新疆福海盆地烏倫古湖北一帶早石炭世那林卡拉組烴源巖特征分析

舍建忠 賈健 段旭杰 雷國(guó)民 馮琛偉 曹江宇 馮長(zhǎng)麗

摘? ?要：福海盆地烏倫古湖北一帶早石炭世那林卡拉組發(fā)現(xiàn)一套穩(wěn)定且厚度較大的烴源巖層位。從縱橫向及深部展布、有機(jī)質(zhì)豐度、類型及熱演化特征等方面分析該烴源巖有機(jī)地化特征。烴源巖出露長(zhǎng)約240 km，厚214～1 281 m，鉆孔顯示向深部延伸穩(wěn)定，巖性以黑色粉砂質(zhì)泥巖為主。探槽及鉆孔樣品總有機(jī)碳（TOC）含量平均為6.95%和4.57%，干酪根類型以Ⅱ1型為主，Ⅱ2型次之，鏡質(zhì)體反射率（Ro）平均1.19%。表明烴源巖整體處在成熟-高成熟階段，以成熟階段為主。該區(qū)域烴源巖主要形成于較穩(wěn)定的濱淺海環(huán)境。早石炭世古地理環(huán)境以濱淺海相為主，說明該時(shí)期形成大面積烴源巖的可能性較大。

關(guān)鍵詞：福海盆地;石炭系;烴源巖;烏倫古湖;那林卡拉組

準(zhǔn)噶爾盆地是我國(guó)重要的油氣盆地之一，油氣資源豐富。盆地內(nèi)油氣勘探程度整體較低，石油探明率為26.26%，天然氣探明率僅7.86%[1]。2002年以來，哈薩克斯坦齋桑油氣田獲得重大突破，國(guó)內(nèi)油田公司認(rèn)為齋桑盆地的東延部分吉木乃盆地、布爾津盆地可能存在儲(chǔ)量豐富的油氣。近年來新疆油田公司通過大范圍地質(zhì)調(diào)查，在石炭系發(fā)現(xiàn)卡拉麥里大氣田，證實(shí)新疆北部地區(qū)勘探前景廣闊，為新疆油田戰(zhàn)略性勘探領(lǐng)域[2]。

準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)育大量石炭紀(jì)烴源巖[3]，盆地北緣石炭系露頭廣泛。塔城盆地、和什托洛蓋盆地、吉木乃盆地和福津盆地等地區(qū)石炭紀(jì)烴源巖廣泛出露。筆者承擔(dān)的準(zhǔn)噶爾北緣烴源巖（油氣）基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目，對(duì)準(zhǔn)噶爾北緣烴源巖露頭空間分布特征進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在烏倫古湖北一帶早石炭世那林卡拉組發(fā)現(xiàn)一套穩(wěn)定且厚度較大的烴源巖層位。本文通過對(duì)有機(jī)質(zhì)類型、豐度和成熟度進(jìn)行分析，以期為準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘查提供佐證。

1? 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾西北緣吉木乃盆地東段（圖1-a）。吉木乃盆地（包含福津盆地）北接阿爾泰山，南抵薩吾爾山，東鄰烏倫古湖，為哈薩克斯坦境內(nèi)齋桑盆地向東延伸的一部分[4-5]，形狀呈西寬東窄的三角形。構(gòu)造位置整體處于歐亞板塊腹部、西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊結(jié)合部位。著名的額爾齊斯大斷裂從盆地中部穿過。盆地自北向南可進(jìn)一步劃分為福津坳陷、科克森套隆起及吉木乃坳陷。盆地北部山區(qū)屬西伯利亞板塊阿爾泰造山帶，出露古—中元古代基底，發(fā)育中-深變質(zhì)碎屑巖建造。遭多次強(qiáng)烈擠壓變形，構(gòu)造線方向主要為NW向，巖漿活動(dòng)極強(qiáng)烈。盆地南部山區(qū)屬哈薩克斯坦板塊準(zhǔn)噶爾地塊北緣復(fù)合島弧帶，具中—新元古代基底。巖石變質(zhì)程度較淺，巖漿侵入活動(dòng)相對(duì)較弱，主要構(gòu)造線方向?yàn)榻麰W向弧形構(gòu)造帶。

