塔里木盆地沙雅隆起星火1井寒武系烴源巖特征

朱傳玲，閆 華，云 露，韓 強(qiáng)，馬慧明

(1.中國(guó)石化 西北油田分公司 油氣勘探中心，烏魯木齊 830011； 2.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059；3.中國(guó)石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

塔里木盆地沙雅隆起星火1井寒武系烴源巖特征

朱傳玲1,2，閆 華1，云 露1，韓 強(qiáng)3，馬慧明3

(1.中國(guó)石化 西北油田分公司 油氣勘探中心，烏魯木齊 830011； 2.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059；3.中國(guó)石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

在對(duì)塔里木盆地北部星火1井寒武系玉爾吐斯組灰黑、黑色碳質(zhì)泥巖進(jìn)行一系列有機(jī)地球化學(xué)特征測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，從有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”、生烴潛量、熱解峰溫、海相鏡狀體反射率、烴源巖可溶抽提物和飽和烴色質(zhì)特征等方面著手，對(duì)該烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度及類型進(jìn)行分析。結(jié)合前人研究成果，討論了這套烴源巖與以往報(bào)道的寒武系烴源巖的異同，并開展了與塔河原油的油—巖對(duì)比分析。結(jié)果表明，該套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，而且已達(dá)高成熟熱演化階段，與柯坪露頭肖爾布拉克剖面下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖特征類似；星火1井下寒武統(tǒng)黑色碳質(zhì)頁巖有機(jī)質(zhì)地化特征與塔河油田原油具親源性。

烴源巖；地化特征；寒武系；星火1井；沙雅隆起；塔里木盆地

塔里木盆地是我國(guó)典型的發(fā)育海相烴源巖的盆地之一，近年來塔河、哈拉哈塘及塔中等地區(qū)探明儲(chǔ)量不斷增加，油氣產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，表明存在優(yōu)質(zhì)海相烴源巖[1-3]。關(guān)于海相烴源巖的研究，前人對(duì)野外露頭的烴源巖做了大量研究工作[4-7]，但盆地內(nèi)因寒武—奧陶系烴源巖埋深大，僅在滿加爾坳陷周緣塔東1、塔東2及庫南1井等少量鉆井揭示。2007年中國(guó)石化西北油田分公司在沙雅隆起西北部鉆探的星火1井中，鉆遇寒武系烴源巖，為塔里木盆地海相油氣生烴母質(zhì)研究提供了珍貴的資料。

1 地質(zhì)背景與樣品概況

星火1井位于塔里木盆地沙雅隆起二級(jí)構(gòu)造單元雅克拉斷凸的西段與沙西凸起的結(jié)合部，北鄰庫車坳陷，南接滿加爾坳陷(圖1a)。雅克拉斷凸是塔北古生代殘余古隆起的核心，是夾持于輪臺(tái)斷裂和亞南斷裂之間的斷壘塊體，主要形成于海西期。印支期，隆起繼承性隆升，隆起高部位的中生界、古生界部分缺失；燕山—喜馬拉雅早期，雅克拉斷凸快速沉降，白堊系迅速超覆沉積在古生界寒武系—奧陶系或前震旦系基巖之上；喜馬拉雅晚期開始區(qū)域性北傾，成為庫車坳陷的南斜坡[8]。

圖1 塔里木盆地沙雅隆起西北部星火1井構(gòu)造位置和過星火1井潛山井震對(duì)比剖面

研究區(qū)是南北海陸相油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)，潛山是主要勘探目標(biāo)，已發(fā)現(xiàn)雅克拉碳酸鹽巖潛山、托乎拉(沙53井)變質(zhì)巖潛山、英買32、33井寒武系潛山等油氣藏(圖1a)。星火1井鉆探的星火1號(hào)潛山是一個(gè)斷塊構(gòu)造(圖1b)，鉆遇寒武系和震旦系碳酸鹽巖地層，及元古界變質(zhì)巖基底。自上而下依次為下寒武統(tǒng)的肖爾布拉克組(-C1x)62 m、玉爾吐斯組(-C1y)31 m，震旦系奇格布拉克組(Z2q)240 m、蘇蓋特布拉克組(Z2s)16 m，前震旦系(AnZ)35 m。其中，-C1y烴源巖巖性為灰黑、黑色碳質(zhì)泥巖及灰色含磷硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖，測(cè)井曲線具高伽馬(117～1 586 API)、中—高電阻率(1 389 Ω·m)特征，與上覆-C1x、下伏Z2q白云巖界限清晰；在北西向地震剖面A-A′上標(biāo)定為一強(qiáng)連續(xù)、低頻、強(qiáng)振幅的紅波谷反射，東南方向展布較穩(wěn)定，向西北方向沙雅隆起上被剝蝕(圖1b)。本次分別采集下寒武統(tǒng)7個(gè)巖屑樣品進(jìn)行地球化學(xué)分析測(cè)試，樣品深度在5 804～5 844 m之間(圖1b)，其中-C1x樣品1個(gè)(樣品XH-01)，-C1y樣品6個(gè)(樣品XH-02—XH-07)。

