新疆海相烃源岩特征及页岩气有利区优选

摘" "要：新疆富有机质海相烃源岩主要分布在塔里木盆地、准噶尔盆地、伊犁盆地和新疆北部中小盆地。本文统计了南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系及石炭系共27套海相烃源岩，对其时空分布特征、厚度、有机质类型、成熟度及含气性特征进行研究，初步分析了27套海相烃源岩地质背景、沉积环境特征和形成条件。按海相烃源岩标准，多属中等至好的烃源岩。在此基础上，初步优选了6个页岩气有利区，为新疆页岩气勘探提供勘查建议。

关键词：新疆；烃源岩；页岩气；有利区

新疆发育富有机质海相烃源岩，主要分布在塔里木盆地和新疆北部中小盆地。塔里木盆地赋存海相页岩地层与我国南方地区对比，具地层时代较老、经历多期次构造活动、热演化程度高、发育层位多且厚度大、分布稳定的特点。“九五”时期，通过国家重点科技攻关项目“塔里木盆地石油天然气勘探”确定塔里木盆地寒武—奥陶系烃源岩为主力烃源岩。近年来，随着中深层油气勘探工作开展，发现新疆北部中小盆地发育富有机质海相烃源岩。通过对新疆海相烃源岩时空分布特征、含气性特征、有利区带优选等方面研究，为新疆页岩气等非常规能源矿产的勘探部署提供建议。

1" 地质背景

新疆处于亚洲大陆腹地，地质构造复杂[1-4]。塔里木盆地受新元古代Rodinia超大陆聚合与裂解演化过程影响，塔里木克拉通发育塔北古陆和塔里木古陆，两者间夹持EW向新元古代弧后裂谷盆地，早南华世—晚震旦世总体具由深海到滨浅海、碎屑岩到碳酸盐岩的古地理演化格局[4-5]，形成了南华—震旦纪的巨厚裂陷期沉积地层。塔里木克拉通早寒武世时期处于大陆裂谷向陆内坳陷发展的构造环境，属弱伸展环境。此时，塔里木克拉通海侵范围变大，除局部古地貌高地（温宿凸起和阿尔金等）外，其他地区形成宽广陆表浅海，该阶段主要发育碎屑岩与碳酸盐岩沉积[4-5]。寒武纪塔里木克拉通完成从缓坡沉积体系-台地沉积体系的沉积转化。塔里木盆地早奥陶世大部分地区处于伸展构造背景，在塔东地区发育欠补偿半深海-深海盆地，中—晚奥陶世塔里木南缘由被动大陆边缘转变为主动大陆边缘[4]。因此，塔里木盆地从南华—奥陶纪构造沉积环境演化为烃源岩发育提供良好的基础地质条件。

塔里木古地台裂解时，发育了天山裂陷槽，分离出准噶尔地块。石炭纪末（海西中期），在围绕准噶尔三角形地块边缘地区（新疆北部中小盆地地区）发育裂陷槽并伴有岩浆活动。这些构造活动为新疆北部中小盆地发育创造了有利的深海—滨浅海沉积环境，也为烃源岩的发育创造了基础地质条件[3]。

2" 新疆海相烃源的分布特征

新疆自元古代以来烃源岩广泛发育，具备页岩油气形成富集的物质基础[1-5]。新疆海相页岩发育，主要赋存层位有南华系、震旦系、寒武系、奥陶系及泥盆系。其中，南华—奥陶系烃源岩只发现于塔里木盆地，泥盆系烃源岩分布在塔里木盆地西南地区和新疆北部中小盆地。对新疆南华系—泥盆系的27个海相烃源岩的分布特征和地球化学特征进行整理，其中塔里木盆地17个，新疆北部地区10个。新疆海相烃源岩参照前人海相碳酸盐岩烃源岩标准划分为好、较好、中等、较差和差等5种（表1）[6-7]。

2.1" 南华—震旦系烃源岩

目前，新疆南华—震旦系烃源岩只发现于塔里木盆地，主要分布在塔西北的阿克苏-柯坪、塔东库鲁克塔格、塔西南缘铁克里克等地区。烃源岩赋存层位主要有特瑞爱肯组、苏盖特布拉克组、水泉组、库尔卡克组等（表2）。南华—震旦系烃源岩厚度从几十米到几百米不等。其中，塔东地区南华系厚度约100～300 m，面积约6.2×104 km2，库鲁克塔格地区南华系特瑞艾肯组连续沉积超过300 m[8-11]。震旦系沉积中心在满加尔坳陷西北部，厚度约80～200 m，面积约6.5×104 km2（图1）。

