二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖的分布及形成

丁修建，柳廣弟，黃志龍，孫明亮，陳哲龍，柳莊小雪

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二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖的分布及形成

丁修建1, 2，柳廣弟2，黃志龍2，孫明亮2，陳哲龍2，柳莊小雪2

(1. 中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島，266580；2. 中國石油大學地球科學學院，北京，102249)

為了明確烴源巖形成的主控因素，基于烴源巖碳酸鹽同位素、生物標志化合物、微量元素等地球化學數據探討烴源巖的形成，并基于烴源巖實測總有機碳質量分數(TOC)數據分析烴源巖的分布特征。研究結果表明：二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖分布特征與傳統認識明顯不同；水體較淺的緩坡帶烴源巖厚度最大、有機質豐度最高；賽漢塔拉凹陷為小型斷陷湖盆，具有水體淺、物源近、沉積速率大等不同于大型湖盆的沉積環境。有機質陸源輸入、水動力條件和氧化還原程度是烴源巖形成的主控因素；水體淺、物源近是小型斷陷湖盆烴源巖分布、形成不同于大型湖盆的原因。

烴源巖分布；烴源巖形成；小型斷陷湖盆；賽漢塔拉凹陷；二連盆地

烴源巖是石油和天然氣的來源，是油氣生成的物質基礎，對烴源巖進行研究在油氣勘探和資源評價中都具有重要的意義，其分布和形成一直都是國內外學者研究的熱點[1?5]。關于湖相烴源巖的分布，傳統觀點認為大型湖盆的湖盆中央水體最深，是盆地的沉積中心和沉降中心，烴源巖厚度最大且性能最好；中小型斷陷湖盆的陡側沉積厚度大、水體深，為湖盆的沉積、沉降中心，烴源巖相對最厚、性能較好，緩側沉積厚度小，水體淺，烴源巖一般不發育[6]。二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖分布特征明顯不同于傳統認識：緩側雖然水體較淺、地層厚度較小，但是烴源巖厚度較大并且性能較好，陡側雖然水體深、地層厚度大，但是烴源巖較差而且厚度小。賽漢塔拉凹陷面積僅為2 300 km2，具有獨立的沉積體系、沉積中心和邊緣相帶，為典型小型斷陷湖盆，目前在二連盆地中已發現小型斷陷盆地多達54個。小型斷陷湖盆相對大型湖盆具有面積小、水體淺、物源近、沉積速率大等特殊的沉積特征[7]。沉積環境控制著烴源巖的形成[8]，小型斷陷湖盆沉積環境的特殊性必然導致烴源巖分布和形成不同于大型湖盆。本文作者基于烴源巖實測TOC數據分析烴源巖的分布特征，通過對生物標志化合物、微量元素、碳酸鹽同位素等地球化學數據分析古生產力、有機質陸源輸入、氧化?還原程度、水動力條件等在烴源巖形成過程中的控制作用，最終明確二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖形成的主控因素，指出小型斷陷湖盆烴源巖分布特殊性的原因，對小型斷陷湖盆烴源巖分布預測和油氣勘探有一定的指導意義。

1 地質背景

賽漢塔拉凹陷位于二連盆地中南部，凹陷呈北東走向，東西寬約23 km，南北長約100 km，總體為一舒緩的“S”形[9]，如圖1所示。賽漢塔拉凹陷是二連盆地獲工業油流最早的凹陷之一，全國第3次資源評價認為：賽漢塔拉凹陷資源量為6 514×104t，目前僅探明石油地質儲量1 458×104t，剩余資源量大，資源潛力大，是二連盆地重要的勘探儲量接替區之一[10]。

圖1 二連盆地賽漢塔拉凹陷構造分帶和剖面特征圖

賽漢塔拉凹陷水體較淺，主要發育濱淺湖沉積，發育少量扇三角洲、近岸水下扇沉積，基本不發育半深湖—深湖沉積[11?12]。凹陷內由下至上發育地層為二疊系、侏羅系、下白堊統、第四系，其中下白堊統為主力地層，自上而下分為阿爾善組、騰格爾組和賽漢塔拉組。阿爾善組巖性主要為灰色、灰綠色砂礫巖和深灰色泥巖、深灰色含礫泥巖互層；騰格爾組巖性主要為深灰色砂巖、泥質砂巖與深灰色泥巖互層，砂泥巖交互頻繁；賽漢塔拉組巖性為雜色砂礫巖與灰色泥巖不等厚互層，如圖2所示。

