準東石炭系烴源巖分布及勘探潛力分析

武小寧，鄧 勇，劉嘯虎，朱 峰，苗金鵬

中國石油東方地球物理公司研究院烏魯木齊分院，新疆 烏魯木齊 830016

引言

準噶爾盆地是一個典型的多旋回復合疊加含油氣大盆地[1-2]，先后經(jīng)歷了5 次大的盆地演化階段，多期演化形成了多套烴源巖、多套儲層、多種油氣藏類型[3-4]，形成了準噶爾盆地復雜的含油氣系統(tǒng)。盆地整體劃分為6 個一級構(gòu)造單元，具有多個富烴凹陷[5-6]，油氣資源十分豐富，探明率極低，尤其是天然氣探明率僅8.7%，勘探潛力巨大[7]。

克拉美麗氣田發(fā)現(xiàn)后，石炭系逐漸成為天然氣勘探的重點層系[8]，后期針對石炭系的外甩拓展一直未獲實質(zhì)性進展[9]。2017 年，依托fd5 井區(qū)“兩寬一高”三維地震資料在準東阜東斜坡區(qū)部署的fu26井在石炭系獲重大突破，日產(chǎn)天然氣11.95×104m3，并鉆揭70 m 厚的炭質(zhì)泥巖。2018 年，在古城凹陷部署的cheng1 井同樣在石炭系見良好油氣顯示，也鉆揭130 m 厚的炭質(zhì)泥巖、深灰色泥巖，氣源對比結(jié)果顯示兩口井的油氣均來自于石炭系烴源巖，證實了準東石炭系有效烴源的存在。2019 年，石錢灘凹陷sq1 井也在石炭系獲高產(chǎn)氣流，進一步證實了準東石炭系發(fā)育規(guī)模有效烴源巖，開辟了準噶爾盆地天然氣勘探的新領(lǐng)域。

前期針對準噶爾盆地石炭系勘探主要集中在滴南凸起---五彩灣地區(qū)，研究程度相對較高，準東南部僅對火山巖儲層及烴源巖生烴模擬有過系統(tǒng)研究[10-19]，針對有效烴源巖展布特征的研究一直處于空白，嚴重制約了對整個盆地石炭系的認識，導致下一步勘探方向不明朗。

因此，本文以準東南部為例，通過區(qū)域地層對比落實石炭系烴源巖發(fā)育層段地層展布特征，運用地震、非地震相結(jié)合開展石炭系構(gòu)造格局分析，開展三維區(qū)的基于地震相的烴源巖精細預測，綜合地層分布、構(gòu)造格局及地震相特征，明確準噶爾盆地石炭系烴源巖展布規(guī)律及生烴潛力，為準東石炭系天然氣勘探指明方向。

1 地質(zhì)概況

準東在構(gòu)造上隸屬莫索灣凸起—莫北凸起—石西凸起一線以東的東部隆起，北至克拉美麗山，南至博格達山前。準東南部指白家海凸起以南的區(qū)域，主要包括阜康凹陷、北三臺凸起、吉木薩爾凹陷、沙奇凸起及古城凹陷等多個二級構(gòu)造單元（圖1）。

圖1 準東構(gòu)造位置Fig.1 Geographical location of Eastern Junggar Basin

準噶爾盆地經(jīng)歷了海西、印支、燕山及喜馬拉雅等多期構(gòu)造運動，其中，海西早期（早石炭世）為準噶爾盆地構(gòu)造格局開始形成階段，此時地殼不穩(wěn)定，構(gòu)造活動劇烈，為海陸過渡相交互沉積環(huán)境。此時盆地東北緣滴水泉、五彩灣地區(qū)為前陸盆地的凹陷區(qū)，發(fā)育厚層滴水泉組烴源巖；南部阜康、吉木薩爾為隆后斜坡，形成了一定規(guī)模的煤系烴源巖。

在早石炭世末期（松喀爾蘇組），準噶爾盆地由擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺弓h(huán)境，在準東形成一系列NW走向的斷陷槽，主要沉積物為炭質(zhì)泥巖、煤層等，形成了準東石炭系的主力烴源巖。海西晚期（晚石炭世）剝蝕作用強，以陸相沉積為主，克拉美麗山前和北三臺凸起局部地區(qū)有間歇性火山巖沉積[7，20-23]。

