摘 要：准噶尔盆地西北缘天然气具有多种成因类型，为了明确不同类型天然气的来源及其成藏规律，结合区域地质背景，运用有机地球化学分析和天然气藏解剖方法对其进行了研究。结果表明：该区天然气主要有油型气和煤型气两种端元类型：①油型天然气为湿气，类型为气顶气，与原油相伴生，并与原油同源(下二叠统风城组烃源岩)；②煤型天然气为干气，主要来自以腐殖型母质为主的下二叠统佳木河组烃源岩，于古近纪晚期成藏。结论认为，不同类型天然气的分布具有序列性：①垂向上，中二叠统下乌尔禾组以油型气为主，佳木河组顶面不整合附近以混合气为主，佳木河组内幕以煤型气为主；②平面上，环玛湖凹陷分布的西北缘油气运移有利指向区，仅在西段克拉玛依 中拐地区分布有纯天然气藏，且在远离气源灶的方向上，依次分布油型气、混源气和煤型气；③天然气的有序分布是新近纪气源灶供气层位及分布范围、“断 盖”遮挡条件、“断一面”输导条件三者耦合的结果。
关键词：准噶尔盆地 西北缘 类型 成因 气源灶 断 盖遮挡条件 输导体系 油气差异聚集
Sources and distribution patterns of natural gas of different genetic types at the northwestern margin of the Junggar Basin
Abstract：Various genetic types of natural gas occur at the northwestern margin of the Junggar Basin．In order to make clear the sources and accumulation patterns of natural gas of different genetic types，geochemical analysis and gas reservoir dissection were performed in the context of regional geologic settin9．The following results were obtained．There are mainly two end member types of natural gas in this area，namely oil-type gas and coal-type gas．As wet gas，the oil-type gas occurs in the cap of oil reservoirs．and is associated with crude oil sourced from the Lower Permian Fengcheng Fm．In contrast，the coal type gas is dry gas sourced from the humic source rocks of the Lower Permian Jiamuhe Fm and accumulated in the Late Paleogene．The distribution of different types of natural gas show obvious sequential patterns．Vertically，the Lower Wuerhe Fm of the Middle Permian is dominated by oil-type gas,reservoirs near the unconformity of top Jiamuhe Fm contains mainly mixed type gas，while the reservoirs in the inner part of the Jiamuhe Fm are dominated by coal-type gas．