新疆南华—震旦系烃源岩有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ型，有机碳含量（TOC）值约为0.1%～2.82%，镜质体反射率Ro为1.28%～1.93%，均为高成熟-过成熟烃源岩（表2）。塔东部库鲁克塔格地区南华系特瑞艾肯组烃源岩热解分析S1+S2值约0.083 9‰～1.185 1‰，平均0.296 9‰，氯仿沥青“A”含量为0.002 3%～0.022 3%，平均值0.0123 8%。特瑞艾肯组烃源岩参照海相烃源岩标准可评价为较好-的烃源岩，其他属差-较差烃源岩[8-11]。

2.2" 寒武—奥陶系烃源岩

新疆寒武—奥陶系烃源岩主要分布在阿克苏柯坪、库鲁克塔格、塔西南等地（图2）。烃源岩赋存层位主要为下寒武统玉尔吐斯组、西大山组、肖尔布拉克组、吾松格尔组、中寒武统阿瓦塔格组、中奥陶统黑土凹组、萨尔干组，晚奥陶统印干组等，寒武—奥陶系烃源岩厚度约十几米至一百多米，比南华—震旦系厚度小。如黑土凹组烃源岩在却尔却克山剖面厚度为18.3 m，阿瓦提凹陷中东部萨尔干组烃源岩厚度150 m。寒武系厚度20～200 m，沉积中心在满加尔坳陷西部，面积约12×104 km2。南华—奥陶系烃源岩已成为塔里木盆地超深层重要的油气源岩[5，12-20]。

寒武—奥陶系烃源岩有机质类型主要为Ⅰ型、Ⅱ型及少量Ⅲ型。有机碳含量值整体偏高，约0.15%～16%，其中，玉尔吐斯组（阿克苏一带的10余个剖面）TOC含量为0.5%～16.0%；萨尔干组（大湾沟剖面）泥页岩TOC含量为0.25%～4.65%，平均2.15%。寒武—奥陶系烃源岩镜质体反射率Ro为0.8%～1.78%，多为高成熟-过成熟烃源岩（表2）。寒武—奥陶系烃源岩总体表现为中等至好的烃源岩，其中玉尔吐斯组、黑土凹组、萨尔干组达较好-好烃源岩[5，12-20]。

2.3" 泥盆—石炭系烃源岩

目前仅在新疆北部地区（和什托洛盖、塔城、和丰、吉木乃、福海、富蕴等中小盆地）和塔里木盆地西南地区发现有泥盆系烃源岩。其中，塔西南已发现泥盆系奇自拉夫组烃源岩是一套陆相碎屑岩，非海相。新疆北部地区泥盆系烃源岩赋存层位为库鲁木迪组、塔尔巴哈台组等（表2）。石炭系烃源岩主要分布在塔城盆地、准噶尔盆地、伊犁盆地、博乐盆地和塔西南地区，主要有姜巴斯套组、黑山头组、太勒古拉组、包古图组、阿克沙克组等（表2）。泥盆—石炭系烃源岩有机质类型为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，有机碳含量泥盆系整体偏高。泥盆系烃源岩总体评价为较好-好的烃源岩，石炭系总体为中等烃源岩。

3" 海相烃源岩的沉积环境分析

3.1" 塔里木盆地南华—奥陶系沉积环境

自750 Ma开始，塔里木盆地发育克拉通内大陆裂谷[1-5]，形成东北裂谷体系与西南裂谷体系（图3）。南华系受局部断陷控制，发育巨厚大陆裂谷沉积建造，厚度约3 000 m，并发育2～3期冰碛岩。两套裂谷使塔里木克拉通北部发育一个EW向大型沉积盆地，南部发育两个NE向沉积盆地[3]。

