0 引言

准噶尔盆地玛湖凹陷及周缘佳木河组是一套重要的天然气勘探层系^[1-2]。1998年玛南—中拐地区克82井佳木河组首获高产工业气流，拉开了佳木河组天然气勘探序幕。2000年之后玛北—乌夏地区以佳木河组为目的层相继上钻风城1等井，揭示了佳木河组发育烃源岩，但未获工业气流，此后，佳木河组天然气勘探长期在玛南—中拐地区开展。

地层划分对比对勘探选区选带具有指导作用，但佳木河组沉积时构造环境动荡、岩性岩相复杂^[3]，划分对比难度大。前人研究主要依据玛南—中拐地区钻井资料，导致露头区和盆内佳木河组特征认识差异大、对比方案不清晰^[4-6]，进而引起继玛南—中拐地区之后的天然气接续勘探方向不明确^[7-8]。因此，对比划分佳木河组一直是该区地质研究的重点和难点。本文应用岩石地层、年代地层、地震地层研究方法对露头区与盆内佳木河组开展综合对比，认为佳木河组“下部碎屑岩发育、上部火山岩发育”，为一套早二叠世地层，厚度由玛北—乌夏地区向玛南—中拐地区减薄。同时，在地层研究基础上通过天然气地球化学特征分析，指出玛北地区深部具备良好的天然气勘探前景。

1 地质背景

玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部，凹陷西侧为乌夏断裂带、克百断裂带和中拐凸起，凹陷东侧为石英滩凸起、英西凹陷、三个泉凸起、夏盐凸起和达巴松凸起（图 1），凹陷及周缘沉积地层自石炭系至第四系均发育^[9-11]。佳木河组位于二叠系底部，下伏石炭系，向上依次为风城组、夏子街组、下乌尔禾组、上乌尔禾组。研究表明，晚石炭世西准噶尔洋壳向哈萨克斯坦板块之下俯冲、消减、板块碰撞拼合^[12]，至佳木河组沉积时构造环境尚不稳定，因而其表现为火山岩和碎屑岩混积。由于佳木河组层位深，盆内钻井往往钻揭不全，同时，经历了海西晚期、印支期、燕山期多次构造运动，露头区佳木河组也是零星分布。目前，露头区佳木河组主要分布于乌尔禾以北的哈拉阿拉特山（简称哈山）南坡，钻井中，按原方案认为玛湖凹陷自北向南佳木河组均有钻遇，玛北—乌夏地区佳木河组顶部整合接触风城组，玛南—中拐地区佳木河组顶部不整合接触上乌尔禾组^[13]。

2 佳木河组认识沿革

1964年，“佳木河组”一名由新疆石油管理局郝服光等在哈山南坡创建，定义下部为安山岩、辉绿岩及凝灰质砂岩、凝灰质角砾岩，上部为砾岩、砂岩、泥岩，与中石炭统角度不整合接触的一套地层。自创名以来，石油系统、地矿系统、高等院校围绕佳木河组岩性组合、时代归属、露头—钻井地层对比等问题先后开展多次研究，沿革至今（表 1、表 2），对露头区佳木河组的认识分歧集中体现在两方面：（1）岩性组合上，佳木河组是碎屑岩与火山岩互层还是一套碎屑岩加一套火山岩？火山岩在碎屑岩之上还是之下？（2）时代归属上，佳木河组属晚石炭世？早二叠世？还是跨世代？

本次研究通过实地踏勘（起点：N46°12′32″，E85°32′46″，终点：N46°9′26″，E85°32′4″），确认露头区佳木河组特征（图 2）。总体上，佳木河组（P₁j）具有“下碎屑岩、上火山岩”的岩性组合，下部为砾岩、含砾砂岩等，上部为熔岩、火山角砾岩等，底部与晚石炭世阿腊德依克赛组[简称阿组(C₂al)]不整合接触；佳木河组火山岩段和阿组中的火山岩锆石U—Pb年龄以及佳木河组碎屑岩段产出的化石^{[6, 15]}共同证明其时代归属早二叠世。

在厘清创名露头的佳木河组特征后，对比盆内佳木河组研究现状（表 2），本文认为有两方面值得进一步研究：（1）露头区与盆内钻揭佳木河组在岩性组合、时代归属等多方面存在差异；（2）原方案中，盆内钻揭的佳木河组上亚组与中亚组间为构造不整合，有悖于地层划分原则^[16]。下文围绕以上两点进行研究并提出对研究区佳木河组划分对比的新认识。

