青海木里地區(qū)下—中侏羅統(tǒng)窯街組烴源巖生烴潛力分析

張耀明， 焦志良

(1.中能化發(fā)展建設(shè)集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550029；2.河北嘉澤測(cè)繪服務(wù)有限公司，河北秦皇島 050010)

0 引言

祁連山木里地區(qū)是中國(guó)陸域凍土區(qū)天然氣水合物發(fā)現(xiàn)地，自2008年首次發(fā)現(xiàn)天然氣水合物以來(lái)，先后有多個(gè)鉆孔鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品或發(fā)現(xiàn)天然氣水合物異常顯示。就目前木里凍土區(qū)天然氣水合物勘查及研究手段主要包括鉆探、地質(zhì)、地球物理、遙感等方面。許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上開展諸多研究，祝有海等系統(tǒng)分析了形成水合物的溫壓條件，水合物的氣體來(lái)源、氣體運(yùn)移和水合物的賦存狀況等，為祁連山天然氣水合物的研究積累了寶貴的資料[1-5]。目前雖然對(duì)祁連山天然氣水合物的控礦因素開展了多學(xué)科的綜合研究，但對(duì)氣體來(lái)源尚未取得共識(shí)，主要觀點(diǎn)：天然氣水合物的形成與煤或煤系有關(guān)，煤層氣是其主要來(lái)源[2-3]，或者認(rèn)為天然氣水合物的氣體與原油裂解氣和原油伴生氣有關(guān)，與煤型氣關(guān)系不大、天然氣水合物氣體以煤層氣為主，不排除深部遷移上來(lái)的熱解氣[1，4]。

木里地區(qū)的侏羅紀(jì)烴源巖出露面積大，厚度也大，具有很高的研究?jī)r(jià)值。研究通過(guò)對(duì)木里天然氣水合物鉆探區(qū)周邊露頭進(jìn)行系統(tǒng)取樣，對(duì)可能的烴源巖樣品進(jìn)行常規(guī)地球化學(xué)分析如有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率等測(cè)試。在此基礎(chǔ)上，選取部分源巖進(jìn)行抽提物地球化學(xué)特征研究，針對(duì)烴源巖抽提物的飽和烴進(jìn)行系統(tǒng)剖析，對(duì)木里地區(qū)烴源巖進(jìn)行詳細(xì)的研究與評(píng)價(jià)，就可以對(duì)研究區(qū)侏羅系含油氣系統(tǒng)和天然氣水合物的研究前景有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域構(gòu)造特征

祁連山地處青藏高原東北部，其大地構(gòu)造單元包括由中祁連北緣斷裂和疏勒南山-拉雞山斷裂所分隔的北祁連縫合帶、中祁連陸塊和南祁連陸塊[6-7]。研究區(qū)基本位于木里煤田聚乎更礦區(qū)內(nèi)印支期，區(qū)域性沉積和出露的地層有前震旦系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、第四系。其中三疊系、侏羅系沉積保存完整，分布廣泛。研究區(qū)在印度洋與華北板塊的相互作用下不斷上升，到三疊紀(jì)開始接受風(fēng)化剝蝕作用。燕山期，板塊活動(dòng)減弱，為相對(duì)穩(wěn)定的沉積時(shí)期，形成了全區(qū)穩(wěn)定分布的侏羅紀(jì)含煤地層。喜馬拉雅期，由于印度板塊向北俯沖作用的影響，造成了水平分力的推擠，使研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了大量的逆沖推覆斷層，最終形成了研究區(qū)北西一南東向的整體構(gòu)造格局。研究區(qū)構(gòu)造形態(tài)為一復(fù)式向斜，向斜軸方向?yàn)楸蔽飨?20°～340°，其由2個(gè)背斜、1個(gè)向斜構(gòu)成，分別為北背斜、南背斜、中向斜(圖1)。

