杜治利，劉洪軍，張枝煥

(1.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 油氣資源調(diào)查中心，北京 100037；3.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

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準噶爾盆地南緣中二疊統(tǒng)烴源巖地球化學特征

杜治利1，2，劉洪軍3，張枝煥1

(1.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 油氣資源調(diào)查中心，北京 100037；3.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

以準噶爾盆地南緣地區(qū)妖魔山與紅雁池剖面中二疊統(tǒng)蘆草溝組與紅雁池組樣品為例，采用有機地球化學及有機巖石學方法，系統(tǒng)分析中二疊統(tǒng)烴源巖有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型及成熟度。研究結(jié)果表明：中二疊統(tǒng)蘆草溝組和紅雁池組烴源巖厚度大，表征有機質(zhì)豐度的有機碳含量、氯仿瀝青“A”、總烴等地球化學參數(shù)均顯示達到較好—好烴源巖的標準，有機質(zhì)類型以Ⅰ型與Ⅱ1型為主，顯微組分多為孢子體、角質(zhì)體以及藻類體，以富氫組分為主，有機質(zhì)成熟度Ro在0.6%以上，而在凹陷深部二疊系成熟度更高，三疊紀早期達到生油高峰，到目前為止已經(jīng)結(jié)束生烴。總體上，中二疊統(tǒng)烴源巖具有較好的生烴能力，具有勘探價值。

烴源巖；地球化學特征；中二疊統(tǒng)；準噶爾盆地南緣

杜治利，劉洪軍，張枝煥.準噶爾盆地南緣中二疊統(tǒng)烴源巖地球化學特征[J].西安石油大學學報(自然科學版)，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

準噶爾盆地南緣分布在昌吉凹陷的南側(cè)，天山北部的天山山前沖斷帶，經(jīng)歷了海西、印支、燕山和喜馬拉雅4期構(gòu)造運動，形成了3排構(gòu)造帶，主要發(fā)育二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系與第三系地層，以陸源碎屑巖沉積為主，其中二疊系以中二疊統(tǒng)為主，劃分為蘆草溝組與紅雁池組[1-4]。目前，已經(jīng)在三排構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)了霍爾果斯、呼圖壁、齊古、獨山子與吐谷魯?shù)群蜌鈽?gòu)造帶(圖1)，發(fā)育三疊系、侏羅系的下部自生自儲型和白堊系與第三系下生上儲型3大成藏組合[5-8]，前人的研究對其油氣來源普遍有爭議[9-14]，多數(shù)觀點認為油氣主要來源于侏羅系、白堊系與古近系，可能有二疊系的貢獻。本文試圖從盆地南緣典型野外剖面中二疊統(tǒng)烴源巖的地球化學特征分析入手，探討其生油氣潛力，進而指導準噶爾盆地南緣的油氣勘探工作。

圖1　準噶爾盆地南緣構(gòu)造位置圖及取樣點位置Fig.1　Tectonic locaton and sampling points of the southern margin of Junggar Basin

1　樣品實驗室分析

準噶爾盆地南緣中二疊統(tǒng)地層出露較好的地區(qū)主要位于烏魯木齊附近的妖魔山與紅雁池剖面，在中二疊統(tǒng)蘆草溝組和紅雁池組地層中發(fā)育有深灰色泥巖、頁巖及灰黑色泥巖，厚度大，最厚可達900 m(圖2)，具有很好的代表性。本次在這2個典型剖面中共取樣105個，樣品采樣地點見圖1。取巖樣約200～300 g，在不超過50 ℃的條件下粉粹至粒徑為0.18 mm(60～80目)進行常規(guī)的有機碳、有機質(zhì)抽提及熱解分析。選取20塊泥巖做有機巖石學實驗分析，以識別有機質(zhì)含量、顯微組分組成及相對含量。烴源巖定量分析測試條件為：測量儀器設備采用熒光顯微鏡LABORLUX 12 POL顯微鏡光度計(MPV-3)，測量條件為油浸50倍物鏡，總放大倍數(shù)為800，檢測室溫為23 ℃。

