准噶尔盆地南缘油气苗有机地球化学特征及成因

周 妮，李 际，刘翠敏，何 丹，杨红霞，王海静

(中国石油 新疆油田分公司 实验检测研究院, 新疆 克拉玛依 834000)

油气苗是石油、天然气及其衍生物在地表的露头，是石油产区的重要线索，对油气勘探具有重要的指示意义[1-2]。众多油气勘探成功经验表明，国内外某些重要石油产区正是直接通过油气苗发现，如国内的克拉玛依油田和国外的加拿大Syncrude油田等[3-4]。因此，对油气苗的研究历来得到了石油勘探和地质学家的重视，成为地质地球化学领域研究的热点之一。

准噶尔盆地是我国西北一个典型富油气苗的大型叠合含油气盆地，盆地南缘更是以油气苗分布广、类型多而著称[5-9]。前人报道准噶尔盆地南缘发现约50个油气苗点，类型包括泥火山、液体油苗、油砂和沥青等[10-12]。前人认为准噶尔盆地南缘油气苗分别来源于古近系(独山子型)、侏罗系(齐古型)和二叠系(三台型)[10-12]；还认为泥火山气源主要为侏罗系[12-15]。然而，迄今为止尚没有针对研究区典型油气苗地球化学特征的精细研究，不清楚时空上的差异，进而限制了勘探意义认识。有鉴于此，本文拟通过对典型油气苗样品的有机地球化学进行研究，其结果也可供其他油气苗发育的地区参考。

1 油气苗分布

准噶尔盆地南缘归属北天山山前冲断带，是一个自海西期发展起来的盆地一级构造单元，呈“南北分带、东西分段”的长条状分布。南北分带是指北天山山前至盆地方向发育的三排构造，东西分段指西段的四棵树凹陷、中段的霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁—古断褶带和东段的阜康断裂带[16-17](图1)。研究区主要经历3个演化阶段，分别为石炭纪—二叠纪的早期前陆盆地阶段、中二叠世—晚侏罗世的陆内坳陷阶段和晚侏罗世至今的晚期再生前陆盆地阶段[18]。盆地南缘发育石炭系—第四系，其中包括二叠系、侏罗系、白垩系和古近系等多套烃源岩，使得研究区发育多套复杂的含油气系统[19]。此外，研究区断裂系统的发育在时空展布和规模上均表现出多样性、多期性和复杂性，尤其是多期构造的叠加，使得深层油气系统调整、破坏并出露地表形成复杂多样的油气苗[20]。

1.1 年代

南缘油气苗的分布在年代、空间和相态上具有显著的差异性。年代上，油气苗出露的地层存在差异，总体上，中生界(T-J)出露最广，其次是在南缘东段古生界(P2l)发现沥青，而南缘西段新生界(E-Q)发育泥火山、液体油苗和油砂。古生代是盆地定型期，是盆地格局形成的原始阶段，在出露古油藏的局部地区形成古油苗，如南缘东段大龙口芦草沟组沥青。中生代是盆地的发育期，沉积与构造活动活跃，也是油气系统形成的主要阶段，油藏的形成与调整频繁，因而油气苗的分布也最为广泛。到新生代伴随北天山隆升，南缘地区构造活化，中—新生代油气系统调整成藏与破坏活动加剧，油气苗的分布范围进一步扩大，同时由于构造活动强烈且形成时间晚，油气组成偏轻，其中典型代表就是乌苏泥火山、独山子泥火山等现今仍在活动。

1.2 空间

南缘油气苗在空间分布上严格受控于构造地质条件。最重要的控制因素是“源”，油气苗的产出基本上都是近“烃源灶”，与“源”的关系密切，以乌鲁木齐断裂为界，乌西地区与乌东地区油气苗分布特征差异显著，其中乌西地区包括南缘中段和西段油气苗产出的层位和相态明显更多，这可能主要受控于烃源岩的发育程度。乌东地区主要发育二叠系烃源岩，以古油藏为主，因而油气苗的类型主要是固体的沥青或油砂，而乌西地区发育中新生代烃源岩，且现今仍处于生烃期，因而油气相态多样，也有液态油苗和泥火山(气)。

1.3 相态

在南缘特定的时空格架下，油气苗的相态分布特征显著。南缘研究区油气苗广泛出露且类型丰富，总体而言，按其产状可以分为固体油苗(沥青脉和油砂)、液体油苗和气体油苗(泥火山)。这3类油气苗的时空分布规律明显，古生界(P)中主要以沥青脉、沥青砂岩为主，如南缘东段大龙口剖面芦草沟组页岩裂缝充填的沥青脉(图2a)；中生界(T-K)，以油砂为主(图2b)，其次含有少量的液体油苗，典型如红沟北剖面液体油苗(图2c)；而新生界(E-N)以含油砂岩为主，并以液体油苗和泥火山为特色，典型如独山子泥火山(图2d)。

