0 引言
准噶尔盆地位于中国新疆维吾尔自治区北部，是我国西部大型叠合含油气盆地之一，面积约为13×104 km2，盆地石油总资源量为80.08×108 t，天然气总资源量为2.31×1012 m3。从已发现的气藏储量来看，大于1 000×108 m3的气田仅1个（克拉美丽气田），大于100×108 m3的气田仅3个（玛河气田、呼图壁气田、莫索湾气田），剩余已发现气藏均为小规模气藏，盆地天然气未探明率达91.3%，勘探潜力巨大。
吉木萨尔凹陷勘探始于20世纪50年代，目前已发现了二叠系梧桐沟组、芦草沟组，侏罗系八道湾组和石炭系多个油气藏。石炭系油藏发现井是2001年在研究区部署的J15井，该井在石炭系压裂后获工业油流，由此发现石炭系油藏，并于同年上报石油控制储量。为进一步扩大石炭系勘探成果，后又相继部署了主探石炭系的J20井、J151井及J38井，钻后均无油气显示，目前吉木萨尔凹陷全区内仅有J15井获油，石炭系相对其他层位来说勘探程度很低。最新的研究表明准噶尔盆地东部石炭系松喀尔苏组b段存在2个北西—南东向展布的烃源岩槽，南部阜康—吉木萨尔—古城烃源槽西端的Fu26井在石炭系获得高产气流，古城凹陷内钻探的Ch1井在石炭系也见良好油气显示，加之J15井石炭系获工业油流，都证实了该套烃源岩的存在。但研究区烃源岩的生烃潜力、储集体的平面展布特征及成藏模式认识不清可能是目前吉木萨尔凹陷石炭系油气发现面临的主要问题。
为给下步勘探部署提供依据，拓展盆地天然气勘探领域，本文以准东地区吉木萨尔凹陷为重点研究区，依据研究区周缘油气显示井的岩心、薄片鉴定、实验室分析化验及试油成果等资料，通过评价石炭系有效烃源岩生烃潜力、储集体特征及盖层保存条件，综合分析吉木萨尔凹陷石炭系天然气成藏特征及勘探潜力，以期为盆地东部地区天然气勘探提供地质依据。
１ 地质概况
准噶尔盆地东部（以下简称为准东地区），北起克拉美丽山，南到博格达山，构造隶属准噶尔盆地东部隆起带[图1(a)]。东部隆起自二叠纪开始经历了裂谷—断陷盆地阶段(二叠纪)、断—坳盆地阶段(三叠纪—侏罗纪)、陆内坳陷盆地阶段(白垩纪—古近纪)和再生前陆盆地阶段(新近纪—第四纪)共4个陆相盆地演化阶段[12]。石炭系是准噶尔盆地第一套盖层，为滨浅海、海陆交互相泥岩、碳质泥岩和火山岩建造，准噶尔盆地形成于海西运动期，早石炭世末—中石炭世初，准噶尔地体与西伯利亚板块碰撞使得火山喷发与岩浆侵入持续发生，研究区发育了较厚的火山岩，火山喷发间歇期沉积了具有生烃能力的碳质泥岩（含煤层）与暗色泥岩，该套地层构成了吉木萨尔凹陷及其周缘第一套生、储、盖组合。
吉木萨尔凹陷自下而上发育有石炭系滴水泉组、松喀尔苏组a段、松喀尔苏组b段及巴塔玛依内山组，二叠系乌拉泊组、井井子沟组、芦草沟组及梧桐沟组，三叠系韭菜园子组、烧房沟组、克拉玛依组，侏罗系八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组及齐古组，白垩系吐谷鲁群及新生界。石炭系与二叠系、二叠系与三叠系、三叠系与侏罗系、侏罗系与白垩系之间为区域性不整合接触，不同区域地层发育情况略有不同[图1(c)]。石炭系是准噶尔盆地东部第一套盖层，为滨浅海、海陆交互相泥岩、碳质泥岩和火山岩建造，存在下石炭统滴水泉组碎屑岩、松喀尔苏组火山岩、碎屑岩，上石炭统巴塔玛依内山组火山岩夹碎屑岩和石钱滩组海陆过渡相、陆相碎屑岩、碳酸盐岩岩性组合。
2 石炭系天然气成藏地质条件
2.1 烃源岩