2　有機質(zhì)豐度特征

烴源巖豐度評價指標主要包括有機碳、生烴潛力、氯仿瀝青“A”和總烴。妖魔山剖面中二疊統(tǒng)蘆草溝組灰色泥巖有機質(zhì)豐度分析表明(表1、圖3)，其有機碳TOC質(zhì)量分數(shù)分布變化不大，范圍介于1.09%～18.91%，平均值為5.54%，有機質(zhì)豐度較高，基本上大于1.0%；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)介于0.01%～0.04%，平均0.03%，大于0.01%；“S1+S2”介于0.57～109.98 mg/g，大多數(shù)樣品在10 mg/g，大于6 mg/g，值偏高；總烴質(zhì)量分數(shù)介于80.21～207.68 mg/g，平均125.15 mg/g，含量較低；氫指數(shù)(IH)分布介于35.00～724.00 mg/g，平均342.77 mg/g，大于200 mg/g；生烴產(chǎn)率指數(shù)(IP)介于0～0.14，平均值為0.03；有效碳質(zhì)量分數(shù)(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%；烴指數(shù)介于2.11～35.04，平均7.23。故妖魔山地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組灰色泥巖為較好烴源巖。而妖魔山剖面中二疊統(tǒng)紅雁池組灰色泥巖的有機碳TOC質(zhì)量分數(shù)分布變化不大，范圍為0.22%～3.92%，平均1.89%(表1、圖3)，有機質(zhì)豐度較高，大于1.00%；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)介于0.002%～0.040%，平均0.020%，大于0.010%；“S1+S2”變化范圍大，介于0.10～10.64 mg/g，平均2.22 mg/g，大于2 mg/g；總烴質(zhì)量分數(shù)介于67.93～168.84 mg/g，平均值為131.12 mg/g；氫指數(shù)(IH)為15.00～246.00 mg/g，平均63.88 mg/g；生烴產(chǎn)率指數(shù)(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%；烴指數(shù)介于0.95～7.88，平均3.21。因此，妖魔山地區(qū)中二疊統(tǒng)紅雁池組灰色泥巖為差—中等好的烴源巖。

圖2　準噶爾盆地南部中二疊統(tǒng)暗色泥巖厚度Fig.2　Isopach map of the middle Permian dark mudstone in the southern Junggar Basin

圖3　妖魔山剖面中二疊統(tǒng)烴源巖地球化學剖面Fig.3　Geochemical characteristics of the middle Permian source rocks in Yaomoshan section

剖面層位w(TOC)/%(S1+S2)/(mg·g-1)w(氯仿瀝青“A”)/%w(總烴)/(mg·g-1)氫指數(shù)/(mg·g-1)Tmax/℃妖魔山地區(qū)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紅雁池地區(qū)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

紅雁池剖面中二疊統(tǒng)蘆草溝組巖性主要為深灰色泥巖，其有機碳TOC含量分布范圍變化不大，質(zhì)量分數(shù)介于1.54%～6.76%，平均3.44%(表1、圖4)，有機質(zhì)豐度較高，大于1.0%；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)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，數(shù)值偏高；總烴質(zhì)量分數(shù)介于69.43～1 353.13 mg/g，平均493.31 mg/g；氫指數(shù)(IH)分布于566.00～25.00 mg/g，平均301.14 mg/g，大多數(shù)樣品在200 mg/g以上；生烴產(chǎn)率指數(shù)(IP)0.02～0.09，平均0.04；CP為0.09%～3.59%，平均1.25%；降解率D為2.16%～48.28%，平均26.02%，大多數(shù)樣品在20%左右；烴指數(shù)介于1.23～30.49，平均12.40。因此，紅雁池地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組為較好的烴源巖。紅雁池剖面中二疊統(tǒng)紅雁池組巖性主要為灰色泥巖，其有機碳質(zhì)量分數(shù)分布變化不大，介于0.76%～5.30%，平均2.65%(表1、圖4)，有機質(zhì)豐度較高，大于1.00%；氯仿瀝青“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，數(shù)值偏高；總烴質(zhì)量分數(shù)介于82.50～564.93 mg/g，平均323.71 mg/g，含量中等；氫指數(shù)(IH)分布介于12～369 mg/g，平均146.67 mg/g；生烴產(chǎn)率指數(shù)(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為1.06～31.40，平均12.55；烴指數(shù)介于0.39～18.72，平均4.64。因此，紅雁池地區(qū)中二疊統(tǒng)紅雁池組為中等好的烴源巖。

