準(zhǔn)噶爾盆地南緣古近系烴源巖地球化學(xué)特征

李園園

摘要：近年來，準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣勘探實(shí)踐表明，部分油氣來源于古近系烴源巖，但對(duì)于其源巖潛力評(píng)價(jià)的研究較少。本文通過對(duì)鉆井以及地質(zhì)露頭樣品進(jìn)行有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”、生物標(biāo)志物等地球化學(xué)分析，結(jié)合古環(huán)境分析，系統(tǒng)評(píng)價(jià)古近系烴源巖潛力以及有利分布，提升了該地區(qū)油氣勘探潛力。準(zhǔn)噶爾南緣古近系發(fā)育一套有機(jī)碳和氯仿瀝青“A”含量較高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主，熱演化程度相對(duì)較低，目前正處于生烴窗范圍的優(yōu)質(zhì)烴源巖。古近系烴源巖形成于氣候潮濕、水體還原、中等—咸化的水體環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)保存，烴源巖母質(zhì)類型以低等水生生物和藻類為主，同時(shí)伴有部分陸地輸入的高等植物碎屑等。研究區(qū)古近系優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度中心位于準(zhǔn)噶爾盆地南部山前的奎屯—石河子地區(qū)，成熟度由西南向東北方向逐漸減小，在山前凹陷帶的獨(dú)山子—石河子地區(qū)，發(fā)育優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖生烴中心。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)噶爾盆地南緣；古近系烴源巖；地球化學(xué)特征

1? ? 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地南緣位于中亞造山帶內(nèi)部，處于天山造山帶和準(zhǔn)噶爾盆地的結(jié)合部位，具有復(fù)雜、多期次活動(dòng)的構(gòu)造特征。目前車排子、卡因迪克、獨(dú)山子、安集海河、霍爾果斯、瑪納斯、吐谷魯、呼圖壁、齊古等地區(qū)的古近系、新近系均已發(fā)現(xiàn)油氣資源，其中二疊系、侏羅系、白堊系、古近系烴源巖均有貢獻(xiàn)。

準(zhǔn)南地區(qū)古近系安集河海組發(fā)育一套厚層暗色泥巖[1]。通過研究該套暗色泥巖的地球化學(xué)特征認(rèn)為，該暗色泥巖是一套較好的烴源巖，可以為準(zhǔn)南地區(qū)提供油氣源。

2? ? 烴源巖分布特征

此次研究，觀察了安集海河剖面。安集海河剖面處于準(zhǔn)噶爾盆地南部盆緣，其中的紫泥泉子組發(fā)育較差，厚度較小，以紫紅色砂泥巖互層為主，純泥巖厚度較??；安集海河組則發(fā)育普遍，總體上發(fā)育2個(gè)旋回組合，下組合以灰綠色為主、夾薄層灰黑色—黑色泥頁巖，但泥地比高，砂巖見油氣顯示，油味不突出，整個(gè)下組合厚度約100 m；上組合以泥頁巖為主，夾薄層砂巖條帶，富含油，油味濃，每個(gè)組合頂部發(fā)育薄層介殼灰?guī)r。安集海河剖面下組合的底部發(fā)育大套灰色泥巖，單層厚約2～3 m，夾薄層灰色砂巖，單層厚度約0.5～0.8 m。由下往上，以灰色泥巖為主，每隔40～50 m出現(xiàn)薄層灰黑色泥頁巖，表現(xiàn)出多次旋回特征，下部總體表現(xiàn)出一種水體較淺的濱淺湖相特征。

該剖面出露暗色泥巖厚度約240 m以上，主要為灰黑色泥頁巖及灰綠色泥巖，各占50%左右，砂巖厚度約30～40 m，多以薄層砂為主，其中大部分砂巖含油，油質(zhì)較輕，易揮發(fā)?？傮w上暗色泥巖比例約為75%～80%，上部以灰黑色泥頁巖為主，泥巖占比65%～70%，下部以灰綠色泥巖為主，泥巖占比70%～ 80%。

