準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖生烴動(dòng)力學(xué)特征

白 雨，汪 飛，牛志杰，金開來，李沛毅，許多年，陳剛強(qiáng)

（1.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)院，新疆克拉瑪依 834000；3.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020）

0 引言

生烴動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)是對地下烴源巖模擬生成油氣的一個(gè)重要方法，是烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)中非常關(guān)鍵的一步［1-2］。大多數(shù)生烴動(dòng)力學(xué)研究采用熱模擬實(shí)驗(yàn)獲得相關(guān)參數(shù)［3］，其中又以封閉體系黃金管熱解模擬裝置應(yīng)用最為廣泛［4-5］。學(xué)者們在國內(nèi)外各大型含油氣盆地，如淡水湖相沉積的冀中坳陷饒陽凹陷古近系沙三段烴源巖、廊固凹陷沙三段烴源巖［6］、黑魚泡凹陷白堊系青山口組烴源巖［7］；咸水湖相沉積的惠民凹陷古近系沙三段烴源巖［8］、東營凹陷古近系沙四段烴源巖［9］、松遼盆地西部晚白堊系嫩江組烴源巖［10］、江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組烴源巖［11］，準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖［12］；海相沉積的渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷下古生界碳酸鹽巖［13］、鄂爾多斯盆地東北緣山西組2 段烴源巖［14］、三塘湖盆地?zé)N源巖［15］、四川盆地廣元地區(qū)大隆組烴源巖［16］、美國德克薩斯州Fort Worth Basin密西西比系Barnett 烴源巖及俄克拉荷馬州Arkoma Basin 的密西西比系Woodford 烴源巖［17］都進(jìn)行了生烴動(dòng)力學(xué)研究。

現(xiàn)有研究認(rèn)為，瑪湖凹陷風(fēng)城組形成于古鹽度高、還原性強(qiáng)的堿湖沉積環(huán)境［18-20］。堿湖水體生物貧乏但菌、藻類發(fā)育，以菌、藻類為主的生油母質(zhì)是富化了富氫組分的有機(jī)質(zhì)，烴轉(zhuǎn)化率高，堿性越大，生烴能力越強(qiáng)，屬于好—極好級(jí)的烴源巖［21-22］。美國綠河組頁巖和中國泌陽凹陷的核桃園組均為典型的堿湖沉積［23-25］，形成于古近紀(jì)始新世，準(zhǔn)噶爾盆地二疊系風(fēng)城組烴源巖為較古老的堿湖烴源巖［26］。已有研究大多只關(guān)注單一盆地，未開展不同盆地、不同沉積環(huán)境熱模擬數(shù)據(jù)結(jié)果的對比。為明確準(zhǔn)噶爾盆地二疊系風(fēng)城組烴源巖生烴能力，挑選具有代表性的烴源巖樣品，開展封閉體系的黃金管熱模擬生烴動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M其生烴過程，建立瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組堿湖相烴源巖熱解生烴模式。同時(shí)，收集整理14 個(gè)不同凹陷的烴源巖黃金管熱模擬生烴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行不同沉積環(huán)境烴源巖的對比分析，以明確堿湖相烴源巖的生烴能力及其特征。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷位于中國新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北部，是公認(rèn)的富烴凹陷［27-28］，面積近5 000 km2（圖1a），歷經(jīng)晚海西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)，在燕山末期覆蓋定型?，敽枷葑陨隙掳l(fā)育白堊系吐谷魯群（K1tg），侏羅系齊古組（J3q）、三工河組（J2s）、八道灣組（J1b），三疊系白堿灘組（T3b）、克拉瑪依組（T2k）、百口泉組（T1b），二疊系下烏爾禾組（P2w）、夏子街組（P2x）、風(fēng)城組（P1f）、佳木河組（P1j）。侏羅系與三疊系、三疊系與二疊系、二疊系和石炭系均為區(qū)域性不整合接觸（圖1b）。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造位置（a）與巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Structural location（a）and stratigraphic column（b）of Mahu Sag，Junggar Basin

