準噶爾盆地阜康斷裂帶上盤二疊系蘆草溝組頁巖油地質特征及勘探潛力

劉海磊，朱永才，劉龍松，尹 鶴，王學勇，杜小弟

（1.中國石油新疆油田公司勘探開發研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京 100029）

0 引言

通過對準噶爾盆地阜康斷裂帶上盤二疊系蘆草溝組露頭和鉆井取心樣品進行分析，從巖石學、礦物學、地球化學等方面對烴源巖質量、古沉積環境演化以及油氣勘探開發潛力等進行綜合評價，以期為該區蘆草溝組頁巖油氣勘探提供依據。

1 地質概況

準噶爾盆地阜康斷裂帶位于新疆北天山山脈的博格達山前，為盆地南緣沖斷帶的二級構造帶，是由多個褶皺和斷裂組成的復雜構造帶。區域內發育一系列近東西走向的斷裂，既有區域性斷裂，也有層系間的中小斷裂，基本為南傾逆斷裂，多沿博格達山北緣呈北凸弧形展布。在褶皺帶發育的阜康斷裂是一條形成時間早，且晚期還在活動的區域性大型逆沖推覆斷裂，延伸長度大于40 km，推覆距離為15～20 km，走勢基本與博格達山平行，斷面呈上陡下緩狀，地表最大傾角為45°（圖1a）。研究區阜康斷裂帶上盤地質剖面及多口鉆井資料揭示，區域內自下而上發育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系及第四系，以二疊系、三疊系和侏羅系分布最廣，烴源巖主要發育在中二疊統蘆草溝組。蘆草溝組深度為3 000～4 000 m，厚度為200～600 m，按巖性的差異自下而上可劃分為蘆一段和蘆二段，2 段均發育泥巖、白云巖、粉砂質泥巖、凝灰質白云巖和沉凝灰巖，但各段的巖性比例存在一定差異，粉砂巖僅在蘆一段發育，泥質白云巖僅在蘆二段發育。整體而言，蘆一段儲層更為發育，蘆二段烴源巖更為發育（圖1b）。

圖1 準噶爾盆地阜康斷裂帶構造單元劃分（a）及二疊系蘆草溝組巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Structural units of Fukang fault zone（a）and stratigraphic column of Permian Lucaogou Formation（b）in Junggar Basin

受海西、燕山、喜馬拉雅等多期次構造運動疊加影響，阜康斷裂帶內構造變形及油氣成藏過程極為復雜［26-30］。古生界—中生界，博格達山經歷了一系列急劇抬升，造成斷裂帶上盤地層擠壓變形，而阜康斷裂以北的凹陷區構造運動相對較弱，形成了逆沖帶［31-33］，最終形成了南北向呈疊瓦沖斷-階梯抬升的三排構造，即北部高陡帶、中部鼻隆帶以及南部斷褶帶。南部斷褶帶和北部高陡帶局部地區二疊系和三疊系裸露地表，而中部鼻隆帶在二疊系和三疊系沉積時并未遭到大程度的破壞［34］，在深部廣泛發育蘆草溝組厚層深灰色泥頁巖、云質泥巖、油頁巖［35-37］（圖2）。

2 蘆草溝組頁巖特征

2.1 巖性特征

準噶爾盆地阜康斷裂帶二疊系蘆草溝組野外露頭顯示：組內發育水平層系，層系間距小；灰黑色、黑色泥頁巖發育，多呈帶狀集中分布，東西向總長度約143 km，寬約10 km，厚度為200～600 m，可見水下扇扇中水道間灰黑色油頁巖、書頁狀油頁巖；局部發育灰褐色粉—細砂巖、粉砂質泥巖，大多呈條帶狀夾在頁巖或泥巖中，受外部物源供給和距離物源的遠近影響，含砂質條帶的厚度和層數有差異，在一些相對較厚的砂質條帶中可見小型流水沙紋層理，可見水下扇扇中水道薄層粉—細砂巖或泥質粉砂巖（圖3）。