吉木乃盆地（包含福津盆地）演化經(jīng)形成、發(fā)展和萎縮3個(gè)階段。早石炭世末西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊碰撞造山抬升，晚石炭世至早二疊世以伸張環(huán)境為主，發(fā)育陸內(nèi)裂谷型火山巖，形成巨大的山系雛形，山間盆地開始形成。早二疊世末至中生代，本區(qū)一直處于上升剝蝕夷平和準(zhǔn)平原化狀態(tài)，缺失晚二疊世和中生代地層。古新世進(jìn)一步夷平，直至始新世早期，由于齋桑泊湖盆擴(kuò)張，吉木乃、布爾津等山間坳陷被湖浸，接受陸相沉積，進(jìn)入真正的盆地發(fā)展時(shí)期。進(jìn)入更新世，全區(qū)又一次大規(guī)模隆起，阿爾泰山、薩吾爾山劇烈隆起，山區(qū)與平原之間相對(duì)高差拉大，湖域逐漸縮減，逐步形成現(xiàn)今的山體地貌[5]，盆地內(nèi)出露地層主要為晚古生代地層。中泥盆世薩吾爾山組，為一套海相基-酸性火山碎屑巖建造;早石炭世那林卡拉組，為一套海陸交互相地層，含厚層碳質(zhì)泥巖夾煤線;晚石炭世恰其海組為一套陸相碎屑巖為主，含碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)粉砂巖夾煤線。

2? 烴源巖分布特征

2.1? 那林卡拉組

本次研究的那林卡拉祖主要分布于布爾津縣南國(guó)道217東側(cè)至烏倫古湖北一帶（圖1-b），呈近EW向分布，向西未出露，向東北被第四系覆蓋，長(zhǎng)約240 km，西部較寬，露頭較差，多被古近系覆蓋，東側(cè)出露較好，寬度相對(duì)西側(cè)較窄。發(fā)生一定動(dòng)力變質(zhì)作用，與吉木乃盆地后期抬升隆起有關(guān)。與下伏泥盆系呈斷層接觸，與上覆晚石炭世地層呈斷層接觸，主要巖性為灰色砂巖、鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖、碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)頁(yè)巖夾煤線，粉砂巖、泥巖中見有植物化石碎片。

2.2? 烴源巖特征

本次工作對(duì)研究區(qū)那林卡拉組由西向東布設(shè)5條剖面，中部部署3個(gè)鉆孔（圖1-b）。通過地質(zhì)路線和剖面測(cè)量，地表烴源巖出露沿走向穩(wěn)定，分布長(zhǎng)度與地層出露一致。地表烴源巖縱向上西側(cè)層多，厚度相對(duì)小;東側(cè)層少，厚度大，厚214～1 281 m，最厚處位于烏倫古湖北側(cè)。鉆孔1見9層烴源巖，累積厚174.82 m，單層最厚29.33 m;鉆孔2見11層烴源巖累積厚度167.85 m，單層最厚48 m;鉆孔3見22層烴源巖，累積厚322.52 m，單層最厚51.7 m。剖面和鉆孔巖性以黑色粉砂質(zhì)泥巖為主，該組烴源巖區(qū)域分布非常廣。

3? 有機(jī)地化特征

烴源巖有效評(píng)價(jià)直接決定油氣勘探方向與前景。目前中國(guó)古生界烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚存在爭(zhēng)議[6-7]。據(jù)前人研究成果，結(jié)合北疆烴源巖特征，本次采用SY/T5735-1955國(guó)標(biāo)。由于地表采集的樣品或演化程度較高的樣品相對(duì)鉆井巖心樣品，不能真實(shí)反映有機(jī)物地球化學(xué)特征[8-10]，本次將剖面、探槽及鉆井樣品測(cè)試數(shù)據(jù)分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以真實(shí)對(duì)比反映有機(jī)質(zhì)地化特征。

3.1? 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)通常采用總有機(jī)碳含量（TOC）、生烴潛量（S1+S2）、氯仿瀝青“A”和總烴含量等指標(biāo)。

