新疆富蘊縣扎河壩凹陷石炭—二疊系烴源巖特征及生烴條件分析

賈健 舍建忠 段旭杰 彭戈

摘? 要：準噶爾盆地東北部扎河壩凹陷發(fā)育有大面積烴源巖，前人曾發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性原油。對扎河壩凹陷內(nèi)石炭系、二疊系烴源巖各項有機地化特征進行分析。結(jié)果表明，該盆地石炭系、二疊系烴源巖有機質(zhì)豐度相對較高，各項參數(shù)均達到烴源巖要求。新疆富蘊縣扎河壩凹陷內(nèi)發(fā)育有兩套烴源巖層，分別為下石炭統(tǒng)姜巴斯套組和下二疊統(tǒng)扎河壩群。下石炭統(tǒng)姜巴斯套組灰黑色碳質(zhì)泥巖單層連續(xù)厚度在數(shù)米至80 m，累積厚150～200 m。總體沉積環(huán)境為濱岸-淺水陸棚環(huán)境。二疊系扎河壩群上部為一套含煤碎屑巖為主的地層，碎屑沉積巖中賦存可采煤層和少量古生物化石，發(fā)育灰黑色碳質(zhì)泥巖，厚約50 m。姜巴斯套組烴源巖有機質(zhì)來源復雜，烴源巖有機碳含量0.24%～1.04%，均值0.74%;有機質(zhì)類型為Ⅱ2-III型干酪根;熱演化程度較高，有機質(zhì)處于高成熟演化階段;綜合評價為高成熟、中等油氣源巖。二疊系扎河壩群有機碳含量0.96%～8.08%，均值3.34%;總體沉積環(huán)境為濱湖-淺湖相，有機質(zhì)類型為Ⅱ2型干酪根;熱演化程度較高，有機質(zhì)處于高成熟演化階段;綜合評價為高成熟、中等油氣源巖。

關(guān)鍵詞：扎河壩凹陷;石炭—二疊系烴源巖;有機碳;成熟度

準噶爾盆地二疊系、石炭系烴源巖大量發(fā)育，克拉瑪依油田主要烴源巖是二疊系，卡拉麥里氣田、五彩灣氣田主要烴源巖是石炭系[1-3]。石冰清等對新疆準噶爾盆地東北緣石炭系滴水泉組（現(xiàn)為塔木崗組）烴源巖進行研究評價認為其具生油潛力。新疆東北部二疊系、石炭系廣泛發(fā)育，在富蘊、福海、扎河壩等地區(qū)廣泛出露，扎河壩盆地及烏倫古凹陷多個油氣井中都有二疊、石炭系鉆揭[4]，巖性巖相復雜，火山巖十分發(fā)育。1979年新疆地礦局先后在扎河壩煤礦三口井中5個井段23～188 m的石炭系火山巖中發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性原油，其賦存于裂縫和氣孔中，油源分析認為來自還原環(huán)境下的低等水生生物[5]。近年來，扎河壩煤礦北部富淺1井控制扎河壩組烴源巖厚30 m，且100 m深處見油氣熒光顯示。烏倫古凹陷的倫參1、倫2、倫3、倫5、滴北1鉆揭的石炭系都發(fā)育較厚的碳質(zhì)泥巖、黑色泥巖、暗色凝灰?guī)r。表明該區(qū)具極大的油氣潛力[6-8]。本文對扎河壩地區(qū)二疊系及石炭系烴源巖有機地球化學特征進行研究，以期對扎河壩凹陷及準噶爾盆地東北部二疊系、石炭系油氣勘探起一定的參考作用。

1? 地質(zhì)背景

扎河壩坳陷區(qū)域大地構(gòu)造位置上處于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準噶爾板塊接合部位，位于東準噶爾扎河壩蛇綠混雜巖帶北緣的一個NE向殘存的石炭—二疊系坳陷[9]，面積1 750 km2（圖1）。坳陷周緣及內(nèi)部廣泛出露泥盆系、石炭系、二疊系[10]。從下到上包括中泥盆統(tǒng)托讓格庫杜克組和蘊都卡拉組，上泥盆統(tǒng)卡西翁組和江孜爾庫都克組，下石炭統(tǒng)姜巴斯套組，上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組，下二疊統(tǒng)扎河壩群（圖1）。其中扎河壩盆地最重要的兩套烴源巖層為下石炭統(tǒng)姜巴斯套組和下二疊統(tǒng)扎河壩群。坳陷南緣緊鄰的扎河壩蛇綠混雜巖帶由蛇紋巖、輝長巖、玄武巖-安山巖和少量凝灰?guī)r及大理巖組成，記錄了該區(qū)構(gòu)造演化及北疆地區(qū)海陸轉(zhuǎn)換歷史[11-13]。

