準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣苗有機(jī)地球化學(xué)特征及成因

周 妮，李 際，劉翠敏，何 丹，楊紅霞，王海靜

(中國石油 新疆油田分公司 實(shí)驗(yàn)檢測研究院, 新疆 克拉瑪依 834000)

油氣苗是石油、天然氣及其衍生物在地表的露頭，是石油產(chǎn)區(qū)的重要線索，對(duì)油氣勘探具有重要的指示意義[1-2]。眾多油氣勘探成功經(jīng)驗(yàn)表明，國內(nèi)外某些重要石油產(chǎn)區(qū)正是直接通過油氣苗發(fā)現(xiàn)，如國內(nèi)的克拉瑪依油田和國外的加拿大Syncrude油田等[3-4]。因此，對(duì)油氣苗的研究歷來得到了石油勘探和地質(zhì)學(xué)家的重視，成為地質(zhì)地球化學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

準(zhǔn)噶爾盆地是我國西北一個(gè)典型富油氣苗的大型疊合含油氣盆地，盆地南緣更是以油氣苗分布廣、類型多而著稱[5-9]。前人報(bào)道準(zhǔn)噶爾盆地南緣發(fā)現(xiàn)約50個(gè)油氣苗點(diǎn)，類型包括泥火山、液體油苗、油砂和瀝青等[10-12]。前人認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣苗分別來源于古近系(獨(dú)山子型)、侏羅系(齊古型)和二疊系(三臺(tái)型)[10-12]；還認(rèn)為泥火山氣源主要為侏羅系[12-15]。然而，迄今為止尚沒有針對(duì)研究區(qū)典型油氣苗地球化學(xué)特征的精細(xì)研究，不清楚時(shí)空上的差異，進(jìn)而限制了勘探意義認(rèn)識(shí)。有鑒于此，本文擬通過對(duì)典型油氣苗樣品的有機(jī)地球化學(xué)進(jìn)行研究，其結(jié)果也可供其他油氣苗發(fā)育的地區(qū)參考。

1 油氣苗分布

準(zhǔn)噶爾盆地南緣歸屬北天山山前沖斷帶，是一個(gè)自海西期發(fā)展起來的盆地一級(jí)構(gòu)造單元，呈“南北分帶、東西分段”的長條狀分布。南北分帶是指北天山山前至盆地方向發(fā)育的三排構(gòu)造，東西分段指西段的四棵樹凹陷、中段的霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯—古斷褶帶和東段的阜康斷裂帶[16-17](圖1)。研究區(qū)主要經(jīng)歷3個(gè)演化階段，分別為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)的早期前陸盆地階段、中二疊世—晚侏羅世的陸內(nèi)坳陷階段和晚侏羅世至今的晚期再生前陸盆地階段[18]。盆地南緣發(fā)育石炭系—第四系，其中包括二疊系、侏羅系、白堊系和古近系等多套烴源巖，使得研究區(qū)發(fā)育多套復(fù)雜的含油氣系統(tǒng)[19]。此外，研究區(qū)斷裂系統(tǒng)的發(fā)育在時(shí)空展布和規(guī)模上均表現(xiàn)出多樣性、多期性和復(fù)雜性，尤其是多期構(gòu)造的疊加，使得深層油氣系統(tǒng)調(diào)整、破壞并出露地表形成復(fù)雜多樣的油氣苗[20]。

1.1 年代

南緣油氣苗的分布在年代、空間和相態(tài)上具有顯著的差異性。年代上，油氣苗出露的地層存在差異，總體上，中生界(T-J)出露最廣，其次是在南緣東段古生界(P2l)發(fā)現(xiàn)瀝青，而南緣西段新生界(E-Q)發(fā)育泥火山、液體油苗和油砂。古生代是盆地定型期，是盆地格局形成的原始階段，在出露古油藏的局部地區(qū)形成古油苗，如南緣東段大龍口蘆草溝組瀝青。中生代是盆地的發(fā)育期，沉積與構(gòu)造活動(dòng)活躍，也是油氣系統(tǒng)形成的主要階段，油藏的形成與調(diào)整頻繁，因而油氣苗的分布也最為廣泛。到新生代伴隨北天山隆升，南緣地區(qū)構(gòu)造活化，中—新生代油氣系統(tǒng)調(diào)整成藏與破壞活動(dòng)加劇，油氣苗的分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)由于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈且形成時(shí)間晚，油氣組成偏輕，其中典型代表就是烏蘇泥火山、獨(dú)山子泥火山等現(xiàn)今仍在活動(dòng)。