該地區(qū)多口井鉆遇安集海河組暗色泥巖，其中A4井古近系安集海河組暗色泥巖厚度超過75 m，占地層厚度的79%，巖性主要以灰色、灰黑色泥巖為主，下部有少量灰綠色泥巖。J1井古近系安集海河組暗色泥巖厚度超過196 m，巖性主要以灰色泥巖為主。T1井安集海河組暗色泥巖厚度超過166 m，占地層厚度可達(dá)85%，巖性主要以灰色、深灰色泥巖為主。H2井安集海河組暗色泥巖厚度166 m，占地層厚度可達(dá)65%，巖性主要以淺灰綠、灰綠色、灰白色、灰色、淺灰色泥巖為主。TG1井安集海河組暗色泥巖厚度在183 m以上，占地層厚度可達(dá)60%，巖性主要以綠灰泥巖、灰色泥巖為主（表1）。

綜合上述地質(zhì)露頭以及鉆井資料，準(zhǔn)南地區(qū)古近系安集海河組暗色泥巖厚度較大，最厚處可達(dá)250 m以上。總體來看，厚度中心主要位于奎屯—石河子一帶，暗色泥巖占比較高，一般為60%～80%，其中安集海河剖面占到75%～80%，泥地比變化趨勢(shì)為自奎屯向東西兩側(cè)降低。

3? ? 烴源巖地化特征

3.1 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度

準(zhǔn)南緣不同井區(qū)泥巖中有機(jī)質(zhì)豐度存在一定的差別，T1井和J1井安集海河組泥巖樣品有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高，其中T1井中安集海河組泥巖樣品有機(jī)碳值均勻分布在2.0%左右，其TOC平均值為1.9%；J1井安集海河組泥巖樣品有機(jī)碳值存在交替變化，具有多個(gè)層段有機(jī)碳值達(dá)到1.0%以上，其TOC平均值為1.42%，總體上評(píng)價(jià)為有機(jī)質(zhì)豐度中等—好的烴源巖。

K6井安集海河組烴源巖有機(jī)碳含量相對(duì)較低，其有機(jī)碳分布范圍為0.2%～1.00%，在局部小層段值較高，達(dá)到1.0%，平均值為0.60%；氯仿瀝青“A”含量為0.006 3%～0.051 5%，平均為0.029 6%，評(píng)價(jià)為中等生油巖。獨(dú)山子地區(qū)的烴源巖有機(jī)碳含量平均為0.80%，氯仿瀝青“A”含量平均為0.039 6%，此烴源巖屬于中等生油巖。XH1、SC1井的有機(jī)碳相對(duì)豐富，有機(jī)碳含量平均值在1.0%左右，氯仿瀝青“A”含量平均值在0.12%左右，此烴源巖屬于較好生油巖。

根據(jù)古近系安集海河組泥巖樣品的地球化學(xué)資料分析表明，古近系泥巖樣品有機(jī)碳含量介于0.41%～1.99%之間，平均值為0.978%，最高可達(dá)1.99%，利用露頭樣品有機(jī)質(zhì)豐度的風(fēng)化校正方法，恢復(fù)后單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)為中等—好烴源巖。氯仿瀝青“A”含量為0.013 5%～0.152 7%，平均值為0.06%，最高可達(dá)0.152 7%，單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)為中等烴源巖（表2）?？傮w來看，準(zhǔn)南緣地區(qū)古近系安集海河組烴源巖評(píng)價(jià)為中等—好烴源巖。

結(jié)合安集海河組烴源巖分布情況，分析實(shí)測數(shù)據(jù)，安集海河組烴源巖有機(jī)碳分布呈現(xiàn)出南高北低，呈同心圓狀分布的特征。其有機(jī)碳高值區(qū)主要集中在準(zhǔn)南山前的奎屯—石河子地區(qū)，有機(jī)碳含量一般大于2.0%，最高值位于J1井附近，可達(dá)2.6%。在奎屯地區(qū)西側(cè)，有機(jī)碳值一般在1.9%左右，向西到四棵樹凹陷與昌吉凹陷邊緣地帶，有機(jī)碳值有所降低，到K6井附近，有機(jī)碳值降低到1.4%左右，只在四棵樹凹陷的中心的局部地區(qū)有機(jī)碳值相對(duì)升高，比如SC1井有機(jī)碳含量可達(dá)1.8%以上。

3.2 烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

3.2.1 烴源巖全巖顯微組分特征分析

有機(jī)顯微組分含量及特征是反映烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度和劃分有機(jī)質(zhì)類型的重要參數(shù)。因此，可以根據(jù)該區(qū)烴源巖各類組分的相對(duì)含量來劃分有機(jī)質(zhì)類型。據(jù)干酪根類型指數(shù)（TI）的概念，用各組分的百分含量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算：

