吐哈盆地属于中国西部典型的叠合盆地，油气资源丰富，经历半个多世纪的油气勘探，形成了煤成烃等多项地质理论^[1-3]，先后发现了20多个油气田，探明石油地质储量2.77×10⁸t，天然气地质储量1185×10⁸m^3[4-6]。前期已发现的油气田主要集中在台北凹陷周缘的正向构造带，并且勘探目的层以中浅层的中—上侏罗统为主，对洼陷区的深层勘探并未涉足。随着吐哈盆地成熟探区常规油气勘探程度不断提高，油气勘探逐渐迈向洼陷区，勘探的方向也由源边高部位构造带，向斜坡区、洼陷区近（进）源找油气^[7-8]。在非常规油气地质理论的指导下，吐哈油田在台北凹陷的胜北洼陷、丘东洼陷，分别部署钻探了沁探1风险井和吉7H预探井。其中，沁探1H井在下侏罗统三工河组压裂后获得天然气流；吉7H井在三工河组获日产油40.3m³、日产气5.1×10⁴m³高产油气流^[9]，从而打开了洼陷区深层下侏罗统致密砂岩油气勘探的新领域，并证实了通过水平井+体积压裂技术能够实现洼陷区深层致密砂岩气的效益勘探。总体而言，对洼陷区深层致密砂岩气的成藏条件和勘探前景认识不足，特别是随着胜北洼陷和丘东洼陷分别取得深层致密砂岩气勘探突破以来，进一步深化认识台北凹陷深层致密气的成藏条件和勘探前景，寻求勘探领域的拓展和新的发现，是目前研究工作的重点。

台北凹陷胜北洼陷、丘东洼陷和小草湖洼陷，以小草湖洼陷勘探程度最低。在小草湖洼陷周缘的萨克桑构造带、疙瘩台构造带及红台构造带高部位，早期钻探10口井，仅萨1井在中侏罗统西山窑组获得工业油流，该区勘探基本处于停滞，而下洼区勘探几乎空白。2023年，在小草湖洼陷部署跃探1H风险井，探索中—下侏罗统水西沟群，在中—下侏罗统共见荧光级油气显示360.2m/41层，优选5008~5048m井段八道湾组实施水平体积压裂，压裂后6mm油嘴放喷的产气量为3.6×10⁴m³/d、产油量为3.89m³/d，井口压力为27MPa，基本保持稳定，地层能量充足，首次实现了洼陷内下侏罗统八道湾组致密砂岩气勘探的新发现。

笔者立足于台北凹陷中—下侏罗统致密砂岩气的勘探成果，对洼陷区烃源岩、沉积储层和构造特征等进行了系统分析，指出了该区深层致密砂岩气勘探的有利条件。同时，利用跃探1H钻探所获取的地质信息，指出了小草湖洼陷深层致密砂岩气勘探的优势因素和跃探1H井勘探新发现对后期勘探的指导意义，以期推动吐哈盆地洼陷区致密砂岩气的勘探进程，为吐哈盆地可持续发展提供战略接替领域。

吐哈盆地位于塔里木、哈萨克斯坦和西伯利亚三大板块交会处，西起喀拉乌成山，东抵梧桐窝子泉附近，北依博格达山、巴里坤山和哈尔里克山，南邻觉罗塔格山，整体为东西向展布的狭长型山间盆地，勘探面积约为5.35×104km2。盆地可划分为吐鲁番坳陷、艾丁湖斜坡、了墩隆起和哈密坳陷4个一级构造单元（图 1）。吐鲁番坳陷是最大的一级构造单元，又可分为台北凹陷、托克逊凹陷、科牙依凹陷和布尔加凸起^[10]，其中台北凹陷是盆地最主要的含油气构造单元，凹陷面积为1.09×104km2（图 1），平面上自西向东可进一步划分为胜北、丘东及小草湖3个主要的生烃洼陷。

图 1

图 1 吐哈盆地构造单元划分及勘探成果图 Fig. 1 Division of structural units and exploration achievements in Turpan-Hami Basin

盆地经历了3期构造运动，分别是石炭纪—早二叠世的裂谷张性应力期、中二叠世—早三叠世的断陷—断坳转化期和中三叠世至今的类前陆挤压坳陷期。在这3期构造运动的影响下，依据地层的构造应力性质和沉积充填特点，可将盆地划分为三大构造层，分别为石炭系—下二叠统的断陷构造层、中二叠统—下三叠统的断陷—坳陷复合构造层和中三叠统以上地层以南北向挤压冲断为主的类前陆坳陷和前陆褶皱冲断构造层。每个构造层都有各自独特的隆—坳格局，控制着不同时期的生烃凹陷分布^[5]，现今的构造单元基于中三叠统以上地层格局为基础而划分。受燕山期和喜马拉雅期构造运动的影响，盆地内多发育逆冲断层、滑脱断层及走滑断层，对本区的油气成藏起到了重要影响作用。