圖2 二連盆地賽漢塔拉凹陷地層綜合柱狀圖

賽漢塔拉凹陷經歷了斷陷成湖、擴張深陷、萎縮消亡的完整斷陷湖盆發育階段，烴源巖十分發育，凹陷在白堊紀時期頻繁升降形成了3套富含有機質的湖相烴源巖，分別為下白堊統阿爾善組、騰一段和騰二段，巖性以暗色泥巖為主。阿爾善組暗色泥巖厚度分布在 26.6~272.35 m之間，平均厚度為121.70 m；騰一段暗色泥巖厚度主要分布在42~528 m 之間，平均厚度為211.39 m；騰二段暗色泥巖厚度主要分布在179.5~1 007.5 m 之間，平均厚度達470.41 m[13]。

2 樣品數據及分析方法

烴源巖樣品取自賽漢塔拉凹陷下白堊統騰格爾組一段(K1bt1)，全部進行了總有機碳(TOC)和還原S的測定，對部分樣品進行了碳酸鹽13C豐度測定、全巖微量元素含量測定及飽和烴生物標志化合物檢測。

有機碳和還原S的測定使用CS?344型測定儀測試，相對誤差分別小于0.5%和2.0%。13C豐度測定采用傳統的磷酸溶解法，樣品與磷酸在25 ℃恒溫下反應8 h，測量儀器為Thermo-Finngan MAT253 氣體同位素比值質譜儀，同位素值測量采用雙錄進樣法(dual-inlet method)。微量元素的測定執行國家標準GB/T 14506.30—2010“硅酸鹽巖石化學分析方法第30部分：44個元素量測定”，測量儀器型號為ELEMENT XR 等離子體質譜分析儀，檢測溫度為20 ℃，相對濕度為30%。飽和烴生物標志化合物檢測執行國家標準GB/T 18606—2001“氣相色譜質譜法測定沉積物和原油中生物標志物”，使用儀器為Agilent 7890-5975c 氣相色譜質譜聯用儀，測試條件為色譜載氣，99.999%氦氣；進樣口溫度為290 ℃；傳輸線溫度為250 ℃；色譜柱為HP-5MS彈性石英毛細柱(60 m×0.25 mm×0.25mm)；升溫程序為于50 ℃保持1 min，然后以15℃/min升至120℃，再以3℃/min升至300℃，保持25 min；載氣流速為恒定為1 mL/min。質譜，EI源，絕對電壓為1 047 V；全掃描。

3 烴源巖分布特征

賽漢塔拉凹陷烴源巖總有機碳質量分數范圍為0.18%~2.95%，平均值約為1.5%，依據中國石油天然氣總公司1995《陸相烴源巖地球化學評價方法》認為賽漢塔拉凹陷K1bt1烴源巖為好烴源巖。

為了研究凹陷內不同部位烴源巖的分布特征，依據凹陷內主干斷裂把凹陷劃分為深洼帶、近洼緩坡帶和遠洼緩坡帶，其中，深洼帶以控凹主斷層和二級斷層為界，是凹陷中水體最深的部位；近洼緩坡帶為靠近深洼帶的“二級臺階帶”，以二級斷層為界，水體較淺；遠洼緩坡帶處于近洼緩坡帶的緩坡一側，水體最淺，如圖1和圖3所示。賽漢塔拉凹陷烴源巖總有機碳分布剖面圖(圖3)顯示近洼緩坡帶烴源巖有機碳質量分數(TOC)最高，其中S71井和S1井烴源巖(TOC)幾乎全部大于凹陷平均值；深洼帶烴源巖(TOC)明顯低于近洼緩坡帶，深洼帶中部的S68井僅有部分烴源巖(TOC)大于平均值，S79井烴源巖TOC均小于平均值；遠洼緩坡帶烴源巖(TOC)最小，S22井烴源巖(TOC)遠小于平均值。綜上可知：賽漢塔拉凹陷中近洼緩坡帶烴源巖有機質豐度最高，其次為深洼帶，遠洼緩坡帶烴源巖有機質豐度最低。