圖1 聚乎更礦區(qū)構(gòu)造綱要圖Figure 1 Structure outline map of Juhugeng minging area

2 地層

研究區(qū)地跨中祁連地塊與南祁連地塊，地層區(qū)劃歸屬秦祁昆地層區(qū)，分屬中祁連地層分區(qū)和南祁連地層分區(qū)，主要出露地層有中元古界、新元古界、下古生界、中生界、新生界。工作區(qū)內(nèi)地層，從中元古界到第四系均有不同程度的分布，有中祁連地層分區(qū)中元古界青白口系其它大坂組；南祁連地層分區(qū)下奧陶統(tǒng)吾力溝組、中奧陶統(tǒng)鹽池灣組、上奧陶統(tǒng)多索曲組、志留系巴龍貢噶爾組；中、南祁連地層分區(qū)二疊系巴音河群勒門溝組、草地溝組、哈吉爾組、忠什公組、三疊系郡子河群下環(huán)倉(cāng)組、江河組、大加連組、切爾瑪溝組、默勒群阿塔寺組、尕勒得寺組、下—中侏羅統(tǒng)窯街組、大西溝組，以及第四系(表1)。

表1 地層層序Table 1 Stratigraphic sequence

3 烴源巖發(fā)育與分布

下—中侏羅統(tǒng)窯街組沿大通山北緣分布于木里、江倉(cāng)、熱水和默勒一帶，主要巖性為黃綠色、灰黑色、褐灰色、黑色細(xì)砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖和泥巖，夾炭質(zhì)頁(yè)巖、煤層、菱鐵礦透鏡層、薄層粗砂巖及大量煤線。底以頁(yè)巖和煤層的始現(xiàn)為界，與大西溝組整合接觸。

木里地區(qū)窯街組主要位于聚乎更和弧山一帶。下部為河湖相夾泥炭沼澤相，巖性為灰白—灰色粗粒砂巖、粉砂巖與厚煤層互層夾泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及煤線。中部為湖相夾泥炭沼澤相，巖性為灰白、灰—灰黑色粉—細(xì)砂巖互層夾泥巖及薄層狀中細(xì)粒砂巖、煤層上部為淺湖相沉積，巖性為深灰、灰黑、灰綠等雜色泥、粉—細(xì)砂巖互層夾薄層狀中粗粒砂巖出露平均厚度約856m。發(fā)生在晚三疊世末的印支運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)南祁連地區(qū)上升為陸地早侏羅世晚期，由于區(qū)域性的引張作用，在中祁連地區(qū)形成大通河斷陷盆地群，沉積了大西溝組粗碎屑巖和窯街組含煤巖系。

4 烴源巖地球化學(xué)特征

4.1 有機(jī)質(zhì)豐度

在盆地中有效烴源巖的有機(jī)質(zhì)是形成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，這是沉積盆地中油氣聚集的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是決定烴源巖生烴能力的主要因素[7]。在其它條件相近的前提下，巖石中有機(jī)質(zhì)的含量(豐度)越高，其生烴能力越高。目前，衡量巖石中有機(jī)質(zhì)的豐度所用的指標(biāo)主要有總有機(jī)碳(TOC)、氯仿瀝青“A”、總烴和生烴潛量(S1+S2)。

4.1.1 有機(jī)碳

有機(jī)碳是指巖石中存在于有機(jī)質(zhì)中的碳?？紤]到碳元素一般占有機(jī)質(zhì)的絕大部分，且含量相對(duì)穩(wěn)定，故常用有機(jī)碳的含量來(lái)反映有機(jī)質(zhì)的豐度。有機(jī)碳既包括占巖石有機(jī)質(zhì)大部分的干酪根中的碳，也包括可溶有機(jī)質(zhì)中的碳，但不包括已經(jīng)從源巖中所排出的油氣中的碳和雖然仍殘留于巖石中，但分子量較小、因而揮發(fā)性較強(qiáng)的輕質(zhì)油和天然氣中的有機(jī)碳。因此，所測(cè)得的有機(jī)碳只能是殘余有機(jī)碳，中國(guó)石油天然氣總公司于1995年發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適合陸相淡水湖泊烴源巖的評(píng)價(jià)(表2)。