3 佳木河组划分对比

以露头区创名的岩石地层单位为对象时，开展露头—钻井—地震地层综合划分对比，被广泛实践于国内各大含油气盆地^[17-19]。

3.1 地层划分对比新方案

玛北—乌夏地区毗邻佳木河组露头区。该区风城1井佳木河组为盆内最厚、顶部与风城组整合接触、井中从4350m开始钻揭（图 3）；4350~5848m以凝灰岩、安山岩、玄武岩为主，夹砂砾岩、凝灰质碎屑岩；5848~6036m未见火山作用影响，为深灰色泥岩；5461.8m凝灰质细砂岩中最年轻的锆石U—Pb年龄为291.8Ma±3.5Ma（表 3）。风城1井佳木河组与露头区佳木河组对应良好，都具有“下碎屑岩、上火山岩”岩性组合，时代都归属早二叠世。

从玛北—乌夏向玛南—中拐地区延拓，位于两区之间的白26井、白25井佳木河组与露头区、风城1井的佳木河组特征吻合，均钻揭了“上火山岩”（图 3）；白26井4092~4436m为佳木河组，以凝灰质碎屑岩为主，夹玄武岩、凝灰质火山角砾岩；白25井3374~3518m为佳木河组，以凝灰岩、玄武岩、火山角砾岩为主。

但玛南—中拐地区，井中按原方案划分的佳木河组则与露头区和风城1等井的佳木河组差异明显（图 3）。如金龙17井按原方案3915~4800m为佳木河组，其中3915~4538m以砂砾岩、泥质砂岩为主，4538~4800m为安山岩、凝灰质砂砾岩，为“上碎屑岩、下火山岩”组合；克82井按原方案3662~4331.74m为佳木河组，其中3662~4000m以砂砾岩为主，4000~4331.74m为凝灰岩、凝灰质砂砾岩与砂砾岩互层，也为“上碎屑岩、下火山岩”组合。同时，金龙17井、克82井在原佳木河组井段内测得火山岩锆石U—Pb年龄在310Ma左右，指示晚石炭世（表 3）。与本文确认的佳木河组岩性组合“下碎屑岩、上火山岩”、时代归属早二叠世完全不同。

在佳木河组原划分对比方案中，露头区、玛北—乌夏地区钻井中的“上火山岩、下碎屑岩”岩性组合与玛南—中拐地区钻井中的“下碎屑岩、上火山岩”岩性组合完全颠倒，有违岩石地层学原则；风城1井测出早二叠世地层年龄与金龙17井、克82井测出晚石炭世地层年龄同在佳木河组井段，有违年代地层学原则。

按原方案进行地震解释，玛南—中拐地区与玛北—乌夏地区相比，佳木河组与上乌尔禾组间缺失大量地层，但佳木河组沉积后直至二叠纪末海西晚期运动发生前，准西北缘并未发生大的构造运动，难以解释该结构；此外，金龙17、克82等井在佳木河组上亚组与中亚组间具不整合特征，风城1井早二叠世测年点与金龙17井、克82井晚石炭世测年点同在佳木河组范围，这都有违地震地层学原则（图 4a）。

综上所述，本文给出研究区佳木河组新的划分对比方案：佳木河组为一套“下碎屑岩、上火山岩”岩性组合、时代归属早二叠世的地层，该层在露头区与风城1井等井中可对比，盆内该层厚度由玛北—乌夏地区向玛南—中拐地区减薄（图 4b），单井地层岩性组合（图 3）、测年结果和原“佳木河组上亚组与中亚组间的构造不整合”是地震上确定该层底界的重要参考，玛南—中拐地区原划为佳木河组的部分井段被剔除该层，属于上石炭统。

3.2 构造—充填响应特征

按照新方案，本文对盆地级地震格架线进行地质解释（图 5），并通过平衡剖面技术呈现二叠系各组沉积时的构造特点（图 6）。从佳木河组沉积开始至下乌尔禾组沉积结束，沉积充填范围逐渐扩大，控沉积断层为正断层，下乌尔禾组沉积后构造强烈反转。

3.2.1 佳木河组和风城组为断坳充填

根据前人研究，准噶尔地区在石炭纪完成洋—陆构造转换，整个盆地^[20]还有中拐凸起^[21]、玛北背斜^[22-23]等深大构造均在二叠系沉积前形成。

佳木河组沉积时已为陆内环境，玛湖凹陷北部稳定区持续下沉，山前正断层开始活动，两者共同使地层呈现出在古构造影响下的“北低南高”结构。石炭纪洋—陆构造转换后准西北缘深成岩浆活动十分活跃^[24]，在其引发的火山作用下形成佳木河组“上火山岩”。

