南祁连盆地哈拉湖凹陷中三叠统大加连组烃源岩评价

2013-12-14朱晓莉吴磊章赵军辉

地下水 2013年1期

朱晓莉，吴磊章，赵军辉

(西北大学地质学系，陕西西安710069)

1 地质概况

质灰岩、生物灰岩、角砾状灰岩夹少量灰-灰绿色钙质粉砂岩、泥质粉砂岩、砂岩的岩石组合，厚度约313 m。

南祁连盆地地处祁连山系南部，北侧相连于发育广泛的前寒武系的中祁连，南部以宗务隆山与柴达木盆地相邻，整体呈北西方向展布，面积约6.3万 km2，盆地广泛发育有海相二叠系和三叠系。早、中三叠世，南祁连地区在继承了晚古生代海相沉积环境的基础上，海水自东南向西北侵入，形成了陆表浅海沉积;晚三叠世由于印支运动的影响，基本结束了南祁连海相盆地的演化历史［1-4］。哈拉湖坳陷(图1)位于疏勒南山隆起、阳康隆起与拜兴哈达隆起之间，形状近似为长方形，呈北西-南东向展布，为盆地面积最大的构造单元，面积约10 000 km2。总体构造样式以短轴背、向斜和穹式褶皱为主。研究区中三叠统大加连组主要为肉红-紫红色、灰-灰黑色灰岩、砂

2 烃源岩基本地球化学特征

2.1 有机质丰度

关于碳酸盐岩类烃源岩的有机质丰度的下限值至今尚无统一的标准，不同单位和学者所提出和选用的有机质丰度下限值都是根据本国或本地区的实际情况靠经验确定的［5-8］。根据南祁连盆碳酸盐岩类生烃岩的高成熟热演化特点，并结合秦建忠(2004)和程克明(1996)的研究结果［5］，初步将研究区碳酸盐岩类烃源岩的有机质丰度的下限值定为0.03%，大于0.03%为烃源岩类，小于0.03%为非烃源岩类，具体评价标准见表1。

表1 南祁连盆地碳酸盐岩有机质丰度评价标准

测试分析及综合研究表明，中三叠统大加连组碳酸盐岩是哈拉湖坳陷一套重要的生烃岩系，岩石有机质的丰度特征见表2。测试结果表明，该区大加连组碳酸盐岩类生烃岩的40块样品的有机碳(TOC)含量介于0.006%～0.03%，平均值为 0.02%;生烃潜量(S1+S2)介于 0.01～0.04 mg/g，平均值为0.038 mg/g。与前面初步制定的碳酸盐岩类烃源岩有机质丰度评价标准比较，有机碳丰度值与生烃潜量丰度值均达差等烃源岩评价标准。综合评价认为，哈拉湖坳陷大加连组碳酸盐岩属差烃源岩。

图1 南祁连盆地构造单元划分图

表2 哈拉湖坳陷中三叠统大加连组碳酸盐岩有机质丰度特征

2.2 有机质类型

针对南祁连盆地三叠系烃源岩中有机质类型大部分具过渡型以及热演化程度高的特点，将有机质(干酪根)类型划分为腐泥型(Ⅰ)、腐殖腐泥型(Ⅱ1)、腐泥腐殖型(Ⅱ2)及腐殖型(Ⅲ)三类四种［7］。

2.2.1 干酪根有机元素组成特征

有机元素是沉积岩中有机质的基本组成，不同来源的有机质其元素组成有较大差异。一般认为来自水生生物的腐泥型干酪根富氢贫氧，H/C原子比高，类型好，生烃潜力大;而以陆生高等植物为主的腐殖型干酪根富氧贫氢，H/C原子比低。经过综合测试、分析对比，对研究区中三叠统大加连组地面剖面样品干酪根有机元素进行范式图投点(图2)。从图中可以看出，样品全部落入高成熟甚至过成熟范围内。Ⅰ型、Ⅱ型区内无一样品落入，并且部分样品呈离散状落在了Ⅲ型干酪根下面的虚线附近［6］。