早期主要针对3个次级洼陷周边的正向构造带勘探，相继发现了火焰山构造带、柯柯亚构造带^[11]、鄯勒构造带及温吉桑构造带4个含油气区块，累计探明天然气地质储量132×10⁸m^{3 [12-13]}，而在洼陷区近源致密砂岩气的勘探程度很低。台北凹陷中—下侏罗统水西沟群是吐哈盆地近源致密砂岩气勘探的主要目的层（图 2），发育多类型的沉积体系，总体上以辫状河三角洲—湖泊沉积为主，储集砂体为水下分流河道砂和席状砂。其中，八道湾组岩性主要为浅灰色砂岩、含砾砂岩及灰黑色泥岩夹煤层，底部多为砾岩；三工河组下部岩性以浅灰色砂岩、砾岩和含砾砂岩为主，局部发育煤线，上部岩性为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩及深灰色碳质泥岩，顶部区域上发育一套稳定的泥岩，平均约为45m；西山窑组分布范围最广，厚度也最大，暗色泥岩累计厚度最大达700m，煤层累计厚度可达130m。

图 2

图 2 台北凹陷侏罗系生储盖组合与油气藏分布关系图 Fig. 2 Relationship between the Jurassic source rock-reservoir-cap rock combination and oil and gas reservoir distribution in Taibei Sag

台北凹陷水西沟群发育下侏罗统八道湾组（J₁b）、三工河组（J₁s）和中侏罗统西山窑组（J₂x）3套烃源岩^[14]，其中，八道湾组和西山窑组煤层发育，烃源岩类型以煤系地层的碳质泥岩和煤为主；三工河组顶部发育横向稳定分布的湖相泥岩。平面上，3套烃源岩在胜北洼陷、丘东洼陷和小草湖洼陷连片分布，但均又具有独立的生烃中心（图 3）。水西沟群沉积时期，3个洼陷的沉积中心具有自东向西迁移的特点，下侏罗统烃源岩厚度高值区位于小草湖洼陷以及现今洼陷的北部地区，中侏罗统西山窑组烃源岩厚度高值区位于丘东洼陷和胜北洼陷的北缘；晚侏罗世，受燕山运动的影响，台北凹陷开始西降东升，形成了现今胜北洼陷八道湾组埋深大、小草湖洼陷八道湾组埋深浅的特点。

图 3

图 3 台北凹陷中—下侏罗统烃源岩厚度图 Fig. 3 Thickness map of the Middle-Lower Jurassic source rocks in Taibei Sag

整体上，台北凹陷水西沟群烃源岩分布广、沉积厚度大，岩性类型好，已达成熟阶段。八道湾组烃源岩为暗色泥岩和煤岩，主要分布在小草湖洼陷和丘东洼陷，烃源岩厚度分别为75~200m和50~200m，胜北洼陷烃源岩厚度为75~100m（图 3a）。三工河组烃源岩为暗色泥岩，厚度主要分布于20~50m，小草湖洼陷和丘东洼陷烃源岩厚度最大（图 3b）。西山窑组烃源岩为暗色泥岩和煤岩，厚度高值区位于丘东洼陷，烃源岩厚度为100~400m，胜北洼陷和小草湖洼陷烃源岩厚度均小于200m（图 3c）。水西沟群泥岩为较好烃源岩，既生油又生气；煤岩为较好气源岩，烃源岩有机质丰度高、有机质类型好。西山窑组及三工河组烃源岩在洼陷区镜质组反射率普遍大于0.7%，进入成熟阶段；胜北洼陷、丘东洼陷、小草湖洼陷高于0.9%，进入生油高峰阶段。八道湾组烃源岩热演化程度整体高于西山窑组和三工河组，其中，小草湖洼陷中—下侏罗统烃源岩镜质组反射率普遍高于1.0%，八道湾组烃源岩镜质组反射率高于1.2%，部分烃源岩镜质组反射率分析测试结果达到1.8%，且通过跃探1H井的烃源岩综合评价（图 4），泥岩的有机碳含量主体分布于1.60%~3.61%之间，属于高成熟烃源岩（表 1）。

图 4

图 4 跃探1H井烃源岩综合评价图 Fig. 4 Comprehensive evaluation diagram of source rocks in Well Yuetan 1H

