準噶爾盆地西北緣晚石炭統泥頁巖地球化學特征及生烴潛力評價

馬小平，雷國明 ，肖 鴻

（1.吐魯番金源礦冶有限責任公司，新疆 吐魯番 838200；2.新疆地礦局第一地質大隊，新疆 昌吉 831100；3.中國地質大學構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北 武漢 430074；4.新疆地質礦產勘查開發局，新疆 烏魯木齊 830000）

近年來，頁巖氣作為一種主體位于暗色頁巖或高炭頁巖中、以吸附或游離狀態聚集的非常規天然氣資源，越來越受到重視[1-2]，而開展頁巖氣調查至關重要的是評價烴源巖[3]。準噶爾盆地西北緣哈拉阿拉特山地區以往主要開展構造地質[4]、沉積特征[5]、火成巖油氣藏[6]等方面研究，關于烴源巖的評價較少。過去，常規石油地質勘查重點圍繞二疊系烴源巖地層進行勘探，對于石炭系及深部地層，由于地層埋藏深，長期以來關注不夠，鉆探取芯資料少。隨著國家油氣戰略不斷優化調整，對深部油氣勘探投入日益加大，石炭系中下統烴源巖評價成為當前熱點。以往石油部門地質調查表明，在中下石炭世沉積期，準西北緣地區以較為穩定的濱淺海至半深海環境沉積為主要特征，是石炭系富有機質泥頁巖沉積的有利部位[7-10]，亦是頁巖氣賦存的重要有利區。本文通過對準西北緣哈拉阿拉特山一帶中下石炭統烴源巖開展沉積體系和富有機質泥頁巖有機地化特征分析，為該區頁巖氣資源潛力評價提供重要依據。

1 地質背景

哈拉阿拉特山呈北東—南西走向，長55km，寬約10km，南東為準噶爾盆地，北西為和什托洛蓋盆地（圖1)。哈拉阿拉特山構造帶是準噶爾盆地西北緣前陸沖斷帶北段烏—夏斷裂帶的組成部分，主要由泥盆系和石炭系組成，屬于自北西向南東推覆而來的推覆體構造[11]。哈拉阿拉特山石炭系烴源巖主要為太勒古拉組第二段（C2t2)和太勒古拉組第三段（C2t3)，分布在阿臘德依克賽溝、烏爾禾—和什托洛蓋國道旁。太勒古拉組第二段（C2t2)巖性為薄層狀黑色頁巖、粉砂質泥巖，地層厚892.52～1745.38m，頁巖厚16.05～69.05m；太勒古拉組第三段（C2t3)為紫色砂巖、頁巖、砂質泥巖夾海相火山巖，地層厚939.00m，頁巖厚9.85m。研究區烴源巖表現為頁巖與泥質粉砂巖互層的薄層狀，具備自生自儲的頁巖氣特征。

圖1 哈拉阿拉特山及鄰區地質構造簡圖（據孫自明[12]修改）

2 烴源巖評價

2.1 有機質豐度

有機質豐度是油氣地質中烴源巖指數評價的主要指標，評價標準主要采用有機碳含量、生烴潛量、氯仿瀝青“A”和總烴（HC)等指標[13-15]。本次通過系統采集準西北緣哈啦阿拉特一帶HY1鉆井中富有機質頁巖樣品開展烴源巖測試。結果表明，研究區中石炭統太勒古拉組烴源巖總有機碳含量（TOC)介于0.51%～0.90%，平均為0.76%；生烴潛量（S1+S2)0.04～0.08mg/g，平均為0.05mg/g，氫指數5.20～17.42mg/g，平均為7.30mg/g，烴指數1.21～4.78mg/g，平均為2.26mg/g。

2.2 有機質類型

干酪根顯微組分測試結果顯示，研究區烴源巖干酪根顯微組分以腐泥組為主，含量介于81.5%～89%之間，平均為85.3%；次為惰質組，含量介于10%～18%之間，平均為13.67%，鏡質組很少，含量介于0.5%～1%之間，幾乎不含殼質組。類型指數(TI值)介于63.125～78.250之間，平均為71.02%，按照干酪根類型的TI值分類標準SY/T 5735-1995，研究區干酪根類型屬于Ⅱ1型（表1）。

表1 準西北緣哈拉阿拉特一帶烴源巖干酪根顯微組分及其類型

以Tmax與氫指數(HI)相關性分析，其結果與以顯微組分進行的類型劃分結果差異較明顯，以Tmax-HI劃分結果表明深部干酪根類型主要以Ⅲ型腐殖類為主，Ⅱ1、Ⅱ2型與Ⅰ型相對較少（圖2）。H/C與O/C相關性分析，其結果顯示干酪根類型位于Ⅲ1型腐殖類區間（圖3）。

圖2 烴源巖有機碳類型HI-Tmax判別圖

圖3 烴源巖有機碳類型H/C-O/C指數判別圖

干酪根顯微組分、Tmax與氫指數(HI)以及H/C 與O/C 指數相關性分析表明，研究區干酪根類型以Ⅲ型腐殖類為主，Ⅱ型、I型較少。

2.3 有機質成熟度

富有機質泥頁巖隨埋藏不斷加深、地溫不斷增高而發生熱解作用，Tmax值是刻畫有機質泥頁巖熱解過程中的最大裂解溫度，，是反映富有機質泥頁巖成熟的重要指標[18]。太勒古拉組泥頁巖樣品的Tmax值為523℃～536℃，平均為531.1℃，表明太勒古拉組烴源巖處于高成熟演化階段（表2）。

表2 哈拉阿拉特山地區石炭系烴源巖有機巖石學分析結果

鏡質體反射率Ro是評價有機質泥頁巖熱演化程度的重要指標，大量研究表明，Ro值與有機質的熱成熟度具有正相關性，是目前石油地質勘查中烴源巖有機地化評價的重要指標[19]。通過測試鏡質組反射率，可客觀評價研究區富有機質泥頁巖的熱演化特征。TC01-81Z1、TC01-87Z1等樣品測試成果表明其鏡質組反射率Ro值介于1.53%～0.98%，平均為1.25%，反映了準西北地區哈拉阿拉特山一帶石炭系烴源巖均處于成熟演化階段。

3 儲層物性

富有機質泥頁巖礦物是頁巖氣賦存層位，其礦物組合特征是評價頁巖孔隙類型、連通性的主要評價指標，也是頁巖氣井鉆探、儲層壓裂改造的重要評價參數。通過顯微組分測試表明，研究區泥頁巖礦物組成較復雜，礦物總體以粘土礦物、石英為主，其中粘土礦物含量為20%～41%，平均值為32%，石英含量介于34%～43%，平均值為38%，另外還含有鉀長石、斜長石、方解石、鐵白云石等成分，脆性礦物含量平均大于60%，綜合評價為一套儲層類型較好、易壓裂的礦物組合(表 3)。

表3 哈拉阿拉特山地區石炭系烴源巖礦物組合分析結果

4 結論

（1）哈拉阿拉特山地區石炭系為淺海相沉積，石炭系太勒古拉組烴源巖巖性組合為薄層狀頁巖與泥質粉砂巖互層，具有自生自儲的頁巖氣地質特征。

（2）太勒古拉組有機碳含量中等，有機顯微組分以殼質組和惰性組為主，有機質類型以Ⅲ型腐質型為主，有機質熱演化處于熱成熟、大量生烴階段。

（3）富有機質頁巖為頁巖氣的儲集體，礦物組合以石英、鉀長石、斜長石、方解石等脆性礦物為主，具有孔隙類型、孔隙連通性較好、易于儲層壓裂改造的礦物組合特征。