侯茂國，查　明，陳　洪，高長海，曲江秀，丁修建

準(zhǔn)噶爾盆地北三臺凸起石炭系沉凝灰?guī)r生烴潛力分析

侯茂國1，查明1，陳洪2，高長海1，曲江秀1，丁修建1

（1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

為明確準(zhǔn)噶爾盆地北三臺凸起石炭系烴源巖的生烴潛力，利用巖石熱解、碳同位素和生物標(biāo)志化合物等地球化學(xué)參數(shù)，對研究區(qū)石炭系沉凝灰?guī)r和暗色泥巖的有機質(zhì)豐度、類型、成熟度及分布特征進行了對比分析，在此基礎(chǔ)上，進行了油源對比分析。結(jié)果表明，石炭系暗色泥巖和沉凝灰?guī)r都有較高的有機質(zhì)豐度，有機質(zhì)類型以Ⅱ2—Ⅲ型為主，并且都進入了可以大量生烴的成熟階段。沉凝灰?guī)r主要發(fā)育于北三臺凸起中部，厚度大，是一套中等—好的烴源巖；暗色泥巖則厚度小，這可能是限制暗色泥巖成為主力烴源巖的主要原因。油源對比分析發(fā)現(xiàn)，西泉3油藏石炭系原油來自于石炭系沉凝灰?guī)r，進一步說明這套沉凝灰?guī)r具有生烴和排烴能力，是一套有效烴源巖。

準(zhǔn)噶爾盆地；北三臺凸起；石炭系；烴源巖；沉凝灰?guī)r；暗色泥巖；生烴潛力；油源對比

長期以來，對于烴源巖生烴潛力的評價常局限于泥巖、碳質(zhì)泥巖、煤、碳酸鹽巖等，針對沉凝灰?guī)r生烴潛力評價的研究甚少。研究發(fā)現(xiàn)，沉凝灰?guī)r也具有一定的生烴潛力［1-4］。準(zhǔn)噶爾盆地北三臺凸起石炭系局部發(fā)育較厚的沉凝灰?guī)r，其生烴潛力尚不明確。因此，本文著重分析了研究區(qū)石炭系沉凝灰?guī)r的生烴潛力，旨在為研究區(qū)油氣勘探與資源評價提供依據(jù)。

1　地質(zhì)概況

北三臺凸起是準(zhǔn)噶爾盆地東部的主力產(chǎn)油區(qū)塊之一，東鄰吉木薩爾凹陷，西接阜康凹陷（圖1），北部以鞍狀構(gòu)造逐漸過渡到沙奇凸起，南為阜康斷裂帶［5］，面積近2 000 km2.研究區(qū)經(jīng)歷了晚海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運動，這不僅影響了北三臺凸起的構(gòu)造格局，同時也控制了研究區(qū)的沉積背景及油氣成藏。北三臺凸起具雙層基底結(jié)構(gòu)，下基底為元古宇結(jié)晶基底，上基底為早—中海西運動期褶皺基底。在早—中海西運動期褶皺基底之上，發(fā)育了二疊系—第四系沉積蓋層。研究表明，準(zhǔn)噶爾盆地東部石炭系充填過程分為早石炭世與晚石炭世2個旋回7個階段［6-7］。其中，早石炭世旋回分為4個階段，第l—第3階段為火山活動期，以發(fā)育各種火山巖為特征，第4階段為火山活動的間歇期，發(fā)育了暗色泥質(zhì)巖；晚石炭世旋回分為3個階段，第5—第6階段火山活動再次發(fā)生，以發(fā)育中基性火山巖為特征，第7階段為火山間歇期，發(fā)育了以沉凝灰?guī)r與泥巖、砂巖互層為特征的地層。

研究區(qū)石炭系露頭自下而上發(fā)育下石炭統(tǒng)滴水泉組（C1d），上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組（C2b）和石錢灘組（C2s）。根據(jù)鉆井揭示，研究區(qū)石錢灘組和滴水泉組不發(fā)育，巴塔瑪依內(nèi)山組厚度相對較大，最厚超1 000 m，主要為陸相雜色火山角礫巖、熔巖、凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r，中間夾砂礫巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤層。