1955 年在瑪湖凹陷源外與源邊的克拉瑪依—烏爾禾斷裂帶發(fā)現(xiàn)了新中國第一個(gè)大油田，即克拉瑪依油田，經(jīng)過六十多年的勘探開發(fā)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)多層系成藏，形成了自克拉瑪依至烏爾禾連綿100 km的油氣富集帶，累計(jì)探明儲(chǔ)量約20×108t。近幾年，該區(qū)油氣勘探逐步從源外轉(zhuǎn)向源內(nèi)，在瑪湖凹陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)10×108t 三級(jí)儲(chǔ)量，累計(jì)探明儲(chǔ)量占盆地儲(chǔ)量的75%左右。近30×108t 探明儲(chǔ)量主要來源于瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖，該套地層是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣和瑪湖凹陷的主力烴源巖之一［29-30］。

二疊系風(fēng)城組地質(zhì)特征復(fù)雜多變，在平面及垂向上巖性差異較大。風(fēng)城組屬于扇三角洲—湖相沉積體系，瑪湖凹陷的西北緣主要為砂礫巖沉積，向凹陷內(nèi)逐漸演變?yōu)樯皫r沉積，中心地帶主要為堿湖環(huán)境沉積的泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖等，且發(fā)育了大量的特征性堿類礦物，生烴潛力巨大。

2 實(shí)驗(yàn)樣品與內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組主力烴源巖的動(dòng)力學(xué)特征研究的關(guān)鍵在于選擇具有代表性的樣品，從而建立起相應(yīng)的生烴動(dòng)力學(xué)模式。此次實(shí)驗(yàn)在多塊樣品分析測試的基礎(chǔ)上，選擇出2 塊取自風(fēng)南7 井（FN7）的泥質(zhì)白云巖樣品，泥質(zhì)白云巖在研究區(qū)廣泛分布，生烴潛力大，為風(fēng)城組的主力烴源巖。樣品成熟度較低，Ro值均為0.6%，有機(jī)質(zhì)豐度較高，TOC值分別為0.856 3%和1.369 9%（表1）。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組實(shí)驗(yàn)樣品的地球化學(xué)信息Table 1 Geochemical information of experimental samples of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)儀器采用中科院廣州地化所研制的生烴動(dòng)力學(xué)熱模擬實(shí)驗(yàn)裝置（專利號(hào)：CN101149363）［31］，實(shí)驗(yàn)過程及標(biāo)準(zhǔn)遵循石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“黃金管生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)方法［32］”。

熱模擬實(shí)驗(yàn)過程為：①在壓力為50 Mpa 的條件下，每個(gè)樣品分別以2 ℃/h 和20 ℃/h 的升溫速率,從室溫加熱至600 ℃，并保持600 ℃恒溫1 h。②從336 ℃到600 ℃，每隔24 ℃，對樣品的氣態(tài)產(chǎn)出物進(jìn)行定性、定量及碳同位素分析；對液態(tài)產(chǎn)出物中的輕組分（C6—C14）進(jìn)行氣相色譜（GC）定性、定量分析；對液態(tài)產(chǎn)出物中的重組分（C14+）進(jìn)行有機(jī)抽提、稱重分析；對熱解油全組分進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析；對熱模擬烴類氣態(tài)產(chǎn)出物進(jìn)行產(chǎn)率定量及生烴動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算。③最后得到原巖及原始干酪根的熱解及TOC數(shù)據(jù)（表2、表3）。

表2 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組烴源巖樣品YF1 的升溫?zé)峤膺^程中氣態(tài)物與液態(tài)物產(chǎn)率Table 2 Production of gaseous and liquid products during pyrolysis of source rock sample YF1 of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

表3 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組烴源巖樣品YF2 的升溫?zé)峤膺^程中氣態(tài)物與液態(tài)物產(chǎn)率Table 3 Production of gaseous and liquid products during pyrolysis of source rock sample YF2 of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