图1 准噶尔盆地南缘构造及油气苗分布Fig.1 Schematic diagram of structure and oil and gas seep distribution in southern Junggar Basin

图2 准噶尔盆地南缘油气苗野外照片Fig.2 Field photos of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

2 油气苗地球化学特征与来源成因

在以上油气苗年代、空间和相态分布特征明晰的基础上，通过地球化学特征的分析可以进一步解析其来源、成因，并进一步揭示其形成模式，进而为下步勘探提供有利指导。

2.1 族组分

盆地南缘油气苗族组分主体以饱和烃和芳烃为主(图3a)，饱和烃/芳烃比值整体大于5，典型如乌苏泥火山、霍尔果斯油苗和齐古油苗，其最高饱/芳约11，表明油质较轻。然而，也有一些样品的非烃+沥青质含量较高，最高可达30%。油气苗族组分构成差异暗示其来源或成因可能不同，需要进一步结合下文的其他地球化学数据进行讨论。

2.2 同位素

南缘油气苗同位素组成差异明显，且与油气苗分布的区域有关(图3b)。其中南缘西段泥火山和油砂同位素组成偏重，多重于-28.61‰，典型如阿尔钦沟泥火山；而南缘中段和东段油苗同位素整体偏轻，多轻于-29‰，典型如大龙口剖面芦草沟组沥青脉。

2.3 生物标志化合物

结合南缘地区烃源岩发育背景，并通过典型生物标志化合物的分析，结合油气苗同位素组成特征发现南缘地区油气苗主体可分为4大类，其主体油源分别对应于二叠系、侏罗系、白垩系和古近系烃源岩(表 1)。

2.3.1 A类油苗

这类油苗主要分布于南缘东段的阜康构造带，典型剖面为大龙口沥青(图4)。该类油苗沥青质含量高(>20%)，同时碳同位素轻(<-30‰)，结合盆地烃源岩与原油的同位素组成特征，其生烃母质可能是Ⅱ1—Ⅰ型干酪根[19]。大龙口沥青样品Pr/Ph小于1.2，同时检出有指示盐度的β-胡萝卜烷和伽马蜡烷，表明其形成于还原的咸化环境。同时， C27，C28，C29规则甾烷呈“上升型”分布。前人认为，二叠系来源的原油碳同位素小于-29‰，含有丰富的β-胡萝卜烷，三环萜烷以C21或C23为最高，甾烷以C28，C29规则甾烷为主[19-22]。由前所述，可以判定其油源为二叠系烃源岩[19,22]。

图3 准噶尔盆地南缘油气苗基础地球化学特征Fig.3 Geochemistry of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

表1 准噶尔盆地南缘油气苗分类及典型地球化学特征Table 1 Classification and typical geochemical parameters of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

图4 准噶尔盆地南缘东段A类油苗(大龙口沥青)典型生物标志化合物谱图Fig.4 Typical biomarker spectra of type A oil seeps (Dalongkou bitumen) in east section of southern Junggar Basin

2.3.2 B类油苗

这类油苗主要分布于南缘中段的齐古液态油苗剖面和西段的阿尔钦沟泥火山、将军沟油砂、小煤窑沟油砂和托斯台东油砂剖面(图5)。该类油苗饱和烃含量高(>60%)，Pr/Ph大于2.0，指示盐度的β-胡萝卜烷和伽马蜡烷极低，表明其形成于弱还原—弱氧化的淡水环境。同时规则甾烷中以C29丰度最高，以陆源有机质输入为主。前人研究表明，侏罗系来源烃类碳同位素通常为-28‰～-26‰，Pr/Ph比值通常大于2.5，伽马蜡烷含量很低，甾烷以C29规则甾烷为主[19,22]。结合研究区烃源岩有机相地球化学特征，可发现其主要来源于侏罗系烃源岩[19,22]。综合以上，可发现其烃类受到了强烈的生物降解作用，油苗的降解程度高于油砂；且Ts/Tm比值整体较高，为成熟油(图5)。然而，这类油苗可能并不是单一的侏罗系来源。比如，齐古液体油苗碳同位素轻于-29‰，表现出Ⅱ2型干酪根特征，部分样品的伽马蜡烷/C30藿烷介于0.1～0.2，同时规则甾烷呈“上升型”分布。考虑到齐古剖面二叠系烃源岩发育，其可能受到二叠系烃源岩的影响。南缘西段还有部分剖面的同位素组成偏重(>-28‰)，与侏罗系烃源岩特征一致，但伽马蜡烷表现出微咸水特征，因此推测其可能还受到古近系油源的影响[19,22]。

