和什托洛盖盆地烃源岩特征及勘探潜力分析

孙相灿， 文磊， 张林， 易立， 姜鹍鹏， 熊峥嵘

(1.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083； 2.胜利油田勘探开发研究院，东营 257001)

0 引言

和什托洛盖盆地位于准噶尔盆地西北部，行政区划上位于塔城地区和布克赛尔县中西部及托里县北部，面积约8 467 km2。早期开展过1∶20万区域地质调查、重磁力普查和1∶10万石油地质调查工作，钻井6口，分别为和参1井、和参2井、和3井、和煤1井、和地1井及和砂1井，中国石油天然气集团有限公司(下文简称“中石油”)和中国石油化工集团有限公司(下文简称“中石化”)先后部署了二维地震测线和电法测线。总体来看，中石油及中石化前期勘探工作量主要集中在和什托洛盖盆地的中东部，盆地西部基本为勘探空白区。2015年起，中国地质调查局开始在和什托洛盖盆地进行区域地质调查研究。和什托洛盖盆地油气成藏条件复杂，虽钻遇油气显示，但未取得油气勘探突破。本文从野外地质调查入手，通过开展和什托洛盖盆地及周缘露头烃源岩样品采样和分析化验工作，评价了盆地烃源岩发育特征和潜力，并结合已有钻井、地震和非震等资料综合分析了石油地质条件，明确了盆地勘探潜力和下一步勘探方向。

1 区域地质概况

和什托洛盖盆地是在海西期褶皱基底上演化而成的中生代山间盆地，北依谢米斯台山和阿尔加提山，南邻扎伊尔山和哈拉阿拉特山。盆内构造较复杂，断裂十分发育，反映盆地受多期构造挤压运动的影响，总体表现为NEE向的复向斜[1-5]。盆地在构造上可划分为北部断褶带、中央坳陷和南部斜坡区3个一级构造单元(图1)，中央坳陷自西向东进一步划分为托里凸起、白杨河凹陷及和布克河凹陷等次级构造单元。

盆地主要发育上古生界泥盆系中上统与石炭系下统、中生界侏罗系与白垩系和新生界，局部可见三叠系上统，缺失二叠系(图2)。

图1 和什托洛盖盆地构造单元划分

Fig.1 Division of tectonic units in Heshituoluogai Basin

1.泥岩； 2.砂岩； 3.生屑生物灰岩； 4.凝灰质砾岩； 5.凝灰质细砾岩； 6.粗砂岩； 7.砾岩； 8.凝灰质粉砂岩； 9.粉砂质泥岩； 10.细砂岩； 11.粉砂岩； 12.凝灰岩； 13.安山玄武岩； 14.安山岩； 15.安山玢岩； 16.流纹岩； 17.泥质粉砂岩； 18.煤层； 19.砂砾岩； 20.中砂岩； 21.生油层； 22.储层； 23.盖层

图2 和什托洛盖盆地综合柱状图

Fig.2 Stratigraphic column of Heshituoluogai Basin

2 烃源岩特征

盆地发育泥盆系、石炭系和侏罗系3套潜在烃源岩[6-8]，其中侏罗系为盆地烃源岩的主要发育层段，泥盆系及石炭系为烃源岩的次要发育层段(图2)。

2.1 泥盆系烃源岩

中上泥盆统为潜在的烃源岩发育段，其中，露头剖面上呼吉尔斯特组(D2h)主要见于和什托洛盖盆地北部阿赫尔布拉克剖面，岩性以灰黑色粉砂质泥岩和泥岩为主(图3(a))，露头区该套地层厚度为100～300 m。有机碳含量平均为0.749%，生烃潜量(S1+S2)为0.11 mg/g，氢指数(IH)为160.78 mg/g。由于野外样品风化程度高导致上述指标较低，有学者对该层有机碳含量风化校正后达1.44%，属中等—好烃源岩[7]。显微组分中腐泥组含量高，占95%，惰质组占5%(图3(b))。镜质体反射率(Ro)为2.37%，处于高成熟演化阶段。朱鲁木特组(D3z)下部为泥岩与细砂岩互层，局部发育烃源岩，厚50～200 m。

