論油氣地表化探烯烴異常成因機(jī)制及其意義:以塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷米斯布拉克地區(qū)為例

林玉祥,朱傳真,趙承錦,吳玉琛,宋喜林,米曉利,張 崗

(1.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266590;2.中國(guó)石油 東方地球物理公司 綜合物化探處,河北 涿州,072750)

0 引 言

庫(kù)車(chē)坳陷是塔里木盆地北部的一個(gè)中、新生代坳陷,也是目前塔里木盆地油氣勘探的主要區(qū)域[1–3]。庫(kù)車(chē)坳陷包括北部單斜帶、克拉蘇-依奇克里克構(gòu)造帶、拜城-陽(yáng)霞凹陷、秋里塔克構(gòu)造帶和南部斜坡帶,面積 26350 km2,勘探主要目的層為新近系、古近系、白堊系及侏羅系。目前已在克拉蘇-依奇克里克構(gòu)造帶和秋里塔克構(gòu)造帶先后發(fā)現(xiàn)了克拉2氣藏、依南2氣藏、大北1氣藏、大宛齊油藏和迪那2氣藏[4–5],油氣資源豐富。米斯布拉克地區(qū)位于庫(kù)車(chē)坳陷北部單斜帶(圖1)。本區(qū)1999～2001年部署過(guò)電磁陣列剖面(CEMP)、重磁及二維地震勘探。但由于本區(qū)地形復(fù)雜、地表巖性結(jié)構(gòu)多變,地震資料品質(zhì)較差,區(qū)帶結(jié)構(gòu)不清,構(gòu)造不落實(shí),地下油氣分布情況不甚明了。為了進(jìn)一步了解該區(qū)含油氣特征,在該區(qū)進(jìn)行了化探工作,取得了較好的效果。

在該地區(qū)地表化探熱釋烴和游離烴中發(fā)現(xiàn)了高強(qiáng)度烯烴異常,此現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)外地表油氣化探中極為罕見(jiàn)。根據(jù)前人對(duì)烯烴物理化學(xué)性質(zhì)的研究[6–7],烯烴中 C＝C由一個(gè) σ鍵和一個(gè) π鍵組成,由于 π鍵的不穩(wěn)定性,烯烴化學(xué)性質(zhì)活潑,易發(fā)生加氫反應(yīng)而形成飽和碳鏈有機(jī)物。因此,經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的地質(zhì)作用,在地表不易形成高強(qiáng)度的烯烴異常。本文從米斯布拉克地區(qū)烯烴異常的分布特征出發(fā),結(jié)合油氣地質(zhì)條件,分析高豐度烯烴來(lái)源及其異常成因機(jī)制,指出地表高強(qiáng)度烯烴異常的形成是深部有機(jī)質(zhì)熱演化及油氣輸導(dǎo)體系的地表響應(yīng),并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了烯烴異常形成的地質(zhì)模式及其控制要素,對(duì)研究烴類(lèi)氣體來(lái)源及預(yù)測(cè)油氣勘探有利區(qū)具有重要的指導(dǎo)意義。

圖1 庫(kù)車(chē)坳陷米斯布拉克地區(qū)化探工區(qū)位置Fig.1 The map of the Meath Braque,Kuqa Depression showing the geochemical exploration working area

1 烯烴豐度特征及來(lái)源分析

1.1 化探工作概況及烯烴豐度特征

為了進(jìn)一步了解庫(kù)車(chē)坳陷北部油氣資源分布,對(duì)米斯布拉克地區(qū)進(jìn)行了化探工作,化探工區(qū)面積約620 km2(圖1),按500 m × 500 m測(cè)網(wǎng)布設(shè)采樣點(diǎn),在米斯布拉克油苗區(qū)加密,按250 m × 250 m測(cè)網(wǎng)布設(shè)采樣點(diǎn),共采集地表土壤樣品2642個(gè),全部進(jìn)行了熱釋烴分析。

熱釋烴分析方法為將野外采集的樣品晾干,手工碎樣,取過(guò)篩(0.176 mm孔徑)后樣品10.0 g于熱釋管內(nèi),真空抽氣密封后,置于熱釋爐中,100～220 ℃加熱,保持至少45 min后,注入氫氧化鈉溶液去除CO2,最后用玻璃注射器抽取氣體送入氣相色譜儀對(duì)各烴類(lèi)氣體進(jìn)行測(cè)定,可識(shí)別出甲烷等氣態(tài)烴組成(圖 2)。檢測(cè)限為φ(i)≤0.05 × 10–9,測(cè)定范圍φ(i)≥0.5 × 10–9。

圖2 熱釋烴氣相色譜圖Fig.2 A chromatogram of thermal released hydrocarbons

從熱釋烴各烴類(lèi)組分含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看(表1),與國(guó)內(nèi)其他化探工區(qū)地球化學(xué)場(chǎng)相比,甲烷等烷烴指標(biāo)豐度偏低,而烯烴含量卻異常高。熱釋烴乙烯平均含量達(dá) 2.77×10–9,丙烯平均含量達(dá)5.11×10–9。另外,本區(qū)游離烴乙烯平均含量達(dá)8.59×10–9,丙烯平均含量達(dá) 2.75×10–9,與我國(guó)部分化探工區(qū)相比(表2),該區(qū)游離烴烯烴豐度明顯高出了蘇北潘莊、二連準(zhǔn)鵬、青海木里、松遼南部的游離烴烯烴及四川新場(chǎng)和鄂爾多斯含量與游離烴指標(biāo)相關(guān)的物理吸附烯烴豐度[8–12],說(shuō)明該區(qū)油氣中烯烴含量豐富。

表1 庫(kù)車(chē)坳陷米斯布拉克地區(qū)化探熱釋烴和游離烴指標(biāo)豐度特征Table 1 Characteristics of geochemical exploration indices for thermal released hydrocarbons and free hydrocarbons in the Meath Braque,Kuqa Depression

表2 我國(guó)部分化探工區(qū)烯烴豐度特征對(duì)比Table 2 Comparison of olefin abundance in some geological prospecting areas in China