對研究區大龍口剖面及典型井BD1 井蘆草溝組32 個樣品進行鏡下薄片觀察（圖4）發現：①蘆草溝組發育砂巖、泥頁巖、碳酸鹽巖等多種巖性，發育碳酸鹽巖與泥頁巖互層，可見明顯的石英和長石顆粒，有機質發育，碳酸鹽巖夾層中可見瀝青、油跡。②相較野外剖面，BD1 井的巖心中瀝青及碳酸鹽巖互層更明顯；碳酸鹽巖的厚度更小，單層厚度多為10～20 m，而剖面中碳酸鹽巖厚度為30～50 m；油井巖心中砂巖的分選性也更好。分析認為二者的差異可能是沉積水體變化和構造抬升所致。

圖4 準噶爾盆地阜康斷裂帶大龍口剖面和BD1 井二疊系蘆草溝組巖石礦物學特征Fig.4 Petrology and mineralogy of Permian Lucaogou Formation of Dalongkou profile and well BD 1 in Fukang fault zone，Junggar Basin

2.2 古環境

無機元素在指示古氣候、古環境方面具有較高的敏感性，可以指示古水體和古氣候環境。

我們基本兌現了“一卷《星火》在手，洞悉全國文壇”的承諾，也一直在踐行新人與名家并重、本省作者和外省作者兼顧的選稿方略。

（1）古水體

研究區蘆草溝組典型剖面Sr/Ba 值多為1.0～5.0，指示咸水沉積環境，少部分樣品的Sr/Ba 值為0.5～1.0，指示半咸水古水體環境［31］。對8 個樣品進行β-胡蘿卜烷指數分析，其中6 個樣品β-胡蘿卜烷指數小于1，指示淡水—微咸水的沉積環境，僅2個樣品大于10，指示較高鹽度的水體環境［38］。

伽馬蠟烷常用來表征水體分層的特征，Haven等［39］認為這可能是四膜蟲醇被還原后的產物。鹽湖或咸化湖通常含有鹽類物質，一些溶于水體的物質在重力作用下會沉降到水體底部，由于密度的差異造成水體分層，而分層界面一般情況下會生長食菌的纖毛蟲，這種生物死亡后體內的四膜蟲醇在后期沉積成巖過程中形成伽馬蠟烷這一生物標志化合物［40］。同時，水體分層往往意味著水體具有較高的還原性和鹽度，因此伽馬蠟烷的豐度可用來作為揭示水體鹽度的指標［41］。研究區伽馬蠟烷的豐度為0.15～0.30，指示微咸水環境（圖5a）。綜合分析認為阜康斷裂帶上盤沉積于微咸水—咸水環境。

圖5 準噶爾盆地阜康斷裂帶沉積環境β-胡蘿卜烷指數（a）以及伽馬蠟烷指數Ph/nC18和Pr/nC17（b）分布特征Fig.5 β-carotane（a）and gammacerane Ph/nC18and Pr/nC17（b）of depositional environment in Fukang fault zone，Junggar Basin

（2）古氣候

研究區蘆草溝組典型剖面的Sr/Cu 值多為10～80，指示干熱環境，少部分樣品的Sr/Cu＜10，指示溫濕氣候［33］。姥鮫烷與相鄰的正構烷烴C17比值（Pr/nC17）、植烷與相鄰的正構烷烴C18比值（Ph/nC18）也可以用于對沉積環境的判別［41］。對研究區8 個樣品進行分析，6 個樣品的Pr/nC17和Ph/nC18值為1.0～10.0，指示混合相沉積環境，僅2 個樣品的Pr/nC17和Ph/nC18值為0.1～1.0，指示湖相沉積環境，整體表現出湖相-混合相分布特征（圖5b），而湖相就是相對溫濕的氣候，而當氣候較為干旱時，蒸發量增加，會從湖相向混合相轉換。綜合分析認為研究區古氣候以干熱為主，間歇性出現溫濕氣候。

