准噶尔盆地南缘中二叠统烃源岩地球化学特征

2016-09-05杜治利刘洪军张枝焕

西安石油大学学报（自然科学版） 2016年3期

杜治利，刘洪军，张枝焕

(1.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249；2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100037；3.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065)

杜治利1，2，刘洪军3，张枝焕1

以准噶尔盆地南缘地区妖魔山与红雁池剖面中二叠统芦草沟组与红雁池组样品为例，采用有机地球化学及有机岩石学方法，系统分析中二叠统烃源岩有机质丰度、有机质类型及成熟度。研究结果表明：中二叠统芦草沟组和红雁池组烃源岩厚度大，表征有机质丰度的有机碳含量、氯仿沥青“A”、总烃等地球化学参数均显示达到较好—好烃源岩的标准，有机质类型以Ⅰ型与Ⅱ1型为主，显微组分多为孢子体、角质体以及藻类体，以富氢组分为主，有机质成熟度Ro在0.6%以上，而在凹陷深部二叠系成熟度更高，三叠纪早期达到生油高峰，到目前为止已经结束生烃。总体上，中二叠统烃源岩具有较好的生烃能力，具有勘探价值。

烃源岩；地球化学特征；中二叠统；准噶尔盆地南缘

杜治利，刘洪军，张枝焕.准噶尔盆地南缘中二叠统烃源岩地球化学特征[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(3):1-7.

DU Zhili,LIU Hongjun,ZHANG Zhihuan.Geochemical characteristics of Middle Permian hydrocarbon source rocks in the southern margin of Junggar Basin[J].Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2016,31(3):1-7.

引　言

准噶尔盆地南缘分布在昌吉凹陷的南侧，天山北部的天山山前冲断带，经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅4期构造运动，形成了3排构造带，主要发育二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系与第三系地层，以陆源碎屑岩沉积为主，其中二叠系以中二叠统为主，划分为芦草沟组与红雁池组[1-4]。目前，已经在三排构造带发现了霍尔果斯、呼图壁、齐古、独山子与吐谷鲁等含油气构造带(图1)，发育三叠系、侏罗系的下部自生自储型和白垩系与第三系下生上储型3大成藏组合[5-8]，前人的研究对其油气来源普遍有争议[9-14]，多数观点认为油气主要来源于侏罗系、白垩系与古近系，可能有二叠系的贡献。本文试图从盆地南缘典型野外剖面中二叠统烃源岩的地球化学特征分析入手，探讨其生油气潜力，进而指导准噶尔盆地南缘的油气勘探工作。

图1　准噶尔盆地南缘构造位置图及取样点位置Fig.1　Tectonic locaton and sampling points of the southern margin of Junggar Basin

1　样品实验室分析

准噶尔盆地南缘中二叠统地层出露较好的地区主要位于乌鲁木齐附近的妖魔山与红雁池剖面，在中二叠统芦草沟组和红雁池组地层中发育有深灰色泥岩、页岩及灰黑色泥岩，厚度大，最厚可达900 m(图2)，具有很好的代表性。本次在这2个典型剖面中共取样105个，样品采样地点见图1。取岩样约200～300 g，在不超过50 ℃的条件下粉粹至粒径为0.18 mm(60～80目)进行常规的有机碳、有机质抽提及热解分析。选取20块泥岩做有机岩石学实验分析，以识别有机质含量、显微组分组成及相对含量。烃源岩定量分析测试条件为：测量仪器设备采用荧光显微镜LABORLUX 12 POL显微镜光度计(MPV-3)，测量条件为油浸50倍物镜，总放大倍数为800，检测室温为23 ℃。

