準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣地球化學(xué)特征及成因

李二庭，靳 軍，王 劍，馬萬云，陳世加，劉翠敏，王海靜

（1. 中國石油天然氣集團(tuán)有限公司礫巖油氣藏勘探開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依 834000；2. 中國石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院，新疆 克拉瑪依 834000；3. 西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500）

沙灣凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西部，是盆地內(nèi)油氣資源最豐富的生烴凹陷之一，凹陷西接紅車斷裂和中拐凸起，北臨盆1 井西凹陷和莫索灣凸起，東連莫南凸起，南鄰北天山山前沖斷帶的霍瑪吐背斜帶。沙灣凹陷周緣構(gòu)造油氣資源潛力巨大，發(fā)育石炭系和二疊系佳木河組、風(fēng)城組以及烏爾禾組等多套烴源巖，烴源巖厚度大，生氣潛力大，具備形成大-中型氣藏的基礎(chǔ)地質(zhì)條件［1-3］，其中西斜坡帶石油地質(zhì)資源量為1.73×108t，天然氣地質(zhì)資源量為1 040×108m3［4］。近年來在沙灣凹陷西側(cè)發(fā)現(xiàn)的車排子、小拐和金龍等多個油氣田，在油氣性質(zhì)上表現(xiàn)出了明顯的差異性，甚至同一油氣藏不同部位的油氣在地球化學(xué)特征上也存在一定差別［5-7］。目前已發(fā)現(xiàn)的氣藏規(guī)模普遍較小，呈現(xiàn)“面廣、層多、塊小”的分布特征，平面上分布較廣，縱向上在石炭系—白堊系儲層中均有發(fā)現(xiàn)，但主要集中在侏羅系以及白堊系等中、淺層。天然氣類型多樣，成因復(fù)雜，既存在腐泥型天然氣，也存在腐植型天然氣，同時成熟階段天然氣與高-過成熟階段天然氣混雜分布，天然氣成因與來源認(rèn)識不清。

前人對沙灣凹陷周緣天然氣勘探方面的研究主要以小區(qū)塊對比為主［8-12］。陳建平等［8］依據(jù)天然氣碳同位素及組成特征，將克拉瑪依五八區(qū)天然氣劃分為兩類油氣來源：①高-過成熟佳木河組烴源巖；②不同演化階段的風(fēng)城組烴源巖。柳波等［9］認(rèn)為五八區(qū)下烏爾禾組天然氣主要來自風(fēng)城組烴源巖，中拐地區(qū)佳木河組天然氣分布主要受控于佳木河組新近紀(jì)氣源灶。趙愛文等［11］采用原油生物標(biāo)志化合物信息，認(rèn)為紅車斷裂帶具有兩類油氣來源：①原油來源于沙灣凹陷二疊系烴源巖；②原油為混源油，早期二疊系充注，晚期侏羅系和白堊系充注。李二庭等［12］對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系佳木河組、風(fēng)城組和下烏爾禾組烴源巖進(jìn)行了生烴潛力評價，結(jié)合烴源巖模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，認(rèn)為風(fēng)城組烴源巖生烴潛力最強(qiáng)，以生油為主，其次為下烏爾禾組烴源巖，既可生油也可生氣，佳木河組烴源巖以生氣為主，生氣潛力相對較差，并結(jié)合天然氣地球化學(xué)特征，認(rèn)為新光地區(qū)佳木河組致密砂巖天然氣主要來源于高成熟的下烏爾禾組烴源巖。整體上來看，前人對研究區(qū)中、淺層天然氣成因未做整體深入的分析，這也制約了研究區(qū)天然氣進(jìn)一步的勘探。因此，本文通過系統(tǒng)開展沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣組分、碳同位素和輕烴組成分析，并對研究區(qū)二疊系佳木河組、風(fēng)城組和下烏爾禾組3 套烴源巖進(jìn)行生烴潛力評價分析，運(yùn)用烴源巖熱模擬技術(shù)，分析不同類型烴源巖生氣及演化特征，最后綜合分析明確研究區(qū)天然氣的成因類型，為準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣天然氣的勘探與開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂和中拐凸起位于沙灣凹陷西部（圖1）。該區(qū)是在石炭紀(jì)基底隆起的背景上，經(jīng)二疊紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動發(fā)育起來的大型隆起構(gòu)造，其主要的形成期應(yīng)在海西期。三疊紀(jì)初，盆地整體抬升遭受剝蝕，隨后進(jìn)入了整體沉積—抬升的振蕩發(fā)展階段，形成了一系列沖斷、褶皺、不整合及超覆等構(gòu)造組合，并發(fā)育大量同沉積斷裂；三疊紀(jì)末，盆地發(fā)生整體抬升，形成了三疊系和侏羅系之間的區(qū)域不整合；侏羅紀(jì)構(gòu)造變化較小，有較好的繼承性；白堊紀(jì)—古近紀(jì)是車拐地區(qū)比較穩(wěn)定的時期，邊緣緩慢隆升，中心相對沉降，但燕山期也存在兩次明顯的構(gòu)造活動，主要表現(xiàn)為白堊系底界與侏羅系之間的區(qū)域不整合、古近系與白堊系之間的不整合；新近紀(jì)以來的構(gòu)造活動在車拐地區(qū)的響應(yīng)較弱，以抬升為主。紅車斷裂和中拐凸起主要的烴源巖地層有石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系，其中以二疊系烴源巖最為重要，包括下二疊統(tǒng)佳木河組（P1j）、風(fēng)城組（P1f）和中二疊統(tǒng)下烏爾禾組（P2w）。伴隨盆地振蕩與湖水進(jìn)退的變化，研究區(qū)形成生油巖、儲集巖體的交互與側(cè)變，特別是受多源輸入形成多期疊置的洪積、沖積和三角洲砂體是油氣富集成藏的有利位置。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷位置（a）及地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Location（a）and stratigraphic column（b）of Shawan Sag，Junggar Basin