1.2 烯烴來(lái)源分析

烯烴主要存在兩種來(lái)源: 一是來(lái)自淺層或地表的生物化學(xué)作用;二是來(lái)源于有機(jī)質(zhì)在高過(guò)成熟階段的熱裂解作用[13]。從該區(qū)的烴源巖演化特征來(lái)看,三疊系和侏羅系烴源巖都已達(dá)高過(guò)成熟演化階段。庫(kù)車(chē)坳陷的天然氣樣品中大部分甲烷含量較高,研究區(qū)南部克拉 2氣藏甲烷含量高,達(dá) 94.36%～98.63%,C2+氣態(tài)烴含量 0～0.85%,屬高-過(guò)成熟天然氣[14]。一般 C1/(C2+C3)在 0～50之間為深部成因氣,該比值大于1000則完全反映地表生物成因特征[15]。米斯布拉克地區(qū)熱釋烴和游離烴指標(biāo)該比值分別為8.21和18.31,表明近地表檢測(cè)的熱釋烴和游離烴與地下熱演化成因的油氣有關(guān),基本沒(méi)有淺層或地表生物化學(xué)作用的影響。熱釋烴組分中烯烴含量(36.21%)與湖南南嶺魏家熱液成因且成礦過(guò)程中含有機(jī)質(zhì)參與的鎢礦上方土壤烴類(lèi)指標(biāo)中烯烴含量(35.73%)相當(dāng)[16],說(shuō)明在該區(qū)烯烴指標(biāo)在一定程度上反映了地下有機(jī)質(zhì)熱裂解特征,與國(guó)內(nèi)其他學(xué)者研究成果相符[14,17–19]。且在鄰近研究區(qū)南部的克拉202井和克拉 1井白堊系產(chǎn)層天然氣中檢測(cè)到有明顯含量的C2～C4烯烴(圖3),克拉202井在埋深4000多m處由微生物作用生成烯烴的可能性不大,可以推斷,這些烯烴主要是由有機(jī)質(zhì)高溫裂解生成[14],而后通過(guò)運(yùn)移至地表形成了烯烴的高強(qiáng)度異常。

圖3 庫(kù)車(chē)坳陷克拉1井和克拉202井天然氣色譜圖Fig.3 Gas chromatograms of the natural gases from Kela-1 well and Kela-202 well in the Kuqa Depression

2 烯烴異常分布特征及其主控因素

2.1 烯烴異常分布特征

熱釋烴烯烴含量在滿族塔木-卡列馬-黑英山鄉(xiāng)-博孜一線最高,可達(dá)11×10–9以上;沙拉依塔木-米2井區(qū)-米斯布拉克-黑英 1井區(qū)一線含量中等,多在5×10–9～10×10–9之間,卡路康下-巴什 2 井區(qū)含量最低,多小于 5×10–9。熱釋烴烯烴趨勢(shì)剩余異常下限為 1.49×10–9,全區(qū)共有 764個(gè)異常點(diǎn),異常率為28.9%(圖 4)。異常多分布在東部、北部和中南部地區(qū),西部零星分布高強(qiáng)度異常,東部和北部異常強(qiáng)度較大,中南部地區(qū)異常強(qiáng)度較小。工區(qū)西部異常主要分布黑英1井區(qū)、米斯布拉克、卡路康下和米2井區(qū),其中黑英 1井區(qū)、米斯布拉克異常強(qiáng)度大,異常襯度高,但異常面積較小;卡路康下和米2井區(qū)地區(qū)異常強(qiáng)度較小,襯度較低,面積中等;工區(qū)東部異常主要分布在博孜以東和黑英山地區(qū),異常強(qiáng)度大,襯度高,面積較大;工區(qū)北部異常主要分布在沙拉依塔木、卡列馬和滿族塔木地區(qū),異常強(qiáng)度大,襯度高,面積較大。異常總體上呈環(huán)狀展布。

2.2 烯烴異常分布控制因素

從地球化學(xué)場(chǎng)特征來(lái)看,熱釋烴烯烴為非均勻場(chǎng)。米斯布拉克地區(qū)烯烴異常分布主要受地表覆蓋條件和地下地質(zhì)條件的影響。地表覆蓋條件是影響地表化探異常的形成和應(yīng)用效果的重要因素。在米斯布拉克地區(qū),地表覆蓋條件主要包括地形地貌、土壤粒度和顏色等。該區(qū)主要存在農(nóng)田、山地、戈壁、河谷和沼澤等5種不同的地貌景觀。在不同的地貌景觀區(qū)烯烴含量是不同的,沼澤區(qū)熱釋烴烯烴含量最高,達(dá)39.95×10–9,并按沼澤、農(nóng)田、河谷、戈壁、山地的順序其含量依次降低。且該區(qū)土壤樣品中98%為砂土和亞砂土,統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明砂土中熱釋烴烯烴含量略大于亞砂土,粒徑對(duì)熱釋烴含量的影響不明顯。

該區(qū)地下地質(zhì)條件對(duì)烯烴異常形成的影響因素主要包括烴源巖分布及演化、油氣藏類(lèi)型和上覆蓋層條件。其中上覆蓋層條件對(duì)地表烯烴異常特征起著決定性的控制作用,尤其是輸導(dǎo)斷裂系統(tǒng)和遮擋層的各種配置關(guān)系影響最大。該區(qū)三疊系烴源巖和侏羅系烴源巖在全區(qū)均有分布,在庫(kù)車(chē)期受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響,地層快速沉降,烴源巖皆已達(dá)到熱裂解生干氣的高-過(guò)成熟演化階段,油氣源充足。且該區(qū)發(fā)育有新近系吉迪克組膏泥巖區(qū)域性蓋層,地下油氣保存條件較好,烯烴異常的分布主要受連接烴源至地表的斷裂與裂縫等運(yùn)移通道的控制。在工區(qū)西南部黑英1井區(qū)-米斯布拉克-卡路康下一線,地層受后期構(gòu)造擠壓作用,地層抬升,烴源巖埋藏較淺(在黑英1井區(qū)出露地表),直接造成了烴類(lèi)的快速逸散,在地表熱釋烴烯烴表現(xiàn)為高背景值。工區(qū)東部和北部異常主要分布在博孜以東-黑英山鄉(xiāng)一線和沙拉依塔木-卡列馬-滿族塔木地區(qū),異常強(qiáng)度較大,襯度高。該區(qū)域斷裂發(fā)育密集,斷面傾角較大,封閉性較差,熱釋烴烯烴異常的分布主要受斷裂運(yùn)移通道的控制(圖5)。在斷層上方,烯烴呈現(xiàn)明顯的高值,總體上烯烴異常高值區(qū)與斷層位置匹配性好,體現(xiàn)出烯烴沿?cái)嗔堰\(yùn)移的特征。

