新疆海相烴源巖特征及頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選

摘" "要：新疆富有機質海相烴源巖主要分布在塔里木盆地、準噶爾盆地、伊犁盆地和新疆北部中小盆地。本文統(tǒng)計了南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系及石炭系共27套海相烴源巖，對其時空分布特征、厚度、有機質類型、成熟度及含氣性特征進行研究，初步分析了27套海相烴源巖地質背景、沉積環(huán)境特征和形成條件。按海相烴源巖標準，多屬中等至好的烴源巖。在此基礎上，初步優(yōu)選了6個頁巖氣有利區(qū)，為新疆頁巖氣勘探提供勘查建議。

關鍵詞：新疆；烴源巖；頁巖氣；有利區(qū)

新疆發(fā)育富有機質海相烴源巖，主要分布在塔里木盆地和新疆北部中小盆地。塔里木盆地賦存海相頁巖地層與我國南方地區(qū)對比，具地層時代較老、經(jīng)歷多期次構造活動、熱演化程度高、發(fā)育層位多且厚度大、分布穩(wěn)定的特點?！熬盼濉睍r期，通過國家重點科技攻關項目“塔里木盆地石油天然氣勘探”確定塔里木盆地寒武—奧陶系烴源巖為主力烴源巖。近年來，隨著中深層油氣勘探工作開展，發(fā)現(xiàn)新疆北部中小盆地發(fā)育富有機質海相烴源巖。通過對新疆海相烴源巖時空分布特征、含氣性特征、有利區(qū)帶優(yōu)選等方面研究，為新疆頁巖氣等非常規(guī)能源礦產的勘探部署提供建議。

1" 地質背景

新疆處于亞洲大陸腹地，地質構造復雜[1-4]。塔里木盆地受新元古代Rodinia超大陸聚合與裂解演化過程影響，塔里木克拉通發(fā)育塔北古陸和塔里木古陸，兩者間夾持EW向新元古代弧后裂谷盆地，早南華世—晚震旦世總體具由深海到濱淺海、碎屑巖到碳酸鹽巖的古地理演化格局[4-5]，形成了南華—震旦紀的巨厚裂陷期沉積地層。塔里木克拉通早寒武世時期處于大陸裂谷向陸內坳陷發(fā)展的構造環(huán)境，屬弱伸展環(huán)境。此時，塔里木克拉通海侵范圍變大，除局部古地貌高地（溫宿凸起和阿爾金等）外，其他地區(qū)形成寬廣陸表淺海，該階段主要發(fā)育碎屑巖與碳酸鹽巖沉積[4-5]。寒武紀塔里木克拉通完成從緩坡沉積體系-臺地沉積體系的沉積轉化。塔里木盆地早奧陶世大部分地區(qū)處于伸展構造背景，在塔東地區(qū)發(fā)育欠補償半深海-深海盆地，中—晚奧陶世塔里木南緣由被動大陸邊緣轉變?yōu)橹鲃哟箨戇吘塠4]。因此，塔里木盆地從南華—奧陶紀構造沉積環(huán)境演化為烴源巖發(fā)育提供良好的基礎地質條件。

塔里木古地臺裂解時，發(fā)育了天山裂陷槽，分離出準噶爾地塊。石炭紀末（海西中期），在圍繞準噶爾三角形地塊邊緣地區(qū)（新疆北部中小盆地地區(qū)）發(fā)育裂陷槽并伴有巖漿活動。這些構造活動為新疆北部中小盆地發(fā)育創(chuàng)造了有利的深?！獮I淺海沉積環(huán)境，也為烴源巖的發(fā)育創(chuàng)造了基礎地質條件[3]。

