巴彥浩特盆地南緣石炭系生烴潛力評價

李亞男，彭治超，戴銀月

（1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西咸陽 712100）

油氣地質(zhì)

巴彥浩特盆地南緣石炭系生烴潛力評價

李亞男1，彭治超1，戴銀月2

（1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西咸陽 712100）

巴彥浩特盆地主要發(fā)育暗色泥巖、灰?guī)r、煤層等3大烴源巖，本文通過對相關(guān)樣品做巖石熱解等地化測試，得出巴彥浩特盆地南緣石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)含量豐富，成熟度高，為良好的烴源巖，具有較高的生烴潛力；盆地南緣為較有利生油區(qū)，勘探潛力巨大。

有機(jī)質(zhì)豐度；有機(jī)質(zhì)成熟度；烴源巖；石炭系；巴彥浩特盆地

1 研究區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造特征

巴彥浩特盆地，位于賀蘭山西側(cè)，內(nèi)蒙阿拉善左旗境內(nèi)。盆地呈北東向靴型，東西長約200 km，南北寬約80 km，面積1.8×104km2。其東為賀蘭山，西北為巴彥烏拉山隆起所限，而南部無明顯的地貌標(biāo)志。在構(gòu)造上，作為阿拉善臺塊和祁秦地槽分界的東西向的查汗斷裂橫貫本區(qū)，可見巴彥浩特盆地是發(fā)育在兩個性質(zhì)根本不同的大地構(gòu)造單元之上，其主體（中部和西北部）位于阿拉善臺塊的東南角，盆地南部坳陷位于走廊過渡帶之上，南側(cè)和東側(cè)分別為祁連山褶皺山前過渡帶（走廊過渡帶）和賀蘭山褶皺帶所環(huán)繞。正是由于這兩條垂直的活動帶對阿拉善地臺的牽制，致使被他們所挾持的臺塊上的三角地帶表現(xiàn)了較大的活動性，接受了較厚的沉積地層[1]。

1.2 區(qū)域沉積地層分布

巴彥浩特盆地南緣自下而上，石炭系地層可劃分為下石炭統(tǒng)前黑山組和臭牛溝組、中石炭統(tǒng)靖遠(yuǎn)組和羊虎溝組、上石炭統(tǒng)太原組5個組，石炭系地層在該區(qū)域出露較為完整。石炭系地層殘余厚度在400 m～1 100 m，為一套半深海-三角洲相的海陸過渡相沉積[2]，發(fā)育暗色泥巖、灰?guī)r、煤層3類烴源巖。

2 石炭系烴源巖宏觀特征

2.1 盆地南緣烴源巖時空分布特征

2.1.1 烴源巖分布特征 盆地石炭系烴源巖類型主要由暗色泥巖、碳酸鹽巖和煤層組成。

暗色泥巖主要發(fā)育在盆地南部的中、上石炭統(tǒng)[4]。前黑山組暗色泥巖主要分布于響水一帶，太原組只分布于賀蘭山地區(qū)，臭牛溝組、靖遠(yuǎn)組、羊虎溝組暗色泥巖分布廣泛。碳酸鹽巖主要分布在南緣西段的紅水堡、前黑山、青羊山等剖面和西緣半個山剖面的下統(tǒng)。煤層在石炭系地層中均有分布，地層由老至新，煤層分布范圍依次增大[5]。

2.1.2 烴源巖形成沉積環(huán)境 根據(jù)野外露頭及巖心資料，將巴彥浩特盆地石炭系劃分為海相沉積和海陸過渡相兩大沉積體系、6種沉積相類型和12種沉積亞相（見表1）。

