武小寧，鄧 勇，劉嘯虎，朱 峰，苗金鵬

中國石油東方地球物理公司研究院烏魯木齊分院，新疆 烏魯木齊 830016

引言

準噶爾盆地是一個典型的多旋回復(fù)合疊加含油氣大盆地[1-2]，先后經(jīng)歷了5 次大的盆地演化階段，多期演化形成了多套烴源巖、多套儲層、多種油氣藏類型[3-4]，形成了準噶爾盆地復(fù)雜的含油氣系統(tǒng)。盆地整體劃分為6 個一級構(gòu)造單元，具有多個富烴凹陷[5-6]，油氣資源十分豐富，探明率極低，尤其是天然氣探明率僅8.7%，勘探潛力巨大[7]。

克拉美麗氣田發(fā)現(xiàn)后，石炭系逐漸成為天然氣勘探的重點層系[8]，后期針對石炭系的外甩拓展一直未獲實質(zhì)性進展[9]。2017 年，依托fd5 井區(qū)“兩寬一高”三維地震資料在準東阜東斜坡區(qū)部署的fu26井在石炭系獲重大突破，日產(chǎn)天然氣11.95×104m3，并鉆揭70 m 厚的炭質(zhì)泥巖。2018 年，在古城凹陷部署的cheng1 井同樣在石炭系見良好油氣顯示，也鉆揭130 m 厚的炭質(zhì)泥巖、深灰色泥巖，氣源對比結(jié)果顯示兩口井的油氣均來自于石炭系烴源巖，證實了準東石炭系有效烴源的存在。2019 年，石錢灘凹陷sq1 井也在石炭系獲高產(chǎn)氣流，進一步證實了準東石炭系發(fā)育規(guī)模有效烴源巖，開辟了準噶爾盆地天然氣勘探的新領(lǐng)域。

前期針對準噶爾盆地石炭系勘探主要集中在滴南凸起---五彩灣地區(qū)，研究程度相對較高，準東南部僅對火山巖儲層及烴源巖生烴模擬有過系統(tǒng)研究[10-19]，針對有效烴源巖展布特征的研究一直處于空白，嚴重制約了對整個盆地石炭系的認識，導(dǎo)致下一步勘探方向不明朗。

因此，本文以準東南部為例，通過區(qū)域地層對比落實石炭系烴源巖發(fā)育層段地層展布特征，運用地震、非地震相結(jié)合開展石炭系構(gòu)造格局分析，開展三維區(qū)的基于地震相的烴源巖精細預(yù)測，綜合地層分布、構(gòu)造格局及地震相特征，明確準噶爾盆地石炭系烴源巖展布規(guī)律及生烴潛力，為準東石炭系天然氣勘探指明方向。

1 地質(zhì)概況

準東在構(gòu)造上隸屬莫索灣凸起—莫北凸起—石西凸起一線以東的東部隆起，北至克拉美麗山，南至博格達山前。準東南部指白家海凸起以南的區(qū)域，主要包括阜康凹陷、北三臺凸起、吉木薩爾凹陷、沙奇凸起及古城凹陷等多個二級構(gòu)造單元（圖1）。

圖1 準東構(gòu)造位置Fig.1 Geographical location of Eastern Junggar Basin

準噶爾盆地經(jīng)歷了海西、印支、燕山及喜馬拉雅等多期構(gòu)造運動，其中，海西早期（早石炭世）為準噶爾盆地構(gòu)造格局開始形成階段，此時地殼不穩(wěn)定，構(gòu)造活動劇烈，為海陸過渡相交互沉積環(huán)境。此時盆地東北緣滴水泉、五彩灣地區(qū)為前陸盆地的凹陷區(qū)，發(fā)育厚層滴水泉組烴源巖；南部阜康、吉木薩爾為隆后斜坡，形成了一定規(guī)模的煤系烴源巖。

在早石炭世末期（松喀爾蘇組），準噶爾盆地由擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺弓h(huán)境，在準東形成一系列NW走向的斷陷槽，主要沉積物為炭質(zhì)泥巖、煤層等，形成了準東石炭系的主力烴源巖。海西晚期（晚石炭世）剝蝕作用強，以陸相沉積為主，克拉美麗山前和北三臺凸起局部地區(qū)有間歇性火山巖沉積[7，20-23]。