TI=（腐泥組×100+殼質(zhì)組×50-鏡質(zhì)組×75-惰性組×100）/100

根據(jù)這個(gè)公式可對(duì)有機(jī)質(zhì)（干酪根）類型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：當(dāng)TI＞80時(shí)為I型，0＜TI＜80為Ⅱ型，TI＜0時(shí)為Ⅲ型[2]。

在K6井安集海河組樣品有機(jī)顯微組分類型有Ⅰ型、Ⅱ1型和Ⅱ2型，以Ⅱ1型為主，其有機(jī)顯微組分腐泥組+殼質(zhì)組含量絕大部分大于90%，均值為86%，鏡質(zhì)組+惰質(zhì)組含量分布于2%～30%，均值為10%，反映出腐泥型干酪根的特征。

分析準(zhǔn)南緣古近系烴源巖樣品中顯微組分百分含量數(shù)據(jù)，樣品中腐泥組份含量較高，占顯微組分的70%～97%，平均占82.9%，“鏡質(zhì)組+惰質(zhì)組”含量與殼質(zhì)組含量比較低，平均占17.1%，表明其主要以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主。

3.2.2 烴源巖熱解參數(shù)分布特征

烴源巖熱解氫指數(shù)是評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的良好參數(shù)，常用氫指數(shù)與熱解最高峰溫相關(guān)圖來判斷烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型[3]。南緣古近系烴源巖熱解氫指數(shù)為120 mg/g～630 mg/g（TOC），Tmax為425 ℃～440 ℃，均小于460 ℃，因此熱解氫指數(shù)反映出的有機(jī)質(zhì)類型和生烴能力具有較高的可信度。按照以上熱解氫指數(shù)和Tmax數(shù)據(jù)推算出準(zhǔn)南古近系烴源巖以Ⅰ型和Ⅱ1型為主。

3.3 烴源巖成熟度特征

烴源巖質(zhì)量高低的最直接體現(xiàn)參數(shù)就是烴源巖成熟度，而鏡質(zhì)體反射率（Ro）作為一種地質(zhì)溫度計(jì)廣泛用于烴源巖成熟度研究[3]。

結(jié)合研究區(qū)現(xiàn)有的測試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)不同區(qū)塊鏡質(zhì)體反射率（Ro）存在明顯的差異性：在四棵樹凹陷內(nèi)鉆井所鉆遇的安集海河組烴源巖樣品的鏡質(zhì)體反射率Ro值大多在0.5%～0.65%，Tmax值為435 ℃左右，如在K6井安集海河組烴源巖樣品的鏡質(zhì)體反射率（Ro）均值為0.51%，Tmax為437 ℃～448 ℃，平均值為443℃；在SC1井古近系烴源巖Ro小于0.5%；K7井古近系烴源巖Ro在0.51%～0.6%。在奎屯—石河子地區(qū)，鏡質(zhì)體反射率Ro相對(duì)較高，如在X5井安集海河組烴源巖樣品的鏡質(zhì)體反射率Ro均值為0.65%。

從準(zhǔn)南地區(qū)古近系烴源成熟度統(tǒng)計(jì)表（表3）可以看出，準(zhǔn)南緣古近系烴源巖樣品的鏡質(zhì)體反射率Ro數(shù)值主要分布在0.5%～0.7%，平均值為0.64%，最大值為0.83%，說明古近系安集海河組源巖處于低成熟—成熟階段。

針對(duì)古近系安集海河組烴源巖樣品開展了飽和烴色質(zhì)分析，分析C29甾烷異構(gòu)化參數(shù)：C29αββ/（αββ+ααα）含量主要分布在0.25～0.5，而C2920S/（20S+20R）含量主要分布在0.25～0.42，均未進(jìn)入平衡階段，也表明其安集海河組烴源巖目前為低成熟—成熟階段。

結(jié)合鏡質(zhì)體反射率Ro以及C29甾烷異構(gòu)化指數(shù)分析結(jié)果，表明古近系安集海河組烴源巖在盆緣地帶多處于低成熟—成熟階段，而在盆內(nèi)地區(qū)處于成熟階段。經(jīng)過平面分析，認(rèn)為成熟度由西南向東北方向逐漸減小，呈同心圓狀向外擴(kuò)散，在山前凹陷帶的獨(dú)山子—石河子地區(qū)，成熟度最高，可達(dá)0.83%以上。