表1 巴彥浩特盆地石炭系沉積相類型

2.1.3 烴源巖厚度 該區(qū)烴源巖主要包含三大類：暗色泥巖、碳酸鹽巖、煤層。暗色泥巖主要分布在盆地的南部中、上石炭統(tǒng)。東邊地層較西邊地層厚[6]，在天祝－武威以西烴源巖厚度不足110 m，在中衛(wèi)－巴彥浩特區(qū)塊烴源巖厚度大于500 m。前黑山組暗色泥巖的厚度小于55 m。臭牛溝組暗色泥巖的厚度由走廊東段向巴彥浩特盆地逐漸增加。靖遠(yuǎn)組、羊虎溝組暗色泥巖在BC2井處可達(dá)250 m左右。太原組暗色泥巖主要發(fā)育于盆地東部，厚度100 m左右，其他地區(qū)厚度小于20 m。

灰?guī)r以中衛(wèi)-海原一帶為地層厚度中心，厚度可達(dá)160多米，具有東邊厚西邊薄的展布特征。前黑山組灰?guī)r厚度為80 m，臭牛溝組灰?guī)r在BC2井處達(dá)到90 m[7]，靖遠(yuǎn)組灰?guī)r厚度為20 m，羊虎溝組、太原組灰?guī)r厚度一般在10 m以下。

煤層在石炭系地層中均有分布，但厚度很小；最大單層厚度不到2 m，總厚度在4 m～10 m，最厚處能達(dá)到27.4 m，累積厚度不到地層總厚的1%。區(qū)域上具有東厚西薄的特點(diǎn)。

2.2 鉆井巖心揭示特征

該區(qū)鉆井取心井位分別為X1井、BC2井兩口井，其中BC2井鉆遇白堊系、侏羅系芬芳河組、石炭系靖遠(yuǎn)組、羊虎溝組、臭牛溝和前黑山組地層。X1井鉆遇白堊系、侏羅系芬芳河組、石炭系靖遠(yuǎn)組、臭牛溝和前黑山組地層，缺失羊虎溝組。研究區(qū)主要鉆井取樣井位為X1井和BC2井。X1井石炭系地層巖心取樣照片，共有兩次取樣，取樣結(jié)果顯示在靖遠(yuǎn)組層位主要巖層為灰黑色泥巖，羊虎溝組為灰色中細(xì)粒長石石英砂巖。BC2井石炭系地層巖心取樣照片，分別為第十一次和第五次取樣，兩次取樣結(jié)果顯示，在該鉆井取心處石炭系地層主要為黑色泥巖（見圖1）。

圖1 巴顏浩特盆地鉆井巖心取樣圖

3 烴源巖生烴潛力評價

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度評價

3.1.1 氯仿可溶有機(jī)質(zhì)含量（“A”） 根據(jù)泥巖煤系泥巖碳酸鹽巖氯仿瀝青與總烴評價表（見表2），結(jié)合研究區(qū)暗色泥巖樣品氯仿瀝青平面分布直方圖（見圖2），可以看出研究區(qū)石炭系地層烴源巖暗色泥巖中氯仿瀝青“A”含量大致為0.007 0%～0.075 0%，其中60%以上的樣品為0.007 0%～0.020 0%；由研究區(qū)暗色泥巖樣品氯仿瀝青垂向分布直方圖（見圖3），可以看出研究區(qū)石炭系地層前黑山組、臭牛溝組氯仿瀝青含量在0.01%～0.02%，數(shù)值明顯小于中石炭統(tǒng)其他地層。

表2 烴源巖氯仿瀝青與總烴評價表

3.1.2 總烴含量（HC） 在我國新生代沉積盆地中，好的烴源巖總烴含量一般在1 000×10-6左右，較好的烴源巖一般不低于500×10-6，低于100×10-6為非烴源巖。研究區(qū)暗色泥巖總烴含量為（3.9～303.2）×10-6，分布跨度大，但其最高值不足500×10-6，因此該地區(qū)烴源巖級別偏差較大。

