準噶爾盆地南緣博格達山前帶二疊系蘆草溝組烴源巖地球化學特征及生烴潛力研究

張 林，張 敏，高永進，孫相燦

(1.長江大學資源與環境學院，湖北 武漢 430100；2.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京 100029；3.中國地質調查局海口海洋地質調查中心，海南 海口 571127)

1 地質背景

準噶爾盆地二疊系蘆草溝組烴源巖分布面積廣，生烴指標好，是準噶爾盆地生烴潛力最大的烴源巖層系之一[1-4]。準噶爾盆地南緣博格達山前帶包括北緣阜康斷裂帶和南緣柴窩堡凹陷兩個二級構造單元，位于準噶爾盆地準南沖斷帶東段。相對于西部的準南沖斷帶中西段、東北部的吉木薩爾凹陷和北部的北三臺地區，博格達山的隆升分割導致山前帶構造演化和沉積過程更加復雜，所以對二疊系蘆草溝組的地層展布和烴源巖生烴潛力的研究具有重要的意義[5-8]。

通過對博參1井、新吉參1井、新永地1井、準頁4井等23口鉆井的巖芯，結合8個典型剖面的描述(鉆井和剖面位置見圖1)，揭示了研究區二疊系蘆草溝組烴源巖分布與厚度，分析了博格達山周詳細的基礎資料。

圖1 研究區主要鉆井和剖面分布圖Fig.1 Main well and profile distribution in the study area

2 烴源巖厚度及分布

根據新吉參1井、準頁4井、博參1井、米參2井、柴參1井、新永地1井等鉆井地層對比結果，博格達山周緣(阜康斷裂帶和柴窩堡凹陷)二疊系蘆草溝組烴源巖為一套深湖-半深湖相沉積，巖性以富有機質黑色-灰黑色泥巖為主，夾粉砂質泥巖、云質泥巖和油頁巖等，厚度較大，為一套優質湖相泥質烴源巖，在研究區均有分布，厚度60～550 m，其中，新吉參1井、博參1井、準頁4井鉆揭蘆草溝組烴源巖厚度分別為410 m、330 m、270 m。在博格達山南麓柴窩堡凹陷，小1井、達1井、柴參1井等5口井揭示了厚度不等的蘆草溝組。以小1井、小2井為代表，其揭示的蘆草溝組烴源巖厚度分別為284 m、197 m。從橫向上看，東部厚度更大，井井子溝蘆草溝組烴源巖厚度為545 m。總體上呈由西向東逐漸增厚的趨勢。

博格達山北麓露頭蘆草溝組烴源巖主要巖性為灰黑、黑色、褐灰色頁巖、油頁巖、粉砂巖夾白云巖和少量砂巖[9]。下與井井子溝組整合接觸，以凝灰巖消失、油頁巖出現為界；上與紅雁池組整合接觸。此外，研究區以北的吉木薩爾凹陷內蘆草溝組烴源巖厚度一般為100～300 m[10]，凹陷內以吉7井和吉174井為代表的大多數鉆井蘆草溝組烴源巖厚度明顯小于博格達山前帶(圖2)。

圖2 博格達山周緣蘆草溝組烴源巖平面展布Fig.2 Plane distribution of source rocks of Lucaogou formation around Bogda mountain

3 烴源巖地球化學特征

對研究區31口鉆井和8個剖面的二疊系蘆草溝組烴源巖進行系統取樣，對1 018件烴源巖樣品(其中，吉木薩爾凹陷18口井262件，博格達山北緣阜康斷裂帶5口井和6個剖面共161件，博格達山南緣柴窩堡凹陷8口井和2個典型剖面共224件)進行地球化學分析，對分析結果在平面上進行了系統對比。

3.1 烴源巖有機質豐度

在博格達山北麓阜康斷裂帶上鉆遇蘆草溝組烴源巖的鉆井有新吉參1井、博參1井、JZK1井、準頁2井和準頁4井，鉆遇過程中巖芯表面均有原油滲出，最高達到富含油級別，為了消除巖芯中原油對烴源巖有機質豐度的影響，進行了抽提前處理，確保分析結果的可靠性，取樣剖面為大龍口、小龍口、泉子街，黃山河。 從博格達北麓山前帶161個烴源巖樣品的測試分析結果來看，TOC含量平均值為1.93%，最高為9.45%，其中大于1%的樣品共135件占比為85.09%，大于2%的樣品共35件，占比21.80%，主峰分布在1.5%～1.7%。值得注意的是，不同類型的烴源巖TOC值存在明顯差異，其中，泥頁巖的TOC含量最高，普遍大于2%，云質泥巖TOC含量較低，TOC含量分布在1%～2%，粉砂質泥巖TOC含量最低為0.6%～2%；氯仿瀝青“A”含量最高為0.16%，平均為0.06%，大于0.1%的樣品有64件，占39.75%，大于0.2%的樣品有24件，占14.90%；PG值最高為8.72 mg/g，平均為1.17 mg/g，大于0.5 mg/g的有66件，占40.99%，大于2 mg/g的有34件，占21.11%。