圖4 庫(kù)車(chē)坳陷米斯布拉克地區(qū)熱釋烴烯烴趨勢(shì)剩余異常異常Fig.4 The map showing olefin trend remaining anomaly of thermal released hydrocarbons in the Meath Braque,Kuqa Depression

3 烯烴異常成因分析

3.1 烴源巖及其演化特征

原始有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)成巖作用形成干酪根以后,在門(mén)限深度以下可形成天然氣。其生氣機(jī)理主要包括生物化學(xué)作用、熱降解作用、熱裂解作用和無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)[20]。相比之下,有機(jī)質(zhì)熱裂解作用是該區(qū)高強(qiáng)度烯烴的主要來(lái)源。不同類(lèi)型的干酪根生氣能力不同,Ⅰ型和Ⅱ型干酪根以生油為主,也可以生成一部分天然氣;而Ⅲ型干酪根則以生氣為主,生油量有限[21]。

庫(kù)車(chē)坳陷三疊系和侏羅系烴源巖沉積中心都處在北部單斜帶,根據(jù)該區(qū)黑英 1井鉆井結(jié)果,米斯布拉克地區(qū)烴源巖主要包括三疊系俄霍布拉克組(T1e)、克拉瑪依組(T2+3k)和黃山街組(T3h)的淺湖相-深湖相暗色泥巖以及中、下侏羅統(tǒng)陽(yáng)霞組(J1y)、克孜勒努爾組(J2z)和恰克馬克組(J2q)的湖沼相煤巖、碳質(zhì)泥巖[14,22]。三疊系烴源巖除黃山街組以Ⅲ型干酪根為主外,其他以Ⅱ2型和Ⅱ1型為主,三疊系烴源巖TOC值大多在0.80%左右,主要生油期為白堊紀(jì)-古近紀(jì),此時(shí)其成熟度為1.0%～2.2%,12 Ma開(kāi)始大量生氣,生氣強(qiáng)度達(dá)1000×106m3/km2;侏羅系烴源巖總體以Ⅲ型為主,有機(jī)碳含量在 1.00%～3.88%之間,其成熟期稍晚,中新統(tǒng)吉迪克組沉積期(23 Ma)到上新統(tǒng)庫(kù)車(chē)組沉積期(5 Ma)為其大量生烴階段,Ro值在 0.8%～1.2%范圍內(nèi)[17–18]。庫(kù)車(chē)組沉積期(5 Ma)后三疊系烴源巖與侏羅系烴源巖均達(dá)到生氣高峰期,成熟度分別達(dá) 1.8%～3.0%和 1.5%～2.6%,此時(shí)Ro值大于2.0%的過(guò)成熟區(qū)范圍增大,有機(jī)質(zhì)以熱裂解生干氣為主,生氣強(qiáng)度在3000×106m3/km2以上[18,23],加之有機(jī)質(zhì)類(lèi)型偏差,生氣母質(zhì) H/C原子比較小,為烯烴的生成創(chuàng)造了條件。

圖5 庫(kù)車(chē)坳陷米斯布拉克地區(qū)熱釋烴烯烴異常剖面圖(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.5 Cross section of the working area showing the olefin anomaly in the Meath Braque,Kuqa Depression(cross section position is shown in Fig.1)

3.2 沉積埋藏史特征

庫(kù)車(chē)坳陷的發(fā)育受南天山造山作用和復(fù)活造山施加的垂向負(fù)荷作用控制,發(fā)生了多階段沉降。中、新生代演化時(shí)期,庫(kù)車(chē)坳陷除了在晚白堊世整體抬升外,其他時(shí)期都表現(xiàn)為整體沉降[24]。三疊紀(jì)由于塔里木板塊和伊犁-中天山板塊的相互碰撞,發(fā)生陸內(nèi)俯沖、造山帶構(gòu)造負(fù)荷,造成了沉降速率的加快。侏羅紀(jì)沉降速率整體較緩慢。至侏羅紀(jì)末由于拉薩地體的拼貼作用,早白堊世沉降速率又加快,晚白堊世整體抬升,導(dǎo)致庫(kù)車(chē)坳陷缺失上白堊統(tǒng)地層。古近紀(jì)開(kāi)始,庫(kù)車(chē)前陸盆地又發(fā)生緩慢沉降,沉降速率在沉降中心大宛齊-東秋 5井-陽(yáng)霞凹陷一帶較大,向北和向南沉降速率變小。新近紀(jì)由于印度板塊與歐亞板塊碰撞造成的遠(yuǎn)距離擠壓效應(yīng),沉降速率逐漸加快,并在庫(kù)車(chē)期沉降速率達(dá)到最大。這種地層沉降規(guī)律使得庫(kù)車(chē)坳陷地層溫度的升高具有“先緩后快”的特點(diǎn)[23](圖 6),在庫(kù)車(chē)期庫(kù)車(chē)坳陷經(jīng)歷了快速沉降、深埋,地層溫度快速升高,使得三疊系和侏羅系烴源巖快速進(jìn)入生干氣階段,為烴源巖有機(jī)質(zhì)裂解生成烯烴提供了溫度條件。

