滴北凸起位于准噶尔盆地北部陆梁隆起北缘, 南北分别与滴水泉凹陷、滴南凸起和乌伦古坳陷的索索泉凹陷相邻。其区域构造形态为向东抬起的鼻状构造, 向东与克拉美丽山相连, 与滴南凸起共同隶属于克拉美丽山系的盆内西延部分(油田上统称为克拉美丽山前), 向西与三个泉凸起相连, 滴北凸起整体面积为2107ikm²(图 1)。

图 1

Fig.1

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	图 1 准噶尔盆地滴北凸起和采样井地理位置图Fig.1 Location of the Dibei uplift and sample well in Junggar Basin

滴北凸起自2001年先后钻探了近10口石炭系探井, 钻揭厚度不等, 最薄是58im, 最厚达1354im, 石炭系油气显示活跃, 其中仅泉6井最高日产获气5880im³。从钻井资料以及克拉美丽山的地层出露情况来看(李艳平等, 2016), 克拉美丽山前(滴北和滴南凸起)发育最古老的地层为泥盆系, 向上依次发育石炭系塔木岗组(C₁t)、滴水泉组(C₁d)、松喀尔苏组(C₁s)巴塔玛依内山组(C₂b)以及石钱滩组(C₃sh)。其中下石炭统滴水泉组烃源岩是克拉美丽气田高熟湿气的主力气源岩, 与松喀尔苏下亚组和巴塔玛依内山组的火山岩储集层形成“ 下生上储” 的良好源储条件。近年来滴南凸起钻探成果也进一步证实了石炭系烃源岩和火山岩储集层的发育。陆南1井钻揭近350im的滴水泉组灰黑色白云质泥岩、白云质粉砂岩夹砂质、泥质白云岩条带, 属正常海相的细粒碎屑岩沉积; 滴西2井钻井揭示近200im的滴水泉组灰黑色泥岩、砂质泥岩夹泥质粉砂岩, 属潮坪— 潟湖相环境; 滴南凸起火山岩发育, 岩相类型多, 可见爆发相、溢流相和侵入相, 石炭系火山岩储集层发育。在相同的大地构造演化背景下, 相邻的滴北凸起同样发育火山岩建造, 泉4、泉11井均揭示大套中基性火山岩, 且储集条件与滴南凸起相当; 但烃源条件因滴北凸起钻遇的碎屑岩粒度粗且泥岩成熟度低, 早石炭世烃源岩发育的环境似有差异, 因此滴北凸起早石炭世的沉积环境即是否发育海相暗色泥岩且泥岩的生烃能力是该区石油地质条件评价的关键, 也是寻找并落实下步准噶尔盆地石炭系天然气勘探接替领域的重要依据。

为重新评价滴北凸起的石油地质条件、尤其是早石炭世烃源岩的生烃能力, 重新采集并分析泉5井等10口井的细粒碎屑岩样品30个, 观察6口井的岩心44im, 测井资料重新解释石炭系岩性, 并结合地震剖面的地震相特征, 明确了滴北凸起早石炭世的残留海相沉积特征、发育的灰黑色泥岩为成熟度高的中等— 好烃源岩, 重新评价了滴北凸起的勘探潜力。

盆地的沉积充填特征是最直接反映盆地形成演化的物质信息, 钻井厚度大并录取的相应层位岩心更是最直观的物质信息。滴北凸起泉5井钻井揭示石炭系厚度1354im, 岩性为大套杂色砾岩、砂砾岩、凝灰质砂岩、沉凝灰岩、泥岩的互层。共取心4筒, 计12.53im; 其他钻井在石炭系也有断续取心, 具备较好的资料基础。

