2. 中国石油大学（北京）地球科学学院;
3. 自然资源部油气资源战略研究中心
, Liu Chenglin1,2
, Jiang Wenli3
, Gao Xuan3
, Li Pei1,2
, Li Bin1,2
, Liu Yongjun1,2
, Zhang Wei1,2
2. College of Geosciences, China University of Petroleum (Beijing);
3. Strategic Research Center of Oil and Gas Resources, Ministry of Natural Resources
准确预测低勘探程度盆地油气资源量是进行油气勘探的基础，油气资源评价结果将直接影响未来勘探决策。油气资源评价方法主要有成因法、统计法和类比法，国外主要使用统计法，中国从前期以成因法为主演变至今以3种方法综合使用为主[1]。统计法需要以已发现油气藏为基础，准噶尔外围部分盆地勘探程度低，至今未发现油气藏，故无法使用统计法[2]；资源丰度类比法需研究解剖大量刻度区，且目前无法对准噶尔外围盆地展开地质参数的精细刻画，因此类比法暂不能有效使用；前人对准噶尔外围各盆地烃源岩条件研究较多，因此以烃源岩研究为基础的成因法则适用于准噶尔外围低勘探程度盆地。
准噶尔盆地外围分布众多中小型盆地，部分盆地已发现工业油气藏，如柴窝堡盆地等；部分盆地在勘探中获得油气显示，如和什托洛盖盆地、布尔津盆地等[3-9]。2003—2007年新一轮全国油气资源评价结果表明，塔城盆地和精河盆地具有一定的资源潜力，和什托洛盖盆地侏罗系烃源岩分布局限、油气资源潜力差[7]。2009年在和丰盆地南部发现泥盆系古油藏，对认识该区泥盆系成藏潜力具有重要意义[8-9]。前人对准噶尔外围盆地侏罗系、石炭系及二叠系烃源岩的研究表明，部分盆地烃源岩有良好的生烃潜力[3-13]。此前进行的油气资源评价未涉及和丰等盆地，加之准噶尔外围部分盆地在近期又投入了一定的勘探工作量并取得新的地质认识，所以有必要对准噶尔外围低勘探程度盆地的油气资源潜力进行综合研究。本文通过对准噶尔外围低勘探程度盆地烃源岩特征进行研究，结合油气资源评价方法和关键参数研究，总结形成一套采用成因法对低勘探程度盆地进行油气资源评价的流程，以期为类似盆地的油气风险勘探提供借鉴。
1 区域地质概况准噶尔盆地外围分布精河、塔城、和什托洛盖、和丰、布尔津、库普及后峡等低勘探程度盆地(图 1)，盆地内进行过部分重磁电勘探、二维地震勘探和少量钻井，地质认识程度低。
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图 1 准噶尔外围中小型盆地分布图 Fig. 1 Distribution map of medium-small basins in the periphery of the Junggar Basin |
北疆地区在古生代呈现"三块两带"的构造格局，自北向南为西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块、塔里木板块及其间的准噶尔洋盆和南天山洋盆[14]。准噶尔盆地及邻区经历了北准噶尔洋伸展—消减旋回(C—S2)、克拉美丽有限洋盆拉张聚敛旋回(S3—C1)、古亚洲洋全面消亡(C2—T)、陆内断坳旋回(J1—N)及压扭强挤压聚敛造山旋回(E—Q)[15]。受构造运动和古亚洲洋演化影响，各盆地地层发育程度、烃源岩发育层位等存在差异。准噶尔外围盆地上古生界发育较全，主要发育泥盆系(D)和石炭系(C)，二叠系(P)在部分盆地出露(图 2)。准噶尔外围盆地中生界发育程度不一，侏罗系(J)在和什托洛盖盆地、库普盆地及后峡盆地广泛发育；三叠系(T)和白垩系(K)沉积厚度较薄，分布局限；塔城盆地、布尔津盆地与和丰盆地缺失中生界。
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图 2 准噶尔外围盆地地层综合柱状图（据文献[4, 13]修改） Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of peripheral basins of the Junggar Basin (modified after references [4, 13]) |