(a) D2h灰黑色泥岩 (b) 显微镜照片

图3 阿赫尔布拉克剖面上泥盆统呼吉尔斯特组(D2h)烃源岩特征

Fig.3 Source rocks characteristics of Hujiersite Formation in Upper Devonian (D2h) at Aheerbulake section

对阿赫尔布拉克剖面上泥盆统呼吉尔斯特组(D2h)有机质丰度较高的泥岩样品采用开放体系生烃模拟，560 ℃时累计生烃量最大(图4(a))，活化能集中在450～550 kJ/mol(图4(b))。最大生烃率可达24.0%，加热后IH最大为3.2 mg/g，显示中上泥盆统烃源岩具有一定的生烃潜力。

(a) 累计生烃率与温度关系 (b) 生烃率与活化能关系

图4 阿赫尔布拉克剖面上泥盆统呼吉尔斯特组(D2h)泥岩生烃模拟

Fig.4 Hydrocarbon-generating simulation of Hujiersite Formation in Upper Devonian (D2h) at Aheerbulake section

盆地北部布龙果尔地区在沉积-火山旋回中可见干油砂、沥青脉，油源对比表明可能来自于中泥盆统泥岩。中国地质调查局2014年钻探的和砂1井(井深300.26 m)揭示泥盆系呼吉尔斯特组酸性火山喷出岩、中—细粒碎屑岩、泥岩、煤层、火山碎屑岩及凝灰岩，获含沥青安山岩、流纹岩、中—细砂岩及砾岩27.3 m，说明该地区泥盆系烃源岩发生过生、排烃作用，证实了泥盆系烃源岩的潜力。

2.2 石炭系烃源岩

盆地内钻遇的石炭系以火山岩(凝灰岩、花岗岩、安山岩)为主，另见少量暗色泥岩、凝灰质泥岩，其中和3井钻遇25 m暗色泥岩，和参1井钻遇24 m凝灰质泥岩，和参2井钻遇近126 m凝灰质泥岩。地震剖面东部同向轴由西向东延伸，推测在盆地东部发育姜巴斯套组—巴塔玛依内山组地层，具有发育石炭系烃源岩的可能。建场测深资料也显示盆地中西部存在低阻层，对应地震测量上为较杂乱反射，埋深2 000～3 500 m，厚1 000～2 000 m，其中和参2井、和参1井钻遇凝灰质泥岩段在地震剖面上显示为断续、较强振幅的反射特征，与低阻层较一致，推测盆地内部具有发育下石炭统烃源岩的潜力。

露头上，在北部谢米斯台山南以及西利克山北发育一套泥盆纪晚期与石炭纪早期的过渡层和布克河组(C1hb)，为一套水体相对较浅的浅海相—海陆过渡相层系与中基性火山岩组合，上段为灰色生物碎屑灰岩与灰绿色砂岩、粉砂岩，下段为凝灰质砾岩、凝灰质砂岩、凝灰质泥岩、红褐色泥岩旋回性发育，夹中基性安山岩，泥岩段较薄，露头上厚度10～20 m。TOC含量为0.40%，Tmax为506 ℃，生烃潜量(S1+S2)为0.02 mg/g，热演化程度Ro为3.17%，为一套高过成熟的低有机质丰度泥岩。南部哈拉阿拉特山发育石炭系含暗色泥岩段，露头上观察厚度近100 m，但砂质含量较高，岩性以粉砂质泥岩为主，露头上风化呈“书页”状。TOC含量为0.36%～0.41%，Tmax为493～497 ℃，生烃潜量(S1+S2)为0.03～0.05 mg/g，热演化程度较高，属于高过成熟低有机质丰度泥岩。

2.3 侏罗系烃源岩

侏罗系在盆地广泛分布，具有东西厚中间薄的特征。下侏罗统八道湾组是主要烃源岩发育段，岩性主要为灰绿色砂岩、深灰色砂质泥岩、碳质泥岩夹湖沼相煤层。碳质泥岩和煤层是主要烃源岩发育段。其中和3井揭示八道湾组暗色泥岩60 m，泥地比11.9%； 和参1井揭示八道湾组暗色泥岩95 m，泥地比21.0%； 和参2井揭示八道湾组暗色泥岩85 m，泥地比20.7%。盆地周缘露头白杨河剖面以及西利克山北剖面均见八道湾组暗色泥岩。区域上，侏罗系八道湾组泥岩主要分布在盆地东侧和参2井区域以及盆地西部和参1井至和3井区域(图5)。