石炭系不整合于泥盆系之上。下石炭統(tǒng)姜巴斯套組巖性為黃綠色粉砂巖、巖屑砂巖夾深灰-灰黑色碳質(zhì)泥巖（頁巖）（圖2-A，B），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，含有大量生物，如苔蘚蟲、海百合莖、腕足、菊石等化石，順走向延伸尖滅相變?yōu)辄S綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。單套灰黑色碳質(zhì)泥巖連續(xù)厚度數(shù)米至80 m，累積厚150～200 m?？傮w沉積環(huán)境為淺水陸棚-三角洲相沉積。

二疊系扎河壩群主要分布于凹陷西部扎河壩地區(qū)，整體為一向南傾的單斜構(gòu)造，上部為一套含煤碎屑巖為主的地層，下部為火山巖、火山碎屑巖、碎屑巖夾灰?guī)r透鏡體。該組地層主要包括泥質(zhì)砂巖、砂巖、泥巖和中酸性凝灰?guī)r，碎屑沉積巖中賦存可采煤層和少量古生物。總體沉積環(huán)境為濱湖-淺湖相，庫爾提河下游東岸特斯巴汗一帶扎河壩群下部發(fā)育灰黑色碳質(zhì)泥巖（圖2-C，D），厚約50 m。

2? 烴源巖特征

2.1? 有機質(zhì)豐度

石炭系姜巴斯套組烴源巖，共采集樣品9件。烴源巖TOC含量0.24%～1.04%，均值0.74%。姜巴斯套組烴源巖氯仿瀝青“A”為0.002%～0.013%，均值0.006%。總烴含量50.00～64.28 μg/g，均值56.39 μg/g;生烴潛力（S1+S2）含量0.049～0.064 mg/g，均值0.054 mg/g。據(jù)許懷先等關(guān)于泥巖有機碳含量評價標準為中等烴源巖[14-15]。

二疊系扎河壩群樣品采自富蘊地區(qū)，共采集樣品3件。TOC含量0.96%～8.08%，均值3.34%;生烴潛力（S1+S2）0.019～0.051 mg/g，均值0.030%;氯仿氯仿瀝青“A”為0.009%～0.015%，均值0.010%;總烴含量55.56～60.0 μg/g，均值58.06 μg/g。據(jù)許懷先等關(guān)于泥巖有機碳含量評價標準為中等烴源巖[14-15]。

2.2? 有機質(zhì)類型

石炭系姜巴斯套組共采集9件樣品進行熱解分析和干酪根C、H、O分析，3個樣品進行干酪根碳同位素分析（表1）[15-17]。Tmax-HI圖上樣品落入III型干酪根區(qū)域（圖3-A）。干酪根范氏圖上樣品落入Ⅱ1-Ⅱ2型區(qū)域（圖3-B）。樣品的干酪根δ13C介于-22.06‰～-22.734‰，均值-22.95‰，指示為Ⅱ2-III型干酪根。上述巖石熱解參數(shù)劃分的有機質(zhì)類型與干酪根范氏圖劃分的有機質(zhì)類型存在明顯差異，是由于姜巴斯套組樣品處于高成熟-過成熟階段（圖3-A）。隨著有機質(zhì)成熟度的增加，有機質(zhì)生成烴類并運移散失，氫指數(shù)（HI）逐漸降低，樣品在Tmax-HI圖版上常集中在III型分布區(qū)（圖3-A）。因此，干酪根類型劃分往往是低成熟度樣品的劃分結(jié)果最準確。據(jù)圖3-A中樣品的分布區(qū)間及干酪根碳同位素分析，初步確定姜巴斯套組烴源巖有機質(zhì)類型主要以Ⅱ2-III型干酪根為主。

