烏倫古坳陷石炭系烴源巖有機地球化學(xué)特征研究

徐興友

(中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015)

隨著準噶爾盆地烏倫古坳陷中深層油氣勘探的逐漸深入，石炭系烴源巖的資源作用越來越被重視。烏倫古坳陷在石炭紀有較長時間的穩(wěn)定海盆發(fā)育，具備持續(xù)沉降和沉積的特征，有利于烴源巖的發(fā)育。近年來在烏倫古北部的扎河壩地區(qū)發(fā)現(xiàn)石炭系野外露頭油苗的存在，表明這一地區(qū)石炭系已具備生烴條件，是潛在的重要勘探領(lǐng)域[1]。但由于石炭系烴源巖埋藏較深、坳陷區(qū)鉆井揭示少，對烏倫古坳陷石炭系烴源巖的研究程度較低，石炭系烴源巖的發(fā)育特征及生烴潛力尚不明確。

1 地質(zhì)概況及勘探現(xiàn)狀

烏倫古坳陷是準噶爾盆地北部的一個大型一級構(gòu)造單元，坳陷形態(tài)呈菱形展布，北以吐絲托依拉斷裂帶與烏倫古北隆起帶相接，西與石英灘凸起相鄰，南與三個泉凸起相接，東以烏倫古東斷裂帶為界，面積約1.6×104km2，占盆地總面積的13%。烏倫古坳陷總體呈現(xiàn)北西-南東走向，主要由紅巖斷階帶和索索泉凹陷2個二級構(gòu)造單元組成。

烏倫古坳陷的勘探工作始于20世紀50年代，80年代開始地震勘探和鉆探工作，2010年之前坳陷內(nèi)有5口探井(倫2井、倫3井、倫5井、倫6井、倫7井)和1口參數(shù)井(倫參1井)。到目前為止，只在倫5井侏羅系八道灣組(3116.96～3119.36m)見到0.38m油浸砂巖，油氣源分析表明，該層油氣來源于石炭系烴源巖。油氣源分析表明，青格里底山的滴北1井八道灣組、陸南凸起東段的滴西8井和滴西9井的原油均有石炭系烴源巖的貢獻。目前的觀點認為，烏倫古坳陷屬于大型含油氣盆地，雖然至今沒有大的突破，但不能否認其含油性，坳陷內(nèi)可能的烴源巖主要分布于石炭系、三疊系和侏羅系，缺失二疊系、中下三疊統(tǒng)及新生代地層[2-6]。

2 石炭系烴源巖地球化學(xué)特征

烏倫古坳陷內(nèi)鉆井資料少，對坳陷內(nèi)石炭系烴源巖的分布特征的研究目前只有根據(jù)鄰近地區(qū)的資料和坳陷內(nèi)僅有的幾口鉆井資料來進行研究，并結(jié)合構(gòu)造和沉積特征加以推測。

目前鉆井揭示的地層僅是石炭系的一部分，沒有一口井鉆穿石炭系。從目前鉆井資料來看，石炭系在整個坳陷內(nèi)主要發(fā)育上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組、下石炭統(tǒng)滴水泉組2個層段，塔木崗組只有烏參1井鉆遇了122m。石炭系地層上部巴塔瑪依內(nèi)山組巖性主要為綠灰色凝灰質(zhì)砂巖，深灰色、黑灰色的凝灰?guī)r和肉紅色的花崗巖(見圖1)，下部滴水泉組發(fā)育暗色泥巖及炭質(zhì)泥巖。倫2井上部花崗巖，下部滴水泉組發(fā)育厚度大于200m的灰黑色和黑灰色的暗色泥巖，烏參1井滴水泉組發(fā)育厚度超過1000m的炭質(zhì)泥巖。因此，烏倫古坳陷石炭系烴源巖主要分布在滴水泉組。

圖1 烏倫古坳陷部分井石炭系地層柱狀圖

圖2 烏參1井石炭系烴源巖綜合柱狀圖

圖3 烏參1井鏡質(zhì)體反射率與深度關(guān)系圖

圖4 準噶爾烏倫古-陸梁-五彩灣地區(qū)石炭系烴源巖有機質(zhì)成熟度分布圖

石炭系地層在索索泉凹陷內(nèi)埋藏較深(烏參1井4200m以下，倫5井3172m以下)，在紅巖斷階帶上埋藏較淺(倫2井1831m以下，倫3井1587m以下)，整體趨勢為坳陷東南部石炭系埋深要大于西北部(見圖1、2)。

2.1 有機質(zhì)豐度

烏參1井上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組巖性為深灰色凝灰?guī)r及泥質(zhì)凝灰?guī)r，有機質(zhì)豐度較低：總有機碳(TOC)含量為 0.43%～0.68%，平均 0.55%，生烴潛量(S1+S2)為0.18～0.32mg/g，平均 0.25mg/g，“A”(氯仿“A”含量)為0.0136%，有機質(zhì)豐度較低。

下石炭統(tǒng)滴水泉組主要巖性為灰黑色、深灰色炭質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖，有機質(zhì)豐度明顯高于上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組。TOC為0.14%～1.86%，平均 0.77%，(S1+S2)為0.01～3.59mg/g，平均 0.42mg/g；“A”為0.0441%～0.1387%(見圖2)，有機質(zhì)豐度總體評價較高，尤其是5500m以下滴水泉組地層的有機質(zhì)含量明顯增加，已達到好烴源巖標準。