本次研究采用Kinetic 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。該軟件應(yīng)用多個(gè)平行一階反應(yīng)的生烴動(dòng)力學(xué)模式，其中，所有平行反應(yīng)具有共同的頻率因子。利用實(shí)驗(yàn)得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，再根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行生烴預(yù)測。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 液態(tài)產(chǎn)物的生成和裂解

烴源巖生烴過程中，重質(zhì)油的生成要早于輕質(zhì)油，以YF2 巖樣以20 ℃/h 速率升溫為例，2 種組分達(dá)到最大產(chǎn)量對應(yīng)的溫度分別約為384.2 ℃和456 ℃。當(dāng)熱解溫度高于384.2 ℃時(shí)，重質(zhì)油產(chǎn)量迅速降低，而輕質(zhì)油產(chǎn)量仍不斷上升。實(shí)際上，液態(tài)烴或輕質(zhì)油主要來源于早期生成重質(zhì)組分的熱分解。Ⅰ型有機(jī)質(zhì)的熱解生烴以油為主，而到了504 ℃的高溫階段以后，封閉體系中甲烷的產(chǎn)量迅速增加，這是由早期生成液態(tài)產(chǎn)物及濕氣的裂解而成。

在整個(gè)熱模擬實(shí)驗(yàn)演化過程中，氣態(tài)產(chǎn)物以C1為主（圖2a），其次為C2—C5（圖2b）。以YF2 巖樣，2 ℃/h的升溫速率（YF2-13至YF2-24）為例，在熱模擬實(shí)驗(yàn)演化過程中，早期氣態(tài)烴含量極少，隨著溫度的上升，當(dāng)溫度到408.1 ℃時(shí)，開始有重?zé)N降解為碳數(shù)更小的氣態(tài)烴。其中，C1的產(chǎn)率隨溫度升高逐漸增大，在模擬溫度600 ℃時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到峰值，為114.33 mg/（g·TOC）；C2—C5產(chǎn)率在模擬溫度458 ℃左右達(dá)到高峰，為76.36 mg/（g·TOC），溫度超過530.3 ℃之后，幾乎所有的C2—C5都裂解為熱力學(xué)更穩(wěn)定的甲烷。通過2 個(gè)升溫速率的對比可知不同的升溫速率對天然氣的生成具有一定的影響，但差異不大，升溫速率越小，對應(yīng)的產(chǎn)氣溫度越低。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)氣態(tài)烴C1（a）與C2—C5（b）產(chǎn)率隨溫度變化的曲線Fig.2 Variation of gaseous hydrocarbon C1（a）and C2—C5（b）yields with temperature in thermal simulation of source rocks of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

液態(tài)物產(chǎn)率隨溫度升高先升高后降低（圖3a），總烴產(chǎn)率也隨溫度升高先增大后減小，但降低幅度較?。▓D3b），表明液態(tài)烴產(chǎn)率開始下降后，氣態(tài)烴產(chǎn)率是增大的，減緩了總烴產(chǎn)率的下降速率。以2 ℃/h 升溫速率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例，F(xiàn)N7 井烴源巖2 個(gè)樣品的液態(tài)烴均僅出現(xiàn)1 個(gè)生油高峰，其中樣品YF1 在模擬溫度425 ℃左右，液態(tài)烴產(chǎn)率達(dá)到峰值，為150.03 mg/（g·TOC）；樣品YF2 在模擬溫度410 ℃左右，液態(tài)烴產(chǎn)率達(dá)到峰值為73.46 mg/（g·TOC）。當(dāng)實(shí)驗(yàn)升溫速率不同時(shí)，烴源巖的烴產(chǎn)率也不同。在實(shí)驗(yàn)過程中，以2 ℃/h 和20 ℃/h 的升溫速率對烴源巖進(jìn)行加熱時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加熱到兩者產(chǎn)率相同時(shí)，以2 ℃/h 的升溫速率加熱時(shí)，生烴溫度更低，說明烴源巖生烴時(shí)反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間具有一定的互補(bǔ)性，高溫短時(shí)間和低溫長時(shí)間可以達(dá)到相同的反應(yīng)程度。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴產(chǎn)率（a）與總烴產(chǎn)率（b）隨溫度變化的曲線Fig.3 Variation of liquid hydrocarbon yield（a）and total hydrocarbon yield（b）with temperature in thermal simulation of source rocks of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

