準(zhǔn)噶爾盆地南緣博格達(dá)山前帶二疊系蘆草溝組油氣源分析和勘探潛力

張 林，張 敏，高永進(jìn)，孫相燦，白忠凱，楊有星，陳 夷，文 磊

(1.長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100029；3.中國地質(zhì)調(diào)查局海口海洋地質(zhì)調(diào)查中心，海南 海口 571127)

0 引 言

多年來，學(xué)者們對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣地區(qū)石油地質(zhì)特征進(jìn)行了大量的研究，指出了含油氣遠(yuǎn)景區(qū)[1-3]，研究了整個(gè)區(qū)域不同層位的原油地球化學(xué)特征，分析了油氣來源、分布規(guī)律、含油氣系統(tǒng)和油氣成藏條件[4-9]，也證實(shí)了準(zhǔn)噶爾盆地南緣發(fā)育多套含油氣層系，具有豐富的油氣資源，至今已陸續(xù)開發(fā)多個(gè)大中型油氣田[10-18]。2013—2018年，中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心在準(zhǔn)南博格達(dá)山前構(gòu)造帶區(qū)域的鉆井獲得了油氣發(fā)現(xiàn)。而后，學(xué)者們對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地博格達(dá)山前帶中二疊統(tǒng)蘆草溝組開展了包括構(gòu)造樣式、沉積地層特征、烴源巖地球化學(xué)特征、儲(chǔ)集性能等一系列研究和攻關(guān)，也取得了一定的成果[19-24]。但至今未能有效指導(dǎo)油氣突破，主要原因是缺乏深鉆及油氣樣品，導(dǎo)致博格達(dá)山前帶區(qū)域的油氣特征描述，及與相鄰構(gòu)造帶間烴源巖、油氣地球化學(xué)特征的綜合對(duì)比研究較為薄弱。隨著油氣勘探難度加大，油氣產(chǎn)量增速緩慢，對(duì)山前帶的研究成為油氣勘探的新熱點(diǎn)。本文系統(tǒng)采集博格達(dá)山前帶突破井新吉參1井、博參1井蘆草溝組烴源巖、原油樣品與鄰區(qū)主要油氣田進(jìn)行油-油對(duì)比和油-巖對(duì)比，并在縱向上與上下伏地層進(jìn)行對(duì)比分析，平面上與鄰區(qū)主要油氣產(chǎn)區(qū)來自不同層位的原油進(jìn)行綜合對(duì)比，為厘清研究區(qū)油氣來源和指導(dǎo)下一步山前帶的油氣勘探提供支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣博格達(dá)山周緣，包括北緣阜康斷裂帶和南緣柴窩堡凹陷兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，位于準(zhǔn)噶爾盆地準(zhǔn)南沖斷帶東段。相對(duì)于西部的準(zhǔn)南沖斷帶中西段、東北部的吉木薩爾凹陷和北部的北三臺(tái)地區(qū)，阜康斷裂帶和柴窩堡凹陷由于博格達(dá)山的隆升分割，構(gòu)造演化和油氣成藏過程更加復(fù)雜[25]，是北疆油氣勘探久攻不克的地區(qū)。

1.1 構(gòu)造特征

研究區(qū)構(gòu)造條件復(fù)雜，通過野外地質(zhì)考察和地震剖面精細(xì)解釋，細(xì)分了構(gòu)造單元，建立了博格達(dá)山周緣10種沖斷構(gòu)造變形樣式，將阜康斷裂帶劃分為泉子街向斜帶、大黃山逆掩帶和米泉背斜帶3個(gè)亞二級(jí)構(gòu)造單元，將柴窩堡凹陷細(xì)分為博南推覆帶、達(dá)坂城次凹、永豐次凹和三葛莊次凸4個(gè)亞二級(jí)構(gòu)造單元。

