塔里木地区下寒武统玉尔吐斯组烃源岩地球化学特征

戈一伟 李坤

(成都理工大学能源学院，成都 610059)

寒武系烃源岩是塔里木盆地分布面积最广、有机质丰度较高、资源量最大的烃源岩，层位上主要发育于中下寒武统，是塔里木盆地台盆区海相油气的主要来源。在塔里木盆地柯坪地区，下寒武统玉尔吐斯组(ε1y)主体为一套含磷硅质泥岩。本文应用地球化学方法分析了玉尔吐斯组烃源岩的地球化学特征，并研究了该组烃源岩的生烃潜力。

1 地质背景

塔里木板块在寒武纪基本处于被动大陆边缘拉张环境，发育了如拉张 — 裂陷的沉积组合。而下寒武统底部的沉积环境是具上升洋流的陆棚环境，寒武系基本处于正常的陆棚环境，这种沉积环境控制了塔里木盆地海相烃源岩的发育。其中玉尔吐斯组是早寒武世全球海平面上升和缺氧事件在塔里木盆地留下的以灰黑色泥(页)岩为主的沉积记录。玉尔吐斯组的沉积经历了一个填平补齐的过程，地势较低的地区较早接受沉积，沉积厚度较大，而地势较高的地区较晚接受沉积，沉积厚度较小。

玉尔吐斯组是塔里木盆地中下寒武统重要的海相烃源岩之一。玉尔吐斯组的标准剖面位于阿克苏西南约80 km的玉尔吐斯山，该组在柯坪地区出露广泛，层位稳定，厚度一般为8～35 m。玉尔吐斯组下部为含磷硅质岩、泥岩，中上部为藻屑灰岩、瘤状灰岩，其中含有大量多门类小壳动物化石。玉尔吐斯组上覆地层为下寒武统肖尔布拉克组云岩，下伏地层为上震旦统其格布拉克组灰色泥岩、藻云岩。玉尔吐斯组所处的沉积环境中，有利于沉积物堆积的主要环境有边缘陆棚环境、泻湖环境及深海盆地环境。

从空间展布来看，塔里木盆地已有19口探井钻揭寒武系地层，其中有方1井、同1井、塔东1井、塔东和4井、和1井、星火1井等11口探井钻揭下中寒武统烃源岩。就沉积相而言，在盆地西部巴楚地区(同1井)为剥蚀区边缘，塔中地区为低隆，塔东地区(TD1、2井)为盆地相，塔北地区(星火1井)为浅海陆棚和斜坡相，塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组沉积相及井区分布见图1。

2 有机质丰度与有机质类型

塔里木盆地下寒武统烃源岩有机碳含量较高，玉尔吐斯组碳酸盐岩是其重要组成部分，平面上在柯坪和库鲁克为塔格露头剖面，玉尔吐斯组烃源岩残余有机碳含量为0.11%～1.69%和0.221%～1.72%，平均值为0.57%～0.58%。在盆地东部烃源岩有机碳含量平均值为1.24%和2.28%;在盆地西部有机碳含量平均值为0.91%和0.81%。在满加尔坳陷的斜坡相、盆地相地区，有机碳含量一般为1.0%～1.4%;在卡塔克隆起和沙雅隆起烃源岩有机碳含量相对较低，在0.1% ～0.4%之间，其中碳酸盐岩型的烃源岩有机碳含量高达2.14%。

下面对玉尔吐斯组的和4井、方1井、塔东1井和星火1井进行研究。

和4井5 600—5 772 m井段绝大多数样品有机碳含量超过 0.5%，最高达 2.14%，平均为1.24%，有机碳含量大于0.5%的烃源岩厚度为173 m，有机碳含量大于1.0%的烃源岩厚度达 108.5 m，和4井区钻遇的玉尔吐斯组烃源岩为西部台地相最优质的烃源岩层段(图2)。方1井下寒武统有机碳含量在0.49% ～2.43%之间，平均为0.91%(图3)，与沉积相为盆地相的塔东1井、英东2井不同，方1井的S1、S2、HI等热解参数与有机碳含量有较好的对应关系。一方面可能是本层段烃源岩成熟度与东部盆地相区的相比要低，生烃潜力可能并未耗尽;另一方面可能与高有机质风度层段上部的盐岩建造有关，其存在不仅有效延缓了有机质的成熟作用，而且也有效阻止了烃类的向上排出。

图1 塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组沉积相及井区分布图

图2 和4井地球化学剖面图

暗色泥岩型烃源岩有机碳含量高达5.52%，以塔东1井、库南1井和肖尔布拉克剖面为代表。塔东1井玉尔吐斯组有机碳含量为0.70% ～5.52%，平均为3.47%，其下部的硅质泥岩有机碳含量最高(达5.52%)，为一套优质烃源岩，厚度达150 m(图4)。

图3 方1井综合地球化学剖面图

肖尔布拉克露头玉尔吐斯组以黑色炭质泥岩为主，上部的黑色碳质页岩普遍含粉砂，有机碳含量在1.87%～3.12%之间，平均为2.42%，属优质烃源岩。高丰度烃源岩主要分布于下部层段，厚度6～8 m，碳质页岩有机碳含量最高达9.80%(图5)，多数在2.0%以上;分析磷矿沟井下2个玉尔吐斯组黑色碳质页岩样品，有机碳含量分别高达13.89%、22.39%(表1)，而经风化的灰黄色泥岩有机碳含量仅为1.97%，在矿洞外玉尔吐斯组底部的含磷硅质岩中有机碳含量仅为0.33%，柯坪露头下寒武统玉尔吐斯组纵向上有机碳含量具有下高上低的特征，下部与含磷层伴生的烃源岩具有特高有机质丰度。另外，在磷矿沟—石灰窑剖面，玉尔吐斯组仅见磷矿层，未见碳质页岩，且在周边揭露到寒武系底的和4井和方1井中，均未见这套黑色泥岩，表明碳质页岩在玉尔吐斯组内部的横向变化较大，连续性分布并不稳定。

