博格達地區(qū)中二疊統(tǒng)沉積環(huán)境與烴源巖特征

張奎華，宋明水，曹忠祥，王越，張關龍，薛雁

（1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000）

0 引言

博格達地區(qū)準噶爾盆地與吐哈盆地在中二疊統(tǒng)為水體相通的統(tǒng)一沉積體系[1-2]，廣泛發(fā)育厚層黑色泥頁巖、油頁巖，不僅為重要的烴源巖層系，同時也具備頁巖油、頁巖氣及致密油等非常規(guī)油氣勘探潛力[3-4]。西博格達山北麓中二疊統(tǒng)蘆草溝組分布有豐富的油頁巖，具有工業(yè)開采價值的油氣資源約有 50×108t[5]。 在吐哈盆地4.62×108t的探明儲量中，有1×108t來自中二疊統(tǒng)塔爾朗組[6]。近年來，針對準噶爾盆地南緣與吐哈盆地北緣中二疊統(tǒng)的層序地層[7-9]、沉積相特征[10-13]研究相對較多，烴源巖層系的沉積環(huán)境[14-16]、地球化學特征[17-18]等方面也開展了一定的研究，但缺乏系統(tǒng)對比，而且對優(yōu)質(zhì)烴源巖縱向發(fā)育層段不明確，制約了該區(qū)下一步的油氣勘探。本文通過野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)薄片鑒定及地球化學分析測試，系統(tǒng)研究了準噶爾盆地與吐哈盆地中二疊統(tǒng)泥頁巖層系的巖性特征、沉積環(huán)境、總有機碳質(zhì)量分數(shù)（TOC）及生烴潛量（S1+S2）等，以期為該區(qū)油氣勘探提供參考。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于博格達山與伊林黑比爾根山周緣（見圖1）。吐哈盆地西北緣發(fā)育塔爾朗組，準噶爾盆地南緣發(fā)育蘆草溝組和紅雁池組，塔爾朗組相當于蘆草溝組與紅雁池組。塔爾朗組自下而上劃分為一段、二段、三段和四段，蘆草溝組自下而上劃分為一段、二段和三段。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要

2 巖性特征

蘆草溝組三段與塔爾朗組三段以半深湖—深湖亞相沉積為主，發(fā)育了厚層的泥頁巖、油頁巖，其TOC與S1+S2較高，為研究區(qū)重要的烴源巖層段（見圖2）。

圖2 博格達地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組與塔爾朗組泥頁巖巖性特征

西博格達山北緣蘆草溝組三段廣泛發(fā)育厚層深灰色泥頁巖、油頁巖夾白云巖（見圖2a，2b），厚度分布在150～250 m。泥頁巖單層厚度分布在4～10 m，具頁狀構(gòu)造（見圖2c），紋層間距為0.2～1.0 mm。泥頁巖主要由粉砂級的石英、長石、黏土礦物和有機質(zhì)組成，含少量的碳酸鹽礦物。長英質(zhì)礦物質(zhì)量分數(shù)為48.0%～85.0%，平均61.4%，粒徑一般為0.02～0.60 mm，磨圓呈次棱角—次圓狀，分選性好。黏土礦物質(zhì)量分數(shù)為10.6%～50.0%，平均32.5%，呈棕褐色紋層狀分布?；遥ㄔ疲┵|(zhì)礦物質(zhì)量分數(shù)為0～33.0%，平均6.1%，以泥晶形態(tài)分布于長英質(zhì)礦物之間。

吐哈盆地西北緣塔爾朗組三段廣泛發(fā)育深灰色泥頁巖、油頁巖夾石灰?guī)r（見圖2c，2d），厚度分布在60～140 m。泥頁巖單層厚度分布在2～6 m，具頁狀構(gòu)造，由泥晶方解石紋層、黏土紋層和粉砂-黏土混合紋層組成，泥晶方解石質(zhì)量分數(shù)一般為1.0%～76.8%，平均29.9%，紋層連續(xù)性較好，呈彎曲狀，厚度分布在0.03～0.12 mm，與黏土、粉砂紋層分界清晰（見圖2f）。黏土質(zhì)量分數(shù)為1.0%～42.4%，平均19.7%，黏土紋層分布在0.01～0.03 mm，連續(xù)性較差。粉砂質(zhì)量分數(shù)為14.0%～76.0%，平均50.3%，紋層厚度較大，常呈斷續(xù)分布的透鏡狀，一般為0.2～0.4 mm，黏土分布在粉砂之間。

3 沉積環(huán)境

3.1 古鹽度

本次研究主要通過分析露頭剖面泥頁巖內(nèi)的Sr/Ba值（質(zhì)量比）來判斷蘆草溝組與塔爾朗組的古鹽度，Sr/Ba值小于0.6為淡水環(huán)境，0.6～1.0為半咸水環(huán)境，大于1.0為咸水環(huán)境。西博格達山周緣蘆草溝組三段Sr/Ba值分布在 0.4～5.6，平均值為 1.7（見圖 3a）。 紅雁池、井井子溝等剖面Sr/Ba值小于0.6的樣品約占13.0%，0.6～1.0的樣品約占28.3%，大于1.0的樣品約占58.7%。吐哈盆地北緣塔爾朗組三段Sr/Ba值分布在0.4～6.6，平均值為1.2（見圖3b）。 塔爾朗溝、艾維爾溝等剖面Sr/Ba值小于0.6的樣品約占23.6%，介于0.6～1.0的樣品約占41.9%，大于1.0的樣品約占34.5%。綜合分析認為：蘆草溝組三段以咸水環(huán)境為主，間歇性出現(xiàn)半咸水環(huán)境；塔爾朗組三段以半咸水—咸水環(huán)境為主，間歇性出現(xiàn)淡水環(huán)境。