準東石炭系自下而上發(fā)育滴水泉組（C1d）、松喀爾蘇組a 段（C1sa）、松喀爾蘇組b 段（C1sb）、巴山組（C2b）和石錢灘組[20]。其中，松喀爾蘇組a 段和巴山組為火山噴發(fā)活躍期，火山巖廣泛發(fā)育；石錢灘組以陸相沉積為主，主要發(fā)育碎屑巖儲層；滴水泉組和松喀爾蘇組b 段為準東石炭系烴源巖發(fā)育層段，滴水泉組為準噶爾盆地第一套沉積層[24]，主要為海相細碎屑沉積泥巖、白云質(zhì)泥巖，夾炭質(zhì)泥巖和煤線沉積[25]，而松喀爾蘇組b 段為海陸交互相碎屑巖沉積，以炭質(zhì)泥巖、泥巖、煤層與層狀火山巖互層沉積為主，目前準東尚無鉆井揭示到滴水泉組，因此，本文重點開展松喀爾蘇組b 段烴源巖的研究。

2 地層發(fā)育特征

準東北部滴水泉_五彩灣地區(qū)石炭系勘探程度高，地層較為落實，而準東南部由于前期針對石炭系重點圍繞北三臺凸起高部位風化殼勘探，內(nèi)幕地層未曾開展系統(tǒng)的研究，因此，本文從內(nèi)幕地層落實的滴南_五彩灣地區(qū)出發(fā)，結(jié)合地質(zhì)測年數(shù)據(jù)，通過區(qū)域統(tǒng)層開展準東南部內(nèi)幕地層的劃分，進而明確烴源巖發(fā)育層段的地層展布特征。

從區(qū)域統(tǒng)層結(jié)果（圖2，圖3）看，準東南部與滴南_五彩灣地區(qū)地層發(fā)育特征類似，依據(jù)現(xiàn)有資料，石炭系縱向上可劃出4 個內(nèi)幕層段，其中，松喀爾蘇組a 段和巴山組為大套火山巖發(fā)育層段，多為安山巖、玄武巖、角礫巖及流紋巖等中基性熔巖[25]，火山巖縱向厚度大、橫向分布廣，最厚達1 200 m，地震上表現(xiàn)出大套中高頻、不連續(xù)、雜亂反射特征，測井曲線表現(xiàn)出低伽馬、高電阻、高密度特征。

圖2 準東石炭系連井地層對比圖（圖1 中A--A′剖面）Fig.2 Stratigraphic comparison of Carboniferous connected wells in Eastern Junggar Basin（Section A--A′ in Fig.1）

圖3 五彩灣凹陷--阜康凹陷石炭系地震地層剖面圖（圖1 中B--B′ 剖面）Fig.3 Seismic stratigraphic profile of Carboniferous system from Wucaiwan Depression to Fukang Depression（Section B--B′ in Fig.1）

松喀爾蘇組b 段主要為沉積巖與溢流相安山巖互層發(fā)育層段，沉積巖主體以炭質(zhì)泥巖、煤系泥巖、凝灰質(zhì)泥巖及煤為主，縱向厚度普遍在60～150 m，橫向呈層狀連續(xù)分布，為該區(qū)的主力烴源巖，地震上以低頻、強振幅、連續(xù)反射特征為主，測井曲線主體表現(xiàn)為高自然伽馬、低電阻率、低密度特征；滴水泉組目前僅在克美地區(qū)有少量鉆井揭示，準東南部尚無鉆井揭示，因此，本文不做分析。

松喀爾蘇組b 段與上覆巴山組和下伏松喀爾蘇組a 段存在明顯地震層序界面，一般表現(xiàn)為強波峰反射，因此，可連續(xù)追蹤。在區(qū)域統(tǒng)層基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來采集的二維寬線及多塊“兩寬一高”三維地震資料，對準東石炭系頂界、巴山組和松喀爾蘇組b 段底界進行系統(tǒng)解釋，明確了內(nèi)幕地層展布特征。準東松喀爾蘇組b 段除在局部古凸區(qū)遭受剝蝕外，幾乎全區(qū)分布（圖4），整體發(fā)育兩排NW—SE 向凹陷帶，北部凹陷帶包括滴水泉凹陷、五彩灣凹陷和大井凹陷，南部凹陷帶包括東道海子凹陷、阜康凹陷、吉木薩爾凹陷和古城凹陷，凹陷區(qū)發(fā)育規(guī)模烴源巖，目前鉆井揭示，烴源巖埋深普遍在3 000～5 200 m，凹陷區(qū)尚無鉆井揭示，區(qū)域構(gòu)造解釋預測最大埋深在7 500 m 左右。