二疊系扎河壩群3個烴源巖樣品的巖石熱解參數(shù)Tmax-HI圖指示為III型干酪根（圖3-A），干酪根范氏圖上3個烴源巖樣品落入Ⅱ2型區(qū)域（圖3-B）。對其中2個樣品進行干酪根δ13C測試，其值為-23.42‰和-21.14‰，指示為Ⅱ2型干酪根。上述巖石熱解參數(shù)劃分的有機質(zhì)類型與干酪根范氏圖和干酪根δ13C劃分的有機質(zhì)類型存在明顯差異，是由于扎河壩群樣品處于高成熟階段（圖3-A），導致大多數(shù)有機質(zhì)生成烴類并排出（氫指數(shù)降低），故樣品在Tmax-IH圖版上常集中在III型分布區(qū)內(nèi)（圖3-A）。據(jù)范氏圖和干酪根δ13C綜合分析（圖3-B），確定富蘊扎河壩群烴源巖有機質(zhì)類型主要以Ⅱ2型干酪根為主。

2.3? 有機質(zhì)成熟度

石炭系姜巴斯套組烴源巖樣品Ro介于0.99%～1.25%，均值1.09%，處于成熟階段。Tmax值介于493 ℃～547.5 ℃，均值526 ℃，指示高成熟階段（表2，圖3-A）。H/C原子比介于0.23～0.65，均值0.33（表2），指示為過成熟階段。二疊系扎河壩群3個烴源巖樣品的Ro值介于0.96%～1.26%，達成熟階段。Tmax值介于444.5 ℃～546 ℃，均值507.8 ℃，（表2，圖3-A），指示成熟-高成熟階段。H/C原子比介于0.27～0.34，均值0.31（表2），指示為過成熟階段。

3? 有機質(zhì)顯微組分特征

參照煤巖學中有機質(zhì)顯微鏡下光學特征，以泥巖巖石光片和薄片為樣品，對樣品中有機質(zhì)進行鑒定。據(jù)煤巖學理論，有機質(zhì)在透射光下呈黑色，且正交偏光下無消光現(xiàn)象，反射光下不同顯微組分顏色略有差別，基本呈白-灰白色，其中鏡質(zhì)組無凸起或微突起，殼質(zhì)組低突起，惰性組突起最高。實際觀察中，研究區(qū)烴源巖樣品中有機質(zhì)基本處于均一化狀態(tài)，顯微組分較難區(qū)別，反映出較高的熱演化程度，但仍可根據(jù)光學性質(zhì)將其與無機礦物區(qū)分開。

在透射光下，石炭系姜巴斯套組烴源巖及二疊系扎河壩群烴源巖樣品有機質(zhì)呈黑色，充填于裂隙中（圖4-A，B）。在反射光下觀察多個樣品巖石粉末光片，有機質(zhì)呈灰白-白及淺灰色，凸起極低。有機質(zhì)顆粒大小不一，較小顆粒直徑在幾微米左右，個別較大顆粒直徑達幾十微米。鏡下有機質(zhì)較破碎，分散不均勻，表現(xiàn)為較亮的星點狀特征。個別石炭系姜巴斯套組烴源巖保存較好，呈一定長度的條帶狀（圖4-C）。雖有機質(zhì)顆粒小，分散不均勻，但總的有機質(zhì)碎屑含量仍可觀。

在掃描電鏡下觀察塊狀樣品，掃描電鏡背散射圖像下有機質(zhì)呈黑色，SEM-EDS面掃碳分布形態(tài)代表有機質(zhì)特征[18]。掃描電鏡背散射圖像與SEM-EDS面掃碳分布可有效確定有機質(zhì)的分布。基于SEM-EDS分析，認為有機質(zhì)主要有以下幾種賦存特征：顆粒狀分散于粘土礦物基質(zhì)中，有機質(zhì)顆粒大小不一，介于幾微米至幾百微米之間，形狀多呈規(guī)則狀。單個有機質(zhì)顆粒破碎成幾部分，裂縫間被礦物充填（圖4-E）。薄層狀有機質(zhì)（圖4-F），橫向較連續(xù)，厚度較大。一般在應力作用下有機質(zhì)破裂，裂縫被后期流體充填，形成自生礦物。