3.2 古氧化還原條件

Jones 等[19]運用因子分析法認為，V/（V+Ni）值（質(zhì)量比）大于0.77為缺氧、極貧氧環(huán)境，0.66～0.77為貧氧、次富氧環(huán)境，小于 0.60 為富氧環(huán)境。Thomas等[20]認為：高 V/（V+Ni）值（大于 0.84）反映水體分層，底層水為缺氧環(huán)境；中 V/（V+Ni）值（0.54～0.82）為水體分層不強的厭氧環(huán)境；低 V/（V+Ni）值（0.46～0.60）為水體分層弱的貧氧環(huán)境。不同學者劃分水體氧化還原條件的標準雖有所差異，但都認為水體還原程度越強，V/（V+Ni）值越大。西博格達山周緣蘆草溝組三段V/（V+Ni）值分布在 0.61～0.99，平均值為 0.82（見圖 3c）。

圖3 博格達地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組與塔爾朗組泥頁巖微量元素質(zhì)量分數(shù)比

紅雁池、井井子溝等剖面V/（V+Ni）值介于0.60～0.77的樣品占21.6%，大于0.77的樣品占75.7%。吐哈盆地北緣塔爾朗組三段V/（V+Ni）值分布在 0.61～0.93，平均值為0.74（見圖3d）。塔爾郎溝、艾維爾溝等剖面 V/（V+Ni） 值介于 0.60～0.77 的樣品占 70.9%，大于0.77的樣品占25.5%。綜合分析認為：蘆草溝組三段以極貧氧環(huán)境為主，水體分層性較強；塔爾朗組三段以貧氧環(huán)境為主，水體分層性較弱。

4 烴源巖地球化學特征

西博格達山周緣準噶爾盆地蘆草溝組三段泥頁巖有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較高，主要順著黏土紋層富集，在粉砂級長英質(zhì)礦物內(nèi)質(zhì)量分數(shù)相對較低（見圖4a，4b）。紅雁池、井井子溝等剖面的TOC分布在0.4%～14.5%，平均值為4.2%（見圖5a）。其中，TOC介于1.0%～2.0%的樣品占23.2%，大于2.0%的樣品占71.0%。S1+S2分布在 0.2～99.8 mg/g，平均值為 16.3 mg/g（見圖 5b），分布在 0.1～1.0 mg/g的樣品占 15.9%，1.0～20.0 mg/g的樣品占53.6%，大于20.0 mg/g的樣品占30.0%。

吐哈盆地北緣塔爾朗組三段泥頁巖有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較高，有機質(zhì)在黏土礦物與泥晶方解石紋層內(nèi)富集（見圖4c）。塔爾朗溝、艾維爾溝剖面的TOC分布在0.1%～10.3%，平均值為2.5%。其中，TOC介于1.0%～2.0%的樣品占25.0%，大于2.0%的樣品占52.1%（見圖 5c）。S1+S2分布在 0.1～27.0 mg/g，平均值為 6.1 mg/g（見圖 5d），分布在 0.1～1.0 mg/g的樣品占 22.9%，分布在1.0～20.0 mg/g的樣品占70.8%，大于20.0 mg/g的樣品占6.3%。

總體上看，蘆草溝組三段與塔爾朗組三段泥頁巖為好—優(yōu)質(zhì)烴源巖，蘆草溝組三段烴源巖品質(zhì)更優(yōu)。結(jié)合泥頁巖層段厚度、巖性特征以及古沉積環(huán)境認為：蘆草溝組三段沉積期西博格達山周緣水體深度更大，形成了穩(wěn)定的鹽度分層，缺氧條件優(yōu)越，優(yōu)質(zhì)烴源巖更為發(fā)育；塔爾朗組三段沉積期吐哈盆地北緣水體深度相對較小，水體分層穩(wěn)定性差，在貧氧、極貧氧環(huán)境下發(fā)育好—優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖4 博格達地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組與塔爾朗組有機質(zhì)富集特征

圖5 博格達地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組與塔爾朗組泥頁巖地球化學特征

5 結(jié)束語

博格達山周緣蘆草溝組三段與吐哈盆地西北緣塔爾朗組三段為重要烴源巖層系。蘆草溝組三段發(fā)育厚層泥頁巖夾薄層白云巖，形成于水體分層較強的咸水極貧氧環(huán)境，有機質(zhì)在泥頁巖黏土紋層中富集，TOC平均可達4.2%，為優(yōu)質(zhì)烴源巖。塔爾朗組三段發(fā)育厚層泥頁巖夾薄層灰?guī)r，形成于水體分層較弱的半咸水—咸水貧氧環(huán)境，有機質(zhì)在泥頁巖黏土紋層和方解石紋層中富集，TOC平均為2.5%，為好—優(yōu)質(zhì)烴源巖。研究結(jié)果表明，博格達山北緣蘆草溝組三段的烴源巖品質(zhì)更優(yōu)。