準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)

魏 力

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 海洋學(xué)院，北京 100083)

魏力.準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,33(2):9-15.

WEI Li.Evaluation of Upper Triassic hydrocarbon source rocks in Sikeshu Sag,the southern margin of Junggar Basin[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2018,33(2):9-15.

1　研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1　勘探研究現(xiàn)狀

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣北天山山前沖斷帶西側(cè)，包括四棵樹(shù)凹陷主體和齊古斷褶帶西端。四棵樹(shù)凹陷總體NWW走向，面積6 300 km2，占南緣面積的27.7%[1-5]。四棵樹(shù)凹陷石油總資源量為2.04×108t，占南緣的18.9%；天然氣總資源量為1.59×108m3，占南緣的0.03%；目前僅發(fā)現(xiàn)獨(dú)山子和卡因迪克油田，勘探程度很低，勘探潛力大。

四棵樹(shù)凹陷近20年油氣勘探實(shí)踐及基礎(chǔ)研究表明：①油氣主要來(lái)自中下侏羅統(tǒng)、白堊系吐谷魯群和古近系安集海河組3套烴源巖。原油以侏羅系來(lái)源為主，白堊系來(lái)源原油分布于白堊系及以上儲(chǔ)集層，安集海河組來(lái)源原油僅分布在古近系儲(chǔ)集層，常與侏羅系原油混合，整體上油多氣少，以油為主[6-8]。不同來(lái)源原油在碳同位素組成、類異戊二烯組成、甾萜烷分布形式等地球化學(xué)特征上存在明顯不同[9-10]。②發(fā)育侏羅系頭屯河組和齊古組、白堊系清水河組、古近系紫泥泉子組及新近系沙灣組等多套碎屑巖儲(chǔ)集層[11-13]。③主要存在3套儲(chǔ)蓋組合：一是塔西河組區(qū)域蓋層、沙灣組砂巖儲(chǔ)集層；二是安集海河組區(qū)域蓋層、紫泥泉子組砂巖儲(chǔ)集層；三是吐谷魯群泥巖區(qū)域蓋層，吐谷魯群底礫巖儲(chǔ)集層，侏羅系齊古組、頭屯河組及三工河組砂巖儲(chǔ)集層[5,14-18]。④主要存在以中下侏羅統(tǒng)為烴源和以白堊系、古近系安集海河組為烴源的2套含油氣系統(tǒng)，前者最為重要，后者貢獻(xiàn)有限[3,5]。

1.2　構(gòu)造沉積背景

四棵樹(shù)凹陷為中新生代凹陷，早印支期以前與車排子隆起同為剝蝕區(qū)，中晚印支期—早喜馬拉雅期強(qiáng)烈沉降坳陷期，中晚三疊世—古近紀(jì)地層發(fā)育；晚喜馬拉雅期以來(lái)，北天山持續(xù)向北擠壓沖斷，四棵樹(shù)凹陷成為準(zhǔn)南前陸盆地的一部分，發(fā)育巨型南厚北薄的新近系—第四系沉積。四棵樹(shù)凹陷受燕山期車排子凸起向南東推覆作用影響，具右旋扭動(dòng)性質(zhì)，喜馬拉雅期受北天山隆升和山體擴(kuò)張擠壓產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)移活動(dòng)，使四棵樹(shù)凹陷中、新生代地層向北逐層位移，在燕山期雁行排列的斷裂部位發(fā)生褶皺形成獨(dú)南、獨(dú)山子、西湖、卡因迪克等右旋走滑構(gòu)造體系，并使這些背斜成為斷裂增長(zhǎng)型背斜，同時(shí)形成山前坳陷[30]。四棵樹(shù)凹陷主要發(fā)育一套三疊系—第四系沉積地層，整體為一套河流-湖泊相碎屑巖地層序列。

2　上三疊統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)

