准东石炭系烃源岩分布及勘探潜力分析

2022-08-15武小宁刘啸虎苗金鹏

西南石油大学学报(自然科学版) 2022年4期

武小宁，邓勇，刘啸虎，朱峰，苗金鹏

中国石油东方地球物理公司研究院乌鲁木齐分院，新疆乌鲁木齐 830016

引言

准噶尔盆地是一个典型的多旋回复合叠加含油气大盆地[1-2]，先后经历了5 次大的盆地演化阶段，多期演化形成了多套烃源岩、多套储层、多种油气藏类型[3-4]，形成了准噶尔盆地复杂的含油气系统。盆地整体划分为6 个一级构造单元，具有多个富烃凹陷[5-6]，油气资源十分丰富，探明率极低，尤其是天然气探明率仅8.7%，勘探潜力巨大[7]。

克拉美丽气田发现后，石炭系逐渐成为天然气勘探的重点层系[8]，后期针对石炭系的外甩拓展一直未获实质性进展[9]。2017 年，依托fd5 井区“两宽一高”三维地震资料在准东阜东斜坡区部署的fu26井在石炭系获重大突破，日产天然气11.95×104m3，并钻揭70 m 厚的炭质泥岩。2018 年，在古城凹陷部署的cheng1 井同样在石炭系见良好油气显示，也钻揭130 m 厚的炭质泥岩、深灰色泥岩，气源对比结果显示两口井的油气均来自于石炭系烃源岩，证实了准东石炭系有效烃源的存在。2019 年，石钱滩凹陷sq1 井也在石炭系获高产气流，进一步证实了准东石炭系发育规模有效烃源岩，开辟了准噶尔盆地天然气勘探的新领域。

前期针对准噶尔盆地石炭系勘探主要集中在滴南凸起---五彩湾地区，研究程度相对较高，准东南部仅对火山岩储层及烃源岩生烃模拟有过系统研究[10-19]，针对有效烃源岩展布特征的研究一直处于空白，严重制约了对整个盆地石炭系的认识，导致下一步勘探方向不明朗。

因此，本文以准东南部为例，通过区域地层对比落实石炭系烃源岩发育层段地层展布特征，运用地震、非地震相结合开展石炭系构造格局分析，开展三维区的基于地震相的烃源岩精细预测，综合地层分布、构造格局及地震相特征，明确准噶尔盆地石炭系烃源岩展布规律及生烃潜力，为准东石炭系天然气勘探指明方向。

1 地质概况

准东在构造上隶属莫索湾凸起—莫北凸起—石西凸起一线以东的东部隆起，北至克拉美丽山，南至博格达山前。准东南部指白家海凸起以南的区域，主要包括阜康凹陷、北三台凸起、吉木萨尔凹陷、沙奇凸起及古城凹陷等多个二级构造单元（图1）。

图1 准东构造位置Fig.1 Geographical location of Eastern Junggar Basin

准噶尔盆地经历了海西、印支、燕山及喜马拉雅等多期构造运动，其中，海西早期（早石炭世）为准噶尔盆地构造格局开始形成阶段，此时地壳不稳定，构造活动剧烈，为海陆过渡相交互沉积环境。此时盆地东北缘滴水泉、五彩湾地区为前陆盆地的凹陷区，发育厚层滴水泉组烃源岩；南部阜康、吉木萨尔为隆后斜坡，形成了一定规模的煤系烃源岩。

在早石炭世末期（松喀尔苏组），准噶尔盆地由挤压环境转变为伸展环境，在准东形成一系列NW走向的断陷槽，主要沉积物为炭质泥岩、煤层等，形成了准东石炭系的主力烃源岩。海西晚期（晚石炭世）剥蚀作用强，以陆相沉积为主，克拉美丽山前和北三台凸起局部地区有间歇性火山岩沉积[7，20-23]。

准东石炭系自下而上发育滴水泉组（C1d）、松喀尔苏组a 段（C1sa）、松喀尔苏组b 段（C1sb）、巴山组（C2b）和石钱滩组[20]。其中，松喀尔苏组a 段和巴山组为火山喷发活跃期，火山岩广泛发育；石钱滩组以陆相沉积为主，主要发育碎屑岩储层；滴水泉组和松喀尔苏组b 段为准东石炭系烃源岩发育层段，滴水泉组为准噶尔盆地第一套沉积层[24]，主要为海相细碎屑沉积泥岩、白云质泥岩，夹炭质泥岩和煤线沉积[25]，而松喀尔苏组b 段为海陆交互相碎屑岩沉积，以炭质泥岩、泥岩、煤层与层状火山岩互层沉积为主，目前准东尚无钻井揭示到滴水泉组，因此，本文重点开展松喀尔苏组b 段烃源岩的研究。