震旦纪塔里木盆地海侵面积明显扩大，早期海侵面积最大[28]。在此期间塔里木地块大部分地区接受沉积。早期阶段沉积以陆源碎屑岩为主，晚期阶段沉积以碳酸盐岩为主，也存在以碎屑岩、碳酸盐岩混合沉积过渡阶段。震旦系烃源岩形成于持续海侵背景下的斜坡-盆地沉积环境，水体相对较深，为斜坡-陆棚相沉积[28-29]。震旦纪盆地有北部、塔东南部、塔西南等3个沉积中心。其中，塔东南部沉积中心最大残余厚度为3 000 m，表现为北厚南薄的断陷沉积，北部沉积最大残余厚度为2 000 m，位于满加尔坳陷西侧，塔西南沉积中心厚度和规模都相对较小（图1）[9]。

寒武—奥陶纪塔里木盆地基本继承了震旦纪晚期构造古地理格局，表现为大面积海域与剥蚀区、岛屿相间的古地理面貌。寒武纪总体反映了海水较深的陆源碎屑-碳酸盐岩台地陆表海环境。奥陶纪柯坪地区以陆棚相碳酸盐岩为主，底部为硅质含磷层，属陆缘斜坡环境沉积。塔里木盆地南华纪古裂谷明显控制寒武系沉积的控制明显。在塔里木盆地经历了南华纪和震旦纪古裂谷期，发育洼陷古地形，形成了对下寒武统玉尔吐斯组或西山布拉克组有机质生成和保存有利的相对深水环境，且暗色泥岩沉积变厚。古裂谷上方为玉尔吐斯组或西山布拉克组等优质烃源灶（图2，3）[28-29]。

志留—泥盆纪随着古昆仑洋和阿尔金洋的闭合，塔东部及南部出现大面积隆升、剥蚀，形成了广泛分布的不整合面及一系列逆冲断层和走滑断层[2，26]。推测此阶段不具备形成海相烃源岩的地质条件。石炭纪随着古特提斯洋扩张，塔里木盆地又开始发生自SW向NE向的海侵[2、26]，克拉通内盆地存在广泛的浅海沉积。目前在塔里木盆地南部发现了石炭系海相烃源岩。

3.2" 新疆北部中小盆地泥盆系的沉积环境

据雷国明对新疆北部开展的研究，早泥盆世新疆北部地区发育北疆海（北部阿尔泰古陆与南部准噶尔古陆之间），沉积背景为浅海-深海环境（图4），具体包括阿尔泰南缘浅海相边缘海、北准浅海相及玛依勒山和克拉美丽半深海相区。中泥盆世表现为深海-半深海相沉积环境，同时准噶尔古陆发生裂解，形成多个隆起地带或山脉，准噶尔洋开始进入多岛弧洋盆沉积时期，但总体仍以海相沉积环境为主。晚泥盆世新疆北部大部地区海水退去，总体表现为海水变浅。

综合前人研究，新疆北部中小盆地泥盆纪时具备了广泛而稳定海相沉积环境，深海区沉积厚度可达4 500 m。环境的变化促使生活于该区域的大量海百合生物发生了顺海洋环境改变迁移，新疆北部滨浅海（三角洲）环境非常适宜大量海百合生物的聚集。此外，廖卫华等学者认为，西准噶尔（和布克赛尔）是上泥盆统弗拉斯阶/法门阶界线动物灭绝事件的避难所，几乎未受到灭绝事件影响。额敏县东北部喀拉也木勒一带发现大量堆积、分选性好、纯度高，分布杂乱无章，海百合茎化石碎片证实了上述观点[21]。

早石炭世新疆北部地区处于碰撞间歇期伸展-残留洋盆闭合阶段、陆-陆碰撞的构造背景，总体以残留小洋盆及岛弧系为主的海相环境（图5）。达拉布特-克拉美丽处于深海海沟相环境，沉积了一系列深海相细粒沉积，其北侧的岛弧带发育火山岩、火山碎屑岩和海陆过渡相沉积，至北部阿尔曼太和吉木乃，属弧后盆地深海相沉积环境。达拉布特-克拉美丽向南为海沟向陆一侧的浅海三角洲、泻湖及陆相火山岩沉积建造，形成自南向北的沟-弧-盆构造系。晚石炭世新疆北部地区表现为北部陆相为主、南部海相为主的特征，构造环境为古亚洲洋最终闭合之后，板块边界相互作用形成一系列裂陷槽、裂谷及陆缘坳陷。