受后期构造运动抬升的影响，准噶尔外围盆地内烃源岩上覆盖层发育程度存在差异，是盆地内油气规模成藏的重要条件。根据保存条件的差异，将准噶尔外围盆地分为3类：Ⅰ类盆地中—新生界发育全、后期保存条件好，具侏罗系和石炭系双油气源，可形成两类成藏组合，如和什托洛盖盆地、库普盆地；Ⅱ类盆地发育二叠系和新生界，缺失大部分中生界，具上古生界油气源，如布尔津盆地、塔城盆地与精河盆地；Ⅲ类盆地仅有侏罗系或新生界分布、后期保存条件差，以寻找内幕型油气藏为主，如和丰盆地、后峡盆地(图 3)。
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图 3 准噶尔外围盆地保存条件分类图 Fig. 3 Classification of preservation conditions of peripheral basins of the Junggar Basin |
对于低勘探程度盆地油气勘探，首先应明确烃源岩的发育特征和生烃潜力。野外露头、钻井和前人研究成果等资料分析表明，研究区共发育泥盆系、石炭系、二叠系及侏罗系4套烃源岩[16-20]。
2.1 发育特征泥盆系烃源岩发育在塔城盆地与和丰盆地，为中—上泥盆统的滨浅海、海陆过渡相沉积。泥盆系暗色泥岩总体上厚度较薄，塔城盆地北部马依阿因河剖面显示泥岩厚约50~125m[4](表 1)。新疆北部地区(即北疆地区)早石炭世具有岛弧与残留洋相间分布的格局，发育福津弧后盆地、塔城陆缘坳陷、北天山—达尔布特—克拉美丽残留洋，普遍接受浅海陆棚相或半深海相沉积；晚石炭世由于伸展塌陷形成了达尔布特—北天山裂陷槽、福津与库普—三塘湖裂谷及塔城断陷等，沉积环境整体呈现"南海北陆"的特征[21-23]。准噶尔盆地勘探实践表明，北疆地区石炭系浅海—半深海相沉积具备形成烃源岩的条件，剖面露头和钻井也证实塔城盆地、布尔津盆地、精河盆地与库普盆地等普遍发育暗色泥岩，厚度多大于100m。
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表 1 准噶尔外围部分盆地烃源岩厚度统计表(部分数据来源于文献[3-5, 16-20]) Table 1 Statistics table of source rock thickness in some peripheral basins of the Junggar Basin (part of the data from references [3-5, 16-20]) |
准噶尔盆地周边自早二叠世进入内陆盆地演化阶段，发育塔城盆地、精河盆地与布尔津盆地等陆相湖盆，发育湖相、河流相暗色泥岩，如布尔津盆地吉参1井钻揭二叠系泥岩厚120m。侏罗纪准噶尔盆地周边形成和什托洛盖盆地与库普盆地等山间断陷盆地，发育下侏罗统八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)和中侏罗统西山窑组(J2x)湖相烃源岩，岩性为泥岩、碳质泥岩和煤层。库普盆地库参1井钻揭侏罗系暗色泥岩累计厚201m，煤层累计厚28m；和什托洛盖盆地侏罗系烃源岩厚度大，且广泛发育煤层(图 4)。
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图 4 和什托洛盖盆地侏罗系烃源岩厚度等值线图 Fig. 4 Isopach map of Jurassic source rocks in the Heshituoluogai Basin (a)暗色泥岩厚度等值线图；(b)煤层厚度等值线图 |
烃源岩的地球化学特征反映烃源岩生油气的能力，对于评价潜在含油气盆地尤其是勘探新区的资源潜力具有重要意义。本次研究整理分析准噶尔外围部分盆地烃源岩测试数据共507个，涉及泥盆系、石炭系、二叠系和侏罗系4套烃源岩(表 2)。