3.1.3 巖石熱解生烴潛量 根據(jù)熱解結(jié)果可以粗略計算出烴源巖的生烴潛量，所謂生烴潛量是指巖石中殘留烴（S1）與熱解烴（S2）之和，用 Pg表示：Pg=S1+S2，根據(jù)研究區(qū)樣品（30）熱解分析結(jié)果，結(jié)合表3烴源巖的熱解評價標(biāo)準(zhǔn)，初步判定在平面上暗色泥巖中BC2-井C2j處為好的烴源巖，其Pg值在6～7；顯示為中等烴源巖的樣品為X1-井C2j，其Pg值在2.5～6；其余樣品為較差-非烴源巖，各占剩余樣品50%左右；在垂向上中石炭統(tǒng)靖遠(yuǎn)組熱解生烴潛量明顯優(yōu)于其他層位，其Pg值顯示為中等-好的烴源巖（見圖4）。

表3 烴源巖的熱解評價標(biāo)準(zhǔn)

3.2 有機(jī)質(zhì)成熟度評價

圖2 研究區(qū)暗色泥巖樣品氯仿瀝青平面分布直方圖

圖3 研究區(qū)暗色泥巖樣品氯仿瀝青垂向分布直方圖

3.2.1 鏡質(zhì)體反射率（Ro） 當(dāng)前，烴源巖成熟度評價的方法眾多，如鏡質(zhì)體反射率（Ro）、孢粉顏色指數(shù)（SCI）、巖石熱解最高峰溫（Tmax）等。但應(yīng)用最多最廣的還是鏡質(zhì)體反射率，研究區(qū)鏡質(zhì)體反射率（Ro）分布狀況（見圖5），綜合分析表明：盆地有機(jī)質(zhì)成熟度良好，90%的樣品成熟度位于成熟-過成熟階段，生烴潛力較好。由西向東，南部坳陷有機(jī)質(zhì)成熟度逐漸增加；BC2井Ro為0.86%～0.9%，處于輕質(zhì)油階段；青羊山、西堿窩子平均 Ro為1.31%，處于凝析油-濕氣階段，大石頭井溝平均Ro為2.48%，處于干氣階段。盆地南緣石炭系Ro值從下河沿至紅水堡由西向東逐漸升高，有機(jī)碳成熟度也由成熟階段過渡至高成熟階段（見圖6）。

圖4 研究區(qū)熱解生烴量Pg垂向分布直方圖

圖5 研究區(qū)石炭系Ro分布直方圖

圖6 研究區(qū)南部坳陷Ro柱狀圖

3.2.2 巖石熱解最高峰溫（Tmax） 巖石熱解峰溫（Tmax）是用于有機(jī)質(zhì)成熟度評價劃分標(biāo)準(zhǔn)很重要的一項(xiàng)參數(shù)。據(jù)羌塘盆地?zé)N源層劃分成熟階段的主要指標(biāo)[8]，當(dāng)巖石熱解峰溫值小于430℃時，處于未成熟階段，當(dāng)巖石熱解峰溫值介于430℃～470℃為成熟階段，當(dāng)巖石熱解峰溫值介于470℃～540℃為高成熟階段，當(dāng)巖石熱解峰溫值大于540℃為過成熟階段。研究區(qū)石炭系Tmax頻率分布圖（見圖7），通過圖7可以得知，60%的羊虎溝組地層處于過成熟階段，約20%的羊虎溝組地層處于成熟-高成熟階段；90%的靖遠(yuǎn)組地層處于過成熟階段，約75%的臭牛溝組地層處于成熟-過成熟階段。