準東石炭系自下而上發(fā)育滴水泉組（C1d）、松喀爾蘇組a 段（C1sa）、松喀爾蘇組b 段（C1sb）、巴山組（C2b）和石錢灘組[20]。其中，松喀爾蘇組a 段和巴山組為火山噴發(fā)活躍期，火山巖廣泛發(fā)育；石錢灘組以陸相沉積為主，主要發(fā)育碎屑巖儲層；滴水泉組和松喀爾蘇組b 段為準東石炭系烴源巖發(fā)育層段，滴水泉組為準噶爾盆地第一套沉積層[24]，主要為海相細碎屑沉積泥巖、白云質(zhì)泥巖，夾炭質(zhì)泥巖和煤線沉積[25]，而松喀爾蘇組b 段為海陸交互相碎屑巖沉積，以炭質(zhì)泥巖、泥巖、煤層與層狀火山巖互層沉積為主，目前準東尚無鉆井揭示到滴水泉組，因此，本文重點開展松喀爾蘇組b 段烴源巖的研究。

2 地層發(fā)育特征

準東北部滴水泉_五彩灣地區(qū)石炭系勘探程度高，地層較為落實，而準東南部由于前期針對石炭系重點圍繞北三臺凸起高部位風(fēng)化殼勘探，內(nèi)幕地層未曾開展系統(tǒng)的研究，因此，本文從內(nèi)幕地層落實的滴南_五彩灣地區(qū)出發(fā)，結(jié)合地質(zhì)測年數(shù)據(jù)，通過區(qū)域統(tǒng)層開展準東南部內(nèi)幕地層的劃分，進而明確烴源巖發(fā)育層段的地層展布特征。

從區(qū)域統(tǒng)層結(jié)果（圖2，圖3）看，準東南部與滴南_五彩灣地區(qū)地層發(fā)育特征類似，依據(jù)現(xiàn)有資料，石炭系縱向上可劃出4 個內(nèi)幕層段，其中，松喀爾蘇組a 段和巴山組為大套火山巖發(fā)育層段，多為安山巖、玄武巖、角礫巖及流紋巖等中基性熔巖[25]，火山巖縱向厚度大、橫向分布廣，最厚達1 200 m，地震上表現(xiàn)出大套中高頻、不連續(xù)、雜亂反射特征，測井曲線表現(xiàn)出低伽馬、高電阻、高密度特征。

圖2 準東石炭系連井地層對比圖（圖1 中A--A′剖面）Fig.2 Stratigraphic comparison of Carboniferous connected wells in Eastern Junggar Basin（Section A--A′ in Fig.1）

圖3 五彩灣凹陷--阜康凹陷石炭系地震地層剖面圖（圖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）

松喀爾蘇組b 段主要為沉積巖與溢流相安山巖互層發(fā)育層段，沉積巖主體以炭質(zhì)泥巖、煤系泥巖、凝灰質(zhì)泥巖及煤為主，縱向厚度普遍在60～150 m，橫向呈層狀連續(xù)分布，為該區(qū)的主力烴源巖，地震上以低頻、強振幅、連續(xù)反射特征為主，測井曲線主體表現(xiàn)為高自然伽馬、低電阻率、低密度特征；滴水泉組目前僅在克美地區(qū)有少量鉆井揭示，準東南部尚無鉆井揭示，因此，本文不做分析。

松喀爾蘇組b 段與上覆巴山組和下伏松喀爾蘇組a 段存在明顯地震層序界面，一般表現(xiàn)為強波峰反射，因此，可連續(xù)追蹤。在區(qū)域統(tǒng)層基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來采集的二維寬線及多塊“兩寬一高”三維地震資料，對準東石炭系頂界、巴山組和松喀爾蘇組b 段底界進行系統(tǒng)解釋，明確了內(nèi)幕地層展布特征。準東松喀爾蘇組b 段除在局部古凸區(qū)遭受剝蝕外，幾乎全區(qū)分布（圖4），整體發(fā)育兩排NW—SE 向凹陷帶，北部凹陷帶包括滴水泉凹陷、五彩灣凹陷和大井凹陷，南部凹陷帶包括東道海子凹陷、阜康凹陷、吉木薩爾凹陷和古城凹陷，凹陷區(qū)發(fā)育規(guī)模烴源巖，目前鉆井揭示，烴源巖埋深普遍在3 000～5 200 m，凹陷區(qū)尚無鉆井揭示，區(qū)域構(gòu)造解釋預(yù)測最大埋深在7 500 m 左右。