2 地层发育特征

准东北部滴水泉_五彩湾地区石炭系勘探程度高，地层较为落实，而准东南部由于前期针对石炭系重点围绕北三台凸起高部位风化壳勘探，内幕地层未曾开展系统的研究，因此，本文从内幕地层落实的滴南_五彩湾地区出发，结合地质测年数据，通过区域统层开展准东南部内幕地层的划分，进而明确烃源岩发育层段的地层展布特征。

从区域统层结果（图2，图3）看，准东南部与滴南_五彩湾地区地层发育特征类似，依据现有资料，石炭系纵向上可划出4 个内幕层段，其中，松喀尔苏组a 段和巴山组为大套火山岩发育层段，多为安山岩、玄武岩、角砾岩及流纹岩等中基性熔岩[25]，火山岩纵向厚度大、横向分布广，最厚达1 200 m，地震上表现出大套中高频、不连续、杂乱反射特征，测井曲线表现出低伽马、高电阻、高密度特征。

图2 准东石炭系连井地层对比图（图1 中A--A′剖面）Fig.2 Stratigraphic comparison of Carboniferous connected wells in Eastern Junggar Basin（Section A--A′ in Fig.1）

图3 五彩湾凹陷--阜康凹陷石炭系地震地层剖面图（图1 中B--B′ 剖面）Fig.3 Seismic stratigraphic profile of Carboniferous system from Wucaiwan Depression to Fukang Depression（Section B--B′ in Fig.1）

松喀尔苏组b 段主要为沉积岩与溢流相安山岩互层发育层段，沉积岩主体以炭质泥岩、煤系泥岩、凝灰质泥岩及煤为主，纵向厚度普遍在60～150 m，横向呈层状连续分布，为该区的主力烃源岩，地震上以低频、强振幅、连续反射特征为主，测井曲线主体表现为高自然伽马、低电阻率、低密度特征；滴水泉组目前仅在克美地区有少量钻井揭示，准东南部尚无钻井揭示，因此，本文不做分析。

松喀尔苏组b 段与上覆巴山组和下伏松喀尔苏组a 段存在明显地震层序界面，一般表现为强波峰反射，因此，可连续追踪。在区域统层基础上，结合近年来采集的二维宽线及多块“两宽一高”三维地震资料，对准东石炭系顶界、巴山组和松喀尔苏组b 段底界进行系统解释，明确了内幕地层展布特征。准东松喀尔苏组b 段除在局部古凸区遭受剥蚀外，几乎全区分布（图4），整体发育两排NW—SE 向凹陷带，北部凹陷带包括滴水泉凹陷、五彩湾凹陷和大井凹陷，南部凹陷带包括东道海子凹陷、阜康凹陷、吉木萨尔凹陷和古城凹陷，凹陷区发育规模烃源岩，目前钻井揭示，烃源岩埋深普遍在3 000～5 200 m，凹陷区尚无钻井揭示，区域构造解释预测最大埋深在7 500 m 左右。

图4 准东石炭系松喀尔苏组b 段地层厚度分布图Fig.4 Stratum thickness of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

3 构造格局分析

在石炭系内幕地层落实的基础上，依托地震、时频电磁、重力等资料，对准东石炭系构造格局进行分析。

从过莫索湾—滴北凸起的结构剖面看，研究区西段被莫索湾凸起、滴南凸起及滴北凸起分割为东道海子和滴水泉两个凹陷，从过阜康断裂带—克拉美丽山的地震剖面和时频电磁电阻率反演剖面看，东段被沙奇凸起分割为吉木萨尔和大井两个凹陷，并且凹陷内发育低阻的沉积岩段，凸起区发育高阻的火山岩。整体来看，准东南、北两个凹陷带特征清楚（图5，图6）。准东剥层剩余重力异常图（图7）同样证实了这一特征，北部发育3 个独立凹陷，南部发育4 个独立凹陷，南、北分割特征清楚，与地震特征一致。

图5 准东地震地质解释剖面（图1 中C C′ 及DD′剖面）Fig.5 Seismic geological interpretation profile of Eastern Junggar Basin（Section C C′ and D D′ in Fig.1）

图6 阜康断裂带东段--大井凹陷时频电磁线电阻率反演剖面（图1 中E--E′ 剖面）Fig.6 Resistivity inversion section of time-frequency electromagnetic line from the Eastern section of Fukang Fault zone to Dajing Sag（Section E--E′ in Fig.1）

图7 准东剥层剩余重力异常图Fig.7 Stripping residual gravity anomaly map of Eastern Junggar Basin

基于以上分析，针对准东石炭系构造单元进行了系统划分，从划分结果（图8）看，准东受滴北凸起、滴南凸起—沙奇凸起和莫索湾凸起—北三台古凸分割为南、北两大凹陷带。形成该构造格局是石炭纪早期受北部西伯利亚板块北东向挤压应力、石炭纪晚期南部塔里木板块向北挤压应力作用的叠加结果，初步分析北部凹陷带形成时间应早于南部。

