准噶尔盆地南缘四棵树凹陷上三叠统烃源岩评价

魏 力

(中国地质大学(北京) 海洋学院，北京 100083)

魏力.准噶尔盆地南缘四棵树凹陷上三叠统烃源岩评价[J].西安石油大学学报(自然科学版),2018,33(2):9-15.

WEI Li.Evaluation of Upper Triassic hydrocarbon source rocks in Sikeshu Sag,the southern margin of Junggar Basin[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2018,33(2):9-15.

1　研究区地质背景

1.1　勘探研究现状

研究区位于准噶尔盆地南缘北天山山前冲断带西侧，包括四棵树凹陷主体和齐古断褶带西端。四棵树凹陷总体NWW走向，面积6 300 km2，占南缘面积的27.7%[1-5]。四棵树凹陷石油总资源量为2.04×108t，占南缘的18.9%；天然气总资源量为1.59×108m3，占南缘的0.03%；目前仅发现独山子和卡因迪克油田，勘探程度很低，勘探潜力大。

四棵树凹陷近20年油气勘探实践及基础研究表明：①油气主要来自中下侏罗统、白垩系吐谷鲁群和古近系安集海河组3套烃源岩。原油以侏罗系来源为主，白垩系来源原油分布于白垩系及以上储集层，安集海河组来源原油仅分布在古近系储集层，常与侏罗系原油混合，整体上油多气少，以油为主[6-8]。不同来源原油在碳同位素组成、类异戊二烯组成、甾萜烷分布形式等地球化学特征上存在明显不同[9-10]。②发育侏罗系头屯河组和齐古组、白垩系清水河组、古近系紫泥泉子组及新近系沙湾组等多套碎屑岩储集层[11-13]。③主要存在3套储盖组合：一是塔西河组区域盖层、沙湾组砂岩储集层；二是安集海河组区域盖层、紫泥泉子组砂岩储集层；三是吐谷鲁群泥岩区域盖层，吐谷鲁群底砾岩储集层，侏罗系齐古组、头屯河组及三工河组砂岩储集层[5,14-18]。④主要存在以中下侏罗统为烃源和以白垩系、古近系安集海河组为烃源的2套含油气系统，前者最为重要，后者贡献有限[3,5]。

1.2　构造沉积背景

四棵树凹陷为中新生代凹陷，早印支期以前与车排子隆起同为剥蚀区，中晚印支期—早喜马拉雅期强烈沉降坳陷期，中晚三叠世—古近纪地层发育；晚喜马拉雅期以来，北天山持续向北挤压冲断，四棵树凹陷成为准南前陆盆地的一部分，发育巨型南厚北薄的新近系—第四系沉积。四棵树凹陷受燕山期车排子凸起向南东推覆作用影响，具右旋扭动性质，喜马拉雅期受北天山隆升和山体扩张挤压产生侧向运移活动，使四棵树凹陷中、新生代地层向北逐层位移，在燕山期雁行排列的断裂部位发生褶皱形成独南、独山子、西湖、卡因迪克等右旋走滑构造体系，并使这些背斜成为断裂增长型背斜，同时形成山前坳陷[30]。四棵树凹陷主要发育一套三叠系—第四系沉积地层，整体为一套河流-湖泊相碎屑岩地层序列。

2　上三叠统烃源岩评价

2.1　上三叠统沉积地层分布

三叠纪准噶尔盆地隆坳格局基本消失，形成统一的湖盆，尤其晚三叠世，湖域范围较大，沉积了一套浅—半深湖相暗色泥岩。四棵树凹陷三叠系为泥岩和砾状砂岩沉积，岩石颜色为深灰色、灰色，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，局部见含砾砂岩、泥质粉砂岩等。地层所产孢粉圆形粒面孢属Cyclogranisporites—犁形孢属Aratrisporites—无肋双气囊类Nonstriate,Bisaccate组合中，裸子植物花粉占优势(80.0%～82.4%)，蕨类植物孢子较少(17.6%～20.0%)[19]，化石组合面貌与准噶尔盆地南缘上三叠统郝家沟组的孢粉组合面貌基本一致。根据岩性和孢粉化石，确定该套地层时代为晚三叠世。四棵树凹陷上三叠统暗色泥岩主要分布于中上段，由固1井向凹陷东南逐渐增厚，厚度一般为100～150 m，分布面积3 500 km2。