4? 生烴潛力分析

據(jù)巖石組合、沉積構(gòu)造及古生物等資料分析，扎河壩地區(qū)下石炭統(tǒng)姜巴斯套組為淺海陸棚與三角洲相沉積。有機質(zhì)來源具明顯二元性，即水生生物與陸源有機質(zhì)并存，水生生物高產(chǎn)率和陸生高等植物的輸入，造成有機質(zhì)豐度較高。淺海陸棚和前三角洲為靜水、低能、還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)的保存。姜巴斯套組烴源巖較發(fā)育，有機質(zhì)豐度達中等烴源巖標準。據(jù)有機顯微組分及干酪根碳同位素分析，姜巴斯套組烴源巖有機質(zhì)來源復雜，有機質(zhì)類型為Ⅱ2-III型干酪根;熱演化程度較高，有機質(zhì)處于高成熟演化階段;綜合評價為高成熟、中等油氣源巖。二疊系扎河壩群，總體沉積環(huán)境為濱湖-淺湖相，碎屑沉積巖中包含可采煤層和少量古生物，有機質(zhì)來源為水生生物與陸源有機質(zhì)，有機質(zhì)類型為Ⅱ2型干酪根;熱演化程度較高，有機質(zhì)處于高成熟演化階段;綜合評價為高成熟、中等油氣源巖。

本次樣品測試沒有鉆井取心資料，所選取烴源巖樣品全部來自地表，露頭風化作用較強，可溶有機質(zhì)大量流失。實測氯仿瀝青“A”“S1+S2”含量較低，己失去原有有機地球化學意義，各項地化分析測試數(shù)據(jù)都存在不同程度偏差，給烴源巖評價帶來較大困難。富淺1井在94.94～105.95 m灰色安山巖中見油氣顯示，富淺1井氯仿瀝青“A”碳同位素值較輕，其值為-29.13‰～-29.68‰，碳同位素值表明原油母質(zhì)類型較好。樣品飽和烴中正構(gòu)烷烴輕組分缺失，不含β胡蘿卜烷，97.40～97.60 m樣品的姥植比相對較低，為1.01，表現(xiàn)出以水生生物為母質(zhì)生源特征。其成熟度參數(shù)C2920S/（20S+20R）為0.48，表明原油為成熟油;其他樣品成熟度參數(shù)C2920S/（20S+20R）為0.56，表明原油成熟度較高。富淺1井原油明顯不同于烏倫古原油及陸東石炭系原油。通過油源對比分析，該區(qū)可能是二疊系與石炭系混源。該區(qū)缺少二疊系，因此，扎河壩油氣來源可能為石炭系。在保存條件好的情況下，油氣未遭破壞降解可聚集成藏。扎河壩地區(qū)石炭系姜巴斯套組和二疊系扎河壩群暗色泥巖具一定的生烴能力。

參考文獻

[1]? ? 陳建平，王緒龍，鄧春萍，等.準噶爾盆地烴源巖與原油地球化學特征[J].地質(zhì)學報，2016（1）：37-67.

[2]? ? 陳業(yè)全，王偉鋒.準噶爾盆地構(gòu)造演化與油氣成藏特征.[J].石油大學學報，2004.（28）：4-8

[3]? ? 陳學國.準噶爾盆地石炭系烴源巖地球化學特征研究[J].西安石油大學學報，2012，27（6）：12-18+6.

[4]? ? 李菊英，晉慧娟.新疆準噶爾盆地西北緣石炭系濁積巖中的遺跡化石的發(fā)現(xiàn)及其意義[J]，地質(zhì)科學，1989（1）：9-15+111-112.

[5]? ? 李劍，馬衛(wèi)，王義鳳等.腐泥型烴源巖生排烴模擬實驗與全過程生烴演化模式[J].石油勘探與開發(fā)，2018（3）：1-10.

[6]? ? 王啟宇，牟傳龍，陳小煒，康建威.準噶爾盆地及周緣地區(qū)石炭系巖相古地理特征及油氣基本地質(zhì)條件[J].古地理學報，2014，16（5）：655-671.

[7]? ? 何登發(fā)，陳新發(fā)，況軍等.準噶爾盆地石炭系烴源巖分布與含油氣系統(tǒng)[J].石油勘探與開發(fā)，2010（4）：397-408.