圖4 準東石炭系松喀爾蘇組b 段地層厚度分布圖Fig.4 Stratum thickness of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

3 構(gòu)造格局分析

在石炭系內(nèi)幕地層落實的基礎(chǔ)上，依托地震、時頻電磁、重力等資料，對準東石炭系構(gòu)造格局進行分析。

從過莫索灣—滴北凸起的結(jié)構(gòu)剖面看，研究區(qū)西段被莫索灣凸起、滴南凸起及滴北凸起分割為東道海子和滴水泉兩個凹陷，從過阜康斷裂帶—克拉美麗山的地震剖面和時頻電磁電阻率反演剖面看，東段被沙奇凸起分割為吉木薩爾和大井兩個凹陷，并且凹陷內(nèi)發(fā)育低阻的沉積巖段，凸起區(qū)發(fā)育高阻的火山巖。整體來看，準東南、北兩個凹陷帶特征清楚（圖5，圖6）。準東剝層剩余重力異常圖（圖7）同樣證實了這一特征，北部發(fā)育3 個獨立凹陷，南部發(fā)育4 個獨立凹陷，南、北分割特征清楚，與地震特征一致。

圖5 準東地震地質(zhì)解釋剖面（圖1 中C C′ 及DD′剖面）Fig.5 Seismic geological interpretation profile of Eastern Junggar Basin（Section C C′ and D D′ in Fig.1）

圖6 阜康斷裂帶東段--大井凹陷時頻電磁線電阻率反演剖面（圖1 中E--E′ 剖面）Fig.6 Resistivity inversion section of time-frequency electromagnetic line from the Eastern section of Fukang Fault zone to Dajing Sag（Section E--E′ in Fig.1）

圖7 準東剝層剩余重力異常圖Fig.7 Stripping residual gravity anomaly map of Eastern Junggar Basin

基于以上分析，針對準東石炭系構(gòu)造單元進行了系統(tǒng)劃分，從劃分結(jié)果（圖8）看，準東受滴北凸起、滴南凸起—沙奇凸起和莫索灣凸起—北三臺古凸分割為南、北兩大凹陷帶。形成該構(gòu)造格局是石炭紀早期受北部西伯利亞板塊北東向擠壓應(yīng)力、石炭紀晚期南部塔里木板塊向北擠壓應(yīng)力作用的疊加結(jié)果，初步分析北部凹陷帶形成時間應(yīng)早于南部。

圖8 準東石炭系構(gòu)造格局圖Fig.8 Carboniferous tectonic framework map of Eastern Junggar Basin

4 烴源巖預測

北部凹陷帶已證實發(fā)育石炭系松喀爾蘇組b 和滴水泉組兩套烴源巖，其中盆地廣泛發(fā)育的松喀爾蘇b 段[27]烴源巖落實程度高，南部凹陷帶落實程度較低，因此，重點針對南部凹陷帶烴源巖進行了系統(tǒng)的預測，由于古城凹陷、東道海子凹陷和阜康凹陷深埋區(qū)以二維及老三維為主，資料品質(zhì)差，烴源巖預測精度低，阜東斜坡區(qū)及吉木薩爾地區(qū)以新采的“兩寬一高”三維和重處理三維為主，烴源巖預測精度相對較高。

準東南部鉆揭石炭系烴源巖的井大多位于凸起帶—斜坡區(qū)，通過對前期已鉆井統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，松喀爾蘇組b 段烴源巖有機質(zhì)類型以III～II2型為主，部分為II1型，有機質(zhì)豐度高，有機碳含量普遍為10%～20%（圖9），總體為一套中等—好烴源巖。生烴潛力S1+S2平均值為21.18 mg/g，氫指數(shù)為153.50 mg/g，氧碳比平均為0.06，氫碳比為0.65，為一套優(yōu)質(zhì)氣源巖。對比滴水泉—五彩灣地區(qū)烴源巖，準東南部石炭系松喀爾蘇組b 段烴源巖豐度略低。阜東斜坡和吉木薩爾地區(qū)埋深相對較淺的烴源巖熱氧化程度低，有機質(zhì)成熟度普遍在0.7%～1.3%，熱解峰溫平均值為443°C[9]，達到了成熟階段[28]，推測斜坡區(qū)已進入生凝析油-濕氣階段，凹陷主體區(qū)達到過成熟階段，為形成石炭系規(guī)模天然氣藏提供了充足的氣源條件。

圖9 準東石炭系松喀爾蘇組b 段有機碳含量等值線圖Fig.9 TOC contour map of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