2　有机质丰度特征

烃源岩丰度评价指标主要包括有机碳、生烃潜力、氯仿沥青“A”和总烃。妖魔山剖面中二叠统芦草沟组灰色泥岩有机质丰度分析表明(表1、图3)，其有机碳TOC质量分数分布变化不大，范围介于1.09%～18.91%，平均值为5.54%，有机质丰度较高，基本上大于1.0%；氯仿沥青“A”质量分数介于0.01%～0.04%，平均0.03%，大于0.01%；“S1+S2”介于0.57～109.98 mg/g，大多数样品在10 mg/g，大于6 mg/g，值偏高；总烃质量分数介于80.21～207.68 mg/g，平均125.15 mg/g，含量较低；氢指数(IH)分布介于35.00～724.00 mg/g，平均342.77 mg/g，大于200 mg/g；生烃产率指数(IP)介于0～0.14，平均值为0.03；有效碳质量分数(CP)介于0.05%～9.13%，平均2.62%；降解率D介于3.24%～60.88%，平均29.05%；烃指数介于2.11～35.04，平均7.23。故妖魔山地区中二叠统芦草沟组灰色泥岩为较好烃源岩。而妖魔山剖面中二叠统红雁池组灰色泥岩的有机碳TOC质量分数分布变化不大，范围为0.22%～3.92%，平均1.89%(表1、图3)，有机质丰度较高，大于1.00%；氯仿沥青“A”质量分数介于0.002%～0.040%，平均0.020%，大于0.010%；“S1+S2”变化范围大，介于0.10～10.64 mg/g，平均2.22 mg/g，大于2 mg/g；总烃质量分数介于67.93～168.84 mg/g，平均值为131.12 mg/g；氢指数(IH)为15.00～246.00 mg/g，平均63.88 mg/g；生烃产率指数(IP)介于0.02～0.17，平均0.06；CP介于0.01%～0.88%，平均0.18%；降解率D介于1.30%～21.08%；烃指数介于0.95～7.88，平均3.21。因此，妖魔山地区中二叠统红雁池组灰色泥岩为差—中等好的烃源岩。

图2　准噶尔盆地南部中二叠统暗色泥岩厚度Fig.2　Isopach map of the middle Permian dark mudstone in the southern Junggar Basin

图3　妖魔山剖面中二叠统烃源岩地球化学剖面Fig.3　Geochemical characteristics of the middle Permian source rocks in Yaomoshan section

剖面层位w(TOC)/%(S1+S2)/(mg·g-1)w(氯仿沥青“A”)/%w(总烃)/(mg·g-1)氢指数/(mg·g-1)Tmax/℃妖魔山地区P2l1.09～18.915.540.57～109.98(31.62)0.01～0.08(0.04)80.21～207.68(125.15)35.00～724.00(342.77)433.00～444.00(438.28)P2h0.22～3.921.890.10～10.642.220.00～0.040.0267.93～168.84131.1215.00～246.0063.88437.00～447.00442.41红雁池地区P2h0.76～5.302.650.11～23.617.080.00～0.220.0882.50～564.93323.7112.00～369.00146.67434.00～446.00439.61P2l1.54～6.763.501.06～43.2015.100.01～0.320.1369.43～1353.13493.3125.00～566.00301.14430.00～445.00439.09

红雁池剖面中二叠统芦草沟组岩性主要为深灰色泥岩，其有机碳TOC含量分布范围变化不大，质量分数介于1.54%～6.76%，平均3.44%(表1、图4)，有机质丰度较高，大于1.0%；氯仿沥青“A”质量分数介于0.06%～0.32%，平均0.17%，大于0.10%；“S1+S2”介于1.06～43.02 mg/g，平均15.10 mg/g，大于6.00 mg/g，数值偏高；总烃质量分数介于69.43～1 353.13 mg/g，平均493.31 mg/g；氢指数(IH)分布于566.00～25.00 mg/g，平均301.14 mg/g，大多数样品在200 mg/g以上；生烃产率指数(IP)0.02～0.09，平均0.04；CP为0.09%～3.59%，平均1.25%；降解率D为2.16%～48.28%，平均26.02%，大多数样品在20%左右；烃指数介于1.23～30.49，平均12.40。因此，红雁池地区中二叠统芦草沟组为较好的烃源岩。红雁池剖面中二叠统红雁池组岩性主要为灰色泥岩，其有机碳质量分数分布变化不大，介于0.76%～5.30%，平均2.65%(表1、图4)，有机质丰度较高，大于1.00%；氯仿沥青“A”介于0.001%～0.220%，平均0.080%，接近于0.1%；“S1+S2”介于0.11～23.61 mg/g，平均7.08 mg/g，大于6.0 mg/g，数值偏高；总烃质量分数介于82.50～564.93 mg/g，平均323.71 mg/g，含量中等；氢指数(IH)分布介于12～369 mg/g，平均146.67 mg/g；生烃产率指数(IP)介于0.01～0.09，平均0.04；CP(有效碳)介于0.01%～1.96%，平均0.59%；降解率D为1.06～31.40，平均12.55；烃指数介于0.39～18.72，平均4.64。因此，红雁池地区中二叠统红雁池组为中等好的烃源岩。