2.1 多旋回复理石建造

在海相沉积中, 沉积物的成分成熟度、粒序结构、韵律性、底部印模和冲刷面、一定方式的内部结构 、具有鲍马层序等都是识别复理石建造的直接依据。

2.1.1 成分成熟度低

泉5井录井岩性为大套灰绿色岩屑砂砾岩、砂岩、泥岩互层, 韵律性明显。岩屑由凝灰岩、霏细岩、英安岩和安山岩岩屑组成, 呈次棱角— 次磨圆状, 砾径6~20imm, 最大可达4icm。测井曲线表现出电阻率值明显偏低的异常特征, 杂基含量大于25%, 为杂基支撑, 成分成熟度低, 为水下快速堆积的岩屑杂砂岩(图 2-a, 2-b); 泉4井不等粒砂岩为花岗闪长岩风化破碎近物源快速搬运再沉积的产物, 岩石中碎屑主要由花岗闪长岩破碎形成的石英、长石和角闪石组成, 其中角闪石颗粒保存完好, 无明显风化蚀变(图 2-c), 成分成熟度低; 泉11井岩屑砂砾岩中的岩屑岩性与泉5井相似, 但颗粒磨圆较好(图 2-d), 反映虽近源快速堆积成分成熟度低, 但所处的水动力条件要强于泉5井区, 结构成熟度较高, 指征了研究区沉积相、水动力条件的差异性。

图 2

Fig.2

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	图 2 滴北凸起下石炭统沉积岩性特征 a— 泉5井, 井深2872.25im, 岩屑杂砂岩, 见安山岩(A)、沉凝灰岩(B)、霏细岩(C)岩屑和杂基填隙物(D); b— 泉5井, 井深2140.35im, 不等粒岩屑杂砂岩, 岩屑见安山岩(A)、凝灰岩(B)、玄武岩(C)、晶屑凝灰岩(D); c— 泉4井, 井深2768.52im, 不等粒砂岩, 见晶形完整的角闪石颗粒(Hbl); d— 泉11井, 井深2505im, 岩屑砂砾岩, 磨圆较好, 岩屑见流纹岩(A)、沉凝灰岩(B)和晶屑凝灰岩(C)Fig.2 Characteristics of sedimentary lithology of the Lower Carboniferous in Dibei uplift

2.1.2 鲍马层序发育

复理石相主要由浊积岩组成, 大部分浊积岩具鲍马层序, 但5个层段发育完全者少见, 鲍马层序的A、B, A、E和C、D、E段常组合在一起, 单层浊积岩从几厘米至50icm(晋惠娟等, 1989)。依据完整鲍马序列结构再结合各井取心段的综合分析, 滴北凸起的泉5、泉11、泉13等井的取心井段均显示出不完整的鲍马序列层序段(图 3)。泉13井2210.5~2216.0im取心段为鲍马序列A段的砂砾岩和块状砂岩, 其砾岩层与下伏泥岩层呈突变接触, 砂砾岩底部的冲刷面明显且下伏层的泥岩被撕裂成长条状泥砾顺层排列,

图 3

Fig.3

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	图 3 典型鲍马序列与泉5井第3筒心(2869.0~2872.3im)对应关系图Fig.3 Correspondence between typical Bouma sequence and the No.3 core(2869.0~2872.3im) of Well Quan 5

反映当时水动力对下伏泥岩层的搅动和砾质碎屑流的切割作用(图 4-a); 泉5井2869.0~2872.3im岩心为鲍马序列A段的杂色砾岩— 块状砂岩— 细砂岩, 正粒序层理, 向上粒度逐渐变细, 分选磨圆趋好, 反映水动力由强变弱的特征(图 4-b); 泉5井2138.73~2141.38im取心段为B段的细砂岩, 多为块状层理, 也可见小型的丘状交错层理(图 4-c), 表现为鲍马序列A、B段砂岩的典型特征; 泉5井2138.73~2141.38im取心段见鲍马序列E段的灰黑色块状泥岩(图 4-d), 见垂直潜穴虫迹。该深水泥岩段与上覆地层为突变接触, 是深水浊积层序最重要的标志也是良好烃源岩发育段。需明确的是, 深水复理石建造的识别, 除上述的鉴别依据外, 其遗迹化石也是代表性的标志, 但因岩心的局限性, 未见典型的遗迹化石。