2" 新疆海相烴源的分布特征

新疆自元古代以來烴源巖廣泛發(fā)育，具備頁巖油氣形成富集的物質基礎[1-5]。新疆海相頁巖發(fā)育，主要賦存層位有南華系、震旦系、寒武系、奧陶系及泥盆系。其中，南華—奧陶系烴源巖只發(fā)現(xiàn)于塔里木盆地，泥盆系烴源巖分布在塔里木盆地西南地區(qū)和新疆北部中小盆地。對新疆南華系—泥盆系的27個海相烴源巖的分布特征和地球化學特征進行整理，其中塔里木盆地17個，新疆北部地區(qū)10個。新疆海相烴源巖參照前人海相碳酸鹽巖烴源巖標準劃分為好、較好、中等、較差和差等5種（表1）[6-7]。

2.1" 南華—震旦系烴源巖

目前，新疆南華—震旦系烴源巖只發(fā)現(xiàn)于塔里木盆地，主要分布在塔西北的阿克蘇-柯坪、塔東庫魯克塔格、塔西南緣鐵克里克等地區(qū)。烴源巖賦存層位主要有特瑞愛肯組、蘇蓋特布拉克組、水泉組、庫爾卡克組等（表2）。南華—震旦系烴源巖厚度從幾十米到幾百米不等。其中，塔東地區(qū)南華系厚度約100～300 m，面積約6.2×104 km2，庫魯克塔格地區(qū)南華系特瑞艾肯組連續(xù)沉積超過300 m[8-11]。震旦系沉積中心在滿加爾坳陷西北部，厚度約80～200 m，面積約6.5×104 km2（圖1）。

新疆南華—震旦系烴源巖有機質類型主要為Ⅰ型和Ⅱ型，有機碳含量（TOC）值約為0.1%～2.82%，鏡質體反射率Ro為1.28%～1.93%，均為高成熟-過成熟烴源巖（表2）。塔東部庫魯克塔格地區(qū)南華系特瑞艾肯組烴源巖熱解分析S1+S2值約0.083 9‰～1.185 1‰，平均0.296 9‰，氯仿瀝青“A”含量為0.002 3%～0.022 3%，平均值0.0123 8%。特瑞艾肯組烴源巖參照海相烴源巖標準可評價為較好-的烴源巖，其他屬差-較差烴源巖[8-11]。

2.2" 寒武—奧陶系烴源巖

新疆寒武—奧陶系烴源巖主要分布在阿克蘇柯坪、庫魯克塔格、塔西南等地（圖2）。烴源巖賦存層位主要為下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組、西大山組、肖爾布拉克組、吾松格爾組、中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組、中奧陶統(tǒng)黑土凹組、薩爾干組，晚奧陶統(tǒng)印干組等，寒武—奧陶系烴源巖厚度約十幾米至一百多米，比南華—震旦系厚度小。如黑土凹組烴源巖在卻爾卻克山剖面厚度為18.3 m，阿瓦提凹陷中東部薩爾干組烴源巖厚度150 m。寒武系厚度20～200 m，沉積中心在滿加爾坳陷西部，面積約12×104 km2。南華—奧陶系烴源巖已成為塔里木盆地超深層重要的油氣源巖[5，12-20]。

寒武—奧陶系烴源巖有機質類型主要為Ⅰ型、Ⅱ型及少量Ⅲ型。有機碳含量值整體偏高，約0.15%～16%，其中，玉爾吐斯組（阿克蘇一帶的10余個剖面）TOC含量為0.5%～16.0%；薩爾干組（大灣溝剖面）泥頁巖TOC含量為0.25%～4.65%，平均2.15%。寒武—奧陶系烴源巖鏡質體反射率Ro為0.8%～1.78%，多為高成熟-過成熟烴源巖（表2）。寒武—奧陶系烴源巖總體表現(xiàn)為中等至好的烴源巖，其中玉爾吐斯組、黑土凹組、薩爾干組達較好-好烴源巖[5，12-20]。