1.2 空間

南緣油氣苗在空間分布上嚴(yán)格受控于構(gòu)造地質(zhì)條件。最重要的控制因素是“源”，油氣苗的產(chǎn)出基本上都是近“烴源灶”，與“源”的關(guān)系密切，以烏魯木齊斷裂為界，烏西地區(qū)與烏東地區(qū)油氣苗分布特征差異顯著，其中烏西地區(qū)包括南緣中段和西段油氣苗產(chǎn)出的層位和相態(tài)明顯更多，這可能主要受控于烴源巖的發(fā)育程度。烏東地區(qū)主要發(fā)育二疊系烴源巖，以古油藏為主，因而油氣苗的類型主要是固體的瀝青或油砂，而烏西地區(qū)發(fā)育中新生代烴源巖，且現(xiàn)今仍處于生烴期，因而油氣相態(tài)多樣，也有液態(tài)油苗和泥火山(氣)。

1.3 相態(tài)

在南緣特定的時(shí)空格架下，油氣苗的相態(tài)分布特征顯著。南緣研究區(qū)油氣苗廣泛出露且類型豐富，總體而言，按其產(chǎn)狀可以分為固體油苗(瀝青脈和油砂)、液體油苗和氣體油苗(泥火山)。這3類油氣苗的時(shí)空分布規(guī)律明顯，古生界(P)中主要以瀝青脈、瀝青砂巖為主，如南緣東段大龍口剖面蘆草溝組頁巖裂縫充填的瀝青脈(圖2a)；中生界(T-K)，以油砂為主(圖2b)，其次含有少量的液體油苗，典型如紅溝北剖面液體油苗(圖2c)；而新生界(E-N)以含油砂巖為主，并以液體油苗和泥火山為特色，典型如獨(dú)山子泥火山(圖2d)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣構(gòu)造及油氣苗分布Fig.1 Schematic diagram of structure and oil and gas seep distribution in southern Junggar Basin

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣苗野外照片F(xiàn)ig.2 Field photos of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

2 油氣苗地球化學(xué)特征與來源成因

在以上油氣苗年代、空間和相態(tài)分布特征明晰的基礎(chǔ)上，通過地球化學(xué)特征的分析可以進(jìn)一步解析其來源、成因，并進(jìn)一步揭示其形成模式，進(jìn)而為下步勘探提供有利指導(dǎo)。

2.1 族組分

盆地南緣油氣苗族組分主體以飽和烴和芳烴為主(圖3a)，飽和烴/芳烴比值整體大于5，典型如烏蘇泥火山、霍爾果斯油苗和齊古油苗，其最高飽/芳約11，表明油質(zhì)較輕。然而，也有一些樣品的非烴+瀝青質(zhì)含量較高，最高可達(dá)30%。油氣苗族組分構(gòu)成差異暗示其來源或成因可能不同，需要進(jìn)一步結(jié)合下文的其他地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。

2.2 同位素

南緣油氣苗同位素組成差異明顯，且與油氣苗分布的區(qū)域有關(guān)(圖3b)。其中南緣西段泥火山和油砂同位素組成偏重，多重于-28.61‰，典型如阿爾欽溝泥火山；而南緣中段和東段油苗同位素整體偏輕，多輕于-29‰，典型如大龍口剖面蘆草溝組瀝青脈。

2.3 生物標(biāo)志化合物

結(jié)合南緣地區(qū)烴源巖發(fā)育背景，并通過典型生物標(biāo)志化合物的分析，結(jié)合油氣苗同位素組成特征發(fā)現(xiàn)南緣地區(qū)油氣苗主體可分為4大類，其主體油源分別對(duì)應(yīng)于二疊系、侏羅系、白堊系和古近系烴源巖(表 1)。

2.3.1 A類油苗

這類油苗主要分布于南緣東段的阜康構(gòu)造帶，典型剖面為大龍口瀝青(圖4)。該類油苗瀝青質(zhì)含量高(>20%)，同時(shí)碳同位素輕(<-30‰)，結(jié)合盆地?zé)N源巖與原油的同位素組成特征，其生烴母質(zhì)可能是Ⅱ1—Ⅰ型干酪根[19]。大龍口瀝青樣品Pr/Ph小于1.2，同時(shí)檢出有指示鹽度的β-胡蘿卜烷和伽馬蠟烷，表明其形成于還原的咸化環(huán)境。同時(shí)， C27，C28，C29規(guī)則甾烷呈“上升型”分布。前人認(rèn)為，二疊系來源的原油碳同位素小于-29‰，含有豐富的β-胡蘿卜烷，三環(huán)萜烷以C21或C23為最高，甾烷以C28，C29規(guī)則甾烷為主[19-22]。由前所述，可以判定其油源為二疊系烴源巖[19,22]。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣苗基礎(chǔ)地球化學(xué)特征Fig.3 Geochemistry of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