準(zhǔn)南沖斷帶位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，構(gòu)造變形特征主要表現(xiàn)為東西分段、南北分帶和垂向分層性。東西方向可分為東、中、西三段，南北方向由背斜帶和向斜帶相間排列而成。博格達(dá)山周緣即準(zhǔn)南沖斷帶東段，包括阜康斷裂帶和柴窩堡凹陷，分別位于博格達(dá)山北緣和南緣，且發(fā)育眾多的逆沖斷層，在阜康斷裂帶形成了典型的疊瓦狀沖斷構(gòu)造，在柴窩堡凹陷形成了典型的對(duì)沖構(gòu)造變形樣式(圖1)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨捌拭嫖恢脠D

阜康斷裂帶位于博格達(dá)山北緣，主要發(fā)育疊瓦狀構(gòu)造、沖起構(gòu)造、滑脫構(gòu)造、堆垛背斜構(gòu)造、斷層傳播-滑脫混生褶皺、復(fù)合楔狀構(gòu)造、斷層轉(zhuǎn)折-傳播混生褶皺、斷層轉(zhuǎn)折-滑脫混生褶皺等構(gòu)造變形樣式。根據(jù)構(gòu)造變形樣式和地層、斷層、褶皺樞紐走向等的不同，進(jìn)一步將阜康斷裂帶自東向西細(xì)分為泉子街向斜帶、大黃山逆掩帶和米泉-阜康背斜帶三段。

1.2 沉積特征

中上二疊統(tǒng)沉積期，博格達(dá)山尚未隆升，主要發(fā)育南部依林黑比爾根山前的扇三角洲體系和北部五彩灣凹陷的辮狀河三角洲體系。從露頭上來看，博格達(dá)山北緣沖斷帶蘆草溝組露頭發(fā)育。東小龍口、東大龍口、泉子街、小龍口、大龍口、葛家溝等剖面均顯示蘆草溝組下段為白云巖與油頁巖互層的層序，總體屬于半深湖-淺湖亞相。蘆草溝組上段均為油頁巖夾碳酸鹽巖透鏡體的序列，屬于半深湖-深湖亞相。在柴窩堡凹陷小平槽溝剖面下段見有棕褐色礫巖夾泥巖，具有扇三角洲平原沉積特征；蘆草溝組上段發(fā)育泥巖夾粉砂巖和少量灰?guī)r與砂礫巖，屬于扇三角洲前緣沉積。

從巖芯和測(cè)井資料來看，新吉參1井第07回次取芯整體表現(xiàn)為中下部為灰色細(xì)砂巖夾灰黑色頁巖。細(xì)砂巖多為槽狀交錯(cuò)層理和變形層理，反粒序；測(cè)井曲線呈倒鐘形。上部為灰色細(xì)砂巖與黑色頁巖互層，砂巖具有沖刷面和槽狀交錯(cuò)層理，正粒序。整個(gè)回次中下部屬于扇三角洲前緣亞相遠(yuǎn)端壩和前緣泥以及頂部的前扇三角洲泥夾水下分流河道末梢。新吉參1井第11回次取芯整體表現(xiàn)：中-下部為灰色細(xì)-中砂巖，多為反粒序，頂部可見細(xì)礫。測(cè)井曲線構(gòu)成倒圣誕樹形。上部為灰黑色泥巖夾灰色粉砂巖條帶或薄層。整個(gè)回次屬扇三角洲前緣遠(yuǎn)端壩-半深湖泥沉積(圖2)。

圖2 新吉參1井第11回次巖芯綜合柱狀圖

2 油氣地球化學(xué)特征

采集研究區(qū)新吉參1井、博參1井二疊系蘆草溝組4個(gè)天然氣樣、4個(gè)油樣、鄰區(qū)14口井(成1井、北81井、北91井、彩55井、喀拉1井、臺(tái)62井、吉30井、吉南5井、齊8井、卡11井、吉251-H井、阜5井、西參2井、吐谷2井)原油樣、新吉參1井蘆草溝組14個(gè)烴源巖及相鄰的同一構(gòu)造帶的博參1井10個(gè)烴源巖進(jìn)行了地球化學(xué)分析測(cè)試，取樣位置如圖3所示。

