准噶尔盆地西北缘晚石炭统泥页岩地球化学特征及生烃潜力评价

马小平，雷国明 ，肖 鸿

（1.吐鲁番金源矿冶有限责任公司，新疆 吐鲁番 838200；2.新疆地矿局第一地质大队，新疆 昌吉 831100；3.中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉 430074；4.新疆地质矿产勘查开发局，新疆 乌鲁木齐 830000）

近年来，页岩气作为一种主体位于暗色页岩或高炭页岩中、以吸附或游离状态聚集的非常规天然气资源，越来越受到重视[1-2]，而开展页岩气调查至关重要的是评价烃源岩[3]。准噶尔盆地西北缘哈拉阿拉特山地区以往主要开展构造地质[4]、沉积特征[5]、火成岩油气藏[6]等方面研究，关于烃源岩的评价较少。过去，常规石油地质勘查重点围绕二叠系烃源岩地层进行勘探，对于石炭系及深部地层，由于地层埋藏深，长期以来关注不够，钻探取芯资料少。随着国家油气战略不断优化调整，对深部油气勘探投入日益加大，石炭系中下统烃源岩评价成为当前热点。以往石油部门地质调查表明，在中下石炭世沉积期，准西北缘地区以较为稳定的滨浅海至半深海环境沉积为主要特征，是石炭系富有机质泥页岩沉积的有利部位[7-10]，亦是页岩气赋存的重要有利区。本文通过对准西北缘哈拉阿拉特山一带中下石炭统烃源岩开展沉积体系和富有机质泥页岩有机地化特征分析，为该区页岩气资源潜力评价提供重要依据。

1 地质背景

哈拉阿拉特山呈北东—南西走向，长55km，宽约10km，南东为准噶尔盆地，北西为和什托洛盖盆地（图1)。哈拉阿拉特山构造带是准噶尔盆地西北缘前陆冲断带北段乌—夏断裂带的组成部分，主要由泥盆系和石炭系组成，属于自北西向南东推覆而来的推覆体构造[11]。哈拉阿拉特山石炭系烃源岩主要为太勒古拉组第二段（C2t2)和太勒古拉组第三段（C2t3)，分布在阿腊德依克赛沟、乌尔禾—和什托洛盖国道旁。太勒古拉组第二段（C2t2)岩性为薄层状黑色页岩、粉砂质泥岩，地层厚892.52～1745.38m，页岩厚16.05～69.05m；太勒古拉组第三段（C2t3)为紫色砂岩、页岩、砂质泥岩夹海相火山岩，地层厚939.00m，页岩厚9.85m。研究区烃源岩表现为页岩与泥质粉砂岩互层的薄层状，具备自生自储的页岩气特征。

图1 哈拉阿拉特山及邻区地质构造简图（据孙自明[12]修改）

2 烃源岩评价

2.1 有机质丰度

有机质丰度是油气地质中烃源岩指数评价的主要指标，评价标准主要采用有机碳含量、生烃潜量、氯仿沥青“A”和总烃（HC)等指标[13-15]。本次通过系统采集准西北缘哈啦阿拉特一带HY1钻井中富有机质页岩样品开展烃源岩测试。结果表明，研究区中石炭统太勒古拉组烃源岩总有机碳含量（TOC)介于0.51%～0.90%，平均为0.76%；生烃潜量（S1+S2)0.04～0.08mg/g，平均为0.05mg/g，氢指数5.20～17.42mg/g，平均为7.30mg/g，烃指数1.21～4.78mg/g，平均为2.26mg/g。

2.2 有机质类型

干酪根显微组分测试结果显示，研究区烃源岩干酪根显微组分以腐泥组为主，含量介于81.5%～89%之间，平均为85.3%；次为惰质组，含量介于10%～18%之间，平均为13.67%，镜质组很少，含量介于0.5%～1%之间，几乎不含壳质组。类型指数(TI值)介于63.125～78.250之间，平均为71.02%，按照干酪根类型的TI值分类标准SY/T 5735-1995，研究区干酪根类型属于Ⅱ1型（表1）。

表1 准西北缘哈拉阿拉特一带烃源岩干酪根显微组分及其类型

以Tmax与氢指数(HI)相关性分析，其结果与以显微组分进行的类型划分结果差异较明显，以Tmax-HI划分结果表明深部干酪根类型主要以Ⅲ型腐殖类为主，Ⅱ1、Ⅱ2型与Ⅰ型相对较少（图2）。H/C与O/C相关性分析，其结果显示干酪根类型位于Ⅲ1型腐殖类区间（图3）。

图2 烃源岩有机碳类型HI-Tmax判别图

图3 烃源岩有机碳类型H/C-O/C指数判别图

干酪根显微组分、Tmax与氢指数(HI)以及H/C 与O/C 指数相关性分析表明，研究区干酪根类型以Ⅲ型腐殖类为主，Ⅱ型、I型较少。

2.3 有机质成熟度

富有机质泥页岩随埋藏不断加深、地温不断增高而发生热解作用，Tmax值是刻画有机质泥页岩热解过程中的最大裂解温度，，是反映富有机质泥页岩成熟的重要指标[18]。太勒古拉组泥页岩样品的Tmax值为523℃～536℃，平均为531.1℃，表明太勒古拉组烃源岩处于高成熟演化阶段（表2）。

表2 哈拉阿拉特山地区石炭系烃源岩有机岩石学分析结果

镜质体反射率Ro是评价有机质泥页岩热演化程度的重要指标，大量研究表明，Ro值与有机质的热成熟度具有正相关性，是目前石油地质勘查中烃源岩有机地化评价的重要指标[19]。通过测试镜质组反射率，可客观评价研究区富有机质泥页岩的热演化特征。TC01-81Z1、TC01-87Z1等样品测试成果表明其镜质组反射率Ro值介于1.53%～0.98%，平均为1.25%，反映了准西北地区哈拉阿拉特山一带石炭系烃源岩均处于成熟演化阶段。

3 储层物性

富有机质泥页岩矿物是页岩气赋存层位，其矿物组合特征是评价页岩孔隙类型、连通性的主要评价指标，也是页岩气井钻探、储层压裂改造的重要评价参数。通过显微组分测试表明，研究区泥页岩矿物组成较复杂，矿物总体以粘土矿物、石英为主，其中粘土矿物含量为20%～41%，平均值为32%，石英含量介于34%～43%，平均值为38%，另外还含有钾长石、斜长石、方解石、铁白云石等成分，脆性矿物含量平均大于60%，综合评价为一套储层类型较好、易压裂的矿物组合(表 3)。

表3 哈拉阿拉特山地区石炭系烃源岩矿物组合分析结果

4 结论

（1）哈拉阿拉特山地区石炭系为浅海相沉积，石炭系太勒古拉组烃源岩岩性组合为薄层状页岩与泥质粉砂岩互层，具有自生自储的页岩气地质特征。

（2）太勒古拉组有机碳含量中等，有机显微组分以壳质组和惰性组为主，有机质类型以Ⅲ型腐质型为主，有机质热演化处于热成熟、大量生烃阶段。

（3）富有机质页岩为页岩气的储集体，矿物组合以石英、钾长石、斜长石、方解石等脆性矿物为主，具有孔隙类型、孔隙连通性较好、易于储层压裂改造的矿物组合特征。