塔里木地區(qū)下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖地球化學(xué)特征

戈一偉 李坤

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059)

寒武系烴源巖是塔里木盆地分布面積最廣、有機(jī)質(zhì)豐度較高、資源量最大的烴源巖，層位上主要發(fā)育于中下寒武統(tǒng)，是塔里木盆地臺盆區(qū)海相油氣的主要來源。在塔里木盆地柯坪地區(qū)，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組(ε1y)主體為一套含磷硅質(zhì)泥巖。本文應(yīng)用地球化學(xué)方法分析了玉爾吐斯組烴源巖的地球化學(xué)特征，并研究了該組烴源巖的生烴潛力。

1 地質(zhì)背景

塔里木板塊在寒武紀(jì)基本處于被動大陸邊緣拉張環(huán)境，發(fā)育了如拉張 — 裂陷的沉積組合。而下寒武統(tǒng)底部的沉積環(huán)境是具上升洋流的陸棚環(huán)境，寒武系基本處于正常的陸棚環(huán)境，這種沉積環(huán)境控制了塔里木盆地海相烴源巖的發(fā)育。其中玉爾吐斯組是早寒武世全球海平面上升和缺氧事件在塔里木盆地留下的以灰黑色泥(頁)巖為主的沉積記錄。玉爾吐斯組的沉積經(jīng)歷了一個填平補(bǔ)齊的過程，地勢較低的地區(qū)較早接受沉積，沉積厚度較大，而地勢較高的地區(qū)較晚接受沉積，沉積厚度較小。

玉爾吐斯組是塔里木盆地中下寒武統(tǒng)重要的海相烴源巖之一。玉爾吐斯組的標(biāo)準(zhǔn)剖面位于阿克蘇西南約80 km的玉爾吐斯山，該組在柯坪地區(qū)出露廣泛，層位穩(wěn)定，厚度一般為8～35 m。玉爾吐斯組下部為含磷硅質(zhì)巖、泥巖，中上部為藻屑灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r，其中含有大量多門類小殼動物化石。玉爾吐斯組上覆地層為下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組云巖，下伏地層為上震旦統(tǒng)其格布拉克組灰色泥巖、藻云巖。玉爾吐斯組所處的沉積環(huán)境中，有利于沉積物堆積的主要環(huán)境有邊緣陸棚環(huán)境、瀉湖環(huán)境及深海盆地環(huán)境。

從空間展布來看，塔里木盆地已有19口探井鉆揭寒武系地層，其中有方1井、同1井、塔東1井、塔東和4井、和1井、星火1井等11口探井鉆揭下中寒武統(tǒng)烴源巖。就沉積相而言，在盆地西部巴楚地區(qū)(同1井)為剝蝕區(qū)邊緣，塔中地區(qū)為低隆，塔東地區(qū)(TD1、2井)為盆地相，塔北地區(qū)(星火1井)為淺海陸棚和斜坡相，塔里木盆地下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組沉積相及井區(qū)分布見圖1。

2 有機(jī)質(zhì)豐度與有機(jī)質(zhì)類型

塔里木盆地下寒武統(tǒng)烴源巖有機(jī)碳含量較高，玉爾吐斯組碳酸鹽巖是其重要組成部分，平面上在柯坪和庫魯克為塔格露頭剖面，玉爾吐斯組烴源巖殘余有機(jī)碳含量為0.11%～1.69%和0.221%～1.72%，平均值為0.57%～0.58%。在盆地東部烴源巖有機(jī)碳含量平均值為1.24%和2.28%;在盆地西部有機(jī)碳含量平均值為0.91%和0.81%。在滿加爾坳陷的斜坡相、盆地相地區(qū)，有機(jī)碳含量一般為1.0%～1.4%;在卡塔克隆起和沙雅隆起烴源巖有機(jī)碳含量相對較低，在0.1% ～0.4%之間，其中碳酸鹽巖型的烴源巖有機(jī)碳含量高達(dá)2.14%。