图 4

Fig.4

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	图 4 滴北凸起下石炭统岩心沉积构造特征 a— 鲍马序列A段冲刷面, 泉13井, 井深2214im; b— 鲍马序列A段粒序层理, 泉5井, 2870im; c— 鲍马序列B段丘状交错层理, 泉5井, 2140im; d— 鲍马序列E段块状泥岩, 泉5井, 2140imFig.4 Characteristics of sedimentary structures in core of the Lower Carboniferous in Dibei uplift

2.2 岩石微观特征和深水沉积指征

滴北凸起的复理石是由火山碎屑浊积岩组成, 岩石类型除岩屑砂岩、砂砾岩外, 还发育火山碎屑岩、灰岩、水下喷发的细碧岩和等深岩等具有深水沉积指征的岩石类型和沉积构造。

2.2.1 火山碎屑岩

沉火山角砾岩: 火山岩岩屑约占80%, 分选差, 填隙物为火山灰尘。其中可见混入的陆源成分含量约20%, 以钙质生物碎屑为主, 见少量陆源岩屑。生物碎屑以海百合茎、苔藓虫和硅藻碎片为主(图 5-a)。

图 5

Fig.5

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	图 5 滴北凸起下石炭统岩石微观特征和等深积岩 a— 沉火山角砾岩中的棘皮类碎片(A), 泉5井, 2745.45im; b— 细碧岩, 钠长石化斜长石(A), 玻璃质脱玻为绿泥石(B), 泉4井, 井深2527.27im; c— 陆屑泥晶灰岩, 泉4井, 2529.63im, 陆源碎屑(A), 灰质团粒(B), 鲕粒(C); d— 等深积岩, 泉5井, 2138.8imFig.5 Microscopic feature of core and contourites of the Lower Carboniferous in Dibei uplift

晶屑凝灰岩: 由晶屑粒径小于2imm的棱角状石英、长石晶屑组成, 凝灰结构特征, 火山灰局部脱玻化, 见一定数量的黄铁矿微粒分散其中, 显示沉积环境的还原性。

上述不同类型的火山碎屑岩具有共同的特征: 颜色呈暗灰绿、灰黑色, 有成层性, 未见到熔结现象, 火山碎屑物中也未见到气孔和杏仁构造。上述特征表明, 火山碎屑物是由水下喷发火山岩提供。

2.2.2 细碧岩和泥晶灰岩

在泉4井2526.96im和2527.27im的2个壁心段发现细碧岩, 微观特征为大小不等的细长板条状钠长石化斜长石和玻璃质组成, 玻璃质脱玻为绿泥石, 与次生帘石分布在杂乱排列的钠化斜长石之间。细碧结构典型, 见杏仁状构造。杏仁体大小不等, 含量约10%, 为绿泥石及方解石充填(图 5-b)。细碧岩是由拉斑玄武质岩浆在上升过程中经热卤水的严重混染后喷出结晶而形成的, 细碧岩的成因不论是地槽海相岩浆成因还是玄武岩受到海水中钠质交代后改造, 均指征海相环境(李增田, 1990)。

泉4井在2529.63im发现陆屑泥晶灰岩, 岩石具层理构造, 陆源碎屑呈层状分布, 陆源碎屑由石英、长石组成, 陆屑粒径大小不等, 泥晶灰质呈团粒状见同心圆鲕粒, 团粒间分布有陆屑和黄铁矿(图 5-c)。

2.2.3 等深积岩

泉5井复理石相中除浊积岩外, 还在2138.73~2141.38im取心段发现了等深积岩(又称平流岩)。这是一种沿陆坡和陆隆等深线流动的底流, 它可搬运、再沉积砂和粉砂(晋惠娟等, 1989)。在鲍马序列F段的灰黑色块状泥岩中发现有顶底界面分明且平行层面分布的灰白色粉砂质纹层, 纹层可呈断续水平状、透镜状、波状体(图 5-d)。镜下观察, 灰白色纹层的岩性为粉砂岩, 颗粒分选较好, 以陆源的石英、长石为主, 杂基填隙物少, 使粉砂岩纹层为灰白色。这种颗粒粗于所赋存的岩石、颗粒分选好、顶底界面清楚且单层厚不超过5icm的古代沉积物称之为等深积岩, 其形成环境多是深水中(必须是浪基面以下)。而泉5井的等深积岩赋存于复理石相的灰黑色泥岩中, 亦是深水环境的指征。