圖1　北三臺凸起構(gòu)造位置

2　烴源巖地球化學(xué)特征

對研究區(qū)多口鉆井進行了系統(tǒng)的樣品采集，對北三臺凸起石炭系烴源巖特征進行了研究。

（1）有機質(zhì)豐度表征有機質(zhì)豐度的指標(biāo)主要包括烴源巖中的有機碳含量、氯仿瀝青A含量、總烴含量、生烴潛量等，本文主要依據(jù)有機碳含量和生烴潛量這2個參數(shù)。

樣品統(tǒng)計結(jié)果表明（圖2），研究區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)r有機碳含量為0.12%～3.19%，平均為0.97%，其中，多數(shù)樣品有機碳含量大于0.60%，屬于有機質(zhì)豐度較好的烴源巖。沉凝灰?guī)r熱解生烴潛量為0.04～7.09 mg/g，平均為1.53 mg/g，其中，62.5%的樣品生烴潛量大于0.50 mg/g，達到了生烴標(biāo)準(zhǔn)。總體來看，研究區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)r有機質(zhì)豐度較高。暗色泥巖有機碳含量為0.27%～4.17%，平均為1.02%，近半數(shù)樣品到達了有機質(zhì)豐度較好—好烴源巖的范疇。石炭系暗色泥巖熱解生烴潛量為0.10～8.86 mg/g，平均為1.86 mg/g，反映有機質(zhì)豐度較高。綜上所述，石炭系沉凝灰?guī)r和暗色泥巖的有機質(zhì)豐度較高，都屬于較好的烴源巖。

圖2　研究區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖有機碳含量與生烴潛量

對于沉凝灰?guī)r有機質(zhì)富集機制，許多學(xué)者做過大量研究［4，8-10］?？偨Y(jié)起來有以下3點：①火山噴發(fā)期間，生物大量死亡并快速堆積埋藏；②為生物提供生存空間，并使水體生產(chǎn)力提高，為大量有機質(zhì)堆積提供可能；③導(dǎo)致水體鹽度升高及還原環(huán)境的形成，有利于有機質(zhì)保存和轉(zhuǎn)化。

（2）有機質(zhì)類型不同類型的有機質(zhì)，其生烴潛量、產(chǎn)烴類型、門限深度（溫度）和生烴過程都有一定的差異。本次研究采用3類4分法，主要從干酪根碳同位素組成、巖石熱解參數(shù)和干酪根元素等方面進行分析。

從干酪根碳同位素組成來看，沉凝灰?guī)r碳同位素值為-24.68‰～-22.22‰，平均為-23.26‰；暗色泥巖碳同位素值為-26.94‰～-24.61‰，平均為-25.78‰，反映沉凝灰?guī)r和暗色泥巖有機質(zhì)類型均為Ⅱ2—Ⅲ型（表1）?？傮w來說，研究區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖碳同位素組成偏重，屬混合型有機質(zhì)，表明有機質(zhì)母質(zhì)可能為低等水生生物和陸源高等植物的混源輸入。根據(jù)研究區(qū)巖石熱解分析結(jié)果（表1，圖3a），石炭系暗色泥巖樣品氫指數(shù)大多為100～300 mg/g，有機質(zhì)類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型，個別樣品為Ⅱ1型；沉凝灰?guī)r樣品氫指數(shù)較暗色泥巖樣品低，普遍小于250 mg/g，主要為Ⅱ2—Ⅲ型。根據(jù)干酪根氫碳比與氧碳比關(guān)系（圖3b）來看，2套烴源巖氫碳比多為0.5～1.0，有機質(zhì)類型均為Ⅱ2—Ⅲ型，這與干酪根同位素組成和巖石熱解有機質(zhì)類型劃分結(jié)果一致。綜上所述，北三臺凸起巴塔瑪依內(nèi)山組2套烴源巖有機質(zhì)類型均較差。

表1　北三臺凸起巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖地球化學(xué)參數(shù)

圖3　北三臺凸起巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖有機質(zhì)類型劃分

（3）有機質(zhì)成熟度有機質(zhì)能否生烴，除與有機質(zhì)豐度、類型有關(guān)外，還與有機質(zhì)的熱演化程度密切相關(guān)［11］。