2.1　上三疊統(tǒng)沉積地層分布

三疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾盆地隆坳格局基本消失，形成統(tǒng)一的湖盆，尤其晚三疊世，湖域范圍較大，沉積了一套淺—半深湖相暗色泥巖。四棵樹(shù)凹陷三疊系為泥巖和礫狀砂巖沉積，巖石顏色為深灰色、灰色，巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，局部見(jiàn)含礫砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等。地層所產(chǎn)孢粉圓形粒面孢屬Cyclogranisporites—犁形孢屬Aratrisporites—無(wú)肋雙氣囊類Nonstriate,Bisaccate組合中，裸子植物花粉占優(yōu)勢(shì)(80.0%～82.4%)，蕨類植物孢子較少(17.6%～20.0%)[19]，化石組合面貌與準(zhǔn)噶爾盆地南緣上三疊統(tǒng)郝家溝組的孢粉組合面貌基本一致。根據(jù)巖性和孢粉化石，確定該套地層時(shí)代為晚三疊世。四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)暗色泥巖主要分布于中上段，由固1井向凹陷東南逐漸增厚，厚度一般為100～150 m，分布面積3 500 km2。

本次研究主要采集了四棵樹(shù)凹陷內(nèi)托6井上三疊統(tǒng)泥巖巖心樣品、哈爾沙拉露頭剖面泥巖樣品，搜集了固1井上三疊統(tǒng)泥巖樣品分析結(jié)果[19-20]，此外還采集了烏倫古坳陷烏倫1和倫8井上三疊統(tǒng)泥巖巖心樣品用于對(duì)比分析，分析項(xiàng)目包括干酪根顯微組分、干酪根同位素、有機(jī)元素、總有機(jī)碳(TOC)、巖石熱解、氯仿瀝青“A”、族組成、飽和烴氣相色譜、飽和烴色譜-質(zhì)譜等9類測(cè)試。

2.2　有機(jī)質(zhì)豐度

四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，具備生烴物質(zhì)基礎(chǔ)(圖1)，以固1井、托6井和哈爾沙拉露頭暗色泥巖樣品為代表說(shuō)明。固1井上三疊統(tǒng)處于半深湖相，主要巖性為深灰色泥巖，TOC值為1.91%～2.93%(平均2.28%)[19-20]，屬于好烴源巖。處于淺湖—半深湖相的托6井TOC值為0.60%～1.47%(平均0.99%)、哈爾沙拉露頭暗色泥巖TOC值為0.30%～0.49%(平均0.41%)，屬中等質(zhì)量烴源巖[23](圖1(a))。固1井、托6井和哈爾沙拉露頭暗色泥巖氯仿瀝青“A”值為0.025%～0.135%(平均0.064%)(圖1(b))；S1+S2值為0.37～6.59 mg/g(平均2.79 mg/g)(圖1(c))，氫指數(shù)(S2/TOC)為107～447 mg/g(平均278 mg/g)，總體上屬于中等生烴潛力的烴源巖。

烏倫古坳陷暗色泥巖TOC值為0.36%～6.47%(平均3.41%)(圖1(a))；氯仿瀝青“A”含量0.028%～0.320%(平均0.115%)(圖1(b))；S1+S2值為1.61～18.43 mg/g(平均10.18 mg/g)(圖1(c))，氫指數(shù)(S2/TOC)為145～405 mg/g(平均289 mg/g)。

圖1　準(zhǔn)噶爾盆地上三疊統(tǒng)暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)比(括號(hào)內(nèi)為樣品數(shù))Fig.1　Comparison of the organic matter abundance of the upper Triassic dark mudstones in the Junggar Basin (the number of samples in parentheses)

2.3　有機(jī)質(zhì)類型

上三疊統(tǒng)暗色泥巖有機(jī)質(zhì)類型總體偏腐殖型，以Ⅱ2型和Ⅲ型為主(表1)。四棵樹(shù)凹陷暗色泥巖有機(jī)質(zhì)顯微組分以棕黃色腐泥組為主，平均占56.5%，其次為鏡質(zhì)組(平均占26.4%)和惰質(zhì)組(平均占16.5%)，類型指數(shù)平均為20.53，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅲ型(圖2)；干酪根碳同位素組成δ13C為-27.8‰～-24.9‰，平均為-26.3‰，以Ⅱ型有機(jī)質(zhì)為主；H、C原子比值為0.60～0.97(平均0.77)，O、C原子比值為0.20～0.30(平均0.23)，表現(xiàn)出相對(duì)貧氫特征[21]；(飽和烴+芳香烴)含量為46.9%～57.2%(平均53.3%)，其中飽和烴含量為36.5%～47.5%(平均42.5%)、芳香烴含量為8.7%～12.6%(平均10.8%)(圖1(d))；甾烷組成中，總體分布呈C27>C28

