韓 楊，蔣文龍，楊海波，任海姣，王霞田，王 韜

（中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

準噶爾盆地南緣勘探潛力巨大，目前已成為中國西部天然氣勘探的一個熱點區(qū)域。歷經半世紀的勘探研究，準噶爾盆地南緣發(fā)現(xiàn)了獨山子油田、齊古油田、呼圖壁氣田等多個油氣田，特別是高探1井和呼探1 井的相繼突破，顯示了該區(qū)豐富的天然氣資源潛力。而南緣中段與多個主力生烴凹陷毗鄰，且背斜發(fā)育、成藏配置條件完善［1-2］，是尋找規(guī)模天然氣、儲量突破的重點勘探區(qū)域。

近年來，針對準噶爾盆地南緣油氣地球化學特征及油氣成藏方面的研究不斷深入。陳建平等在南緣進行了大量的油氣地球化學實驗和對比研究，將天然氣分為煤型氣、混合氣與油型氣3類，提出南緣中段油氣主要來源于侏羅系烴源巖，并含有少量混源氣的特征［3-4］；朱明等通過油源對比等手段，對南緣西段的四棵樹凹陷烴源巖熱演化及差異成藏規(guī)律進行了研究，判斷四棵樹凹陷的生烴中心位于南部山前［5-6］；胡瀚文等通過對老油區(qū)進行研究，提出了四棵樹凹陷烴源巖的大量生烴時期為新近紀，關鍵成藏時期為晚新生代［7-8］；靳軍等基于大量實測溫壓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了南緣下組合現(xiàn)今溫壓場特征［9-10］?？梢钥闯觯槍δ暇墴N源巖的研究主要集中在南緣西段的四棵樹凹陷，且烴源巖及油氣地球化學的研究方法多以現(xiàn)今實測數(shù)據(jù)為主，無法從時間、空間上反映烴源巖與儲蓋組合、圈閉保存條件等成藏配置的耦合關系，這也使南緣中段天然氣成因及成藏模式尚不清晰，尤其是烴源巖熱演化與構造格局的配置關系亟待解決。為此，筆者應用盆地模擬方法，結合烴源巖地球化學研究結果，對南緣中段的天然氣生成、成藏模式及與生氣時期匹配問題進行分析，旨在找出南緣中段“源-斷”控制背景下的天然氣關鍵成藏時期，為下一步油氣勘探部署提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質概況

準噶爾盆地南緣是構造條件最為復雜的褶皺帶，二疊紀以來可分為前陸盆地、陸內坳陷盆地、再生前陸盆地3 個階段，歷經海西末期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多期構造運動［11］，現(xiàn)今構造呈現(xiàn)出東西分段、南北分帶的特征（圖1）。南緣中段西起四棵樹凹陷，東至阜康斷裂帶，南接依林黑比爾根山，北延伸至沙灣凹陷-莫南凸起-阜康凹陷交界處，面積約為45 000 km2，最大沉積厚度為15 000 m，由南向北大致可劃分為三排背斜帶和三排向斜帶。研究區(qū)深部地層自下而上發(fā)育二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系，目前鉆揭侏羅系八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）、頭屯河組（J2t）和喀拉扎組（J3k）以及白堊系吐谷魯群（K1tg）清水河組（K1q)底部5 套規(guī)模儲層，且吐谷魯群包括清水河組、呼圖壁河組（K1h）、勝金口組（K1s）和連木沁組（K1l），發(fā)育500～2 000 m的巨厚泥巖蓋層，具有良好的儲蓋配置條件［11］，從而該區(qū)具備形成規(guī)模天然氣藏的條件。

2 烴源巖地球化學特征

準噶爾盆地南緣主力烴源巖為中—下侏羅統(tǒng)的八道灣組和西山窯組，研究區(qū)廣泛發(fā)育濱淺湖亞相暗色泥巖含煤層。南緣中段鉆揭侏羅系烴源巖較少，考慮到沉積時期、物源基本一致，本次研究烴源巖地球化學參數(shù)的統(tǒng)計范圍包括整個南緣。統(tǒng)計結果表明，八道灣組烴源巖總有機碳含量（TOC）為0.43%～39.96%，平均值為9.43%；生烴潛量（S1+S2）為0.08～127.42 mg/g，平均值為37.11 mg/g。西山窯組烴源巖總有機碳含量為0.46%～3.51%，平均值為1.26%；生烴潛量為0.4～9.0 mg/g，平均值為1.9 mg/g。此外，煤層在八道灣組和西山窯組皆有分布，認為其是研究區(qū)天然氣的主要來源，八道灣組煤層的總有機碳含量為15.1%～91.9%，平均值為50.1%；生烴潛量為29.6～189.2 mg/g，平均值為94.2 mg/g；西山窯組煤層的總有機碳含量為15.7%～79.9%，平均值為56.6%；生烴潛量為7.38～98.4 mg/g，平均值為68.9 mg/g。鏡質組反射率（Ro）測試結果表明，侏羅系烴源巖現(xiàn)今成熟度為0.62%～1.08%，由于測試樣品深度較淺，推測深部侏羅系烴源巖現(xiàn)今處于成熟—過成熟演化階段，以生氣為主。由圖2 可以看出，侏羅系八道灣組和西山窯組烴源巖的品質為中等—好，有機質類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型［12-13］（圖2b），其中八道灣組生烴條件較好。