（3）古環境

研究區蘆草溝組沉積時期，博格達山脈尚未形成，整體屬于半深湖—深湖相（圖6a）。該套烴源巖受構造改造影響較大，在早—中二疊世處于裂谷盆地演化階段，晚二疊世—三疊紀處于擠壓撓曲盆地演化階段，早—中侏羅世處于伸展坳陷盆地演化階段，中侏羅世—新近紀處于前陸盆地演化階段，新近紀—第四紀處于再生前陸盆地演化階段，經歷了復雜的構造改造運動形成現今南北陡峭，中部平緩的構造格局（圖6b）［42］。與博格達山西側（紅雁池和妖魔山地區）相比，博格達山北麓蘆草溝組位于湖相沉積的中心區域，其物源補充和有機質保存條件都更好，烴源巖發育規模也更大。

圖6 準噶爾盆地阜康斷裂帶古環境二疊系蘆草溝組（a）—現今演化（b）Fig.6 Evolution of paleoenvironment from Permian Lucaogou Formation（a）to present（b）in Fukang fault zone，Junggar Basin

2.3 烴源巖評價與分布

2.3.1 烴源巖評價

較高的有機質豐度是烴源巖生烴的物質根本，有機質豐度在烴源巖質量和資源潛力評價中尤為重要［43-45］。以總有機碳含量（TOC）、生烴潛量（游離烴含量S1+熱解烴含量S2）以及氯仿瀝青“A”含量等3 個指標評價研究區6 條二疊系蘆草溝組烴源巖露頭的有機質豐度，其中博格達山西側露頭2條，分別為紅雁池露頭和妖魔山露頭；博格達山北麓露頭4 條，分別為白楊溝、西大龍口、小龍口以及奇臺莊露頭（表1）。

表1 準噶爾盆地博格達山前野外露頭二疊系蘆草溝組烴源巖潛力評價Table 1 Generation potential of source rocks of Permian Lucaogou Formation in the field outcrops in the Bogda piedmont，Junggar Basin

6 條烴源巖露頭的平均TOC值為4.51%，其中博格達山西側不同剖面烴源巖的TOC值差異較大，紅雁池和妖魔山烴源巖的TOC值分別為1.87%和7.67%；博格達山北麓不同剖面烴源巖的TOC值較接近，為3.01%～5.45%，普遍高于4.00%，是優質烴源巖［38，46-47］（表1）。研究區平均生烴潛量（S1+S2）與TOC呈明顯正相關關系。博格達山西側紅雁池和妖魔山烴源巖生烴潛量分別為3.14 mg/g 和41.00 mg/g；博格達山北麓奇臺莊剖面的生烴潛量為5.90 mg/g，其余剖面生烴潛量相當，為20.80～23.00 mg/g，為優質烴源巖（圖7a）。氯仿瀝青“A”指示烴源巖中的可溶有機質含量，氯仿瀝青“A”含量較高指示較高的S1值，表明具有頁巖油氣潛力。研究區6 條烴源巖露頭中氯仿瀝青“A”含量為（90～3 000）×10-6，博格達山北麓露頭氯仿瀝青“A”含量更高，白楊溝、奇臺莊和小龍口的氯仿瀝青“A”含量都高于1 200×10-6，最高為奇臺莊露頭烴源巖，達3 000×10-6（圖7b，表1），與吉木薩爾凹陷頁巖油區烴源巖含量相當［42］，具有較高的頁巖油氣潛力。

圖7 準噶爾盆地阜康斷裂帶二疊系蘆草溝組露頭烴源巖評價Fig.7 Evaluation of outcrop source rocks of Permian Lucaogou Formation in Fukang fault zone，Junggar Basin

