準(zhǔn)噶爾盆地西北緣晚石炭統(tǒng)泥頁巖地球化學(xué)特征及生烴潛力評(píng)價(jià)

馬小平，雷國明 ，肖 鴻

（1.吐魯番金源礦冶有限責(zé)任公司，新疆 吐魯番 838200；2.新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100；3.中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；4.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，新疆 烏魯木齊 830000）

近年來，頁巖氣作為一種主體位于暗色頁巖或高炭頁巖中、以吸附或游離狀態(tài)聚集的非常規(guī)天然氣資源，越來越受到重視[1-2]，而開展頁巖氣調(diào)查至關(guān)重要的是評(píng)價(jià)烴源巖[3]。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣哈拉阿拉特山地區(qū)以往主要開展構(gòu)造地質(zhì)[4]、沉積特征[5]、火成巖油氣藏[6]等方面研究，關(guān)于烴源巖的評(píng)價(jià)較少。過去，常規(guī)石油地質(zhì)勘查重點(diǎn)圍繞二疊系烴源巖地層進(jìn)行勘探，對(duì)于石炭系及深部地層，由于地層埋藏深，長(zhǎng)期以來關(guān)注不夠，鉆探取芯資料少。隨著國家油氣戰(zhàn)略不斷優(yōu)化調(diào)整，對(duì)深部油氣勘探投入日益加大，石炭系中下統(tǒng)烴源巖評(píng)價(jià)成為當(dāng)前熱點(diǎn)。以往石油部門地質(zhì)調(diào)查表明，在中下石炭世沉積期，準(zhǔn)西北緣地區(qū)以較為穩(wěn)定的濱淺海至半深海環(huán)境沉積為主要特征，是石炭系富有機(jī)質(zhì)泥頁巖沉積的有利部位[7-10]，亦是頁巖氣賦存的重要有利區(qū)。本文通過對(duì)準(zhǔn)西北緣哈拉阿拉特山一帶中下石炭統(tǒng)烴源巖開展沉積體系和富有機(jī)質(zhì)泥頁巖有機(jī)地化特征分析，為該區(qū)頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

哈拉阿拉特山呈北東—南西走向，長(zhǎng)55km，寬約10km，南東為準(zhǔn)噶爾盆地，北西為和什托洛蓋盆地（圖1)。哈拉阿拉特山構(gòu)造帶是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣前陸沖斷帶北段烏—夏斷裂帶的組成部分，主要由泥盆系和石炭系組成，屬于自北西向南東推覆而來的推覆體構(gòu)造[11]。哈拉阿拉特山石炭系烴源巖主要為太勒古拉組第二段（C2t2)和太勒古拉組第三段（C2t3)，分布在阿臘德依克賽溝、烏爾禾—和什托洛蓋國道旁。太勒古拉組第二段（C2t2)巖性為薄層狀黑色頁巖、粉砂質(zhì)泥巖，地層厚892.52～1745.38m，頁巖厚16.05～69.05m；太勒古拉組第三段（C2t3)為紫色砂巖、頁巖、砂質(zhì)泥巖夾海相火山巖，地層厚939.00m，頁巖厚9.85m。研究區(qū)烴源巖表現(xiàn)為頁巖與泥質(zhì)粉砂巖互層的薄層狀，具備自生自儲(chǔ)的頁巖氣特征。

圖1 哈拉阿拉特山及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖（據(jù)孫自明[12]修改）

2 烴源巖評(píng)價(jià)

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是油氣地質(zhì)中烴源巖指數(shù)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要采用有機(jī)碳含量、生烴潛量、氯仿瀝青“A”和總烴（HC)等指標(biāo)[13-15]。本次通過系統(tǒng)采集準(zhǔn)西北緣哈啦阿拉特一帶HY1鉆井中富有機(jī)質(zhì)頁巖樣品開展烴源巖測(cè)試。結(jié)果表明，研究區(qū)中石炭統(tǒng)太勒古拉組烴源巖總有機(jī)碳含量（TOC)介于0.51%～0.90%，平均為0.76%；生烴潛量（S1+S2)0.04～0.08mg/g，平均為0.05mg/g，氫指數(shù)5.20～17.42mg/g，平均為7.30mg/g，烴指數(shù)1.21～4.78mg/g，平均為2.26mg/g。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