吉木薩爾凹陷內262件蘆草溝組烴源巖樣品TOC值、熱解等實驗數據研究表明：TOC值和生烴潛量(S1+S2)值變化較大，TOC值為0.2%～19.9%，平均為4.6%，生烴潛量為0.14～161.50 mg/g，平均為31.40 mg/g，氯仿瀝青“A”含量為0.013%～3.605%，平均為0.19%，有機質豐度明顯優于以博格達山前帶北緣的樣品。

博格達山南麓柴窩堡凹陷的郝家溝、鍋底坑剖面及新永地1井蘆草溝組224件烴源巖樣品有機碳含量在2.50%～7.05%之間，平均值為3.90%，生烴潛量在5.1～20.8 mg/g之間，平均值為11.1 mg/g，氯仿瀝青“A”平均值在0.10%～0.18%之間。

綜上所述，研究區蘆草溝組烴源巖樣品有機質豐度較高，從博格達山北緣、柴窩堡凹陷、吉木薩爾凹陷的共計647件樣品的實驗分析結果來看，TOC含量超過1%的共577件，約占89.2%，大于2%共385件，占比約59.5%，根據《烴源巖地球化學評價方法》(SY/T 5735—2019)總體上屬于好烴源巖范疇[11]。據此繪制研究區蘆草溝組烴源巖有機碳含量等值線圖(圖4)。

圖3 研究區蘆草溝組烴源巖TOC含量頻率分布圖Fig.3 Frequency distribution of TOC content in source rocks of Lucaogou formation in the study area

圖4 研究區蘆草溝組烴源巖有機碳含量等值線圖Fig.4 Contour map of organic carbon content in source rocks of Lucaogou formation in the study area

3.2 有機質類型

目前最常用的是最高熱解峰溫(Tmax)-氫指數(IH)圖版劃分有機質的類型。但這種方法有一定局限性，通常認為鏡質體反射率大于1.3%以后的高-過成熟演化階段，有機質中可熱解的殘余烴類很低，熱解參數所反映的干酪根類型往往并不十分準確。本次研究中新吉參1井所測試的樣品鏡質體反射率大部分大于1.3%，因此本文采用類型指數(TI)和顯微組分結合來判識蘆草溝組有機質類型。

干酪根不同顯微組分對成烴貢獻大小不同。一般情況下，腐泥組和殼質組為富氫組分，生烴潛力較高；鏡質組為富氧組分，含氫量低，有利于生氣，而生油潛力有限；惰質組富碳貧氫不具有生烴潛力。因此，通過測定各組分的相對百分含量，可以用有機質類型指數(TI)來劃分有機質類型(表1)，具體公式見式(1)。

表1 類型指數劃分有機質類型分類表Table 1 Classification of organic matter typesby type index

TI=[腐泥組百分含量×100+殼質組百分含量×50+鏡質組百分含量×(-75)+惰質組百分含量×(-100)]/100。

(1)

博格達山北緣蘆草溝組烴源巖干酪根顯微組分以腐泥組為主，普遍占比60%～80%，TI值分布在Ⅰ型-Ⅱ1型區間，其中，Ⅱ1型的烴源巖占樣品總量約74%；Ⅰ型占樣品總量約26%；綜合指示研究區蘆草溝組烴源巖類型為Ⅰ-Ⅱ1型且以Ⅱ1為主。