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表 2 准噶尔外围部分盆地烃源岩地球化学参数统计表(部分资料来源于文献[3-13, 16-20]) Table 2 Statistics table of geochemical parameters of source rocks in some peripheral basins of the Junggar Basin (part of the data from references [3-13, 16-20]) |
泥盆系烃源岩有机质丰度高，其中和丰盆地泥盆系烃源岩TOC多大于2%，S1+S2为0.03~112.7mg/g，总体为好烃源岩(图 5)。塔城盆地石炭系烃源岩TOC平均为1.41%，S1+S2平均为1.06mg/g，总体评价为中等—好烃源岩；布尔津盆地石炭系烃源岩TOC为0.24%~25.11%，S1+S2为0.21~34.21mg/g，总体评价为中等—好烃源岩。二叠系烃源岩总体为中等—好烃源岩，其中塔城盆地二叠系烃源岩TOC为1.22%~2.82%，S1+S2为1.03~4.97mg/g；布尔津盆地二叠系烃源岩TOC分布范围为0.61%~30.97%，S1+S2为0.09~19.5mg/g；精河盆地二叠系烃源岩TOC和S1+S2分别为0.26%~6.3%和0.01~3.08mg/g。和什托洛盖盆地侏罗系八道湾组泥岩TOC为0.25%~5.36%，平均为1.78%，S1+S2为0.075~ 6.23mg/g，平均为2.17mg/g；三工河组泥岩TOC为0.25%~3.13%，平均为1.28%；西山窑组暗色泥岩TOC为0.35%~12.63%，平均为2.17%，S1+S2为0.02~9.27mg/g，平均为1.38mg/g。
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图 5 准噶尔外围盆地烃源岩有机质丰度综合评价图 Fig. 5 Comprehensive evaluation graph of organic matter abundance of source rocks in peripheral basins of the Junggar Basin |
泥盆系烃源岩有机质类型多，Ⅰ—Ⅱ1型和Ⅲ型均有分布；石炭系和二叠系烃源岩有机质类型均以Ⅱ2—Ⅲ型为主，偏腐殖型；侏罗系烃源岩有机质类型以Ⅲ型为主，部分为Ⅱ2型(图 6)。
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图 6 准噶尔外围盆地烃源岩有机质类型特征图 Fig. 6 Characteristics of organic matter types of source rocks in peripheral basins of the Junggar Basin |
从最高热解峰温(Tmax)与镜质组反射率(Ro)数据统计结果来看(表 2)，泥盆系烃源岩现今处于过成熟阶段，和丰盆地古油藏的发现证实泥盆系烃源岩在地质历史中存在过生排烃过程。准噶尔外围盆地内石炭系烃源岩现今以高成熟为主，布尔津盆地石炭系火山岩中发现的少量油流也证实石炭系烃源岩发生过生排烃作用。二叠系烃源岩总体处于成熟—高成熟阶段，其中塔城盆地二叠系主要处于成熟阶段；精河盆地二叠系热演化程度较高，处于高成熟阶段。塔城盆地塔参1井上古生界烃源岩埋藏史和热演化史恢复表明，石炭系与泥盆系烃源岩在中生代隆升之前已处于较高的热演化状态，且已发生大量生排烃作用；中生代抬升导致二叠系上部被剥蚀，残留下二叠统烃源岩，该阶段的抬升作用延缓了上古生界烃源岩的生烃作用，但新生代沉降产生的时间—温度作用使得上古生界烃源岩热演化程度进一步增大，具备生烃条件(图 7)。侏罗系烃源岩处于低成熟—成熟阶段，前人采用盆地模拟技术对和什托洛盖盆地热演化史进行恢复，侏罗系在埋深2100m时进入生油门限，在3100~3300m时达到生油高峰，表明凹陷内部处于较高的热演化阶段[17]。
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图 7 塔参1井上古生界烃源岩埋藏史及热演化史图 Fig. 7 Burial history and thermal evolution history of Upper Paleozoic source rocks in Well Tacan 1 |