而烏倫古坳陷暗色泥巖有機(jī)質(zhì)顯微組分以黃色、棕黃色腐泥組(平均占39.4%)和鏡質(zhì)組(平均占40.0%)為主，其次為惰質(zhì)組(平均占19.5%)，類型指數(shù)平均為-9.54，有機(jī)質(zhì)類型Ⅱ2—Ⅲ型(圖2)；干酪根碳同位素組成δ13C為-27.9‰～-24.9‰，平均為-26.3‰；H、C原子比為0.69～0.95(平均0.77)，O、C原子比為0.05～0.13(平均0.07)；(飽和烴+芳香烴)含量為51.8%～60.8%(平均55.5%)，其中飽和烴含量為31.4%～41.2%(平均35.0%)、芳香烴含量為15.0%～26.8%(平均20.5%)(圖1(d))；甾烷組成總體分布呈C27

圖2　準(zhǔn)噶爾盆地上三疊統(tǒng)暗色泥巖顯微組分Fig.2　Micro composition of the upper Triassic dark mudstones in Junggar Basin

圖3　準(zhǔn)噶爾盆地上三疊統(tǒng)暗色泥巖姥植比(圖版據(jù)文獻(xiàn)[22])Fig.3　Pristane to phytane ratio of the organic matter abundance of the upper Triassic dark mudstones in Junggar Basin

研究對(duì)比表明，準(zhǔn)噶爾盆地上三疊統(tǒng)有機(jī)質(zhì)以高等植物輸入占明顯優(yōu)勢(shì)，烏倫古坳陷為典型內(nèi)陸湖沼相沉積，而四棵樹(shù)凹陷偏咸水環(huán)境(圖3)，四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)暗色泥巖生油潛力相對(duì)更大。

2.4　有機(jī)質(zhì)成熟度

綜合樣品測(cè)試、熱演化數(shù)值模擬和區(qū)域地層展布特征，四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)暗色泥巖進(jìn)入生油窗口、可規(guī)模生烴的分布面積較大。四棵樹(shù)凹陷托6井和哈爾沙拉露頭暗色泥巖熱解峰溫(Tmax)為436～443 ℃(平均439 ℃)，烏倫古坳陷暗色泥巖熱解峰溫為429～453 ℃(平均為443 ℃)。氫指數(shù)與Tmax值顯示，四棵樹(shù)凹陷托6井和哈爾沙拉露頭暗色泥巖Ro值為0.5%～0.7%，烏倫古坳陷暗色泥巖Ro值為0.4%～1.1%(實(shí)際整個(gè)坳陷埋深基本均淺于6 000 m，對(duì)應(yīng)Ro值為0.7%)。

四棵樹(shù)凹陷埋藏?zé)嵫莼贩治霰砻?，上三疊統(tǒng)烴源巖主要在喜馬拉雅期達(dá)到生烴門(mén)限(對(duì)應(yīng)Ro為0.6%，地史埋深約4 500 m)，目前凹陷內(nèi)Ro值大于0.7%(現(xiàn)今埋深大于6 000 m)的烴源巖分布面積約1 800 km2。

3　上三疊統(tǒng)生烴潛力評(píng)價(jià)

中三疊世，四棵樹(shù)地區(qū)開(kāi)始沉降；晚三疊世，形成與準(zhǔn)噶爾盆地其他地區(qū)相連通的湖盆，具有“盆大水淺”的特點(diǎn)，在石炭系基底之上沉積了以暗色泥巖為主的一套上三疊統(tǒng)湖相地層(圖4)。四棵樹(shù)凹陷固1井鉆遇上三疊統(tǒng)159 m(圖5(a))，其中暗色泥巖占63.5%[19-20]；托6井上盤(pán)鉆遇上三疊統(tǒng)242 m(圖5(c))，其中暗色泥巖占55.4%，下盤(pán)鉆遇上三疊統(tǒng)118 m(圖5(c))，其中暗色泥巖占72.9%。井震結(jié)合分析，四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)暗色泥巖厚度一般為100～150 m，最大厚度可達(dá)200 m，厚度高值區(qū)沿固1井—固2井—高泉1井一線呈NWW向展布，上三疊統(tǒng)暗色泥巖分布面積3 500 km2(圖4、圖5)。