3.3 異常壓力演化特征

烯烴生成后在一定的輸導(dǎo)動(dòng)力作用下迅速排出烴源巖運(yùn)移至地表,才會(huì)形成高強(qiáng)度烯烴異常。庫(kù)車(chē)坳陷地層從侏羅系到新近系普遍發(fā)育異常高壓,且超壓中心多集中在北部地區(qū)。相比之下,同樣不受地表生化作用影響的二連盆地準(zhǔn)棚地區(qū)(表 2)壓力體系以較低的高壓為主,整體上油氣垂向運(yùn)移動(dòng)力不強(qiáng)[25],從而造成了兩地烯烴豐度的差異,同時(shí)也說(shuō)明了異常高壓對(duì)烯烴強(qiáng)異常形成的重要性。

庫(kù)車(chē)坳陷異常高壓的形成主要受控于欠壓實(shí)、下部高壓流體的充注和構(gòu)造擠壓等作用[26–27]。在中新統(tǒng)吉迪克組沉積以來(lái)侏羅系過(guò)剩壓力始終大于上覆地層的過(guò)剩壓力(圖6),使得侏羅系烴源巖生成的烴類(lèi)可以持續(xù)向上覆地層中充注。

侏羅系底部上新世末開(kāi)始存在由于天然氣生成而導(dǎo)致的超壓,超壓中心位于克拉蘇構(gòu)造帶南部和依奇克里克周?chē)?壓力系數(shù)約為 1.5～1.6,米斯布拉克地區(qū)壓力系數(shù)在 1.4左右,現(xiàn)今超壓分布沒(méi)有明顯的變化,壓力系數(shù)增大到1.8左右。

由于白堊系底部砂巖較發(fā)育,超壓不易形成。古近紀(jì)至新近紀(jì)末,白堊系底部基本為常壓;現(xiàn)今,由于構(gòu)造擠壓出現(xiàn)超壓,超壓集中在克拉蘇-依奇克里克構(gòu)造帶,超壓中心位于吐北2、克拉2和東秋5附近,壓力系數(shù)在2.0以上,米斯布拉克地區(qū)白堊系壓力系數(shù)略小于侏羅系壓力系數(shù)。

圖6 庫(kù)車(chē)坳陷北部三疊系-下白堊統(tǒng)剩余壓力和地溫演化史Fig.6 The evolution history of excess pressure and formation temperature for Triassic-lower Cretaceous in the northern Kuqa Depression

古近系底部在古近紀(jì)末由于不均衡壓實(shí)出現(xiàn)超壓,超壓分布在拜城凹陷周?chē)?超壓中心在大宛齊附近,新近紀(jì)末由于構(gòu)造擠壓作用超壓分布發(fā)生明顯變化,出現(xiàn)兩個(gè)超壓中心,吐北 1井超壓中心壓力系數(shù)達(dá)1.7,東秋5井超壓中心壓力系數(shù)達(dá)1.8;現(xiàn)今超壓中心分布在克拉蘇-依奇克里克構(gòu)造帶,克拉2井、東秋里塔格東部壓力系數(shù)高達(dá)2.0,吐北2井附近壓力系數(shù)為1.8。

新近系底部,在新近紀(jì)末期出現(xiàn)明顯超壓,超壓中心為庫(kù)車(chē)坳陷中南部提爾根地區(qū),在南部英買(mǎi)7井、北部克拉 2井及其西南和克孜 1井周?chē)鷫毫ο禂?shù)達(dá)1.8以上,現(xiàn)今隨著地層抬升剝蝕,超壓基本消失。

異常高壓的發(fā)育為烯烴快速運(yùn)移到地表提供了動(dòng)力條件,雖然現(xiàn)今地層壓力有所降低,烯烴從烴源巖層向地表的運(yùn)移速率有所減小,但溫度的升高使烴源巖有機(jī)質(zhì)裂解速率加快,烯烴的生成速率加大,烯烴量的增多彌補(bǔ)了運(yùn)移速度變慢的不足,烯烴仍可運(yùn)移至地表形成高強(qiáng)度烯烴異常。

3.4 斷裂輸導(dǎo)空間發(fā)育特征

作為油氣垂向運(yùn)移的主要通道,斷裂體系對(duì)油氣的輸導(dǎo)具有雙重性: 既可以作為油氣的輸導(dǎo)通道,也可以對(duì)油氣起封堵作用,這主要取決于斷層的封閉性。庫(kù)車(chē)坳陷主要發(fā)育大量 NEE向的逆掩斷裂,對(duì)于逆斷層來(lái)說(shuō)通常會(huì)形成斷層面壓力封閉及泥巖涂抹封閉而對(duì)油氣失去輸導(dǎo)空間作用,但許多學(xué)者認(rèn)為斷裂形成和活動(dòng)時(shí)期是逆掩斷層主要開(kāi)啟時(shí)期,逆掩斷層活動(dòng)過(guò)程中形成的斷面裂縫是油氣垂向運(yùn)移和超壓釋放的主要通道。所以米斯布拉克地區(qū)斷層的輸導(dǎo)性能取決于斷裂活動(dòng)時(shí)期和烴源巖排烴期匹配關(guān)系的好壞[28–29]。

米斯布拉克地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,主要發(fā)育了三排逆沖斷裂帶。工區(qū)逆掩斷層具有多期活動(dòng)性特點(diǎn),但主要活動(dòng)期為庫(kù)車(chē)末期-西域期,此時(shí)氣源巖處于生排氣高峰期,斷層的發(fā)育為烴類(lèi)從烴源巖層的及時(shí)排出提供了良好的通道。從烯烴異常剖面圖中可以看出(圖5),整體上烯烴異常高值區(qū)與斷裂發(fā)育位置匹配性好,斷裂為烯烴的迅速排出提供了優(yōu)良的輸導(dǎo)通道體系;在南部地區(qū)烴源巖埋深比北部地區(qū)大,烴源巖裂解速率快、生成的烯烴量多,但由于北部地區(qū)斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈,而南部地區(qū)近地表斷裂稀少,烯烴異常主要分布在北部地區(qū),這體現(xiàn)出斷裂及其裂縫輸導(dǎo)空間對(duì)地表烯烴強(qiáng)異常形成具有重要的控制作用。

