新疆準(zhǔn)噶爾盆地東北緣石炭系姜巴斯套組烴源巖評價

吳洪豪 舍建忠 賈健

摘? ?要：準(zhǔn)噶爾盆地東北緣石炭系烴源巖主要分布在準(zhǔn)東和腹部地區(qū)，根據(jù)野外地表調(diào)查，針對準(zhǔn)噶爾東北緣石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度特征進(jìn)行了綜合研究和評價，研究區(qū)烴源巖主要為灰黑色碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、泥巖。結(jié)果表明：該區(qū)石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度總體上屬差-中等烴源巖。姜巴斯套組下段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型;中段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1、Ⅲ為主;上段有機(jī)碳含量較低，據(jù)相關(guān)變化趨勢推測其有機(jī)碳類型為以Ⅲ型為主。因此總體上有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅲ型。有機(jī)質(zhì)成熟度總體上屬成熟-高熟，主要為高熟。綜上所述，準(zhǔn)噶爾東北緣的石炭系是一套較有效的烴源巖，在該區(qū)尋找油氣具重要意義。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)噶爾盆地東北緣;石炭系;烴源巖評價;烴源巖特征

準(zhǔn)噶爾盆地東北緣，位于北山煤窯-青河一線，包括北塔山、卡拉麥里山、青格拉底山和阿爾曼特山。東北緣古生代地層廣泛發(fā)育，歸屬于天山-興安地槽褶皺系準(zhǔn)噶爾褶皺帶，卡拉麥里蛇綠巖帶在新疆北部構(gòu)成西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊縫合線[1]。石炭系烴源巖主要分布于準(zhǔn)噶爾盆地東部，西北局部存在零星分布，集中在準(zhǔn)東上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組與石錢灘組、下石炭統(tǒng)滴水泉組[2-3]，其中準(zhǔn)東石炭系烴源巖對盆地內(nèi)的油氣成藏更具重要意義，主要分布于卡拉麥里地區(qū)，指卡拉麥里山以南，博格達(dá)山前阜康斷裂以北，滴水泉南-沙南-沙丘北斷裂以東的廣大地區(qū)，總體上為NW向隆起構(gòu)造帶[4]，近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了源自于石炭系烴源巖的油氣[5]，在五彩灣凹陷、滴水泉及帳北斷階帶地區(qū)發(fā)現(xiàn)來源于石炭系的工業(yè)性油氣，對于油氣資源具重要意義，但石炭系的勘探程度仍較低。目前對油氣的認(rèn)識主要來源于二疊系與侏羅系[6-7]。但從野外地質(zhì)觀察踏勘可發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)噶爾盆地東北緣的富蘊地區(qū)也有較厚的石炭系泥巖分布，在準(zhǔn)噶爾盆地北緣的富蘊盆地，石炭系姜巴斯套組至少發(fā)育3套濱淺海相暗色泥巖，目前學(xué)者們在該方面的研究較少，部分學(xué)者在這里只做了少量調(diào)查研究[8-9]。因此，本文主要通過對盆地東北部的富蘊地區(qū)姜巴斯套組下段（第一亞組）、中段（第二亞組）、上段（第三亞組）中的暗色泥巖沉積環(huán)境的分析和對野外采集的烴源巖樣品進(jìn)行TOC、生烴潛量、干酪根的鏡檢、Ro、Tmax特征進(jìn)行分析評價，為后期新疆東北部石炭系烴源巖勘探開發(fā)提供指導(dǎo)。