研究區露頭烴源巖干酪根顯微組分分析顯示均為腐泥組，有機質類型以Ⅱ1和Ⅰ型為主，成熟度跨度較大，Ro為0.74%～1.28%，處于成熟—高成熟階段（表1）。綜合以上分析認為該套露頭烴源巖為有效烴源巖，達到了生排烴的門限，其中博格達山北麓烴源巖質量比西側更好，頁巖油潛力更大。

2.3.2 烴源巖分布

自博格達山前至凹陷區烴源巖厚度逐漸變小，阜康斷裂帶是蘆草溝組的沉積中心，烴源巖厚度大，博格達山北麓烴源巖厚度為200～600 m，西側厚度為100～400 m（圖8）。

圖8 準噶爾盆地博格達山周緣二疊系蘆草溝組烴源巖厚度分布Fig.8 Thickness contour of source rocks of Permian Lucaogou Formation in the periphery of Bogda Mountain，Junggar Basin

結合博格達山前露頭的烴源巖評價以及古環境演化分析可初步斷定，博格達山北麓頁巖油的勘探開發潛力更大。對該區域內3 口典型井實鉆取心測試也證實烴源巖質量較好（圖9）：①XJC1 井蘆草溝組烴源巖具有明顯的砂泥互層特征，含油氣性主要為熒光級，平均TOC值為1.46%，平均Tmax值為474 ℃，有機質類型為Ⅱ2和Ⅲ型，平均生烴潛量S1+S2為2.16 mg/g，為高成熟中等—好烴源巖。②ZY4井鉆遇蘆草溝組厚度543.50 m，巖性為灰色—灰黑色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖及頁巖，單層烴源巖厚度為0.74～22.00 m，共有32 段，累計厚度為204.20 m，TOC值為0.51%～1.97%，平均為0.92%，含油氣性顯示較XJC1 井更好，含油級別主要為油斑級。③Q1 井在蘆草溝組鉆遇478.00 m 厚層泥巖，泥巖夾層中伴有粉砂巖，見油斑顯示，TOC值為2.15%～7.03%，平均為4.48%，Ro為0.81%～0.92%，平均為0.86%，有機質類型為Ⅰ，Ⅱ1型，平均生烴潛量S1+S2大于29.00 mg/g，為成熟優質烴源巖。此外，取心樣品中還富含殼質組分，母質以水生浮游綠藻類為主，為頁巖油的系統形成提供了必要的物質條件。綜上所述，研究區烴源巖廣泛發育，厚度和規模均較大，具備勘探開發潛力，其中博格達山北麓蘆草溝組烴源巖沉積厚度最大、含油性好，為優質烴源巖，是區內頁巖油開發的最有利區塊。

圖9 準噶爾盆地阜康斷裂帶二疊系蘆草溝組烴源巖巖性柱狀圖Fig.9 Stratigraphic column of source rocks of Permian Lucaogou Formation in Fukang fault zone，Junggar Basin

3 成藏機理

3.1 構造控制油藏分布

準噶爾盆地阜康斷裂帶二疊系蘆草溝組油氣成藏主要受控于構造作用［48-49］，斷裂斷層也有效進行了控藏。由于蘆草溝組沉積時期博格達山變形強度“西強東弱”，因此整體而言，博格達山東北側發育的蘆草溝組烴源巖具有較好的保存環境，有利于形成優質烴源巖，而博格達山西部地層發育相對較陡，不利于油氣藏的保存。博格達山北側可劃分為南部斷褶帶、中部鼻隆帶以及北部高陡帶3 個大區塊。其中，南部斷褶帶和北部高陡帶分別與博格達山、吉木薩爾凹陷相鄰，地層發育相對較陡，地層傾角最大可達80°，地層普遍出露地表，破碎較嚴重，油藏也多遭破壞。相比之下，中部鼻隆帶構造相對穩定，發育多個背斜高點，構造背景更好，更有利于油氣保存（圖10）。