图8 准东石炭系构造格局图Fig.8 Carboniferous tectonic framework map of Eastern Junggar Basin

4 烃源岩预测

北部凹陷带已证实发育石炭系松喀尔苏组b 和滴水泉组两套烃源岩，其中盆地广泛发育的松喀尔苏b 段[27]烃源岩落实程度高，南部凹陷带落实程度较低，因此，重点针对南部凹陷带烃源岩进行了系统的预测，由于古城凹陷、东道海子凹陷和阜康凹陷深埋区以二维及老三维为主，资料品质差，烃源岩预测精度低，阜东斜坡区及吉木萨尔地区以新采的“两宽一高”三维和重处理三维为主，烃源岩预测精度相对较高。

准东南部钻揭石炭系烃源岩的井大多位于凸起带—斜坡区，通过对前期已钻井统计发现，松喀尔苏组b 段烃源岩有机质类型以III～II2型为主，部分为II1型，有机质丰度高，有机碳含量普遍为10%～20%（图9），总体为一套中等—好烃源岩。生烃潜力S1+S2平均值为21.18 mg/g，氢指数为153.50 mg/g，氧碳比平均为0.06，氢碳比为0.65，为一套优质气源岩。对比滴水泉—五彩湾地区烃源岩，准东南部石炭系松喀尔苏组b 段烃源岩丰度略低。阜东斜坡和吉木萨尔地区埋深相对较浅的烃源岩热氧化程度低，有机质成熟度普遍在0.7%～1.3%，热解峰温平均值为443°C[9]，达到了成熟阶段[28]，推测斜坡区已进入生凝析油-湿气阶段，凹陷主体区达到过成熟阶段，为形成石炭系规模天然气藏提供了充足的气源条件。

图9 准东石炭系松喀尔苏组b 段有机碳含量等值线图Fig.9 TOC contour map of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

准东南部石炭系松喀尔苏组b 段为厚层炭质泥岩、深灰色泥岩夹火山岩的岩性组合，地震上普遍表现为低频、强振幅、连续反射的特征。井震标定结果表明，烃源岩在地震上表现为强波峰亮点反射（图10）特征，基于这一现象，通过提取能够反映烃源岩相对厚度关系的最大波峰数属性，最大波峰数值越大，烃源岩厚度越大（图11），结合地层厚度图及已钻井（fu26、fu39、fu41 等20 余口）烃源岩厚度与地层厚度的百分比等资料，对准东南部松喀尔苏组b段烃源岩进行精细预测，结合北部预测结果，对准东烃源岩进行整体落实。预测结果显示，准东南部几大凹陷规模大，尤其是阜康、吉木萨尔及古城凹陷烃源岩厚度大于100 m 面积达1 510 km2（图12），具备形成天然气大场面的源岩基础。而阜康、吉木萨尔凹陷有机质丰度高，生烃能力强，从生气强度分析结果看，两大凹陷生气强度普遍大于20×108m3/km2，总体生气量达20×1012m3（图13），勘探潜力巨大，是准噶尔盆地天然气勘探的重要接替领域。

图10 阜东斜坡区fu39 井合成记录标定Fig.10 Calibration of synthetic records of Well fu39 in Fudong Slope Area

图11 阜东斜坡--吉木萨尔地区三维区石炭系松喀尔苏组b 段最大波峰数属性平面图Fig.11 Attribute plan of maximum peak numbers of Songkarsu Formation b of Carboniferous in 3D area of Fudong Slope and Jimusar Area

图12 准东石炭系松喀尔苏组b 段烃源岩厚度图Fig.12 Thickness map of hydrocarbon source rocks of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

图13 准东石炭系松喀尔苏组b 段生气强度等值线图Fig.13 Contour map of gas generation intensity of Songkarsu Formation B of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

5 勘探潜力分析

前期北部凹陷带已整体突破，围绕滴水泉和五彩湾凹陷已分别发现克拉美丽和五彩湾两个气田，并且东部大井凹陷sq1 井也获重大突破；而南部凹陷带勘探程度非常低，勘探潜力巨大，其中，阜康凹陷烃源岩厚度大、分布广、生气强度大，北三台凸起已发现多个高效油气藏，斜坡区中部fu26 井获高产工业油气流，下倾方向qt1 井也见重要油气显示，展现了阜康凹陷石炭系天然气广阔的勘探前景，是下一步探索的重点领域。该区主体被近年来新采集的“两宽一高”三维地震资料覆盖，资料品质好，烃源岩、火山岩储层落实程度高，可作为天然气勘探主攻领域；吉木萨尔凹陷埋藏深，东斜坡ji15 井已获突破，凹陷区勘探潜力大，且该区资料品质相对较好，可作为准备领域；古城凹陷资料以二维为主，烃源岩规模相对较小、生气强度相对略低，可作为后备领域。