准噶尔盆地气源岩主要有3套[14]：①石炭系暗色泥岩、碳质泥岩，主要分布在盆地东部地区，以下石炭统松喀尔苏组及滴水泉组为主；②二叠系佳木河组，主要分布在西北缘中拐凸起带；③侏罗系煤系地层，主要分布在南缘山前冲断带及沙湾—阜康凹陷。目前研究表明，盆地东部石炭系松喀尔苏组b段(C1 s b)烃源岩存在2个北西—南东向展布的烃源岩槽，分别分布在沙奇凸起的南、北两侧。北部烃源岩槽分布在五彩湾凹陷—石钱滩凹陷一带；南部烃源岩槽分布在北三台凸起—吉木萨尔凹陷—古城凹陷一带（图2）。北部烃源槽发育区已经发现克拉美丽气田、五彩湾气田；南部烃源岩槽包括阜康、吉木萨尔以及古城三大生烃凹陷，其中以吉木萨尔凹陷烃源岩最为有利，具备大面积优质煤系烃源岩发育条件，是石炭系天然气勘探的有利领域。
2.1.1 烃源岩厚度大
准东地区阜康凹陷、吉木萨尔凹陷、古城凹陷是3个独立的石炭系生烃凹陷，本文根据石炭系地震解释的地层残余厚度，通过近20口钻至石炭系烃源岩的探井数据（如Fu6井、Fu10井、Fu24井、Fu34井、Sq1井、Sq5井、Sq12井、Sq16井、Dq1井、Dq2井、Dq3井、B8井、B32井、J15井等），结合区域暗色泥岩占地层的百分比及沉积相等资料，预测研究区及其周缘烃源岩厚度分布图（图2）。从图中可以看出，3个独立的生烃凹陷中以吉木萨尔凹陷松喀尔苏组b段烃源岩厚度最大，普遍大于150 m，而阜康凹陷和古城凹陷厚度一般为75~150 m，巨厚的烃源岩为规模气藏的形成奠定了物质基础。
2.1.2 母质类型好
阜康—吉木萨尔—古城凹陷石炭系发育煤系烃源岩，主要包括碳质泥岩、煤系泥岩和煤3种类型[15]。据近2年研究区及其周缘钻井情况，充分利用28口井共146块样品所做的分析化验数据，南部烃源槽阜康凹陷Fu26井钻遇石炭系碳质泥岩烃源岩，有机碳（TOC）含量平均为7.26%，产油潜率（S 1+S 2）值平均为11.85 mg/g，试油已获高产气流（日产油9.83 t，日产气119 520 m3）；阜康凹陷斜坡区Xq17井碳质泥岩烃源岩地球化学分析结果显示，TOC含量平均为17.51%，S 1+S 2值平均为28 mg/g；吉木萨尔凹陷J15井碳质泥岩地球化学分析结果显示，TOC含量平均为28.8%，S 1+S 2值平均为52.34 mg/g，在盆地东部石炭系烃源岩样品综合评价中是最高的（表1），属于好气源岩[16]，生烃能力最强。
表1 北三台—吉木萨尔地区石炭系烃源岩综合评价Table 1 Comprehensive evaluation table of hydrocarbon source rock of Carboniferous in the northern Santai-Jimsar area |
| 井号 | 岩性 | T max /°C | (S 1+S 2) /（mg/g） | TOC /% | I H /(mg/g) | R O /% | 评价结果 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 气源岩 | 油源岩 | |||||||
| J15 | 煤系泥岩 | 中等—好 | ||||||
| 碳质泥岩 | 好 | 差—中等 | ||||||
| 煤 | 436 | 36.49 | 41.2 | 87 | 好 | 非 | ||
| Fu26 | 煤系泥岩 | 差—中等 | ||||||
| 碳质泥岩 | 440 | 11.85 | 7.26 | 163 | 好 | 差 | ||
| Dq3 | 煤系泥岩 | 差 | ||||||
| 碳质泥岩 | 567 | 13.07 | 33.25 | 28 | 好 | 非 | ||
| B32 | 煤系泥岩 | 437 | 8.86 | 1.96 | 446 | 中等—好 | ||
| 碳质泥岩 | 好 | 差 | ||||||
| Xq17 | 煤系泥岩 | 中等 | ||||||
| 碳质泥岩 | 好 | 差 | ||||||
|
