准噶尔盆地侏罗系页岩气地质特征及勘探潜力区识别

杜世涛，廖清志，黄传松，张豫疆

(1.新疆维吾尔自治区煤田地质局 一六一煤田地质勘探队,乌鲁木齐 830000；2.华北油田公司第一采油厂 工程技术研究所,河北 沧州 062550)

0 引言

准噶尔盆地为典型的叠合含油气盆地，沉积地层包括石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、第三系以及第四系，中央坳陷区沉积厚度为4 000～14 000 m。区内发育石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系和下第三系等5套主要烃源岩层段[1-4]。历经近60年的油气勘探，先后发现独山子、克拉玛依、齐古、五彩湾和石南等27个油气田(其中气田17个)，累计探明储量为石油20.43×108t、天然气2 136×108m3。勘探和研究成果证实，位于中央坳陷区的石炭、二叠系、三叠系和侏罗系烃源岩已进入高过成熟生气阶段，是常规天然气藏的主要气源岩，也是页岩气附存的有利层系[5-6]。

但目前针对准噶尔盆地页岩气的相关实质性工作暂未开展，近几年有关该盆地页岩气的理论探索有:钱宇等[7]通过对准噶尔盆地东部侏罗系烃源岩地化特征的研究，认为盆地东部侏罗系烃源岩有机碳含量差异大，烃源岩处于未成熟-低成熟阶段，生油潜力为差-中等，生气潜力大；钱海涛等[8]综合运用地质、地震及分析化验等资料，探索盆地玛西斜坡油气藏类型、成藏特征，成藏模式，认为侏罗系八道湾组和三工河组为油气的有利勘探方向；程长领等[9]通过剖面、地震、露头样品、岩心、岩屑及地化等资料对盆地油源进行对比，认为车排子区域四棵树凹陷内侏罗系八道湾组赋存的3个洼陷烃源岩区是该区域的油源区；郑金海等[10]在研究准噶尔盆地西部页岩油气工作中依据阜康凹陷的侏罗系烃源岩规模、干酪根类型、有机质的丰度及其成熟阶段，认为阜康凹陷具有生成页岩油气的潜力；杜世涛等[11]通过常规油气井岩性识别、样品数据和文献资料，分析了准噶尔盆地二叠系页岩储层的分布面积、埋深、累计厚度、脆性矿物含量、孔隙度、渗透率、有机质丰度、有机质成熟度以及有机质生气强度等参数，认为盆地玛湖凹陷—盆1井西凹陷为准噶尔盆地二叠系页岩气的有利区；龚德瑜等[12]针对准噶尔盆地南部侏罗系八道湾组与西山窑组煤系气地球化学特征涵盖页岩气储层的相关指征，通过试采获得工业气流，推测盆地侏罗系地层页岩气具有一定的潜力。前人已公开的研究内容凸显以下特征：1)以直接研究页岩气勘探开发为目的的极少，针对侏罗系烃源岩的几乎没涉及；2)以往的研究主要围绕常规油气田做小区域性工作，对全盆地侏罗系烃源岩地层有待统一认识；3)煤系气概念的提出，对于页岩气勘探开发工作即是指示丰富了页岩气勘探开发内涵。

该研究探讨准噶尔盆地侏罗系烃源岩地层，主要研究方法为：1)常规油气烃源岩与页岩气储层资源潜力评价指标属同根同源，认真梳理常规油气勘探开发成果，能较快地确定研究页岩气的重点层系与重点地区，缩短前期认识时间；2)提取以往大量油气生产资料和数据中涉及页岩气储层资料、测录井资料、地质资料及地球化学分析数据，概略性地判断出页岩气的重点层系或重点领域，了解目标层系、目标领域的基本地质信息，提出进一步评价、研究的方向与主要工作；3)通过露头地质调查，研究泥页岩有机质富集段特征、岩性组合及富有机质泥页岩剖面展布特征；4)收集、整理和编制关键图件，形成对研究区页岩气储层的认识，为有利区的评价优选提供依据。