2 測試與實(shí)驗(yàn)方法

2.1 天然氣組成分析方法

天然氣組分（C1—C5）分析采用HP 7890A 型氣相色譜儀，采用兩根色譜柱，由進(jìn)樣閥將天然氣分割后進(jìn)入兩種色譜柱分析：色譜柱1 為Agilent 13A 分子篩色譜柱（60～80 目，柱長3 m），用于分離無機(jī)氣體，色譜柱2 為Agilent 19095P-K25（50 m ×530 μm ×15 μm），用于分離烴類氣體組分，載氣均為氦氣。色譜柱升溫程序?yàn)椋撼跏紲囟?0 ℃，恒溫6 min，然后以15 ℃/min升溫至180 ℃，保持6 min。天然氣中輕烴組分（C5—C8）分析采用HP 7890B 型氣相色譜儀，色譜柱為HPPONA 毛細(xì)色譜柱（50 m×0.2 mm×0.5 μm），載氣為氦氣。色譜柱升溫程序?yàn)椋撼跏紲囟?5 ℃，以3.0 ℃/min 升溫至120 ℃，保持12 min，載氣為氮?dú)狻＿M(jìn)樣口溫度320 ℃，F(xiàn)ID檢測器溫度為320 ℃。

天然氣碳同位素（C1—C4）分析采用Delta V Ad?vantage 同位素質(zhì)譜儀，色譜柱為CP-PoraPLOT Q 石英柱（30 m×0.32 mm×20 μm），分離氣組分通過高溫轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化為CO2后進(jìn)入同位素質(zhì)譜儀測定碳同位素組成。色譜柱升溫程序?yàn)椋撼跏紲囟?8 ℃，恒溫5 min，以8 ℃/min 升至180 ℃，恒溫15 min。載氣為氦氣，載氣流速為2 mL/min，甲烷碳同位素分析的分流比為60∶1，乙烷—戊烷同位素分析分流比為10∶1。

2.2 烴源巖地球化學(xué)分析

烴源巖有機(jī)碳分析采用C-744 型有機(jī)碳分析儀，樣品在高溫氧氣流中燃燒，使有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，用紅外檢測器檢測并給出總有機(jī)碳（TOC）含量值。載氣為氧氣，載氣流量為3 000 mL/min。

烴源巖熱解分析采用Rock-Eval 6 型生油巖評價儀，熱解方法為：初始溫度300 ℃，恒溫3 min，然后以25 ℃/min 的速率升溫至650 ℃，S1為300 ℃時熱蒸發(fā)出來的烴類產(chǎn)物含量，S2為300～650 ℃升溫過程有機(jī)質(zhì)裂解出來的烴類產(chǎn)物含量，最高熱解溫度為熱解產(chǎn)烴速率最高時的溫度。載氣為氮?dú)?，載氣流速為100 mL/min。