3.1.1? 總有機(jī)碳含量（TOC）

本次在福海盆地早石炭世那林卡拉組剖面中采集TOC代表樣品10件，探槽中84件，鉆孔75件，分析成果見表1。由表1和圖2-a可知，地表剖面樣品TOC含量0.18%～1.10%，平均0.54%，主體分布小于0.4%。探槽樣品TOC含量0.42%～42.7%，平均6.95%，主體大于%1，鉆孔樣品TOC含量1.03%～40.1%，平均4.53%，全部大于1%。地表剖面樣品可能由于油氣逸散，TOC含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于探槽和鉆孔樣品，探槽樣品相比鉆孔樣品更接近地表。部分油氣逸散導(dǎo)致TOC含量變化相對(duì)較大，但與鉆孔樣品TOC含量相差不大。據(jù)SY/T5735-1955國(guó)標(biāo)，那林卡拉組地表剖面烴源巖主體以中等和非烴源巖為主，探槽和鉆孔中烴源巖以好-最好烴源巖為主。

3.1.2? 生烴潛量（S1+S2）、氯仿瀝青“A”和總烴

本次在剖面、探槽和鉆孔中選取部分樣品進(jìn)行巖石熱解及族組分分析（表1）。剖面樣品生烴潛量（S1+S2）小于0.5 mg/g，探槽樣品（S1+S2）僅為0.043～1.434 mg/g，平均0.353 mg/g，僅有不到30%樣品生烴潛量（S1+S2）大于0.5 mg/g（圖2-b）。鉆孔樣品（S1+S2）為0.076～0.719 mg/g，平均0.214 mg/g，絕大多數(shù)樣品生烴潛量（S1+S2）小于0.5 mg/g（圖2-b），指示為非-差標(biāo)準(zhǔn)。剖面、探槽和鉆孔中所有樣品的氯仿瀝青“A”指示為非烴源巖。

綜上所述，從有機(jī)碳TOC指標(biāo)看，那林卡拉組烴源巖有機(jī)碳含量很高，但生烴潛量（S1+S2）、氯仿瀝青“A”和總烴等指標(biāo)較低，可能是受有機(jī)質(zhì)類型較差或烴源巖成熟度過高影響[11]，總體上為好的烴源巖。

3.2? 有機(jī)質(zhì)類型

通過有機(jī)顯微組分、干酪根元素、干酪根碳同位素、巖石熱解等分析，可判別烴源巖有機(jī)質(zhì)類型[12-13]。本次在福海盆地石炭紀(jì)那林卡拉組剖面、探槽中采集18個(gè)顯微組分樣，均顯示以腐泥質(zhì)為主，少量鏡質(zhì)組+惰質(zhì)組（圖3-a）。干酪根類型指數(shù)為13.3～64.05，絕大多數(shù)在40以上，干酪根類型以Ⅱ1為主，Ⅱ2類型次之（表2，3），整體表現(xiàn)為腐泥-腐殖型。表明有機(jī)質(zhì)來源于浮游植物和微生物的混合，生油潛力中等。烴源巖有機(jī)質(zhì)類型劃分可據(jù)巖石熱解判別。從HI-Tmax關(guān)系看（圖3-b），剖面、探槽和鉆孔樣品Tmax值均大于530 ℃，氫指數(shù)小于15 mg/g，樣品主要處于Ⅲ型區(qū)根部。干酪根碳同位素值受成熟度影響較小，是劃分干酪根類型有效方法之一[14]。那林卡拉組剖面和探槽樣品干酪根碳同位素值相差不大，樣品變化不大，均大于-24.5‰。據(jù)SY/T5735-1955國(guó)標(biāo)，屬于Ⅲ類型，烴源巖干酪根同位素表明，那林卡拉組有機(jī)質(zhì)類型較差。

綜上，顯微組分顯示烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，以Ⅱ1類型為主，巖石熱解和干酪根碳同位素顯示Ⅲ類型，可能是烴源巖成熟度過高造成。高-過成熟樣品，會(huì)引起S2降低，使對(duì)應(yīng)的Tmax峰值不準(zhǔn)確，導(dǎo)致IH-Tmax（最高熱解峰溫）判別方法可信度降低。隨熱演化程度增加，干酪根碳同位素（δ13CPDB）逐漸變重[15-18]。