1 准噶尔盆地页岩气地质特征

准噶尔盆地，位于我国新疆北部，是我国第二大内陆盆地。从沉积构造演化过程看，准噶尔盆地自晚古生代至第四纪经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅等构造运动，形成了以前寒武结晶基底和古生界浅变质基底为基底的双重结构，整体展布状态下断上坳。图1所示为准噶尔盆地地震解译地层与构造特征综合大剖面[11,13-14]。

图1 准噶尔盆地地震解译地层与构造特征综合大剖面Fig.1 Comprehensive section of seismic interpretation of stratigraphic and structural features in Junggar Basin

1.1 前陆盆地的形成和发育

准噶尔盆地前陆盆地的形成和发育可分为3期[10,15]：第1期为早二叠世前陆盆地发展阶段，以边缘冲断、推覆并强烈褶皱和盆地内以大型隆起平缓褶皱为主，并发育逆冲断裂，形成准南与西北缘2个前陆盆地，接受盖层沉积，发育乌尔禾组、风城组和佳木河组3套烃源岩，为盆地烃源岩发育极盛期；第2期为中晚侏罗纪前陆盆地阶段，腹部车莫地区发生隆升，形成准南和乌伦古2个前陆盆地，同时为二叠系烃源岩生排烃高峰期和成藏期；第3期即晚第三纪-第四纪再生前陆盆地阶段，盆地南缘山前坳陷受喜马拉雅构造运动影响，北天山强烈抬升，区域性南部掀斜，山前快速沉降，形成准南再生前陆盆地，该期为油气藏的调整与形成期，同时是侏罗系煤系地层的主要成气期[12,16]。在前两期前陆盆地形成之间为内陆坳陷盆地发展阶段，盆地性质为陆相盆地复合叠加坳陷盆地，盆内受拉张作用而稳定沉降，发育三叠系、下侏罗统多套广覆式湖相煤系烃源岩。图2所示为准噶尔盆地形成演化过程模式。

1.2 侏罗纪地层发育

盆地在沉积演化过程中，泥页岩烃源岩主要发育在对应的盆地沉积演化阶段的湖侵(湖泛面)期或海侵期(海泛面),如图3所示。侏罗纪早期，盆地沉积中心主要位于昌吉凹陷西部至盆1井西凹陷；中晚期以陆梁隆起为界，形成了南、北2个沉积中心，即南缘沉积凹陷和乌伦古沉积坳陷，而南缘沉积凹陷又可分为2个沉积中心，即南缘西部的四棵树沉积凹陷和南缘山前断褶带的东部，其中乌伦古坳陷和四棵树凹陷为2个新的侏罗系沉积凹陷。侏罗系烃源岩主要赋存于下侏罗统八道湾组、三工河组和中侏罗统西山窑组，如图3和图4所示。

图3 准噶尔盆地沉积演化与烃源岩发育剖面示意图Fig.3 Schematic diagram of the sedimentary evolution and source rock development section of the Junggar Basin

图4 准噶尔盆地区块划分图Fig.4 Block division map of Junggar Basin

八道湾组沉积期，沉积范围扩大至盆地南部边缘，沉积中心位于中部，围绕马桥凹陷展开，厚度可达约800 m；其次为北部索索泉凹陷，沉积厚度可达800 m；再者为盆地东部区域，沉积厚度较小，约为200 m，经沉积后造山运动隆起剥蚀，残留厚度较小。

在八道湾沉积的基础上，盆地侏罗系地层三工河组整合继承发育，两组地层分布范围相当，不同的是在盆地西—北部边缘的克百断裂带、乌夏断裂带以及红岩断裂带也有三工河组地层分布，沉积地层厚度整体较均匀。在南部边缘昌吉凹陷内有一呈近东西向带状展布的沉积凹陷，中心厚度为600～800 m，向南部山前渐深，向北部渐薄。