2.3 烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)

沙灣凹陷周緣存在多套烴源巖，其中佳木河組和石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，為典型的腐殖型烴源巖，下烏爾組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2和Ⅲ型為主，屬于混合型烴源巖，而風(fēng)城組烴源巖以Ⅱ1型和部分以Ⅰ型為主，屬于腐泥型和偏腐泥型烴源巖［12］。戴金星等［13］提出以δ13C2（PDB）在-29.0‰～-27.5‰作為腐殖型與腐泥型成因天然氣的界限，處于這一區(qū)間的為混源氣，但研究區(qū)佳木河組與下烏爾禾組烴源巖均為腐殖型烴源巖，其在不同烴源巖和不同熱演化條件下生成天然氣差異尚無相關(guān)研究，研究區(qū)的天然氣混源特征也十分普遍，僅依據(jù)這一判識標(biāo)準(zhǔn)無法準(zhǔn)確確定不同成因天然氣的來源。因此，需要利用烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)來了解不同烴源巖在不同演化條件下的生氣特征，用于研究天然氣成因，判斷不同層位烴源巖對各個地區(qū)油氣藏的貢獻(xiàn)，從而確定天然氣勘探目的區(qū)。

選取準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地區(qū)拐16、克85 和581 井佳木河組烴源巖，風(fēng)南1、風(fēng)20 和風(fēng)南2 井風(fēng)城組烴源巖，金探1，瑪004 和克76 井下烏爾禾組烴源巖，樣品信息見表1。選取的樣品TOC分布在0.70 %～5.51 %，熱解峰溫Tmax值分布在408～450 ℃。采用的熱模擬實(shí)驗(yàn)裝置為黃金管-高壓釜熱模擬裝置，熱模擬實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)在400～600 ℃，取樣溫度為400，450，500，550 和600 ℃5 個溫度點(diǎn)，對應(yīng)計(jì)算鏡質(zhì)體反射率Ro分 別 為1.14 % ，1.62 % ，2.28 % ，3.22 % 和4.54%［14-15］，對收集的熱解氣進(jìn)行碳同位素分析。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷二疊系烴源巖熱模擬樣品信息Table 1 Summary of samples for thermal simulation taken from the Permian source rocks in Shawan Sag，Junggar Basin

3 天然氣地球化學(xué)特征與模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 天然氣組成特征

天然氣組成可以反映天然氣的成熟度和烴源巖類型［16］。準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶和中拐凸起中、淺層天然氣組成比較復(fù)雜，從表2 中可以看出，研究區(qū)中、淺層天然氣組成以烴類氣體為主，含量分布在91.91%～99.02 %，其中，甲烷是烴類氣體的主要成分，含量分布在70.12 %～95.93 %，隨著碳數(shù)增加，各烴類組分含量逐漸降低，天然氣干燥系數(shù)C1/C1-5值分布在0.73～1.00，屬于濕氣-干氣，反映研究區(qū)天然氣成熟度為成熟-高成熟演化階段。其中，紅車斷裂帶中段天然氣干燥系數(shù)整體偏高，在0.95～0.98，主要為氣藏氣或含油凝析氣，凝析油密度小于0.78 g/cm3；紅車斷裂帶北段拐16 井（J1s），干燥系數(shù)高達(dá)1.00，甲烷含量高達(dá)98.46%，且與稠油伴生，原油密度達(dá)到0.920 5 g/cm3。

表2 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣組分與碳同位素組成Table 2 Composition and carbon isotopes of mid?to?shallow natural gas on the periphery of Shawan Sag，Junggar Basin

3.2 天然氣碳同位素組成特征

天然氣的碳同位素組成是反映其母質(zhì)類型和成熟度等重要指標(biāo)［17］。一般來說，隨著烴源巖有機(jī)質(zhì)演化程度增加，生成天然氣的δ13C1值會逐漸增加，同時δ13C2值也會隨成熟度的升高而增加，但增加的幅度較甲烷小，據(jù)此可以反映天然氣的母質(zhì)來源。根據(jù)戴金星［18］劃分的不同類型天然氣甲烷碳同位素和成熟度計(jì)算模式，其煤型氣公式為：