通常，腐泥组分主要生成石油，镜质组分主要生成天然气，壳质组分二者兼生，而惰质组分几乎没有生烃潜力。吉木萨尔凹陷J15井石炭系全岩有机组分中（表2），镜质组占绝对优势，以生气为主；同时泥岩样品中生油组分壳质组+腐泥组含量高达20.2%，高于准东地区绝大部分样品，说明其具有较强的生油潜力。J15井位于研究区构造高部位，但该井在石炭系顶部试油获工业油流（日产油5.1 t），试采过程中累计产气6.8×104 m3，推测凹陷区烃源岩应更发育，生烃能力更强。
表2 北三台—吉木萨尔地区烃源岩全岩有机组分Table 2 Table of organic components of hydrocarbon source rock in the northern Santai-Jimsar area |
| 井 号 | 井深/m | 岩 性 | 有机组分含量/% | 类型指数 | 有机质类型 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 腐泥组 | 壳质组 | 镜质组 | 惰质组 | |||||
| J15 | 2 879 | 含钙含硅质黑色页岩 | 6.8 | 13.4 | 75.8 | 3.5 | -46.6 | Ⅲ1 |
| J15 | 2 860.2 | 半暗煤 | 4.3 | 12.6 | 54.9 | 28.2 | -58.7 | Ⅲ2 |
| Dq3 | 3 151 | 黑色碳质泥岩 | 2.2 | 5.4 | 69.2 | 23.2 | -70.2 | Ⅲ2 |
| Dq3 | 1 705 | 泥岩 | 0 | 0 | 82.5 | 17.5 | -79.4 | Ⅲ2 |
| Fu24 | 2 816.5 | 富碳质泥岩 | 4.1 | 14.4 | 45.8 | 35.7 | -58.8 | Ⅲ2 |
2.1.3 热演化程度高
吉木萨尔凹陷边缘石炭系烃源岩成熟度较低，J15井镜质体反射率仅为0.79%（表1），但通过热演化模拟，凹陷低部位石炭系烃源岩在侏罗纪晚期已达到大量生气阶段，白垩纪至今凹陷低部位烃源岩埋深超过4 000 m，镜质体反射率R O>1.6%，达到了高成熟阶段 1，且越靠近凹陷低部位，烃源岩成熟度越高，可大量生成凝析气和干气。
2.2 储集层
2.2.1 岩性及岩相特征
准东地区石炭系位于博格达山前火成岩带，本文依据吉木萨尔凹陷周缘钻井资料，结合研究区剩余磁力异常图及地震属性提取等方法，认为准东地区石炭系局部形成北三台、吉木萨尔凹陷东部、吉木萨尔凹陷北部以及三台—古西凸起四大火山岩发育区，火山岩在区域上分布不均（图4），厚度差别也较大，由靠近火山通道的中心部位向周围逐渐减薄，火山岩体厚度一般为200~500 m。
研究区石炭系存在多个有利火山岩体，火山岩储集层岩性主要以爆发相的火山角砾岩和溢流相的中基性火山岩为主，安山岩、玄武安山岩等发育，常见交织结构、火山角砾结构等，多见块状构造、气孔构造。熔岩造岩矿物以斜长石为主，火山碎屑主要为火山灰物质、玻屑、晶屑和少量岩屑，火山灰胶结，多见沸石化、绿泥石化。
2.2.2 储集层特征
根据研究区岩心及铸体薄片等资料分析，石炭系火山岩储层孔隙类型主要以基质溶孔、粒内溶孔为主，其次为半充填气孔及裂缝。溶蚀孔隙主要是在岩石的溶解、交代作用过程中形成；裂缝主要为构造缝、溶蚀缝，镜下观察到的主要是微裂缝。根据研究区石炭系火山岩68块样品分析，石炭系孔隙度范围为3.97%~13.2%，平均为9.09%；渗透率范围为(0.006~6.879)×10-3 μm2，平均为0.1×10-3 μm2，整体为中孔特低渗储层。