Laterally，in the northwestern margin area around the Mahu Depression which is a favorable target area for hydrocarbons migration，pure natural gas reservoirs only occur in the Zhongguai area of western Karamay，and the oil-type gas，mixed-type gas and coal-type gas are distributed successively in the direction far away from the Neogene hydrocarbon kitchen．The sequential distribution of natural gas is jointly controlled by three factors including gas source distribution，“fault caprock”sealing conditions and“fault surface”migration conditions．
Keywords：Junggar Basin，northwest margin，type，origin，gas kitchen，fault caprock sealing conditions，carrier system，hydrocarbon differential accumulation
准噶尔盆地西北缘是一个油气资源极为丰富的复式油气聚集区[1-3]，其天然气资源勘探潜力较大，第三次全国油气资源评价预测其天然气总资源量为3307×108m3[4]，探明率不足4％，并且集中分布在克拉玛依—中拐地区。关于该区天然气的有机地球化学特征、成因类型已有不同程度的探讨[5-7]。但是，随着目前该盆地西北缘油气勘探的不断深化，又出现了一系列的地质难题，例如，环玛湖凹陷分布的西北缘断裂带有着相似的油气运移背景，为何仅在西段克拉玛依 中拐地区有大量天然气分布?这些不同成因类型天然气分布有无规律，又受哪些地质因素的控制?针对这些问题，笔者从天然气组分特征和碳同位素组成特征的角度，分析了天然气母质成因类型及运移效应，确定了不同类型天然气的来源及其成藏时间；从各成藏主控因素综合分析了不同类型天然气聚集和分布的有序性，以期为该盆地西北缘天然气勘探成果的扩大，提供基础理论依据。
1 区域地质概况
准噶尔盆地的西北缘地区，勘探面积约为1.2×104km2，包括车拐、红山嘴、白碱滩—百口泉、克拉玛依、乌尔禾和夏子街等地区(图1)。
经过40多年的勘探开发，无论是油气探明储量还是产量，西北缘都在中国石油新疆油田公司中居首位[8]。有机地球化学研究结果表明，二叠系烃源岩是西北缘地区的主力烃源岩，现已在西北缘发现的油气大都与二叠系烃源岩密切相关。一般认为，二叠系烃源岩分布在下二叠统佳木河组、风城组以及中二叠统下乌尔禾组。佳木河组烃源岩由于演化程度最高，以生气为主，对西北缘油气藏的贡献较小。
天然气在平面上主要分布在克拉玛依—中拐地区，垂向上主要分布在佳木河组及乌尔禾组，呈现“上油下气”的分布特征，靠近盆地边缘断裂的地层上倾方向主要分布石油，而远离盆地边缘主断裂的地层下倾方向则主要分布天然气。依据气藏与佳木河组顶部不整合面的位置关系，可进一步将佳木河组气藏分为不整合型和内幕型两类。
2 天然气母质成因类型
2．1 天然气组分特征
西北缘天然气组分以烃类气体为主，具有气顶气与气藏气两种类型。其中，气顶气主要分布在克拉玛依五、八开发区，甲烷含量(体积分数，下同)主要分布为73.64％～85.81％，为湿气；气藏气主要分布在中拐凸起，甲烷含量为91.52％～95.75％，为干气。非烃组分中主要为N2，平均含量为2.10％；CO2平均含量仅为0.16％。从天然气的分布特征来看，湿气主要分布在佳木河组顶面不整合附近，干气分布较为广泛，既有不整合型又有内幕型分布。
2．2 天然气碳同位素组成特征
天然气碳同位素组成特征分析结果表明，该区天然气类型主要有油型气和煤型气两种，并有不同程度的混合。油型气与煤型气的乙烷碳同位素组成分布均较为集中，煤型气的乙烷碳同位素值主要介于-27.49‰～-25.81‰。甲烷碳同位素值则有较火的变化范围，油型气主要介于-48.92‰～-34.26‰，煤型气主要介于-46.46‰～-29.60‰，前者总体偏轻，后者总体偏重。从两类天然气的分布特征来看，煤型天然气主要分布在佳木河组内部远离其顶部不整合面，即内幕型天然气；在不整合面附近则分布油型或混合型天然气，即不整合面型天然气。