目前研究區鉆井主要集中在北部高陡帶，結合實鉆資料分析，該區域油氣顯示較活躍，但均以稠油為主，如區內東南部BC1 井巖心見瀝青及重質油，原油密度為0.91～0.93 g/cm3，油質偏重，飽和烴色譜基線漂移，表明原油遭受過輕微降解作用［26］（圖11）；區域西北部T44 井取心獲油浸級巖心，巖心含油面積100%，油質稠。研究區西北部T35 井取心獲油跡級巖心，微細裂縫發育，斷面被黑褐色稠油浸染。中部鼻隆帶XJC1 井蘆草溝組試油獲高熟輕質油氣，原油密度0.82 g/cm3，累產氣高于10×104m3（據中國地質調查局資料）。

圖11 準噶爾盆地阜康斷裂帶BC1 井二疊系蘆草溝組烴源巖生物標志物特征Fig.11 Biomarker compositions of source rocks of Permian Lucaogou Formation of well BC1 in Fukang fault zone，Junggar Basin

3.2 油藏特征

（1）自生自儲

研究區蘆草溝組在地震剖面上呈現泥頁巖與周緣碳酸鹽巖脆性礦物源儲一體的組合特征（圖12），油氣源對比也發現了該區蘆草溝組油氣自生自儲。泥頁巖有機質母質來源以水生浮游綠藻類為主，沉積環境主要為還原環境，有利于有機質的保存和油氣的生成，油產率高、生烴效率高，生成的油氣滲透到碳酸鹽巖夾層，形成了源儲一體的油氣系統。

圖12 準噶爾盆地阜康斷裂帶上盤過XJC1—BC1 井地震剖面（剖面位置見圖10）Fig.12 Seismic section across wells XJC1 to BC1 in the hanging wall of Fukang fault zone，Junggar Basin

（2）多期充注

對研究區典型油氣藏進行解剖，發現至少存在2 期成藏的證據。北部高陡帶JZK1 井不同樣品的流體包裹體溫度分別為55～65 ℃，85～95 ℃，100～110 ℃，且包裹體顏色為黃綠、藍綠熒光，表現為多期成藏的特征。在中部鼻隆帶ZY4 井的巖心中發現稠油及輕質油氣，證實有早期和晚期原油充注。結合鉆井及生烴演化模擬，北部高陡帶和南部斷裂帶以早期生烴為主，晚期生烴停滯，而中部鼻隆帶構造穩定，地層埋深較大，以二次生烴為主，目前已過了大量生油、排油期，達到生氣階段。

綜合分析認為，中部鼻隆帶東南部3 口井均發育優質烴源巖，而其西北部圈閉更大，可能為頁巖油勘探的新“甜點”區，有待進一步布井完善及深化研究。

4 結論

（1）準噶爾盆地阜康斷裂帶蘆草溝組廣泛發育，規模大，以油頁巖為主，發育碳酸鹽巖與泥頁巖互層，碳酸鹽巖夾層中可見瀝青、油跡，探井巖心比野外剖面的瀝青和碳酸鹽巖互層更明顯，碳酸鹽巖的厚度更小。優質烴源巖和油氣藏集中發育在中部鼻隆帶。

（2）富康斷裂帶蘆草溝組沉積于干旱炎熱的環境，水體鹽度為微咸水—咸水。博格達山北麓蘆草溝組沉積時期位于湖相沉積中心區域，有更好的物源，有機質條件及保存環境更為優越。

（3）富康斷裂帶蘆草溝組烴源巖發育，有機質豐度高，成熟度較高，主要為Ⅰ和Ⅱ1型，生烴潛力大，為成熟優質烴源巖；其中博格達山北麓比西側烴源巖發育規模更大，成熟度更高，是區域內最有利的頁巖油氣勘探區。

（4）阜康斷裂帶蘆草溝組油藏受控于圈閉和斷層，北部高陡帶油藏多出露地表，遭受破壞，以稠油為主，中部鼻隆帶構造穩定，有利于油氣的保存，發育8處圈閉；中部鼻隆帶的油藏表現出自生自儲、多期充注的特征，區域內東南部為頁巖油勘探的“甜點”區。