2.2 有機質(zhì)類型

烏參1井下石炭統(tǒng)滴水泉組烴源巖的鏡質(zhì)組+惰質(zhì)組占40%～50%，腐泥組占60%～50%(見圖2)，以I型有機質(zhì)為主。之所以將滴水泉組烴源巖有機質(zhì)類型定為I型是因為在巖石樣品有機顯微組分中發(fā)現(xiàn)了大量的貧氫次生組分，比例占到了80%～90%。有研究認為，貧氫次生組分為藻類等水生低等生物在成熟階段的降解產(chǎn)物。由于樣品時代老，經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷程及演化，導(dǎo)致氫組分的損失，從而使本該具有的熒光特征消失，只保留了原始形態(tài)。烏參1井滴水泉組烴源巖保留的有機質(zhì)原始形態(tài)呈條帶狀分布，體現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)烴源巖富集有機質(zhì)發(fā)育的特點。烏參1井的上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖以Ⅱ2型為主，有機顯微組分構(gòu)成類似于滴水泉組，但是缺乏貧氫次生組分。

2.3 有機質(zhì)成熟度

上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組鏡質(zhì)體反射率(Ro)范圍1.36%～1.44%，平均 1.4%；下石炭統(tǒng)滴水泉組Ro范圍1.4%～2.03%，平均 1.63%，處于高～過成熟階段。烏參1井缺失中下三疊統(tǒng)及二疊系。從實測的數(shù)據(jù)來看，三疊系最大Ro為0.9%，下石炭統(tǒng)最小Ro為1.4%，存在明顯成熟度“斷層”。這說明在三疊系沉積之前石炭系烴源巖達到了現(xiàn)今的演化程度，并完成了生排烴過程，早期生烴不利于油氣的保存，因此后期保存條件是油氣能否成藏的關(guān)鍵(見圖3)。

石炭系露頭剖面的Ro較高，扎河壩Ro為1.15%，薩爾布拉克Ro為1.53%，阿拉土別庫都克Ro為1.16%，喀姆斯特Ro為1.35%，恰庫爾圖北草原東側(cè)地區(qū)下石炭統(tǒng)南明水組烴源巖中實測Ro為1.67%～2.32%，有機質(zhì)成熟度處于成熟～過成熟度階段。紅尖溝上支流剖面下石炭統(tǒng)滴水泉烴源巖實測Ro為1.05%～2.26%，有機質(zhì)成熟度也進入成熟～過成熟度階段，以生氣為主。紅尖溝上支流、恰庫爾圖北草原東側(cè)剖面上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組泥巖樣品實測Ro為1.05%～1.66%[7]，有機質(zhì)進入成熟階段(見圖4)。

2.4 生物標志物特征

烏參1井滴水泉組烴源巖飽和烴色譜特征存在差異：上部烴源巖(5040～5060m)正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布型式主要呈單峰結(jié)構(gòu)，但其主峰為C23，植烷優(yōu)勢明顯，姥植比為0.54，奇偶優(yōu)勢指數(shù)(OEP)為1.06，碳優(yōu)勢指數(shù)(CPI)為1.29，具有一定的奇數(shù)優(yōu)勢，未檢測出胡蘿卜烷。下部烴源巖(6147～6149m)由于成熟度較高，差異較大。其主峰為C17，大于C20的飽和烴消失不見，姥鮫烷優(yōu)勢明顯，姥植比為2.49，OEP為1.06，CPI為0.91，奇偶優(yōu)勢不明顯(見圖5)。

萜烷及甾烷化合物較為相似：C20、C21、C23三環(huán)萜烷豐度較高，呈上升型；伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷指數(shù)為0.23～0.35；Ts與Tm相比豐度略低，Ts/(Ts+Tm)值為0.58～0.9；甾烷化合物分布完整，ββ構(gòu)型規(guī)則甾烷低于αα構(gòu)型；孕甾烷與升孕甾烷的豐度較低；ααα20RC27、C28、C29甾烷豐度呈“V”型分布，ααα20RC27∶C28∶C29值為34∶31∶35；重排甾烷豐度較低，規(guī)則甾烷的豐度高； C29/C30αβ為0.52～0.56，C29莫烷/藿烷為0.17～0.18，C30莫烷/藿烷值為0.16～0.19。C29甾烷ββ/(ββ+αα)為0.36～0.43，C29甾烷20S/(20S+20R)為0.34～0.39。

巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖與滴水泉組生標特征大部分相似，但從生物標記物特征分析滴水泉組烴源巖沉積環(huán)境更為咸化，更有利于有機質(zhì)的保存及生烴。藻類和低等水生生物對有機質(zhì)的貢獻較大，陸源高等植物也有一定貢獻。

3 結(jié) 論

1)烏倫古坳陷下石炭統(tǒng)滴水泉組發(fā)育大套炭質(zhì)泥巖，其有機質(zhì)豐度較高、類型好、處于高演化階段，是一套好烴源巖，以產(chǎn)氣態(tài)烴為主，井深5500m以下的滴水泉組烴源巖有機質(zhì)豐度更高，資源潛力更大。受完鉆井深的限制，分析資料僅到6150m，預(yù)測石炭系滴水泉組深部地層有好烴源巖發(fā)育。

圖5 烏參1井滴水泉組烴源巖飽和烴色譜圖

2)石炭系與上覆三疊系地層存在明顯成熟度“斷層”，由此判斷石炭系應(yīng)該是在三疊系沉積之前達到了現(xiàn)今的高成熟度并完成了生排烴過程，受地層剝蝕的影響早期生烴不利于生成油氣的保存，因此后期保存條件是烏倫古坳陷石炭系油氣能否成藏的關(guān)鍵。

3)烏倫古坳陷東北部邊緣(倫6井)石炭系樣品的Ro小于0.8%，說明石炭系烴源巖成熟度差異較大，烏倫古坳陷東部存在成熟度較低具有生成液態(tài)烴能力的石炭系烴源巖。

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