表1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣苗分類及典型地球化學(xué)特征Table 1 Classification and typical geochemical parameters of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地南緣東段A類油苗(大龍口瀝青)典型生物標(biāo)志化合物譜圖Fig.4 Typical biomarker spectra of type A oil seeps (Dalongkou bitumen) in east section of southern Junggar Basin

2.3.2 B類油苗

這類油苗主要分布于南緣中段的齊古液態(tài)油苗剖面和西段的阿爾欽溝泥火山、將軍溝油砂、小煤窯溝油砂和托斯臺(tái)東油砂剖面(圖5)。該類油苗飽和烴含量高(>60%)，Pr/Ph大于2.0，指示鹽度的β-胡蘿卜烷和伽馬蠟烷極低，表明其形成于弱還原—弱氧化的淡水環(huán)境。同時(shí)規(guī)則甾烷中以C29豐度最高，以陸源有機(jī)質(zhì)輸入為主。前人研究表明，侏羅系來源烴類碳同位素通常為-28‰～-26‰，Pr/Ph比值通常大于2.5，伽馬蠟烷含量很低，甾烷以C29規(guī)則甾烷為主[19,22]。結(jié)合研究區(qū)烴源巖有機(jī)相地球化學(xué)特征，可發(fā)現(xiàn)其主要來源于侏羅系烴源巖[19,22]。綜合以上，可發(fā)現(xiàn)其烴類受到了強(qiáng)烈的生物降解作用，油苗的降解程度高于油砂；且Ts/Tm比值整體較高，為成熟油(圖5)。然而，這類油苗可能并不是單一的侏羅系來源。比如，齊古液體油苗碳同位素輕于-29‰，表現(xiàn)出Ⅱ2型干酪根特征，部分樣品的伽馬蠟烷/C30藿烷介于0.1～0.2，同時(shí)規(guī)則甾烷呈“上升型”分布?？紤]到齊古剖面二疊系烴源巖發(fā)育，其可能受到二疊系烴源巖的影響。南緣西段還有部分剖面的同位素組成偏重(>-28‰)，與侏羅系烴源巖特征一致，但伽馬蠟烷表現(xiàn)出微咸水特征，因此推測其可能還受到古近系油源的影響[19,22]。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地南緣中段B類油苗(齊古液體油苗)典型生物標(biāo)志化合物譜圖Fig.5 Typical biomarker spectra of type B oil seeps (Qigu oil seep) in middle section of southern Junggar Basin

2.3.3 C類油苗

這類油苗主要分布于南緣中段的南安集海油砂、霍爾果斯油砂、紫泥泉子油砂和紅溝油苗剖面(圖6)。其碳同位素小于-29‰，為Ⅱ型干酪根特征，Pr/Ph<0.8，且檢出豐富的β-胡蘿卜烷和伽馬蠟烷，表明其咸化的湖相的沉積環(huán)境。同時(shí)規(guī)則甾烷呈“V”型分布，這也區(qū)別于研究區(qū)的其他烴源巖。前人研究表明，白堊系來源的烴類碳同位素通常小于-29‰，Pr/Ph比值通常小于1.0，伽馬蠟烷含量高，規(guī)則甾烷呈“V”型分布。結(jié)合研究區(qū)烴源巖發(fā)育特征，表明其來源于咸水湖相的白堊系烴源巖[7, 18-19,21]。綜上可知，這類油氣苗都受到了中等—強(qiáng)烈的生物降解作用，其中背斜核部的降解作用最強(qiáng)，北翼和南翼基本相當(dāng)，強(qiáng)度從核部向兩翼逐漸減弱，同時(shí)已為成熟油。