图5 和什托洛盖盆地侏罗系八道湾组(J1b)暗色泥岩厚度Fig.5 Mudstone thickness distribution of Badaowan Formation (J1b) in Jurassic in Heshituoluogai Basin

钻井揭示侏罗系八道湾组烃源岩TOC含量较高，为0.55%～2.59%，生烃潜量(S1+S2)介于0.53～4.93 mg/g，氯仿沥青“A”分布含量在0.012%～0.038 6%，有机质类型以Ⅱ2-Ⅲ型为主(表1)，Ro介于0.46%～0.74%，烃源岩热演化程度较低，综合评价为低熟中等—较好烃源岩。

表1 和什托洛盖盆地侏罗系烃源岩参数Tab.1 Source rocks parameters of Jurassic in Heshituoluogai Basin

虽然目前和什托洛盖盆地内钻井揭示地层热演化程度较低，在盆地局部深洼区侏罗系源岩热演化程度可能会更高。白杨河凹陷及和布克河凹陷侏罗系最大埋深可达2 500 m以上(图6)，八道湾组烃源岩可能进入低熟—成熟阶段，具备形成低熟油气的条件。

图6 和什托洛盖盆地侏罗系八道湾组(J1b)底面埋深Fig.6 Burial depth contour of the bottom of Badaowan Formation (J1b) in Jurassic in Heshituoluogai Basin

3 勘探潜力分析

和什托洛盖盆地虽然紧邻富含油气的准噶尔盆地，但与后者相比，缺失了作为主力烃源岩的二叠系，使得前期对该盆地的油气勘探潜力评价较低。目前研究表明泥盆系、石炭系和侏罗系均发育潜在的烃源岩，具有一定的勘探潜力。

综合研究认为，和什托洛盖盆地发育2套生储盖组合： 下部以泥盆系—石炭系海相泥岩为烃源岩，石炭系火山岩作为储集层，泥岩层作为盖层，可以形成自生自储型火山岩性油气藏，但是鉴于露头上烃源岩热演化程度均较高，可能以早期成藏为主，结合非震资料在盆地西部具有潜在的碎屑岩类低阻层，可能成为烃源岩发育区，是早期成藏的有利地区； 上部以侏罗系八道湾组泥岩、碳质泥岩为烃源岩，八道湾组中部河流-三角洲相砂岩为储层，顶部泥岩层为盖层，可以形成构造类、岩性类油气藏。在盆地白杨河凹陷及和布克河凹陷深洼区，侏罗系埋深较大，热演化程度相对较高，八道湾组已经进入低熟阶段(局部可能进入成熟阶段)，此类区域是寻找低熟油气的相对有利勘探区域。

结合盆地油气地质条件研究，综合分析认为有以下几个有利勘探方向。

(1)白杨河凹陷是和什托洛盖盆地最大的侏罗系沉积凹陷，与位于盆地东部的和布克河凹陷相比，该凹陷八道湾组以厚层暗色泥岩为主，未见煤层，推测其烃源岩条件可能更好。

另外，建场测深资料显示在和什托洛盖盆地中西部地区石炭系内部存在低阻地层，分析认为此处发育烃源岩层，烃源岩发育范围正好与白杨河凹陷重合，因此分析认为白杨河凹陷是和什托洛盖盆地最有利的勘探区带。

(2)南部斜坡区作为和什托洛盖盆地一级构造单元，构造形态相对简单，侏罗系在该区向哈山方向逐层超覆，同时与该区断层组合极易形成各种地层圈闭、岩性圈闭及复合类圈闭。斜坡区北部为白杨河凹陷及和布克河凹陷，凹陷深洼区生成的油气通过断层、不整合面及地层中的骨架砂体向南部斜坡区运聚成藏，因此，盆地南部斜坡区同样为有利油气勘探区带。

4 结论

(1)和什托洛盖盆地发育泥盆系、石炭系和侏罗系3套潜在烃源岩，其中侏罗系为盆地烃源岩的主要发育层段，泥盆系及石炭系为烃源岩的次要发育层段。

(2)石油地质条件综合分析认为和什托洛盖盆地应该具有一定的油气勘探潜力，其白杨河凹陷和南部斜坡区是有利勘探区带。