準(zhǔn)噶爾盆地南緣博格達(dá)山前帶二疊系蘆草溝組烴源巖地球化學(xué)特征及生烴潛力研究

張 林，張 敏，高永進(jìn)，孫相燦

(1.長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100029；3.中國地質(zhì)調(diào)查局海口海洋地質(zhì)調(diào)查中心，海南 海口 571127)

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組烴源巖分布面積廣，生烴指標(biāo)好，是準(zhǔn)噶爾盆地生烴潛力最大的烴源巖層系之一[1-4]。準(zhǔn)噶爾盆地南緣博格達(dá)山前帶包括北緣阜康斷裂帶和南緣柴窩堡凹陷兩個二級構(gòu)造單元，位于準(zhǔn)噶爾盆地準(zhǔn)南沖斷帶東段。相對于西部的準(zhǔn)南沖斷帶中西段、東北部的吉木薩爾凹陷和北部的北三臺地區(qū)，博格達(dá)山的隆升分割導(dǎo)致山前帶構(gòu)造演化和沉積過程更加復(fù)雜，所以對二疊系蘆草溝組的地層展布和烴源巖生烴潛力的研究具有重要的意義[5-8]。

通過對博參1井、新吉參1井、新永地1井、準(zhǔn)頁4井等23口鉆井的巖芯，結(jié)合8個典型剖面的描述(鉆井和剖面位置見圖1)，揭示了研究區(qū)二疊系蘆草溝組烴源巖分布與厚度，分析了博格達(dá)山周詳細(xì)的基礎(chǔ)資料。

圖1 研究區(qū)主要鉆井和剖面分布圖Fig.1 Main well and profile distribution in the study area

2 烴源巖厚度及分布

根據(jù)新吉參1井、準(zhǔn)頁4井、博參1井、米參2井、柴參1井、新永地1井等鉆井地層對比結(jié)果，博格達(dá)山周緣(阜康斷裂帶和柴窩堡凹陷)二疊系蘆草溝組烴源巖為一套深湖-半深湖相沉積，巖性以富有機質(zhì)黑色-灰黑色泥巖為主，夾粉砂質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖和油頁巖等，厚度較大，為一套優(yōu)質(zhì)湖相泥質(zhì)烴源巖，在研究區(qū)均有分布，厚度60～550 m，其中，新吉參1井、博參1井、準(zhǔn)頁4井鉆揭蘆草溝組烴源巖厚度分別為410 m、330 m、270 m。在博格達(dá)山南麓柴窩堡凹陷，小1井、達(dá)1井、柴參1井等5口井揭示了厚度不等的蘆草溝組。以小1井、小2井為代表，其揭示的蘆草溝組烴源巖厚度分別為284 m、197 m。從橫向上看，東部厚度更大，井井子溝蘆草溝組烴源巖厚度為545 m。總體上呈由西向東逐漸增厚的趨勢。

博格達(dá)山北麓露頭蘆草溝組烴源巖主要巖性為灰黑、黑色、褐灰色頁巖、油頁巖、粉砂巖夾白云巖和少量砂巖[9]。下與井井子溝組整合接觸，以凝灰?guī)r消失、油頁巖出現(xiàn)為界；上與紅雁池組整合接觸。此外，研究區(qū)以北的吉木薩爾凹陷內(nèi)蘆草溝組烴源巖厚度一般為100～300 m[10]，凹陷內(nèi)以吉7井和吉174井為代表的大多數(shù)鉆井蘆草溝組烴源巖厚度明顯小于博格達(dá)山前帶(圖2)。

圖2 博格達(dá)山周緣蘆草溝組烴源巖平面展布Fig.2 Plane distribution of source rocks of Lucaogou formation around Bogda mountain

3 烴源巖地球化學(xué)特征

對研究區(qū)31口鉆井和8個剖面的二疊系蘆草溝組烴源巖進(jìn)行系統(tǒng)取樣，對1 018件烴源巖樣品(其中，吉木薩爾凹陷18口井262件，博格達(dá)山北緣阜康斷裂帶5口井和6個剖面共161件，博格達(dá)山南緣柴窩堡凹陷8口井和2個典型剖面共224件)進(jìn)行地球化學(xué)分析，對分析結(jié)果在平面上進(jìn)行了系統(tǒng)對比。