圖4　紅雁池剖面中二疊統(tǒng)烴源巖地球化學剖面Fig.4　Geochemical characteristics of the middle Permian source rocks in Hongyanchi section

3　有機質(zhì)類型

烴源巖的全巖顯微組分可較好地反映有機質(zhì)生烴母質(zhì)的分布特征，并通過不同顯微組分的定量特征表明烴源巖形成時期的古環(huán)境特征，恢復烴源巖形成的有機相。常規(guī)生烴母質(zhì)主要包括孢子體、角質(zhì)體、藻類體、樹脂體、木栓質(zhì)體和瀝青質(zhì)體。對中二疊統(tǒng)泥巖顯微組分的鑒定分析表明(圖5)，蘆草溝組烴源巖有機質(zhì)主要以殼質(zhì)組與礦物瀝青基質(zhì)為主，殼質(zhì)組主要有孢子體、角質(zhì)體以及藻類體，孢子體呈黃色、金黃色熒光特征，個體??；藻類體主要呈層狀分布，具有明顯的黃色熒光特征，分布極為廣泛。紅雁池組泥巖殼質(zhì)組以分布孢子體與殼屑體為主。孢子體個體較小，呈黃色、環(huán)帶狀分布；殼屑體分布也極為廣泛；藻類體不發(fā)育，有機質(zhì)明顯以裸子植物的孢子體為主，部分層段為藻類體，有機質(zhì)類型也較好，為Ⅰ型干酪根，達到優(yōu)質(zhì)烴源巖的標準(圖6)。巖石垂向分布特征表明，優(yōu)質(zhì)烴源巖層段有機質(zhì)的含量較高，主要發(fā)育殼質(zhì)組，孢子體與殼屑體的豐度相對較高。妖魔山蘆草溝組泥巖部分層段明顯富集藻類體，生烴條件較好；紅雁池組泥巖鏡質(zhì)組的含量較高，由此水體變淺，富氫組分的含量變低。部分層段殼質(zhì)組的含量也較高，達到優(yōu)質(zhì)烴源巖的標準，主要分布在紅雁池組的中上部。

圖5　準噶爾盆地南緣中二疊統(tǒng)烴源巖有機巖石學特征Fig.5　Organic petrological characteristics of the middle Permian source rocks in southern Junggar Basin

圖6　中二疊統(tǒng)烴源巖顯微組分特征及IH-Tmax關系Fig.6　Microcomponent characteristics and IH-Tmax diagram of the middle Permian source rocks

從有機顯微組分的特征看，妖魔山剖面中二疊統(tǒng)蘆草溝組泥巖中形態(tài)有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)高，介于8.70%～36.50%，其中殼質(zhì)組平均11.33%，其次為鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組。在殼質(zhì)組中，成烴組分主要為藻類體，質(zhì)量分數(shù)平均可達7.02%，其次為孢子體和殼質(zhì)碎屑體，平均質(zhì)量分數(shù)分別為4.14%和2.76%。此外，礦物瀝青基質(zhì)平均質(zhì)量分數(shù)可達11.08%，所占比例也較高，其他礦物成分平均質(zhì)量分數(shù)在70%左右。紅雁池組形態(tài)有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)在4.20%～19.10%，明顯低于蘆草溝組，其中惰質(zhì)組的含量最高，質(zhì)量分數(shù)平均4.63%，其次為鏡質(zhì)組與殼質(zhì)組。殼質(zhì)組平均質(zhì)量分數(shù)約2.00%，主要由孢子體與殼屑體構(gòu)成，平均含量小于2%，缺少藻類體。礦物含量在80%以上，礦物瀝青基質(zhì)也較低，平均值為1.35%，其生烴組分含量整體明顯低于蘆草溝組。

