葛 巖，劉成林，許恩愛(ài)，謝英剛，徐 最

(1.中海油 能源發(fā)展非常規(guī)技術(shù)研究院，天津 300457； 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249； 3.中國(guó)石油大港油田公司 第三采油廠，河北 滄州 061035)

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中國(guó)西北三大含油氣盆地石炭系生烴潛力對(duì)比

葛 巖1，劉成林2，許恩愛(ài)3，謝英剛1，徐 最1

(1.中海油 能源發(fā)展非常規(guī)技術(shù)研究院，天津 300457； 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249； 3.中國(guó)石油大港油田公司 第三采油廠，河北 滄州 061035)

摘要：從巖相古地理、烴源巖生烴潛力及油氣成藏特征等角度，對(duì)準(zhǔn)噶爾、塔里木和柴達(dá)木盆地石炭系生烴潛力進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為三大盆地石炭系均為海相、海陸交互相沉積地層，烴源巖整體處于成熟—高成熟階段，具有一定的生烴潛力，柴達(dá)木盆地石炭系烴源巖質(zhì)量比準(zhǔn)噶爾及塔里木盆地差。塔里木和柴達(dá)木盆地在烴源巖類型、生烴演化及油氣成藏規(guī)律上有一定的相似性，烴源巖類型包括灰?guī)r、泥巖、碳質(zhì)泥巖，且均經(jīng)歷了二次生烴，具有混源油氣等特征。借鑒準(zhǔn)噶爾、塔里木2個(gè)盆地石炭系油氣勘探的成功經(jīng)驗(yàn)，柴達(dá)木盆地需加強(qiáng)寒武-奧陶、石炭系等古生界地層的整體勘探，巖體侵入對(duì)于烴源巖成熟度產(chǎn)生重要影響，古油藏、次生油氣藏及混源油氣藏共同構(gòu)成以石炭系為油源的油氣保存形式。

關(guān)鍵詞：生烴潛力；石炭系；準(zhǔn)噶爾盆地；塔里木盆地；柴達(dá)木盆地

葛巖，劉成林，許恩愛(ài)，等.中國(guó)西北三大含油氣盆地石炭系生烴潛力對(duì)比[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，31(2)：38-43.

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引言

中國(guó)西北地區(qū)是指賀蘭山以西，昆侖山—秦嶺以北的廣大地區(qū)，分布著塔里木、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木及三塘湖等60多個(gè)大中型含油氣盆地(圖1)。 石炭系地層在中國(guó)西北地區(qū)廣泛分布，為一套海相沉積地層[1-2]。從多個(gè)盆地露頭觀察及樣品分析認(rèn)為，石炭系碳酸鹽巖、泥頁(yè)巖具有較好的生烴潛力，僅局部發(fā)生動(dòng)力淺變質(zhì)。目前，在塔里木、準(zhǔn)噶爾等多個(gè)盆地石炭系地層發(fā)現(xiàn)油氣田或油氣顯示，展現(xiàn)出良好的勘探前景[3-4]，而柴達(dá)木盆地石炭系僅在盆地邊緣見(jiàn)到油氣顯示，勘探工作有待進(jìn)一步深入。本次研究試圖從區(qū)域上對(duì)比并評(píng)價(jià)三大含油氣盆地石炭系烴源巖生烴潛力及油氣成藏特征，以期為柴達(dá)木盆地石炭系油氣勘探提供借鑒。

圖1　中國(guó)西北三大含油氣盆地分布Fig.1　Distribution of three large petroliferous basins in northwest China

1地層分布及巖相古地理

石炭紀(jì)特提斯洋和亞洲洋海水廣泛侵入我國(guó)西北地區(qū)，沉積一套海相、海陸交互相的沉積體系。石炭系地層在塔里木、準(zhǔn)噶爾及柴達(dá)木盆地出露廣泛，地層發(fā)育完整，地層劃分為上、下統(tǒng)，然而進(jìn)一步的地層劃分在各盆地不盡相同(表1)。