3.1 烴源巖有機質(zhì)豐度

在博格達(dá)山北麓阜康斷裂帶上鉆遇蘆草溝組烴源巖的鉆井有新吉參1井、博參1井、JZK1井、準(zhǔn)頁2井和準(zhǔn)頁4井，鉆遇過程中巖芯表面均有原油滲出，最高達(dá)到富含油級別，為了消除巖芯中原油對烴源巖有機質(zhì)豐度的影響，進(jìn)行了抽提前處理，確保分析結(jié)果的可靠性，取樣剖面為大龍口、小龍口、泉子街，黃山河。 從博格達(dá)北麓山前帶161個烴源巖樣品的測試分析結(jié)果來看，TOC含量平均值為1.93%，最高為9.45%，其中大于1%的樣品共135件占比為85.09%，大于2%的樣品共35件，占比21.80%，主峰分布在1.5%～1.7%。值得注意的是，不同類型的烴源巖TOC值存在明顯差異，其中，泥頁巖的TOC含量最高，普遍大于2%，云質(zhì)泥巖TOC含量較低，TOC含量分布在1%～2%，粉砂質(zhì)泥巖TOC含量最低為0.6%～2%；氯仿瀝青“A”含量最高為0.16%，平均為0.06%，大于0.1%的樣品有64件，占39.75%，大于0.2%的樣品有24件，占14.90%；PG值最高為8.72 mg/g，平均為1.17 mg/g，大于0.5 mg/g的有66件，占40.99%，大于2 mg/g的有34件，占21.11%。

吉木薩爾凹陷內(nèi)262件蘆草溝組烴源巖樣品TOC值、熱解等實驗數(shù)據(jù)研究表明：TOC值和生烴潛量(S1+S2)值變化較大，TOC值為0.2%～19.9%，平均為4.6%，生烴潛量為0.14～161.50 mg/g，平均為31.40 mg/g，氯仿瀝青“A”含量為0.013%～3.605%，平均為0.19%，有機質(zhì)豐度明顯優(yōu)于以博格達(dá)山前帶北緣的樣品。

博格達(dá)山南麓柴窩堡凹陷的郝家溝、鍋底坑剖面及新永地1井蘆草溝組224件烴源巖樣品有機碳含量在2.50%～7.05%之間，平均值為3.90%，生烴潛量在5.1～20.8 mg/g之間，平均值為11.1 mg/g，氯仿瀝青“A”平均值在0.10%～0.18%之間。

綜上所述，研究區(qū)蘆草溝組烴源巖樣品有機質(zhì)豐度較高，從博格達(dá)山北緣、柴窩堡凹陷、吉木薩爾凹陷的共計647件樣品的實驗分析結(jié)果來看，TOC含量超過1%的共577件，約占89.2%，大于2%共385件，占比約59.5%，根據(jù)《烴源巖地球化學(xué)評價方法》(SY/T 5735—2019)總體上屬于好烴源巖范疇[11]。據(jù)此繪制研究區(qū)蘆草溝組烴源巖有機碳含量等值線圖(圖4)。

圖3 研究區(qū)蘆草溝組烴源巖TOC含量頻率分布圖Fig.3 Frequency distribution of TOC content in source rocks of Lucaogou formation in the study area

圖4 研究區(qū)蘆草溝組烴源巖有機碳含量等值線圖Fig.4 Contour map of organic carbon content in source rocks of Lucaogou formation in the study area

3.2 有機質(zhì)類型

目前最常用的是最高熱解峰溫(Tmax)-氫指數(shù)(IH)圖版劃分有機質(zhì)的類型。但這種方法有一定局限性，通常認(rèn)為鏡質(zhì)體反射率大于1.3%以后的高-過成熟演化階段，有機質(zhì)中可熱解的殘余烴類很低，熱解參數(shù)所反映的干酪根類型往往并不十分準(zhǔn)確。本次研究中新吉參1井所測試的樣品鏡質(zhì)體反射率大部分大于1.3%，因此本文采用類型指數(shù)(TI)和顯微組分結(jié)合來判識蘆草溝組有機質(zhì)類型。

干酪根不同顯微組分對成烴貢獻(xiàn)大小不同。一般情況下，腐泥組和殼質(zhì)組為富氫組分，生烴潛力較高；鏡質(zhì)組為富氧組分，含氫量低，有利于生氣，而生油潛力有限；惰質(zhì)組富碳貧氫不具有生烴潛力。因此，通過測定各組分的相對百分含量，可以用有機質(zhì)類型指數(shù)(TI)來劃分有機質(zhì)類型(表1)，具體公式見式(1)。

表1 類型指數(shù)劃分有機質(zhì)類型分類表Table 1 Classification of organic matter typesby type index

TI=[腐泥組百分含量×100+殼質(zhì)組百分含量×50+鏡質(zhì)組百分含量×(-75)+惰質(zhì)組百分含量×(-100)]/100。

(1)

博格達(dá)山北緣蘆草溝組烴源巖干酪根顯微組分以腐泥組為主，普遍占比60%～80%，TI值分布在Ⅰ型-Ⅱ1型區(qū)間，其中，Ⅱ1型的烴源巖占樣品總量約74%；Ⅰ型占樣品總量約26%；綜合指示研究區(qū)蘆草溝組烴源巖類型為Ⅰ-Ⅱ1型且以Ⅱ1為主。