图4　红雁池剖面中二叠统烃源岩地球化学剖面Fig.4　Geochemical characteristics of the middle Permian source rocks in Hongyanchi section

3　有机质类型

烃源岩的全岩显微组分可较好地反映有机质生烃母质的分布特征，并通过不同显微组分的定量特征表明烃源岩形成时期的古环境特征，恢复烃源岩形成的有机相。常规生烃母质主要包括孢子体、角质体、藻类体、树脂体、木栓质体和沥青质体。对中二叠统泥岩显微组分的鉴定分析表明(图5)，芦草沟组烃源岩有机质主要以壳质组与矿物沥青基质为主，壳质组主要有孢子体、角质体以及藻类体，孢子体呈黄色、金黄色荧光特征，个体小；藻类体主要呈层状分布，具有明显的黄色荧光特征，分布极为广泛。红雁池组泥岩壳质组以分布孢子体与壳屑体为主。孢子体个体较小，呈黄色、环带状分布；壳屑体分布也极为广泛；藻类体不发育，有机质明显以裸子植物的孢子体为主，部分层段为藻类体，有机质类型也较好，为Ⅰ型干酪根，达到优质烃源岩的标准(图6)。岩石垂向分布特征表明，优质烃源岩层段有机质的含量较高，主要发育壳质组，孢子体与壳屑体的丰度相对较高。妖魔山芦草沟组泥岩部分层段明显富集藻类体，生烃条件较好；红雁池组泥岩镜质组的含量较高，由此水体变浅，富氢组分的含量变低。部分层段壳质组的含量也较高，达到优质烃源岩的标准，主要分布在红雁池组的中上部。

图5　准噶尔盆地南缘中二叠统烃源岩有机岩石学特征Fig.5　Organic petrological characteristics of the middle Permian source rocks in southern Junggar Basin

图6　中二叠统烃源岩显微组分特征及IH-Tmax关系Fig.6　Microcomponent characteristics and IH-Tmax diagram of the middle Permian source rocks

从有机显微组分的特征看，妖魔山剖面中二叠统芦草沟组泥岩中形态有机质质量分数高，介于8.70%～36.50%，其中壳质组平均11.33%，其次为镜质组与惰质组。在壳质组中，成烃组分主要为藻类体，质量分数平均可达7.02%，其次为孢子体和壳质碎屑体，平均质量分数分别为4.14%和2.76%。此外，矿物沥青基质平均质量分数可达11.08%，所占比例也较高，其他矿物成分平均质量分数在70%左右。红雁池组形态有机质质量分数在4.20%～19.10%，明显低于芦草沟组，其中惰质组的含量最高，质量分数平均4.63%，其次为镜质组与壳质组。壳质组平均质量分数约2.00%，主要由孢子体与壳屑体构成，平均含量小于2%，缺少藻类体。矿物含量在80%以上，矿物沥青基质也较低，平均值为1.35%，其生烃组分含量整体明显低于芦草沟组。

红雁池剖面芦草沟组形态有机质含量较高，质量分数在10%以上，平均21.24%，其中壳质组含量最高，均值为13.68%，其次为镜质组与惰质组，平均质量分数3%～5%。壳质组分中藻类体含量较高，质量分数可达30%以上，平均17.85%；其次为壳屑体与孢子体，平均质量分数分别为3.98%、2.42%；矿物成分含量变化较大，最低值为38%，矿物沥青质量分数平均9%左右。红雁池组形态有机质含量也低于芦草沟组，平均值仅11.73%，多数为矿物，其矿物质量分数在80%以上，壳质组质量分数小于10%，其次为惰质组与镜质组。壳质成分主要为壳屑体，含量变化大，平均值在3.0%左右，孢子体与藻类体含量较低，质量分数在2%左右，矿物沥青基质含量也不高，质量分数在5%左右。