圖2 準噶爾盆地南緣侏羅系八道灣組和西山窯組烴源巖地球化學特征Fig.2 Geochemical characteristics of source rocks of Jurassic Badaowan Formation and Xishanyao Formation in southern margin of Junggar Basin

3 熱演化史模擬

3.1 模擬方法

應用PetroMod 盆地模擬系統(tǒng)對烴源巖熱演化史進行模擬，研究過程中所需參數(shù)為地層格架、巖石熱導率以及邊界條件。首先綜合地震解釋及克里金插值等地球物理方法，結合準噶爾盆地及外圍第四次油氣資源評價建立研究區(qū)的地層格架；再依據(jù)實際錄井資料及勘探研究成果對軟件內置的巖性模塊進行混合巖性定義；最后結合地史研究恢復地層剝蝕量，并將中—下侏羅統(tǒng)鏡質組反射率實測數(shù)據(jù)作為古溫標，繪制鏡質組反射率與深度擬合曲線，進而得出研究區(qū)烴源巖熱演化史。

3.2 模擬過程

3.2.1 邊界條件確定

烴源巖熱演化史模擬所需的邊界條件主要包括沉積時水界面溫度、大地熱流及古水深。沉積時水界面溫度（SWIT）可根據(jù)全球平均地表溫度模板在PetroMod 軟件內進行標定。大地熱流主要結合前人研究成果和實際資料獲得，邱楠生等對準噶爾盆地古-今地溫及大地熱流特征進行了研究，同時利用實驗測得的巖石熱導率綜合分析了研究區(qū)不同沉積時期的地溫梯度［14-16］。根據(jù)全國大地熱流匯編（第四版）以及現(xiàn)今地溫擬合曲線（圖3）與前人研究成果，可知準噶爾盆地南緣中段屬于低溫區(qū)，現(xiàn)今大地熱流為（36.2±9.8）mW/m2，現(xiàn)今地溫梯度為18.2 ℃/km［17］。古水深主要依據(jù)地層沉積和海平面升降進行估算。早二疊世準噶爾盆地南緣中段沉積環(huán)境以半深湖-深湖為主，古水深為40～80 m；三疊紀開始，盆地由斷陷向坳陷轉化，整體抬升及迅速充填作用使水域大為縮??；晚三疊世盆地大范圍發(fā)生湖侵，沉積環(huán)境以濱淺湖-半深湖為主，古水深為20～40 m；侏羅紀至古近紀受到燕山運動的影響，盆地整體表現(xiàn)為陸內坳陷，沉積環(huán)境以三角洲-濱淺湖為主，古水深為0～40 m；新近紀以來，喜馬拉雅運動使南緣中段快速且大幅度地隆升，湖泊面積縮小，水體變淺，古水深多為0～20 m。

圖3 準噶爾盆地南緣中段現(xiàn)今地溫擬合曲線Fig.3 Fitting curve of current ground temperature in middle of southern margin of Junggar Basin

3.2.2 剝蝕量恢復

晚侏羅世末期燕山運動Ⅱ幕的構造抬升對研究區(qū)侏羅系烴源巖的熱演化影響十分明顯，該時期構造運動使侏羅系與白堊系之間形成區(qū)域不整合面，以致烴源巖熱演化處于停滯狀態(tài)。為此，采用地層趨勢法并結合前人研究成果對該時期地層剝蝕量進行恢復和厘定［18］。該方法認為地層沉積具有繼承性和持續(xù)性，利用剝蝕地層和未剝蝕地層在橫向變化趨勢上的相關性，以鄰層作為參考層，厘定剝蝕量在側向上的變化規(guī)律并進行估算，得出研究區(qū)侏羅系剝蝕量為200～400 m，其中安集海背斜剝蝕量為300 m，瑪納斯背斜剝蝕量為400 m，霍爾果斯背斜剝蝕量為250 m，呼圖壁背斜剝蝕量為350 m，吐古魯背斜剝蝕量為400 m。