除主要的类型划分参数乙烷和丙烷碳同位素值外[9-10]，其他参数也能较好地区分油型气与煤型气。油型气甲烷碳同位素组成较轻，C1／(C2+C3)较低，说明湿度大；煤型气甲烷碳同位素组成较重，C1／(C2+C3)总体偏高，均高于油型气，说明煤型气湿度小。在甲烷与乙烷相对含量关系中，油型气的甲烷含量高，乙烷含量低，煤型气则相反。
此外，从油型气乙烷碳同位素值与乙烷含量关系来看，部分井天然气的乙烷碳同位素组成偏重，应该存在煤型气的混入。这些井均位于风城组尖灭线以外，腐殖型母质为主的佳木河组烃源岩和腐泥型母质为主的风城组烃源岩都可以向其供给油气[11]。所以，从地质条件来说，两种不同类型天然气的混合是合理的。
综上所述，克拉玛依五、八开发区天然气主要为湿气，类型为气顶气，主要赋存于不整合面附近，成因类型以油型气为主，个别样品属于煤型气或混合气；中拐区天然气主要为干气，类型为气藏气，主要赋存于佳木河组内部，即内幕型天然气，成因类型为煤型气。
2．3 天然气来源
下二叠统佳木河组烃源岩沉积上受火山作用的影响明显，以凝灰质泥岩为主，有机质丰度整体偏低，有机碳含量为0.08％～2.00％，平均值为0.55％，氯仿沥青“A”含量介于0.0014％～0.0696％，平均值为0.0088％，总烃含量介于0.89～51.8mg／g，S1+S2含量介于0.05～0.25mg／g。
佳木河组干酪根碳同位素值很重，581井、514井和594井9个样品干酪根的碳同位素值为-21.96‰～-20.29‰，有机质类型以腐殖型干酪根为主。这套烃源岩成熟度较高，镜质体反射率为1.38％～1.90％，综合评价为高成熟的较差气源岩。依据沉积古地理推测在凹陷中泥岩的有机碳含量应该更高。因此，佳木河组应该是一套(且是研究区内唯一一套)具有一定有机质丰度、演化程度较高、具有生气能力的烃源岩。加之煤型气与其碳同位素值相近，并且同一来源天然气的顺层运移会造成碳同位素分馏，以煤型气为主的天然气甲烷碳同位素值在该区区域性斜坡的背景上，呈现出自佳木河组气源中心向气藏方向逐渐变轻的趋势(图2)，指示了天然气白东向西的运移方向。油型气来源已有大量研究[12]，皆表明其与原油同源，主要来自于风城组烃源岩。
3 天然气的分布规律及其主控因素
3．1 天然气的分布规律
3．1．1平面分布规律
不同类型天然气的分布特征是其来源的重要反映，从平面分布来看，各类天然气呈条带状分布(图2)。风城组尖灭线以内，主要分布油型气，尖灭线以外较近的区域主要分布混源气，尖灭线以外较远的区域则主要分布煤型气。
3．1．2垂向分布规律
垂向自上而下，上乌尔禾组分布范围最广，底部为一套重要的不整合面，其赋存的天然气成因类型多样。其中，克拉玛依五、八区主要分布油型气，中拐区则以煤型气及混源气为主。下乌尔禾组分布范围小于下伏风城组，受风城组的封隔，仅能接受来自于风城组烃源岩的油型气。佳木河组主要为内幕型煤型气聚集，其平面分布范围比风城组大，且佳木河组顶部为一套不整合面，风城组生成的油型气也可沿不整合面运移进入佳木河组形成}昆源气，构成了其以煤型气为主、少量混源气的天然气成因格局。
3．2 主控因素
3．2．1气源灶控制了天然气的集中分布
佳木河组气源灶的演化历史模拟结果表明，佳木河组气源灶在风城末期即开始出现，但此时范围较小，主要分布在玛湖凹陷的西北斜坡部位；随着地质时间的推移，气源灶的范围不断扩大，位置也由玛湖凹陷的中心向东南方向迁移。二叠纪末期，气源灶范围达到最大，之后由于部分地区烃源岩过成熟不再产气而气源灶范围开始缩小。到现今，气源灶的范围主要分布在中拐区(图3)。根据煤型气(克82井)碳同位素值计算出天然气R。值(R。＝2.17％)，与佳木河组下亚段烃源岩演化史对比分析发现，天然气应当是古近纪一现今的产物[13]。目前发现的煤型气藏也主要分布在西北缘的中拐区[14-17]，说明新近纪气源灶控制了煤型气藏的集中分布[18]。
风城组烃源灶是该区油型气的主要来源，该烃源灶形成于风城组沉积末期，但当时有效生烃范围较小，主要分布在玛湖凹陷中心部位，且以生油为主(图4)。