表1中國(guó)西北三大盆地石炭系地層劃分及對(duì)比

Tab.1Stratigraphic division and correlation of the Carboniferous of three large basins in northwest China

準(zhǔn)噶爾盆地石炭紀(jì)沉積環(huán)境主要為海陸交互相沉積，下石炭統(tǒng)以海相、海陸過(guò)渡相碎屑巖為主，早石炭世末的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使準(zhǔn)噶爾北部地區(qū)隆起，并與阿爾泰古陸拼貼，海水向南退卻，形成北陸南海的格局[5-7]。準(zhǔn)噶爾盆地大部分處于海陸交互相的沉積環(huán)境，現(xiàn)今地層主要分布在盆地中東部，厚200~1 100 m，巖性以砂巖、泥巖、灰?guī)r及火山巖為主；上石炭統(tǒng)發(fā)育火山巖、海陸過(guò)渡相、陸相碎屑巖組合，地層全區(qū)分布，現(xiàn)今地層厚度為200~2 100 m，晚石炭世準(zhǔn)噶爾盆地進(jìn)入了原型盆地發(fā)育的新時(shí)期。

塔里木盆地廣泛分布著石炭系地層：早石炭世盆地內(nèi)部主要為開(kāi)闊-半局限臺(tái)地相和潮坪相，分別分布在葉城—莎車地區(qū)、沙雅—巴楚—民豐地區(qū)，盆地周緣依次為濱海相、淺海陸棚相及深?！肷詈Ｏ郲8]，現(xiàn)今地層厚度200~900 m，巖性以灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥巖、砂巖及膏巖為主；晚石炭世海水深度進(jìn)一步增加，主要為濱淺海、半深海相，各沉積相帶由盆地邊緣向盆地中心進(jìn)一步遷移，現(xiàn)今地層厚250~900 m，巖性主要為灰?guī)r、泥巖和砂巖。

柴達(dá)木盆地石炭紀(jì)主要發(fā)育三大沉積相，分別為濱岸相、碳酸鹽巖臺(tái)地相、淺海陸盆相。盆地東北緣及西南緣石炭系沉積演化總的特征相似，但又有不相同[9]。早石炭世整個(gè)盆地以開(kāi)闊碳酸鹽巖臺(tái)地相及濱岸淺灘相沉積為主，現(xiàn)今地層厚度為900~1 400 m，巖性主要以灰?guī)r為主，夾砂泥巖；晚石炭世時(shí)，除開(kāi)闊碳酸鹽巖臺(tái)地相、濱岸淺灘相沉積外，還形成了局限碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積，在盆地東北緣廣泛出露，厚度可達(dá)800~1 200 m，地層巖性包括灰?guī)r、砂巖、碳質(zhì)泥巖及煤線。

2烴源巖生烴潛力綜合評(píng)價(jià)

西北地區(qū)各盆地石炭系烴源巖巖性大致相同，泥巖、碳質(zhì)泥巖及灰?guī)r均有分布，但沉積環(huán)境及演化程度存在一定差異。準(zhǔn)噶爾盆地石炭系烴源巖主要為下石炭統(tǒng)滴水泉組和巴塔瑪依內(nèi)山組泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤，為湖沼相沉積，平面上分布在盆地中東部滴水泉至雙井子及以東、五彩灣凹陷—沙帳斷褶帶北部、克拉美麗山前及盆地北部地區(qū)[10-12]。烴源巖分布較廣，一般厚100~500 m，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2、Ⅲ型，泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，如準(zhǔn)東滴水泉組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.19%~3.15%,平均為1.00%，為中等烴源巖，Ro為0.55%~1.65%，屬于成熟—高成熟烴源巖(表2)。準(zhǔn)北泥巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，部分源巖受巖漿作用影響處于高成熟—過(guò)成熟階段。盆地整體在侏羅紀(jì)末期進(jìn)入生烴高峰，盆地深凹處成熟度更高，以生氣為主。