2.3" 泥盆—石炭系烴源巖

目前僅在新疆北部地區(qū)（和什托洛蓋、塔城、和豐、吉木乃、福海、富蘊等中小盆地）和塔里木盆地西南地區(qū)發(fā)現(xiàn)有泥盆系烴源巖。其中，塔西南已發(fā)現(xiàn)泥盆系奇自拉夫組烴源巖是一套陸相碎屑巖，非海相。新疆北部地區(qū)泥盆系烴源巖賦存層位為庫魯木迪組、塔爾巴哈臺組等（表2）。石炭系烴源巖主要分布在塔城盆地、準噶爾盆地、伊犁盆地、博樂盆地和塔西南地區(qū)，主要有姜巴斯套組、黑山頭組、太勒古拉組、包古圖組、阿克沙克組等（表2）。泥盆—石炭系烴源巖有機質類型為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，有機碳含量泥盆系整體偏高。泥盆系烴源巖總體評價為較好-好的烴源巖，石炭系總體為中等烴源巖。

3" 海相烴源巖的沉積環(huán)境分析

3.1" 塔里木盆地南華—奧陶系沉積環(huán)境

自750 Ma開始，塔里木盆地發(fā)育克拉通內大陸裂谷[1-5]，形成東北裂谷體系與西南裂谷體系（圖3）。南華系受局部斷陷控制，發(fā)育巨厚大陸裂谷沉積建造，厚度約3 000 m，并發(fā)育2～3期冰磧巖。兩套裂谷使塔里木克拉通北部發(fā)育一個EW向大型沉積盆地，南部發(fā)育兩個NE向沉積盆地[3]。

震旦紀塔里木盆地海侵面積明顯擴大，早期海侵面積最大[28]。在此期間塔里木地塊大部分地區(qū)接受沉積。早期階段沉積以陸源碎屑巖為主，晚期階段沉積以碳酸鹽巖為主，也存在以碎屑巖、碳酸鹽巖混合沉積過渡階段。震旦系烴源巖形成于持續(xù)海侵背景下的斜坡-盆地沉積環(huán)境，水體相對較深，為斜坡-陸棚相沉積[28-29]。震旦紀盆地有北部、塔東南部、塔西南等3個沉積中心。其中，塔東南部沉積中心最大殘余厚度為3 000 m，表現(xiàn)為北厚南薄的斷陷沉積，北部沉積最大殘余厚度為2 000 m，位于滿加爾坳陷西側，塔西南沉積中心厚度和規(guī)模都相對較小（圖1）[9]。

寒武—奧陶紀塔里木盆地基本繼承了震旦紀晚期構造古地理格局，表現(xiàn)為大面積海域與剝蝕區(qū)、島嶼相間的古地理面貌。寒武紀總體反映了海水較深的陸源碎屑-碳酸鹽巖臺地陸表海環(huán)境。奧陶紀柯坪地區(qū)以陸棚相碳酸鹽巖為主，底部為硅質含磷層，屬陸緣斜坡環(huán)境沉積。塔里木盆地南華紀古裂谷明顯控制寒武系沉積的控制明顯。在塔里木盆地經(jīng)歷了南華紀和震旦紀古裂谷期，發(fā)育洼陷古地形，形成了對下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組或西山布拉克組有機質生成和保存有利的相對深水環(huán)境，且暗色泥巖沉積變厚。古裂谷上方為玉爾吐斯組或西山布拉克組等優(yōu)質烴源灶（圖2，3）[28-29]。

志留—泥盆紀隨著古昆侖洋和阿爾金洋的閉合，塔東部及南部出現(xiàn)大面積隆升、剝蝕，形成了廣泛分布的不整合面及一系列逆沖斷層和走滑斷層[2，26]。推測此階段不具備形成海相烴源巖的地質條件。石炭紀隨著古特提斯洋擴張，塔里木盆地又開始發(fā)生自SW向NE向的海侵[2、26]，克拉通內盆地存在廣泛的淺海沉積。目前在塔里木盆地南部發(fā)現(xiàn)了石炭系海相烴源巖。