通过测井、岩心、薄片、地震及重磁资料综合分析, 认为滴北凸起早石炭世为断陷型的残留海相沉积, 半地堑式的断陷中以堆积方式充填了相互叠置的多期砂岩和泥岩, 主要以多旋回复理石建造为主, 其中各旋回顶部的深水泥岩段发育良好烃源岩; 在深水碎屑物沉积的同时, 沿拉张断裂发育的薄弱带, 水下多期火山喷发, 各断陷间形成多个丘状火山岩体, 形成围绕半地堑式断陷发育的地形高隆带。

结合前人对克拉美丽缝合带研究(何国琦等, 2001; 汪帮耀等, 2009; 赵恒乐等, 2012), 对准噶尔盆地克拉美丽山前的石炭纪构造格局认识大致如下: 泥盆纪— 早石炭世期间, 克拉美丽有限洋盆发生双向俯冲, 形成滴南凸起地区陆缘火山弧并伴生俯冲过后的伸展裂陷的发育。洋盆于早石炭世晚期最终关闭, 晚石炭世进入碰撞造山作用阶段(赵霞等, 2008: 吴小奇等, 2009; 李涤等, 2012b)。

早石炭世滴水泉组沉积时期, 是克拉美丽洋双向俯冲后的伸展时期, 伸展断陷发育。结合洋壳向北俯冲的应力机制和滴北凸起拉张断陷的发育背景, 该时期应形成南陡北缓的半地堑式构造样式。此时是洋盆已关闭但海水尚未退出的残留海相时期, 半地堑式的断陷中以堆积方式充填了相互叠置的多期砂岩和泥岩, 对应是深水碎屑沉积物的沉积充填特征即多旋回复理石建造, 而这一时期正是克拉美丽山前早石炭世烃源岩形成的重要时期; 在深水碎屑物沉积的同时, 沿拉张断裂发育的薄弱带, 水下多期火山喷发, 各断陷间形成多个丘状火山岩体, 以爆发相和溢流相的火山岩相为主, 具备良好的储集条件, 平面上形成围绕半地堑式断陷发育的地形高隆带, 空间上源储匹配良好。

因滴北凸起地震资料多以二维测线为主且测网较稀, 深层石炭系地震反射资料品质较差, 尽管泉5井已证实发育厚层复理石建造但缺少测年数据, 目前的地震解释方案不是唯一解。但在近南北向过泉5井的地震剖面上表现为南陡北缓的半地堑式构造样式, 符合断陷期的主要构造样式, 属早石炭世伸展裂陷阶段构造活动的产物; 泉5井1354im的砂砾岩、细砂岩和泥岩互层的多旋回复理石建造地震相特征表现为中振幅弱连续的充填相特征(图 6)。

图 6

Fig.6

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	图 6 滴北凸起过泉5井近南北向地震地质解释剖面Fig.6 Cross hole seismic-geologic interpretation section of Well Quan 5 in Dibei uplift

滴北凸起的构造演化在海西— 印支期主要分为2个阶段: 早期拉张断陷和后期挤压隆升。早石炭世洋壳向北俯冲后的伸展时期发育一系列的半地堑式断陷, 以泉5井为代表的厚层复理石建造形成并伴随海底火山间歇喷发; 其后中上石炭统火山岩— 碎屑岩连续沉积; 晚石炭世的碰撞造山作用, 使复理石“ 充填体” 及上覆中上石炭统沿早期高陡的拉张断裂薄弱带挤压隆升, 其上覆的中上石炭统剥蚀殆尽, 表现为下石炭统的复理石沉积与上覆中生界不整合接触。