成因法以干酪根热降解生烃理论为基础，通过计算生烃量，结合对油气生成、运移、聚集和保存的地质过程分析预测油气资源量[1]。本文采用成因法中有机碳恢复法预测油气资源量，计算油气资源量的公式为：
| $ {Q_{\rm{o}}} = S \times H \times \rho \times C \times kc \times {R_{\rm{p}}} \times {K_{\rm{o}}} \times {10^{ - 5}} $ | (1) |
| $ {Q_{\rm{g}}} = S \times H \times \rho \times C \times kc \times {R_{\rm{g}}} \times {K_{\rm{g}}} \times {10^{ - 7}} $ | (2) |
式中Qo——石油资源量，104t；
Qg——天然气资源量，108m3；
S——烃源岩面积，km2；
H——烃源岩厚度，m；
ρ——烃源岩密度，g/cm3；
C——烃源岩有机碳含量，%；
kc——有机碳恢复系数；
Rp——烃源岩产油率，mg/g；
Rg——烃源岩产气率，mL/g；
Ko——石油运聚系数，%；
Kg——天然气运聚系数，‰。
有机碳恢复系数、烃源岩产油/气率和油气运聚系数为成因法的关键参数[24-30]。庞雄奇等对有机碳恢复研究总结了不同类型干酪根的有机碳恢复系数图版，利用Ro值得到有机碳恢复系数[26]。柳广弟和姜正龙等利用中国盆地烃源岩样品进行热模拟实验，分别得到不同岩性、有机质类型烃源岩的产油率和产气率图版[27-28]。采用柳广弟和刘成林等建立的油气运聚系数与相关地质参数的关系模型求取油气运聚系数[29-30]。
3.2 资源量计算准噶尔外围盆地油气资源量计算结果表明(表 3)：准噶尔外围7个低勘探程度盆地总的石油资源量和天然气资源量分别为15009.75×104t和339.27×108m3，总体呈现"多油少气"的特征；二叠系和侏罗系烃源岩为准噶尔外围盆地的主力油源岩，生油量分别占总生油量的47.1%和30.6%；泥盆系和石炭系烃源岩成熟度高，有机质类型为腐殖型，为准噶尔外围盆地的主力气源岩，生气量分别占总生气量的36.0%和31.6%。
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表 3 成因法计算准噶尔外围盆地油气资源量结果 Table 3 Calculation results of oil and gas resources in peripheral basins of the Junggar Basin using genetic method |
新一轮全国油气资源评价中，塔城盆地与和什托洛盖盆地资源量评价结果与本次存在差异(表 4)。和什托洛盖盆地两次评价结果差异体现在：本次评价石油资源量增加了2934.93×104t，且新一轮全国油气资源评价中未对天然气资源量进行评价。造成上述差异的主要原因为，本次评价是在新的石油地质条件认识，尤其是烃源岩条件认识基础上，对烃源岩面积、TOC、油气运聚系数等关键参数重新进行取值。塔城盆地石油资源量两次评价结果相差不大，本次评价新增天然气资源量66.27×108m3，原因为本次研究发现塔城盆地烃源岩处于高成熟阶段，具备一定的生气量，且两次评价采用的资源评价方法不同。
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表 4 准噶尔外围盆地两次油气资源评价结果对比 Table 4 Comparison of two oil and gas resource assessment results in peripheral basins of the Junggar Basin |
通过总结准噶尔外围盆地地质概况、烃源岩特征、油气资源潜力并与准噶尔盆地对比，建立了侏罗系、石炭系—二叠系及泥盆系3种有利的油气成藏模式。