圖3 二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖有機碳分布剖面圖

一般認為有機碳總質量分數大于0.5%的暗色泥巖可以作為烴源巖，因此，以0.5%作為(TOC)下限統計了各井烴源巖厚度，實測TOC數據較少的井運用“?lg”方法預測烴源巖(TOC)，基于各井烴源巖厚度編制了賽漢塔拉凹陷烴源巖等厚圖，如圖4所示。

圖4 二連盆地賽漢塔拉凹陷K1bt1烴源巖等厚圖

由烴源巖等厚圖可知賽漢塔拉凹陷烴源巖厚度為0~450 m，其中近洼緩坡帶烴源巖厚度最大可達400 m；深洼帶烴源巖厚度明顯小于近洼緩坡帶厚度，深洼帶烴源巖厚度主要分布于100~200 m；遠洼緩坡帶烴源巖厚度最小，在靠近近洼緩坡帶的位置有少量烴源巖發育，大部分部位不發育烴源巖。

4 主要控制因素

為了研究小型斷陷湖盆烴源巖分布特殊性的原因及其形成，基于賽漢塔拉凹陷烴源巖碳酸鹽同位素、生物標志化合物、微量元素等地球化學數據，分別探討了古生產力、有機質陸源輸入、氧化?還原程度和水動力條件在烴源巖形成中的作用。

4.1 古生產力

古生產力是指地質歷史時期生物在能量循環過程中固定能量的速率，即單位面積、單位時間內所產生的有機物的量[14]。古生產力反映了有機質的生產能力，是影響烴源巖形成的重要因素，一般認為古生產力越高，越有利于烴源巖的形成[15?17]。古生產力定量恢復難度較大，研究中多選取地球化學參數作為替代指標來探討古生產力[18]。本文選用烴源巖碳酸鹽的δ13C和微量元素Ba作為古生產力替代指標。

浮游植物在光合作用過程中會優先吸收12C，從而導致水體中13C富集，當浮游植物勃發即生產力較高時水體中13C富集，故一般認為烴源巖中碳酸鹽的δ13C可以反映原地古生產力，碳酸鹽的δ13C越大，古生產力越大[19?21]。統計了賽漢塔拉凹陷烴源巖碳酸鹽的δ13C與(TOC)的關系發現二者相關性較差，隨著δ13C增大，(TOC)幾乎沒有任何變化趨勢，如圖5(a)所示。

微量元素也是重要的古生產力替代指標[22]。鋇(Ba)元素是應用最早、也是目前運用最為廣泛的微量元素古生產力替代指標[23]。統計了凹陷內實測烴源巖Ba元素質量分數與(TOC)關系，如圖5(b)所示。由圖5(b)可見：烴源巖Ba元素質量分數與(TOC)相關性較差，隨著Ba質量分數的增大，(TOC)沒有明顯的變化趨勢。

烴源巖碳酸鹽的δ13C和微量元素Ba質量分數與烴源巖(TOC)相關性均較差表明：賽漢塔拉凹陷古生產力與烴源巖有機質豐度相關性較差，即古生產力在烴源巖形成過程中的作用不大，不是控制烴源巖形成的主要因素。

(a) w(TOC)與δ13C關系；(b) w(TOC)與w(Ba)關系

4.2 有機質陸源輸入

大量的有機質陸源輸入是湖相盆地區別海相盆地的重要特征，小型斷陷湖盆由于面積較小，距物源較近，具有更多的有機質陸源輸入。C27規則甾烷與C29規則甾烷的質量分數可以反映有機質來源，較高質量分數的C27規則甾烷常常代表水生環境下的浮游生物或藻類的貢獻，較高質量分數的C29甾烷則反映陸源高等植物的貢獻較大[24]。本文選用C27規則甾烷與C29規則甾烷質量分數比(C27)/(C29)反映陸源有機質輸入程度，該值越大，陸源有機質輸入越少，值越小，陸源有機質輸入越少。