圖7 研究區(qū)石炭系Tmax頻率分布圖

3.3 影響烴源巖生烴潛力的地質(zhì)因素

3.3.1 沉積環(huán)境對有機(jī)質(zhì)豐度的影響 石炭系生油層的形成，具有2個有利條件：（1）頻繁的海侵、海退形成了廣泛分布的潟湖、濱淺湖、沼澤、三角洲環(huán)境，聚集了豐富的陸源有機(jī)質(zhì)和繁盛的水生生物；（2）在持續(xù)穩(wěn)定的沉積中接受了高比例的泥巖沉積[2]。據(jù)統(tǒng)計，多數(shù)剖面中泥巖占地層厚度的50%以上，暗色泥巖在泥巖中所占比例也較大，通常大于50%。在縱向上，多數(shù)剖面的泥巖及暗色泥巖以中統(tǒng)所占比例最高，上統(tǒng)次之，下統(tǒng)最小，其發(fā)育程度與有機(jī)質(zhì)豐度的縱向變化相一致。在橫向上，南側(cè)紅水堡、營盤水、大柳樹剖面的泥巖及暗色泥巖最發(fā)育，北側(cè)的青羊山、西堿窩子發(fā)育較差，也與有機(jī)質(zhì)豐度的橫向變化相一致。總之，不論縱向還是橫向，在泥巖發(fā)育的層段和地區(qū)，其有機(jī)質(zhì)豐度就高，在砂巖和灰?guī)r相對發(fā)育的層段和地區(qū)，其有機(jī)質(zhì)豐度就低，可見有機(jī)質(zhì)豐度受沉積環(huán)境的嚴(yán)格控制。

3.3.2 構(gòu)造運(yùn)動對熱演化程度的影響 與BC2井、X1井相比，該區(qū)多數(shù)剖面的熱演化程度明顯偏高。主要由于這些剖面正好位于祁連山活動帶北緣，構(gòu)造運(yùn)動頻繁，斷裂發(fā)育，具有較高的大地?zé)崃髦担率褂袡C(jī)質(zhì)成熟度偏高。向北至西堿窩子及盆地腹部，由于該活動帶影響減弱，熱流值有所下降，有機(jī)質(zhì)成熟度隨之降低。南部下河沿剖面成熟度偏低的原因，可能在于斷裂分割，使其處于長期隆升部位，并未遭到強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓。

4 結(jié)論

通過相關(guān)生烴潛力評價指標(biāo)，如有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、成熟度影響烴源巖生烴潛力的地質(zhì)因素等方面對研究區(qū)得出以下結(jié)論：（1）根據(jù)有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度相關(guān)測試可知暗色泥巖有機(jī)質(zhì)含量高，并且普遍進(jìn)入成熟－高成熟階段，是好的烴源巖，生烴潛力大。（2）研究區(qū)石炭系最有利的生油巖地層為中下石炭統(tǒng)臭牛溝組、靖遠(yuǎn)組和羊虎溝組。（3）研究區(qū)較有利生油區(qū)是東西向展布的下河沿－大柳樹－營盤水和紅水堡一帶，且東部優(yōu)于西部；較差生油區(qū)是西堿窩子-青羊山及前黑山一帶。

［1］劉紹平，劉學(xué)鋒.巴彥浩特盆地的構(gòu)造類型［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報，2002，24（3）：24-27.

［2］宋桂橋，馬玉春，劉傳川，等.巴彥浩特盆地構(gòu)造樣式分析及其意義［J］.河南石油，1999，13（4）：8-11+14.

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Evaluation of hydrocarbon potential of carboniferous system in Bayanhot basin

LI Yanan1，PENG Zhichao1，DAI Yinyue2
（1.Department of Geology，Northwestern University，Xi'an Shanxi 710069，China；2.College of Agriculture，Northwest Agriculture and Forestry University，Xianyang Shanxi 712100，China）

The basin has three major hydrocarbon source rocks,such as dark shale,limestone,coal seam,etc.Through the related samples do rock pyrolysis geochemical test and draw Bayanhot basin is rich in organic matter content of the carboniferous source rocks in the south edge,high maturity,good hydrocarbon source rocks,and it has the high hydrocarbon generation potential.The southern margin of the basin is the more favorable source area,there has huge exploration potential.

organic abundance；organic maturity；source rock；carboniferous；Bayanhot basin

TE121.3

A

1673-5285（2017）08-0071-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.08.017

2017－06-19