3.2.3 熱史參數(shù)擬合

針對熱史的研究，目前中外采用的主要方法為地球動力學模型法和古溫標法。結合上述2 種方法，將中—下侏羅統(tǒng)鏡質組反射率實測數(shù)據(jù)作為古溫標，擬合得到鏡質組反射率與深度的關系曲線（圖4）。采用常用的EASY%Ro模型，選取相關化學反應動力學參數(shù)，結合沉積埋藏史和不同沉積時期大地熱流值計算Ro值，并與實測值進行對比，通過調整參數(shù)使之與實測值基本一致，其表達式為：

圖4 準噶爾盆地南緣中段熱史溫標擬合曲線Fig.4 Fitting curve of thermal history temperature scale in middle of southern margin of Junggar Basin

4 熱演化特征

4.1 熱演化時期

基于地史、熱史參數(shù)的厘定與模擬，利用鄰區(qū)及高部位已知探井對無井區(qū)域開展虛擬井模擬，考慮到研究需要全層系、深埋藏的背景，在南緣中段的瑪納斯背斜建立模擬1 井，分析2 套烴源巖在不同沉積時期的熱演化特征。由圖5 可見，研究區(qū)八道灣組烴源巖在侏羅紀末期（距今145 Ma）已進入成熟生油階段（0.8%

圖5 準噶爾盆地南緣中段侏羅系烴源巖熱演化特征Fig.5 Thermal evolution characteristics of Jurassic source rocks in middle of southern margin of Junggar Basin

從烴源巖熱演化史可以看出，研究區(qū)中—下侏羅統(tǒng)烴源巖經歷了完整的生烴演化階段，白堊紀是八道灣組、西山窯組烴源巖的主要生烴高峰時期，八道灣組烴源巖生氣強度最高可達2.3×106t/km3，西山窯組烴源巖生氣強度最高可達2.1×106t/km3，說明這2套烴源巖具有良好的生烴能力。

4.2 區(qū)域熱演化特征

結合準噶爾盆地南緣構造格架，建立了南緣中段侏羅系三維盆地熱演化模型，使之更為直觀地反映烴源巖平面熱演化展布特征（圖6）。整體來看，研究區(qū)中—下侏羅統(tǒng)烴源巖現(xiàn)今都已達到成熟—高成熟階段，熱演化程度自西向東依次升高，其中霍瑪吐背斜帶的中—下侏羅統(tǒng)烴源巖演化階段完整，模擬結果顯示烴源巖皆已達到高成熟—過成熟生氣階段，且隨著演化程度的加深，天然氣成熟度自西向東逐漸變高，這與該區(qū)天然氣地球化學特征十分吻合［19-21］，即南緣中段天然氣多呈現(xiàn)濕氣-干氣的特征，氣源顯示均為侏羅系烴源巖，并且天然氣自西向東呈現(xiàn)出逐漸變干的趨勢，進一步證實了本次熱演化模型的準確性。

此外，綜合地史、熱史的模擬結果認為構造運動對于準噶爾盆地南緣烴源巖成熟度的影響主要有2 個方面。第一，南緣烴源巖成熟度受到燕山運動構造格局的影響［22-26］，呈現(xiàn)出熱演化差異性。垂向上，八道灣組烴源巖成熟階段要明顯早于西山窯組；平面上，烴源巖成熟度在白堊紀前也呈現(xiàn)出東高西低的特征（圖6）。第二，若將分析尺度進一步精確到南緣中段，燕山運動以來，中—下侏羅統(tǒng)烴源巖熱演化史為一個持續(xù)埋深成熟的過程，生烴演化的關鍵時期為白堊紀，此后喜馬拉雅運動造成南緣東部地層劇烈抬升，但此時南緣中段的中—下侏羅統(tǒng)烴源巖多已進入高成熟—過成熟階段，因此該時期構造抬升并非是造成烴源巖熱演化差異性的主要原因。

圖6 準噶爾盆地南緣中段侏羅系烴源巖平面熱演化展布特征Fig.6 Planar thermal evolution characteristics of Jurassic source rocks in middle of southern margin of Junggar Basin

5 熱演化史對天然氣成藏的影響

5.1 天然氣成藏模式

綜合分析烴源巖熱演化特征與構造演化的耦合關系，準噶爾盆地南緣中段侏羅系天然氣具有晚期抬升型次生氣藏和持續(xù)埋深型高成熟氣藏2種天然氣成藏模式，以過TW1 和LT1 兩口重點探井的AA’剖面（圖7）為例進行分析。