博格達山南麓柴窩堡凹陷各剖面和巖芯蘆草溝組暗色泥巖干酪根鏡鑒分析表明，干酪根中藻類、無定形體占大多數，共達到60%～93%，鏡質組和惰質組含量很少(其中鏡質組5%～25%)，它們大部分屬于Ⅰ-Ⅱ1型干酪根。吉木薩爾凹陷內蘆草溝組烴源巖干酪根顯微組分分析表明，其顯微組分以腐泥組為主，大部分樣品含量達70%以上；惰質組次之，含量小于20%。統計表明凹陷內有機質類型指數(TI)主要集中范圍為38～70，平均為55，以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，少數為Ⅱ2型和Ⅲ型。整體上來看，山前帶和凹陷內二疊系蘆草溝組烴源巖顯微組分均以腐泥組為主，Ⅰ型-Ⅱ1型均有分布，是一套類型較好的生油巖。往山前帶陸源碎屑等含量逐漸增加，有機質類型變差。

3.3 有機質成熟度

有機質成熟度是指在溫度的作用下有機質的熱演化程度，可以通過多種指標來確定。目前最常用指標為鏡質體反射率(Ro)。另外，在巖石熱解過程中，S2對應的溫度即熱解Tmax也可以判斷有機質的成熟度。一般成熟度越高，熱解Tmax也越高。

博格達山周緣有機質成熟度差異較大，推測由于山前帶構造條件復雜導致，總體表現為靠近博格達山熱演化程度較高，抬升區成熟度較低，凹陷內成熟度適中的特點，博格達山北緣新吉參1井蘆草溝組烴源巖成熟度普遍偏高，且蘆草溝下段明顯高于上段，13件樣品鏡質體反射率(Ro)分布在1.31%～1.83%之間，平均為1.71%，其中鏡質體反射率(Ro)大于1.5%的樣品為12件，22件熱解樣品Tmax分布在460～480 ℃之間，反映已進入高成熟階段；準頁4井、準頁2井蘆草溝組烴源巖Ro比新吉參1井略低，準頁4井蘆草溝組烴源巖Ro分布在0.80%～1.10%之間，平均為0.94%；準頁2井蘆草溝組烴源巖Ro分布在0.65%～0.90%，均進入成熟演化階段；大龍口、小龍口、泉子街、大黃山及阜康斷裂露頭出露區，熱演化程度最低Ro主體分布在0.6%～0.7%之間；博參1井蘆草溝組烴源巖Tmax為432～452 ℃，生物標志物甾烷成熟度參數αααC29S/S+R分布在0.38～0.51，總體反映出烴源巖處于低成熟-成熟演化階段。泉子街向斜帶大龍口剖面蘆草溝組烴源巖Tmax分布范圍在431～447 ℃之間，平均為436 ℃，推測Ro為0.6%～0.7%左右，為低成熟階段(圖5)。

圖5 研究區蘆草溝組烴源巖Ro等值線圖Fig.5 Ro contour map of source rocks of Lucaogou Formation in the study area

博格達山南緣柴窩堡凹陷蘆草溝組暗色泥巖鏡質體反射率Ro平均值一般在0.74%～1.33%之間，平均為1.01%，處于成熟-高熟演化階段。其中小1井二疊系烴源巖OEP值為1.07～1.12，反映出成熟烴源巖的特征。新永地1井熱演化程度中等，Ro最高1.33%，平均為1.03%，達到了成熟范圍；而葛家溝剖面和鍋底坑剖面蘆草溝組暗色泥巖Ro普遍小于1%，平均為0.77%，處于低成熟演化階段。

吉木薩爾凹陷18口井135件蘆草溝組烴源巖鏡質體反射率(Ro)實測結果表明：該套烴源巖Ro主要分布在0.6%～1.2%，平均為0.82%，處于低熟-成熟階段。

根據陸相烴源巖成熟度評價指標，研究區蘆草溝組烴源巖整體進入成熟期，部分達到高成熟演化階段，靠近山前帶或凹陷中心的烴源巖成熟度明顯升高。

4 結 論

1) 研究區二疊系蘆草溝組烴源巖廣泛分布，從巖性上來看與吉木薩爾凹陷具有一定的相似性，但粒度明顯更細，且厚度較北面吉木薩爾凹陷區更大，推測沉積中心可能更靠近博格達山。

2) 已有鉆井和剖面的地球化學測試數據顯示，研究區二疊系蘆草溝組豐度高，達到了優質烴源巖的標準，類型較好，以Ⅰ-Ⅱ1型為主，并且已普遍進入成熟階段。

3) 研究區二疊系蘆草溝組烴源巖具有較好的生烴潛力，總體體現在，山前帶越靠近博格達山豐度越高，類型越好，成熟度越高。綜合認為博格達山前帶具有較大的勘探潛力，是下一步油氣勘探新方向。