本次研究主要采集了四棵树凹陷内托6井上三叠统泥岩岩心样品、哈尔沙拉露头剖面泥岩样品，搜集了固1井上三叠统泥岩样品分析结果[19-20]，此外还采集了乌伦古坳陷乌伦1和伦8井上三叠统泥岩岩心样品用于对比分析，分析项目包括干酪根显微组分、干酪根同位素、有机元素、总有机碳(TOC)、岩石热解、氯仿沥青“A”、族组成、饱和烃气相色谱、饱和烃色谱-质谱等9类测试。

2.2　有机质丰度

四棵树凹陷上三叠统暗色泥岩有机质丰度较高，具备生烃物质基础(图1)，以固1井、托6井和哈尔沙拉露头暗色泥岩样品为代表说明。固1井上三叠统处于半深湖相，主要岩性为深灰色泥岩，TOC值为1.91%～2.93%(平均2.28%)[19-20]，属于好烃源岩。处于浅湖—半深湖相的托6井TOC值为0.60%～1.47%(平均0.99%)、哈尔沙拉露头暗色泥岩TOC值为0.30%～0.49%(平均0.41%)，属中等质量烃源岩[23](图1(a))。固1井、托6井和哈尔沙拉露头暗色泥岩氯仿沥青“A”值为0.025%～0.135%(平均0.064%)(图1(b))；S1+S2值为0.37～6.59 mg/g(平均2.79 mg/g)(图1(c))，氢指数(S2/TOC)为107～447 mg/g(平均278 mg/g)，总体上属于中等生烃潜力的烃源岩。

乌伦古坳陷暗色泥岩TOC值为0.36%～6.47%(平均3.41%)(图1(a))；氯仿沥青“A”含量0.028%～0.320%(平均0.115%)(图1(b))；S1+S2值为1.61～18.43 mg/g(平均10.18 mg/g)(图1(c))，氢指数(S2/TOC)为145～405 mg/g(平均289 mg/g)。

图1　准噶尔盆地上三叠统暗色泥岩有机质丰度对比(括号内为样品数)Fig.1　Comparison of the organic matter abundance of the upper Triassic dark mudstones in the Junggar Basin (the number of samples in parentheses)

2.3　有机质类型

上三叠统暗色泥岩有机质类型总体偏腐殖型，以Ⅱ2型和Ⅲ型为主(表1)。四棵树凹陷暗色泥岩有机质显微组分以棕黄色腐泥组为主，平均占56.5%，其次为镜质组(平均占26.4%)和惰质组(平均占16.5%)，类型指数平均为20.53，有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型(图2)；干酪根碳同位素组成δ13C为-27.8‰～-24.9‰，平均为-26.3‰，以Ⅱ型有机质为主；H、C原子比值为0.60～0.97(平均0.77)，O、C原子比值为0.20～0.30(平均0.23)，表现出相对贫氢特征[21]；(饱和烃+芳香烃)含量为46.9%～57.2%(平均53.3%)，其中饱和烃含量为36.5%～47.5%(平均42.5%)、芳香烃含量为8.7%～12.6%(平均10.8%)(图1(d))；甾烷组成中，总体分布呈C27>C28

而乌伦古坳陷暗色泥岩有机质显微组分以黄色、棕黄色腐泥组(平均占39.4%)和镜质组(平均占40.0%)为主，其次为惰质组(平均占19.5%)，类型指数平均为-9.54，有机质类型Ⅱ2—Ⅲ型(图2)；干酪根碳同位素组成δ13C为-27.9‰～-24.9‰，平均为-26.3‰；H、C原子比为0.69～0.95(平均0.77)，O、C原子比为0.05～0.13(平均0.07)；(饱和烃+芳香烃)含量为51.8%～60.8%(平均55.5%)，其中饱和烃含量为31.4%～41.2%(平均35.0%)、芳香烃含量为15.0%～26.8%(平均20.5%)(图1(d))；甾烷组成总体分布呈C27