表2 陸相烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria for the terrestrial source rock

從頻數(shù)分布圖可以看出樣品的TOC含量大部分都大于0.4，全部小于1(圖2)，其中有少部分樣品測(cè)得有機(jī)碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他樣品的值，由于地層中煤層較發(fā)育，推測(cè)其為煤系泥巖的有機(jī)碳，這部分樣品都小于0.75為差的烴源巖。所以根據(jù)中國(guó)石油天然氣總公司1995年發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和煤系烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[8-9]可以看出為差到中等的烴源巖。

圖2 井1等井位樣品TOC%頻數(shù)分布圖Figure 2 TOC frequency distribution plot

4.1.2 氯仿瀝青和總烴

氯仿瀝青“A”是指用氯仿從沉積巖(物)中溶解(抽提)出來(lái)的有機(jī)質(zhì)。嚴(yán)格地講，它作為生烴(取決于有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度)和排烴作用的綜合結(jié)果，只能反映源巖中殘余可溶有機(jī)質(zhì)的豐度而不能反映總有機(jī)質(zhì)的豐度。氯仿瀝青中飽和烴和芳香烴之和稱為總烴,顯然，它反映的是源巖中烴類的豐度而不是總有機(jī)質(zhì)的豐度。但在其它條件相近的前提下，二指標(biāo)的值越高，所指示的有機(jī)質(zhì)的豐度越高。因此，它們也常常被用作烴源巖評(píng)價(jià)時(shí)的豐度指標(biāo)。

此次各個(gè)井位的樣品經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室氯仿抽提物測(cè)定總共53組，范圍在0.004 6～1.021 6，做出氯仿瀝青“A”頻數(shù)分布圖(圖3)。

圖3 氯仿瀝青“A”頻數(shù)分布Figure 3 Chloroform bitumen “A” frequency distribution map

可以看出大部分樣品氯仿瀝青“A”都大于0.05且大于0.1小于2，部分樣品的氯仿抽提物的值極低，推測(cè)可能是由于風(fēng)化作用導(dǎo)致的，所以這部分?jǐn)?shù)據(jù)可以舍去，其他殘留的值根據(jù)SY/T 6169—1995《中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》可以看出為中等到好的烴源巖。

4.1.3S1+S2

對(duì)巖石用Rock Eval熱解儀分析得到的S1被稱為殘留烴，相當(dāng)于巖石中已由有機(jī)質(zhì)生成但尚未排出的殘留烴(或稱之為游離烴或熱解烴)，內(nèi)涵上與氯仿瀝青“A”和總烴有重疊，但比較富含輕質(zhì)組分而貧重質(zhì)組分。分析所得的S2為裂解烴，本質(zhì)上是巖石中能夠生烴但尚未生烴的有機(jī)質(zhì)，對(duì)應(yīng)著不溶有機(jī)質(zhì)中的可產(chǎn)烴部分。它包括源巖中已經(jīng)生成的和潛在能生成的烴量之和，但不包括生成后已從源巖中排出的部分?？梢?jiàn)，在其它條件相近的前提下，兩部分之和(S1+S2)也隨巖石中有機(jī)質(zhì)含量的升高而增大。因此，也成為目前常用的評(píng)價(jià)源巖有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo)，稱為生烴勢(shì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室?guī)r石熱解分析得到參數(shù)做出直方圖(圖4)。

圖4 (S1+S2)直方圖Figure 4 (S1+S2) histogram

可以看出由于可用數(shù)據(jù)較少，所做出的圖件不具說(shuō)明性。原因可能有兩點(diǎn)：一是取得的樣品分化較為嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重分化流失，故大部分樣品測(cè)出值為0；二是可能烴源巖大量排烴后巖石中有機(jī)質(zhì)含量降低導(dǎo)致以上結(jié)果。總的來(lái)說(shuō)，樣品數(shù)量較少，數(shù)據(jù)不足，不具說(shuō)明性。