2.3.4 D類油苗

該類油氣苗主要分布于南緣西段與中段的交匯處，典型如獨(dú)山子泥火山和烏蘇泥火山(圖7)。其碳同位素偏重，Pr/Ph為0.8～1.5，β-胡蘿卜烷和伽馬蠟烷含量低，表明形成于弱還原—弱氧化環(huán)境，同時(shí)規(guī)則甾烷呈“V”型分布。前人研究表明，古近系來源的烴類碳同位素通常在-28‰～-26‰，Pr/Ph大于1，伽馬蠟烷含量中等較低，規(guī)則甾烷呈“V”型分布[18-19,22]，判定其油源來源于古近系。然而，烏蘇泥火山的原油碳同位素重于-27.5‰，指示了天然氣主要來源于侏羅系[7,14]。結(jié)合圖7，發(fā)現(xiàn)泥火山周緣油砂及原油降解程度強(qiáng)于泥火山噴出物，且都已達(dá)到成熟。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地南緣中段C油苗(霍爾果斯油砂)典型生物標(biāo)志化合物譜圖Fig.6 Typical biomarker spectra of type C oil seeps (Horgos oil sands) in middle section of southern Junggar Basin

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段D類油氣苗(獨(dú)山子泥火山)典型生物標(biāo)志化合物譜圖Fig.7 Typical biomarker spectra of type D oil and gas seeps (Dushanzi mud volcano) in west section of southern Junggar Basin

3 油氣苗形成模式

基于上述油氣苗地球化學(xué)特征與油源分析，結(jié)合4類油氣苗的構(gòu)造地質(zhì)特征，進(jìn)一步討論了其成因模式。

A類油苗以瀝青為主，典型的特征為“源控”，即近源出露，烴源巖的發(fā)育與分布是直接控制因素(圖8a)。以南緣東段大龍口剖面為例，其與烴源巖共同產(chǎn)出，即油苗產(chǎn)出地層二疊系蘆草溝組同時(shí)也是油苗的油源。油氣苗出露位置斷裂不發(fā)育，瀝青主要沿儲(chǔ)層裂縫發(fā)育。這類油苗可能是烴源巖生成的原油沿其自身裂縫運(yùn)移并在適合位置聚集成藏，表現(xiàn)為“自生自儲(chǔ)”或“近源成藏”特征。

B類油苗相比于A類同為“近源”，但斷裂控藏特征更加顯著。首先，B類主要產(chǎn)于侏羅系，同時(shí)其主要油源也是侏羅系，但兩者不是同一套地層，油氣苗富集層一般是中—上侏羅統(tǒng)，而油源主要是下侏羅統(tǒng)烴源巖，故而是“近源但不同層”。因而，斷裂起著重要的溝通作用，其形成模式表現(xiàn)為“源+斷”雙控特征(圖8b)。

C類油苗相比于A、B類油苗其典型特征是“斷控”特征更加顯著(圖8c)。這類油苗的油源為白堊系烴源巖，而產(chǎn)出層主要為古近系和新近系，典型的“源儲(chǔ)分離”，斷裂在油苗的形成中起著至關(guān)重要的橋梁作用。如圖8c所示，以南緣中段的霍爾果斯油苗剖面為例，可發(fā)現(xiàn)烴類組分來自于白堊系烴源巖且已經(jīng)處于排烴階段，且延斷裂向淺層調(diào)整。而古近系都有泥巖發(fā)育，為很好的蓋層，因此推測可能存在通天斷層，白堊系原油直接運(yùn)移至古近系儲(chǔ)層中，甚至直接運(yùn)移至地表。

D類油苗以泥火山為特色，典型如烏蘇和獨(dú)山子泥火山，其形成重點(diǎn)得滿足3個(gè)基本條件：烴—水—巖物源充足，通道暢通，外力誘導(dǎo)(圖8d)。首先，烴源巖發(fā)育是關(guān)鍵，烏蘇—獨(dú)山子泥火山原油主要來源于古近系烴源巖，而天然氣主要來源于侏羅系烴源巖，多源混合形成了復(fù)雜油氣系統(tǒng)；同時(shí)由于新生代沉積物質(zhì)松散，有利于提供巖屑物源。其次，泥火山發(fā)育于背斜構(gòu)造核部與斷裂交匯處，張性應(yīng)力環(huán)境為烴—水—巖系統(tǒng)提供了必要的通道。最后，新生代喜馬拉雅造山遠(yuǎn)程應(yīng)力使得北天山持續(xù)擠壓隆升，為泥火山的形成提供了誘導(dǎo)外力條件。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地南緣4類油氣苗成因模式Fig.8 Genetic models of four types of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

4 勘探意義

4.1 油氣苗與油氣系統(tǒng)