图2　准噶尔盆地上三叠统暗色泥岩显微组分Fig.2　Micro composition of the upper Triassic dark mudstones in Junggar Basin

图3　准噶尔盆地上三叠统暗色泥岩姥植比(图版据文献[22])Fig.3　Pristane to phytane ratio of the organic matter abundance of the upper Triassic dark mudstones in Junggar Basin

研究对比表明，准噶尔盆地上三叠统有机质以高等植物输入占明显优势，乌伦古坳陷为典型内陆湖沼相沉积，而四棵树凹陷偏咸水环境(图3)，四棵树凹陷上三叠统暗色泥岩生油潜力相对更大。

2.4　有机质成熟度

综合样品测试、热演化数值模拟和区域地层展布特征，四棵树凹陷上三叠统暗色泥岩进入生油窗口、可规模生烃的分布面积较大。四棵树凹陷托6井和哈尔沙拉露头暗色泥岩热解峰温(Tmax)为436～443 ℃(平均439 ℃)，乌伦古坳陷暗色泥岩热解峰温为429～453 ℃(平均为443 ℃)。氢指数与Tmax值显示，四棵树凹陷托6井和哈尔沙拉露头暗色泥岩Ro值为0.5%～0.7%，乌伦古坳陷暗色泥岩Ro值为0.4%～1.1%(实际整个坳陷埋深基本均浅于6 000 m，对应Ro值为0.7%)。

四棵树凹陷埋藏热演化史分析表明，上三叠统烃源岩主要在喜马拉雅期达到生烃门限(对应Ro为0.6%，地史埋深约4 500 m)，目前凹陷内Ro值大于0.7%(现今埋深大于6 000 m)的烃源岩分布面积约1 800 km2。

3　上三叠统生烃潜力评价

中三叠世，四棵树地区开始沉降；晚三叠世，形成与准噶尔盆地其他地区相连通的湖盆，具有“盆大水浅”的特点，在石炭系基底之上沉积了以暗色泥岩为主的一套上三叠统湖相地层(图4)。四棵树凹陷固1井钻遇上三叠统159 m(图5(a))，其中暗色泥岩占63.5%[19-20]；托6井上盘钻遇上三叠统242 m(图5(c))，其中暗色泥岩占55.4%，下盘钻遇上三叠统118 m(图5(c))，其中暗色泥岩占72.9%。井震结合分析，四棵树凹陷上三叠统暗色泥岩厚度一般为100～150 m，最大厚度可达200 m，厚度高值区沿固1井—固2井—高泉1井一线呈NWW向展布，上三叠统暗色泥岩分布面积3 500 km2(图4、图5)。

区域上，四棵树凹陷东部比西部具有更高的生烃潜力(图4)。凹陷西部上三叠统暗色泥岩成熟度较低，Ro值一般低于0.7%，生烃能力有限，已钻的固1井[20]、固2井[24]已证实这一判断；凹陷东部上三叠统暗色泥岩厚度大(多数地区大于150 m)、成熟度较高(Ro值一般大于0.7%，最高可超0.9%)，是凹陷的生烃中心区(图4)。

三叠纪准噶尔盆地隆坳格局基本消失，形成了统一的湖盆，尤其是晚三叠世沉积了一套广泛分布的湖相暗色泥岩极为发育的地层[10]。钻井及露头资料分析表明，三叠系暗色泥岩纵向上主要分布在上三叠统，平面上主要分布在乌伦古坳陷、中央凹陷和北天山山前冲断带(其中乌伦古坳陷厚度最大)，四棵树凹陷位于南缘北天山山前冲断带的西部厚度中心。目前在盆地东部已有发现来源于上三叠统原油的报道，乌伦古坳陷以上三叠统为主要烃源已钻探多井，均未获突破[9-10,25-29]。