西山窑组沉积范围与三工河组的沉积范围相当。不同之处在于：马桥凸起的高部位缺失西山窑组煤系地层，乌伦古坳陷东北部、四棵树凹陷东部-南缘山前断褶带发育两处新的西山窑组煤系地层，昌吉凹陷内的沉积中心在三工河组沉积中心的基础上向东迁移，同时范围缩小，全区沉积中心厚度在600 m以下。

盆地3套主要侏罗系地层展布呈现以下3个特征：1)纵向叠置上3套地层呈整合接触；2)3套地层沉积范围相当，横向展布上呈条带状与盆缘平行；3)整体厚度较大，平均超过1 000 m。

1.3 侏罗系地层泥页岩展布及地化特征

下侏罗系八道湾组泥页岩主要发育于半深湖相泥岩及沼泽相，厚度为100～300 m，在中央坳陷区南部最厚达350 m以上，其中优质泥页岩面积 9×104km2，厚度为50～320 m，平均为112 m；在阜康凹陷—东道海子凹陷、盆1井西凹陷及三工河组发育半深湖相泥岩及沼泽相煤岩，厚为160～270 m，优质泥页岩面积为9.1×104km2，厚度为40～240 m，平均厚度为60 m。另外，侏罗系还发育丰富的煤系煤岩，即煤系顶底板赋存高炭质优质泥页岩，是页岩气勘探开发值得重视的领域。侏罗系八道湾组煤系煤岩厚度为0～35 m，分布面积为7.5×104km2，煤岩厚度大于20 m的分布面积为0.23×104km2，占总面积的3.13%。西山窑组煤岩厚度为0～30 m，煤岩总分布面积为6.5×104km2，煤岩厚度大于20 m的分布面积为0.48×104km2，占总面积的7.45%。

侏罗系烃源岩有机碳TOC为 0.37%～43.54%，其中，三工河组主要检测样品的有机碳含量值集中在0.32%～3.00%，占样品量的89.5%；八道湾组检测样品的有机碳含量分布较三工河组分散，主要集中在0.36%～3.42%，占样品总量的73.7%。从样品氯仿沥青“A”、总烃和(S1+S2)含量看，八道湾组明显优于三工河组(如图5和表1所示)。

图5 准噶尔盆地三工河组/八道湾组烃源岩TOC柱状图Fig.5 TOC histogram of source rocks of Sangonghe/Badaowan Formation in Junggar Basin

表1 准噶尔盆地侏罗系煤岩有机质丰度表Table 1 Organic matter abundance table of Jurassic coal rocks in Jungar Basin

研究区总体烃源岩以半深湖相的暗色泥岩和碳质泥岩为主，多与煤岩互层叠置，TOC主要富集于1 400～2 500 m和3 000～3 400 m深度区间，以八道湾组地层为主，含量为0.0～6.0%；成熟度Ro为0.45%～1.36%，与深度(2 000～5 000 m)呈明显的正相关关系，至4 000 m深度Ro与埋深正相关关系减缓(如图6所示)，Ro总体为低-成熟区间阶段。由于侏罗系烃源岩为煤系烃源岩(母质类型以Ⅱ2-Ⅲ型为主)，是以生气为主的烃源岩类型[17](见表2)。

表2 准噶尔盆地主要泥页岩层系地质特征表Table 2 Geological characteristics of the main shale strata in the Junggar Basin

图6 准噶尔盆地侏罗系烃源岩TOC/Ro与深度关系图Fig.6 The relationship between TOC/Ro and depth of Jurassic source rocks in Junggar Basin