賽漢塔拉凹陷烴源巖(C27)/(C29)與(TOC)的關系如圖6所示。從圖6可見：(C27)/(C29)和(TOC)呈現明顯的正相關關系，即隨著(C27)/(C29)的增大，烴源巖(TOC)有增大的趨勢。可見賽漢塔拉凹陷中有機質陸源輸入對烴源巖的形成有一定的控制作用；隨著(C27)/(C29)的逐漸增大，有機質陸源輸入逐漸變小，烴源巖(TOC)逐漸增大。

圖6 二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖總有機碳含量與有機質陸源輸入指標關系圖

4.3 有機質保存

有機質的保存條件是影響有機質聚集和烴源巖形成的重要因素，有機質的保存條件主要指氧化?還原程度和水動力條件[25]。

4.3.1 氧化?還原程度

沉積環境的氧化?還原程度是影響烴源巖形成的重要條件，一般認為強還原環境有利于烴源巖形 成[26]。本文通過微量元素質量比(U)/(Th)和(Co)/(Ni)以及還原S的質量分數(S2?)表征沉積環境的氧化?還原程度。Th在低溫地表環境中是不易發生遷移的元素，多富集在抗風化礦物中，氧化環境中含量較高，而U常在還原環境中沉淀下來，因此(U)/(Th)可以反映沉積水體的氧化?還原程度，一般認為(U)/(Th)越大，沉積環境的還原性越強[27]。(Co)/(Ni)也一直被用來反映沉積環境的氧化?還原程度，一般認為該值越大，沉積環境的還原性越強。除此以外，還原S也是反映沉積環境的氧化?還原程度的常用指標，沉積環境中硫(S)是一種非常活潑的變價元素，在不同的氧化?還原程度下呈現不同的價態，價態最低的S2?俗稱還原S。一般認為還原S含量越高，沉積環境的還原程度越強[28?31]。

賽漢塔拉凹陷烴源巖(U)/(Th)與(TOC)的關系如圖7(a)所示，可見(TOC)與(U)/(Th)具有一定的正相關關系，隨著(U)/(Th)的增大，(TOC)有明顯的增大趨勢。(Ni)/(Co)與(TOC)的關系如圖7(b)所示，可見(TOC)與(Ni)/(Co)同樣具有正相關關系，隨著(Ni)/(Co)的增大，(TOC)有明顯的增大趨勢。還原S與TOC也顯示出正相關關系，隨著還原S含量的增加，(TOC)有明顯的增大趨勢，如圖7(c)所示。綜上可知：賽漢塔拉凹陷烴源巖形成過程中受氧化?還原程度影響明顯，還原程度越強的沉積環境越利于烴源巖的形成。

(a) w(TOC)與m(U)/m(Th)的關系；(b) w(TOC)與m(Ni)/m(Co)的關系；(c) w(TOC)與w(S2?)的關系

4.3.2 水動力條件

水動力條件同樣是影響烴源巖形成的重要因素，一般多選用(Zr)/(Rb)代表水動力條件[32]。Zr是典型的親陸惰性元素，主要以鋯石等穩定重礦物形式沉淀于高能環境中，Rb則主要賦存于黏土、云母等細粒或輕礦物中，主要沉淀于低能環境中，因此，可以選用(Zr)/(Rb)反映水動力條件。在震蕩的高能環境中，(Zr)/(Rb)較高；在安靜的低能環境中，(Zr)/(Rb)較低[33]。

賽漢塔拉凹陷烴源巖(Zr)/(Rb)與(TOC)的關系如圖8所示。由圖8可見：(TOC)與(Zr)/(Rb)呈現明顯的負相關關系，即隨著(Zr)/(Rb)的增大，水動力逐漸由相對安靜的低能環境向相對震蕩的高能環境過渡，烴源巖(TOC)逐漸降低。可見水動力條件在烴源巖形成過程中有重要意義，是控制烴源巖形成過程中的主要因素之一。