2 烴源巖地球化學(xué)特征

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)其優(yōu)劣的主要參數(shù)有有機(jī)碳含量(TOC)、氯仿瀝青“A”含量、生烴潛量(S1+S2)等[9-10]。星火1井-C1y灰黑色碳質(zhì)頁巖6個(gè)樣品的有機(jī)碳含量值在1.00%～9.43%之間，平均值超過5.0%；下部與含磷層伴生的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，縱向上具有下高上低特征，從有機(jī)碳豐度來看，應(yīng)為很好的烴源巖。-C1x1件泥晶灰?guī)r樣品有機(jī)碳含量為0.26%，為差—非烴源巖(表1)。

表1 塔里木盆地沙雅隆起西北部星火1井寒武系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)

1)根據(jù)王飛宇[11]建立的換算公式：VRo=0.533VLRo+0.667。

通過對(duì)上述樣品進(jìn)行可溶有機(jī)質(zhì)的抽提，獲得的氯仿瀝青“A”含量都不高，-C1y6件樣品氯仿瀝青“A”含量分布于(29.6～180.1)×10-6，普遍低于200×10-6；而-C1x樣品的有機(jī)碳含量較低，氯仿瀝青“A”含量卻最高，為316×10-6。盡管-C1y黑色碳質(zhì)頁巖有機(jī)碳含量高，但殘留的烴類很少，其原因可能是由于熱演化程度高所致，故氯仿瀝青“A”的含量并不高。

Rock-eval熱解分析結(jié)果表明，6件-C1y烴源巖樣品生烴潛量值分布于0.11～0.59 mg/g(表1)，樣品生烴潛力非常低，生烴潛力指數(shù)(S1+S2)/w(TOC)值不足1 mg/g。

2.2 有機(jī)質(zhì)成熟度及類型

作為沉積巖中的有機(jī)顯微組分，鏡質(zhì)組是高等植物在沉積—成巖作用過程的產(chǎn)物。但在前泥盆紀(jì)高等植物尚未出現(xiàn)，典型海相沉積不存在鏡質(zhì)組組分。前人研究寒武—奧陶系海相泥巖時(shí)，發(fā)現(xiàn)一種光學(xué)性質(zhì)很像鏡質(zhì)組的顯微組分，稱之為“海相鏡質(zhì)組”或“類鏡質(zhì)體”。熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著熱演化程度增高，海相鏡質(zhì)組的反射率，與鏡質(zhì)組反射率熱演化特征一致，可以采用海相鏡質(zhì)組代替鏡質(zhì)組，表征前泥盆紀(jì)海相地層的有機(jī)質(zhì)成熟度[11]。本次對(duì)寒武系烴源巖實(shí)測(cè)的海相鏡質(zhì)組(VLRo)為1.34%～1.53%，經(jīng)公式換算其對(duì)應(yīng)的等效鏡質(zhì)體反射率VRo為1.38%～1.5%(表1)，處于高成熟階段。

烴源巖熱解峰溫(Tmax)是判定烴源巖成熟度指標(biāo)之一，巖石熱解結(jié)果表明，星火1井寒武系烴源巖有機(jī)質(zhì)的最大熱解峰溫較高，大于470 ℃(表1)，考慮到總烴/有機(jī)碳很低，生烴潛力S2<1 mg/g，推測(cè)其處于高成熟階段。由于有機(jī)質(zhì)熱演化程度高，烴指數(shù)(IH)也普遍較低。在確定有機(jī)質(zhì)類型的IH-Tmax關(guān)系圖版上，不能準(zhǔn)確的判斷有機(jī)質(zhì)類型。