圖3 研究區(qū)周緣主要油氣井及鉆井分布簡圖

研究區(qū)二疊系蘆草溝組烴源巖廣泛分布且厚度較大，新吉參1井鉆揭蘆草溝組烴源巖厚度為410 m，烴源巖的TOC含量平均值為1.03%，最高為5.45%，氯仿瀝青“A”含量平均為0.05%，最高為0.16%，PG值平均為1.17 mg/g，最高為5.35 mg/g，烴源巖類型以Ⅰ-Ⅱ1為主，鏡質(zhì)體反射率(Ro)分布在1.31～1.83之間，平均為1.71，總體為一套類型較好，有機(jī)質(zhì)豐度高，成熟-高成熟的烴源巖。

新吉參1井天然氣相對(duì)密度0.746，組成上甲烷含量平均為73%，乙烷含量為8.62%；甲烷碳同位素為-41.86‰，乙烷碳同位素為-31.28‰，丙烷碳同位素為-28.78‰。新吉參1井原油密度平均為0.81 g/cm3。50 ℃黏度為1.91 mPa·s，凝固點(diǎn)-6.0 ℃，含蠟1.15%，為輕質(zhì)、低黏油。油質(zhì)較博參1井原油(0.91～0.93 g/cm3)以及吉木薩爾蘆草溝組原油(0.87～0.91 g/cm3)油質(zhì)要輕。從原油地化特征來看，新吉參1井蘆草溝組原油Pr/Ph偏大，為1.73；全油碳同位素偏重，為-28.24‰，較吉木薩爾蘆草溝組原油(Pr/Ph為1～1.6、同位素為-32～-30‰)姥植比大、碳同位素重的特點(diǎn)。相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)見表1和表2。

表1 研究區(qū)原油地球化學(xué)參數(shù)表

續(xù)表1

表2 研究區(qū)天然氣地球化學(xué)參數(shù)表

3 油氣源對(duì)比

3.1 新吉參1井天然氣氣源對(duì)比

從測(cè)試分析結(jié)果來看，新吉參1井天然氣干燥系數(shù)為0.85，為濕氣；甲烷、乙烷碳同位素偏輕，具有明顯的偏腐泥型烴源巖的特征。 與區(qū)域上石炭系、侏羅系腐殖型天然氣具有明顯差異(圖4和圖5)。

圖4 新吉參1井天然氣組份碳同位素分布圖

圖5 新吉參1井天然氣甲烷、乙烷碳同位素分布圖

3.2 油源對(duì)比

1) 油-油對(duì)比。新吉參1井原油生物標(biāo)志物特征顯著：①C27-、C28-、C2920R規(guī)則甾烷呈近線型分布(圖6)，C27-規(guī)則甾烷含量相對(duì)較低，C29規(guī)則甾烷含量相對(duì)較高，反映陸相生源輸入特征；②原油中孕甾烷系列含量相對(duì)較低，但萜類中三環(huán)萜烷系列含量相對(duì)較高，C19、C20、C21、C22三萜烷相對(duì)豐度呈先增高后降的趨勢(shì)；③升藿烷系列含量相對(duì)較低，指示細(xì)菌類微生物生源輸入相對(duì)較少(不排除一定程度的熱作用影響)；④原油中伽馬蠟烷含量總體不高，但清晰可測(cè)，與C31藿烷22S構(gòu)型相當(dāng)。從新吉參1井二疊系原油生物標(biāo)志物特征與周緣的北81井、喀拉1井、臺(tái)62井、吉30井、齊8井(儲(chǔ)層為三疊系、二疊系、侏羅系)等來源于二疊系烴源巖的原油生物標(biāo)志物特征相似，表明成因相似、油源都來自于二疊系。

圖6 新吉參1井原油及鄰區(qū)相似成因原油分布特征

與新吉參1井處于同一構(gòu)造帶的博參1井多個(gè)烴源巖層段的裂縫油(洗油所得)中的甾類生物標(biāo)志物分布總體與新吉參1井原油相近，但前者伽馬蠟烷含量稍高，反映母源水體咸度和/或水體分層現(xiàn)象更為明顯。