表 1

表 1 台北凹陷中—下侏罗统水西沟群烃源岩地球化学指标统计表 Table 1 Geochemical parameters of source rocks in the Middle-Lower Jurassic Shuixigou Group in Taibei Sag 洼陷 组 岩性 有机碳含量/% 热解生烃潜量/（mg·g-1） 有机质类型 氢指数/（mg·g-1） 镜质组反射率/% 成熟度 资料来源 胜北洼陷 J2x 泥岩 $\frac{0.50 \sim 5.16^*}{1.98(15)}$ $\frac{0.48 \sim 15.26}{3.34(15)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{43 \sim 318}{180(15)}$ $ \frac{0.5 \sim 1.1}{(12)}$ 成熟 葡探1井、沁探1井 煤岩 $\frac{41.96 \sim 76.13}{57.5(9)}$ $\frac{43.7 \sim 93.74}{74.75(9)}$ Ⅲ $\frac{48 \sim 94}{119(9)}$ 成熟 J1s 泥岩 $\frac{0.41 \sim 11.97}{1.52(21)}$ $\frac{0.15 \sim 18.21}{2.81(21)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{31 \sim 329}{180(21)}$ $\frac{0.6 \sim 1.0}{(21)}$ 成熟 J1b 泥岩 $\frac{0.52 \sim 5.72}{1.59(13)}$ $\frac{0.48 \sim 32.65}{3.74(13)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{20 \sim 447}{124(13)}$ $\frac{0.7 \sim 1.3}{(13)}$ 成熟 煤岩 59.91（1） 221.63（1） Ⅲ 264.31（1） 丘东洼陷 J2x 泥岩 $\frac{0.54 \sim 7.81}{1.92(32)}$ $\frac{0.52 \sim 57.53}{7.12(32)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{12 \sim 392}{144(32)}$ $\frac{0.5 \sim 1.2}{(11)}$ 高成熟 陵探1井、吉7H井 煤岩 $\frac{14.4 \sim 83.23}{42.11(17)}$ $\frac{15.78 \sim 222.52}{66.11(17)}$ Ⅲ $\frac{89 \sim 334}{151(17)}$ 高成熟 J1s 泥岩 $\frac{0.27 \sim 11.76}{1.26(25)}$ $\frac{0.11 \sim 33.29}{5.12(25)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{95 \sim 392}{175(25)}$ $\frac{0.5 \sim 1.1}{(25)}$ 高成熟 J1b 泥岩 $\frac{0.52 \sim 4.55}{1.26(6)}$ $\frac{0.53 \sim 26.65}{4.41(6)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{29 \sim 950}{112(6)}$ $\frac{0.7 \sim 1.2}{(7)}$ 高成熟 煤岩 67.95（1） 170.81（1） Ⅲ 226（1） 小草湖洼陷 J2x 泥岩 $\frac{0.56 \sim 5.65}{1.44(16)}$ $\frac{0.52 \sim 43.24}{4.55(16)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{24 \sim 291}{127(16)}$ $\frac{0.6 \sim 1.2}{(8)}$ 高成熟 萨东2井、跃探1H井 煤岩 $\frac{56.1 \sim 66.80}{61.23(14)}$ $\frac{89.27 \sim 122.93}{103.30(14)}$ Ⅲ $\frac{127 \sim 203}{157(14)}$ J1s 泥岩 $\frac{0.44 \sim 5.52}{1.60(12)}$ $\frac{0.19 \sim 35.85}{6.64(12)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{20 \sim 374}{156(12)}$ $\frac{0.6 \sim 1.3}{(12)}$ 高成熟 J1b 煤岩 $\frac{24.52 \sim 79.9}{57.61(14)}$ $\frac{25.51 \sim 92.87}{65.23(14)}$ Ⅲ $\frac{96 \sim 108}{102(14)}$ $\frac{1.1 \sim 1.8}{(14)}$ 高成熟 泥岩 $\frac{0.33 \sim 34.90}{3.61(5)}$ $\frac{0.38 \sim 74.82}{5.16(5)}$ Ⅱ2—Ⅲ $\frac{101 \sim 405}{167(5)}$ $\frac{1.3 \sim 1.8}{(5)}$ 高成熟 注：*$\frac{\text { 最小值 } \sim \text { 最大值 }}{\text { 平均值 }(\text { 样品数 })}$。

表 1 台北凹陷中—下侏罗统水西沟群烃源岩地球化学指标统计表 Table 1 Geochemical parameters of source rocks in the Middle-Lower Jurassic Shuixigou Group in Taibei Sag

吐哈盆地台北凹陷水西沟群主要为辫状河三角洲—湖泊沉积体系^{[7-8, 15]}，发育辫状河三角洲上平原、下平原、前缘3种沉积亚相，主要物源来自南、北两个物源体系和部分西部物源，呈现多向供源的特点（图 5）。

图 5

图 5 吐鲁番坳陷中—下侏罗统沉积相分布图 Fig. 5 Sedimentary facies map of the Middle-Lower Jurassic in Turpan Depression

下侏罗统为潮湿气候条件下的浅水辫状河三角洲沉积，以辫状河三角洲下平原、前缘沉积为主，八道湾组沉积特征表现为“大平原，小前缘”特征（图 5a）。三工河组沉积期发育下侏罗统最大湖泛面，辫状河三角洲规模均明显缩减，整体表现为“大前缘、小平原”特征（图 5b），发育规模前缘砂体。整体上随着湖平面的上升，下侏罗统的沉积范围、汇水区逐渐扩大，湖岸线位置向源推进，物源口和主水道位置交替变迁。受相变的影响，砂体类型在纵向上变化多样。但在洼陷区主物源方向，前缘砂体相对比较稳定，横向展布宽。中侏罗统西山窑组为辫状河三角洲—湖泊沉积体系，以辫状河三角洲上平原、下平原、前缘和前三角洲—浅湖亚相为主，发育上平原辫状河道、下平原分流河道和前缘水下分流河道三类主要砂体，具有“多源汇聚，满洼富集”的特点（图 5c）。上平原砂体纵向交互、横向栉比，下平原砂体纵向成串、横向叠瓦，前缘砂体纵向叠置、横向连片，局部存在泥砾和炭屑。