风城组沉积时，原有正断层继续活动，凹陷内又发育新的正断层，沉降—沉积范围较佳木河组沉积时明显扩大，伴随大规模湖侵，地层开始向中拐凸起上超，断坳充填特征明显，深成岩浆此时依然活跃，导致风城组也局部发育火山岩^[25]。

花岗岩和侵入岩体的测年结果指示西准噶尔地区洋—陆碰撞后阶段的深成岩浆至少活跃至275Ma^[26]，与佳木河组、风城组中发育火山岩的特征吻合，其反映的伸展力学机制也与佳木河组、风城组的沉积充填特征吻合。

3.2.2 夏子街组和下乌尔禾组为坳陷充填

该阶段沉积可容空间主要源于构造沉降，湖侵仍在持续，深成岩浆活动逐渐减弱，盆地坳陷结构更加突出，地层继续向中拐凸起上超，以扇三角洲相、湖泊相碎屑沉积为主，几乎见不到火山岩^[27-28]。

3.2.3 下乌尔禾组沉积后发生强烈挤压

此阶段，海西晚期运动引起盆缘向盆内的强烈挤压，一方面使先前的正断层反转成逆断层，断层倾向颠覆、下乌尔禾组及之前沉积的地层逆冲抬升，形成一系列叠瓦式的断层相关褶皱与剪切作用下的“花状构造”；另一方面上乌尔禾组的沉积格局发生颠覆性变化，沉积中心骤变为近中拐地区一侧，导致玛北地区大范围缺失上乌尔禾组。

前人基于在哈山钻揭了风城组烃源岩^[29]、或基于准西北缘周缘花岗岩或岩脉的年龄及构造^[30]、或基于整个中亚地区的构造格局与古地理环境^[9]，也认可玛湖凹陷及周缘二叠系大部分沉积于伸展背景，冲断活动发生在晚二叠世—中三叠世。因此，从构造—充填响应特征看，本文给出的佳木河组划分对比新方案也比较合理。

4 佳木河组天然气勘探方向

按佳木河组划分对比新方案，佳木河组沉降—沉积中心位于玛北地区一侧，天然气接续勘探也应着眼于玛北地区一侧。

4.1 天然气成藏条件

玛北地区风城组及以上层系尚未见到规模气藏，加之准噶尔盆地“源深盆冷”^[31-32]，因此该区应在佳木河组、石炭系等深部层系寻找规模天然气资源。

玛湖凹陷及周缘目前发现风城组和佳木河组两套可靠烃源岩。其中，风城组烃源岩分布广泛，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ型、丰度高、处于成熟—高成熟阶段，是盆内最重要的一套烃源岩^[33-34]。佳木河组烃源岩被风城1井钻揭，井中5848~6036m深灰色泥岩为典型的煤系烃源岩，有机质类型以Ⅲ型为主，丰度逊于风城组，热演化程度高于风城组，具备生气潜力^[35]。

储层物性最受埋深影响，但前人根据地震、重磁资料预测出玛北地区深部佳木河组—石炭系发育风化壳型火山岩储层^[22]。火山岩储层物性受埋深影响较小，加之天然气成藏对储层物性要求不苛刻，因此该区具备天然气成藏的深部储层。

从成藏组合看，以佳木河组为源，烃类可沿不整合面运至石炭系储层形成“新生古储”配置，也可沿孔隙、裂缝汇聚至佳木河组储层形成“自生自储”配置；以风城组为源，石炭系因被佳木河组阻隔无法汇聚风城组生成的烃类，但烃类沿孔隙、裂缝可运至侧接的佳木河组储层形成“新生古储”配置。

玛湖凹陷中，下乌尔禾组上部稳定泥岩是重要的区域盖层，风城组、夏子街组内的细粒沉积是良好的局部盖层^[36]，佳木河组和风城组生烃层段兼具物性、超压、烃浓度多重封闭机理，封盖能力十分优越，上述层系均可为天然气藏提供良好的盖层条件。

2012年起，研究人员相继在玛湖凹陷及周缘落实了一批石炭系、下二叠统大构造，玛北背斜就在其中，作为石炭纪形成的古构造，受其影响玛北地区深部佳木河组—石炭系可形成良好的构造—岩性圈闭^[23]。综上，玛北地区深部具备有利的天然气成藏条件。