综合现有地震资料的地震地质解释成果, 以泉5井为代表的早石炭世伸展断陷槽(烃源槽)并不是孤立存在, 半地堑式构造样式在近南北向的地震剖面中可见但空间分布有变化, 依据现有地震资料勾绘了断陷槽的分布范围并与磁力垂直二次导数异常图的解释成果叠合(图 7), 发现低磁异常区的分布范围与地震资料落实的断陷槽分布特征有较大的吻合性。依据岩石物理特性及重磁勘探原理, 中酸性火山岩与沉积碎屑岩磁化率弱, 再结合泉5井钻探结果, 低磁异常区是沉积碎屑岩的指征, 与断陷槽沉积充填特征符合。

图 7

Fig.7

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	图 7 滴北凸起磁力垂直二次导数异常图(附早石炭世断陷槽解释)Fig.7 Vertical second derivative of magnetic force abnormal in Dibei uplift (attach the interpretation of fault depression in the Early Carboniferous)

综上所述, 滴北凸起早石炭世断陷槽呈北东向斜列展布, 沉积厚度大, 泉5井已钻揭1354im(未穿), 其南部的4个斜列式展布的断陷在地震剖面上充填相特征清楚, 时间值与泉5井井底时间值相当, 推测厚度均大于1000im, 其中泉5井仅复理石相中鲍马序列的E段灰黑色泥岩的累计厚度大于200im, 奠定了石炭系烃源岩的物质基础。

在明确了早石炭世为海相沉积环境之后, 对滴北凸起近年来已有的石炭系钻井岩心、岩屑的烃源岩分析结果与滴南凸起早石炭世烃源岩进行了对比统计。结果表明, 在有机碳含量、最大热解温度和生烃潜量等指标方面2个凸起较相近, 唯一不同的就是成熟度值差异大, 滴北凸起R_O多小于1%。认为是滴北凸起埋藏较浅导致石炭系源岩成熟度比滴南凸起低, 由此对滴北凸起的石油地质条件评价不高, 勘探一度停滞。

判定烃源岩成熟度的重要指标是镜质体反射率R_O值(%)。国内各单位不同实验室的R_O值测定, 所用仪器、样品(岩样或干酪根)、人员经验、分析日期都不相同, 同一样品测出的数据往往相差很大; 另外, 滴北凸起的泉6井石炭系天然气乙烷碳同位素为-32.4‰ , 属于典型的腐泥型天然气, 据烃源岩热模拟证实泉6井属高成熟天然气, 对应源岩R_O应在1.1%~1.3%。

为此针对滴北凸起石炭系已钻井的细粒沉积(泥岩、凝灰质泥岩等)进行岩心、岩屑的系统采样及烃源岩指标分析, 尤其是泉5井、泉11井等归属鲍马序列E段的暗色泥岩段的岩心和岩屑。

泉5井石炭系2139.91~3226.0 0m井段烃源岩数据表明(表 1), R_O值仍然没有大于1%, 但综合最大热解温度和生物标志物成熟度参数值(大于0.4), 已达到“ 成熟” ; 泉5井饱和烃色谱图也说明饱和烃组成主峰碳nC17(图8), 组成以轻组分为主, 成熟度高。同批送样分析的还有泉4、泉11和泉13井, 4口井的有机质丰度数据如下: TOC主要为0.44%~5.6%, 平均值为2.04%; 生烃潜量S1+S2为0.08~9.34img/g, 平均值为1.88img/g; 氯仿沥青A含量为0.002%~0.1049%, 平均值为0.0284%; 泉11井2185im样品有机质丰度相对较高, TOC为12.72%, S1+S2为15.46img/g。因此, 滴北凸起的石炭系烃源岩为达到成熟阶段的中等— 好的气源岩, 与滴南凸起的主力气源岩可比。需要指出的是相应参数均指征干酪根的类型为Ⅲ 型, 这与泉6井的腐泥型气源和早石炭世海相环境的结论有出入, 有待后续钻井和研究不断完善。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 滴北凸起泉5井石炭系烃源岩分析数据 Table 1 Analysis data of the Carboniferous source rocks of Well Quan 5 in Dibei uplift 烃源岩指标 范围 平均值 样品数/个 结论 干酪根类型 饱和烃/% 5.06~31.13 13.48 8 Ⅲ 型 热解氢指数(HI)/mg· g-1 36.08~229.81 64.99 24 类型指数(TI) -33~-8 -18.10 12 有机质丰度 TOC/% 0.97~4.45 2.33 24 中等— 好 氯仿沥青A/% 0.0072~0.0703 0.0345 13 S1+S2/mg· g-1 0.39~5.2 1.74 24 成熟度 RO/% 0.73~0.95 0.815 12 成熟 Tmax/℃ 448~471 459.40 12 C29甾烷20S/(20S+20R) 0.3285~0.4801 0.4127 9