圖8 二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖總有機碳質量分數與水動力條件指標關系

5 討論

賽漢塔拉凹陷中古生產力不是烴源巖形成的控制因素，有機質陸源輸入、氧化?還原程度、水動力條件是烴源巖形成的主控因素，共同控制烴源巖的形成。

賽漢塔拉凹陷剖面不同構造帶上各井陸源有機質輸入、氧化?還原程度、水動力條件替代指標的平均值如圖9所示。從圖9可見：近洼緩坡帶(C27)/(C29)最大，陸源有機質輸入最少，還原程度最強，水動力最弱，最有利于烴源巖形成，因此，近洼緩坡帶的烴源巖最好而且厚度最大；深洼帶(C27)/(C29)較大，陸源有機質輸入較少，還原程度較強，水動力較弱，較有利于烴源巖形成，因此，深洼帶烴源巖較好，厚度較大；遠洼緩坡帶(C27)/(C29)最小，陸源有機質輸入最多，氧化程度最強，水動力最強，不利于烴源巖形成，因此，遠洼緩坡帶烴源巖最差，厚度最小。

圖9 二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖形成主控因素綜合剖面圖

賽漢塔拉小型斷陷湖盆水體淺、物源近，沉積環境受物源影響大，其中深洼帶受陡側物源影響，遠洼緩坡帶受緩側物源影響，均呈現有機質陸源輸入較多、水體偏氧化、水體動力強的特征，不利于烴源巖的形成；近洼緩坡帶距離陡側物源和緩側物源均較遠，受物源影響較小，陸源有機制輸入小，較遠洼緩坡帶和深洼帶還原性強、水動力相對較弱，有利于烴源巖的形成，烴源巖性能最好并且厚度最大。大型湖盆水體深、物源遠，湖盆中央的深水區一般為強還原環境，水體安靜，烴源巖最好且厚度最大。因此，水體淺、物源近是造成小型斷陷湖盆烴源巖的分布和形成不同

于大型湖盆的原因。

6 結論

1) 二連盆地賽漢塔拉凹陷屬于小型斷陷湖盆，烴源巖分布特征與傳統認識明顯不同：水體較淺的緩坡帶烴源巖厚度最大，有機質豐度最高。

2) 陸源有機質輸入、氧化?還原程度、水體動力條件是二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖形成過程中的主控因素，陸源有機質輸入小、偏還原、水動力弱的近洼緩坡帶最有利于烴源巖形成。此外，古生產力不是賽漢塔拉凹陷烴源巖形成的主控因素。

3) 水體淺、物源近是小型斷陷湖盆烴源巖分布、形成不同于大型湖盆的原因。

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Source rock distribution and formation in Saihantala depression, Erlian Basin

DING Xiujian1, 2, LIU Guangdi2, HUANG Zhilong2, SUN Mingliang2, CHEN Zhelong2, LIUZHUANG Xiaoxue2

(1. College of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China; 2. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

To clarify the main controlling factors involved in formation of source rock, a number of geochemical data were researched on their relationship with source rock formation, including carbonate isotope, biomarker parameters and trace elements, and based on research upon measured total organic carbon content ((TOC)) in Saihantala depression in Erlian basin, the distribution of source rock was analyzed. The results show that the source rock on gentle slope with shallow water depth is the thickest and has the highest(TOC). Saihantala depression belongs to small faulted basin with characters of shallow water depth, near provenance and high sedimentary rates which is different from large basins in sedimentary environment. The main controlling factors contributing to formation of source rock consist of terrestrial inputs of organic matter, hydrodynamic conditions and oxidation-reduction degree. The main reasons for the distribution and formation of source rock in small faulted basin are its shallow water and near provenance.

distribution of source rock; formation of source rock; small faulted lacustrine basin; Saihantala depression; Erlian basin

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.05.023

TE121.1

A

1672?7207(2015)05?1739?08

2014?05?14；

2014?07?20

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)項目(2014CB239005)；國家科技重大專項(2011ZX05001-001) (Project (2014CB239005) supported by the National Basic Research Development Program (973 Program) of China; Project(2011ZX05001-001) supported by the National Science and Technology Major Program)

丁修建，博士，從事油氣藏形成機理與分布規律研究；E-mail: dingxj129@foxmail.com

(編輯 趙俊)