian (D2h) at Aheerbulake section

盆地北部布龍果爾地區(qū)在沉積-火山旋回中可見(jiàn)干油砂、瀝青脈，油源對(duì)比表明可能來(lái)自于中泥盆統(tǒng)泥巖。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2014年鉆探的和砂1井(井深300.26 m)揭示泥盆系呼吉爾斯特組酸性火山噴出巖、中—細(xì)粒碎屑巖、泥巖、煤層、火山碎屑巖及凝灰?guī)r，獲含瀝青安山巖、流紋巖、中—細(xì)砂巖及礫巖27.3 m，說(shuō)明該地區(qū)泥盆系烴源巖發(fā)生過(guò)生、排烴作用，證實(shí)了泥盆系烴源巖的潛力。

2.2 石炭系烴源巖

盆地內(nèi)鉆遇的石炭系以火山巖(凝灰?guī)r、花崗巖、安山巖)為主，另見(jiàn)少量暗色泥巖、凝灰質(zhì)泥巖，其中和3井鉆遇25 m暗色泥巖，和參1井鉆遇24 m凝灰質(zhì)泥巖，和參2井鉆遇近126 m凝灰質(zhì)泥巖。地震剖面東部同向軸由西向東延伸，推測(cè)在盆地東部發(fā)育姜巴斯套組—巴塔瑪依內(nèi)山組地層，具有發(fā)育石炭系烴源巖的可能。建場(chǎng)測(cè)深資料也顯示盆地中西部存在低阻層，對(duì)應(yīng)地震測(cè)量上為較雜亂反射，埋深2 000～3 500 m，厚1 000～2 000 m，其中和參2井、和參1井鉆遇凝灰質(zhì)泥巖段在地震剖面上顯示為斷續(xù)、較強(qiáng)振幅的反射特征，與低阻層較一致，推測(cè)盆地內(nèi)部具有發(fā)育下石炭統(tǒng)烴源巖的潛力。

露頭上，在北部謝米斯臺(tái)山南以及西利克山北發(fā)育一套泥盆紀(jì)晚期與石炭紀(jì)早期的過(guò)渡層和布克河組(C1hb)，為一套水體相對(duì)較淺的淺海相—海陸過(guò)渡相層系與中基性火山巖組合，上段為灰色生物碎屑灰?guī)r與灰綠色砂巖、粉砂巖，下段為凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖、紅褐色泥巖旋回性發(fā)育，夾中基性安山巖，泥巖段較薄，露頭上厚度10～20 m。TOC含量為0.40%，Tmax為506 ℃，生烴潛量(S1+S2)為0.02 mg/g，熱演化程度Ro為3.17%，為一套高過(guò)成熟的低有機(jī)質(zhì)豐度泥巖。南部哈拉阿拉特山發(fā)育石炭系含暗色泥巖段，露頭上觀察厚度近100 m，但砂質(zhì)含量較高，巖性以粉砂質(zhì)泥巖為主，露頭上風(fēng)化呈“書(shū)頁(yè)”狀。TOC含量為0.36%～0.41%，Tmax為493～497 ℃，生烴潛量(S1+S2)為0.03～0.05 mg/g，熱演化程度較高，屬于高過(guò)成熟低有機(jī)質(zhì)豐度泥巖。

2.3 侏羅系烴源巖

侏羅系在盆地廣泛分布，具有東西厚中間薄的特征。下侏羅統(tǒng)八道灣組是主要烴源巖發(fā)育段，巖性主要為灰綠色砂巖、深灰色砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖夾湖沼相煤層。碳質(zhì)泥巖和煤層是主要烴源巖發(fā)育段。其中和3井揭示八道灣組暗色泥巖60 m，泥地比11.9%； 和參1井揭示八道灣組暗色泥巖95 m，泥地比21.0%； 和參2井揭示八道灣組暗色泥巖85 m，泥地比20.7%。盆地周緣露頭白楊河剖面以及西利克山北剖面均見(jiàn)八道灣組暗色泥巖。區(qū)域上，侏羅系八道灣組泥巖主要分布在盆地東側(cè)和參2井區(qū)域以及盆地西部和參1井至和3井區(qū)域(圖5)。

圖5 和什托洛蓋盆地侏羅系八道灣組(J1b)暗色泥巖厚度Fig.5 Mudstone thickness distribution of Badaowan Formation (J1b) in Jurassic in Heshituoluogai Basin

鉆井揭示侏羅系八道灣組烴源巖TOC含量較高，為0.55%～2.59%，生烴潛量(S1+S2)介于0.53～4.93 mg/g，氯仿瀝青“A”分布含量在0.012%～0.038 6%，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ2-Ⅲ型為主(表1)，Ro介于0.46%～0.74%，烴源巖熱演化程度較低，綜合評(píng)價(jià)為低熟中等—較好烴源巖。