图4 塔东1井综合地球化学剖面图

图5 肖尔布拉克露头玉尔吐斯组地球化学剖面图

表1 柯坪露头下寒武统玉尔吐斯组烃源岩有机质丰度参数表

另外沙雅隆起沙西凸起上的星火1井实钻玉尔吐斯组黑色碳质页岩31 m，有机碳含量在1.00%～9.43%之间，平均为5.5%。星火1井下寒武统玉尔吐斯组有机质丰度高，有机碳也具有下高上低的特征，与肖尔布拉克地表剖面玉尔吐斯组烃源岩类似(表2)。

表2 星火1井寒武系岩石样品有机碳及氯仿沥青“A”含量表

整个塔里木盆地玉尔吐斯组烃源岩有机碳含量平均为3.6%，有机质丰度较好，同时盆地东部的有机碳含量高于盆地西部，其原因可能是因为东部物源较丰富，受到的剥蚀少，埋藏深，生烃时间久。

有机质类型从生物进化角度分析，寒武系烃源岩的生烃母质比较单一，主要为低等水生生物(藻类及浮游生物)，欠补偿盆地沉积相的烃源岩有机质类型主要为I型，蒸发泻湖相烃源岩生油母质主要为盐藻及球状甲藻，有机质类型属于Ⅰ-Ⅱ型。如和4井，方1井主要是Ⅰ-Ⅱ型;同1井主要为Ⅰ型;塔东1井主要为Ⅰ-Ⅱ型;塔东2井主要为Ⅲ型;星火1井主要为Ⅰ-Ⅱ型。

由于寒武系埋藏时间久、深度深，有机质成熟度普遍较高，原始有机质类型已有较大改变。另据张水昌的研究，寒武系烃源岩有机质类型多为Ⅱ-Ⅲ型，由于寒武系烃源岩有机质成熟度普遍较高，VRE(等效镜质体反射率)均在1.6%以上，藻类体已不具荧光性，故难以分辨出其原始有机质类型。因此，对于寒武系处于高过成熟演化阶段的烃源岩，已经不能从现有的有机质判别指标进行识别，而只能根据生物演化的进程进行认识。总体上来说寒武系东部盆地相的生烃母质主要为Ⅰ型干酪根，而西部台地的蒸发泻湖相发育有Ⅱ型干酪根，以Ⅰ-Ⅱ型为主。

3 有机质成熟度

塔里木盆地寒武系由于埋藏深度大、时间长，盆地热演化程度普遍较高。东部台盆区的塔东1井和塔东2井寒武系成熟度最高，均处于过成熟阶段，其VRE值分别为2.45% ～2.75%和2.65% ～2.95%;台盆区西部的方1井、康2井与和4井成熟度相对较低，相当部分仍处于高成熟阶段，其VRE值在1.60%～2.00%之间(表4);盆地西缘的柯坪露头区阿克苏肖尔布拉克剖面下寒武统玉尔吐斯组VRE值在2.63%～2.85% 之间，处于过成熟演化阶段。就Ro来看，塔东1井、2井、方1井、和4井VRE值均在2%以上。由于同1井岩芯样品较少，为了研究钻井的成熟热演化，同时考虑到高过成熟下古生界地层有机质中含有重要的镜状体有机显微组分而几乎不含镜质体组分，采用岩芯、岩屑较系列取样的方法，开展有机显微组分镜状体反射率的测定，推算结果为1.27%。所以，玉尔吐斯组有机质成熟度已经处于高成熟—过成熟阶段。

根据热演化模拟认为，寒武系烃源岩主要生烃期为海西期，主要产物以成熟—高成熟油气为主，同时从横向上来看，塔里木盆地寒武系玉尔吐斯组烃源岩成熟度东部高于西部，烃源岩成熟度与埋藏深度有一定关系。因为寒武世早期全球海平面上升，塔里木盆地经历了一次在前寒武纪古剥蚀面上填平补齐的沉积过程，东部地势较低，较早接受沉积，沉积厚度较大，而西部地势较高，较晚接受沉积，沉积厚度较小，所以导致了成熟度的不均一。

4 结论

评价烃源岩的指标有3个:有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度。对于海相碳酸盐岩其评价标准尚有争论，国内学者认为有机碳含量大于1.0%为好烃源岩，有机碳含量在0.4% ～1.0%之间为中等烃源岩，有机碳含量小于0.4%为非烃源岩。

塔里木盆地玉尔吐斯组平均厚约20 m，主要位于柯坪、巴楚、塔北和塔东地区。玉尔吐斯组处于过成熟演化阶段，成熟度多达到高成熟 — 过成熟阶段，推测某些层位成熟度会更高，等效镜质组反射率在2.63% ～2.85% 之间，表明在寒武系或之前已经有过大量生烃的阶段，推测在海西期是生烃时期，主要产物以成熟 — 高成熟油气为主，有机碳含量在2%左右，有机质类型以Ⅰ-Ⅱ型为主。

总体来看，玉尔吐斯组烃源岩有机质丰度较高，有机质类型较好且成熟度高，是塔里木盆地的重要优质烃源岩。

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