3.2" 新疆北部中小盆地泥盆系的沉積環(huán)境

據(jù)雷國明對新疆北部開展的研究，早泥盆世新疆北部地區(qū)發(fā)育北疆海（北部阿爾泰古陸與南部準噶爾古陸之間），沉積背景為淺海-深海環(huán)境（圖4），具體包括阿爾泰南緣淺海相邊緣海、北準淺海相及瑪依勒山和克拉美麗半深海相區(qū)。中泥盆世表現(xiàn)為深海-半深海相沉積環(huán)境，同時準噶爾古陸發(fā)生裂解，形成多個隆起地帶或山脈，準噶爾洋開始進入多島弧洋盆沉積時期，但總體仍以海相沉積環(huán)境為主。晚泥盆世新疆北部大部地區(qū)海水退去，總體表現(xiàn)為海水變淺。

綜合前人研究，新疆北部中小盆地泥盆紀時具備了廣泛而穩(wěn)定海相沉積環(huán)境，深海區(qū)沉積厚度可達4 500 m。環(huán)境的變化促使生活于該區(qū)域的大量海百合生物發(fā)生了順海洋環(huán)境改變遷移，新疆北部濱淺海（三角洲）環(huán)境非常適宜大量海百合生物的聚集。此外，廖衛(wèi)華等學者認為，西準噶爾（和布克賽爾）是上泥盆統(tǒng)弗拉斯階/法門階界線動物滅絕事件的避難所，幾乎未受到滅絕事件影響。額敏縣東北部喀拉也木勒一帶發(fā)現(xiàn)大量堆積、分選性好、純度高，分布雜亂無章，海百合莖化石碎片證實了上述觀點[21]。

早石炭世新疆北部地區(qū)處于碰撞間歇期伸展-殘留洋盆閉合階段、陸-陸碰撞的構造背景，總體以殘留小洋盆及島弧系為主的海相環(huán)境（圖5）。達拉布特-克拉美麗處于深海海溝相環(huán)境，沉積了一系列深海相細粒沉積，其北側的島弧帶發(fā)育火山巖、火山碎屑巖和海陸過渡相沉積，至北部阿爾曼太和吉木乃，屬弧后盆地深海相沉積環(huán)境。達拉布特-克拉美麗向南為海溝向陸一側的淺海三角洲、瀉湖及陸相火山巖沉積建造，形成自南向北的溝-弧-盆構造系。晚石炭世新疆北部地區(qū)表現(xiàn)為北部陸相為主、南部海相為主的特征，構造環(huán)境為古亞洲洋最終閉合之后，板塊邊界相互作用形成一系列裂陷槽、裂谷及陸緣坳陷。

4" 優(yōu)選及勘查建議

基于前文研究，海相烴源巖評價中等-好的層位可初步作為頁巖氣有利目標層位，主要有特瑞愛肯組、西大山組、玉爾吐斯組、黑土凹組、薩爾干組、庫魯木迪組、塔爾巴哈臺組、江孜爾庫都克組、姜巴斯套組、太勒古拉組、阿克沙克組等。另外，本文已收集了幾個含氣層位含氣量數(shù)據(jù)，如2016年喬錦琪通過等溫吸附模擬得到薩爾干組露頭泥頁巖樣品吸附氣量為1.55～3.14 m3/t。2021年龔訓研究得到西大山組泥頁巖含氣量為2.89 m3/t。2021年史美超研究得到塔城盆地西南姜巴斯套組含氣量0.013～0.092 m3/t，和什托洛蓋盆地太勒古拉組的含氣量1.02～1.30 m3/t，溫泉坳陷區(qū)阿克沙克組含氣量為0.14 m3/t。

頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選工作中，需從有機碳含量、泥頁巖層厚度及埋藏深度、有機質成熟度等因素綜合評價。據(jù)中國地質調查局2021年《頁巖氣資源調查評價技術要求》，頁巖氣遠景區(qū)和有利區(qū)優(yōu)選參考標準主要包括以下4個方面：①海相或陸相富有機質層段連續(xù)厚度應大于15 m，海陸交互相富有機質頁巖層段連續(xù)厚度應大于20 m；②海相、陸相及海陸交互相頁巖有機碳含量大于或等于1.0%；③鏡質體反射率為0.5%～3.5%；④埋深小于6 000 m。

初步優(yōu)選頁巖氣有利區(qū)6個：①庫魯克塔格地區(qū)南華—奧陶系頁巖氣有利區(qū)，主要層位為特瑞愛肯組、水泉組、西大山組、黑土凹組、薩爾干組等；②阿克蘇-柯坪一帶寒武—奧陶系深層頁巖氣有利區(qū)，柯坪隆起作為塔里木西部古生界大面積露頭區(qū)，為頁巖烴源巖層位發(fā)育的典型代表地區(qū)，目標層位主要為玉爾吐斯組、黑土凹組、薩爾干組等；③新疆北部托里縣克孜勒科協(xié)、額敏縣馬熱勒蘇有利區(qū)，目標層位泥盆系庫魯木迪組；④新疆北部庫吉凹陷有利區(qū)，目標層位石炭系姜巴斯套組；⑤和什托洛蓋盆地東北部有利區(qū)，目標層位石炭系太勒古拉組；⑥博樂盆地溫泉坳陷區(qū)有利區(qū)，目標層位石炭系阿克沙克組。

5" 結論

（1） 通過統(tǒng)計新疆27套海相烴源巖分布特征和有機地球化學參數(shù)，發(fā)現(xiàn)新疆海相烴源巖有機質類型以Ⅰ型和Ⅱ型為主，次為Ⅲ型；有機碳含量（TOC）平均值多大于1.0%；成熟度多為高成熟-過成熟階段，處于生烴有利階段；沉積環(huán)境多為深海-半深?；驗I淺海環(huán)境。參照海相碳酸鹽巖烴源巖標準，中等-好烴源巖17個，總體評價較好。

（2） 新疆海相頁巖氣發(fā)育有利層位主要有南華系特瑞愛肯組、下寒武統(tǒng)西大山組和玉爾吐斯組、中奧陶統(tǒng)黑土凹組和薩爾干組、中泥盆統(tǒng)庫魯木迪組、下石炭統(tǒng)姜巴斯套組和阿克沙克組及上石炭統(tǒng)太勒古拉組等。結合含氣量數(shù)據(jù)，初步優(yōu)選頁巖氣有利區(qū)6個，為新疆頁巖氣勘查提供建議。

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Marine Source Rock Characteristics and Optimal

Selection of Shale Gas Areas in Xinjiang

Wu Erna1， Wang Junliang1， Kuerbanjiang·Sidik2

（1.Xinjiang Geological Survey Institute，Urumqi，Xinjiang，830000，China;2.Geophysical and

Geochemical Exploration Brigade，Bureau of Geological and Mineral Exploration and

Development of Xinjiang，Changji，Xinjiang，831100，China）

Abstract： Organic matter rich Marine source rocks are developed in Xinjiang， which are mainly distributed in Tarim Basin， Junggar Basin， Yili Basin and small and medium-sized basins in northern Xinjiang. In this paper， 27 Marine source rocks of Nanhua system， Sinian system， Cambrian system， Ordovician system， Devonian system and Carboniferous system are counted. The characteristics of spatial and temporal distribution， thickness， organic matter type， maturity and gas content were analyzed. The geological background， sedimentary environment characteristics and forming conditions of the 27Marine source rocks are preliminarily analyzed. According to the standard of Marine source rocks， most of them belong to effective to high quality source rocks. On the basis of the above work， some shale gas prospect areas and favorable areas are preliminously selected to provide exploration suggestions for the next step of shale gas exploration in Xinjiang.

Key words： Xinjiang; Source rock; Shale gas; Advantage area