準(zhǔn)南油氣苗除了與主要含油氣系統(tǒng)具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系外，還與主要的構(gòu)造系統(tǒng)和流體系統(tǒng)關(guān)系密切。從構(gòu)造上看，“斷裂+背斜”是南緣的構(gòu)造組合特征，也是控制南緣油氣苗分布的主要因素。構(gòu)造對(duì)油氣苗的控制主要體現(xiàn)為：首先構(gòu)造溝通油源，控制著油氣苗的來源；其次構(gòu)造控制含油氣流體的活動(dòng)，是含油氣流體的運(yùn)移通道；最后構(gòu)造是油氣苗出露的空間載體。具體而言，南緣西段主要出露B和D類油氣苗，并以泥火山為特征，出露于中、新生界，油源為侏羅系、古近系及兩者混源。從油氣勘探的角度看，主要對(duì)應(yīng)于南緣上組合油氣系統(tǒng)。南緣中段主要出露C類油苗，以液體油苗為特色，出露層位為中—新生界，油源以白堊系為主，對(duì)應(yīng)于南緣地區(qū)的中組合含油氣系統(tǒng)。相比而言，南緣東段油氣苗點(diǎn)少而老，以瀝青為特征，油源為二疊系蘆草溝組，對(duì)應(yīng)于南緣地區(qū)的下組合含油氣系統(tǒng)。

4.2 油氣勘探前景預(yù)測

綜合南緣地區(qū)油氣苗特征及其所揭示的油氣系統(tǒng)成藏特征，本次研究提出了南緣地區(qū)下一步油氣勘探的總體預(yù)測方案，簡而言之為“西段找氣、中段找油、東段找有利儲(chǔ)層”(圖1)。

首先，南緣西段地區(qū)勘探的目的層為中上組合，主要為三疊系及其以上地層，勘探的目標(biāo)主要是侏羅系天然氣，其次為古近系液態(tài)石油，同時(shí)需要進(jìn)一步對(duì)南緣西段與中段交匯區(qū)域白堊系油源貢獻(xiàn)重新評(píng)估。

其次，南緣中段的勘探應(yīng)聚焦中組合目的層，中—新生界有利儲(chǔ)層為主要目標(biāo)儲(chǔ)層，勘探目標(biāo)為白堊系液態(tài)原油，兼顧對(duì)古近系、侏羅系和二疊系油源的重新評(píng)估，以進(jìn)一步明確南緣中段地區(qū)的資源潛力。同時(shí)，南緣中段在構(gòu)造上具有“南北分帶”特征，其中油苗直接指示的是第一、二排構(gòu)造上的油氣資源特征，第一排構(gòu)造如齊古剖面主要為侏羅系油源，但在鄰近烏魯木齊地區(qū)也受二疊系油源的影響，構(gòu)造上受南北向斷裂控制；第二排構(gòu)造油源主要為白堊系烴源巖，且在鄰近烏蘇—獨(dú)山子地區(qū)油氣最為富集，故而勘探目標(biāo)應(yīng)放在中段的中—西部地區(qū)；第三排構(gòu)造鄰近生烴凹陷區(qū)，油氣苗出露少，難以用油氣苗理論對(duì)其進(jìn)行資源評(píng)估。

最后，南緣東段勘探的目的層應(yīng)該是下組合，古—中生界有利儲(chǔ)層為主要目標(biāo)儲(chǔ)層；勘探的目標(biāo)主要為液態(tài)原油，兼顧瀝青，主要鎖定二疊系蘆草溝組油源，兼顧對(duì)侏羅系原油的勘探。由于南緣東段的主控因素為“源控”，故而對(duì)其烴源巖的研究尤為重要。

5 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣苗面廣、類多，包括氣態(tài)的泥火山、液態(tài)的原油、固態(tài)的油砂及瀝青等，可進(jìn)一步分為4類：A類油源為二疊系烴源巖；B類油源主要為侏羅系烴源巖；C類來自白堊系烴源巖；而D類油源主要為古近系烴源巖。

(2)南緣地區(qū)油氣苗形成模式表現(xiàn)為典型的“源—斷”雙控，烴源巖分布是核心，而斷裂的輸導(dǎo)是關(guān)鍵，4類油氣苗分別對(duì)應(yīng)4種成因模式：A類“源儲(chǔ)一體”，裂縫控藏；B類“斷裂輸導(dǎo)、近源成藏”；C類“源儲(chǔ)分離、斷裂溝通”和D類“斷+背斜核部、外力誘導(dǎo)”。

(3)南緣油氣苗系統(tǒng)與研究區(qū)主要含油氣系統(tǒng)具有很好的匹配關(guān)系，是地下油氣藏的地表線索，具有重要的勘探指示意義，“西段上組合找氣、中段中組合找油、東段下組合找有利儲(chǔ)層”。