台北凹陷水西沟群储集砂体岩性以岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主，成分成熟度和结构成熟度较低^{[9, 16]}，储层物性差。胜北、丘东及小草湖洼陷中—下侏罗统储层物性具有差异性分布（表 2），均表现为低孔低渗—特低孔特低渗特征，主体渗透率小于1mD。八道湾组砂岩平均孔隙度分别为2.6%、3.7%和3.8%；平均渗透率分别为0.053mD、0.007mD和1.465mD；平面上，小草湖洼陷储层物性相对较好。三工河组砂岩平均孔隙度分别为3.5%、4.1%和3.7%；平均渗透率分别为0.472mD、0.078mD和1.087mD；平面上，丘东洼陷储层物性相对较好。西山窑组砂岩平均孔隙度分别为4.8%、2.3%和4.3%；平均渗透率分别为0.028mD、0.017mD和0.096mD；平面上，胜北洼陷、小草湖洼陷储层物性相对较好。根据钻井砂体的单井相及储层物性分析认为，辫状河三角洲前缘砂体储层物性相对较好（图 6）；同时，在单期河道砂体中，河道中部含砾中粗砂岩物性好于河道底部砾岩及河道顶部细砂岩，中部孔喉半径分布较为广泛，孔隙结构相对较好。

表 2

表 2 台北凹陷中—下侏罗统水西沟群储层物性统计表 Table 2 Physical properties of reservoirs in the Middle-Lower Jurassic Shuixigou Group in Taibei Sag 洼陷 组 岩性 孔隙度/% 渗透率/mD 资料来源 胜北洼陷 J2x 细砂岩 $\frac{3.2 \sim 8.3}{4.8(36)}$ $\frac{0.007 \sim 0.168}{0.028}$ 葡探1井、沁探1井 J1s 细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩 $\frac{2.5 \sim 12.6}{3.5(23)}$ $\frac{0.006 \sim 1.750}{0.472(23)}$ J1b 细砂岩 $\frac{1.6 \sim 10.8}{2.6(16)}$ $\frac{0.003 \sim 1.372}{0.053(16)}$ 丘东洼陷 J2x 粉砂岩、细砂岩 $\frac{1.2 \sim 2.9}{2.3(27)}$ $\frac{0.002 \sim 0.232}{0.017(27)}$ 陵探1井、吉7H井 J1s 细砂岩、含砾细砂岩、砂砾岩 $\frac{2.8 \sim 5.7}{4.1(34)}$ $\frac{0.016 \sim 0.348}{0.078(34)}$ J1b 细砂岩、含砾细砂岩、砂砾岩 $\frac{2.2 \sim 4.8}{3.7(13)}$ $\frac{0.003 \sim 0.011}{0.007(13)}$ 小草湖洼陷 J2x 细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩 $\frac{1.6 \sim 6.5}{4.3(22)}$ $\frac{0.002 \sim 0.935}{0.096(22)}$ 萨东2井、跃探1H井 J1s 细砂岩、粗砂岩 $\frac{2.2 \sim 4.7}{3.7(14)}$ $\frac{0.005 \sim 3.299}{1.087(14)}$ J1b 细砂岩、中砂岩、含砾细砂岩 $\frac{1.6 \sim 5.3}{3.8(12)}$ $\frac{0.015 \sim 6.587}{1.465(12)}$ 注：$ \frac{\text { 最小值~最大值 }}{\text { 平均值 (样品数) }}$。

表 2 台北凹陷中—下侏罗统水西沟群储层物性统计表 Table 2 Physical properties of reservoirs in the Middle-Lower Jurassic Shuixigou Group in Taibei Sag

图 6

图 6 台北凹陷三工河组不同相带储层物性对比图 Fig. 6 Comparison of reservoir physical properties in Sangonghe Formation in various facies zones in Taibei Sag

物性分析数据显示，不同岩性之间的物性具有明显的差异。粗砂级以上物性明显好于中砂级以下。对同一层系中不同粒径大小的砂岩开展高压压汞分析，显示细砂岩的高压压汞曲线表现出较低的进汞饱和度（约40%），较大的排驱压力（约10MPa），孔喉分布区间位于微孔喉范围内；中砂岩进汞饱和度较高（65%），排驱压力比细砂岩小一个数量级（小于1MPa），中孔和微孔各占一半；含砾粗砂岩虽然进汞饱和度没有明显高于中砂岩，但是排驱压力减小很多，仅为0.2MPa，微孔、中孔和宏孔均发育，以中孔—宏孔为主。