圖4 準東石炭系松喀爾蘇組b 段地層厚度分布圖Fig.4 Stratum thickness of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

3 構(gòu)造格局分析

在石炭系內(nèi)幕地層落實的基礎(chǔ)上，依托地震、時頻電磁、重力等資料，對準東石炭系構(gòu)造格局進行分析。

從過莫索灣—滴北凸起的結(jié)構(gòu)剖面看，研究區(qū)西段被莫索灣凸起、滴南凸起及滴北凸起分割為東道海子和滴水泉兩個凹陷，從過阜康斷裂帶—克拉美麗山的地震剖面和時頻電磁電阻率反演剖面看，東段被沙奇凸起分割為吉木薩爾和大井兩個凹陷，并且凹陷內(nèi)發(fā)育低阻的沉積巖段，凸起區(qū)發(fā)育高阻的火山巖。整體來看，準東南、北兩個凹陷帶特征清楚（圖5，圖6）。準東剝層剩余重力異常圖（圖7）同樣證實了這一特征，北部發(fā)育3 個獨立凹陷，南部發(fā)育4 個獨立凹陷，南、北分割特征清楚，與地震特征一致。

圖5 準東地震地質(zhì)解釋剖面（圖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）

圖6 阜康斷裂帶東段--大井凹陷時頻電磁線電阻率反演剖面（圖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）

圖7 準東剝層剩余重力異常圖Fig.7 Stripping residual gravity anomaly map of Eastern Junggar Basin

基于以上分析，針對準東石炭系構(gòu)造單元進行了系統(tǒng)劃分，從劃分結(jié)果（圖8）看，準東受滴北凸起、滴南凸起—沙奇凸起和莫索灣凸起—北三臺古凸分割為南、北兩大凹陷帶。形成該構(gòu)造格局是石炭紀早期受北部西伯利亞板塊北東向擠壓應(yīng)力、石炭紀晚期南部塔里木板塊向北擠壓應(yīng)力作用的疊加結(jié)果，初步分析北部凹陷帶形成時間應(yīng)早于南部。

圖8 準東石炭系構(gòu)造格局圖Fig.8 Carboniferous tectonic framework map of Eastern Junggar Basin

4 烴源巖預(yù)測

北部凹陷帶已證實發(fā)育石炭系松喀爾蘇組b 和滴水泉組兩套烴源巖，其中盆地廣泛發(fā)育的松喀爾蘇b 段[27]烴源巖落實程度高，南部凹陷帶落實程度較低，因此，重點針對南部凹陷帶烴源巖進行了系統(tǒng)的預(yù)測，由于古城凹陷、東道海子凹陷和阜康凹陷深埋區(qū)以二維及老三維為主，資料品質(zhì)差，烴源巖預(yù)測精度低，阜東斜坡區(qū)及吉木薩爾地區(qū)以新采的“兩寬一高”三維和重處理三維為主，烴源巖預(yù)測精度相對較高。

準東南部鉆揭石炭系烴源巖的井大多位于凸起帶—斜坡區(qū)，通過對前期已鉆井統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，松喀爾蘇組b 段烴源巖有機質(zhì)類型以III～II2型為主，部分為II1型，有機質(zhì)豐度高，有機碳含量普遍為10%～20%（圖9），總體為一套中等—好烴源巖。生烴潛力S1+S2平均值為21.18 mg/g，氫指數(shù)為153.50 mg/g，氧碳比平均為0.06，氫碳比為0.65，為一套優(yōu)質(zhì)氣源巖。對比滴水泉—五彩灣地區(qū)烴源巖，準東南部石炭系松喀爾蘇組b 段烴源巖豐度略低。阜東斜坡和吉木薩爾地區(qū)埋深相對較淺的烴源巖熱氧化程度低，有機質(zhì)成熟度普遍在0.7%～1.3%，熱解峰溫平均值為443°C[9]，達到了成熟階段[28]，推測斜坡區(qū)已進入生凝析油-濕氣階段，凹陷主體區(qū)達到過成熟階段，為形成石炭系規(guī)模天然氣藏提供了充足的氣源條件。

圖9 準東石炭系松喀爾蘇組b 段有機碳含量等值線圖Fig.9 TOC contour map of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