4.2 供气能力判识与有利勘探目标

玛湖凹陷风城组烃源岩为Ⅰ—Ⅱ型、R_o≤1.5%，优势生烃相态为液态（玛北地区二叠系及以上几乎全为油藏），加之风城组披覆在石炭系—佳木河组之上，供烃窗有限，因而难以成为高效气源。而对于佳木河组，前人因其测试有机碳含量小于0.74%，故认为其生气能力有限^{[23, 36]}，但最新数据表明风城1井佳木河组碳质泥岩有机碳平均含量达12.33%、泥岩有机碳平均含量达3.90%；前人还认为佳木河组有效气源灶在成藏期靠近玛南—中拐地区，因此玛北地区不利于天然气成藏^[7]。但本文认为佳木河组厚度由北向南减薄，沉降—沉积（成烃）中心偏于玛北地区，因此有效气源灶应位于玛北地区而不应向中拐地区迁移。

为了进一步确定玛北地区佳木河组的供气能力进而确定玛北地区深部是否有望接续天然气勘探，本文梳理了玛湖凹陷及周缘天然气（含原油伴生气）碳同位素化验数据，选取指征母质类型的δ¹³C₂作为分析依据。结果表明：绝大多数天然气（含原油伴生气）为油型气；风城组δ¹³C₂平均为-35.88‰、夏子街组δ¹³C₂平均为-33.66‰、乌尔禾组δ¹³C₂平均为-32.62‰，均为油型气；三叠系，在玛北地区玛134井至夏93井一线及乌32等井δ¹³C₂显著加重，这些井点δ¹³C₂平均为-28.19‰、最重达-27.42‰，具备煤型气、混合气特征，但紧邻玛134井的玛13、夏91_H等井（δ¹³C₂平均为-31.65‰）以及艾湖1井、玛18井所在的玛西地区（δ¹³C₂平均为-30.89‰）和玛南地区的玛湖1井（δ¹³C₂为-30.83‰）仍为典型的油型气（图 7、图 8）。此特征说明：（1）玛北地区玛134井至夏93井一线及乌32等井在油型气“包围”下出现的煤型气、混合气绝非风城组产物（风城组均为油型气），应为佳木河组贡献；（2）按“源控”思想，佳木河组烃源灶应位于玛北地区煤型气、混合气井点附近，与本文地层结构认识吻合（佳木河组厚度由北向南减薄，玛北地区地层厚，有烃源灶也有煤型气、混合气，玛西和玛南地区地层减薄，没有烃源灶也没有煤型气、混合气）；（3）煤型气、混合气并未多层系大范围出现，表明该类天然气在深部留存可观。

综上，玛北地区深部在玛北背斜等深大构造影响下“自生自储”“新生古储”的构造—岩性圈闭是天然气勘探的有利目标（图 9）。构造高部位佳木河组—石炭系长期处于佳木河组气源的有利指向，与上覆风城组储盖配置良好并可能接受风城组供气补充，潜力最佳；斜坡区佳木河组对本组气源的汇集能力一般且难以获得风城组供气，潜力次之；斜坡区石炭系缺少当下可靠的气源，假若石炭系内部还存在气源则有可能成藏。

5 结论

（1）基于历史沿革、露头区实地踏勘、盆内钻井资料分析，确认佳木河组为一套与下伏石炭系不整合接触、内部碎屑岩和火山岩混积、具有“下碎屑岩、上火山岩”岩性组合、时代归属早二叠世的地层。

（2）通过露头—井下—地震地层综合对比，确定玛湖凹陷及周缘佳木河组划分对比新方案：佳木河组沉降—沉积中心位于玛北地区一侧，向玛南—中拐地区减薄，并与上覆风城组至下乌尔禾组一同向中拐凸起逐级超覆，其底界与原“佳木河组上亚组与中亚组间的构造不整合”对应，玛南—中拐地区原划为佳木河组的部分井段被剔除该层，属于上石炭统。

（3）δ¹³C₂数据表明玛134井至夏93井一线及乌32等井三叠系存在佳木河组生成的煤型气、混合气，结合玛北地区深部天然气成藏地质条件分析，认为玛北地区深部佳木河组—石炭系“自生自储”“新生古储”的构造—岩性圈闭有望发现佳木河组来源的天然气。

（4）本文的新划分对比分案初步解决了佳木河组划分和地震标定问题，但是在地震资料上其下伏石炭系内部表现出明显的不整合接触，其代表的地质构造意义仍需进一步研究。