準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組泥巖與泥質(zhì)白云巖熱模擬產(chǎn)物特征對比

高崗++向?qū)毩?+都鵬燕 馬萬云 陳哲龍 任江玲 柳廣弟

摘要：通過瑪湖凹陷風(fēng)城組湖相泥巖與泥質(zhì)白云巖加水熱模擬試驗(yàn)氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物組成、產(chǎn)率的對比，分析了氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物組成、產(chǎn)率隨模擬溫度的變化特征。結(jié)果表明：熱模擬的烴類氣體相對含量隨模擬溫度升高表現(xiàn)為增加趨勢，而非烴類氣體則降低；氣體組成表現(xiàn)為泥質(zhì)白云巖的CO2含量低于泥巖，其他組分含量則相反；各樣品的氣體產(chǎn)率均隨模擬溫度升高而持續(xù)增加，生油高峰溫度主要在330 ℃～350 ℃之間，這明顯低于干法熱模擬，與實(shí)際地質(zhì)條件下的溫度更接近；烴源巖中含有碳酸鹽對生成石油比天然氣更有利；試驗(yàn)條件下的CO2主要為有機(jī)成因，但也有碳酸鹽的熱分解貢獻(xiàn)。氣態(tài)烴的碳同位素組成總體變化幅度較小，各溫度點(diǎn)均表現(xiàn)為油型氣特征；排出油與殘留油的正構(gòu)烷烴主峰碳數(shù)、相對高碳數(shù)烴的相對含量總體隨模擬溫度升高而降低；各樣品殘留油與排出油的生物標(biāo)志物參數(shù)均有一定變化，在進(jìn)行油源對比時(shí)應(yīng)考慮這種變化的影響。

關(guān)鍵詞：泥質(zhì)白云巖；泥巖；氣態(tài)產(chǎn)物；液態(tài)產(chǎn)物；熱模擬；排出油；風(fēng)城組；瑪湖凹陷

中圖分類號：TE122；P618.130.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

瑪湖凹陷作為準(zhǔn)噶爾盆地的主力生烴凹陷，位于該盆地的西北部，面積約5 000 km2 [12]。凹陷以北為克—百斷裂帶與烏—夏斷裂帶，西南部和東南部分別為中拐凸起與達(dá)巴松凸起，東部由北向南依次為石英灘凸起、英西凹陷、三個泉凸起與夏鹽凸起。凹陷內(nèi)的沉積地層從下到上依次發(fā)育上古生界石炭系、二疊系、中生界三疊系、侏羅系、白堊系和新生界第三系與第四系，其中的二疊系風(fēng)城組為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣油氣的主力烴源巖[35]。風(fēng)城組烴源巖巖性主要有泥巖類和白云巖類，白云巖往往不純，或多或少含有一定量的泥質(zhì)成分；泥巖中也不僅僅含有黏土礦物，還有大量泥質(zhì)級別的石英、長石等礦物成分和有機(jī)質(zhì)。整個風(fēng)城組巖石物性總體比較致密，具有形成致密油氣的基本條件[610]。大量研究表明，風(fēng)城組烴源巖生成的油氣在瑪湖凹陷及其周緣廣泛分布，尤其近年在其凹陷的三疊系百口泉組也發(fā)現(xiàn)了規(guī)模油氣聚集，而且風(fēng)城地區(qū)的風(fēng)城組是目前致密油氣的勘探熱點(diǎn)之一[9，1112]。作為風(fēng)城組兩種重要巖性的白云巖和泥巖類，其沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)類型、成烴特征等都應(yīng)該存在一定差別。根據(jù)已有研究，瑪湖凹陷內(nèi)風(fēng)城組的白云巖和泥巖類在平面上的主體分布區(qū)域有差別[9]，這種差別可能導(dǎo)致區(qū)域上原油生物標(biāo)志物組成特征、原油性質(zhì)的差異。那么，白云巖和泥巖類在埋藏演化過程中的成烴特征和生物標(biāo)志物組成有無差異？由于鉆井烴源巖分析測試資料并不系統(tǒng)，巖性變化大，難以再現(xiàn)相同巖性源巖連續(xù)的演化序列，因而難以完整地進(jìn)行不同巖性源巖成烴演化特征等方面的對比研究。為此，本文選取風(fēng)城組泥質(zhì)白云巖和泥巖進(jìn)行密閉容器的加水熱模擬試驗(yàn)，利用氣態(tài)、液態(tài)產(chǎn)物等信息，對比兩種不同巖性的油氣生成特征。

1樣品與試驗(yàn)方法

由于凹陷內(nèi)的風(fēng)城組埋深大，目前還沒有鉆井鉆遇，所以模擬樣品分別選取風(fēng)南7井風(fēng)城組的灰色泥質(zhì)白云巖與夏76井風(fēng)城組的灰色泥巖巖芯（圖1、表1），