綜上所述,庫(kù)車(chē)坳陷米斯布拉克地區(qū)烴源巖演化程度、地層沉降特征、輸導(dǎo)動(dòng)力及輸導(dǎo)空間發(fā)育特征等因素都對(duì)烯烴異常的形成起到一定的控制作用。庫(kù)車(chē)期及其以后,庫(kù)車(chē)坳陷快速沉降、埋藏,地層溫度迅速升高,使得三疊系和侏羅系源巖快速進(jìn)入高溫裂解生干氣階段,生成大量烯烴,生成的烯烴在異常壓力的作用下,通過(guò)斷裂的輸導(dǎo)快速運(yùn)移至地表,從而形成了該區(qū)高強(qiáng)度烯烴異常。

4 烯烴成因模式

前述分析認(rèn)為有機(jī)質(zhì)熱裂解作用是本區(qū)烯烴形成的主要成因。通常情況下飽和碳鏈有機(jī)物在裂解過(guò)程中有一分子烷烴生成就會(huì)有一分子烯烴生成,但烯烴具有不穩(wěn)定性,通常與周?chē)臍湓臃磻?yīng)生成飽和烴。在這一演化過(guò)程中,隨溫度升高,干酪根的環(huán)化作用和芳構(gòu)化作用提供了氫的來(lái)源[30]。烯烴等不飽和烴的存在說(shuō)明烴源巖有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程中,加氫反應(yīng)進(jìn)行的不夠完全或氫來(lái)源匱乏,可以將干酪根中的有機(jī)分子分為 3類(lèi): 鏈烷結(jié)構(gòu)分子、環(huán)烷結(jié)構(gòu)分子和芳環(huán)結(jié)構(gòu)分子,烯烴的來(lái)源也可相應(yīng)地分為3類(lèi)(圖7)。

不同類(lèi)型的干酪根,演化過(guò)程中氫的來(lái)源多少也不相同,Ⅰ型干酪根在結(jié)構(gòu)上以含脂肪族直鏈結(jié)構(gòu)為主,多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)及含氧官能團(tuán)很少,原始結(jié)構(gòu)環(huán)化和芳構(gòu)化程度低,裂解過(guò)程中氫來(lái)源較豐富;Ⅱ型干酪根在結(jié)構(gòu)上屬高度飽和的多環(huán)碳骨架,富含中等長(zhǎng)度直鏈結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu),也含多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)及雜原子官能團(tuán),原始結(jié)構(gòu)環(huán)化和芳構(gòu)化程度中等,裂解過(guò)程中氫的來(lái)源中等;Ⅲ型干酪根在結(jié)構(gòu)上以含多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)及含氧官能團(tuán)為主,脂肪鏈狀結(jié)構(gòu)很少,且多連接在多環(huán)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上,原始結(jié)構(gòu)環(huán)化和芳構(gòu)化程度較高,穩(wěn)定性高,裂解過(guò)程中氫的來(lái)源較匱乏。

干酪根成熟度的不同也會(huì)對(duì)氫來(lái)源產(chǎn)生影響,根據(jù)前人對(duì)干酪根芳碳率的研究[31–33],干酪根在成熟過(guò)程中,脂構(gòu)部分不斷分解而生成油氣,芳構(gòu)部分縮合脫氫,而絕大部分的芳構(gòu)碳仍殘留在不溶有機(jī)質(zhì)中。因此干酪根的芳碳率及芳構(gòu)部分縮合程度會(huì)隨著演化加深而增高,氫的來(lái)源會(huì)隨之減少。所以干酪根成熟度越高,氫的來(lái)源就越少。

對(duì)高過(guò)成熟度的Ⅱ型干酪根和Ⅲ型干酪根來(lái)說(shuō),氫的來(lái)源更為匱乏,有機(jī)質(zhì)裂解初期會(huì)有氫的參與生成飽和烴,但隨著反應(yīng)的進(jìn)行氫來(lái)源越來(lái)越少,有機(jī)質(zhì)就會(huì)在缺少氫的環(huán)境下裂解生成烯烴等不飽和烴。所以有機(jī)質(zhì)裂解多以下列方式進(jìn)行(以鏈烷結(jié)構(gòu)分子裂解為例):

通過(guò)以上分析,米斯布拉克地區(qū)烴源巖以Ⅱ型和Ⅲ型干酪根為主,結(jié)構(gòu)上富含短直鏈結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)分子,且演化程度都已達(dá)高過(guò)成熟階段,因此認(rèn)為該區(qū)烯烴主要來(lái)源于烷烴分子的裂解和環(huán)烷分子的解環(huán)過(guò)程。

5 高強(qiáng)度烯烴異常的地球化學(xué)意義

由于烯烴的化學(xué)活潑性,它會(huì)慢慢和其他含氫物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而形成穩(wěn)定碳鏈結(jié)構(gòu)有機(jī)物,所以生成的烯烴必須在較大的輸導(dǎo)動(dòng)力作用下通過(guò)優(yōu)良的輸導(dǎo)通道,快速排出烴源巖和運(yùn)移至地表,才會(huì)在地表形成高強(qiáng)度烯烴異常。同時(shí),高強(qiáng)度烯烴異常的存在也說(shuō)明該區(qū)烴源巖現(xiàn)今仍處于熱裂解生烴作用階段,烯烴正在生成并快速向地表運(yùn)移。