油型氣公式為：

從圖2 中可以看出，研究區(qū)中、淺層天然氣甲烷碳同位素δ13C1值分布在-56.0‰～-31.5‰，處于成熟-高過成熟階段，拐16 井天然氣具有異常偏負(fù)的天然氣δ13C1值，反映其受微生物作用的影響［19］。紅車斷裂帶南段天然氣δ13C1值最重（-32.6 ‰～-31.5 ‰），是研究區(qū)成熟度最高的天然氣；紅車斷裂帶中段除車82 井和車排701井外，具有異常偏負(fù)的天然氣δ13C1值，且車82井為稠油層，原油密度達(dá)到0.892 8 g/cm3，可能也受到了微生物作用的影響，其余井天然氣δ13C1值偏重，達(dá)到成熟-高成熟階段；紅車斷裂帶北段天然氣δ13C1值分布范圍最寬，反映天然氣成因最為復(fù)雜；小拐地區(qū)和金龍地區(qū)天然氣δ13C1值較為集中，達(dá)到成熟-高成熟階段。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣δ13C2與δ13C1（a）和C1/C2-3與δ13C1（b）關(guān)系（圖版引自文獻(xiàn)21）Fig.2 Types of the mid?to?shallow natural gas as indicated by cross plots of δ13C2 vs. δ13C1（a）and C1/C2-3 vs.δ13C1（b）on the periphery of Shawan Sag，Junggar Basin（from reference［21］）

戴金星等［13］根據(jù)中國各盆地天然氣組成特征，提出 以δ13C2值 大 于-27.5 ‰為 煤 型 氣，δ13C2值 小 于-29.0‰為油型氣。從圖2a可以看出，研究區(qū)中、淺層天然氣δ13C2值分布在-30.4 ‰～-22.8 ‰，反映煤型氣、油型氣和混合型氣均有分布，存在多套烴源巖貢獻(xiàn)。其中，紅車斷裂帶北段天然氣δ13C2值分布范圍最寬（-30.4‰～-25.6‰），天然氣成因最為復(fù)雜，既包含生物氣，又包含油型氣和混合型氣；紅車斷裂帶中段天然氣δ13C2值基本大于-27.5‰，以煤型氣為主，而車82 井和車排701 井，具有偏負(fù)的δ13C2值，相比拐16 井生物氣δ13C2偏負(fù)，反映可能混有其他類型天然氣；小拐地區(qū)天然氣主要為混合型氣。

利用C1/C2—3與δ13C1系也可以判斷天然氣的類型［20］。從圖2b 可以看出，研究區(qū)中、淺層天然氣主要為凝析油伴生氣和煤型氣，紅車斷裂帶北段拐16 井為生物氣。

3.3 天然氣輕烴組成特征

C7輕烴組成可以區(qū)分天然氣的母質(zhì)類型［22］。甲基環(huán)己烷主要來源于高等植物，其高豐度可指示煤型氣，而庚烷值和異庚烷值可用于表征天然氣成熟度［20］，準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣輕烴組成見圖3 和表3。庚烷值分布在5.12～32.75，異庚烷值分布在0.83～3.17，反映天然氣成熟度為低-高成熟階段，相對低于碳同位素?cái)?shù)據(jù)反映出的成熟度。如車83 井氣層氣，天然氣δ13C1值為-31.6‰，反映高成熟，而庚烷值為27.20，異庚烷值為1.61，反映成熟-高成熟，可能是由于天然氣的充注是一個連續(xù)的過程，早期相對重組分成熟度較低，而后期進(jìn)入的輕組分成熟度較高［23］。另外，從表3中天然氣的氣油比可以看出，研究區(qū)天然氣多為原油溶解氣，由于原油的混入，可能會導(dǎo)致天然氣中輕烴的庚烷值和異庚烷值發(fā)生改變［24］。

表3 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣輕烴組成Table 3 Light hydrocarbon compositions of the mid?to?shallow natural gas on the periphery of Shawan Sag，Junggar Basin

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣庚烷值與異庚烷值（a）和正庚烷—甲基環(huán)己烷—二甲基環(huán)戊烷（b）關(guān)系Fig.3 Cross plots of heptane vs. isoheptane（a）and ternary diagram of n?heptane?methylcyclohexane?dimethylcyclopentane（b）of the mid?to?shallow natural gas on the periphery of Shawan Sag，Junggar Basin