表 1 滴北凸起泉5井石炭系烃源岩分析数据 Table 1 Analysis data of the Carboniferous source rocks of Well Quan 5 in Dibei uplift

图 8

Fig.8

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	图 8 滴北凸起泉5井饱和烃色谱Fig.8 Saturated hydrocarbon chromatogram of Well Quan 5 in Dibei uplift

目前已明确克拉美丽气田具有“ 三控一体” (源控、断控、高点控、火山岩体)的成藏富集模式, 邻近烃源岩区、古隆起优先富集(即“ 近源隆控” )是主要的成藏条件, 断裂沟通烃源岩、火山岩体岩性圈闭及保存条件则是气藏的主控因素。类比滴南凸起已证实的“ 近源隆控” 成藏模式, 滴北凸起早石炭世为残留海相, 下石炭统烃源岩发育且已成熟, 火山岩储集层也发育, 滴北凸起以泉5井早石炭世“ 断陷槽” 为代表的“ 源” 的规模与滴南凸起相当甚至规模更大, 围绕“ 断陷槽” 周缘的高隆带就是最现实的勘探领域之一, 其中储集和保存条件是石炭系规模成藏的关键因素。泉4井钻揭凝灰质砂岩和细碧岩, 储集层不发育是失利的主要原因; 泉1井石炭系仅见油气显示但侏罗系获气25× 10⁴im³, 是由于燕山期断裂破坏调整所致; 泉8井针对火山岩体岩性圈闭钻探, 在储集层物性较好的流纹质火山角砾岩中获气580im³/d。另外, 泉5井石炭系全井段油气显示活跃, 低阻段多为凝灰质泥岩、泥岩, 全烃最高出至1.29%, 组分出至C5; 高阻段为砂砾岩、凝灰质砂岩, 计算平均孔隙度为8%, 储集层分析平均孔隙度为7%, 因是多旋回的复理石建造, 可形成砂泥指状交叉即烃源岩与储集层交互叠置的“ 源储一体” 的成藏模式, 为准噶尔盆地致密砂岩气的探索提供了新的勘探领域。

1)滴北凸起位于准噶尔盆地陆梁隆起的北部, 与已发现克拉美丽气田的滴南凸起相邻, 早石炭世为洋盆关闭后的残留海相, 是石炭系烃源岩的主要形成时期。近千米的复理石建造中各鲍马序列E段的海相暗色泥岩是主要气源岩, 规模可观。

2)滴北凸起下石炭统烃源岩为达到成熟阶段的中等— 好的气源岩, 火山岩储集层发育, 石油地质条件良好。

3)准噶尔盆地滴北凸起早石炭世发育“ 近源隆控” 和“ 源储一体” 2类成藏模式, 围绕“ 断陷槽” 周缘且火山岩发育的高隆带是最现实的勘探领域之一, 储集和保存条件是成藏的关键因素; 以泉5井为代表多旋回复理石建造也是后续探索致密砂岩气的有利目标。

致谢 感谢新疆油田公司实验检测院专家任江玲等提供的有机地化分析结果。审稿专家和编辑部提出的宝贵建设性意见对提高文章质量发挥了重要作用, 在此谨表衷心感谢!