區(qū)域上，四棵樹(shù)凹陷東部比西部具有更高的生烴潛力(圖4)。凹陷西部上三疊統(tǒng)暗色泥巖成熟度較低，Ro值一般低于0.7%，生烴能力有限，已鉆的固1井[20]、固2井[24]已證實(shí)這一判斷；凹陷東部上三疊統(tǒng)暗色泥巖厚度大(多數(shù)地區(qū)大于150 m)、成熟度較高(Ro值一般大于0.7%，最高可超0.9%)，是凹陷的生烴中心區(qū)(圖4)。

三疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾盆地隆坳格局基本消失，形成了統(tǒng)一的湖盆，尤其是晚三疊世沉積了一套廣泛分布的湖相暗色泥巖極為發(fā)育的地層[10]。鉆井及露頭資料分析表明，三疊系暗色泥巖縱向上主要分布在上三疊統(tǒng)，平面上主要分布在烏倫古坳陷、中央凹陷和北天山山前沖斷帶(其中烏倫古坳陷厚度最大)，四棵樹(shù)凹陷位于南緣北天山山前沖斷帶的西部厚度中心。目前在盆地東部已有發(fā)現(xiàn)來(lái)源于上三疊統(tǒng)原油的報(bào)道，烏倫古坳陷以上三疊統(tǒng)為主要烴源已鉆探多井，均未獲突破[9-10,25-29]。

基于本文測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)比四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)與烏倫古坳陷的上三疊統(tǒng)烴源巖特征，二者有較多共性：分布范圍大，地層厚度大(100～150 m)，有機(jī)質(zhì)豐度較高(TOC值一般為1%～3%)，有機(jī)質(zhì)以高等植物輸入占明顯優(yōu)勢(shì)，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2―Ⅲ型，(飽和烴+芳烴)含量一般超過(guò)50%，成熟度較低(Ro值主體為0.5%～0.7%)。

圖4　準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)暗色泥巖厚度與成熟度等值線Fig.4　Thickness and maturity contour map of the upper Triassic dark mudstones in Sikeshu Sag,the southern margin of the Junggar Basin

圖5　準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹(shù)凹陷過(guò)井地震格架剖面Fig.5　Cross-well seismic section in Sikeshu Sag,the southern margin of the Junggar Basin

但相較于烏倫古坳陷，四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)暗色泥巖具有兩點(diǎn)生烴優(yōu)勢(shì)：①四棵樹(shù)凹陷晚三疊世為偏咸水環(huán)境，利于形成有機(jī)質(zhì)類型更好的烴源巖；②四棵樹(shù)凹陷自喜馬拉雅期以來(lái)上三疊統(tǒng)埋深更大、分布面積更大(Ro值大于0.7%、埋深大于6 000 m、地層厚度大于100 m的烴源巖分布面積約1 400 km2)，具規(guī)模生烴潛力。通過(guò)對(duì)比認(rèn)為，四棵樹(shù)凹陷具備烏倫古坳陷相似的烴源規(guī)模屬性，也具備烏倫古坳陷不具備的生烴能力屬性。

4　結(jié)　論

四棵樹(shù)凹陷上三疊統(tǒng)是一套值得關(guān)注的、具規(guī)模生烴潛力的有利烴源巖：①烴源巖主要分布在中上段；②有機(jī)質(zhì)以高等植物輸入占明顯優(yōu)勢(shì)，主要為Ⅱ2―Ⅲ型；③有機(jī)質(zhì)豐度較高(TOC值一般為1%～3%)，具生烴物質(zhì)基礎(chǔ)；④熱演化程度較高，Ro值大于0.7%的烴源巖分布面積約1 800 km2，具規(guī)模生烴條件；⑤烴源巖埋深更大、分布面積更大，Ro值大于0.7%、地層厚度大于100 m的烴源巖分布面積約1 400 km2，具規(guī)模資源潛力。四棵樹(shù)凹陷東側(cè)上三疊統(tǒng)暗色泥巖厚度大、成熟度較高，是凹陷的生烴中心區(qū)；凹陷西側(cè)成熟度較低，生烴能力有限。

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