准噶尔盆地南缘天然气地球化学与成因研究

孙平安, 卞保力, 袁云峰, 张兴雅, 曹 剑*

(1. 中国地质科学院 岩溶地质研究所, 国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室, 广西 桂林 541004; 2. 南京大学 地球科学与工程学院, 江苏 南京 210023; 3. 中国石油新疆油田公司 勘探开发研究院, 新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

准噶尔盆地是我国西部的一个典型大型叠合含油气盆地[1–3], 其南缘(准南)地区通常是指紧邻天山北部的山前地区, 面积约1600 km2[4–5]。准南天然气勘探长久以来深受关注, 原因主要有三, 一是区内独山子油田是我国发现和开发最早的油气田之一[6],泥火山常年有气泡(天然气)逸出[7], 暗示地下有天然气存在; 二是烃源岩研究表明, 区内可能存在从二叠系—古近系等 5套潜在烃源岩[7–12], 特别是发育了在我国西北, 乃至整个中亚地区都广泛存在的侏罗纪煤系[13], 属于潜在的优质气源岩, 加之二叠系—侏罗系在很多地区均已进入高—过成熟演化阶段[11], 因此天然气成藏前景看好; 三是在与研究区隔天山相望的库车坳陷, 天然气勘探取得了巨大成功, 发现了我国迄今为止最大的陆相气田(库车气田)[14], 而鉴于天山南北具有相似的天然气成藏地质背景[15], 因此理论而言, 准南地区的天然气勘探也应具有良好前景。

然而, 根据盆地最近一轮的第三次资源评价结果, 准南地区的天然气勘探结果却与预期相去甚远,探明率仅有2.4%[16], 这一方面说明天然气的勘探依然有很大前景, 另一方面也说明天然气成藏过程和分布规律的复杂性, 限制了勘探部署与成效。其中,天然气的来源与成因是一个重要方面。传统观点认为,研究区内的天然气成因主要以侏罗纪煤系为主[17–21],但鉴于区内尚有其他多套潜在烃源岩系[7–12], 因此是否有其他来源与成因天然气并不很清楚。

考虑到前人研究大多是在单个油气藏发现后针对个体的解剖, 相互之间对比不多, 这可能是导致天然气成因认识存在不确定性的一个重要原因, 故本文拟通过系统的天然气地球化学分析, 包括组分、烷烃系列碳同位素、轻烃等, 结合地质地球化学背景, 加强不同地区之间的相互对比, 对研究区的天然气进行成因分类与气源分析, 在此基础上讨论分布规律, 期望研究结果可为区域油气勘探提供参考信息, 而且鉴于研究区属于我国中西部的一个典型前陆盆地, 因此研究结果还可供具有相似地质背景地区在进行天然气勘探和研究时类比参考。

1 地质背景

准噶尔盆地位于我国西北边陲, 周缘为山系环绕, 其中, 西北界为扎伊尔山和哈拉阿拉特山, 东北界为青格里底山和克拉美丽山, 南界为伊林黑比尔根山和博格达山, 总面积13.4万km2。在区域大地构造位置上, 盆地位于准噶尔地块核心稳定区, 处于哈萨克斯坦、西伯利亚和塔里木古地块交汇处[16]。盆地可划分为 6个一级构造单元, 其中, 准噶尔盆地南缘研究区位于北天山山前冲断带, 进一步可分出西段四棵树凹陷、东段山前齐古断褶带和东段中部霍-玛-吐背斜带3个次一级的二级构造单元(图1)。

准噶尔盆地南缘研究区主要沉积了二叠系到第四系的地层, 由老至新发育有二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系等多套(潜在)烃(气)源岩。其中, 二叠系烃源岩主要分布在东段乌鲁木齐至阜东地区(图 1), 有机质丰度高, 有机碳含量平均 1.8%,有机质类型以Ⅱ型为主, 总体处于高—过成熟演化阶段, 是一套潜在的气源岩。

三叠系烃源岩主要分布在东段乌鲁木齐至齐古一带(图1), 其有机质丰度高, 有机碳含量平均1.6%,有机质类型以Ⅲ型为主, 目前处于高—过成熟演化阶段, 也是一套潜在的气源岩[12]。