紅雁池剖面蘆草溝組形態(tài)有機質(zhì)含量較高，質(zhì)量分數(shù)在10%以上，平均21.24%，其中殼質(zhì)組含量最高，均值為13.68%，其次為鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組，平均質(zhì)量分數(shù)3%～5%。殼質(zhì)組分中藻類體含量較高，質(zhì)量分數(shù)可達30%以上，平均17.85%；其次為殼屑體與孢子體，平均質(zhì)量分數(shù)分別為3.98%、2.42%；礦物成分含量變化較大，最低值為38%，礦物瀝青質(zhì)量分數(shù)平均9%左右。紅雁池組形態(tài)有機質(zhì)含量也低于蘆草溝組，平均值僅11.73%，多數(shù)為礦物，其礦物質(zhì)量分數(shù)在80%以上，殼質(zhì)組質(zhì)量分數(shù)小于10%，其次為惰質(zhì)組與鏡質(zhì)組。殼質(zhì)成分主要為殼屑體，含量變化大，平均值在3.0%左右，孢子體與藻類體含量較低，質(zhì)量分數(shù)在2%左右，礦物瀝青基質(zhì)含量也不高，質(zhì)量分數(shù)在5%左右。

上述分析表明，妖魔山剖面與紅雁池剖面蘆草溝組的有機顯微組分含量明顯高于紅雁池組，蘆草溝組殼質(zhì)組的含量較高，多數(shù)為藻類體與殼屑體，生烴潛力較好。

此外，可以利用采集樣品的最高熱解峰溫(Tmax)與氫指數(shù)相關圖來判斷有機質(zhì)類型[5](圖5)。從這些樣品的Tmax-IH相關性來看，中二疊統(tǒng)蘆草溝組與紅雁池組烴源巖主要為Ⅰ型與Ⅱ1型。

4　有機質(zhì)成熟度

鏡質(zhì)體反射率是有機質(zhì)成熟度的標尺，可以反映烴源巖的熱演化程度。由于所選取的樣品為野外露頭，烴源巖的成熟度不高，蘆草溝組Ro一般在0.63%～0.71%，平均0.66%，而紅雁池組烴源巖Ro一般在0.61%～0.84%，平均0.76%，表明二疊系烴源巖已經(jīng)進入生烴門限。但從盆地南部二疊系的埋深與成熟度演化來看，二疊系烴源巖底界在晚二疊世就已經(jīng)達到了生烴門限，三疊紀早期達到生油高峰，并在晚三疊世進入生氣階段(圖7)，由于二疊系地層厚度較大，二疊系烴源巖頂界演化相對滯后，至侏羅紀末期已經(jīng)進入高成熟度階段，現(xiàn)今二疊系烴源巖生烴基本終止。

圖7　準噶爾盆地南部中二疊統(tǒng)紅雁池組烴源巖現(xiàn)今Ro等值線Fig.7　Ro contour map of Hongyanchi Formation source rocks of the middle Permian in southern Junggar Basin

5　結(jié)　論

(1)準噶爾盆地南緣妖魔山與紅雁池地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組和紅雁池組烴源巖厚度大，以碳質(zhì)頁巖或泥巖為主，這2個剖面的蘆草溝組和紅雁池組烴源巖有機質(zhì)豐度較高，達到了中等—好烴源巖的標準。

(2)紅雁池組與蘆草溝組有機質(zhì)類型主要為Ⅰ型與Ⅱ1型。

(3)妖魔山與紅雁池組野外露頭鏡質(zhì)體反射率不高，剛進入生烴門限，二疊系烴源巖底界在晚二疊世就已經(jīng)達到了生烴門限，三疊紀早期達到生油高峰，并在晚三疊世進入生氣階段，現(xiàn)今二疊系烴源巖生烴基本終止。

(4)準噶爾盆地南緣中二疊統(tǒng)蘆草溝組和紅雁池組烴源巖有很好的生烴能力，具有較好的勘探價值。

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責任編輯：王 輝

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

國家科技重大專項項目(編號：2011ZX05002)

杜治利(1979-)，男，博士，高級工程師，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學研究。E-mail:12990766@qq.com

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

TE122.1

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

A