黃金管熱模擬實(shí)驗(yàn)顯示準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖的總烴產(chǎn)率高，以生油為主，生氣相對較少，且只有一個(gè)生油高峰期。

3.2 熱模擬樣品生烴動(dòng)力學(xué)參數(shù)

理論上講，應(yīng)用Kinetic 軟件可計(jì)算任一成分生烴動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在實(shí)際運(yùn)用中，可將各烴類分組再分別計(jì)算出他們的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。此次實(shí)驗(yàn)將氣態(tài)烴熱解的產(chǎn)物分為輕烴氣（C1）和重?zé)N氣（C2—C5）2組，將液態(tài)烴熱解的產(chǎn)物分為輕質(zhì)油（C6-C14）和重質(zhì)油（C14+）2 組。

通過使用生烴動(dòng)力學(xué)專用軟件Kinetic 對瑪湖凹陷風(fēng)城組2 個(gè)樣品生烴動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)算與動(dòng)力學(xué)參數(shù)模擬，得到生烴動(dòng)力學(xué)參數(shù)。以樣品YF1 為例，C1生成活化能為197～289 kJ/mol，主峰值為268 kJ/mol（圖4a）；C2—C5生成活化能為209～310 kJ/mol，主峰值為255 kJ/mol（圖4b）；C6—C14輕質(zhì)油生成活化能222～272 kJ/mol，主峰值為251 kJ/mol（圖4c）；C14+重油生成活化能為201～264 kJ/mol，主峰值為247 kJ/mol（圖4d）。A為數(shù)據(jù)處理時(shí)采用的指前因子。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組烴源巖YF1 樣品中C1（a），C2—C5（b），C6—C14（c）和C14+（d）生成的活化能統(tǒng)計(jì)Fig.4 Distribution of activation energy for C1（a），C2—C5（b），C6—C14（c）and C14+（d）of source rock sample YF1 of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

對比分析氣態(tài)烴類和液態(tài)烴類生成的活化能，發(fā)現(xiàn)氣態(tài)烴類生成的活化能比液態(tài)烴類的分布范圍更寬（圖5）。因?yàn)闅鈶B(tài)烴類既可直接來源于有機(jī)質(zhì)，也可來源于液態(tài)烴類的裂解?，F(xiàn)有研究成果顯示液態(tài)烴類開始裂解為氣態(tài)的溫度大約為170 ℃，在快速升溫的條件下，開始裂解的溫度可以略高于200 ℃；液態(tài)烴類全部裂解成氣態(tài)烴的轉(zhuǎn)換率為50%～60%［33-34］。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組烴源巖中氣態(tài)烴與液態(tài)烴生成的活化能統(tǒng)計(jì)對比Fig.5 Distribution and proportion of activation energy of gaseous and liquid hydrocarbons of source rocks of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

3.3 碳同位素特征

分析烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)碳同位素值（δ13C）的變化，可知該區(qū)樣品天然氣的碳同位素呈現(xiàn)如下特征：碳同位素值一般隨碳鏈長度增加而增大，呈正序分布，即δ13C1<δ13C2<δ13C3。樣品YF1 的δ13C1為-45‰～-34‰，δ13C2為-37‰～-15‰，δ13C3為-35‰～-15‰；樣品YF2的δ13C1為-46‰～-34‰，δ13C2為-36‰～-10‰，δ13C3為-35‰～-5‰。不同碳數(shù)烴的碳同位素差別受成熟度影響較小，單體化合物碳同位素與成熟度有關(guān)，呈現(xiàn)兩頭高、中間低的曲線特征。以20 ℃/h 升溫速率進(jìn)行熱模擬的結(jié)果顯示：δ13C1曲線在400 ℃左右發(fā)生轉(zhuǎn)折，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)前呈微下降的趨勢，之后緩慢上升，且δ13C1在Ro>1.5%時(shí)與Ro值表現(xiàn)為近線性關(guān)系；δ13C2和δ13C3與δ13C1的曲線形態(tài)類似，在500 ℃時(shí)出現(xiàn)不明顯轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前碳同位素變化小，轉(zhuǎn)折點(diǎn)后增加非?？欤▓D6）。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷FN7 井二疊系風(fēng)城組烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)碳同位素隨Ro的變化特征Fig.6 Variation of carbon isotope with Ro in thermal simulation of source rocks of Permian Fengcheng Formation of well FN7 in Mahu Sag，Junggar Basin