侏罗系煤系烃源岩全区广泛分布, 有机碳含量很高, 平均为 5.7%, 最高可达 29.7%, 以Ⅲ型干酪根为主[13], 因此属于优质气源岩。侏罗系烃源岩成熟度自北向南随埋深的增加而增加, 呈现出北低南高的趋势, 在研究区成熟度差异较大, 如在位于沉积中心的呼图壁地区,Ro值大于 2.0%, 而在四棵树凹陷,Ro值则仅为0.8%～1.2%[13]。因而, 侏罗系为一套优质气源岩, 且地区差异较大。

白垩系烃源岩主要是下统吐谷鲁群, 主要分布在中段霍-玛-吐地区(图1), 其有机碳含量在1.0%左右, 以Ⅱ型干酪根为主, 目前尚处于低—中等成熟演化阶段, 因此, 该套烃源岩以生油为主[22]。

图1 准噶尔盆地南缘烃源岩沉积中心和天然气成因类型分布示意图Fig.1 Sketch map showing the depositional center of source rocks and the distribution of gases with different origins in southern Junggar Basin

古近系烃源岩主要是中上统安集海河组, 主要分布在研究区西段四棵树凹陷(图1), 有机质丰度较高, TOC含量平均为0.85%, 以Ⅰ-Ⅱ型干酪根为主,但成熟度较低,Ro值大部分在0.6%～0.8%之间, 仅在独山子南到高泉以南一段较小的范围内达到或稍超过了1.0%[11]。因此, 该套烃源岩与白垩系烃源岩类似, 应以生油为主。

这些多套潜在气源岩所生的天然气部分经勘探已有发现, 垂向上因断裂的导通作用聚集于多个层位, 包括三叠系、侏罗系、古近系和新近系等。

2 样品与方法

对研究区已发现的天然气进行了系统的采样与地球化学分析, 包括天然气组分、烷烃系列碳同位素、轻烃, 以及凝析油、共生原油与储层抽提物的生物标志物分析。天然气组分(C1–C5)分析采用HP5890Ⅱ型气相色谱仪, 色谱柱为 HP-PONA 毛细色谱柱, 50 m × 0.53 mm, 载气为氦气, 天然气为直接进样。色谱升温程序为初始温度 30 ℃, 恒温 10 min, 然后以10 ℃/min程序升温至180 ℃。

天然气的组分(C1–C4)碳同位素采用 Optima同位素质谱仪分析, 天然气样品在HP5890Ⅱ气相色谱仪中经过色谱柱(HP-PLOT Q柱, 30 m × 0.32 mm ×20 μm)分离为单组分, 单组分烃类通过高温转化炉转化为CO2后直接进入同位素质谱仪测定碳同位素组成。色谱仪初始炉温35 ℃, 以8 ℃/min 升至80 ℃,以5 ℃/min升至260 ℃, 保持10 min。

天然气中轻烃(C5–C8)分析采用 HP5890Ⅱ型气相色谱仪, 色谱柱为HP-PONA 毛细色谱柱, 50 m×0.2 mm×0.5 μm, 载气为氦气。色谱升温程序为初始温度30 ℃, 恒温15 min, 然后分别以l.5 ℃/min程序升温至70 ℃, 3 ℃/min程序升温至160 ℃, 5 ℃/min程序升温至280 ℃, 恒温20 min。色谱仪进样口温度120 ℃, FID 检测器温度为320 ℃。常规轻烃含量较高的天然气为直接进样, 进样量一般为 10～15 mL, 用液氮冷阱在色谱柱前富集轻烃, 确保分析用量。对于轻烃含量较少的干气样品, 采用的是冷冻富集浓缩轻烃指纹分析方法, 加大进样量, 增加富集时间, 确保有足够的轻烃组分用于分析, 具体方法详见文献[23]。

天然气凝析油、共生原油与储层抽提物的色谱-质谱分析采用HP 6890 II型气相色谱仪结合Quattro II质谱仪。色谱柱为HP-PONA 毛细色谱柱 (30 m ×0.25 mm × 25 μm), 载气为氦气。色谱升温程序为初始温度50 ℃, 恒温2 min, 然后分别以2 ℃/min程序升温至100 ℃, 3 ℃/min程序升温至310 ℃, 恒温15 min。检测方式为多离子检测。