基于本文测试数据，对比四棵树凹陷上三叠统与乌伦古坳陷的上三叠统烃源岩特征，二者有较多共性：分布范围大，地层厚度大(100～150 m)，有机质丰度较高(TOC值一般为1%～3%)，有机质以高等植物输入占明显优势，有机质类型主要为Ⅱ2―Ⅲ型，(饱和烃+芳烃)含量一般超过50%，成熟度较低(Ro值主体为0.5%～0.7%)。

图4　准噶尔盆地南缘四棵树凹陷上三叠统暗色泥岩厚度与成熟度等值线Fig.4　Thickness and maturity contour map of the upper Triassic dark mudstones in Sikeshu Sag,the southern margin of the Junggar Basin

图5　准噶尔盆地南缘四棵树凹陷过井地震格架剖面Fig.5　Cross-well seismic section in Sikeshu Sag,the southern margin of the Junggar Basin

但相较于乌伦古坳陷，四棵树凹陷上三叠统暗色泥岩具有两点生烃优势：①四棵树凹陷晚三叠世为偏咸水环境，利于形成有机质类型更好的烃源岩；②四棵树凹陷自喜马拉雅期以来上三叠统埋深更大、分布面积更大(Ro值大于0.7%、埋深大于6 000 m、地层厚度大于100 m的烃源岩分布面积约1 400 km2)，具规模生烃潜力。通过对比认为，四棵树凹陷具备乌伦古坳陷相似的烃源规模属性，也具备乌伦古坳陷不具备的生烃能力属性。

4　结　论

四棵树凹陷上三叠统是一套值得关注的、具规模生烃潜力的有利烃源岩：①烃源岩主要分布在中上段；②有机质以高等植物输入占明显优势，主要为Ⅱ2―Ⅲ型；③有机质丰度较高(TOC值一般为1%～3%)，具生烃物质基础；④热演化程度较高，Ro值大于0.7%的烃源岩分布面积约1 800 km2，具规模生烃条件；⑤烃源岩埋深更大、分布面积更大，Ro值大于0.7%、地层厚度大于100 m的烃源岩分布面积约1 400 km2，具规模资源潜力。四棵树凹陷东侧上三叠统暗色泥岩厚度大、成熟度较高，是凹陷的生烃中心区；凹陷西侧成熟度较低，生烃能力有限。

参考文献：

[1]赵白.准噶尔盆地的构造性质及构造特征[J].石油勘探与开发,1979,6(2):18-26.

ZHAO Bai.Structural properties and structural characteristics of Junggar Basin[J].Petroleum Exploration & Development,1979,6(2):18-26.

[2]伍致中.准噶尔盆地南缘构造成因、特征及含油气评价[J].石油勘探与开发,1990,16(4):1-7.

WU Zhizhong.The origin,characteristics of the structures on south boader of Junggar Basin and an evaluation of their oil and gas-bearing potentials[J].Petroleum Exploration & Development,1990,16(4):1-7.

[3]况军.准噶尔盆地四棵树凹陷油气生成、运移及聚集探讨[J].石油实验地质,1992,14(3):272-281.

KUANG Jun.Discussion on the oil generation,migration and accumulation in Sikeshu Sag in Junggar Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,1992,14(3):272-281.

[4]丘东洲.准噶尔盆地西北缘三叠—侏罗系隐蔽油气圈团勘探[J].新疆石油地质,1994,15(1):1-9.

QIU Dongzhou.Exploration of the concealed oil-gas trap of Triassic-Jurassic in Northwestern margin of Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,1994,15(1):1-9.

[5]雷德文,张健,陈能贵,等.准噶尔盆地南缘下组合成藏条件与大油气田勘探前景[J].天然气工业,2012,32(2):16-22.

LEI Dewen,ZHANG Jian,CHEN Nenggui,et al.Conditions for gas pooling in the lower assemblage in the southern margin of the Junggar Basin and the exploration prospect of large hydrocarbon fields[J].Natural Gas Industry,2012,32(2):16-22.