干酪根顯微組分測(cè)試結(jié)果顯示，研究區(qū)烴源巖干酪根顯微組分以腐泥組為主，含量介于81.5%～89%之間，平均為85.3%；次為惰質(zhì)組，含量介于10%～18%之間，平均為13.67%，鏡質(zhì)組很少，含量介于0.5%～1%之間，幾乎不含殼質(zhì)組。類型指數(shù)(TI值)介于63.125～78.250之間，平均為71.02%，按照干酪根類型的TI值分類標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5735-1995，研究區(qū)干酪根類型屬于Ⅱ1型（表1）。

表1 準(zhǔn)西北緣哈拉阿拉特一帶烴源巖干酪根顯微組分及其類型

以Tmax與氫指數(shù)(HI)相關(guān)性分析，其結(jié)果與以顯微組分進(jìn)行的類型劃分結(jié)果差異較明顯，以Tmax-HI劃分結(jié)果表明深部干酪根類型主要以Ⅲ型腐殖類為主，Ⅱ1、Ⅱ2型與Ⅰ型相對(duì)較少（圖2）。H/C與O/C相關(guān)性分析，其結(jié)果顯示干酪根類型位于Ⅲ1型腐殖類區(qū)間（圖3）。

圖2 烴源巖有機(jī)碳類型HI-Tmax判別圖

圖3 烴源巖有機(jī)碳類型H/C-O/C指數(shù)判別圖

干酪根顯微組分、Tmax與氫指數(shù)(HI)以及H/C 與O/C 指數(shù)相關(guān)性分析表明，研究區(qū)干酪根類型以Ⅲ型腐殖類為主，Ⅱ型、I型較少。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

富有機(jī)質(zhì)泥頁巖隨埋藏不斷加深、地溫不斷增高而發(fā)生熱解作用，Tmax值是刻畫有機(jī)質(zhì)泥頁巖熱解過程中的最大裂解溫度，，是反映富有機(jī)質(zhì)泥頁巖成熟的重要指標(biāo)[18]。太勒古拉組泥頁巖樣品的Tmax值為523℃～536℃，平均為531.1℃，表明太勒古拉組烴源巖處于高成熟演化階段（表2）。

表2 哈拉阿拉特山地區(qū)石炭系烴源巖有機(jī)巖石學(xué)分析結(jié)果

鏡質(zhì)體反射率Ro是評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)泥頁巖熱演化程度的重要指標(biāo)，大量研究表明，Ro值與有機(jī)質(zhì)的熱成熟度具有正相關(guān)性，是目前石油地質(zhì)勘查中烴源巖有機(jī)地化評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[19]。通過測(cè)試鏡質(zhì)組反射率，可客觀評(píng)價(jià)研究區(qū)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的熱演化特征。TC01-81Z1、TC01-87Z1等樣品測(cè)試成果表明其鏡質(zhì)組反射率Ro值介于1.53%～0.98%，平均為1.25%，反映了準(zhǔn)西北地區(qū)哈拉阿拉特山一帶石炭系烴源巖均處于成熟演化階段。

3 儲(chǔ)層物性

富有機(jī)質(zhì)泥頁巖礦物是頁巖氣賦存層位，其礦物組合特征是評(píng)價(jià)頁巖孔隙類型、連通性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是頁巖氣井鉆探、儲(chǔ)層壓裂改造的重要評(píng)價(jià)參數(shù)。通過顯微組分測(cè)試表明，研究區(qū)泥頁巖礦物組成較復(fù)雜，礦物總體以粘土礦物、石英為主，其中粘土礦物含量為20%～41%，平均值為32%，石英含量介于34%～43%，平均值為38%，另外還含有鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、方解石、鐵白云石等成分，脆性礦物含量平均大于60%，綜合評(píng)價(jià)為一套儲(chǔ)層類型較好、易壓裂的礦物組合(表 3)。

表3 哈拉阿拉特山地區(qū)石炭系烴源巖礦物組合分析結(jié)果

4 結(jié)論

（1）哈拉阿拉特山地區(qū)石炭系為淺海相沉積，石炭系太勒古拉組烴源巖巖性組合為薄層狀頁巖與泥質(zhì)粉砂巖互層，具有自生自儲(chǔ)的頁巖氣地質(zhì)特征。

（2）太勒古拉組有機(jī)碳含量中等，有機(jī)顯微組分以殼質(zhì)組和惰性組為主，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型腐質(zhì)型為主，有機(jī)質(zhì)熱演化處于熱成熟、大量生烴階段。

（3）富有機(jī)質(zhì)頁巖為頁巖氣的儲(chǔ)集體，礦物組合以石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、方解石等脆性礦物為主，具有孔隙類型、孔隙連通性較好、易于儲(chǔ)層壓裂改造的礦物組合特征。