3 天然气地球化学特征

3.1 天然气组分

天然气的组分是指其中各种化学组成的相对含量, 反映了天然气的宏观面貌, 受烃源岩母质类型、成熟度等多种因素的影响[24–27]。如表1, 研究区的天

然气组成呈现出了显著的地区差异, 其中, 西段四棵树凹陷 8件天然气样品的干燥系数(C1/C1～5)分布在0.67～0.96之间, 平均0.83; 中段南安集海、霍尔果斯和安集海地区 13件天然气样品的干燥系数分布在0.63～1.00之间, 平均0.87; 东段玛纳斯、吐谷鲁、齐古和呼图壁地区25件天然气样品的干燥系数分布在0.90～1.00之间, 平均0.93。因此, 天然气干燥系数具有东高西低的特征, 初步反映了天然气成因, 特别是成熟度东高西低的地区差异。此外, 还发现了个别成因比较特殊的天然气样品, 如南安 1井中发现的天然气, 其组分仅检出甲烷和乙烷, 且乙烷含量极低, 干燥系数近乎于 1.0, 考虑到该样品埋深较浅(509 ～ 786 m), 适宜生物活动, 因而推测该天然气可能属于生物气, 结合其甲烷碳同位素来看,属于次生生物气的可能性较大[25]。

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3.2 天然气碳同位素

天然气的碳同位素组成与其组分类似, 对其成因、母质类型、成熟度等具有重要指示意义, 尤其是甲烷和乙烷碳同位素, 两者分别与天然气的成熟度和成因关系较大, 在天然气成因研究中应用较多[28–31]。

对于天然气甲烷碳同位素, 依国内使用较多的戴金星公式, 得出了煤型气和油型气不同成熟度阶段所具有的δ13C1值[32](图 2), 再将准南研究区的天然气数据投入该图版中, 发现研究区自西段的四棵树凹陷至东段的呼图壁地区, 成熟度有着明显增加。具体而言, 四棵树凹陷的天然气大多处于成熟演化阶段, 而呼图壁、玛纳斯地区和吐 002井的天然气则大多处于高成熟演化阶段, 齐古地区甚至有1个天然气样品处于高过成熟演化阶段, 这与前述天然气组分所反映出的成熟度变化特征基本一致。

图2 准噶尔盆地南缘天然气δ13C1与δ13C2相关关系图Fig.2 Cross plot of δ13C1 vs. δ13C2 for natural gases in southern Junggar Basin

相较于甲烷碳同位素, 天然气的乙烷碳同位素更能反映生源特征[30–33]。基于大量的天然气分析数据(包括研究区所在的准噶尔盆地), 戴金星等[33]提出δ13C2＞–27.5‰和δ13C2＜–29‰分别对应于煤型气和油型气, 而介于两者之间的天然气为混合成因。这一划分方案在准噶尔盆地得到了广泛应用[34–35]。如表1和图2, 准南研究区天然气的δ13C2值分布在–29.7‰ ～–24.7‰之间, 平均–26.8‰, 可见天然气成因以煤型气为主, 而油型气仅发现于四棵树凹陷卡6井的1个天然气(3956～3980 m, J3q), 其δ13C2值为–29.7‰。

除了以上讨论的天然气甲烷和乙烷碳同位素外,天然气的系列碳同位素组成也是反映其成因的一个重要判识标准[36]。如图3, 研究区天然气的系列碳同位素分析揭示出了明显的倒转现象, 尤其是C4同位素的倒转。其原因, 理论而言, 可能包括4种: (1)有机烷烃气和无机烷烃气相混合; (2)煤成气和油型气的混合; (3)同型不同源或同源不同期次气的混合;(4)天然气的某一(些)组分被细菌氧化[36]。根据准南研究区的区域地质背景, 目前为止还未发现无机成因烷烃气, 因此, 研究区天然气 C4同位素的倒转很可能是同型不同源和/或同源不同期次气混合的影响, 以及天然气遭受微生物作用影响的结果。无论何种可能性, 都反映出研究区天然气具有较为复杂的成因。

3.3 天然气轻烃

天然气的轻烃组成与其组分和碳同位素类似,可用来进行天然气类型、成熟度、气源对比等方面的研究[37–39]。本次工作分析的天然气主要轻烃参数见表2。

庚烷值和异庚烷值是衡量有机质热演化程度的重要指标[38]。基于在国内广泛使用的划分标准[40–42],将天然气划分为不同的成熟度范围(图 4a), 发现准南研究区的天然气基本处于成熟阶段, 这相较于通过天然气的组成及碳同位素所反映的成熟度略低,从而表明天然气中的轻烃部分可能有一些原油的混入, 或是天然气的充注是一个连续的过程, 相对早期进入的重组分成熟度较低, 而后期进入的轻组分成熟度较高。