储层成岩演化分析显示，塑性岩屑含量少、离煤层距离近的砂岩层储集物性相对更好。由于不同物源区母岩成分不同，经历搬运、改造、后期成岩作用，导致源于不同物源区砂体的储层抗压能力和溶蚀强度具有差异性。来自西部、南部物源的砂体高塑性颗粒含量少，而来自北部物源区的砂岩高塑性颗粒含量多。塑性岩屑含量高叠加强压实作用是造成洼陷区储层致密的关键因素。在统一的埋藏和构造挤压作用下，台北凹陷区内砂岩储层物性表现为“东西分区、南北分带”的特征。西部和南部地区储层表现为粒间孔相对较发育、溶蚀作用明显；北部物源区储层压实作用更显著，仅发育溶蚀微孔、晶间微孔和微裂隙。因此，相同背景下相对有利的砂岩储层多分布于来自西部和南部物源区的砂体中，粒间孔、粒内溶孔、微孔、构造缝、贴粒缝、粒内缝发育（图 7）。此外，宏观和微观统计发现，砂岩储层离煤层越近、煤层越厚，砂岩中溶蚀孔越发育。煤系地层中普遍具有的特点是成岩早期腐殖酸含量高，造成煤系地层中储层早期溶蚀孔发育^[17]。广泛的溶蚀作用使得粒缘缝十分发育并最终成为流体的运移通道，因而本区煤系地层中发育了大量的微米级孔缝。在刚性碎屑含量较高的储层中，压实作用明显减弱，利于后期连通的孔缝的保存。因此，在以上因素的共同作用下，水西沟群在5000m以深仍发育有效储集空间。

图 7

图 7 台北凹陷中—下侏罗统储层孔隙—裂缝系统特征 Fig. 7 Characteristics of pore-fracture system of the Middle-Lower Jurassic reservoirs in Taibei Sag (a) 沁探1井，5082.2m，中侏罗统西山窑组灰色荧光细砂岩，粒内溶孔、微孔、粒间孔，铸体薄片，单偏光；(b) 沁探1井，5082.79m，中侏罗统西山窑组灰色荧光细砂岩，构造缝，铸体薄片，单偏光；(c) 葡探1井，5335.23m，下侏罗统三工河组灰色含砾粗砂岩，粒内溶孔、微孔、构造缝，铸体薄片，单偏光；(d) 吉7井，5108.25m，中侏罗统西山窑组灰色荧光细砂岩，粒内溶孔、构造缝，铸体薄片，单偏光；(e) 吉7H井，5337.28m，下侏罗统三工河组灰色含砾粗砂岩，微孔、粒内溶孔，铸体薄片，单偏光；(f) 吉7H井，5337.7m，下侏罗统三工河组灰色荧光砂砾岩，微孔、粒内溶孔，铸体薄片，单偏光；(g) 跃探1H井，4694.8m，中侏罗统西山窑组灰色荧光细砂岩，微孔、构造缝，铸体薄片，单偏光；(h) 跃探1H井，4958.93m，下侏罗统八道湾组灰色荧光砂砾岩，微孔、贴粒缝、粒内缝，铸体薄片，单偏光；(i) 跃探1H井，4960.9m，下侏罗统八道湾组灰色荧光砂砾岩，粒间孔、微孔、构造缝，铸体薄片，单偏光

洼陷区构造较稳定，以稳定斜坡、平台为主；洼陷周围构造活动剧烈，形成各类断背斜、断鼻及复杂断块。研究表明，台北凹陷晚燕山期挤压形成的逆冲断裂在中—下侏罗统不同层位发生滑脱^[5]，造成了胜北、丘东及小草湖洼陷内构造样式的明显差异，从而控制了不同洼陷区中—下侏罗统的构造样式，进而决定了不同洼陷区致密砂岩气勘探的层系和目标的差异。

胜北洼陷逆冲断裂延伸到八道湾组滑脱层内，导致下侏罗统与中—上侏罗统表现出联动变形的特征，下侏罗统油气的保存受到一定影响（图 8a）。丘东洼陷逆冲断裂在洼陷不同部位的滑脱规模不同，其中洼陷中南部逆冲断裂在下侏罗统八道湾组内，中—下侏罗统形成一定幅度的断背斜、断鼻构造，且逆冲断裂后期活动较弱，未断至白垩系以上地层；而在洼陷中部则由于逆冲断裂活动较弱，断距较小，表现为构造稳定，持续沉积沉降（图 8b）。因此，丘东洼陷下侏罗统深层是油气聚集保存的有利区。小草湖洼陷内，逆冲滑脱断裂主要发育于西山窑组，与滑脱层上部强烈收缩变形截然不同的是，在西山窑组滑脱层之下，仅发育零星张性断裂或扭性断裂，断裂整体规模小，延伸长度有限，构造变形相对较弱，下侏罗统结构完好（图 8c），利于形成大规模的下侏罗统构造圈闭，为深层致密砂岩气藏形成提供了良好的构造条件。