4.2 有機(jī)質(zhì)類型

在不同沉積環(huán)境中，由于沉積物中生物輸入的不同，在沉積巖中形成了不同類型有機(jī)質(zhì)，不同類型的有機(jī)物質(zhì)具有不同的生油氣潛力，分析研究區(qū)泥頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)類型對(duì)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣的生烴潛力具有重要意義[7]。多在國(guó)內(nèi)油氣田勘探應(yīng)用中，根據(jù)不同干酪根顯微組分(腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組以及惰質(zhì)組)的比例，油氣地球化學(xué)界將干酪根類型劃分為I型、II1型、II2型、III型[10]。

依據(jù)透射光-熒光干酪根顯微組分鑒定及類型劃分可以看出大部分的樣品為I型和Ⅱ1型干酪根(表3)。

表3 顯微組分及干酪根類型Table 3 Coal macerals and kerogen type

4.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

沉積巖中有機(jī)質(zhì)豐度和類型是生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是只有有機(jī)質(zhì)達(dá)到一定的熱演化程度才能開始大量生烴[7,11]。有機(jī)質(zhì)成熟度可以表示沉積有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的熱演化程度。由于在烴源巖中有機(jī)質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生相應(yīng)改變，并且上述過(guò)程不可逆，可以用有機(jī)質(zhì)的某些物理性質(zhì)和化學(xué)組成特點(diǎn)來(lái)判斷有機(jī)質(zhì)成熟度[7]。目前普遍采用的是鏡質(zhì)體反射率、巖石熱解峰溫等方法評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟度[12]。

4.3.1 鏡質(zhì)體反射率

鏡質(zhì)體反射率(Ro)作為評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)熱演化成熟度的主要指標(biāo)[13]。由于鏡質(zhì)體并非十分有利的成烴母質(zhì)，Ro的增大與烴類的生成并沒(méi)有直接的聯(lián)系。但由于鏡質(zhì)體反射率隨熱演化程度的升高而穩(wěn)定增大，并具有相對(duì)廣泛、穩(wěn)定的可比性，使Ro成為目前應(yīng)用最為廣泛、最為權(quán)威的成熟度指標(biāo)。

利用實(shí)驗(yàn)室樣品測(cè)得的鏡質(zhì)體反射率(Ro)數(shù)據(jù)可以看出基本上所有的樣品的數(shù)據(jù)都處于0.5%～1.3%。根據(jù)鏡質(zhì)體反射率劃分標(biāo)準(zhǔn)[14]，由此可以看出窯街組烴源巖處于成熟向高成熟演化的階段(圖5)。

圖5 Ro含量直方圖Figure 5 Ro content histogram

4.3.2 巖石熱解

通過(guò)對(duì)井1和井Lx4-004等井?dāng)?shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)高熱解峰溫范圍為339～475℃，平均為450℃。說(shuō)明該地層烴源巖處于成熟演化階段。

5 結(jié)論

1)木里地區(qū)侏羅系烴源巖主要為發(fā)育在窯街組泥巖和頁(yè)巖，在木里地區(qū)窯街組主要位于聚乎更和弧山一帶。下部為河湖相夾泥炭沼澤相，巖性為灰白—灰色粗粒砂巖、粉砂巖與厚煤層互層夾泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及煤線。

2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析數(shù)據(jù)顯示研究區(qū)侏羅系可作為烴源巖的泥巖及頁(yè)巖中有機(jī)碳含量大于0.4%；干酪根類型為Ⅰ型和Ⅱ1型；而且熱演化溫度顯示， 侏羅系烴源巖基本處于成熟至高成熟演化階段。研究區(qū)侏羅系發(fā)育的可作為烴源巖的泥巖、頁(yè)巖具有一定的生烴潛力，對(duì)后期天然氣水合物研究和開發(fā)有一定指導(dǎo)作用。