下面對玉爾吐斯組的和4井、方1井、塔東1井和星火1井進(jìn)行研究。

和4井5 600—5 772 m井段絕大多數(shù)樣品有機(jī)碳含量超過 0.5%，最高達(dá) 2.14%，平均為1.24%，有機(jī)碳含量大于0.5%的烴源巖厚度為173 m，有機(jī)碳含量大于1.0%的烴源巖厚度達(dá) 108.5 m，和4井區(qū)鉆遇的玉爾吐斯組烴源巖為西部臺地相最優(yōu)質(zhì)的烴源巖層段(圖2)。方1井下寒武統(tǒng)有機(jī)碳含量在0.49% ～2.43%之間，平均為0.91%(圖3)，與沉積相為盆地相的塔東1井、英東2井不同，方1井的S1、S2、HI等熱解參數(shù)與有機(jī)碳含量有較好的對應(yīng)關(guān)系。一方面可能是本層段烴源巖成熟度與東部盆地相區(qū)的相比要低，生烴潛力可能并未耗盡;另一方面可能與高有機(jī)質(zhì)風(fēng)度層段上部的鹽巖建造有關(guān)，其存在不僅有效延緩了有機(jī)質(zhì)的成熟作用，而且也有效阻止了烴類的向上排出。

圖1 塔里木盆地下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組沉積相及井區(qū)分布圖

圖2 和4井地球化學(xué)剖面圖

暗色泥巖型烴源巖有機(jī)碳含量高達(dá)5.52%，以塔東1井、庫南1井和肖爾布拉克剖面為代表。塔東1井玉爾吐斯組有機(jī)碳含量為0.70% ～5.52%，平均為3.47%，其下部的硅質(zhì)泥巖有機(jī)碳含量最高(達(dá)5.52%)，為一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，厚度達(dá)150 m(圖4)。

圖3 方1井綜合地球化學(xué)剖面圖

肖爾布拉克露頭玉爾吐斯組以黑色炭質(zhì)泥巖為主，上部的黑色碳質(zhì)頁巖普遍含粉砂，有機(jī)碳含量在1.87%～3.12%之間，平均為2.42%，屬優(yōu)質(zhì)烴源巖。高豐度烴源巖主要分布于下部層段，厚度6～8 m，碳質(zhì)頁巖有機(jī)碳含量最高達(dá)9.80%(圖5)，多數(shù)在2.0%以上;分析磷礦溝井下2個玉爾吐斯組黑色碳質(zhì)頁巖樣品，有機(jī)碳含量分別高達(dá)13.89%、22.39%(表1)，而經(jīng)風(fēng)化的灰黃色泥巖有機(jī)碳含量僅為1.97%，在礦洞外玉爾吐斯組底部的含磷硅質(zhì)巖中有機(jī)碳含量僅為0.33%，柯坪露頭下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組縱向上有機(jī)碳含量具有下高上低的特征，下部與含磷層伴生的烴源巖具有特高有機(jī)質(zhì)豐度。另外，在磷礦溝—石灰窯剖面，玉爾吐斯組僅見磷礦層，未見碳質(zhì)頁巖，且在周邊揭露到寒武系底的和4井和方1井中，均未見這套黑色泥巖，表明碳質(zhì)頁巖在玉爾吐斯組內(nèi)部的橫向變化較大，連續(xù)性分布并不穩(wěn)定。

圖4 塔東1井綜合地球化學(xué)剖面圖

圖5 肖爾布拉克露頭玉爾吐斯組地球化學(xué)剖面圖

表1 柯坪露頭下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度參數(shù)表

另外沙雅隆起沙西凸起上的星火1井實鉆玉爾吐斯組黑色碳質(zhì)頁巖31 m，有機(jī)碳含量在1.00%～9.43%之間，平均為5.5%。星火1井下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)碳也具有下高上低的特征，與肖爾布拉克地表剖面玉爾吐斯組烴源巖類似(表2)。

表2 星火1井寒武系巖石樣品有機(jī)碳及氯仿瀝青“A”含量表

整個塔里木盆地玉爾吐斯組烴源巖有機(jī)碳含量平均為3.6%，有機(jī)質(zhì)豐度較好，同時盆地東部的有機(jī)碳含量高于盆地西部，其原因可能是因為東部物源較豐富，受到的剝蝕少，埋藏深，生烴時間久。

有機(jī)質(zhì)類型從生物進(jìn)化角度分析，寒武系烴源巖的生烴母質(zhì)比較單一，主要為低等水生生物(藻類及浮游生物)，欠補(bǔ)償盆地沉積相的烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為I型，蒸發(fā)瀉湖相烴源巖生油母質(zhì)主要為鹽藻及球狀甲藻，有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅰ-Ⅱ型。如和4井，方1井主要是Ⅰ-Ⅱ型;同1井主要為Ⅰ型;塔東1井主要為Ⅰ-Ⅱ型;塔東2井主要為Ⅲ型;星火1井主要為Ⅰ-Ⅱ型。