图3 准噶尔盆地南缘天然气碳同位素系列分布图Fig.3 Diagrams showing distribution of carbon isotope series for gases in southern Junggar Basin

图4 准噶尔盆地南缘天然气庚烷值与异庚烷值相关关系图(a)(据程克明等[40]), MCH-∑DMCP-nC7图解(b)Fig.4 Cross plot of heptane index vs. isoheptane index (a) and ternary plot of MCH-∑DMCP-nC7 for light hydrocarbons (b)in natural gases in southern Junggar Basin The boundary lines between gases of different maturities in Fig.4a are after Cheng et al.[40]

轻烃中的 C7系列化合物的相对含量可用来区分天然气成因[43]。如表2和图4b, 研究区天然气的甲基环己烷相对含量分布在 44.2%～71.8%, 平均54.0%; 二甲基环戊烷相对含量分布在5.8%～29.7%,平均18.2%; 正庚烷相对含量分布10.0%～38.6%, 平均 27.8%, 可见, 研究区天然气以甲基环己烷为主,即天然气烃源岩的母质以陆源母质为主, 偏腐殖型,这与前述通过碳同位素组成所形成的认识基本一致。

表2 准噶尔盆地南缘天然气主要轻烃参数Table 2 Representative geochemical parameters for light hydrocarbons in natural gases in southern Junggar Basin

4 天然气成因分类

通过以上较系统的天然气地球化学特征初步分析, 发现准南研究区的天然气从成因上看, 以煤型气占绝对优势, 但同时也发现了少量油型气, 典型如卡 6井的 1个样品, 成熟度具有地区差异。这些不同成因天然气根据区域烃源岩发育背景(图1), 煤型气的来源可能包括二叠系(甚至石炭系亦不能完全排除可能)、三叠系和侏罗系, 而油型气的来源可能包括白垩系和古近系。

4.1 煤型气

煤型气是准南研究区分布最为广泛的天然气成因类型, 而且可能有不同来源。典型如齐古地区的1件天然气样品(齐009, 2557～2587 m, 表1), 甲烷碳同位素为–29.3‰, 乙烷碳同位素为–20.6‰, 这是研究区迄今发现天然气碳同位素最重的样品, 并且有着很高的干燥系数(接近于1), 总体表现为过成熟煤型气特征。鉴于齐古地区侏罗系烃源岩的Ro值主体处于 1.0%～1.2%之间[13], 与该类天然气明显不符,因此该类天然气只能来自于地层更老、成熟度更高的烃源岩。实际上, 齐古地区天然气碳同位素存在着显著的倒转现象(图 3d), 也表明该地区存在多种成因来源天然气的混合。

在齐古地区, 侏罗系之下主要分布有三叠系和二叠系烃源岩, 甚至是石炭系[12,16], 是该天然气的可能来源。从该区天然气的丙烷和丁烷碳同位素来看, 两者分别为–27.0‰ ～ –25.2‰和–28.3‰ ～ –25.4‰,明显轻于研究区其他煤型气(表1), 而与准噶尔盆地腹部二叠系来源天然气接近[34], 因此二叠系是可能的来源。实际上, 研究区的确分布有二叠系地层, 且二叠系的有机质母质类型变化较大, 存在腐殖型的泥岩[11]。

对于三叠系烃源岩, 据陈建平等[44]的研究, 其与二叠系油气有着相近的碳同位素值, 明显轻于侏罗系油气。相比而言, 石炭系所生油气碳同位素较重。据此可以推断, 该处的高过成熟天然气气源也有可能来自三叠系, 考虑到石炭系有机质可能存在相变, 其气源贡献可能亦不能完全排除。多种不同成因来源/成熟度油气的混合, 造成了其化学组成和碳同位素组成具有多种来源的特征, 并且有着较大的成熟度变化范围, 符合地质背景。

除此之外, 对于其他在研究区广泛分布的煤型气, 其乙烷碳同位素普遍重于–27.5‰, 并主要分布在–26‰ ～ –22‰之间, 表现为典型煤型气特征, 与其轻烃C7系列化合物中以甲基环己烷占优势相一致(图4b)。天然气组分和甲烷碳同位素变化较大, 如以甲烷碳同位素为例, 在研究区西段四棵树凹陷最轻,分布在–34.5‰ ～ –39.7‰之间; 中段安集海和霍尔果斯地区略重, 分布在–33.5‰ ～ 35.9‰之间; 相比而言, 研究区东段更重, 分布在–31.0‰ ～ –34.3‰之间(图 2)。