對(duì)氯仿瀝青“A”進(jìn)行族組分的分離，其中飽和烴含量分布范圍為9.86%～30.00%，芳烴含量分布范圍為20.69%～34.38%，非烴分布范圍為27.50%～40.85%，瀝青質(zhì)分布范圍為6.90%～21.13%，飽芳比達(dá)到0.35～1.2(表1)，也說明有機(jī)質(zhì)成熟度高，不能用氯仿瀝青特征來識(shí)別有機(jī)質(zhì)類型。

2.3 可溶有機(jī)質(zhì)地球化學(xué)特征

通過對(duì)寒武系烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)的飽和烴色譜—質(zhì)譜分析(圖2)，獲得其分子標(biāo)志化合物特征。

2.3.1 萜烷系列化合物組成特征

樣品中廣泛存在三環(huán)萜烷、霍烷系列化合物(圖2a,b)。星火1井寒武系黑色碳質(zhì)頁巖均具有Pr/Ph：姥鮫烷/植烷；DBJ/P：二苯并噻吩/菲。

圖2 塔里木盆地沙雅隆起西北部星火1井寒武系烴源巖飽和烴m/z 191和m/z 217質(zhì)量色譜圖

樣品號(hào)深度/mC21/C23TTC30DH/C30HC29/C30H甾烷相對(duì)含量/%C28C29C30Pr/PhDBJ/PXH-015828～58290.660.150.5626.0934.7839.130.830.13XH-025830～58310.650.10.5227.7131.8540.440.740.17XH-035832～58340.710.070.5228.7334.237.071.050.46XH-045839～58400.620.060.527.7532.2739.980.750.68XH-055841～58420.620.070.5129.4335.8934.680.850.65XH-065843～58440.810.070.529.5138.3232.170.890.42

注：C21/C23TT：C21三環(huán)萜烷/C23三環(huán)萜烷； C30DH/C30H：C30重排藿烷/C30藿烷；C29/C30H：C29藿烷/C30藿烷；

C23三環(huán)萜烷化合物優(yōu)勢(shì)，呈C20

藿烷系列化合物中具有較高豐度的C29藿烷，一定豐度的C30重排藿烷，C31-C35升藿烷呈逐漸降低的梯狀分布，C29/C30藿烷比值在0.50～0.56之間，C30重排藿烷/C30藿烷比值分布于0.07～0.15之間(表2)。這種特征與亞氧化底水條件相符，是一般還原環(huán)境的海相泥頁巖及其原油中常見分布樣式[13]。

2.3.2 甾烷系列化合物特征

依據(jù)m/z217質(zhì)量色譜圖(圖2c)明顯識(shí)別出規(guī)則甾烷、重排甾烷系列化合物。規(guī)則甾烷是海相烴源巖樣品中含量最高的，盡管利用規(guī)則甾烷指示有機(jī)母源輸入的觀點(diǎn)受到越來越多相反證據(jù)的批判[14]，但特定盆地不同烴源巖甾烷的總體組成特征總存在一定差異，可以成為良好的油源對(duì)比參數(shù)。研究區(qū)規(guī)則甾烷系列化合物中，ααα20R-C27，C28，C29甾烷均呈“V”字型分布，即C27>C28

上述資料表明，星火1井烴源巖生物標(biāo)志物C23三環(huán)萜烷、C29藿烷及C28甾烷的含量相對(duì)較高，C21三環(huán)萜烷、重排甾烷含量相對(duì)低的特點(diǎn)，與其偏還原的沉積環(huán)境相對(duì)應(yīng)，其生烴母質(zhì)可能為原始藻類。此外，通過飽和烴、芳烴分析還獲得了姥鮫烷/植烷、二苯并噻吩/菲等分子標(biāo)志物參數(shù)(表2)。

3 討論

3.1 寒武系烴源巖區(qū)域分布

前人報(bào)道過庫魯克塔格南雅爾當(dāng)山露頭、柯坪肖爾布拉克露頭等地區(qū)的寒武系烴源巖[15]，塔里木東部沿滿加爾坳陷的塔東1、塔東2、尉犁1、庫南1等4口井鉆遇寒武系烴源巖(表3)。星火1井寒武系烴源巖的巖性、有機(jī)碳豐度、成熟度等特征與柯坪地表露頭肖爾布拉克剖面-C1y烴源巖是可對(duì)比的，與南雅爾當(dāng)山露頭及其他鉆井具有一定差異。