由于寒武系埋藏時間久、深度深，有機(jī)質(zhì)成熟度普遍較高，原始有機(jī)質(zhì)類型已有較大改變。另據(jù)張水昌的研究，寒武系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型多為Ⅱ-Ⅲ型，由于寒武系烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度普遍較高，VRE(等效鏡質(zhì)體反射率)均在1.6%以上，藻類體已不具熒光性，故難以分辨出其原始有機(jī)質(zhì)類型。因此，對于寒武系處于高過成熟演化階段的烴源巖，已經(jīng)不能從現(xiàn)有的有機(jī)質(zhì)判別指標(biāo)進(jìn)行識別，而只能根據(jù)生物演化的進(jìn)程進(jìn)行認(rèn)識?？傮w上來說寒武系東部盆地相的生烴母質(zhì)主要為Ⅰ型干酪根，而西部臺地的蒸發(fā)瀉湖相發(fā)育有Ⅱ型干酪根，以Ⅰ-Ⅱ型為主。

3 有機(jī)質(zhì)成熟度

塔里木盆地寒武系由于埋藏深度大、時間長，盆地?zé)嵫莼潭绕毡檩^高。東部臺盆區(qū)的塔東1井和塔東2井寒武系成熟度最高，均處于過成熟階段，其VRE值分別為2.45% ～2.75%和2.65% ～2.95%;臺盆區(qū)西部的方1井、康2井與和4井成熟度相對較低，相當(dāng)部分仍處于高成熟階段，其VRE值在1.60%～2.00%之間(表4);盆地西緣的柯坪露頭區(qū)阿克蘇肖爾布拉克剖面下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組VRE值在2.63%～2.85% 之間，處于過成熟演化階段。就Ro來看，塔東1井、2井、方1井、和4井VRE值均在2%以上。由于同1井巖芯樣品較少，為了研究鉆井的成熟熱演化，同時考慮到高過成熟下古生界地層有機(jī)質(zhì)中含有重要的鏡狀體有機(jī)顯微組分而幾乎不含鏡質(zhì)體組分，采用巖芯、巖屑較系列取樣的方法，開展有機(jī)顯微組分鏡狀體反射率的測定，推算結(jié)果為1.27%。所以，玉爾吐斯組有機(jī)質(zhì)成熟度已經(jīng)處于高成熟—過成熟階段。

根據(jù)熱演化模擬認(rèn)為，寒武系烴源巖主要生烴期為海西期，主要產(chǎn)物以成熟—高成熟油氣為主，同時從橫向上來看，塔里木盆地寒武系玉爾吐斯組烴源巖成熟度東部高于西部，烴源巖成熟度與埋藏深度有一定關(guān)系。因為寒武世早期全球海平面上升，塔里木盆地經(jīng)歷了一次在前寒武紀(jì)古剝蝕面上填平補(bǔ)齊的沉積過程，東部地勢較低，較早接受沉積，沉積厚度較大，而西部地勢較高，較晚接受沉積，沉積厚度較小，所以導(dǎo)致了成熟度的不均一。

4 結(jié)論

評價烴源巖的指標(biāo)有3個:有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度。對于海相碳酸鹽巖其評價標(biāo)準(zhǔn)尚有爭論，國內(nèi)學(xué)者認(rèn)為有機(jī)碳含量大于1.0%為好烴源巖，有機(jī)碳含量在0.4% ～1.0%之間為中等烴源巖，有機(jī)碳含量小于0.4%為非烴源巖。

塔里木盆地玉爾吐斯組平均厚約20 m，主要位于柯坪、巴楚、塔北和塔東地區(qū)。玉爾吐斯組處于過成熟演化階段，成熟度多達(dá)到高成熟 — 過成熟階段，推測某些層位成熟度會更高，等效鏡質(zhì)組反射率在2.63% ～2.85% 之間，表明在寒武系或之前已經(jīng)有過大量生烴的階段，推測在海西期是生烴時期，主要產(chǎn)物以成熟 — 高成熟油氣為主，有機(jī)碳含量在2%左右，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ-Ⅱ型為主。

總體來看，玉爾吐斯組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)類型較好且成熟度高，是塔里木盆地的重要優(yōu)質(zhì)烴源巖。

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