準東南部石炭系松喀爾蘇組b 段為厚層炭質(zhì)泥巖、深灰色泥巖夾火山巖的巖性組合，地震上普遍表現(xiàn)為低頻、強振幅、連續(xù)反射的特征。井震標定結(jié)果表明，烴源巖在地震上表現(xiàn)為強波峰亮點反射（圖10）特征，基于這一現(xiàn)象，通過提取能夠反映烴源巖相對厚度關(guān)系的最大波峰數(shù)屬性，最大波峰數(shù)值越大，烴源巖厚度越大（圖11），結(jié)合地層厚度圖及已鉆井（fu26、fu39、fu41 等20 余口）烴源巖厚度與地層厚度的百分比等資料，對準東南部松喀爾蘇組b段烴源巖進行精細預測，結(jié)合北部預測結(jié)果，對準東烴源巖進行整體落實。預測結(jié)果顯示，準東南部幾大凹陷規(guī)模大，尤其是阜康、吉木薩爾及古城凹陷烴源巖厚度大于100 m 面積達1 510 km2（圖12），具備形成天然氣大場面的源巖基礎(chǔ)。而阜康、吉木薩爾凹陷有機質(zhì)豐度高，生烴能力強，從生氣強度分析結(jié)果看，兩大凹陷生氣強度普遍大于20×108m3/km2，總體生氣量達20×1012m3（圖13），勘探潛力巨大，是準噶爾盆地天然氣勘探的重要接替領(lǐng)域。

圖10 阜東斜坡區(qū)fu39 井合成記錄標定Fig.10 Calibration of synthetic records of Well fu39 in Fudong Slope Area

圖11 阜東斜坡--吉木薩爾地區(qū)三維區(qū)石炭系松喀爾蘇組b 段最大波峰數(shù)屬性平面圖Fig.11 Attribute plan of maximum peak numbers of Songkarsu Formation b of Carboniferous in 3D area of Fudong Slope and Jimusar Area

圖12 準東石炭系松喀爾蘇組b 段烴源巖厚度圖Fig.12 Thickness map of hydrocarbon source rocks of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

圖13 準東石炭系松喀爾蘇組b 段生氣強度等值線圖Fig.13 Contour map of gas generation intensity of Songkarsu Formation B of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

5 勘探潛力分析

前期北部凹陷帶已整體突破，圍繞滴水泉和五彩灣凹陷已分別發(fā)現(xiàn)克拉美麗和五彩灣兩個氣田，并且東部大井凹陷sq1 井也獲重大突破；而南部凹陷帶勘探程度非常低，勘探潛力巨大，其中，阜康凹陷烴源巖厚度大、分布廣、生氣強度大，北三臺凸起已發(fā)現(xiàn)多個高效油氣藏，斜坡區(qū)中部fu26 井獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，下傾方向qt1 井也見重要油氣顯示，展現(xiàn)了阜康凹陷石炭系天然氣廣闊的勘探前景，是下一步探索的重點領(lǐng)域。該區(qū)主體被近年來新采集的“兩寬一高”三維地震資料覆蓋，資料品質(zhì)好，烴源巖、火山巖儲層落實程度高，可作為天然氣勘探主攻領(lǐng)域；吉木薩爾凹陷埋藏深，東斜坡ji15 井已獲突破，凹陷區(qū)勘探潛力大，且該區(qū)資料品質(zhì)相對較好，可作為準備領(lǐng)域；古城凹陷資料以二維為主，烴源巖規(guī)模相對較小、生氣強度相對略低，可作為后備領(lǐng)域。

6 結(jié)論

（1）準東石炭系以裂隙式噴發(fā)為主，縱向上具備典型的四分結(jié)構(gòu)特征，其中，松喀爾蘇組b 段為海陸交互相沉積，全區(qū)廣泛分布，縱向巖性組合為火山巖與炭質(zhì)泥巖、深灰色泥巖互層沉積，為主力烴源巖賦存層段，烴源巖地震相特征為強波峰亮點反射。

（2）準東石炭系被三排凸起帶分割成南、北兩大凹陷帶，南部凹陷帶包括東道海子、阜康、吉木薩爾及古城4 個凹陷，其中，阜康、吉木薩爾凹陷石炭系松喀爾蘇組b 段烴源巖厚度大、分布廣、生氣強度大，且已證實為較好的氣源巖，為形成規(guī)模天然氣藏提供了良好的源巖基礎(chǔ)，有望形成天然氣勘探接替新領(lǐng)域。