1? 地質(zhì)背景

形成富蘊盆地的原因是準(zhǔn)噶爾板塊和西伯利亞板發(fā)生俯沖碰撞，不同學(xué)者針對盆地性質(zhì)的認(rèn)識有較大爭議[10-13]，目前趨向于認(rèn)為是溝-弧-盆系統(tǒng)中的前淵沉積[13]。構(gòu)造區(qū)劃屬于天山-興蒙造山系阿爾泰弧盆區(qū)阿爾泰南緣增生弧。富蘊縣西南薩爾布拉克是盆地地層主要出露的地區(qū)，屬于東準(zhǔn)噶爾地層分區(qū)兩臺地層小區(qū)，包括泥盆系、石炭系和第四系，及少量二疊系（圖1）[14，15]，按時代由老到新分別為北塔山組、蘊都喀拉組、黑山頭組、姜巴斯套組、喀拉額爾齊斯河組、特斯把汗組、庫爾提組及第四系。由于受晚古生代華力西期構(gòu)造運動影響，區(qū)內(nèi)地層呈NW向展布，地層走向為 NW向，產(chǎn)狀近直立，傾向NE。近 NW向、NNW向和NWW向3組壓性、壓扭性斷層發(fā)育，下石炭統(tǒng)在SE方向逐漸尖滅。

本區(qū)石炭系分布廣泛，沉積類型有陸相、海相、海陸交互相。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動較頻繁，并伴有火山噴發(fā)，發(fā)育一套巨厚槽盆相火山巖、碎屑巖建造，局部存在地臺相碳酸鹽巖建造[16]。各區(qū)巖性變化較大，地層發(fā)育程度也有較大差別。石炭系自下而上為黑山頭組、姜巴斯套組、巴塔瑪依內(nèi)山組。富蘊地區(qū)暗色泥巖主要發(fā)育于石炭系姜巴斯套組，根據(jù)其沉積序列特征，自下而上可劃分為三段（亞組），即下段（第一亞組）、中段（第二亞組）和上段（第三亞組）? ? ?（圖2）。下段（第一亞組）巖性主要有火山碎屑巖、陸源碎屑巖，其中長石質(zhì)雜砂巖、雜砂巖較多，該組為濱海相-淺海相沉積，粒度較粗。中段（第二亞組）巖性上部粗砂巖、含礫細(xì)砂巖較多，中部出現(xiàn)厚層生屑灰?guī)r及厚層頁巖，下部多出現(xiàn)粗砂巖、中粒砂巖與頁巖或泥巖的互層，該組為濱海相沉積。上段（第三亞組）巖性以含礫粗砂巖、粗砂巖與泥巖的旋回層為主，為三角洲前緣和三角洲平原相。

2? 烴源巖分布特征

研究剖面處于富蘊縣西南薩爾布拉克地區(qū)，對姜巴斯套組出露的最厚位置進(jìn)行了詳細(xì)地層實測，并對該區(qū)三段（亞組）的暗色泥巖分別進(jìn)行連續(xù)采樣（圖2）。其中，下段（第一亞組）和中段（第二亞組）通過探槽取樣，上段（第三亞組）受野外地形條件制約，采用簡單露頭揭露取樣。各段間均含較厚灰黑色碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，是本區(qū)主要烴源巖層系。

下段（第一亞組）? 通過探槽TC01表明，其巖性為巖屑砂巖夾深灰-灰黑色碳質(zhì)泥巖、黃綠色粉砂巖，其中間夾含礫巖屑粗砂巖及數(shù)套層間礫巖透鏡體、數(shù)套石英砂巖透鏡體，頂部為淺灰色生物碎屑灰?guī)r透鏡體，厚10～250 m，含大量生物，如海百合莖、苔蘚蟲、菊石、腕足等化石，順走向延伸尖滅相變?yōu)榉凵百|(zhì)泥巖、黃綠色泥巖。本段總體砂泥比在薩爾布拉克附近約為2∶1～3∶1，深灰-灰黑色碳質(zhì)泥巖多與黃綠色砂巖韻律互層，單套的灰黑色碳質(zhì)泥巖連續(xù)厚數(shù)米至80 m不等，累積厚約150～200 m，總體上沉積環(huán)境為濱岸-淺水陸棚。