圖7 烯烴來(lái)源反應(yīng)示例圖Fig.7 Schematic diagram of olefin formation reactions

綜合考慮烴源巖有機(jī)質(zhì)裂解生成烯烴的溫度條件及烯烴從烴源向地表運(yùn)移的輸導(dǎo)動(dòng)力和輸導(dǎo)空間條件,地表高強(qiáng)度烯烴異常的形成須滿足3個(gè)條件:(1) 有機(jī)質(zhì)熱裂解生成烯烴需要高溫的存在,因此在區(qū)域沉積演化過(guò)程中烴源巖埋深需要達(dá)到一定深度并進(jìn)入高過(guò)成熟演化階段;(2) 烯烴向地表運(yùn)移需要良好的運(yùn)移通道,因此在區(qū)域構(gòu)造演化過(guò)程中,需要較為發(fā)育的、溝通烴源與地表介質(zhì)的斷裂及裂縫系統(tǒng),只有這些較大的輸導(dǎo)空間才可成為油氣快速運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道,使生成的烯烴及時(shí)運(yùn)移至地表介質(zhì);(3) 烯烴從烴源巖快速運(yùn)移至地表需要足夠的垂向運(yùn)移動(dòng)力,因此在區(qū)域沉積、構(gòu)造演化過(guò)程中也需有異常高壓形成的條件,且異常高壓存在的時(shí)間與烴源巖排烴期匹配較好,從而為烯烴快速排出烴源巖、運(yùn)移至地表提供輸導(dǎo)動(dòng)力。

6 結(jié) 論

(1) 米斯布拉克地區(qū)熱釋烴乙烯平均含量達(dá)2.77×10–9,丙烯平均含量達(dá) 5.11×10–9。烯烴豐度明顯高于國(guó)內(nèi)其他地區(qū)。熱釋烴烯烴異常主要分布在研究區(qū)東部、北部和中南部,東部和北部為高背景值上的強(qiáng)異常,中南部為低背景值上的弱異常,異常總體上呈半環(huán)狀,異常區(qū)域與地下斷裂位置匹配性好,體現(xiàn)出烯烴沿?cái)嗔堰\(yùn)移的總體特征。

(2) 烯烴來(lái)源分析表明,該區(qū)烯烴異常在一定程度上反映了地下有機(jī)質(zhì)熱裂解作用。該區(qū)烴源巖演化程度、地層沉降特征、輸導(dǎo)動(dòng)力及輸導(dǎo)空間發(fā)育特征等因素都對(duì)烯烴異常的形成起到一定的控制作用。庫(kù)車(chē)期及其以后,庫(kù)車(chē)坳陷經(jīng)歷了快速沉降、埋藏,地層溫度快速升高,使得三疊系和侏羅系烴源巖快速進(jìn)入高溫裂解生干氣階段,生成大量烯烴,生成的烯烴在異常壓力的作用下,通過(guò)斷裂的輸導(dǎo)快速運(yùn)移至地表,從而形成了該區(qū)高強(qiáng)度烯烴異常。

(3) 烯烴是干酪根達(dá)到高過(guò)成熟演化階段在氫來(lái)源匱乏的環(huán)境下裂解形成的,來(lái)源方式可分為三類(lèi): 烷烴分子的裂解、環(huán)烷分子的解環(huán)和芳環(huán)結(jié)構(gòu)分子的裂解。對(duì)高過(guò)成熟度的Ⅱ型干酪根和Ⅲ型干酪根來(lái)說(shuō),有機(jī)質(zhì)裂解初期會(huì)有氫的參與生成飽和烴,但隨著反應(yīng)的進(jìn)行氫來(lái)源減少,有機(jī)質(zhì)就會(huì)在缺少氫的環(huán)境下裂解生成烯烴等不飽和烴。

(4) 地表高強(qiáng)度烯烴異常的形成指示了地下烴源巖處于高溫、高壓環(huán)境以及溝通地下烴源與地表的良好輸導(dǎo)空間的存在。因此地表高強(qiáng)度烯烴異?？梢杂行У刂甘镜叵掠蜌夥植记闆r。

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[1]周新源,王清華,楊文靜,肖中堯.塔里木盆地天然氣資源及勘探方向[J].天然氣地球科學(xué),2005,16(1): 7–11.Zhou Xin-yuan,Wang Qing-hua,Yang Wen-jing,Xiao Zhong-yao.The resource and exploration of natural gas in Tarim Basin [J].Nat Gas Geosci,2005,16(1): 7–11(in Chinese with English abstract).

[2]秦勝飛,潘文慶,韓劍發(fā),宋巖,洪峰.庫(kù)車(chē)坳陷油氣相態(tài)分布的不均一性及其控制因素[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2005,32(2): 19–22.Qin Sheng-fei,Pan Wen-qing,Han Jian-fa,Song Yan,Hong Feng.Inhomogeneity of oil and gas distribution and its controlling factors in Kuqa Depression,Tarim Basin [J].Pet Explor Develop,2005,32(2): 19–22(in Chinese with English abstract).

[3]何登發(fā),周新源,楊海軍,雷剛林,馬玉杰.庫(kù)車(chē)坳陷的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其對(duì)大油氣田的控制作用[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué),2009,33(1): 19–32.He Deng-fa,Zhou Xin-yuan,Yang Hai-jun,Lei Gang-lin,Ma Yu-jie.Geological structure and its controls on giant oil and gas fields in Kuqa Depression [J].Geotecton Metallogen,2009,33(1): 19–32(in Chinese with English abstract).

[4]何登發(fā).塔里木盆地新生代構(gòu)造演化與油氣聚集[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),1994,21(3): 1–8.He Deng-fa.Cenozoic tectonic evolution and oil-gas accumulation in Tarim Basin [J].Pet Explor Develop,1994,21(3):1–8(in Chinese with English abstract).

[5]趙林,秦勝飛.庫(kù)車(chē)坳陷天然氣藏成藏條件分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),1999,21(4): 307–310.Zhao Lin,Qin Sheng-fei.Analysis on the pool-forming conditions of natural gas accumulations in the Kuqa Depression [J].Exp Pet Geol,1999,21(4): 307–310(in Chinese with English abstract).

[6]韋美菊,董博,賈靜,陳飛武.烷烴、烯烴、脂肪醇和脂肪醚物理性質(zhì)的拓?fù)溲芯縖J].分子科學(xué)學(xué)報(bào),2013,29(5):363–368.Wei Mei-ju,Dong Bo,Jia Jing,Chen Fei-wu.Topological study on physical chemical properties of alkane,alkene,alcohol and ether [J].J Mol Sci,2013,29(5): 363–368(in Chinese with English abstract).