紅車斷裂帶南段天然氣C7輕烴中正庚烷、甲基環(huán)己烷和二甲基環(huán)戊烷組成較為接近，甲基環(huán)己烷含量分布在38.21 %～45.04 %，正庚烷含量分布在38.51 %～44.44 %，反映母質(zhì)類型為混合型；紅車斷裂帶中段天然氣C7輕烴甲基環(huán)己烷含量占優(yōu)勢，分布在49.29 %～67.77 %，正庚烷含量分布在9.50 %～37.07%，反映腐殖型母質(zhì)類型；紅車斷裂帶北段天然氣中，除紅山1 井C7輕烴中正庚烷含量占優(yōu)勢，為61.63%，反映腐泥型母質(zhì)類型，其余井顯示母質(zhì)類型為混合型；小拐地區(qū)天然氣C7輕烴中甲基環(huán)己烷含量略占優(yōu)勢，分布在43.75 %～46.85 %，正庚烷含量分布在31.25%～35.71%，反映混合型偏腐殖型母質(zhì)類型；金龍地區(qū)天然氣C7輕烴中正庚烷含量占優(yōu)勢，分布在47.54%～56.74%，反映偏腐泥型母質(zhì)類型。

3.4 烴源巖地球化學(xué)組成特征

準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣烴源以二疊系佳木河組、風(fēng)城組和下烏爾禾組最為重要。其中，佳木河組烴源巖以凝灰?guī)r為主，在沙灣凹陷最大厚度可達(dá)100 m 以上［4］，總體為差-中等烴源巖，部分為較好烴源巖，生烴潛力較差，主要表現(xiàn)為TOC含量較低，分布在0.04%～8.11%，以小于0.60%為主，氯仿瀝青“A”含量低，分布在0.01 %～0.19 %，以小于0.05%為主，氫指數(shù)（HI）分布在0～150 mg/g，Tmax值分布在400～503 ℃，生烴母質(zhì)以Ⅲ型為主，屬于腐殖型烴源巖；風(fēng)城組烴源巖是以泥巖、白云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)白云巖為主，在沙灣凹陷沉積厚度分布在50～225 m［4］，是一套最好的生油巖，具有很強(qiáng)生烴潛力，主要表現(xiàn)為有機(jī)碳含量高，分布在0.37%～3.08%，以大于1.0%為主，氯仿瀝青“A”含量高，分布在0.05%～0.52%，以大于0.1 %為主，氫指數(shù)分布在150～600 mg/g，Tmax值分布在400～460 ℃，生烴母質(zhì)以Ⅰ和Ⅱ型為主，屬于腐泥型烴源巖；下烏爾禾組烴源巖在沙灣凹陷厚度多分布在50～150 m［4］，井下鉆揭極少，已有烴源巖分析顯示，有機(jī)碳含量較高，分布在0.13%～5.02%，以大于1.0 %為主，但氯仿瀝青“A”含量較低，分布在0.004 %～3.22 %，以小于0.1 %為主，氫指數(shù)分布在10～450 mg/g，Tmax值分布在322～510 ℃，生烴母質(zhì)以Ⅱ和Ⅲ型為主，屬于混合型烴源巖（圖4）。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷二疊系烴源巖TOC與氯仿瀝青“A”含量（a）和Tmax與HI（b）關(guān)系Fig.4 Cross plots of TOC vs.chloroform bitumen A（a）and Tmax vs.HI（b）of the Permian source rocks in the Shawan Sag，Junggar Basin

根據(jù)前人的研究［12］，二疊系佳木河組、風(fēng)城組和下烏爾禾組烴源巖熱模擬生烴高峰（液態(tài)烴產(chǎn)率）分別為88.80，563.37 和371.26 kg/t，總 產(chǎn) 氣 率 分 別 為66.02，351.20 和293.35 kg/t。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：風(fēng)城組烴源巖生烴能力最強(qiáng)，以生油為主，下烏爾禾組烴源巖既可生油也可生氣，佳木河組烴源巖以生氣為主，下烏爾禾組烴源巖生氣能力明顯高于佳木河組烴源巖，是該區(qū)一套重要的氣源巖。