图 8

图 8 吐哈盆地台北凹陷近南北向地质结构剖面图（剖面位置见图 1） Fig. 8 Near N-S direction geological structural section of Taibei Sag in Turpan-Hami Basin (section location is in Fig. 1) J1b—八道湾组；J1s—三工河组；J2x—西山窑组；J2s—三间房组；J2q—J3—七克台组—上侏罗统；K—白垩系；Esh—Q—古近系鄯善群—第四系

台北凹陷虽然具有相对统一的地质背景和油气地质条件，但受构造格局的影响，不同次洼间的成藏条件仍存在一定的差异。通过对跃探1H井勘探成功所获取的地质资料分析，从小草湖洼陷油气成藏有利地质条件的角度重新认识整个台北凹陷，为下步整个凹陷的深层致密砂岩气指出新的勘探方向。小草湖洼陷与胜北、丘东地区成藏条件对比，具有以下4个方面的特点。

洼陷区砂岩储集体是致密砂岩气富集成藏的主要场所。胜北和丘东洼陷相继在洼陷中心区的中—下侏罗统三工河组、西山窑组钻揭粗砂体，明确了湖盆中心仍然存在规模有效砂体，并在丘东洼陷的三工河组首次勘探发现致密砂岩气藏，在胜北洼陷三工河组和西山窑组获得低产油气流，证实了厚层粗相带砂体是致密砂岩气聚集的主要载体，也显示出了洼陷中心区勘探的潜力，拓展了台北凹陷的勘探领域。胜北和丘东洼陷湖盆中心砂体的成因，前人已经开展了多方面的探讨^[18-20]，小草湖洼陷区是否同样发育类似的有效砂岩，是实现深洼区勘探发现的重要条件。早期的研究显示^[21]，洼陷区仅发育南物源的辫状河三角洲沉积体系，砂体规模与丘东、胜北洼陷相比相对较小，砂体可能并不发育，正因如此，小草湖地区的勘探程度远不及胜北和丘东。通过对小草湖洼陷地震资料的精细解释，认为该地区古地貌沟槽与坡折发育特征明显，三工河组、八道湾组微地貌显示多级坡折带的特点，结合砂体属性清晰反映出砂体分布受沉积体系及其古地貌控制，坡折控砂的特点十分明显。跃探1H井钻探证实了三角洲前缘相带受坡折带的影响发育厚层的规模砂体，坡下砂体富集，形成上倾尖灭型岩性体，是致密砂岩气藏形成与发育的有利部位。

重矿物对比分析，台北洼陷主要存在三大物源体系，分别是西物源体系、北物源体系和南物源体系。西物源重矿物主要为磁铁矿+赤铁矿+锆石+石榴石，北物源重矿物中白钛矿含量大于60%，其次为锆石、石榴石；南物源区重矿物以白钛矿、锆石、磁铁矿为主。通过重矿物的对比能够确定出不同地区物源的方向和源区母岩的差异。不同母源区所带来的砂岩组分中岩屑类型表现出一定的差异性。其中西物源多含石英质岩屑，较多酸性火山岩（流纹岩、凝灰岩）岩屑，常见花岗岩屑，抗压性矿物较多，塑性岩屑较少；北物源区岩屑成分以中—中基性火山岩类、浅变质岩类居多，花岗岩岩屑少见，塑性岩屑相对较多；南物源区岩屑成分以酸性火山岩类（凝灰岩、流纹岩）为主。小草湖洼陷岩屑类型以酸性火山岩为主，少见变质岩岩屑。丘东洼陷的勘探揭示了南物源区的砂体发育更多易溶蚀的酸性火山岩岩屑，同时塑性变质岩岩屑含量较少，与北物源有较明显的差别。因此，相同条件下，南物源砂体储集空间相对较发育，利于油气的聚集。小草湖地区仅发育南部物源的沉积相，在前缘相坡折带之下发育规模厚层南物源粗砂体，由于粗砂体原本物性就相对较好，再叠加砂岩组分中易于溶蚀的岩屑含量高，因此，小草湖地区粗砂体溶蚀作用更强。与丘东地区三工河组砂体相比，小草湖八道湾组砂体虽然埋藏更深、压实作用更强，但整体储层物性几乎与丘东地区差距不大。总之，在相同条件下，南物源的砂体相较北物源区的砂体更容易形成次生溶蚀孔隙，利于致密砂岩气甜点的发育。