表1 和什托洛蓋盆地侏羅系烴源巖參數(shù)Tab.1 Source rocks parameters of Jurassic in Heshituoluogai Basin

雖然目前和什托洛蓋盆地內(nèi)鉆井揭示地層熱演化程度較低，在盆地局部深洼區(qū)侏羅系源巖熱演化程度可能會(huì)更高。白楊河凹陷及和布克河凹陷侏羅系最大埋深可達(dá)2 500 m以上(圖6)，八道灣組烴源巖可能進(jìn)入低熟—成熟階段，具備形成低熟油氣的條件。

圖6 和什托洛蓋盆地侏羅系八道灣組(J1b)底面埋深Fig.6 Burial depth contour of the bottom of Badaowan Formation (J1b) in Jurassic in Heshituoluogai Basin

3 勘探潛力分析

和什托洛蓋盆地雖然緊鄰富含油氣的準(zhǔn)噶爾盆地，但與后者相比，缺失了作為主力烴源巖的二疊系，使得前期對(duì)該盆地的油氣勘探潛力評(píng)價(jià)較低。目前研究表明泥盆系、石炭系和侏羅系均發(fā)育潛在的烴源巖，具有一定的勘探潛力。

綜合研究認(rèn)為，和什托洛蓋盆地發(fā)育2套生儲(chǔ)蓋組合： 下部以泥盆系—石炭系海相泥巖為烴源巖，石炭系火山巖作為儲(chǔ)集層，泥巖層作為蓋層，可以形成自生自儲(chǔ)型火山巖性油氣藏，但是鑒于露頭上烴源巖熱演化程度均較高，可能以早期成藏為主，結(jié)合非震資料在盆地西部具有潛在的碎屑巖類(lèi)低阻層，可能成為烴源巖發(fā)育區(qū)，是早期成藏的有利地區(qū)； 上部以侏羅系八道灣組泥巖、碳質(zhì)泥巖為烴源巖，八道灣組中部河流-三角洲相砂巖為儲(chǔ)層，頂部泥巖層為蓋層，可以形成構(gòu)造類(lèi)、巖性類(lèi)油氣藏。在盆地白楊河凹陷及和布克河凹陷深洼區(qū)，侏羅系埋深較大，熱演化程度相對(duì)較高，八道灣組已經(jīng)進(jìn)入低熟階段(局部可能進(jìn)入成熟階段)，此類(lèi)區(qū)域是尋找低熟油氣的相對(duì)有利勘探區(qū)域。

結(jié)合盆地油氣地質(zhì)條件研究，綜合分析認(rèn)為有以下幾個(gè)有利勘探方向。

(1)白楊河凹陷是和什托洛蓋盆地最大的侏羅系沉積凹陷，與位于盆地東部的和布克河凹陷相比，該凹陷八道灣組以厚層暗色泥巖為主，未見(jiàn)煤層，推測(cè)其烴源巖條件可能更好。

另外，建場(chǎng)測(cè)深資料顯示在和什托洛蓋盆地中西部地區(qū)石炭系內(nèi)部存在低阻地層，分析認(rèn)為此處發(fā)育烴源巖層，烴源巖發(fā)育范圍正好與白楊河凹陷重合，因此分析認(rèn)為白楊河凹陷是和什托洛蓋盆地最有利的勘探區(qū)帶。

(2)南部斜坡區(qū)作為和什托洛蓋盆地一級(jí)構(gòu)造單元，構(gòu)造形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單，侏羅系在該區(qū)向哈山方向逐層超覆，同時(shí)與該區(qū)斷層組合極易形成各種地層圈閉、巖性圈閉及復(fù)合類(lèi)圈閉。斜坡區(qū)北部為白楊河凹陷及和布克河凹陷，凹陷深洼區(qū)生成的油氣通過(guò)斷層、不整合面及地層中的骨架砂體向南部斜坡區(qū)運(yùn)聚成藏，因此，盆地南部斜坡區(qū)同樣為有利油氣勘探區(qū)帶。

4 結(jié)論

(1)和什托洛蓋盆地發(fā)育泥盆系、石炭系和侏羅系3套潛在烴源巖，其中侏羅系為盆地?zé)N源巖的主要發(fā)育層段，泥盆系及石炭系為烴源巖的次要發(fā)育層段。

(2)石油地質(zhì)條件綜合分析認(rèn)為和什托洛蓋盆地應(yīng)該具有一定的油氣勘探潛力，其白楊河凹陷和南部斜坡區(qū)是有利勘探區(qū)帶。