4 生烴模式及其對比

4.1 風(fēng)城組堿湖相生烴模式

烴源巖的生烴模式對油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。為研究瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖的生烴演化規(guī)律，將風(fēng)城組的泥質(zhì)白云巖樣品YF1 和YF2以2 ℃/h 的升溫速率對其進(jìn)行加熱實(shí)驗(yàn)，利用其生烴動(dòng)力學(xué)參數(shù)和烴類產(chǎn)率，結(jié)合飽和烴色譜特征構(gòu)建了瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖的生烴模式（圖7）。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖生烴模式Fig.7 Hydrocarbon generation model of source rocks of Permian Fengcheng Formation in Mahu Sag，Junggar Basin

從烴源巖樣品的生烴模式及氣、液態(tài)烴產(chǎn)率可以看出，當(dāng)Ro<0.5%時(shí)，烴源巖處于未成熟階段，基本無氣體產(chǎn)生；當(dāng)0.5%≤Ro<1.2% 時(shí)，C1—C5產(chǎn)率逐漸升高，為烴源巖生烴的成熟階段；當(dāng)1.2%≤Ro<2.0%時(shí)，C1—C5產(chǎn)率增長速率最大，表示烴源巖生烴進(jìn)入高成熟階段；當(dāng)Ro≥2.0%時(shí)，C1—C5產(chǎn)率增長速率又逐漸減至最小，且C2，C3，C4和C5在Ro≥2.0%后全部裂解。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示C5最先裂解，C2最晚裂解，表明碳鏈越長的氣態(tài)烴越不穩(wěn)定，在高溫下更容易裂解為低鏈烴，這也使重?zé)N氣產(chǎn)率越來越小，此時(shí)為烴源巖生烴的過成熟階段即熱裂解干氣階段，此階段以輕質(zhì)油和濕氣的裂解作用為主，產(chǎn)物主要為C1。

熱模擬實(shí)驗(yàn)顯示瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖在Ro≥2.0%時(shí)，即過成熟階段，仍有不小的生成天然氣的潛力，可一直延續(xù)到Ro=5.0%，此時(shí)生成的天然氣主要為碳鏈較短的輕氣烴。當(dāng)Ro=4.5%時(shí)，C1仍然有較明顯的增長，表明此時(shí)的烴源巖依然在產(chǎn)生天然氣。

對于瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖生烴模式中液態(tài)烴產(chǎn)率，在Ro<0.5%時(shí)，烴源巖處于未成熟階段，幾乎不產(chǎn)生液態(tài)烴。在0.5%≤Ro<1.2%的成熟階段，產(chǎn)生的液態(tài)烴主要為碳數(shù)大于14的烴類；隨著成熟度逐漸增加，溫度也逐漸升高，碳數(shù)大于14 的烴類逐漸裂解，生成的液態(tài)烴主要由碳數(shù)在6～14 的烴類組成。在Ro≥2.0%的過成熟階段，烴源巖生成的液態(tài)烴很少，隨著溫度繼續(xù)升高，在Ro=4.5%時(shí)幾乎不再生成液態(tài)烴或者液態(tài)烴完全裂解。

從各類烴產(chǎn)率可以看出，在有機(jī)質(zhì)成熟度較低時(shí)，烴源巖主要生油。在Ro=0.6%時(shí)，烴源巖生成的烴類基本都是液態(tài)烴；烴源巖隨著溫度升高，成熟度逐漸增加，生油量減小，而生氣量增加。當(dāng)Ro為1.5%左右時(shí)，烴源巖的生油量與生氣量差不多相等。當(dāng)Ro≥2.0%時(shí)，烴源巖生成的烴類主要是氣態(tài)烴。在烴源巖成熟后的各個(gè)階段，都有較高的烴類物質(zhì)產(chǎn)生，表明瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖的生烴總量很大，有機(jī)質(zhì)豐度高。