3.3? 有機(jī)質(zhì)成熟度

當(dāng)有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到門限溫度時(shí)，干酪根成熟并生成大量烴類[11]。鏡質(zhì)體反射率（Ro）是有機(jī)質(zhì)成熟度的有效指標(biāo)，隨熱演化程度升高而增大，具相對(duì)廣泛、穩(wěn)定的可比性[10]。干酪根的鏡質(zhì)體反射率隨溫度和有效加熱時(shí)間的變化具不可逆性。因此，熱變質(zhì)作用越強(qiáng)，鏡質(zhì)體反射率越大[11]。熱解分析中S2峰的Tmax可反映成熟度指標(biāo)，隨熱演化程度升高，Tmax增大[12-13]。

據(jù)表4可知，那林卡拉組烴源巖剖面樣品Ro=1.465%～1.469%，平均1.467%，處于高成熟階段，探槽樣品Ro=0.875%～1.386%，平均1.158%。僅一個(gè)樣品Ro大于1.3%，主體處于成熟階段，具剖面樣品Ro大于探槽樣品特征。那林卡拉組烴源巖的Tmax =524.5 ℃～549 ℃，平均545.1 ℃，處于高成熟階段。那林卡拉組烴源巖整體處于成熟-高成熟階段，以成熟為主，利于生氣。

4? 有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境分析

新疆北部早石炭世古地理環(huán)境總體為海相環(huán)境，具北深南淺特征，大體可分為深海-半深海、淺海兩大相區(qū)。研究區(qū)所屬額爾齊斯殘留洋呈NWW向延伸，相帶展布與此一致，分為半深海相、淺海相和淺海三角洲相[19]。研究區(qū)烏倫古湖北側(cè)剖面未見底（被湖水淹沒）（圖4），剖面底部以砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖交替沉積為主，為濱海-三角洲前緣沉積;中部以大套粉砂質(zhì)泥巖沉積為主，顏色明顯加深，常發(fā)育水平層理，局部夾薄層粉砂巖或細(xì)砂巖，砂巖較薄，為淺海相沉積;頂部主要由粉砂質(zhì)泥巖和砂巖組成，砂巖主要為濱海砂，粉砂質(zhì)泥巖主要為淺海相泥巖，反映濱海-淺海交替沉積。整體上那林卡拉組主要由粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂質(zhì)泥巖組成，為一套淺海-濱海相沉積，由于強(qiáng)烈構(gòu)造作用，導(dǎo)致某些層段重復(fù)（圖4）。構(gòu)造演化上，新疆北部早石炭世為碰撞間歇期伸展-殘留洋閉合、陸-陸碰撞的大地構(gòu)造演化背景[20]。剖面也反映碰撞間歇期伸展-殘留洋閉合的海進(jìn)海退沉積特征（圖4），烴源巖主要形成于環(huán)境較穩(wěn)定的濱淺海環(huán)境。

5? 結(jié)論

（1） 福海盆地烏倫古湖北一帶早石炭世那林卡拉組發(fā)現(xiàn)一套穩(wěn)定且厚度較大的烴源巖層位，長(zhǎng)約240 km，厚度在214～1 281 m，鉆孔顯示向深部延伸穩(wěn)定，巖性以黑色粉砂質(zhì)泥巖為主。

（2） 福海盆地早石炭世那林卡拉組烴源巖達(dá)好-最好烴源巖，干酪根類型以Ⅱ1為主，Ⅱ2類型次之，整體表現(xiàn)為腐泥-腐殖型，烴源巖整體處在成熟-高成熟階段，以成熟為主，利于生氣。

（3） 福海盆地早石炭世那林卡拉組底部為濱海-三角洲前緣交替沉積，中部為淺海相沉積，頂部為濱海-淺海交替沉積。烴源巖主要形成于環(huán)境較穩(wěn)定的濱淺海環(huán)境，北疆早石炭世古地理環(huán)境以濱淺海為主，形成大面積烴源巖可能性較大。

（4） 早石炭世那林卡拉組為油氣調(diào)查新層系，具良好資源前景。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心.新疆地區(qū)油氣資源評(píng)價(jià)[M].北京：中國(guó)大地出版社，2014：70-105.