研究區(qū)沉凝灰?guī)r和暗色泥巖鏡質(zhì)體反射率大多為0.70%～1.30%（圖4a），平均分別為1.13%和0.91%，均進入了有機質(zhì)熱演化成熟階段。由于受到實測鏡質(zhì)體反射率的限制，本文使用熱解峰溫和甾烷異構(gòu)化參數(shù)（C29甾烷20S/C29甾烷（20S+20R））對有機質(zhì)成熟度進行輔證。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看（圖4b），沉凝灰?guī)r和暗色泥巖樣品熱解峰溫多數(shù)大于440℃，平均分別為441.73℃和450.73℃，反映有機質(zhì)熱演化程度較高，多數(shù)達到成熟階段，部分處于高成熟階段。2套烴源巖C29甾烷20S/C29甾烷（20S+20R）多數(shù)在0.4以上（圖4c），部分樣品大于0.5，接近平衡狀態(tài)，由此也表明烴源巖已經(jīng)進入熱演化成熟階段。

3　烴源巖厚度與分布特征

由于受火山噴發(fā)作用影響［12］，北三臺凸起巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)r只在局部發(fā)育，連續(xù)性差。沉凝灰?guī)r在北8井厚度最大，可達250 m，并以北8井為中心向構(gòu)造低部位減薄，直至尖滅（圖5）。相比較而言，暗色泥巖在研究區(qū)內(nèi)均有分布，但厚度整體較小，北三臺凸起中部和北部較薄，厚度不足20 m，從北三臺凸起向阜康凹陷和吉木薩爾凹陷，暗色泥巖具有厚度逐漸增大的趨勢。

巴塔瑪依內(nèi)山組2套烴源巖的發(fā)育特征是由研究區(qū)獨特的沉積充填過程控制的。巴塔瑪依內(nèi)山組是盆地充填過程中第二個火山噴發(fā)—火山間歇旋回的產(chǎn)物，此旋回在較長地質(zhì)時期內(nèi)為火山活動期，發(fā)育中基性玄武巖和安山巖；后期火山間歇，發(fā)育較厚的沉凝灰?guī)r，與泥巖、砂巖互層［6-7］。研究區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組沉積巖主要發(fā)育在火山活動間歇期中的近島弧環(huán)境，沉積于海陸交互相環(huán)境，從晚石炭世早期到晚期，盆地水體逐漸變淺，使得巴塔瑪依內(nèi)山組沉積巖并不發(fā)育［6，13-14］。

4　油源對比分析

利用飽和烴色譜參數(shù)和甾烷、萜烷參數(shù)對沉凝灰?guī)r和研究區(qū)原油進行了油源對比分析，發(fā)現(xiàn)西泉3油藏石炭系原油來自于石炭系沉凝灰?guī)r。

（1）飽和烴色譜參數(shù)巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)rPr/Ph表現(xiàn)微弱姥鮫烷優(yōu)勢，為弱氧化沉積環(huán)境（表2）；ΣC21-/ΣC22+和（C21+C22）/（C28+C29）表現(xiàn)輕碳優(yōu)勢；奇偶優(yōu)勢（OEP）和碳優(yōu)勢指數(shù)（CPI）顯示奇偶優(yōu)勢不明顯，表明烴源巖進入了可以大量生烴的成熟階段。西泉3油藏原油樣品姥植比（Pr/Ph）表現(xiàn)為姥鮫烷微弱優(yōu)勢；ΣC21-/ΣC22+和（C21+C22）/（C28+C29）同樣表現(xiàn)輕碳優(yōu)勢；原油樣品OEP和CPI顯示無奇偶優(yōu)勢，表明原油為成熟原油。相比之下，暗色泥巖Pr/Ph比西泉3油藏原油樣品大，指示氧化沉積環(huán)境；ΣC21-/ΣC22+和（C21+ C22）/（C28+C29）較原油樣品小，輕碳優(yōu)勢不明顯或表現(xiàn)重碳優(yōu)勢；OEP和CPI同樣表明暗色泥巖已經(jīng)進入熱演化成熟階段。綜上所述，巴塔瑪依內(nèi)山組暗色泥巖和西泉3油藏原油飽和烴色譜參數(shù)之間有較大差異，沉凝灰?guī)r和原油則具有較強親緣性。