[6]张枝焕,向奎,秦黎明,等.准噶尔盆地四棵树凹陷烃源岩地球化学特征及其对车排子凸起油气聚集的贡献[J].中国地质,2012,39(2):326-336.

ZHANG Zhihuan,XIANG Kui,QIN Liming,et al.Geochemical characteristics of source rocks and their contribution to petroleum accumulation of Chepaizi area in Sikeshu depression,Junggar Basin[J].Geology in China,2012,39(2):326-336.

[7]覃军,林小云,潘虹,等.准噶尔盆地南缘四棵树凹陷及周缘油源关系研究[J].矿物岩石地球化学通报,2014,33(3):395-400.

QIN Jun,LIN Xiaoyun,PAN Hong,et al.Correlations between the Sikeshu Sag and the oil source rock in its peripheral region,South Junggar Basin[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2014,33(3):395-400.

[8]陈建平,王绪龙,邓春萍,等.准噶尔盆地南缘油气生成与分布规律：烃源岩地球化学特征与生烃史[J].石油学报,2015,36(7):767-780.

CHEN Jianping,WANG Xulong,DENG Chunping,et al.Geochemical features of source rocks in the southern margin,Junggar Basin,Northwestern China[J].Acta Petrolei Sinica,2015,36(7):767-780.

[9]孙平安.准噶尔盆地南缘油气源对比研究[D].南京:南京大学,2012:21-48,58-74.

SUN Ping'an.Oil and Gas-Source Correlations in the Southern Junggar Basin[D].Nanjing:Nanjing University,2012:21-48,58-74.

[10] 王绪龙,支东明,王屿涛,等.准噶尔盆地烃源岩与油气地球化学[M].北京:石油工业出版社,2013:18-80.

[11] 雷德文,唐勇,常秋生,等.准噶尔盆地南缘深部优质储集层及有利勘探领域[J].新疆石油地质,2008,29(4):435-438.

LEI Dewen,TANG Yong,CHANG Qiusheng,et al.The deep and relatively high-quality clastic reservoir bodies and favorable exploration areas in southern margin of Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,2008,29(4):435-438.

[12] 杨凡.准噶尔盆地四棵树凹陷古近系-新近系储层特征研究[J].沉积与特提斯地质,2013,33(2):68-73.

YANG Fan.The study of the Palaeogene-Neogene hydrocarbon reservoirs in the Sikeshu depression,Junggar Basin,Xinjiang[J].Sedimentary Geology and Tethyan Geology,2013,33(2):68-73.

[13] 姜雪,程欣,黄震,等.准噶尔盆地南缘西段中上组合层序地层分析[J].长江大学学报(自科版),2013,26(10):19-21.

JIANG Xue,CHENG Xin,HUANG Zhen,et al.Sequence stratigraphic analysis on the mid-upper sectional combination in the Southern Junggar Basin[J].Journal of Yangtze University(Natural Science Edition),2013,26(10):19-21.

[14] 许春明,贺小苏,吴晓智,等.准噶尔盆地托斯台地区构造分析及油气勘探前景[J].新疆石油地质,1992,13(3):197-205.

XU Chunming,HE Xiaosu,WU Xiaozhi,et al.Structure analysis and petroleum exploration prospect of Tostal Area in Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,1992,13(3):197-205.

[15] 李学义,邵雨,李天明.准噶尔盆地南缘三个油气成藏组合研究[J].石油勘探与开发,2003,30(6):32-34.

LI Xueyi,SHAO Yu,LI Tianming.Three oil-reservoir combinations in south marginal of Junggar Basin,Northwest China[J].Petroleum Exploration & Development,2003,30(6):32-34.

[16] 庄新明.准噶尔盆地四棵树凹陷石油地质特征及勘探方向[J].新疆地质,2006,24(4):429-433.

ZHUANG Xinming.Petroleum geology features and prospecting targets of Sikeshu Sag,Junggar Basin[J].Xinjiang Geology,2006,24(4):429-433.

[17] 黄彦庆,钱门辉,张民伟,等.准噶尔盆地南缘四棵树凹陷油气成藏综合分析[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2009,31(5):7-11.