塔里木盆地石炭系烴源巖主要分布在塔西南坳陷、阿瓦提斷陷及巴楚隆起等地區(qū)，主力烴源巖為卡拉沙依組暗色泥巖和巴楚組碳酸鹽巖[13-14]。巴楚隆

表2　石炭系烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

起卡拉沙依組泥巖厚度100~300 m，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~6.60%，平均1.30%~1.90%，為較好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ、Ⅲ型，Ro為1.20%~1.49%，屬于成熟烴源巖；巴楚組碳酸鹽巖厚度50~200 m，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)2.80%，為中等—較好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型，現(xiàn)今處于成熟階段。塔西南坳陷烴源巖類型主要為泥巖，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.38%~5.98%，有機(jī)質(zhì)處于高成熟階段(表2)。由烴源巖有機(jī)質(zhì)成烴演化史的分析可知，石炭系烴源巖在白堊紀(jì)大量生烴，塔西南地區(qū)新近紀(jì)巨厚的沉積使石炭系烴源巖又經(jīng)歷了二次生烴，且以生氣為主。

柴達(dá)木盆地石炭系烴源巖在全區(qū)廣泛分布，在盆地邊緣大面積出露，部分地區(qū)烴源巖厚度可達(dá)上千米，生烴潛力巨大[15-16]。從石灰溝、綠梁山、大干溝等剖面及霍參1井石炭系烴源巖樣品地化分析結(jié)果來(lái)看，平面上柴東、柴北緣烴源巖質(zhì)量整體優(yōu)于柴西南，縱向上上石炭統(tǒng)有機(jī)質(zhì)豐度高于下石炭統(tǒng)。柴東扎布薩尕秀組和克魯克組泥巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.38%~3.25%，為中等—較好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ、Ⅲ1型，Ro為0.85%~2.76%，整體處于成熟—高成熟階段，都蘭地區(qū)受巖漿侵入的影響，鏡質(zhì)體反射率最高可達(dá)2.76%(表2)。早三疊紀(jì)與古近紀(jì)末期是柴東地區(qū)烴源巖最主要的2個(gè)生烴期，白堊紀(jì)以來(lái)柴西南持續(xù)生烴，現(xiàn)今達(dá)到最大。

綜上所述，我國(guó)西北三大盆地石炭系烴源巖整體處于成熟—高成熟階段，均具有一定的生烴潛力。準(zhǔn)噶爾盆地以泥質(zhì)烴源巖為主，塔里木盆地泥巖和碳酸鹽巖均可作為主力烴源巖，柴達(dá)木盆地優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布在柴北緣上石炭統(tǒng)。柴達(dá)木盆地石炭系烴源巖質(zhì)量比塔里木和準(zhǔn)噶爾盆地差，其生烴潛量、氯仿瀝青“A”及總烴含量普遍偏低，但烴源巖是3個(gè)盆地中最厚的，預(yù)計(jì)僅柴東石炭系的原始生烴量就可達(dá)82億t，勘探潛力巨大。

3石炭系油氣成藏特征

準(zhǔn)噶爾盆地石炭系油氣最早發(fā)現(xiàn)于盆地西北緣，近年來(lái)在盆地中東部陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了石西油田、五彩灣氣田、克拉美麗氣田等多個(gè)含油氣構(gòu)造[17-18]。石炭系目前發(fā)現(xiàn)的主要為火山巖油氣藏，油氣成藏條件優(yōu)越：下石炭統(tǒng)滴水泉組、巴塔瑪依內(nèi)山組發(fā)育的烴源巖是上石炭統(tǒng)火山巖的有效油氣來(lái)源，目前已形成火山巖風(fēng)化殼成藏組合(表3)。

石炭系是塔里木盆地重要的油氣勘探目的層之一，目前在塔西南、塔中地區(qū)均有油氣發(fā)現(xiàn)[19]。經(jīng)油源對(duì)比及天然氣甲烷碳同位素分析認(rèn)為，石炭系油氣具有古生新儲(chǔ)及自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)，生成的油氣可在其上部古近系、白堊系、二疊系地層中成藏。石炭系本身厚層泥巖、膏泥巖能夠起到阻隔作用，其下部?jī)?chǔ)集性能良好的海侵砂巖體,形成良好的自生自儲(chǔ)成藏模式。此外，從石炭系發(fā)現(xiàn)的油氣又具有混源的特點(diǎn)，例如巴什托普油田發(fā)現(xiàn)的原油具有寒武、奧陶和石炭系自身源巖的特點(diǎn)，勝和1井可能還有來(lái)自二疊系生油巖的原油。