準東南部石炭系松喀爾蘇組b 段為厚層炭質(zhì)泥巖、深灰色泥巖夾火山巖的巖性組合，地震上普遍表現(xiàn)為低頻、強振幅、連續(xù)反射的特征。井震標定結(jié)果表明，烴源巖在地震上表現(xiàn)為強波峰亮點反射（圖10）特征，基于這一現(xiàn)象，通過提取能夠反映烴源巖相對厚度關(guān)系的最大波峰數(shù)屬性，最大波峰數(shù)值越大，烴源巖厚度越大（圖11），結(jié)合地層厚度圖及已鉆井（fu26、fu39、fu41 等20 余口）烴源巖厚度與地層厚度的百分比等資料，對準東南部松喀爾蘇組b段烴源巖進行精細預(yù)測，結(jié)合北部預(yù)測結(jié)果，對準東烴源巖進行整體落實。預(yù)測結(jié)果顯示，準東南部幾大凹陷規(guī)模大，尤其是阜康、吉木薩爾及古城凹陷烴源巖厚度大于100 m 面積達1 510 km2（圖12），具備形成天然氣大場面的源巖基礎(chǔ)。而阜康、吉木薩爾凹陷有機質(zhì)豐度高，生烴能力強，從生氣強度分析結(jié)果看，兩大凹陷生氣強度普遍大于20×108m3/km2，總體生氣量達20×1012m3（圖13），勘探潛力巨大，是準噶爾盆地天然氣勘探的重要接替領(lǐng)域。

圖10 阜東斜坡區(qū)fu39 井合成記錄標定Fig.10 Calibration of synthetic records of Well fu39 in Fudong Slope Area

圖11 阜東斜坡--吉木薩爾地區(qū)三維區(qū)石炭系松喀爾蘇組b 段最大波峰數(shù)屬性平面圖Fig.11 Attribute plan of maximum peak numbers of Songkarsu Formation b of Carboniferous in 3D area of Fudong Slope and Jimusar Area

圖12 準東石炭系松喀爾蘇組b 段烴源巖厚度圖Fig.12 Thickness map of hydrocarbon source rocks of Songkarsu Formation b of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

圖13 準東石炭系松喀爾蘇組b 段生氣強度等值線圖Fig.13 Contour map of gas generation intensity of Songkarsu Formation B of Carboniferous in Eastern Junggar Basin

5 勘探潛力分析

前期北部凹陷帶已整體突破，圍繞滴水泉和五彩灣凹陷已分別發(fā)現(xiàn)克拉美麗和五彩灣兩個氣田，并且東部大井凹陷sq1 井也獲重大突破；而南部凹陷帶勘探程度非常低，勘探潛力巨大，其中，阜康凹陷烴源巖厚度大、分布廣、生氣強度大，北三臺凸起已發(fā)現(xiàn)多個高效油氣藏，斜坡區(qū)中部fu26 井獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，下傾方向qt1 井也見重要油氣顯示，展現(xiàn)了阜康凹陷石炭系天然氣廣闊的勘探前景，是下一步探索的重點領(lǐng)域。該區(qū)主體被近年來新采集的“兩寬一高”三維地震資料覆蓋，資料品質(zhì)好，烴源巖、火山巖儲層落實程度高，可作為天然氣勘探主攻領(lǐng)域；吉木薩爾凹陷埋藏深，東斜坡ji15 井已獲突破，凹陷區(qū)勘探潛力大，且該區(qū)資料品質(zhì)相對較好，可作為準備領(lǐng)域；古城凹陷資料以二維為主，烴源巖規(guī)模相對較小、生氣強度相對略低，可作為后備領(lǐng)域。

6 結(jié)論

（1）準東石炭系以裂隙式噴發(fā)為主，縱向上具備典型的四分結(jié)構(gòu)特征，其中，松喀爾蘇組b 段為海陸交互相沉積，全區(qū)廣泛分布，縱向巖性組合為火山巖與炭質(zhì)泥巖、深灰色泥巖互層沉積，為主力烴源巖賦存層段，烴源巖地震相特征為強波峰亮點反射。

（2）準東石炭系被三排凸起帶分割成南、北兩大凹陷帶，南部凹陷帶包括東道海子、阜康、吉木薩爾及古城4 個凹陷，其中，阜康、吉木薩爾凹陷石炭系松喀爾蘇組b 段烴源巖厚度大、分布廣、生氣強度大，且已證實為較好的氣源巖，為形成規(guī)模天然氣藏提供了良好的源巖基礎(chǔ)，有望形成天然氣勘探接替新領(lǐng)域。