随着地质时间的推移，烃源灶范围不断扩大，中心位置也逐渐由油源灶向气源灶转化。至今，大部分地区仍在供烃，靠近凹陷边缘位置的烃源灶以生油为主，靠近凹陷中心位置的烃源灶以生气为主，凹陷中心由于演化程度过高而不再生成油气。这样的烃源灶分布形成了油型气与原油相伴生、油气围绕风城组尖灭线环带状分布的特征。
3．2．2“断一盖”遮挡控制了油气的差异聚集
断层是形成二叠系圈闭的重要封闭条件，克百地区断层遮挡具有以下特征：①断层较为古老，二叠纪后未活动，剖面上表现为未错断上乌尔禾组盖层；②延伸较长，断距较大的断层控制了主要油气藏的形成；③呈弧形弯盐的断层易形成有效的圈闭和油气藏。统计结果表明(图5)，当前三叠系断层断距大于单砂层厚度时[19]，利于形成上倾方向遮挡，如581井北断裂、56l井北断裂、克007井北断裂、克80井西断裂等，而当断层断距小于单砂层厚度时，不利于形成上倾方向遮挡。
该区主要发育乌尔禾组顶部、风城组、佳木河组顶部3套盖层。其中，乌尔禾组顶部盖层为湖相暗色泥岩沉积，是该区最为重要的区域性盖层，厚度为20～80m，受其对油气的分隔作用形成了该区“上油下气”的特征；风城组盖层对应于二叠纪最大湖侵期沉积的泥岩，厚度可达200m；佳木河组顶部盖层为风化黏土层，厚度介于10～20m，对聚集于佳木河组内幕的煤型气起封盖作用。盖层的宏观封闭性主要取决于盖层厚度[20]，天然气藏与油藏的统计结果表明，该区天然气对盖层厚度要求更为苛刻，在盖层厚度小于10m的条件仍有油藏形成，却无法形成天然气藏，最终形成了油气平面分布的差异性。
3．2．3“断—面”输导体系控制了不同成因天然气的分布序列
在区域向东倾斜的背景下，佳木河组顶部不整合面之下的风化黏土层构成了有效封闭，其下的半风化岩石是二叠系油气重要的侧向运移通道。统计结果表明，距离不整合面越近，储集层物性越好，有油气显示的层数越多。风城组生成的油型气一方面受自身烃源岩的封隔作用，另外一方面由于烃源岩的演化阶段未完全进入生气阶段，使得油型气主要分布在风城组尖灭线以内。而佳木河组气源岩生成的煤型气大量沿着这套半风化岩石发生长距离的侧向运移(图6)，大范围分布在斜坡外缘。煤型气与油型气之间则分布了混源气。输导断层相比遮挡型断层，其发育规模更大，历史上经历了多期活动，垂向上断穿至白垩系，平面上主要分布于西北缘斜坡外环的克拉玛依一乌夏断裂、红山嘴断裂等，主要对早期生成并运移至此的原油及油型气起到纵向调节作用[21]。
综上所述，供气层位及分布范围、“断一盖”遮挡条件及“断一面”输导条件的配置关系，构成』，西北缘克拉玛依—中拐区不同类型天然气有序分布的格局(图6)：靠近凹陷一侧的佳木河组上部与油型气源灶对接形成油型气藏，下部则接收了来自凹陷中心的煤型气；
由于断裂与不整合面对天然气垂向的调整作用，在风城组尖灭线附近形成了混合气藏；佳木河组内幕的煤型气则顺着该组顶部的不整合面发生较长距离的侧向运移。
4 结论
1)准噶尔盆地西北缘五八区天然气主要为湿气，类型为气顶气，主要赋存于乌尔禾组顶部不整合而附近，成因类型以油型气为主，个别样品属于煤型气或混合型天然气，成藏期次与成藏过程与风城组烃源岩生成的原油一致。
2)中拐区天然气主要为干气，类型为气藏气，主要赋存于佳木河组内部，成因类型为煤型气。该类天然气成藏时间较晚，为古近纪至今，平面分布主要受控于佳木河组新近纪气源灶。
3)不同成因类型天然气的有序分布受控于供气层位及分布范围、“断一盖”遮挡条件及“断一面”输导条件三者的耦合关系。
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本文作者：柳波 贺波 黄志龙 张越迁 殷忠朴 郭天旭 吴凡
作者单位：“非常规油气成藏与开发”省部共建国家重点实验室培育基地·东北石油大学
黑龙江省高等学校科技创新团队“断裂变形、封闭性及与流体运移”
中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室
中国石油新疆油田公司勘探开发研究院
中国石油大庆油田有限责任公司第一采油厂
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