吐哈盆地现今表现为冷盆，地温梯度普遍小于1.8℃/km。中生界侏罗系埋深超过6000m，地层温度分布在50~140℃之间，现今侏罗系烃源岩成熟度普遍低于1.2%，镜质组反射率主要分布于0.6%~0.9%之间，总体表现为中低成熟特征。水西沟群以煤系烃源岩为主，前人对该煤系烃源岩的研究结果认为，吐哈盆地煤岩不仅具有生气能力，同时也具有较高的生油潜力^[3]。盆地内钻井的热演化特征显示，成熟度整体不高，侏罗系普遍未达到生气高峰期（Ro=1.6%），以生油为主，仅在柯柯亚、胜北等少数构造带发现油气共生的油气藏^[22-23]。由于盆地水西沟群发育3套烃源岩，累计厚度大，厚度的优势弥补了成熟度的不足，因此在台北凹陷仍发育胜北和丘东两个生气中心。

跃探1H井钻探揭示，小草湖洼陷在整个台北凹陷中地层发育最完整，下侏罗统烃源岩厚度中心位于小草湖洼陷。晚侏罗世盆地东部发生构造反转，早期持续深埋的小草湖洼陷在喜马拉雅期开始抬升，表现为东高西低的特点。但是，通过开展平衡剖面分析（图 9），认为小草湖洼陷中—下侏罗统在早期埋藏深度远大于胜北和丘东洼陷。深埋条件下使小草湖洼陷生烃时间早于其他洼陷^[24]，并且烃源岩成熟度更高。跃探1H井八道湾组泥岩和煤的镜质组反射率分析显示，多个样品的镜质组反射率超过1.4%，部分样品的镜质组反射率达到了1.6%以上，十分有利于天然气的大量生成。与胜北和丘东洼陷中—下侏罗统最高成熟度1.2%相比，小草湖地区1.4%的成熟度可以增加22%的生气量。

图 9

图 9 台北凹陷东西向构造演化剖面图（剖面位置见图 1） Fig. 9 E-W direction structural evolution section of Taibei Sag (section location is in Fig. 1) P2td—桃东沟群；P3w—梧桐沟组；T2k—克拉玛依组

小草湖洼陷南部斜坡构造平缓，区域上普遍发育的逆冲断裂在该洼陷消亡于中侏罗统西山窑组二段滑脱面之上，与丘东和胜北洼陷滑脱层断穿中—下侏罗统所形成的破坏作用明显不同，小草湖洼陷滑脱面之下的地层保存条件好，整体为缓坡背景下的岩性气藏。主力烃源岩为八道湾组下部三角洲平原煤岩和泥岩，储层为上部三角洲前缘相坡折带之下的含砾粗砂岩、中砂岩，西山窑组二段发育大型滑脱断层，西山窑组及以上地层活动强烈，下侏罗统变形较弱，基本未受到走滑断层的影响，地层稳定（图 10），致密砂岩气成藏范围广，洼陷区面积大，且顶部存在区域上分布稳定的湖相泥岩盖层，因此生成的高成熟天然气得以较好保存。

图 10

图 10 小草湖洼陷中—下侏罗统致密砂岩气成藏模式图 Fig. 10 Hydrocarbon accumulation pattern of tight sandstone gas in the Middle-Lower Jurassic in Xiaocaohu sub-sag

台北凹陷水西沟群烃源岩以中—低成熟度为主，烃源岩厚度大大弥补了成熟度的不足。以西山窑组煤岩为例，热模拟表明镜质组反射率为0.7%时开始快速生气，生气总量为66m³/t，镜质组反射率进入1.3%生气总量可达145m³/t，因此高熟烃源岩的生气总量远高于中—低成熟烃源岩。依据前期的认识计算小草湖洼陷生气量与致密砂岩气资源量认为小草湖洼陷中—下侏罗统生气量为0.85×10¹²m³，致密砂岩气资源量为198×10⁸m³。在跃探1H井勘探发现后，通过新的地质资料重新计算，结果显示中—下侏罗统生气量为7.3×10¹²m³，致密砂岩气资源量为1880×10⁸m³，较原认识有了大幅度增加，进一步提升了吐哈盆地致密砂岩气勘探潜力。

近3年，吐哈盆地中—下侏罗统水西沟群近（进）源勘探主要以构造稳定凹陷区、储盖组合稳定的三工河组和西山窑组一段、二段为重点勘探层系，认为下伏的八道湾组埋藏深、物性更差并且缺乏区域盖层, 保存条件欠佳，早期环洼正向构造带钻井也无实质性发现。跃探1H井在八道湾组的新发现，不仅拓展了勘探新层系，也证实了台北凹陷区具备多层系成藏的条件，富烃灶、规模砂体与稳定构造叠置区是寻找大规模致密砂岩气藏的有利区。