柴達(dá)木盆地石炭系至今未獲得工業(yè)油氣流，僅在綠梁山、石灰溝、城墻溝、?？囝^溝等盆地邊緣灰?guī)r裂縫中見(jiàn)到油氣顯示[20]。將發(fā)現(xiàn)的油砂與區(qū)內(nèi)主要烴源巖開(kāi)展油源對(duì)比，發(fā)現(xiàn)油氣主要為石炭系烴源巖自身的貢獻(xiàn)。通過(guò)與上部油氣的對(duì)比認(rèn)為，石炭系所生油氣在柴北、柴西分別存在與侏羅系、古近系原油發(fā)生混源的特點(diǎn)。

表3　石炭系油氣成藏要素對(duì)比

4對(duì)柴達(dá)木盆地石炭系生烴潛力評(píng)價(jià)的啟示

目前，在準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地已發(fā)現(xiàn)多個(gè)油氣田，而柴達(dá)木盆地僅在盆地邊緣見(jiàn)到油砂、瀝青等油氣顯示。準(zhǔn)噶爾、塔里木和柴達(dá)木三大盆地古生界沉積背景與構(gòu)造演化相近，特別是塔里木盆地與柴達(dá)木盆地石炭系在烴源巖類型、生烴演化及油氣成藏規(guī)律上有一定的相似性，通過(guò)對(duì)比總結(jié)準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地石炭系烴源巖評(píng)價(jià)的方法及研究油氣來(lái)源的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于柴達(dá)木盆地油氣勘探快速取得突破具有啟示作用。

塔里木盆地石炭系油氣具有多元供烴的特點(diǎn)，油氣來(lái)源于寒武—奧陶系、石炭系及上部二疊系等多套烴源巖。通過(guò)野外地質(zhì)考察，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，證明柴達(dá)木盆地奧陶系深灰色灰?guī)r尚未變質(zhì)，具有較好的生烴潛力。因此，不能排除下部寒武—奧陶系烴源巖向石炭系供烴，需加強(qiáng)寒武—奧陶、石炭系等古生界地層的整體勘探。

其次，我國(guó)西北地區(qū)古生界—中生界巖漿及構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，準(zhǔn)噶爾盆地、三塘湖盆地已在石炭系獲得工業(yè)油氣流，表明石炭系火成巖對(duì)于生烴演化及油氣成藏具有重要意義。準(zhǔn)噶爾盆地石炭系主要為安山巖、凝灰?guī)r等火山噴出巖，并作為儲(chǔ)層，而柴達(dá)木盆地多因中基性巖漿巖的侵入作用導(dǎo)致巖體周邊地區(qū)烴源巖成熟度明顯增高，部分地區(qū)已發(fā)生變質(zhì)。

塔西南地區(qū)石炭系烴源巖在早白堊紀(jì)處于高成熟階段，晚白堊紀(jì)地層抬升，新近紀(jì)巨厚的沉積導(dǎo)致烴源巖二次生烴，并在白堊系砂巖中運(yùn)聚成藏。柴東、柴北石炭系生烴演化史與之類似，早三疊紀(jì)初次生烴，古近系末經(jīng)歷二次生烴。早期生烴導(dǎo)致古油藏的形成，后期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)極易導(dǎo)致古油藏遭受破壞：一方面在古油藏基礎(chǔ)上形成重油油藏；另一方面油氣在上部地層調(diào)整成藏，部分發(fā)生散失，部分形成次生油氣藏。如在柴北緣綠梁山新近系坡積物中見(jiàn)到石炭系油砂顯示，表明古油藏遭到破壞。古近系以來(lái)整個(gè)柴達(dá)木盆地石炭系上部巨厚的沉積導(dǎo)致烴源巖二次生烴，油氣又具有晚期成藏的特點(diǎn)，易與侏羅系、古近系烴源巖油氣共同形成混源油氣藏。