另外，諸多研究表明，Ⅰ型干酪根往往富含腐泥組分，生烴啟動(dòng)時(shí)間早，具有早生早排的特征[3]。通過對(duì)古近系烴源巖進(jìn)行熱演化模擬認(rèn)為，古近系安集海河組烴源巖在大約10 Ma，中新近世進(jìn)入生油門限并開始生成成熟油氣，現(xiàn)今Ro平均值達(dá)到0.7%，目前仍未達(dá)到生油高峰。

4? ? 烴源巖形成環(huán)境分析

受喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，準(zhǔn)噶爾盆地在新生代處于統(tǒng)一的陸內(nèi)盆地發(fā)展階段，此時(shí)北天山與博格達(dá)山再次強(qiáng)烈隆升，山前急劇下陷并接受巨厚沉積[4-5]。

縱向上，古近系發(fā)育向上變細(xì)的正旋回沉積序列。安集海河組發(fā)生湖侵，水體變深，沉積粒度進(jìn)一步變細(xì)，僅在邊緣地區(qū)發(fā)育扇三角洲，大部分地區(qū)為濱淺湖、深湖—半深湖沉積。紫泥泉子期為一較大的洪泛期。洪水在準(zhǔn)噶爾盆地的匯聚，形成新的湖泊環(huán)境。由于整體地勢(shì)較為平坦，湖水較淺，顯示出氧化寬淺湖泊的特征。在南部邊緣（山前）帶發(fā)育灰褐紅色中—細(xì)礫巖、含礫粗砂巖、中—粗砂巖與褐紅色、紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖互層的沉積組合，為扇三角洲及辮狀河三角洲沉積。在盆地中央則為淺褐紅、淺棕黃色砂巖與褐黃、褐紅色砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，具有濱淺湖相沉積特點(diǎn)。安集海河期氣候變得潮濕，湖水變深，早期在南部山前發(fā)育有辮狀河三角洲沉積，后期以湖相沉積為主，沉積物為灰色、灰黑色以及灰綠色泥巖夾黃灰色砂巖及鈣質(zhì)砂巖，具有濱淺湖、深湖—半深湖泥與湖灘砂的沉積特點(diǎn)。

通過對(duì)安集海河剖面、T1、J1、SC1井部分樣品的烴源巖生物標(biāo)志物分析表明，準(zhǔn)南古近系烴源巖生物標(biāo)志物具有如下特征：正構(gòu)烷烴以單峰態(tài)前峰型分布為主，主峰碳為nC18，Pr/Ph值為0.27～0.85，平均值為0.50，伽馬蠟烷含量高，ααα20RC27，C28，C29甾烷相對(duì)豐度多呈“V”型分布，一部分樣品以C27甾烷占優(yōu)勢(shì)，另一部分樣品以C29甾烷占優(yōu)勢(shì)，C27甾烷/C29甾烷一般為0.5～2.0。這表明古近系烴源巖有機(jī)質(zhì)以藻類和低等水生生物為主，同時(shí)伴有陸源高等植物輸入，沉積環(huán)境為咸化的還原環(huán)境。

5? ? 結(jié)論

（1）準(zhǔn)南古近系安集海河組烴源巖形成于深湖—半深湖沉積環(huán)境，形成一套以灰色或深灰色泥巖為主，最大厚度達(dá)到240 m的沉積。

（2）通過開展準(zhǔn)南古近系安集海河組鉆井以及地質(zhì)露頭剖面泥巖樣品地球化學(xué)分析認(rèn)為，該套烴源巖為一套有機(jī)碳豐度中等—高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主，目前處于低成熟—成熟階段的中等—好成熟烴源巖。其優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度中心位于準(zhǔn)噶爾盆地南部山前的奎屯—石河子地區(qū)，成熟度由西南向東北方向逐漸減小，在山前凹陷帶的獨(dú)山子—石河子地區(qū)發(fā)育優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖生烴中心。

（3）準(zhǔn)南古近系烴源巖沉積時(shí)期，沉積中心在奎屯—石河子一帶，為深湖—半深湖沉積，其氣候潮濕、水體還原、中等—咸化的水體環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)保存，有機(jī)質(zhì)類型以低等水生生物和藻類為主，同時(shí)伴有部分陸地輸入的高等植物碎屑等。

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