其鏡質(zhì)體反射率（Ro）分別為0.74%和0.65%，主要處于成熟早期—低成熟晚期階段。泥質(zhì)白云巖具有較高的硫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）（441%），總有機(jī)碳（TOC）為071%，殘留烴量（S1）、熱解烴量（S2）和生烴潛量（S1+S2）分別為379×10-3、1.18×10-3和4.97×10-3，熱解峰溫（Tmax）為401 ℃，氫指數(shù)（HI）為166.2×10-3。泥巖的硫含量相對較低（0.87%），TOC值為0.9%，殘留烴量、熱解烴量和生烴潛量分別為4.18×10-3、3.45×10-3和7.63×10-3，熱解峰溫為427 ℃，氫指數(shù)為385.5×10-3。如果同時(shí)考慮氫指數(shù)和烴指數(shù)，則泥質(zhì)白云巖和泥巖的生烴潛力非常

烴源巖氯仿抽提物中均有較高的飽和烴含量，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較低，其中泥質(zhì)白云巖的飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量分別為86.1%、107%、1.6%和16%，泥巖分別為69.6%、19.9%、21%和8.4%。飽和烴中正構(gòu)烷烴分布完整，中低碳數(shù)異構(gòu)烷烴也有較高含量（圖2、表2）。泥質(zhì)白云巖和泥巖的姥植比（Pr/Ph）分別為0.62和0.50，均顯示還原的母質(zhì)沉積環(huán)境。一定的伽馬蠟烷含量表明母質(zhì)形成于一定鹽度的水體中，泥質(zhì)白云巖和泥巖的伽馬蠟烷/C30藿烷值分別為029、016，預(yù)示了泥質(zhì)白云巖形成于鹽度相對較高的水體中。泥質(zhì)白云巖、泥巖的正構(gòu)烷烴奇偶優(yōu)勢比（OEP）和碳優(yōu)勢指數(shù)（CPI）都在1.0左右，20S/（20R+20S）C29甾烷值和ββ/（αα+ββ）C29甾烷值顯示泥質(zhì)白云巖的母質(zhì)成熟度高于泥巖。泥質(zhì)白云巖的熱解峰值（401 ℃）較低，主要與含白云石有關(guān)。

Pr代表姥鮫烷；Ph代表植烷；C20代表碳數(shù)為20的正構(gòu)烷烴；TT代表三環(huán)萜烷；H代表藿烷；M代表莫烷；C27、C28與C29分別為ααα20RC27、C28、C29正規(guī)甾烷

采用密閉金屬容器的加水熱模擬方法進(jìn)行烴源巖生烴模擬試驗(yàn)。選取310 ℃、330 ℃、350 ℃、370 ℃共4個溫度點(diǎn)，模擬時(shí)間為24 h。熱模擬前將巖芯樣品粉碎至小于1 mm粒徑的巖石粉末，混合均勻，分成四等份，分別進(jìn)行4個溫度點(diǎn)的熱模擬試驗(yàn)。具體試驗(yàn)過程見文獻(xiàn)[13]。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

通過熱模擬試驗(yàn)主要獲得氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物兩部分，其中的氣態(tài)產(chǎn)物包括烴類和非烴類。對氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行氣相色譜分析，獲得氣態(tài)產(chǎn)物組分的體積分?jǐn)?shù)，對主要烴類組分和CO2進(jìn)行碳同位素組成分析。根據(jù)收集的氣態(tài)、液態(tài)產(chǎn)物與樣品原始有機(jī)碳含量，計(jì)算了不同樣品在不同模擬溫度下的氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率（mL·g-1）和液態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率（10-3），根據(jù)氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率和氣體組成數(shù)據(jù)計(jì)算了烴類氣體的產(chǎn)率（mL·g-1）。

2.1氣態(tài)產(chǎn)物組成特征

熱模擬氣態(tài)產(chǎn)物由烴和非烴類氣體組成，其中非烴氣體組分主要有CO2、H2、N2，還有部分O2；烴類氣體包括飽和烴和烯烴類，以飽和烴為主，烯烴體積分?jǐn)?shù)相對較低（表3）。自然界天然氣中幾乎全為飽和烴，模擬條件下的烯烴存在表明自然系統(tǒng)與試驗(yàn)系統(tǒng)生烴機(jī)理存在一定差異[14]。從氣體組分來看，隨著模擬溫度升高，烴類氣體和H2體積分?jǐn)?shù)主要為增加趨勢，但非烴中的CO2、O2、N2體積分?jǐn)?shù)主要隨溫度升高而降低（表3）。這種成分體積分?jǐn)?shù)的變化表明，溫度升高利于氣態(tài)烴類的形成，非烴氣相主要在有機(jī)質(zhì)演化的早中期形成。不同模擬溫度下，泥質(zhì)白云巖的烴類氣體組分、O2、N2與H2體積分?jǐn)?shù)總體均高于泥巖，只有CO2體積分?jǐn)?shù)總體低于泥巖。自然界天然氣中H2體積分?jǐn)?shù)普遍很低，模擬條件下生成相對較多的H2預(yù)示了地下有機(jī)質(zhì)在演化過程中應(yīng)該也有H2的生成，只不過由于其強(qiáng)烈的化學(xué)活性和擴(kuò)散作用，難以有效保存。CO2的形成對于地層中酸性成巖環(huán)境的形成有重要作用，這對于次生溶蝕孔隙的形成極為有利，另外由于CO2極易與環(huán)境發(fā)生各種化學(xué)作用，在實(shí)際氣藏中往往含量較低。相同溫度下泥質(zhì)白云巖的N2體積分?jǐn)?shù)明顯高于泥巖，而實(shí)際氣藏中的N2體積分?jǐn)?shù)