據(jù)顧憶等人最新研究，柯坪地表露頭肖爾布拉克剖面-C1y實(shí)測(cè)地層厚度為9.2 m，巖性為黑色碳質(zhì)頁巖，屬陸棚邊緣盆地相沉積，其下部未經(jīng)風(fēng)化的黑色碳質(zhì)頁巖具有高有機(jī)質(zhì)豐度，4塊樣品有機(jī)碳含量分布于13.89%～22.39%，平均有機(jī)碳含量17.99%，縱向上具有下高上低特征，其氯仿瀝青“A”含量也不高。通過瀝青反射率(VRb)獲得的肖爾布拉克剖面-C1y烴源巖等效鏡質(zhì)體反射率(VRo)分布于1.34%～1.41%，與星火1井有機(jī)質(zhì)成熟度大致相當(dāng)[16]。有機(jī)顯微組分中反映原始有機(jī)質(zhì)傾油能力的腐泥組+藻類組在下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組中高達(dá)70.6%，反映降解能力的腐泥質(zhì)/藻類體(降解系數(shù))亦高達(dá)2.08，干酪根碳同位素最輕，分布于-34.63‰～-33.83‰，都表明-C1y烴源巖有機(jī)質(zhì)類型屬典型的腐泥型。

南雅爾當(dāng)山剖面-C1x為灰色泥晶—細(xì)晶白云巖，w(TOC)<0.1%，為非烴源巖。西大山組(-C1xd)中下部為灰—灰黑色頁巖夾白云巖，上部為灰—灰黑色中薄層泥晶灰?guī)r，有機(jī)碳分布于0.11%～0.92%，平均為0.46%，屬較好烴源巖。莫合爾山組(-C2m)中下部為灰—灰黑色泥頁巖夾灰色灰?guī)r，上部為頁巖與灰?guī)r呈不等厚互層，有機(jī)碳含量分布于0.06%～1.28%，平均0.46%，達(dá)標(biāo)樣品平均有機(jī)碳為0.92%，與西大山組相近，屬較好的烴源巖。突爾沙克塔克群(-C3t)為灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r夾灰?guī)r組合，有機(jī)碳含量小于0.1%的樣品占72.2%，最大值僅為0.32%，屬非烴源巖。

表3 塔里木盆地部分鉆井寒武系泥質(zhì)烴源巖特征統(tǒng)計(jì)

滿加爾周緣的塔東1、塔東2、庫南1、尉犁1等鉆井揭示，中下寒武統(tǒng)烴源巖為欠補(bǔ)償盆地相，局部發(fā)育臺(tái)地邊緣斜坡相，巖性主要為夾薄層的泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r的含碳的硅磷黑色頁巖。烴源巖厚度大，有機(jī)碳含量相對(duì)較高，多數(shù)樣品有機(jī)碳含量小于2%，塔東1井有機(jī)碳含量在0.70%～5.52%，平均為3.47%。塔東1井及尉犁1井所測(cè)等效鏡質(zhì)組值分別為2.40%,2.46%,2.75%，均處于過成熟演化階段(表3)。

以上資料表明，星火1井所鉆寒武系烴源巖與柯坪露頭肖爾布拉克剖面-C1y烴源巖均具有厚度薄，有機(jī)碳含量高，演化程度高的特征，推測(cè)這套烴源巖可能分布于西部的柯坪、沙雅隆起西部的新和、沙西地區(qū)及沙雅隆起北翼的臺(tái)地斜坡至盆地相區(qū)，向塔里木盆地東部滿加爾下寒武統(tǒng)烴源巖烴源厚度增大，有機(jī)碳含量相對(duì)變小，烴源巖演化程度變高。

3.2 與塔河原油的油源對(duì)比

近年來，在塔河油田及其外圍地區(qū)取得了大量的油氣成藏研究成果[17-18]， 結(jié)合本次星火1井烴源巖抽提物的地化特征，開展了油源對(duì)比研究。

姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)與二苯并噻吩/菲可以反映烴源巖沉積水體的氧化—還原性，或水體的含鹽度的差異[19]。星火1井寒武系烴源巖的Pr/Ph比值在0.74～1.05之間，二苯并噻吩/菲比值除XH-01和XH-02樣品小于0.2，其余樣品值在0.4～0.68之間，與塔河油田奧陶系主體區(qū)原油及英買2井原油具有較好集群性，與英買32—英買35井來自北部庫車的陸相油氣差異明顯(圖3a[20])。