准噶尔盆地的勘探实践，尤其近期高探1井下组合的勘探突破表明，中—下侏罗统煤系烃源岩为优质烃源岩，为上部头屯河组(J2t)等储层提供了充足油气[31-32]。对比准南地区，以及在和参2井八道湾组(J1b)与库参1井石树沟群(J2—3sh)发现的油气显示表明，准噶尔外围盆地侏罗系具备勘探潜力。中—下侏罗统成熟的暗色泥岩与煤层厚度大，TOC集中在1%~3%；中—上侏罗统广泛发育厚层辫状河三角洲相碎屑岩储层，与生油岩互层出现；侏罗系内部厚层泥岩和白垩系吐谷鲁群作为区域性盖层，形成自生自储式油气成藏模式。深大断裂能够有效沟通烃源岩和储层，凹陷内成熟烃源岩生成的油气沿断裂垂向运移[33]；砂体展布控制油气侧向运移，利于沿斜坡带成藏(图 8a)。
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图 8 准噶尔外围中小型盆地油气成藏模式示意图(据文献[33-34]修改) Fig. 8 Hydrocarbon accumulation models in medium-small peripheral basins of the Junggar Basin (modified after references [33-34]) (a)和什托洛盖盆地；(b)布尔津盆地；(c)库普盆地；(d)塔城盆地；(e)和丰盆地 |
准噶尔盆地火山岩油气资源丰富，已陆续发现石西、克拉美丽与五彩湾等大型油气田，火山岩已成为油气增储上产的重要领域[34-35]。准噶尔外围盆地广泛发育石炭系—二叠系火山岩—沉积岩岩性组合，塔参1井与吉参1井等钻揭石炭系—二叠系内部发育暗色泥岩，TOC普遍大于1%。火山岩储层以孔、缝、洞作为储集空间，石炭系—二叠系内部发育的厚层泥岩或致密火山岩作为局部盖层，可形成自生自储自盖式油气成藏模式(图 8b—d)。盆地广泛发育深大断裂，一方面断裂附近构造活动强，易形成大量构造裂缝；另一方面断裂可以沟通烃源岩和储层，油气生成之后沿断裂运移至有效储层中。石炭系—二叠系火山岩油气藏多以近源成藏为主，有效烃源岩展布控制油气分布范围，断裂和不整合面控制油气运移方向，火山岩储层物性控制油气聚集区域。
和丰盆地南缘古油藏是首次在北疆泥盆系发现的油气显示，对北疆地区拓展勘探层系具有重要意义[8-9]。和丰盆地南缘泥盆系暗色泥岩达到好烃源岩标准，具较好的油气源条件，古油藏以固体沥青的形式储集在泥盆系上部碎屑岩储层和顶部粗面岩中，其顶部发育一套分布稳定的粗面岩，可作为良好的区域性盖层，但部分地区遭受后期改造抬升形成大量裂缝，破坏了封盖条件，导致油藏被破坏(图 8e)。因此，泥盆系能够形成自生自储自盖式油气成藏模式，保存条件控制了其能否形成规模油气藏，围绕保存条件较好的构造圈闭进行勘探，可成为下一步的有利勘探方向。
4.2 有利勘探盆地在分析油气成藏模式的基础上，结合油气地质条件(表 5)，将准噶尔外围盆地按油气资源潜力由大到小依次分为3类：A类盆地、B类盆地和C类盆地，评价结果见图 9。
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表 5 准噶尔外围中小型盆地油气地质条件对比 Table 5 Comparison of petroleum geological conditions in medium-small peripheral basins of the Junggar Basin |
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图 9 准噶尔外围盆地油气资源综合评价图 Fig. 9 Comprehensive evaluation map of oil and gas resources in peripheral basins of the Junggar Basin |
和什托洛盖盆地油气地质条件优越，在和参2井中—下侏罗统储层中见少量油流，其油气很大程度上来源于凹陷内部成熟的烃源岩，为自生自储式油气成藏模式(图 8a)。盆地内侏罗系烃源岩厚度大、有机质丰度高，尽管现今热演化程度较低，但前人对煤系烃源岩研究发现煤中富氢组分在Ro为0.4%时进入生烃阶段，表明盆地具备良好的供烃条件，因此烃源岩成熟度在一定程度上控制凹陷内油气的生成；侏罗系内部具有砂泥岩互层的特点，其内部泥岩与白垩系吐谷鲁群(K1tg)底部泥岩作为侏罗系油气藏的盖层；广泛发育的断裂控制油气的垂向运移，沟通了底部烃源岩和上部储层，使油气能够向上运移至西山窑组(J2x)等地层；侏罗系辫状河三角洲相砂体展布控制油气的侧向运移，使油气能够从凹陷内部沿斜坡带运移成藏，盆地南部斜坡带白垩系底部油苗的发现即为很好的佐证。此外盆地内侏罗系煤层广泛发育，采用体积法估算煤层气资源量为3758.68×108m3，煤层气资源潜力大，评价该盆地为A类盆地。