新吉參1井周緣還檢測(cè)到具有其他不同生物標(biāo)志物特征的原油：一類是以成1井、卡11井、吉251-H井、阜5井為代表性的原油(圖7)，此類原油C27-、C28-、C2920R規(guī)則甾烷呈反L型，盡管也具有C29-規(guī)則甾烷含量相對(duì)較高的特征，但重排甾烷、重排藿烷相對(duì)發(fā)育；C19～C22三環(huán)萜烷有降序分布的特征；伽馬蠟烷不太發(fā)育，上述特征顯著不同于新吉參1井原油，指示原油成因與油源不同。另一類是類似如西參2井、吐谷2井的原油，其規(guī)則甾烷近呈V字型分布。此外，部分原油熱裂解特征明顯(如彩551井、DX171井)，指示原油特征與成因的多相性。

圖7 新吉參1井周緣其他成因類型原油分布特征

以上分析表明，研究區(qū)及其周邊地區(qū)至少存在三種成因類型原油：第一類是新吉參1井等為代表性的原油(特征)，第二類是成1井、卡11井、吉251-H井、阜5井為代表性的原油，第三類是以吐谷2井為代表性的原油。

2) 油-巖對(duì)比。對(duì)博參1井和新吉參1井蘆草溝組為主的烴源巖進(jìn)行了相對(duì)密集取樣分析。結(jié)果表明，博參1井近千米的深灰色、灰黑色烴源巖生物標(biāo)志物組成與分布特征非常相似，其標(biāo)志性特征是：C27-、C28-、C2920R規(guī)則甾烷近呈線型分布，C27規(guī)則甾烷相對(duì)豐度低、C29-規(guī)則甾烷相對(duì)豐度高；升藿烷系列相對(duì)于C30藿烷豐度低、伽馬蠟烷豐度不高但清晰可測(cè)；C19～C22三環(huán)萜呈“先升后降”的趨勢(shì)。

新吉參1井2 912～4 677 m范圍內(nèi)的烴源巖熱演化程度有明顯的差異，4 080～4 235m層段的烴源巖中的生物標(biāo)志物有明顯的次生改造現(xiàn)象，而其上下兩端的烴源巖保留有相對(duì)完整的生物標(biāo)志物分布。對(duì)比表明，新吉參1井深部烴源巖(4 574～4 677 m)C27-、C28-、C2920R規(guī)則甾烷呈明顯的線型分布，只是C27-與C29-規(guī)則甾烷的相對(duì)豐度差異有所降低；相對(duì)淺層的烴源巖有一定程度的V型規(guī)則甾烷分布特征，反映母源巖性質(zhì)稍有變化。萜類化合物分布雖然受成熟度控制較為明顯(低分子量萜類降埋深增加而增加、五環(huán)三萜系列隨埋深增加熱降解作用增強(qiáng))，但仍可識(shí)別出先升后降的C19～C22三環(huán)三萜烷分布特征、相對(duì)較低豐度的升藿烷和伽馬蠟烷分布特征(圖8和圖9)。綜上所述，本次研究檢測(cè)到新吉參1井相對(duì)深層烴源巖(4 574～4 677 m)具有類似博參1井蘆草溝烴源巖的生物標(biāo)志物特征。

圖8 新吉參1井、博參1井烴源巖飽和烴m/z 217質(zhì)量色譜圖

圖9 新吉參1井、博參1井烴源巖飽和烴m/z 191質(zhì)量色譜圖

針對(duì)研究區(qū)的油-油、巖-巖、油-巖的初步對(duì)比分析，可選用以下生物標(biāo)示物指標(biāo)進(jìn)行有效的油源識(shí)別：①C27、C28、C29規(guī)則甾烷相對(duì)分布型態(tài)與相對(duì)豐度；②C19～C22-三環(huán)萜烷相對(duì)分布型態(tài)；③重排甾烷、重排藿烷相對(duì)含量；④升藿烷系列及伽馬蠟烷相對(duì)豐度；⑤姥植比(圖10)。