[7]倪才華,馮志云,李良超.不飽和烴的理化性質(zhì)與分子拓?fù)渲笖?shù)的關(guān)系研究[J].化學(xué)學(xué)報(bào),1998,56(4): 359–363.Ni Cai-hua,Feng Zhi-yun,Li Liang-chao.Studies on the physico-chemical properties of unsaturated hydrocarbons using topological indices [J].Acta Chim Sinica,1998,56(4):359–363(in Chinese with English abstract).

[8]王國(guó)建,程同錦,湯玉平,黃欣,朱懷平.地表化探中甲烷穩(wěn)定碳同位素的應(yīng)用及存在問(wèn)題[J].物探與化探,2008,32(5): 549–552.Wang Guo-jian,Cheng Tong-jin,Tang Yu-ping,Huang Xin,Zhu Huai-ping.The application ofδ13C1to surface geochemical exploration and its existing problems [J].Geophys Geochem Explor,2008,32(5): 549–552(in Chinese with English abstract).

[9]邢學(xué)文,劉松,周紅英,鄒立群,李廣之,高偉.木里凍土帶天然氣水合物賦存區(qū)淺層土壤地球化學(xué)特征及指示意義[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(1): 159–166.Xing Xue-wen,Liu Song,Zhou Hong-ying,Zou Li-qun,Li Guang-zhi,Gao Wei.Geochemical behaviors of shallow soil in Muli permafrost and their significance as gas hydrate indicators [J].Oil Gas Geol,2014,35(1): 159–166(in Chinese with English abstract).

[10] 姚俊梅,夏響華.松遼盆地南部油氣化探方法技術(shù)研究[J].物探與化探,2000,24(6): 418–425.Yao Jun-mei,Xia Xiang-hua.Geochemical oil-gas exploration technique in southern Songliao Basin [J].Geophys Geochem Explor,2000,24(6): 418–425(in Chinese with English abstract).

[11]黃欣,陳銀節(jié).黃土覆蓋區(qū)游離烴技術(shù)與應(yīng)用[J].天然氣地球科學(xué),2009,20(3): 436–441.Huang Xin,Chen Yin-jie.Study of free hydrocarbons technology in loess region [J].Nat Gas Geosci,2009,20(3):436–441(in Chinese with English abstract).

[12]李廣之,程同錦,湯玉平,鄧天龍.物理吸附氣的油氣指示意義[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2006,28(5): 484–488.Li Guang-zhi,Cheng Tong-jin,Tang Yu-ping,Deng Tian-long.The petroleum geological significance of physically-absobed gas [J].Pet Geol Exp,2006,28(5): 484–488(in Chinese with English abstract).

[13]韓鵬云,張衛(wèi)東,唐洪三.土壤烯烴在油氣化探中應(yīng)用探討[J].陸相石油地質(zhì),1992,3(1): 73–77.Han Peng-yun,Zhang Wei-dong,Tang Hong-san.Discussion and application of soil olefins in oil and gas geochemical exploration [J].Continent Petr Geol,1992,3(1): 73–77(in Chinese).

[14]李劍,謝增業(yè),李志生,羅霞,胡國(guó)藝,宮色.塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷天然氣氣源對(duì)比[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2001,28(5):29–33.Li Jian,Xie Zeng-ye,Li Zhi-sheng,Luo Xia,Hu Guo-yi,Gong Se.A gas source correlation study for Kuqa Depression of Tarim Basin [J].Pet Explor Develop,2001,28(5): 29–33(in Chinese with English abstract).

[15]孫長(zhǎng)青,陳銀節(jié),榮發(fā)準(zhǔn),任春.川東北地區(qū)天然氣化探方法試驗(yàn)研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2010,32(2): 186–195.Sun Chang-qing,Chen Yin-jie,Rong Fa-zhun,Ren Chun.Research on geochemical exploration technique for natural gas in the northeastern Sichuan area [J].Pet Geol Exp,2010,32(2): 186–195(in Chinese with English abstract).

[16]張爽,李方林,龔晶晶,鮑征宇,謝淑云,崔放,蘇正偉,曾永紅.烴氣測(cè)量在南嶺魏家隱伏鎢礦區(qū)找礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].地球科學(xué),2012,37(6): 1146–1159.Zhang Shuang,Li Fang-lin,Gong Jing-jing,Bao Zheng-yu,Xie Shu-yun,Cui Fang,Su Zheng-wei,Zeng Yong-hong.Application of hydrocarbons in concealed tungsten ore prediction in Weijia,Nanling area [J].Earth Sci,2012,37(6): 1146–1159(in Chinese with English abstract).

[17]李梅,包建平,汪海,張秋茶,鄭多明,盧玉紅,黃龍藏.庫(kù)車(chē)前陸盆地?zé)N源巖和烴類(lèi)成熟度及其地質(zhì)意義[J].天然氣地球科學(xué),2004,15(4): 367–378.Li Mei,Bao Jian-ping,Wang Hai,Zhang Qiu-cha,Zheng Duo-ming,Lu Yu-hong,Huang Long-cang.The analysis on the maturity parameters of source rock and hydrocarbons in Kuqa foreland basin of Tarim Basin [J].Nat Gas Geosci,2004,15(4): 367–378(in Chinese with English abstract).

[18]趙文智,王紅軍,單家增,王兆云,趙長(zhǎng)毅,汪澤成.庫(kù)車(chē)坳陷天然氣高效成藏過(guò)程分析[J].石油與天然氣地質(zhì),2005,26(6): 703–710.Zhao Wen-zhi,Wang Hong-jun,Shan Jia-zeng,Wang Zhao-yun,Zhao Chang-yi,Wang Ze-cheng.Analysis of highly efficient gas reservoiring process in Kuqa Depression [J].Oil Gas Geol,2005,26(6): 703–710(in Chinese with English abstract).