[8]? ? 王嶼濤.烏倫古地區(qū)倫2-倫3井生油巖評價和油源對比[J].新疆石油地質(zhì)，1987（1）29-34+7.

[9]? ? 趙同陽，朱志新，劉閣，李平.新疆東準噶爾地區(qū)洋板塊地質(zhì)特征及構(gòu)造演化[J].新疆地質(zhì)，2017，35（4）：380-391.

[10]? 秦雨.新疆扎河壩地區(qū)蛇綠巖帶形成環(huán)境及其地質(zhì)意義[J].能源研究與管理，2017（1）：15-21.

[11]? 梁云海，李文鉛，李衛(wèi)東.新疆準噶爾造山帶多旋回開合構(gòu)造特征[J].地質(zhì)通報，2004（3）：279-285.

[12]? 蔡忠賢，陳發(fā)景，賈振遠.準噶爾盆地的類型和構(gòu)造演化[J].地學前緣，2000，7（4）：431-440.

[13] 肖序常，湯耀慶，馮益民等.新疆北部及鄰區(qū)大地構(gòu)造[M].北京：地質(zhì)出版社，1992，1-169.

[14]? 許懷先，蒲秀剛，韓德馨.碳酸鹽巖中烴源的識別-以西藏措勤盆地碳酸鹽巖為例[J].地質(zhì)學報，2002（3）：395-399.

[15]? 盧雙舫，張敏，鐘寧寧.油氣地球化學[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008，153-155.

[16]? 黃第藩，李晉超，張大江.干酪根的類型及其分類參數(shù)的有效性、局限性和相關(guān)性[J].沉積學報，1984，2（3）：18-32.

[17]? Beatrice Giannetta，César Plaza，Claudio Zaccone，Costantino Vischetti，Pere Rovira. Ecosystem type effects on the stabilization of organic matter in soils： Combining size fractionation with sequential chemical extractions[J]. Geoderma，2019，353.

[18]? 于亮，王保勇.基于掃描電鏡的烴源巖研究[J].西安文理學院學報（自然科學版），2017（1）：107-110.

Characteristics of Carboniferous-Permian Source Rocks and Hydrocarbon Generation Conditions in Zhaheba Sag，

Fuyun County， Xinjiang

Jia Jian，She Jianzhong，Duan Xujie，Peng Ge

（Xinjiang Institute of Geological Survey， Urumgi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：There are a large area of source rocks in Zhahaba sag in the northeast of Junggar basin，volatile crude oil has been found before.The organic geochemical characteristics of Carboniferous and Permian source rocks in Zhahaba sag are analyzed. The results show that the abundance of organic matter in Carboniferous and Permian source rocks is relatively high， and all the parameters meet the requirements of source rocks.Two sets of source rocks in the Zhaheba depression of Fuyun County， Xinjiang， are the Lower Carboniferous Jiangbasitao Formation and the Lower Permian Zhahe Dam Group. The continuous thickness of the ash-black carbonaceous mudstone of the Lower Carboniferous Jiangbasitao Formation ranges from several meters to 80 meters， and the cumulative thickness is about 150-200 meters. The overall sedimentary environment is a shore-shallow water shelf environment. The upper part of the Permian Zhaheba Group is a set of coal-bearing clastic rocks. The clastic sedimentary rocks contain recoverable coal seams and a small number of paleontology， and develop gray-black carbonaceous mudstone with a thickness of about 50 meters. The sources of organic matter in the source rocks of the Jiangbasitao Formation are complex. The organic carbon content of the source rocks is between 0.24% and 1.04%， with an average of 0.74%. The organic matter type is II2-III kerogen. The thermal evolution is high and the organic matter is high. Mature evolution stage; comprehensive evaluation of high mature and medium oil and gas source rocks. The Permian Zhaheba Group has an organic carbon content ranging from 0.96% to 8.08% and a mean value of 3.34%. The overall sedimentary environment is the lakeside-shallow lake facies， and the organic matter type is type II2 kerogen; the thermal evolution is high， organic matter It is in the stage of high maturity evolution; the comprehensive evaluation is high mature and medium oil and gas source rocks.

Key words： Zhaheba Sag; Carboniferous-Permian source rock; Organic carbon; Maturity