C19-C26長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷在原油和烴源巖中分布比較廣泛。沙雅隆起海相原油C23三環(huán)萜烷為主峰，C21TT/C23TT<1為特點(diǎn)。從C27、C28、C29規(guī)則甾烷的分布來看，寒武系烴源巖C27、C28、C29規(guī)則甾烷的分布呈反斜線或反“L”型分布(C27

圖3 塔里木盆地沙雅隆起西北部星火1井寒武系烴源巖與塔河油田原油的地化特征對(duì)比

綜合上述分析，星火1井寒武系烴源巖特征明顯與塔河油田及外圍地區(qū)海相原油有較好的可對(duì)比性，說明寒武系烴源巖與沙雅隆起海相原油具一定的親緣性。

4 結(jié)論

(1)有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”含量、熱解生烴潛力指數(shù)及有機(jī)質(zhì)地化特征等研究表明，星火1井所鉆遇的這套寒武系玉爾吐斯組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，目前處于高成熟演化階段，有機(jī)質(zhì)類型為腐泥型。

(2)星火1井所鉆寒武系烴源巖與柯坪地表露頭肖爾布拉克剖面-C1y烴源巖可比，均具有厚度薄、有機(jī)碳含量高、演化程度高的特征，這套烴源巖可能分布于柯坪、沙雅隆起西部的新和、沙西地區(qū)及沙雅隆起北翼的臺(tái)地斜坡至盆地相區(qū)。

(3)Pr/Ph、二苯并噻吩/菲、甾烷等地球化學(xué)指標(biāo)參數(shù)對(duì)比表明，星火1井下寒武統(tǒng)黑色碳質(zhì)頁巖與塔河原油具有一定的親緣性；而C21/C23三環(huán)萜烷、C28/C29規(guī)則甾烷等地球化學(xué)參數(shù)的差異，可能是星火1井下寒武統(tǒng)烴源巖與庫魯克塔格地區(qū)、塔東1井等寒武系烴源巖的不同的沉積背景和演化程度差異所致。

致謝：感謝中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室李美俊副教授在樣品地球化學(xué)分析測(cè)試過程中對(duì)本人的指導(dǎo)，感謝外審專家所提供的寶貴修改意見。

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(編輯 黃 娟)

Characteristics of Cambrian source rocks in well XH1, Shaya Uplift, Tarim Basin

Zhu Chuanling1,2, Yan Hua1, Yun Lu1, Han Qiang3, Ma Huiming3

(1.Petroleum Exploration Center of SINOPEC Northwest Company, Urumqi, Xinjiang 830011, China; 2.Energy College of Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China; 3.Institute of Exploration and Development of SINOPEC Northwest Company, Urumqi, Xinjiang 830011, China)

In the northwestern Shaya Uplift of the Tarim Basin, gray and black carbonaceous mudstones were collected from the Cambrian Yuertusi Formation in the well XH1, and were tested for organic geochemistry. The analyses included the determinations of organic carbon (TOC), chloroform bitumen “A”, hydrocarbon generation potential, pyrolysis peak temperature, marine vitrinite, soluble extraction of source rock, gas chromatography and so on. The organic matter abundance, maturity and type of source rocks were studied. The Cambrian source rocks in the well XH1 were compared with other Cambrian source rocks in previous reports. Oil-source correlation of the studied source rocks was made compared to those from the Tahe oilfield. The studied source rocks have high organic matter abundance, and have entered the high-mature stage for thermal evolution, which is similar with the source rocks in the Lower Cambrian Yuertusi Formation on the Xiaoerbulak profile in the Keping area. There are some similar geochemical characteristics between the Lower Cambrian black carbonaceous shale and the crude oil from the Tahe oilfield.

source rock; geochemistry characteristics; Cambrian; well XH1; Shaya uplift; Tarim Basin

1001-6112(2014)05-0626-07

10.11781/sysydz201405626

2013-06-04；

2014-07-10。

朱傳玲(1980—)，女，工程師，從事石油地質(zhì)研究工作。E-mail: hanqiang105289562@qq.com。

中國(guó)石化科技部項(xiàng)目“天山南地區(qū)碳酸鹽巖成藏條件與潛力評(píng)價(jià)”(P07006)資助。

TE122.1+13

A