鉴于这些天然气根据乙烷碳同位素判断, 成因类型类似, 因此天然气组分和甲烷碳同位素的差异主要反映的是成熟度的差异, 即准南研究区侏罗系来源的天然气成熟度自西向东差异明显, 其中, 西段四棵树凹陷天然气处于低成熟—成熟演化阶段,中段安集海和霍尔果斯地区天然气处于成熟演化阶段, 而东段玛纳斯和呼图壁等地区天然气则处于成熟—高成熟演化阶段。

这种成熟度的差异, 理论而言, 又可能与气源、储层埋深, 或是后生次生蚀变演化作用有关。对比发现, 这些天然气的储层埋深差异很大(表 1), 并未展示出与成熟度的良好线性关系。后生次生蚀变作用除了极个别样品(如前述的南安1井生物气), 也并不强烈。因此, 可以认为, 天然气的甲烷组分/碳同位素及其反映的成熟度差异主要反映了气源(即侏罗系烃源岩)成熟度的差异。有意义的是, 这恰与研究区侏罗系烃源岩自西向东埋深增加, 沉降中心位于呼图壁地区相吻合：研究区侏罗系是一套典型的煤系地层, 该套烃源岩在呼图壁地区Ro值大于2.0%,玛纳斯地区Ro值在1.4%～1.6%之间, 安集海地区Ro值在 1.2%～1.4%之间, 而四棵树凹陷Ro值在0.6%～1.2%之间[13]。因此, 侏罗系的天然气聚集具有“源控”特征。

此外, 如前文所述, 天然气的组分、碳同位素、轻烃所反映的成熟度不甚一致, 可能反映天然气中的轻烃部分有部分原油的混入, 或是天然气的充注是一个连续的过程。为对此进行分析, 进一步挑选典型凝析油样品进行了研究。以霍-玛-吐地区为例,如图5, 霍10井、玛纳001井凝析油生标特征呈现为Pr/Ph值小(＜1.0), 伽马蜡烷/C30藿烷比值高(＞0.4),三环萜烷 C20、C21、C23呈上升型或山峰型, 指示典型盐湖相低等生源母质的特征, 并与研究区白垩系烃源岩生标特征相吻合[22], 而与侏罗系烃源岩的特征明显不同, 其特征通常是高 Pr/Ph值(＞3.0)、低三环萜烷丰度(三环萜烷/五环三萜烷＜0.1)、低伽马蜡烷丰度(伽马蜡烷/C30藿烷＜0.1)[16]。据此, 可以推测,侏罗系来源天然气轻烃所反映的成熟度较低现象可能是天然气成藏过程中受到了白垩系来源相对低成熟原油混入的影响。实际上, 该区已广泛发现有白垩系来源原油[22], 即存在油气不同源, 油的轻组分和气的重组分相混合。当然, 需要注意的是, 基于目前的分析数据, 天然气的连续充注影响因素并不能完全排除, 这也是一种可能性。

4.2 油型气

相较前述分析的煤型气, 油型气在研究区发现较少, 典型如四棵树凹陷卡 6井的 1个天然气样品(3956～3980 m, 表 1), 甲烷碳同位素为–42.1‰, 乙烷碳同位素为–29.7‰, 表现为典型的成熟油型气特征, 明显有异于其它天然气(煤型气)(图 2), 反映出多种来源天然气的充注。实际上, 从四棵树凹陷天然气普遍存在碳同位素倒转现象(图 3a), 也可说明存在不同成因天然气的混合。可见, 四棵树凹陷除侏罗系来源煤型天然气外, 还可能存在另一类油型天然气, 其乙烷碳同位素轻于–29‰, 甲烷碳同位素轻于–40‰, 属于成熟油型气。根据地质背景, 如前所述, 天然气的来源理论而言可能来自于白垩系和/或古近系。

图5 准噶尔盆地南缘霍10井和玛纳001井凝析油m/z 191色质图Fig.5 m/z 191 chromatograms for condensates of Wells Huo 10 and Mana 001 in southern Junggar Basin