HUANG Yanqing,QIAN Menhui,ZHANG Minwei,et al.Comprehensive analysis of hydrocarbon accumulation in the southern margin of Sikeshu Sag in Junggar Basin[J].Journal of Oil and Gas Technology (J JPI),2009,31(5):7-11.

[18] 管树巍,陈竹新,方世虎.准噶尔盆地南缘油气勘探的3个潜在领域:来自构造模型的论证[J].石油勘探与开发,2012,39(1):37-44.

GUAN Shuwei,CHEN Zhuxin,FANG Shihu.Three potential exploration areas of Southern Junggar Basin:arguments from structural modeling[J].Petroleum Exploration & Development,2012,39(1):37-44.

[19] 胜利油田新疆勘探公司地质科学研究院.准噶尔盆地西缘区块固1井地质综合评价[R].乌鲁木齐:中国石化西部新区勘探指挥部档案馆,2004.

[20] 胜利石油管理局地质录井公司2003队.准噶尔盆地山前坳陷固尔图构造固1井完井地质总结报告[R].乌鲁木齐:中国石化西部新区勘探指挥部档案馆,2003.

[21] TISSOT B P,DURAND B,ESPITALIE J,et al.Influence of nature and diagenesis of organic matter[J].AAPG Bulletin,1974,58(3):499-506.

[22] 程克明,王铁冠,钟宁宁,等.烃源岩地球化学[M].北京:科学出版社,1995.

[23] 黄第藩,李晋超,张大江.干酪根的类型及其分类参数的有效性、局限性和相关性[J].沉积学报,1984,2(3):18-33.

HUANG Difan,LI Jinchao,ZHANG Dajiang.Kerogen types and study on effectiveness,limitation and interrelation of their identification parameters[J].Acta Sedimentologica Sinica,1984,2(3):18-33.

[24] 胜利油田新疆勘探公司地质科学研究院.准噶尔盆地西缘区块固2井地质综合评价[R].乌鲁木齐:中国石化西部新区勘探指挥部档案馆,2004.

[25] 陈建平,梁狄刚,王绪龙,等.准噶尔盆地三叠系生源油藏的发现及其意义[J].地球化学,2003,32(6):582-590.

CHEN Jianping,LIANG Digang,WANG Xulong,et al.The discovery and significance of the crude oils derived from Triassic source rocks in the Junggar Basin[J].Geochimica,2003,32(6):582-590.

[26] 王斌,吴明,王绪龙,等.准噶尔盆地腹部三叠系烃源岩特征与评价[J].西南石油大学学报(自然科学版),2011,33(2):12-20.

WANG Bin,WU Ming,WANG Xulong,et al.Source rock features and evaluation of Triassic strata in the central Junggar Basin[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition),2011,33(2):12-20.

[27] 康素芳,向宝力,廖健德,等.准噶尔盆地南缘三叠系烃源岩地球化学特征[J].西南石油大学学报(自然科学版),2012,34(2):43-52.

KANG Sufang,XIANG Baoli,LIAO Jiande,et al.Organic geochemistry of triassic source rock in the southern Junggar Basin[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition),2012,34(2):43-52.

[28] 李东晖,贺敬聪.准噶尔盆地乌伦古坳陷油气成藏系统分析[J].石油地质与工程,2012,26(2):9-13.

LI Donghui,HE Jingcong.Analysis on hydrocarbon accumulation system in Ulungu Depression of Junggar Basin[J].Petroleum Geology and Engineering,2012,26(2):9-13.

[29] 鲍海娟,何万军,蓝文芳,等.准噶尔盆地乌伦古坳陷三叠系有机地球化学特征与生烃潜力研究[J].矿物岩石地球化学通报,2014,33(4):548-554.

BAO Haijuan,HE Wanjun,LAN Wenfang,et al.Organic geochemistry and hydrocarbon generation potential of Triassic source rocks in the Ulungu Depression of the Northaestern Junggar Basin[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2014,33(4):548-554.