3.5 烴源巖熱解氣地球化學(xué)組成特征

一般來說，隨著成熟度的增加，天然氣碳同位素值逐漸變重，且在相似演化程度情況下，煤型氣的碳同位素明顯重于油型氣碳同位素。本文采用烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)研究不同層位烴源巖在不同演化階段生氣產(chǎn)物的碳同位素特征，發(fā)現(xiàn)在相同熱演化條件下，天然氣碳同位素值：腐泥型烴源巖＜混合型烴源巖＜腐殖型烴源巖（圖5）。

據(jù)第四次資源評價，沙灣凹陷中二疊統(tǒng)烴源巖沉積中心區(qū)成熟度分布在1.3%～3.0%，下二疊統(tǒng)烴源巖沉積中心區(qū)成熟度分布在2.0%～3.0%。從圖5可以看出，在500 ℃（Ro=2.28 %），佳木河組烴源巖熱解氣δ13C1值分布在-35.1 ‰～-27.4 ‰，δ13C2值分布在-26.4 ‰～-21.3 ‰，克拉瑪依五八區(qū)克82 井佳木河組天然氣已確定其來源于佳木河組烴源巖［25］，δ13C1為-29.65‰，δ13C2為-22.98‰，與佳木河組烴源巖熱解氣組成基本相似，說明了實(shí)驗(yàn)的可靠性；在500 ℃（Ro=2.28 %），風(fēng)城組烴源巖熱解氣δ13C1值分布在-41.4‰~-40.2‰，δ13C2值分布在-36.0‰~-32.9‰，在600 ℃（Ro=4.54 %），δ13C1值分布在-38.6 ‰～-38.5 ‰，δ13C2值 分 布 在-31.4 ‰～-31.0 ‰；在450 ℃（Ro=1.62%），下烏爾禾組烴源巖熱解氣δ13C1值分布在-42.0‰～-36.1‰，δ13C2值分布在-34.8‰～-26.9 ‰，在500 ℃（Ro=2.28 %），δ13C1值 分 布 在-38.1 ‰～-32.5 ‰，δ13C2值 分 布 在-29.3 ‰～-26.1‰。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷二疊系烴源巖熱解氣δ13C1和δ13C2隨熱解溫度變化Fig.5 δ13C1 and δ13C2 variation with temperature of pyrolysis gas from the Permian source rocks in Shawan sag，Junggar Basin

二疊系熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，佳木河組烴源巖熱解氣碳同位素分布最重，將乙烷碳同位素大于-26.0 ‰的天然氣劃分為P1j烴源巖生成的天然氣。對于風(fēng)城組腐泥型烴源巖來說，在高-過成熟階段，熱解氣δ13C2值依然小于-31.0‰，可作為油型氣天然氣判識標(biāo)志。乙烷碳同位素分布在-29.0‰～-26.0‰的天然氣成因最復(fù)雜，可能是P2w烴源巖單一來源天然氣，也可能是P1j腐殖型烴源巖生成的天然氣和P1f腐泥型烴源巖生成的天然氣混合。

4 天然氣成因分析及意義

綜合以上的分析，準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣主要有4 種成因類型。Ⅰ類天然氣來源于高-過成熟佳木河組烴源巖，主要分布在紅車斷裂帶中段車80、車2033、車83、沙排1、紅光3 和車排6 井白堊系，具有非常重的δ13C2值，分布在-25.5 ‰～-22.8‰，與佳木河組烴源巖500 ℃（Ro=2.28%）熱解氣相似，且天然氣干燥系數(shù)極高，C7輕烴中以甲基環(huán)己烷占優(yōu)勢，與克拉瑪依五八區(qū)佳木河組氣藏天然氣類似，來源于佳木河組烴源巖［25］，五八區(qū)佳木河組天然氣C1/C1-5值 基 本 大 于0.95，為 干 氣，δ13C2值 大 于-26.0 ‰，C7輕烴中以甲基環(huán)己烷占優(yōu)勢，含量大于50%。