布尔津盆地在石炭系火山岩裂缝和气孔中见少量油流，证实该盆地具有油气成藏条件，为潜在的含油气盆地；油源对比表明油气来源于石炭系烃源岩，为典型的自生自储式成藏模式。布尔津盆地具备较好的油气地质条件，石炭系与二叠系烃源岩有机质丰度高、热演化程度高，石炭系—二叠系内部发育碎屑岩和孔缝型火山岩储层，其内部致密火山岩与古近系底部泥岩为盖层。盆地内部构造活动较强，广泛发育断裂与不整合面，有利于改善储层物性形成孔缝型火山岩储层。已发现油气显示表明，石炭系—二叠系火山岩油气成藏主要受生烃凹陷与有效储层控制，油气近源运移至附近地层或在储层物性较好的构造圈闭中聚集成藏(图 8b)。
塔城盆地油气地质条件与布尔津盆地相似，可形成自生自储式油气藏。盆地内发育泥盆系、石炭系与二叠系3套有效烃源岩，烃源岩厚度大。塔参1井钻揭石炭系火山岩裂缝发育，储盖组合较好。盆地内构造运动强烈，烃源灶中早期生成的油气沿深大断裂或不整合面近源运移至构造圈闭或地层圈闭中，后经调整改造形成次生油气藏。但塔参1井全井未见油气显示，有效烃源岩和储层展布不清为油气勘探的风险因素。
精河盆地发育二叠系烃源岩，厚度为84.1~389m，有机质丰度中等—好；上二叠统与古近系发育多套砂岩储层，表明该盆地具备良好的油气源和储集空间，可形成下生上储成藏组合。盆地内新生界油浸碎屑岩的发现也证实盆地内存在油气生成与运移过程，但盆地构造运动强烈，寻找凹陷附近保存条件较好的构造圈闭可作为下一步工作的重点方向。
库普盆地发育侏罗系和石炭系烃源岩，其中侏罗系烃源岩有机质丰度中等、生烃能力强，石炭系生烃能力有限；石炭系和侏罗系内部发育多套储层，内部致密火山岩或厚层泥岩与白垩系吐谷鲁群泥岩分别作为石炭系和侏罗系的盖层，从而形成两套有利的储盖组合(图 8c)。盆地内油气成藏受有效烃源岩和储层展布的控制，但石炭系生烃能力与储集能力有限，加之库参1井仅在侏罗系见荧光显示，勘探风险大。
后峡盆地目的层位为侏罗系，具有机质丰度中等、埋藏浅、热成熟度低和保存条件差等特点，推测难以形成规模油气藏，但煤层气资源潜力大，估算煤层气资源量为1888.37×108m3。和丰盆地烃源岩为泥盆系和石炭系，厚度薄且分布局限，处于高—过成熟阶段，盆地后期构造运动强，油气地质条件差。
综上所述，优选油气地质条件好、油气资源丰富的和什托洛盖盆地与布尔津盆地为有利的风险勘探盆地。
5 结论基于准噶尔外围盆地的勘探实践和研究成果，进一步明确了准噶尔外围盆地发育泥盆系、石炭系、二叠系与侏罗系4套有效烃源岩。烃源岩综合评价与盆地模拟结果表明，泥盆系、石炭系、二叠系与侏罗系烃源岩均具有一定的生烃潜力。通过对油气资源评价方法和关键参数的研究，总结了针对低勘探程度盆地油气资源评价的方法，并采用该方法评估了准噶尔外围塔城盆地等7个低勘探程度盆地的油气资源量。油气资源评价结果表明，准噶尔外围7个低勘探程度盆地总的石油资源量和天然气资源量分别为15009.75×104t和339.27×108m3，其中和什托洛盖盆地与布尔津盆地油气资源量较大。
准噶尔外围盆地油气成藏模式可划分为侏罗系自生自储式、石炭系—二叠系自生自储自盖式和泥盆系自生自储自盖式3类。结合各项油气地质条件，对准噶尔外围低勘探程度盆地进行了排队优选，认为和什托洛盖盆地与布尔津盆地为油气资源潜力大的A类盆地，塔城盆地、精河盆地与库普盆地为油气资源潜力中等的B类盆地，和丰盆地与后峡盆地为油气资源潜力小的C类盆地。准噶尔外围盆地勘探程度低、地质条件复杂、演化差异大，下一步需开展有效烃源岩的形成条件与分布规律研究，明确有效烃源岩的分布特征，从而围绕生烃凹陷优选盆地内有利的勘探目标。
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