图6 吉木萨尔地区石炭系储集空间类型(a)J15井,C,2 844~2 845.02 m,油浸火山角砾岩,具火山角砾结构,微裂缝发育，溶孔富集,岩心出筒时缝面及溶孔边缘见针尖状气泡普遍外冒并伴褐色原油外渗；(b)J15井,C,2 844.1~2 845 m,FMI成像特征，裂缝、次生溶蚀孔隙较发育,快速饱和度分析孔隙度平均值为12%，测试解释地层有效渗透率为1.02×10-3 μm2；(c)J20井,C,1 921.81 m,火山角砾岩,方解石溶孔50%,晶间孔50%,孔隙度为11.9%;渗透率为0.131×10-3 μm2,(+)×50；(d)J20井,C,1 923.25 m,玄武岩,半充填气孔95%,斑晶溶孔3%基质溶孔2%,孔隙度为11%;渗透率为25.9×10-3 μm2,(+)×50；(e)Jt1井,C,5 250.7 m,玄武岩,微裂缝100%,孔隙度为8.7%;渗透率为0.07×10-3 μm2,(+)×50；(f)B48井,C,1 880.9 m,凝灰岩,胶结致密,角砾间的残留孔隙见斜发沸石,孔隙度为4.2%;渗透率<0.01×10-3 μm2,(+)×50 Fig.6 Type of Carboniferous storage space in Jimsar area |
研究区火山岩储集体性能主要受岩性及岩相、裂缝发育等因素共同控制。岩性发育及岩相控制原生储集空间的发育，通过资料分析认为吉木萨尔凹陷石炭系火山岩以爆发相和溢流相的储集性能较好；裂缝可连通原生气孔，提供流体运移通道，研究区火山角砾岩受构造运动作用在研究区多形成构造裂缝，对火山岩储集体物性具有一定改善作用。
2.3 盖层及保存
钻井揭示吉木萨尔凹陷石炭系之上直接盖层为二叠系乌拉泊组厚层泥岩，乌拉泊组以泥包砂结构为主，泥岩厚度普遍大于200 m，最厚可达700 m，是石炭系顶部区域性盖层，整体盖层条件优越；石炭系沉积之后，构造活动逐渐较弱，二叠纪构造相对稳定，凹陷区地层平缓，断裂不发育，具备形成规模油气藏的保存条件。
3 天然气成藏特征与勘探潜力
吉木萨尔凹陷东部和中部均为火山岩发育区，西北部为火山沉积岩发育区，凹陷存在多个有利火山岩体，凹陷低部位石炭系与Fu26井成藏条件相似，且目前无井钻至石炭系。依据上文烃源岩综合评价及储集体、盖层综合分析，研究人员[22,23,24,25]认为凹陷低部位石炭系火山岩体紧邻烃源岩，松喀尔苏组b段发育典型的“自生自储型”岩性气藏，气藏顶部和底部泥岩发育，为气藏提供了很好的保存条件；储集层主要为安山岩、火山角砾岩，溶孔、裂缝发育；烃源岩评价较为优质，生烃潜力强；研究区经历多期构造运动，断裂为油气运移提供了良好的通道，石炭系底部烃源岩生气后沿断裂向上疏导就近运移进入被碳质泥岩、煤系泥岩包裹的火山岩岩性体内聚集成藏。依据以上成藏分析部署上钻了风险井Jt1井，目前该井待试油（图7）。
综合来看，准东地区经历了早石炭世早期前陆盆地和早石炭晚期—晚石炭世早期断陷盆地演化阶段，阜东—吉木萨尔凹陷处于滨浅海沼泽环境，是松喀尔苏组b段主要煤系烃源岩大面积发育区域，油源对比表明该套烃源岩整体厚度大、有机质丰度高、母质类型好，以III型、生气为主，源内—自生自储的成藏模式保证了气源的充足供应，加之稳定的盖层条件，使其具备形成大中型天然气聚集的气源条件，丰富的天然气资源与极低的探明率均揭示准噶尔盆地东部地区石炭系天然气勘探具有十分广阔的资源前景。
4 结论
（1）吉木萨尔凹陷石炭系松喀尔苏组b段烃源岩厚度大，母质类型好、有机质丰度高、热演化程度高，已达到高熟阶段，具备形成大中型气藏的物质基础。
（2）研究区石炭系火山岩储层以中基性的安山岩、玄武岩、火山角砾岩及凝灰岩发育为主，岩相以爆发相和溢流相为主，储集空间主要有气孔、溶蚀孔及微裂缝，储层物性受岩性岩相、裂缝发育等因素共同控制。
（3）吉木萨尔凹陷石炭系发育多种类型的火山岩体，火山岩紧邻烃源岩，上覆二叠系乌拉泊组为区域性盖层，厚度大，保存条件好；石炭系松喀尔苏组b段发育“泥包火”层状火山岩体，有利于形成大规模源储一体型岩性气藏，是准噶尔盆地东部天然气勘探的重要领域。
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