Ⅱ類天然氣主要為生物氣，主要分布在紅車斷裂帶北段拐16 井和中段車82 井和車排701 井侏羅系，具有異常偏負(fù)的天然氣δ13C1值和較重的δ13C2值，干燥系數(shù)C1/C1-5值接近1.0，而原油通過厭氧細(xì)菌降解作用，主要產(chǎn)物為甲烷，含量一般大于95%，具有少量重?zé)N，含量一般在0.5%～5.0%［17］，δ13C2值分布在-26.0‰～-25.5‰，反映母質(zhì)類型為偏腐殖型，與準(zhǔn)噶爾盆地陸梁地區(qū)白堊系生物氣特征類似［21］，推測其來源為腐殖型下烏爾禾組烴源巖。另外，生物氣常與稠油伴生，以車82井為例，原油密度達(dá)到0.892 8 g/cm3，全油碳同位值-29.8‰，C21，C22，C23三環(huán)萜烷呈“山峰型”分布，Ts/Tm 值為0.36，伽馬蠟烷指數(shù)為0.10，為典型下烏爾禾組來源［26］，車82 和車排701 井天然氣主體為生物氣，可能混油少量高成熟天然氣，造成其δ13C1值較拐16井重，干燥系數(shù)略低。

Ⅲ類天然氣來源于下烏爾禾組烴源巖，主要分布在小拐地區(qū)中佳4、新光1 和中佳3 井侏羅系八道灣組及紅車斷裂帶南段石橋1 和沙門1 侏羅系，干燥系數(shù)C1/C1-5值 小 于0.95，δ13C2值 分 布 在-27.9 ‰ ～-26.4‰，具有混合型烴源巖特征，與下烏爾禾組烴源巖500 ℃（Ro=2.28 %）熱解氣相似，天然氣組成中，甲基環(huán)己烷含量分布在31.25%～48.27%，正庚烷含量分布在34.69 %～48.44 %，具有混合型烴源特征，與準(zhǔn)噶爾盆地腹部侏羅系油氣藏天然氣類似，來源于下烏爾禾組烴源巖［26-27］，該區(qū)侏羅系天然氣干燥系數(shù)C1/C1-5值基本小于0.95，為濕氣-偏干氣，δ13C2值分布在-27.5 ‰～-26.1 ‰，甲基環(huán)己烷含量分布在43.11 %～46.85 %，正庚烷含量分布在31.25 %～44.44 %，另外，以中佳3 井侏羅系為典型的凝析油伴生氣藏為例，凝析油密度為0.771 4 g/cm3，油-氣同源，而凝析油全油碳同位素值為-29.0 ‰，Pr/Ph 值為1.60，Pr/nC17值為0.35，Ph/nC18值為0.35，β-胡蘿卜烷含量極低，C21，C22，C23三環(huán)萜烷呈“山峰型”分布，Ts/Tm值為0.48，伽馬蠟烷指數(shù)為0.15，為典型下烏爾禾組來源［26］。

Ⅳ類天然氣主要為下烏爾禾組烴源巖與風(fēng)城組烴源巖混源，主要分布在紅車斷裂帶南段和北段及金龍地區(qū)，分為兩小類：Ⅳ-1 天然氣以下烏爾禾組來源為主，δ13C2值分布在-28.9‰～-28.2‰，甲基環(huán)己烷含量分布在42.78 %～48.26 %，正庚烷含量分布在28.39%～47.54%，干燥系數(shù)C1/C1-5值基本小于0.95，以溶解氣為主，以紅山5 井為例，原油密度為0.848 0 g/cm3，全油碳同位素值為-30.1 ‰，Pr/Ph 值為1.18，Pr/nC17值為0.98，Ph/nC18值為0.90，β-胡蘿卜烷含量低，C21，C22，C23三環(huán)萜烷呈“上升型”分布，Ts/Tm 值為0.37，伽馬蠟烷指數(shù)為0.34，具有典型下烏爾禾組和風(fēng)城組混源特征［26］。Ⅳ-2 天然氣以風(fēng)城組來源為主，δ13C2值分布在-30.4‰～-29.5‰，C7輕烴以正庚烷占優(yōu)勢，甲基環(huán)己烷含量分布在12.23 %～38.21 %，正庚烷含量分布在44.27%～61.63%，具有典型偏腐泥型母質(zhì)特征，干燥系數(shù)C1/C1-5值基本大于0.95，以溶解氣為主，以金龍19 井為例，原油密度為0.855 7 g/cm3，全油碳同位素值為-29.9 ‰，Pr/Ph 值為0.96，Pr/nC17值為0.67，Ph/nC18值為0.80，β-胡蘿卜烷含量高，C21，C22，C23三環(huán)萜烷呈“上升型”分布（二者的分布特征相近），Ts/Tm 值為0.11，伽馬蠟烷指數(shù)為0.20，具有典型風(fēng)城組和下烏爾禾組混源特征［26］。

從沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣分布及成因來看，沙灣凹陷中心二疊系佳木河組、風(fēng)城組和下烏爾禾組烴源巖均具有較好的生氣潛力。從烴源巖分布來看，沙灣凹陷沉積中心二疊系佳木河組、風(fēng)城組和下烏爾禾組烴源巖具有分布廣、厚度大，主體埋深大于6 500 m，具備大規(guī)模生氣條件［28］。從地質(zhì)構(gòu)造來看，紅車斷裂帶方向?yàn)樯碁嘲枷萆傻挠蜌膺\(yùn)移的有利指向區(qū)［29］。紅車斷裂帶中-北段構(gòu)造活動強(qiáng)，地層剝蝕嚴(yán)重，缺失二疊系和三疊系，侏羅系作為蓋層直接覆蓋在石炭系之上，油氣藏多為受構(gòu)造控制的斷塊油氣藏［28］。晚三疊世之前，斷裂開啟，沙灣凹陷生成的油氣沿不整合面和斷層運(yùn)移至斷裂帶上盤，但由于保存條件差，油氣散失嚴(yán)重，形成了許多稠油點(diǎn)（車82井油藏），即使油源充足，也很難形成大規(guī)模油氣聚集，因此勘探潛力低。晚三疊世之后，斷裂停止活動，沙灣凹陷生成的油氣在斷裂帶下盤聚集成藏，后期由于淺層斷裂帶的溝通，但斷裂規(guī)模不大，溝通能力不強(qiáng)，導(dǎo)致下盤油氣發(fā)生小規(guī)模的二次調(diào)整，形成了侏羅系和白堊系淺層、小規(guī)模、分散性油氣藏（車45井侏羅系氣藏）。因此，該區(qū)保存條件較好的深層具有一定的勘探潛力。紅車斷裂帶南段斷裂較為發(fā)育，深層大斷裂直接溝通到侏羅系和白堊系淺層，溝通能力強(qiáng)，沙灣凹陷風(fēng)城組和下烏爾禾組烴源巖生成的油氣沿大斷裂運(yùn)移至淺層成藏，且封閉性較好［30］，能夠形成大量油氣藏，具有一定的天然氣勘探潛力。

5 結(jié)論

1）準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣主要分布在紅山斷裂帶和小拐地區(qū)、金龍地區(qū)。天然氣類型多、成因復(fù)雜，干燥系數(shù)分布在0.73～1.00，屬于濕氣-干氣。結(jié)合天然氣碳同位素和輕烴組成特征，認(rèn)為中、淺層天然氣以成熟-高成熟氣為主，生物氣、煤型氣、油型氣和混合型氣均有分布。

2）準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷周緣中、淺層天然氣主要有4 種成因類型，Ⅰ類天然氣來源于佳木河組烴源巖，主要分布在紅車斷裂帶中段白堊系，具有極重的δ13C2值；Ⅱ類天然氣為下烏爾禾組烴源巖生成原油降解生成的生物氣，主要分布在紅車斷裂帶北段和中段侏羅系，具有異常偏負(fù)δ13C1值；Ⅲ類天然氣來源于下烏爾禾組烴源巖，主要分布在小拐地區(qū)及紅車斷裂帶南段侏羅系，以偏濕氣為主，δ13C2值分布在-27.9 ‰～-26.4‰，具有混合型烴源巖特征；Ⅳ類天然氣主要為下烏爾禾組烴源巖與風(fēng)城組烴源巖混源，主要分布在紅車斷裂帶南段和北段及金龍地區(qū)，受混源比例不同，以δ13C2=-29 ‰為分界線，δ13C2值大于-29 ‰，以下烏爾禾組來源為主，δ13C2值小于-29 ‰，以風(fēng)城組來源為主。

3）紅車斷裂帶南段斷裂較為發(fā)育，深層大斷裂直接溝通烴源巖與儲層，且封閉性較好，具有一定的天然氣勘探潛力；沙灣凹陷區(qū)靠近烴源中心，構(gòu)造穩(wěn)定，可能具有較好的天然氣勘探潛力。