圖10 新吉參1井及鄰區(qū)原油、烴源巖生物標(biāo)志物參數(shù)對(duì)比

圖10 新吉參1井及鄰區(qū)原油、烴源巖生物標(biāo)志物參數(shù)對(duì)比

研究區(qū)蘆草溝組烴源巖及相關(guān)原油的顯著特征是：①C27-、C28-、C2920R規(guī)則甾烷呈斜線型，C27規(guī)則甾烷(顯著不太發(fā)育)相對(duì)豐度顯著低于C29規(guī)則甾烷；②C19～C22-三環(huán)萜烷呈“先升后降”趨勢(shì)；③一定成熟度程度范圍內(nèi)，重排甾烷、重排藿烷相對(duì)含量不高(因另一類原油顯著偏高)；④升藿烷系列及伽馬蠟烷相對(duì)豐度不高、伽馬蠟烷仍明顯可檢測(cè)；⑤Pr/Ph值一般為1～2。 綜合生甾萜類生物標(biāo)志物指紋、結(jié)合相關(guān)參數(shù)如重排甾烷/規(guī)則甾烷、C19/C20三環(huán)萜烷、伽馬蠟烷/C31藿烷、C27、C28、C29規(guī)則甾烷百分含量、Pr/Ph可識(shí)別出新吉參1井原油主要來自二疊系蘆草溝組烴源巖，且不同層段烴源巖與原油的飽和烴含量十分吻合，指示了新吉參1井、博參1井的油氣來自于二疊系蘆草溝組。

4 勘探潛力分析

準(zhǔn)噶爾盆地南緣二疊系蘆草溝組烴源巖呈區(qū)域分布，是一套重要的含油氣層系。[7,8,23]，研究區(qū)二疊系蘆草溝組原油生物標(biāo)志物特征與周緣的北81井、喀拉1井、臺(tái)62井、吉30井、齊8井(儲(chǔ)層為三疊系、二疊系、侏羅系)等來源于二疊系烴源巖的原油生物標(biāo)志物特征相似，表明具有相似的成因，油源都來自于二疊系。從烴源巖和原油地球化學(xué)特征來看，研究區(qū)二疊系蘆草溝組烴源巖不僅分布廣而且厚度大[25]，成熟度普遍較高，遠(yuǎn)高于吉木薩爾凹陷及南緣西部地區(qū)，反映烴源巖已進(jìn)入了成熟-高成熟階段，具備大量生產(chǎn)石油和天然氣的能力，新吉參1井、博參1井、新永地1井等鉆井陸續(xù)獲得油氣顯示也證實(shí)了研究區(qū)具備了油氣成藏能力，綜合認(rèn)為，研究區(qū)應(yīng)具有較強(qiáng)的勘探潛力。

5 結(jié) 論

1) 研究區(qū)新吉參1井原油為輕質(zhì)、低黏油。油質(zhì)較博參1井以及吉木薩爾凹陷蘆草溝組原油油質(zhì)要輕，系因?yàn)榭拷角皫щS著埋深增加成熟度升高導(dǎo)致。新吉參1井的天然氣甲烷含量為73%，屬于濕氣，甲烷碳同位素較輕，與周緣主要含油氣盆地不同層位的天然氣具有顯著差異，是自生自儲(chǔ)型天然氣。

2) 研究區(qū)及其周邊地區(qū)至少檢測(cè)出三種成因類型原油：第一類是以新吉參1井為代表性的原油，第二類是以成1井、卡11井、吉251-H井、阜5井為代表性的原油，第三類是以吐谷2井為代表性的原油。三類原油的地球化學(xué)特征上具有顯著差異。

3) 準(zhǔn)噶爾盆地南緣博格達(dá)山前帶具備良好的油氣成藏條件和油氣勘探潛力，二疊系蘆草溝組為主力產(chǎn)層，油氣多以自生自儲(chǔ)為主，具有較大的勘探前景。