前人研究发现, 白垩系的生烃中心位于玛纳斯-呼图壁一带, 相比而言, 四棵树凹陷白垩系烃源岩类型较差, 偏腐殖型[11]。对于古近系安集海河组烃源岩，其沉积中心位于四棵树凹陷, 有机质丰度较高, TOC含量平均为0.85%, 以Ⅰ-Ⅱ型干酪根为主,Ro值大部分在 0.6%～0.8%之间, 处于低成熟—成熟演化阶段[11], 与该油型气特征比较符合。

此外, 在四棵树凹陷目前已发现的原油和储层抽提物中, 大部分有着典型侏罗系来源特征, 如高Pr/Ph值(＞2.0), 高 C19三环萜烷相对丰度(三环萜烷中含量最高), 低三环萜烷相对丰度(三环萜烷/五环三萜烷＜0.1), 低伽马蜡烷相对丰度(伽马蜡烷/C30藿烷＜0.1)(图6a, 6b)。但除此之外, 也有一部分原油和储层抽提物表现出不同于侏罗系的特征(图 6c, 6d),其Pr/Ph值在1.0左右, C19三环萜烷含量不高, C20、C21、C23三环萜烷分布呈上升型或山峰型, 伽马蜡烷/C30藿烷相对含量在0.2左右, C29甾烷20S/(20S+20R)和 C29甾烷 ββ/(αα+ββ)值都小于 0.4。考虑到这些生标组成所反映的成熟度较白垩系烃源岩要稍低, 并且伽马蜡烷含量远低于典型白垩系来源原油[22], 所以推测其不是(至少不主要是)白垩系来源。有意义的是, 这些生标特征与古近系安集海河组烃源岩生标特征(图 7)比较接近, 因此, 综合推测这类油型气应来自于古近系安集海河组。

综合上述, 可将本次工作所研究的准南地区天然气主要根据地球化学组成, 结合地质背景分为 3类(表 3), 前两种属于煤型气, 第三种属于油型气,需要说明的是, 有个别侏罗系煤型气还受到了次生生物作用影响(南安 1井, 表 1), 但因发现比例低,因此未做成因类型细分。

5 天然气分布规律与控制因素

如前所析, 研究区主要有三种端元成因类型天然气(表3), 这三类天然气平面分布上有着明显的地区差异, 具体而言, 三叠系/二叠系来源煤型气仅发现于齐古地区, 古近系来源油型气主要分布于四棵树凹陷, 而在研究区广泛分布的侏罗系来源煤型气特征具有显著的东西差异, 即东部和西部的天然气分别以干气和湿气为主(图1)。

表3 准噶尔盆地南缘天然气主要端元成因类型及其分布与典型地球化学特征Table 3 Occurrence and representative geochemical parameters of three main genetic types of natural gases in southern Junggar Basin

图6 准噶尔盆地南缘四棵树凹陷原油和储层抽提物m/z 191色质图Fig.6 m/z 191 chromatograms of oils and reservoir bitumen in Sikeshu sag, southern Junggar Basin

图7 准噶尔盆地南缘四棵树凹陷古近系安集海河组烃源岩m/z 191色质图Fig.7 m/z 191 chromatograms of Anjihai Group source rocks in Sikeshu sag, southern Junggar Basin

这些天然气在不同地区还跟原油, 或者其他类型的天然气具有普遍混合现象, 具体而言, 自西向东, 西段四棵树凹陷为侏罗系和古近系的混合, 东段中部霍-玛-吐地区为侏罗系和白垩系的混合, 而东段山前齐古地区为侏罗系和三叠系/二叠系的混合。对比分析发现, 这种天然气的分布规律受控于“源”(图1), 即不同成因天然气围绕着各自烃源岩的生烃中心分布, 这是研究区天然气的分布规律与一个重要控制因素。因此, 对于天然气的勘探, 应紧紧围绕烃源岩沉积中心来进行。

由老至新, 首先对于最老的二叠系, 如前所述,分布比较局限, 主体位于东段山前地区, 且侏罗纪后已进入高过成熟演化阶段, 仅与齐古地区发现的天然气成熟度相符, 因此其贡献量还需做进一步深入研究。

其次, 对于三叠系烃源岩, 虽然在准噶尔盆地广泛分布, 但在研究区则仅分布于东部地区, 沉积厚度可达 300多 m[12], 这与研究区三叠系来源天然气仅见于东部齐古地区相吻合。