图5 准噶尔盆地南缘中段B类油苗(齐古液体油苗)典型生物标志化合物谱图Fig.5 Typical biomarker spectra of type B oil seeps (Qigu oil seep) in middle section of southern Junggar Basin

2.3.3 C类油苗

这类油苗主要分布于南缘中段的南安集海油砂、霍尔果斯油砂、紫泥泉子油砂和红沟油苗剖面(图6)。其碳同位素小于-29‰，为Ⅱ型干酪根特征，Pr/Ph<0.8，且检出丰富的β-胡萝卜烷和伽马蜡烷，表明其咸化的湖相的沉积环境。同时规则甾烷呈“V”型分布，这也区别于研究区的其他烃源岩。前人研究表明，白垩系来源的烃类碳同位素通常小于-29‰，Pr/Ph比值通常小于1.0，伽马蜡烷含量高，规则甾烷呈“V”型分布。结合研究区烃源岩发育特征，表明其来源于咸水湖相的白垩系烃源岩[7, 18-19,21]。综上可知，这类油气苗都受到了中等—强烈的生物降解作用，其中背斜核部的降解作用最强，北翼和南翼基本相当，强度从核部向两翼逐渐减弱，同时已为成熟油。

2.3.4 D类油苗

该类油气苗主要分布于南缘西段与中段的交汇处，典型如独山子泥火山和乌苏泥火山(图7)。其碳同位素偏重，Pr/Ph为0.8～1.5，β-胡萝卜烷和伽马蜡烷含量低，表明形成于弱还原—弱氧化环境，同时规则甾烷呈“V”型分布。前人研究表明，古近系来源的烃类碳同位素通常在-28‰～-26‰，Pr/Ph大于1，伽马蜡烷含量中等较低，规则甾烷呈“V”型分布[18-19,22]，判定其油源来源于古近系。然而，乌苏泥火山的原油碳同位素重于-27.5‰，指示了天然气主要来源于侏罗系[7,14]。结合图7，发现泥火山周缘油砂及原油降解程度强于泥火山喷出物，且都已达到成熟。

图6 准噶尔盆地南缘中段C油苗(霍尔果斯油砂)典型生物标志化合物谱图Fig.6 Typical biomarker spectra of type C oil seeps (Horgos oil sands) in middle section of southern Junggar Basin

图7 准噶尔盆地南缘西段D类油气苗(独山子泥火山)典型生物标志化合物谱图Fig.7 Typical biomarker spectra of type D oil and gas seeps (Dushanzi mud volcano) in west section of southern Junggar Basin

3 油气苗形成模式

基于上述油气苗地球化学特征与油源分析，结合4类油气苗的构造地质特征，进一步讨论了其成因模式。

A类油苗以沥青为主，典型的特征为“源控”，即近源出露，烃源岩的发育与分布是直接控制因素(图8a)。以南缘东段大龙口剖面为例，其与烃源岩共同产出，即油苗产出地层二叠系芦草沟组同时也是油苗的油源。油气苗出露位置断裂不发育，沥青主要沿储层裂缝发育。这类油苗可能是烃源岩生成的原油沿其自身裂缝运移并在适合位置聚集成藏，表现为“自生自储”或“近源成藏”特征。

B类油苗相比于A类同为“近源”，但断裂控藏特征更加显著。首先，B类主要产于侏罗系，同时其主要油源也是侏罗系，但两者不是同一套地层，油气苗富集层一般是中—上侏罗统，而油源主要是下侏罗统烃源岩，故而是“近源但不同层”。因而，断裂起着重要的沟通作用，其形成模式表现为“源+断”双控特征(图8b)。

C类油苗相比于A、B类油苗其典型特征是“断控”特征更加显著(图8c)。这类油苗的油源为白垩系烃源岩，而产出层主要为古近系和新近系，典型的“源储分离”，断裂在油苗的形成中起着至关重要的桥梁作用。如图8c所示，以南缘中段的霍尔果斯油苗剖面为例，可发现烃类组分来自于白垩系烃源岩且已经处于排烃阶段，且延断裂向浅层调整。而古近系都有泥岩发育，为很好的盖层，因此推测可能存在通天断层，白垩系原油直接运移至古近系储层中，甚至直接运移至地表。