[19] 刑恩袁,龐雄奇,肖中堯,張寶收,郭繼剛.庫(kù)車(chē)坳陷中生界烴源巖排烴史與資源潛力[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2012,34(4): 36–40.Xing En-yuan,Pang Xiong-qi,Xiao Zhong-yao,Zhang Bao-shou,Guo Ji-gang.Hydrocarbon expulsion history of Mesozoic source rocks and resource potential in Kuqa Depression [J].J Oil Gas Technol,2012,34(4): 36–40(in Chinese with English abstract).

[20]Rice D D,Claypool G E.Generation,accumulation and resource potential of bioenic gas [J].AAPG Bull,1981,65(1):5–25.

[21]柳廣弟.石油地質(zhì)學(xué)[M].北京: 石油工業(yè)出版社,2009:143–144.Liu Guang-di.Geology of Petroleum [M].Beijing: Petroleum Industry Press,2009: 143–144(in Chinese).

[22]付廣,王朋巖,付曉飛.庫(kù)車(chē)坳陷下第三系蓋層封閉特征及其對(duì)油氣成藏的控制作用[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2001,7(4):475–481.Fu Guang,Wang Peng-yan,Fu Xiao-fei.Seal characteristics of Eogene mudstone caprock in Kuqa Depression and its importance in controlling accumulation of oil and gas [J].Geol J China Univ,2001,7(4): 475–481(in Chinese with English abstract).

[23]杜治利,王飛宇,張水昌,張寶民,梁狄剛.庫(kù)車(chē)坳陷中生界氣源灶生氣強(qiáng)度演化特征[J].地球化學(xué),2006,35(4):419–431.Du Zhi-li,Wang Fei-yu,Zhang Shui-chang,Zhang Bao-min,Liang Di-gang.Gas generation history of Mesozoic hydrocarbon kitchen in Kuqa Depression,Tarim Basin [J].Geochimica,2006,35(4): 419–431(in Chinese with English abstract).

[24]楊庚,錢(qián)祥麟.庫(kù)車(chē)坳陷沉降與天山中新生代構(gòu)造活動(dòng)[J].新疆地質(zhì),1995,13(3): 264–273.Yang Geng,Qian Xiang-lin.Subsidence of the Kuqa Depression and Mesozoic-Cenozoic structural reactivations in Tianshan [J].Xinjiang Geol,1995,13(3): 264–273(in Chinese with English abstract).

[25]肖偉,劉震,杜金虎,易士威.二連盆地溫壓系統(tǒng)特征[J].新疆石油地質(zhì),2004,25(6): 610–613.Xiao Wei,Liu Zhen,Du Jin-hu,Yi Shi-wei.Characteristic of geotherm-geopressure system in Erlian Basin [J].Xinjiang Pet Geol,2004,25(6): 610–613(in Chinese with English abstract).

[26]張鳳奇,王震亮,范昌育,趙雪嬌.庫(kù)車(chē)坳陷構(gòu)造擠壓對(duì)流體動(dòng)力的影響[J].石油與天然氣地質(zhì),2012,33(2): 208–216.Zhang Feng-qi,Wang Zhen-liang,Fan Chang-yu,Zhao Xue-jiao.Effects of tectonic compression on hydrodynamic force in Kuqa Depression [J].Oil Gas Geol,2012,33(2):208–216(in Chinese with English abstract).

[27]王震亮.庫(kù)車(chē)坳陷古流體動(dòng)力與天然氣成藏特征分析[J].石油與天然氣地質(zhì),2007,28(6): 809–815.Wang Zhen-liang.Analysis on paleohydrodynamic force and gas accumulation characteristics in Kuqa Depression,the Tarim Basin [J].Oil Gas Geol,2007,28(6): 809–815(in Chinese with English abstract).

[28]劉志宏,盧華復(fù),賈承造,雷剛林,齊英民,謝會(huì)文.庫(kù)車(chē)再生前陸盆地的構(gòu)造與油氣[J].石油與天然氣地質(zhì),2001,22(4): 297–303.Liu Zhi-hong,Lu Hua-fu,Jia Cheng-zao,Lei Gang-lin,Qi Ying-min,Xie Hui-wen.Structures and hydrocarbon accumulation in Kuqa rejuvenated foreland basin [J].Oil Gas Geol,2001,22(4): 297–303(in Chinese with English abstract).

[29]孫永河,呂延防,付廣,付曉飛,張興彥.斷裂輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)天然氣效率評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用[J].天然氣地球科學(xué),2006,17(1): 73–77.Sun Yong-he,Lü Yan-fang,Fu Guang,Fu Xiao-fei,Zhang Xing-yan.Evaluation method on transporting natural gas efficiency of fault transportation system and its application [J].Nat Gas Geosci,2006,17(1): 73–77(in Chinese with English abstract).

[30] 盧雙舫,張敏.油氣地球化學(xué)[M].北京: 石油工業(yè)出版社,2008: 96–98.Lu Shuang-fang,Zhang Min.Petroleum Geochemistry [M].Beijing: Petroleum Industry Press,2008: 96–98(in Chinese).

[31]秦匡宗.論干酪根芳碳率的石油地球化學(xué)意義[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),1985,12(6): 15–21.Qin Kuang-zong.Petroleum geochemical significance of Kerogen aromaticity [J].Pet Explor Develop,1985,12(6):15–21(in Chinese with English abstract).

[32]Miknis F P, Szeverenyi N M, Maciel G E.Characterization of the residual carbon in retorted oil shale by state13C NMR [J].Fuel,1982,61(4): 341–345.

[33] 王宗賢,秦匡宗,王廷芬,張亞麗.用兩步熱重法測(cè)定生油巖干酪根的芳碳率和生油量[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1993,17(6): 99–104.Wang Zong-xian,Qin Kuang-zong,Wang Ting-fen,Zhang Ya-li.Two-step thermogravimetric analysis for determination of Kerogen aromaticity [J].J Univ Pet China,1993,17(6):99–104(in Chinese with English abstract).