第三, 对于研究区最广泛分布的侏罗系烃源岩,其成熟度变化较大, 四棵树凹陷仅处于成熟阶段,而呼图壁地区目前已达到了过成熟阶段[13], 这与研究区天然气成熟度变化特征相一致。

第四, 对于白垩系烃源岩, 主要分布在霍-玛-吐地区, 处于成熟演化阶段, 为生油高峰期, 因而生气量有限。并且有意义的是, 白垩系烃源岩分布区与侏罗系高—过成熟烃源岩分布区相叠合, 因此考虑到侏罗系烃源岩在此处处于生气高峰期, 故白垩系生成的有限油型气很可能与大量的侏罗系煤型气相混合, 或许是因为混合量比较低, 所以从目前的天然气地球化学数据特征来看, 似乎白垩系来源的天然气极少。

第五, 古近系安集海河组烃源岩虽然在研究区分布较广, 但因其埋深较浅, 大部分尚处于未成熟阶段,仅在埋深较大的四棵树凹陷部分地区达到成熟[16], 因此生气量有限。这也与目前仅在四棵树凹陷发现古近系来源天然气相一致, 并因其成熟度较低, 生气量有限, 因此天然气以溶解气为主, 未见独立气层气。

综合上述, 可见研究区天然气成因复杂, 分别至少有来自于三叠系/二叠系、侏罗系和古近系烃源岩的贡献, 且成熟度差异大, 遵循源控论。这种多类型成因天然气的存在为大规模成藏提供了物质基础。相较而言, 在这4套主力烃(气)源岩中, 三叠系和二叠系烃源岩可能因分布范围相对局限, 而古近系烃源岩因成熟度较低, 因此生气量均较为有限。相比而言, 侏罗系烃源岩在研究区广泛分布, 并且其成熟度在霍-玛-吐背斜带主体处于高—过成熟演化阶段, 为生气高峰期, 具备了形成大中型气田的烃源岩背景。因而, 侏罗系天然气是研究区目前最为现实的勘探目标, 而霍-玛-吐背斜带是重点勘探目标区。以侏罗系天然气为主力勘探目标也与我国中西部地区其他前陆盆地的勘探方略一致。

此外, 需要注意的是, 对比区域烃源岩发育地质背景, 还可能在白垩系烃源岩的沉积中心霍-玛-吐地区存在一些少量油型气, 其可能与侏罗系煤型气混合, 但混合量较低, 故而特征被掩盖, 从而在目前的天然气数据中不易发现该类油型气的特征,但不能完全排除其存在, 除了前述从天然气凝析油的分析中可以得到佐证外(图5), 还可以从相邻四棵树凹陷的特征中得到启示。四棵树凹陷主要发育古近系烃源岩, 其有机质丰度和母质类型与白垩系烃源岩类似, 但成熟演化程度相对白垩系还要更低,因此理论而言, 其生气量要更少, 但古近系油型天然气却已有发现(卡6井)。分析认为, 这是因为本区虽然古近系油型气生气量较小, 但侏罗系的煤型气生成量也因为成熟度较低而比霍-玛-吐地区要小得多, 故而造成侏罗系和古近系天然气相互混合后, 古近系油气仍可以占有一定比重, 这也许是为什么研究区基于目前的天然气地球化学组成, 可以发现古近系成因天然气, 而未发现白垩系成因天然气的一个重要原因。

6 结 论

(1) 准噶尔盆地南缘研究区目前所发现的天然气主要有 3种成因类型, 分别是侏罗系来源低成熟—高成熟煤型气、三叠系/二叠系来源高—过成熟煤型气、古近系来源低成熟—成熟油型气。其中, 以侏罗系来源煤型气为主。

(2) 天然气成因类型具有明显的地区差异, 其中, 西段四棵树凹陷天然气为成熟侏罗系来源煤型气和低成熟古近系来源油型气的混合; 东段山前齐古地区天然气为侏罗系来源成熟煤型气和三叠系/二叠系来源高—过成熟煤型气的混合; 而东段中部其他地区天然气则为成熟—高成熟侏罗系来源煤型气和白垩系油气的混合, 天然气成熟度自西部的安集海和霍尔果斯地区至东部的呼图壁地区显著增高。

(3) 天然气的分布遵循“源控论”, 据此, 侏罗系天然气是区域最为现实的勘探目标, 霍-玛-吐背斜带是重点勘探目标区。

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