4.2 生烴模式及生烴能力對比

通過調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，收集整理了14 個(gè)來自不同凹陷的烴源巖樣品熱模擬生烴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并按湖相、咸水湖相、海相等沉積相類型將所搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類（表4）。通過文獻(xiàn)調(diào)研搜集整理到的各沉積相的烴源巖樣本數(shù)據(jù)來自不同的地區(qū)、不同深度與層位，樣品的TOC含量也各不相同，這就意味著要想較為客觀準(zhǔn)確地判斷烴源巖的生烴效率，不能單純依靠烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)得到的烴類產(chǎn)率，而單位TOC的烴類產(chǎn)率這一指標(biāo)就很好地解決了這個(gè)問題，其含義為每克烴源巖中所含1%的TOC產(chǎn)生的烴類量。

表4 國內(nèi)外不同沉積盆地?zé)N源巖實(shí)驗(yàn)樣品地球化學(xué)參數(shù)Table 4 Geochemical parameters for experimental source rock samples in different sedimentary basins at home and abroad

各烴源巖樣本的液態(tài)烴產(chǎn)率均呈先升后降的趨勢，存在一個(gè)生油高峰。相對而言，準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組堿湖相烴源巖大量生油的溫度區(qū)間較寬，為350～550 ℃，屬于中等偏上，寬于海相烴源巖生油溫度區(qū)間，略寬于湖相烴源巖生油區(qū)間，與松遼盆地西部烴源巖和潛江凹陷烴源巖的生油區(qū)間差不多，但窄于吉木薩爾凹陷烴源巖的生油溫度區(qū)間。對風(fēng)城組堿湖相烴源巖樣品YF1，以2 ℃/h 的升溫速率進(jìn)行升溫測試，在385.0 ℃時(shí)達(dá)到生烴高峰，烴產(chǎn)率為465.85 mg/（g·TOC）（圖8a）；以20 ℃/h 的升溫速率升溫，在408.0 ℃時(shí)達(dá)到生烴高峰，烴產(chǎn)率為452.79 mg/（g·TOC）（圖8b）。咸化湖相的吉木薩爾凹陷烴源巖的生油峰值最大，當(dāng)升溫速率為2 ℃/h 時(shí)，在360.0 ℃達(dá)到生烴高峰，烴產(chǎn)率為629.71 mg/（g·TOC）；當(dāng)升溫速率為20 ℃/h時(shí)，在400.0 ℃達(dá)到生烴高峰，烴產(chǎn)率為649.30 mg/（g·TOC）。海相的鄂爾多斯盆地?zé)N源巖生油峰值最小，當(dāng)升溫速率為2 ℃/h 時(shí)，在385.3 ℃達(dá)到生烴高峰，烴產(chǎn)率為25.09 mg/（g·TOC）；當(dāng)升溫速率為20 ℃/h 的時(shí)，在432.0 ℃達(dá)到生烴高峰，烴產(chǎn)率為27.80 mg/（g·TOC）。風(fēng)城組烴源巖的生油持續(xù)時(shí)間較長，比一般湖相和海相烴源巖樣本持續(xù)時(shí)間長，略短于咸化湖相的吉木薩爾凹陷烴源巖。

圖8 國內(nèi)外不同沉積盆地?zé)N源巖生油能力對比Fig.8 Oil generation capacity of source rocks in different sedimentary basins at home and abroad