D类油苗以泥火山为特色，典型如乌苏和独山子泥火山，其形成重点得满足3个基本条件：烃—水—岩物源充足，通道畅通，外力诱导(图8d)。首先，烃源岩发育是关键，乌苏—独山子泥火山原油主要来源于古近系烃源岩，而天然气主要来源于侏罗系烃源岩，多源混合形成了复杂油气系统；同时由于新生代沉积物质松散，有利于提供岩屑物源。其次，泥火山发育于背斜构造核部与断裂交汇处，张性应力环境为烃—水—岩系统提供了必要的通道。最后，新生代喜马拉雅造山远程应力使得北天山持续挤压隆升，为泥火山的形成提供了诱导外力条件。

图8 准噶尔盆地南缘4类油气苗成因模式Fig.8 Genetic models of four types of oil and gas seeps in southern Junggar Basin

4 勘探意义

4.1 油气苗与油气系统

准南油气苗除了与主要含油气系统具有良好的对应关系外，还与主要的构造系统和流体系统关系密切。从构造上看，“断裂+背斜”是南缘的构造组合特征，也是控制南缘油气苗分布的主要因素。构造对油气苗的控制主要体现为：首先构造沟通油源，控制着油气苗的来源；其次构造控制含油气流体的活动，是含油气流体的运移通道；最后构造是油气苗出露的空间载体。具体而言，南缘西段主要出露B和D类油气苗，并以泥火山为特征，出露于中、新生界，油源为侏罗系、古近系及两者混源。从油气勘探的角度看，主要对应于南缘上组合油气系统。南缘中段主要出露C类油苗，以液体油苗为特色，出露层位为中—新生界，油源以白垩系为主，对应于南缘地区的中组合含油气系统。相比而言，南缘东段油气苗点少而老，以沥青为特征，油源为二叠系芦草沟组，对应于南缘地区的下组合含油气系统。

4.2 油气勘探前景预测

综合南缘地区油气苗特征及其所揭示的油气系统成藏特征，本次研究提出了南缘地区下一步油气勘探的总体预测方案，简而言之为“西段找气、中段找油、东段找有利储层”(图1)。

首先，南缘西段地区勘探的目的层为中上组合，主要为三叠系及其以上地层，勘探的目标主要是侏罗系天然气，其次为古近系液态石油，同时需要进一步对南缘西段与中段交汇区域白垩系油源贡献重新评估。

其次，南缘中段的勘探应聚焦中组合目的层，中—新生界有利储层为主要目标储层，勘探目标为白垩系液态原油，兼顾对古近系、侏罗系和二叠系油源的重新评估，以进一步明确南缘中段地区的资源潜力。同时，南缘中段在构造上具有“南北分带”特征，其中油苗直接指示的是第一、二排构造上的油气资源特征，第一排构造如齐古剖面主要为侏罗系油源，但在邻近乌鲁木齐地区也受二叠系油源的影响，构造上受南北向断裂控制；第二排构造油源主要为白垩系烃源岩，且在邻近乌苏—独山子地区油气最为富集，故而勘探目标应放在中段的中—西部地区；第三排构造邻近生烃凹陷区，油气苗出露少，难以用油气苗理论对其进行资源评估。

最后，南缘东段勘探的目的层应该是下组合，古—中生界有利储层为主要目标储层；勘探的目标主要为液态原油，兼顾沥青，主要锁定二叠系芦草沟组油源，兼顾对侏罗系原油的勘探。由于南缘东段的主控因素为“源控”，故而对其烃源岩的研究尤为重要。

5 结论

(1)准噶尔盆地南缘油气苗面广、类多，包括气态的泥火山、液态的原油、固态的油砂及沥青等，可进一步分为4类：A类油源为二叠系烃源岩；B类油源主要为侏罗系烃源岩；C类来自白垩系烃源岩；而D类油源主要为古近系烃源岩。

(2)南缘地区油气苗形成模式表现为典型的“源—断”双控，烃源岩分布是核心，而断裂的输导是关键，4类油气苗分别对应4种成因模式：A类“源储一体”，裂缝控藏；B类“断裂输导、近源成藏”；C类“源储分离、断裂沟通”和D类“断+背斜核部、外力诱导”。

(3)南缘油气苗系统与研究区主要含油气系统具有很好的匹配关系，是地下油气藏的地表线索，具有重要的勘探指示意义，“西段上组合找气、中段中组合找油、东段下组合找有利储层”。