[2]? ? 石藝.新疆油氣勘探立足石炭系海相含油氣盆地尋求突破[J].石油鉆采工藝，2009，31（3）：126.

[3]? ? 秦黎明，張枝煥，劉洪軍，等.準(zhǔn)噶爾盆地東北部恰庫(kù)爾特草原北下石炭統(tǒng)南明水組烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].天然氣地球科學(xué)，2008，19（6）：761-769.

[4]? ? 仇蘇江，黃堅(jiān)，陳家琪，等.布爾津盆地地震勘探信息的采集方法[J].新疆石油地質(zhì)，2010，31（3）：311-313.

[5]? ? 李謀，謝淵，陸俊澤.新疆北部吉木乃坳陷下二疊統(tǒng)卡拉崗組頁(yè)巖氣地質(zhì)特征初探[J].沉積與特提斯地質(zhì)，2016，36（2）：67-74.

[6]? ? 陳建平，梁狄剛，張水昌，等.中國(guó)古生界海相烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，86（7）：1132-1142.

[7]? ? 張水昌，梁狄剛，張大江.關(guān)于古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[J].石油勘探與開發(fā)，2002，29（2）：8-12.

[8]? ? 盧進(jìn)才，魏仙樣，李玉宏，等.內(nèi)蒙古西部額濟(jì)納旗祥探9井石炭系—二疊系烴源巖地球化學(xué)特征[J].地質(zhì)通報(bào)，2012，31（10）：1628-1638.

[9]? ? 盧進(jìn)才，陳高潮，魏仙樣，等.內(nèi)蒙古西部額濟(jì)納旗及鄰區(qū)石炭系-二疊系沉積建造與生烴條件——石炭系—二疊系油氣地質(zhì)條件研究之一[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2011，30（6）：811-826.

[10]? 許光，姜亭，郭望，等.新疆伊寧盆地石炭系阿克沙克組烴源巖特征[J].地質(zhì)通報(bào)，2018，37（1）：63-69.

[11]? 靳軍，羅小平，廖健德，等.準(zhǔn)噶爾盆地東道海子凹陷平地泉組烴源巖地球化學(xué)特征[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，42? ? ? ?（2）：196-202.

[12]? 盧雙舫，張敏.油氣地球化學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[13]? 金奎勵(lì)，王宜林.準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系煤成油[M].北京：石油工業(yè)出? ?版社，1997.

[14]? Koos B M，Littke R，Muller B，et al.Generetion of nitrogen and methane from sedimentary organicmatter：Implications on the dynamics of natural gas accumulation[J].Chemical Geology，1995，? ? ? 126：291-318.

[15]? 盧進(jìn)才，魏仙樣，魏建設(shè)，等.內(nèi)蒙古西部額濟(jì)納旗雅干地區(qū)二疊系埋汗哈達(dá)組烴源巖的特征[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2010，29（2/3）：341-345.

[16]? 盧進(jìn)才，魏仙樣，陳高潮，等.阿拉善右旗杭烏拉地區(qū)下二疊統(tǒng)埋? ? ? ? ? ? 汗哈達(dá)組烴源巖特征[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2011，41? ? ? （2）：335-342.

[17]? 盧進(jìn)才，魏仙樣，魏建設(shè)，等.內(nèi)蒙古西部額濟(jì)納旗及鄰區(qū)石? ? ? ? 炭—二疊系烴源巖干酪根C 同位素的特征和影響因素[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2010，29（2/3）：384-391.

[18]? 楊樹春，盧慶治，宋傳真，等.庫(kù)車前陸盆地中生界烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度演化及影響因素[J].石油與天然氣地質(zhì)，2005，26（6）：770-? ? 777.

[19]? 李滌.準(zhǔn)噶爾盆地及鄰區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造格架與沉積充填演化[D].? ? ?中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2016.

[20]? 匡立春，張?jiān)竭w，查明，等.新疆北部石炭紀(jì)構(gòu)造背景及演化[J].地? ?質(zhì)學(xué)報(bào)，2013（3）：311-320.