“十三五”期间，采用丰度类比法、小面元容积法、快速评价法计算台北凹陷中—下侏罗统致密砂岩气总资源量为5087×10⁸m^{3 [25]}。随着跃探1H井的突破，在前期研究基础上结合新的地质资料，重新开展台北凹陷天然气资源量评价。对八道湾组、三工河组和西山窑组开展资源评价，按照生气强度大于20×10⁸m³/km²、面积为3441km²计算，3个层系总生气量为36.4×10¹²m³。根据层系评价，西山窑组致密砂岩气生气量为15.3×10¹²m³，三工河组致密砂岩气生气量为5.9×10¹²m³，八道湾组致密砂岩气生气量为15.2×10¹²m³；根据洼陷评价，胜北洼陷生气量为16.2×10¹²m³，丘东洼陷生气量为12.9×10¹²m³，小草湖洼陷生气量为7.3×10¹²m³，预测致密砂岩气总资源量为7070×10⁸m³，其中胜北、丘东及小草湖洼陷资源量分别为2950×10⁸m³、2240×10⁸m³、1880×10⁸m³。截至目前，水西沟群致密砂岩气仅在柯柯亚构造带、温吉桑构造带等区块探明天然气地质储量132×10⁸m³，且突破层系主要集中在构造高部位，下洼近源勘探在丘东洼陷取得突破，主要勘探层系为三工河组和西山窑组，八道湾组在小草湖洼陷取得进展，进一步证实台北凹陷水西沟群致密砂岩气勘探还有很大的空间。

受烃源灶分布、沉积相带与构造背景共同控制，高熟富烃灶、粗粒级砂体区及稳定构造区是台北凹陷中—下侏罗统致密砂岩气勘探的主要方向，小草湖洼陷东北部、胜北洼陷北部是盆地内致密砂岩气有利勘探区带（图 11）。

图 11

图 11 台北凹陷中—下侏罗统致密砂岩气综合评价图 Fig. 11 Comprehensive evaluation results of tight sandstone gas in the Middle-Lower Jurassic in Taibei Sag 地层等值线来源于中侏罗统西山窑组底界；烃源岩厚度来源于下侏罗统八道湾组

井震资料显示，跃探1H井东北方向烃源岩段地震同向轴连续性更好，地层厚度与埋深更大，反映了小草湖洼陷以东、以北区域气源条件更优越。同时，小草湖洼陷东部地区逆冲断裂主要分布在洼陷南斜坡，未延伸至广大洼陷区，在持续沉积、沉降作用下较洼陷西部构造更为稳定，洼陷面积更大，为致密砂岩气大规模成藏提供了条件，与高熟富烃灶、南物源砂体配置使小草湖洼陷东北部成为中—下侏罗统致密砂岩气规模勘探有利区带，下侏罗统仍是勘探最佳对象。

胜北洼陷东北缘柯柯亚构造带西山窑组一段发育粗粒级砂体，与沁探1井为同一北物源沉积扇体，地震地质解释剖面显示，在沁探1井与柯柯亚构造带之间，西山窑组一段具有典型地层前积特征，前积层分别以顶超和下超的方式终止于西山窑组一段顶、底界面，反映水体浅、水动力强，由流经柯柯亚地区较粗的碎屑物质进积形成，证明胜北洼陷北部西山窑组一段发育大规模粗粒级砂体。同时西山窑组一段砂体紧邻西山窑组主煤层，更有利于有机酸溶蚀而改善储层物性，储层物性优越。从胜北洼陷区断裂展布特征看，洼陷中部发育一组近东西向逆冲断裂，依附此断裂形成的胜北构造带后期受三条北东向走滑断裂切割，且纵向断切至下侏罗统，沁探1井位于该构造带东翼，构造受到一定的改造。洼陷北部为持续沉积、沉降区，断裂欠发育，构造稳定，保存条件好。同时早期在胜北构造带钻探的多口井，已在浅层的中侏罗统普遍见到异常高压，压力系数平均为1.37，因此气源、储层及保存条件更好的胜北洼陷北部西山窑组一段形成超压致密砂岩气藏的潜力更大。

（1）台北凹陷深层发育致密砂岩气成藏有利地质条件。中—下侏罗统水西沟群发育下侏罗统八道湾组、三工河组和中侏罗统西山窑组3套烃源岩，与洼陷中心有利的沉积相带砂体形成了源储叠置、近源富集的成藏模式，受不同洼陷区构造断裂的差异性影响，洼陷内滑脱面之下的地层保存条件好，利于致密砂岩气富集；高成熟富烃灶、粗粒级砂体发育区以及构造稳定区是深层致密砂岩气成藏的主要控制因素。

（2）小草湖洼陷下侏罗统八道湾组跃探1H井的勘探发现，揭示了小草湖洼陷深层致密砂岩气存在4项优势成藏条件。与胜北洼陷、丘东洼陷相比，较高的烃源岩成熟度是小草湖洼陷天然气富集的重要因素。

（3）跃探1H井首次在台北凹陷中—下侏罗统发现高成熟烃源岩，并在小草湖洼陷下侏罗统八道湾组发现致密砂岩气藏，拓展了台北凹陷致密砂岩气勘探新层系，提升了吐哈盆地致密砂岩气勘探潜力。依据跃探1H井获取的地质信息，重新计算台北凹陷致密砂岩气总资源量为7070×10⁸m³，较之前有了大幅增加。