上述分析表明，妖魔山剖面与红雁池剖面芦草沟组的有机显微组分含量明显高于红雁池组，芦草沟组壳质组的含量较高，多数为藻类体与壳屑体，生烃潜力较好。

此外，可以利用采集样品的最高热解峰温(Tmax)与氢指数相关图来判断有机质类型[5](图5)。从这些样品的Tmax-IH相关性来看，中二叠统芦草沟组与红雁池组烃源岩主要为Ⅰ型与Ⅱ1型。

4　有机质成熟度

镜质体反射率是有机质成熟度的标尺，可以反映烃源岩的热演化程度。由于所选取的样品为野外露头，烃源岩的成熟度不高，芦草沟组Ro一般在0.63%～0.71%，平均0.66%，而红雁池组烃源岩Ro一般在0.61%～0.84%，平均0.76%，表明二叠系烃源岩已经进入生烃门限。但从盆地南部二叠系的埋深与成熟度演化来看，二叠系烃源岩底界在晚二叠世就已经达到了生烃门限，三叠纪早期达到生油高峰，并在晚三叠世进入生气阶段(图7)，由于二叠系地层厚度较大，二叠系烃源岩顶界演化相对滞后，至侏罗纪末期已经进入高成熟度阶段，现今二叠系烃源岩生烃基本终止。

图7　准噶尔盆地南部中二叠统红雁池组烃源岩现今Ro等值线Fig.7　Ro contour map of Hongyanchi Formation source rocks of the middle Permian in southern Junggar Basin

5　结　论

(1)准噶尔盆地南缘妖魔山与红雁池地区中二叠统芦草沟组和红雁池组烃源岩厚度大，以碳质页岩或泥岩为主，这2个剖面的芦草沟组和红雁池组烃源岩有机质丰度较高，达到了中等—好烃源岩的标准。

(2)红雁池组与芦草沟组有机质类型主要为Ⅰ型与Ⅱ1型。

(3)妖魔山与红雁池组野外露头镜质体反射率不高，刚进入生烃门限，二叠系烃源岩底界在晚二叠世就已经达到了生烃门限，三叠纪早期达到生油高峰，并在晚三叠世进入生气阶段，现今二叠系烃源岩生烃基本终止。

(4)准噶尔盆地南缘中二叠统芦草沟组和红雁池组烃源岩有很好的生烃能力，具有较好的勘探价值。

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责任编辑：王辉

Geochemical Characteristics of Middle Permian Hydrocarbon Source Rocks in the Southern Margin of Junggar Basin

DU Zhili1,2,LIU Hongjun3,ZHANG Zhihuan1

(1.Faculty of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China;2.Oil & Gas Resource Survey Center,China Geological Survey,Beijing 100037,China;3.College of Earth Science and Engineering,Xi'an Shiyou University,Xi'an 710065,Shaanxi,China)

Taking the rock samples from Lucaogou Formation and Hongyanchi Formation of Yaomoshan and Hongyanchi sections in the southern margin of Junggar Basin,the abundance,type and maturity of organic matter in the middle Permian source rocks are systematically analyzed using organic geochemical and organic petrology methods.It is shown that,the thickness of the source rocks of Lucaogou Formation and Hongyanchi Formation is great,and the geochemical parameters characterizing the abundance of organic matter such as organic carbon content,chloroform bitumen,total hydrocarbon content all reach to the standard of good to better source rock.The type of organic matter is mainly type I and Ⅱ1type,its microscopic components are mostly sporophore,cutinite and alginate,and hydrogen-rich components are of high content.The organic maturity(Ro) is beyond 0.60%,and the maturity of the Permian source rocks in the deep depression is higher.The early Triassic reached the peak of hydrocarbon generation,and at present,the hydrocarbon generation has been finished.On the whole,the middle Permian hydrocarbon source rocks have good hydrocarbon generating capacity,and they have exploration value.

hydrocarbon source rock;geochemical characteristic;middle Permian;the southern margin of Junggar Basin

2016-03-15

国家科技重大专项项目(编号：2011ZX05002)

杜治利(1979-)，男，博士，高级工程师，主要从事构造地质学研究。E-mail:12990766@qq.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.03.001

TE122.1

1673-064X(2016)03-0001-07