1.4 侏罗系页岩储层含气性

通过复杂盆地老井，在盆地南缘、吉木乃等地区发现有侏罗系泥页岩地层存在页岩气，图7所示为准噶尔盆地侏罗系烃源岩等厚、勘探潜力区图，准噶尔盆地页岩气老井复查结果见表3。南缘第一排构造带两端南安1井和牧7井分别在八道湾组泥质岩中见页岩气显示，其中南安1井八道湾组509～534 m获产气2 450 m3/d，牧7井侏罗系有8层气测显示好，解释为气层，但大部分所对应的砂层不发育，为泥质砂岩或砂质泥岩，推测为泥岩裂缝型气藏。

表3 准噶尔盆地页岩气老井复查结果Table 3 Recheck resultsof old shale gas wells in Junggar Basin

盆参2井在下侏罗统常规储层射孔喷出大量天然气，表明中央坳陷下侏罗统烃源岩已达到高成熟生气阶段。盆参2井侏罗系八道湾组井深5 115～5 144 m浅灰色细砂岩中测试，获日产油12.54 t、日产水15.7 m3、日产气9 233 m3，地层净压力为105.979 MPa，压力系数2.1，井底实测温度130.62 ℃。根据准噶尔盆地中-下侏罗统烃源岩总生气强度模拟，总生气强度大于20×108m3/ km2的面积有20 000 km2，其中盆地南缘为主要高强度生气区。

1.5 勘探潜力区划定

准噶尔盆地下侏罗统泥页岩分布广、厚度大，有效气源岩主要分布于中央坳陷区及以南区域(如图7所示)。根据控制页岩气成藏的关键参数[18-21]和滚动勘探开发、逐步深入及最大规避风险的原则，对比优选研究区烃源岩展布、厚度、埋深、TOC和Ro等生气强度参数(见表1、表2和表3)可得：1)八道湾组和三工河组主要烃源岩昌吉凹陷、达巴松凸起、盆1井西凹陷、莫北凸起、马桥凸起的大部分、东道海子北凹陷的一部分以及索索泉凹陷北部，总厚在150～600 m,确定侏罗系八道湾组和三工河组为初步勘探的优选地层；2)中央坳陷区优质泥页岩面积为9×104km2，阜康凹陷—东道海子凹陷、盆1井西凹陷区域优质泥页岩面积为9.1×104km2。此外，侏罗系八道湾组煤系煤岩厚度为0～35 m，分布面积为7.5×104km2，煤岩厚度大于20 m的分布面积为0.23×104km2，占总面积的3.13%。由此进一步把潜力勘探范围划定在盆地中部及其以南区域；3)盆地主要烃源岩赋存区埋深在1 000～7 000 m,结合TOC主要富集深度区间(1 400～3 400 m)成熟度Ro受深度控制的密切程度，从经济和勘探潜力推断盆地优势勘探深度为2 000～4 000 m；4)根据南安1井、牧7井、盆参2井和八道湾组烃源岩产气表现及中—下侏罗统烃源岩总生气强度模拟结果，进一步证实了盆地中部凹陷至南部山前的中—下侏罗统烃源岩在全盆地具有较可观的勘探潜力。

2 结论与建议

1)常规油气烃源岩与页岩气烃源岩属“同根同源”，利用常规油气地质成果作为页岩气勘探开发前期依据是科学合理的，不但节省了前期人力物力的投入，而且缩短了工作周期，实现了资源最大化整合利用；

2)八道湾组和三工河组主要烃源岩赋存于盆地中央坳陷至盆地南部边缘，中央坳陷区优质泥页岩面积为9×104km2，阜康凹陷—东道海子凹陷、盆1井西凹陷区域优质泥页岩面积为9.1×104km2，烃源岩厚为150～600 m，TOC为0.77%～23.45%，Ro为0.45%～2.00%，有机质类型为Ⅱ2-Ⅲ型，由此推断盆1井西凹陷—中央坳陷—准南区域的侏罗系八道湾组和三工河组地层为先期探索性勘探的最有利区域。

3)目前新疆区域页岩气勘探进展基础工作特别滞后，而根据资源赋存潜力预测，该区域页岩气赋存潜力较大，有待该领域工作者重视。