中段（第二亞組）? 通過探槽TC02表明，其巖性為細(xì)砂巖夾灰黑色碳質(zhì)泥巖、灰綠色、黃綠色粉砂巖，兩者部分為韻律互層，總體砂泥比大約為2∶1。巖屑粗砂巖中局部見大量腕足印模、植物印模。從沉積序列上看，本段下部含碳質(zhì)泥巖較少，往上逐漸增多，中上部碳質(zhì)泥巖段較厚，且有機(jī)碳含量較高。單套灰黑色碳質(zhì)泥巖連續(xù)厚度在數(shù)米至數(shù)十米不等，累積厚度約100～300 m，總體沉積環(huán)境為濱岸-潮坪-淺水陸棚。

上段（第三亞組）? 為含礫粗砂巖夾凝灰質(zhì)砂巖、灰綠色、灰色粉砂巖，中上部為灰黑色碳質(zhì)泥巖和黃綠色砂巖不等厚互層，單套灰黑色碳質(zhì)泥巖厚度為數(shù)米至20 m不等，累積厚度約80～100 m，總體沉積環(huán)境為海陸交互-淺水陸棚。

該區(qū)姜巴斯套組暗色泥巖主要分布于富蘊-青河及卡拉麥里山，平面上呈NW向展布，厚度以富蘊西側(cè)的薩爾布拉克金礦一帶最厚，厚0～150 m，向兩側(cè)厚度逐漸減薄。姜巴斯套組在本區(qū)橫向變化較大，如在杜熱鄉(xiāng)別勒庫都克所見的中段（第二亞組）巖性中凝灰質(zhì)增多，其碳質(zhì)泥巖厚度減薄，且有機(jī)碳比薩爾布拉克低。位于碦拉通克鐵礦南側(cè)的姜巴斯套組，從野外有限的露頭觀察到巖性以石英砂巖、灰色砂巖、黃色泥巖為主，其沉積環(huán)境水體較淺，而灰黑色碳質(zhì)泥巖因掩蓋并未看到。

3? 烴源巖評價

3.1? 有機(jī)質(zhì)豐度

選取野外的代表性樣品，進(jìn)行地球化學(xué)相關(guān)分析測試，所有樣品測試均在新疆礦產(chǎn)實驗研究所國土資源部烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。根據(jù)樣品分析結(jié)果顯示，有機(jī)碳含量（TOC）為0.088%～1.11%，平均0.52%，多數(shù)樣品有機(jī)碳含量大于0.5%（表1）。氯仿瀝青“A” 0.0028%～0.0087%，平均0.0058%，總烴26.67%～52.17%，平均39.98%;生烴潛量0.0299%～0.117%，平均0.0642%。覆蓋區(qū)? ? ?（倫3井）烴源巖樣品測試成果分析表明，有機(jī)碳含量為0.14%～1.86%，平均0.77%，巖石熱解S1+S2為0.01～3.59 mg/g，平均0.42 mg/g;氯仿瀝青“A”為0.0441%～0.1387% 。從該結(jié)果可見，生烴潛量偏低，有機(jī)質(zhì)豐度總體屬于差-中等烴源巖。

3.2? 有機(jī)質(zhì)類型

烴源巖以富蘊薩爾布拉克一帶最典型，可分為下、中、上3段。下段烴源巖中干酪根顯微組分中的腐泥組含量均大于90%，殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量均較低，未見樹脂體，TI值均在82以上，干酪根類型為I型（表2）。中段烴源巖干酪根顯微組分中腐泥組含量0-89.5%，TI值為-99.5%～80%（表2），浮動范圍大，干酪根類型以Ⅱ1、Ⅲ為主，其中Ⅱ1、Ⅱ2型的樣品均為探槽中采集，而Ⅲ型樣品均為地表采集。上段有機(jī)碳含量較低（表1），據(jù)相關(guān)變化趨勢推測其有機(jī)碳類型為以Ⅲ型為主。烴源巖有機(jī)質(zhì)類型劃分也可根據(jù)巖石熱解特征中HI-Tmax圖版表明，結(jié)合圖3中分布情況來看，姜巴斯套組樣品主要處于Ⅲ型區(qū)根部。姜巴斯套組烴源巖H/C原子比為0.15～? ?0. 24，由圖4可見，姜巴斯套組烴源巖主要分布在三類四分法的Ⅲ2型區(qū)間。結(jié)合以上綜合分析認(rèn)為姜巴斯套組烴源巖干酪根類型處于Ⅱ2-Ⅲ型區(qū)間。