準噶爾盆地南緣中段發(fā)育三排構造帶，其中齊古斷褶帶為第一排構造帶，早在燕山運動時期就已形成低緩背斜，白堊紀末期，侏羅系烴源巖達到成熟階段，開始生成少量的低成熟—成熟氣，在背斜帶聚集成藏。古近紀以來，烴源巖逐漸達到高成熟階段，以生濕氣為主，受到上覆白堊系巨厚蓋層的影響，侏羅系天然氣僅向上侏羅統(tǒng)齊古組（J3q）、喀拉扎組運聚。新近紀末期，喜馬拉雅運動在天山北緣發(fā)生強烈的逆沖推覆作用，導致齊古斷褶帶先存的氣藏遭受破壞，油氣隨斷裂運移至淺層二次成藏，因此在齊古斷褶帶發(fā)現(xiàn)的天然氣具有中—低成熟與高成熟氣共存的特點。喜馬拉雅運動晚期，隨著構造抬升加劇，先存油氣沿斷裂向上運移至淺層紫泥泉子組（E1+2z），研究區(qū)受由南向北的逆沖推覆作用，氣藏進行了進一步調整，形成晚期抬升型次生氣藏（圖7）。

霍瑪吐背斜帶為靠近凹陷區(qū)的二、三排背斜帶，相較齊古斷褶帶具有烴源巖成熟早、構造形成晚的演化特征。白堊紀末期，侏羅系烴源巖整體進入高成熟生濕氣階段，但此時背斜帶尚未形成，缺少保存條件，導致天然氣在此處未能有效成藏。此后，燕山運動導致研究區(qū)形成侏羅系與白堊系之間的區(qū)域不整合面，為后期天然氣運聚提供了良好的保存條件。喜馬拉雅運動以來，霍瑪吐背斜帶逐漸形成，侏羅系烴源巖此時已處于高成熟—過成熟階段，大量生成的天然氣經斷層輸導作用以及蓋層的遮擋作用在侏羅系頂部及白堊系清水河組儲層聚集成藏，形成持續(xù)埋深型高成熟氣藏（圖7）。

圖7 準噶爾盆地南緣中段天然氣運移與成藏模式（剖面位置見圖1）Fig.7 Gas migration and accumulation in middle of southern margin of Junggar Basin（Profile position can be seen in Fig.1）

5.2 天然氣分布探討

結合烴源巖關鍵生氣時期和構造運動對準噶爾盆地南緣中段的天然氣成藏進行動態(tài)演化分析，認為南緣中段霍瑪吐背斜帶侏羅系頂部及白堊系清水河組為天然氣有利分布區(qū)域。原因之一是燕山運動形成的斷裂為深部油氣運移至侏羅系頂部及白堊系清水河組提供了良好的運移通道，同時區(qū)域不整合面與后期形成的白堊系巨厚蓋層也為天然氣成藏提供了良好的遮擋和保存條件，有利于天然氣在侏羅系頂部及白堊系清水河組中聚集。再者，喜馬拉雅運動的構造擠壓作用主要造成了齊古斷褶帶淺層油氣的大量散失，對于南緣中段霍瑪吐背斜帶深部的先存油氣藏起到了二次運移和調整的作用。受制于研究區(qū)勘探程度尚低，針對侏羅系—白堊系儲層的發(fā)育特征與儲集性能尚未進行有效地分析和系統(tǒng)研究。目前，部分學者在對該區(qū)侏羅系頂部至白堊系清水河組的研究中已經揭示了該層段發(fā)育優(yōu)質儲層［27-28］。由此可見，在“源-斷”控藏模式的基礎上，南緣中段霍瑪吐背斜帶深部侏羅系—白堊系資源潛力巨大，可作為下一步天然氣有利勘探目標。

6 結論

準噶爾盆地南緣中段中—下侏羅統(tǒng)烴源巖的關鍵生氣時期為白堊紀，下侏羅統(tǒng)八道灣組在晚白堊世早期達到生氣高峰，中侏羅統(tǒng)西山窯組在晚白堊世末期達到生氣高峰，現(xiàn)今烴源巖多處于高成熟—過成熟階段。多期構造運動與烴源巖演化的時空匹配關系共同控制了南緣中段天然氣聚集與分布，天然氣成熟度自西向東呈逐漸變高的趨勢。白堊紀以來，烴源巖的持續(xù)供氣與喜馬拉雅期的構造抬升在研究區(qū)形成了晚期抬升型次生氣藏和持續(xù)埋深型高成熟氣藏2類天然氣成藏模式。南緣中段霍瑪吐背斜帶深部侏羅系—白堊系具有良好的成藏條件，筆者認為下一步研究應重點聚焦侏羅系頂部至白堊系清水河組有利儲層的分布特征，形成“源-儲-蓋”一體的成藏模式，為該區(qū)天然氣勘探提供指導。

符號解釋

Fk——地層底界面第k個埋藏點的化學反應程度，取值為0～0.85；

k——埋藏點序號；

Ro——鏡質組反射率擬合值，%。