風(fēng)城組堿湖相烴源巖生氣能力在所有樣品中屬于中等偏上，比湖相黑魚泡凹陷、饒陽凹陷、惠民凹陷以及咸化湖相的吉木薩爾凹陷的烴源巖生氣能力弱，但比其他樣品生氣能力強(qiáng)，尤其遠(yuǎn)勝于海相的鄂爾多斯盆地、三塘湖盆地、濟(jì)陽坳陷烴源巖的生氣能力。當(dāng)升溫速率為2 ℃/h 時(shí)，快速生氣階段的溫度區(qū)間中等，為450～500 ℃（圖9a），在此溫度區(qū)間內(nèi)氣態(tài)烴產(chǎn)率迅速升高，并在此溫度之后維持在相對較高的水平。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是在加熱末期，大量重?zé)N氣（C2-5）開始發(fā)生裂解生成相對分子質(zhì)量更小的甲烷，導(dǎo)致氣態(tài)烴總體積膨脹，而重量基本維持不變。當(dāng)升溫速率為20 ℃/h 時(shí)，快速生氣階段的溫度區(qū)間中等，為410～500 ℃（圖9b），最終生氣量略高于升溫速率為2 ℃/h 時(shí)。風(fēng)城組堿湖相烴源巖達(dá)到最大氣態(tài)烴產(chǎn)率時(shí)的Ro值相對較小，在Ro＜2.0% 時(shí)就已經(jīng)進(jìn)入氣態(tài)烴產(chǎn)率峰值階段，而海相和咸化湖相烴源巖達(dá)到生氣峰值的Ro要略微滯后，但也集中在Ro=2.0%附近。

圖9 國內(nèi)外不同沉積盆地?zé)N源巖生氣能力對比Fig.9 Gas generation capacity of source rocks in different sedimentary basins at home and abroad

熱模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)城組堿湖相烴源巖和咸化湖相烴源巖的生烴能力整體上較海相烴源巖明顯強(qiáng)，不管是生烴總量，還是生烴持續(xù)時(shí)間，都明顯優(yōu)海相烴源巖。相對于淡水湖相烴源巖，咸化湖相和堿湖相烴源巖的生烴能力優(yōu)勢不明顯，也沒有呈現(xiàn)雙峰生烴模式，這一結(jié)論與劉得光等［35］的觀點(diǎn)吻合。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖Ro普遍超過0.6%，平均為1.4%，凹陷中心區(qū)為1.6%，表明該套烴源巖普遍處于成熟—高成熟階段，以生油為主，生氣為輔，未達(dá)到過成熟的大量生氣階段［36-37］?，敽枷菁捌渲芫壱寻l(fā)現(xiàn)的近30×108t 探明儲(chǔ)量絕大多數(shù)為油藏，天然氣藏極少，也從勘探結(jié)果上證實(shí)了該認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)論

（1）瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組烴源巖為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣和瑪湖凹陷的主力烴源巖之一?，敽枷蒿L(fēng)城組堿湖相烴源巖C1，C2—C5，C6—C14，C14+的生成活化能分別為197～289 kJ/mol，209～310 kJ/mol，222～272 kJ/mol，201～247 kJ/mol。

（2）在熱模擬實(shí)驗(yàn)中，烴類氣體含量隨溫度升高而增大，不同的升溫速率對天然氣的生成具有一定的影響，但差異不大，升溫速率越小，對應(yīng)的生氣溫度越低。各樣品的液態(tài)烴類產(chǎn)率隨模擬溫度升高先增大而后減小，而氣體產(chǎn)率持續(xù)增大，總產(chǎn)油率高于產(chǎn)氣率，氣態(tài)烴碳同位素組成基本保持了油型氣的特征。

（3）瑪湖凹陷風(fēng)城組堿湖相烴源巖樣品YF1 和YF2 總烴產(chǎn)率最高分別可達(dá)412.24 mg/（g·TOC）和280.07 mg/（g·TOC）。烴產(chǎn)率曲線上存在一個(gè)生油高峰，生油高峰溫度為420～460 ℃，氣體產(chǎn)率隨模擬溫度升高而持續(xù)增大。

（4）瑪湖凹陷風(fēng)城組烴源巖演化處于成熟—高成熟階段，以生油為主，生氣為輔，大型氣藏存在的可能性較小，深層以高熟輕質(zhì)油為主。