3.3? 有機(jī)質(zhì)成熟度

目前反映有機(jī)質(zhì)成熟度最可靠、最直觀的指標(biāo)是鏡質(zhì)體反射率（Ro）。此外，還有巖石的最大熱解峰值（Tmax）一般也用來評價有機(jī)質(zhì)成熟度。本次共做了15個Ro值測定和巖石熱解分析。由表3可見，本區(qū)烴源巖中鏡質(zhì)體反射率普遍很高，最低1.123%，最高1.575%，平均1.324%，多數(shù)樣品已進(jìn)入高成熟階段（本階段Ro值為1.3%～2.0%）。Tmax值為535.0℃，該值也非常高，這一峰值說明該區(qū)有機(jī)質(zhì)已達(dá)高成熟階段。綜上所述，該區(qū)總體上有機(jī)質(zhì)成熟度屬于成熟-高熟，主要以高熟為主。

4? 烴源巖綜合評價

姜巴斯套組中段總有機(jī)碳含量較上、下段高，該段有機(jī)碳含量平均為0.62%?？傮w上，中段暗色粉砂質(zhì)泥巖顏色相對上、下段更深，與殘留總有機(jī)碳含量一致，但單層連續(xù)厚度較上、下段小，與砂巖韻律頻繁。從探槽的分析數(shù)據(jù)來看，本次中段（第二亞組）采集的碳質(zhì)泥巖樣品（薩爾布拉克金礦附近），其TOC為0.793%～1.09%，平均值為0.961%，屬較好的烴源巖;在金礦西南數(shù)十公里外杜熱鄉(xiāng)采集的碳質(zhì)泥巖層數(shù)及厚度明顯減少，其TOC為0.207%～0.758%，且半數(shù)樣品未達(dá)到0.5%，屬于較差-中等的烴源巖。在第三亞組采集的2件泥頁巖樣品（薩爾布拉克金礦附近），TOC為0.483%，尚未達(dá)到生油標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到風(fēng)化影響，校正后可能達(dá)到較差-中等的烴源巖，這進(jìn)一步表明姜巴斯套組橫向巖性及含碳量差異較大。通過前面對烴源巖分布特征、依據(jù)所測野外采集樣品的TOC、生烴潛量、干酪根的鏡檢、Ro、Tmax特征分析，石炭系姜巴斯套組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較低，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2和Ⅲ型為主，成熟度較高，為一套差-中等烴源巖。

5? 結(jié)論

（1） 本區(qū)姜巴斯套組各段均含較厚的灰黑色碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，是本區(qū)主力烴源巖層系，累計厚200～300 m。

（2） 所取烴源巖有機(jī)碳含量0.088%～1.11%，平均0.52%，地化特征表明為一套豐度差-中等烴源巖，具備較好的生油條件;有機(jī)質(zhì)成熟度為1.123%～1.575%，平均1.324%，屬成熟-高熟，以高熟為主;有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅲ型。

（3） 綜上所述，該區(qū)姜巴斯套組烴源巖具較好的油氣生成能力，且具一定規(guī)模。但該地區(qū)姜巴斯套組橫向巖性及含碳量差異較大。但總體來說該區(qū)有較大的開發(fā)空間和勘探潛力。

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