博格達(dá)山南麓柴窩堡凹陷各剖面和巖芯蘆草溝組暗色泥巖干酪根鏡鑒分析表明，干酪根中藻類、無定形體占大多數(shù)，共達(dá)到60%～93%，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量很少(其中鏡質(zhì)組5%～25%)，它們大部分屬于Ⅰ-Ⅱ1型干酪根。吉木薩爾凹陷內(nèi)蘆草溝組烴源巖干酪根顯微組分分析表明，其顯微組分以腐泥組為主，大部分樣品含量達(dá)70%以上；惰質(zhì)組次之，含量小于20%。統(tǒng)計表明凹陷內(nèi)有機質(zhì)類型指數(shù)(TI)主要集中范圍為38～70，平均為55，以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，少數(shù)為Ⅱ2型和Ⅲ型。整體上來看，山前帶和凹陷內(nèi)二疊系蘆草溝組烴源巖顯微組分均以腐泥組為主，Ⅰ型-Ⅱ1型均有分布，是一套類型較好的生油巖。往山前帶陸源碎屑等含量逐漸增加，有機質(zhì)類型變差。

3.3 有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度是指在溫度的作用下有機質(zhì)的熱演化程度，可以通過多種指標(biāo)來確定。目前最常用指標(biāo)為鏡質(zhì)體反射率(Ro)。另外，在巖石熱解過程中，S2對應(yīng)的溫度即熱解Tmax也可以判斷有機質(zhì)的成熟度。一般成熟度越高，熱解Tmax也越高。

博格達(dá)山周緣有機質(zhì)成熟度差異較大，推測由于山前帶構(gòu)造條件復(fù)雜導(dǎo)致，總體表現(xiàn)為靠近博格達(dá)山熱演化程度較高，抬升區(qū)成熟度較低，凹陷內(nèi)成熟度適中的特點，博格達(dá)山北緣新吉參1井蘆草溝組烴源巖成熟度普遍偏高，且蘆草溝下段明顯高于上段，13件樣品鏡質(zhì)體反射率(Ro)分布在1.31%～1.83%之間，平均為1.71%，其中鏡質(zhì)體反射率(Ro)大于1.5%的樣品為12件，22件熱解樣品Tmax分布在460～480 ℃之間，反映已進(jìn)入高成熟階段；準(zhǔn)頁4井、準(zhǔn)頁2井蘆草溝組烴源巖Ro比新吉參1井略低，準(zhǔn)頁4井蘆草溝組烴源巖Ro分布在0.80%～1.10%之間，平均為0.94%；準(zhǔn)頁2井蘆草溝組烴源巖Ro分布在0.65%～0.90%，均進(jìn)入成熟演化階段；大龍口、小龍口、泉子街、大黃山及阜康斷裂露頭出露區(qū)，熱演化程度最低Ro主體分布在0.6%～0.7%之間；博參1井蘆草溝組烴源巖Tmax為432～452 ℃，生物標(biāo)志物甾烷成熟度參數(shù)αααC29S/S+R分布在0.38～0.51，總體反映出烴源巖處于低成熟-成熟演化階段。泉子街向斜帶大龍口剖面蘆草溝組烴源巖Tmax分布范圍在431～447 ℃之間，平均為436 ℃，推測Ro為0.6%～0.7%左右，為低成熟階段(圖5)。

圖5 研究區(qū)蘆草溝組烴源巖Ro等值線圖Fig.5 Ro contour map of source rocks of Lucaogou Formation in the study area

博格達(dá)山南緣柴窩堡凹陷蘆草溝組暗色泥巖鏡質(zhì)體反射率Ro平均值一般在0.74%～1.33%之間，平均為1.01%，處于成熟-高熟演化階段。其中小1井二疊系烴源巖OEP值為1.07～1.12，反映出成熟烴源巖的特征。新永地1井熱演化程度中等，Ro最高1.33%，平均為1.03%，達(dá)到了成熟范圍；而葛家溝剖面和鍋底坑剖面蘆草溝組暗色泥巖Ro普遍小于1%，平均為0.77%，處于低成熟演化階段。

吉木薩爾凹陷18口井135件蘆草溝組烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)實測結(jié)果表明：該套烴源巖Ro主要分布在0.6%～1.2%，平均為0.82%，處于低熟-成熟階段。

根據(jù)陸相烴源巖成熟度評價指標(biāo)，研究區(qū)蘆草溝組烴源巖整體進(jìn)入成熟期，部分達(dá)到高成熟演化階段，靠近山前帶或凹陷中心的烴源巖成熟度明顯升高。

4 結(jié) 論

1) 研究區(qū)二疊系蘆草溝組烴源巖廣泛分布，從巖性上來看與吉木薩爾凹陷具有一定的相似性，但粒度明顯更細(xì)，且厚度較北面吉木薩爾凹陷區(qū)更大，推測沉積中心可能更靠近博格達(dá)山。

2) 已有鉆井和剖面的地球化學(xué)測試數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)二疊系蘆草溝組豐度高，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，類型較好，以Ⅰ-Ⅱ1型為主，并且已普遍進(jìn)入成熟階段。

3) 研究區(qū)二疊系蘆草溝組烴源巖具有較好的生烴潛力，總體體現(xiàn)在，山前帶越靠近博格達(dá)山豐度越高，類型越好，成熟度越高。綜合認(rèn)為博格達(dá)山前帶具有較大的勘探潛力，是下一步油氣勘探新方向。