5結(jié)論

(1)石炭系地層在中國(guó)西北地區(qū)準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地及柴達(dá)木等盆地廣泛分布，為一套海相、海陸交互相的沉積地層，地層巖性以砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖、煤及碳酸鹽巖為主。三大盆地?zé)N源巖整體處于成熟—高成熟階段，均具有一定的生烴潛力。

(2)準(zhǔn)噶爾盆地主要在石炭系火山巖發(fā)現(xiàn)油氣藏，塔里木盆地石炭系油氣具有古生新儲(chǔ)及自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)，柴達(dá)木盆地油氣主要為石炭系烴源巖自身的貢獻(xiàn)，且石炭系所生油氣在柴北、柴西分別與侏羅系、古近系原油發(fā)生混源。

(3)結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地石炭系油氣勘探的成功經(jīng)驗(yàn)，柴達(dá)木盆地需加強(qiáng)寒武—奧陶、石炭系等古生界地層油氣的整體勘探，石炭系巖漿侵入對(duì)于烴源巖生烴演化及油氣成藏具有重要意義。受區(qū)域構(gòu)造演化的影響，柴達(dá)木盆地石炭系油氣具備形成重油油藏、次生油氣藏和混源油氣藏的條件。

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責(zé)任編輯：王輝

Comparison of Hydrocarbon Generation Potential of Carboniferous of Three Large Petroliferous Basins in Northwest China

GE Yan1,LIU Chenglin2,XU En'ai3,XIE Yinggang1,XU Zui1

(1.Research Institute of Unconventional Oil & Gas Technology for Energy Development,CNOOC,Tianjin 300457,China;2.State Key Laboratory of Oil and Gas Resource and Exploraton.China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China;3.No.3 Oil Production Plant,Dagang Oilfield Company,Cangzhou 061035,Hebei,China)

Abstract:The hydrocarbon generation potential of Carboniferous in Zhunggar Basin,Tarim Basin and Qaidam Basin is compared based on Lithofacies paleogeography,source rock hydrocarbon generating potential and hydrocarbon accumulation characteristics,and it is held that the Carboniferous of three basins are all the sedimentary strata of marine facies and paralic facies,the source rocks are mature to highly mature,they have a certain hydrocarbon-generating potential,but the source rock quality of Qaidam Basin is worse than that of Zhunggar Basin and Tarim Basin.Tarim Basin is similar to Qaidam Basin in hydrocarbon source rock type,hydrocarbon generation evolution and hydrocarbon accumulation law.The hydrocarbon source rock includes limestone,mudstone and carbonaceous mudstone,they all have experienced secondary hydrocarbon generation,so the hydrocarbon of Tarim Basin and Qaidam Basin is mixed source hydrocarbon.By means of the successful experience in the oil and gas exploration of the Carboniferous of Zhunggar Basin and Tarim Basin,the whole exploration of the Paleozoic strata including Cambrian-Ordovician,Carboniferous in Qaidam Basin needs to be strengthened.The intrusive rocks have an important impact on the maturity of hydrocarbon source rock.Ancient reservoirs,secondary hydrocarbon reservoirs and mixed source hydrocarbon reservoirs are the main preservation forms of the hydrocarbon from the Carboniferous source rocks.

Key words:hydrocarbon generation potential;Carboniferous;Junggar Basin;Tarim Basin;Qaidam Basin

文章編號(hào)：1673-064X(2016)02-0038-06

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.02.006

中圖分類號(hào)：TE122.1

作者簡(jiǎn)介：葛巖(1984-)，男，博士，工程師，主要從事油氣藏形成與分布、非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家地質(zhì)大調(diào)查“柴達(dá)木盆地油氣資源潛力評(píng)價(jià)”項(xiàng)目(編號(hào)：1212010818054)；中海油能源發(fā)展英才計(jì)劃課題(編號(hào)：HFKJYC-GJ2015003)

收稿日期：2015-11-28

E-mail:geyan@cnooc.com.cn