经分析研究，认为造成上述情况的原因主要有两个方面:一是由于研究区的三叠系地层已进入高成熟和过成熟阶段，随着热演化程度的加深，干酪根的元素组成向富碳方向敛合，而H、O的含量不断降低，掩盖了元素组成的真正面貌，使得样品的大部分为Ⅲ型干酪根;二是碳酸盐岩在沉积和成岩过程中大量原始有机质丢失，加上地表风化等原因，导致有机质的氢组分大量流失，造成一些样品落在了范氏图上左下角及虚线附近。但根据其演化趋势分析，认为其主要还是由腐泥腐殖型干酪根(Ⅱ2型)组成。

图2 研究区烃源岩干酪根有机元素组成范式图

2.2.2 干酪根镜检特征

研究区中三叠统大加连组碳酸盐岩中干酪根显微组份主要为类脂组，平均含量为75%，多数样品集中分布在60%～80%之间，类脂组成分中以生物降解的水生生物为主;其次含有数量不等的植物孢子、花粉及壳屑。镜质组含量相对较小，平均含量为7%，样品主要集中分布在6%～9%之间，来源于高等植物的木质组分，无荧光显示(图3-a)。惰质组含量相对较高，平均含量为14%，多数样品集中分布在10%～20%之间，镜下多为不透明的黑色丝质体，部分呈块状(图3-b)。腐泥组含量很少，见于个别样品中，含量仅占5%～7%，这可能是区内烃源岩干酪根类型较差的主要原因之一。

分析认为，研究区中三叠统大加连组碳酸盐岩类烃源岩的干酪根显微组份中，类脂组含量较高;其次是镜质组和惰质组，纯腐泥组很少。表明碳酸盐岩沉积中有机质具陆源和水生二元性，为海陆过渡相的有机质特征。

图3 哈拉湖坳陷中三叠统大加连组烃源岩有机显微组分特征

2.2.3 可溶有机质-氯仿沥青“A”族组分特征

一般认为，腐泥型(Ⅰ)烃源岩的饱和烃/芳香烃比值大于3，腐殖型(Ⅲ)烃源岩的饱和烃/芳香烃比值为 0.08～0.5，混合型(Ⅱ)烃源岩的饱和烃/芳香烃比值介于两者之间。从饱和烃、芳香烃比值(图4)分析，所有样品的饱/芳比值都大于1，多数样品饱/芳比值介于l～3之间，少数样品超过3或达到更高。因此，研究区中三叠统大加连组碳酸盐岩类烃源岩主要为混合型(Ⅱ)。

图4 哈拉湖坳大加连组烃源岩氯仿沥青“A”的饱和烃-芳烃关系图

2.3 有机质成熟度

有机质丰度和类型确定后，有机质成熟度就成为烃源岩能否生成大量石油或天然气的关键［8］。目前研究有机质成熟度的方法和评价指标很多，本文主要采用岩石热解法、饱和烃气相色谱法，对研究区中三叠统大加连组碳酸盐岩类烃源岩进行有机质成熟度研究［7-8］。

2.3.1 岩石热解峰温(Tmax℃)特征

烃源岩最大热解峰温(Tmax℃)值，具有随热演化程度的增加而升高的特点。考虑到盆地内碳酸盐岩烃源岩总体有机质丰度偏低，且热演化程度较高。采用了徐伟民(1993)建议的“各热演化阶段(Tmax℃)的变化范围”(表3)来分析比较。

表3 划分碳酸盐岩热演化阶段的Tmax(℃)范围

研究区碳酸盐岩样品Tmax值介于470℃～500℃，平均值为486.7℃。表明研究区中三叠统大加连组碳酸盐岩类烃源岩处于成熟—高成熟阶段。

2.3.2 饱和烃气相色谱特征

OEP值与CPⅠ值是常用来判别烃源岩成熟度的指标之一，两者均以饱和烃奇偶优势来表征有机质的热演化程度。随着热演化程度加大，饱和烃奇偶优势逐渐消失。完全成熟烃源岩的OEP值具有不随碳数高低而变化的特点，低碳数、高碳数区间正烷烃的奇偶优势均已消失。对研究区碳酸盐岩样品的 OEP值进行的统计结果来看，OEP值在0.79～1.70之间，平均值为 1.26;CPⅠ值介于1.25～1.80，平均值为1.48。数据明显表明有机质热演化程度较高，已进入成熟-高成熟阶段。