4" 优选及勘查建议

基于前文研究，海相烃源岩评价中等-好的层位可初步作为页岩气有利目标层位，主要有特瑞爱肯组、西大山组、玉尔吐斯组、黑土凹组、萨尔干组、库鲁木迪组、塔尔巴哈台组、江孜尔库都克组、姜巴斯套组、太勒古拉组、阿克沙克组等。另外，本文已收集了几个含气层位含气量数据，如2016年乔锦琪通过等温吸附模拟得到萨尔干组露头泥页岩样品吸附气量为1.55～3.14 m3/t。2021年龚训研究得到西大山组泥页岩含气量为2.89 m3/t。2021年史美超研究得到塔城盆地西南姜巴斯套组含气量0.013～0.092 m3/t，和什托洛盖盆地太勒古拉组的含气量1.02～1.30 m3/t，温泉坳陷区阿克沙克组含气量为0.14 m3/t。

页岩气有利区优选工作中，需从有机碳含量、泥页岩层厚度及埋藏深度、有机质成熟度等因素综合评价。据中国地质调查局2021年《页岩气资源调查评价技术要求》，页岩气远景区和有利区优选参考标准主要包括以下4个方面：①海相或陆相富有机质层段连续厚度应大于15 m，海陆交互相富有机质页岩层段连续厚度应大于20 m；②海相、陆相及海陆交互相页岩有机碳含量大于或等于1.0%；③镜质体反射率为0.5%～3.5%；④埋深小于6 000 m。

初步优选页岩气有利区6个：①库鲁克塔格地区南华—奥陶系页岩气有利区，主要层位为特瑞爱肯组、水泉组、西大山组、黑土凹组、萨尔干组等；②阿克苏-柯坪一带寒武—奥陶系深层页岩气有利区，柯坪隆起作为塔里木西部古生界大面积露头区，为页岩烃源岩层位发育的典型代表地区，目标层位主要为玉尔吐斯组、黑土凹组、萨尔干组等；③新疆北部托里县克孜勒科协、额敏县马热勒苏有利区，目标层位泥盆系库鲁木迪组；④新疆北部库吉凹陷有利区，目标层位石炭系姜巴斯套组；⑤和什托洛盖盆地东北部有利区，目标层位石炭系太勒古拉组；⑥博乐盆地温泉坳陷区有利区，目标层位石炭系阿克沙克组。

5" 结论

（1） 通过统计新疆27套海相烃源岩分布特征和有机地球化学参数，发现新疆海相烃源岩有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主，次为Ⅲ型；有机碳含量（TOC）平均值多大于1.0%；成熟度多为高成熟-过成熟阶段，处于生烃有利阶段；沉积环境多为深海-半深海或滨浅海环境。参照海相碳酸盐岩烃源岩标准，中等-好烃源岩17个，总体评价较好。

（2） 新疆海相页岩气发育有利层位主要有南华系特瑞爱肯组、下寒武统西大山组和玉尔吐斯组、中奥陶统黑土凹组和萨尔干组、中泥盆统库鲁木迪组、下石炭统姜巴斯套组和阿克沙克组及上石炭统太勒古拉组等。结合含气量数据，初步优选页岩气有利区6个，为新疆页岩气勘查提供建议。

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Marine Source Rock Characteristics and Optimal

Selection of Shale Gas Areas in Xinjiang

Wu Erna1， Wang Junliang1， Kuerbanjiang·Sidik2

（1.Xinjiang Geological Survey Institute，Urumqi，Xinjiang，830000，China;2.Geophysical and

Geochemical Exploration Brigade，Bureau of Geological and Mineral Exploration and

Development of Xinjiang，Changji，Xinjiang，831100，China）

Abstract： Organic matter rich Marine source rocks are developed in Xinjiang， which are mainly distributed in Tarim Basin， Junggar Basin， Yili Basin and small and medium-sized basins in northern Xinjiang. In this paper， 27 Marine source rocks of Nanhua system， Sinian system， Cambrian system， Ordovician system， Devonian system and Carboniferous system are counted. The characteristics of spatial and temporal distribution， thickness， organic matter type， maturity and gas content were analyzed. The geological background， sedimentary environment characteristics and forming conditions of the 27Marine source rocks are preliminarily analyzed. According to the standard of Marine source rocks， most of them belong to effective to high quality source rocks. On the basis of the above work， some shale gas prospect areas and favorable areas are preliminously selected to provide exploration suggestions for the next step of shale gas exploration in Xinjiang.

Key words： Xinjiang; Source rock; Shale gas; Advantage area