圖4　北三臺凸起石炭系烴源巖有機質(zhì)成熟度判別

圖5　北三臺凸起石炭系沉凝灰?guī)r厚度分布

（2）甾烷、萜烷參數(shù)巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)rC27/（C27+C28+C29），C29/（C27+C28+C29）和C27＜C28＜C29顯示C29甾烷優(yōu)勢（表3），指示有機質(zhì)輸入以高等植物為主；伽馬蠟烷/C30藿烷顯示伽馬蠟烷含量較高，指示水體鹽度高；Ts/Tm表明沉凝灰?guī)r進入成熟階段。西泉3油藏原油具有以下特征：較高伽馬蠟烷（伽馬蠟烷/C30藿烷均為0.21），高Ts/Tm（均值為0.39）；C29甾烷優(yōu)勢；整體表現(xiàn)為成熟原油，原油生源以高等植物為主，生源沉積環(huán)境水體鹽度較高。暗色泥巖C27/（C27+C28+ C29），C29/（C27+C28+C29）雖然與原油樣品相當(dāng)，但其Ts/ Tm很低，而且伽馬蠟烷/C30藿烷和C30莫烷/C30藿烷與原油差距較大?？傊?，沉凝灰?guī)r與西泉3油藏的原油在甾烷和萜烷特征參數(shù)上有著很強的親緣性，暗色泥巖則親緣性較差。

結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造背景來看，二疊紀(jì)之前，強烈的風(fēng)化淋濾作用使得西泉3油藏石炭系頂部火山巖孔滲性變好，成為良好的儲集層。多期構(gòu)造運動促生了大量斷裂，縱向上溝通了石炭系下部沉凝灰?guī)r與上部火山巖儲集層，為沉凝灰?guī)r中的原油在石炭系頂部火山巖儲集層中聚集提供了可能。綜上所述，西泉3油藏的原油來源于巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)r，表明這套沉凝灰?guī)r是一套有效烴源巖。

表2　北三臺凸起巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖、原油飽和烴色譜參數(shù)

表3　北三臺凸起巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖和原油萜烷、甾烷參數(shù)

5　結(jié)論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地北三臺凸起巴塔瑪依內(nèi)山組發(fā)育暗色泥巖和沉凝灰?guī)r2套烴源巖，沉凝灰?guī)r為石炭系主力烴源巖，主要發(fā)育于北三臺凸起中部，厚度較大，最大厚度可達250 m；暗色泥巖整體較薄，最大厚度約50 m.巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)r和暗色泥巖有機質(zhì)豐度都較高，有機質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅲ型，平均有機碳含量分別為0.97%和1.02%，平均生烴潛量分別為1.53 mg/g和1.86 mg/g；平均鏡質(zhì)體反射率分別為1.13%和0.91%，均進入了可以大量生烴的成熟度階段。

（2）西泉3油藏石炭系原油與上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)r具有很強的親緣性，與暗色泥巖的特征參數(shù)有一定差異。西泉3油藏石炭系原油來源于巴塔瑪依內(nèi)山組沉凝灰?guī)r，說明這套沉凝灰?guī)r，是一套有效烴源巖，在今后的油氣勘探中應(yīng)予以重視。

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（編輯曹元婷）

Analysis of Hydrocarbon Potential of Carboniferous Tuffite in Beisantai Swell，Junggar Basin

HOU Maoguo1，ZHA Ming1，CHEN Hong2，GAO Changhai1，QU Jiangxiu1，DING Xiujian1
（1.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

To identify hydrocarbon potential of the Carboniferous source rocks in Beisantai swell of Junggar basin，abundance，type，maturity and distribution of organic matter in Carboniferous tuffite and dark shale in the study area are correlated and analyzed on the basis of geochemical parameters such as rock pyrolysis，carbon isotope and biomarkers，etc.，based on which oil-source correlation and analysis are carried out.The result shows that the Carboniferous tuffite and dark shale have relatively high organic matter abundance with organic matter type dominated by TypeⅡ2-Ⅲthat have entered into the matured phase of large amount of oil and gas generation.The tuffite mainly occurs in the central Beisantai swell and is a set of thick and moderate-good quality source rocks.The dark shale is of less thickness，which may constrain the rock to be the key source rock.The results of oil-source correlation and analysis also exhibit that the oil in Xiquan-3 reservoir is sourced from the Carboniferous tuffite，which can further verify the capability of hydrocarbon generation and expulsion of this tuffite as effective source rocks.

Junggar basin；Beisantai swell；Carboniferous；source rock；tuffite；dark shale；hydrocarbon potential；oil-source correlation

TE112.113；TE112.114

A

1001-3873（2016）05-0537-05DOI：10.7657/XJPG20160507

2016-03-31

2016-06-21

國家973項目（2014CB239005）；國家科技重大專項（2016ZX05001，2016ZX05006）

侯茂國（1990-），男，山東濟寧人，碩士研究生，石油與天然氣地質(zhì)，（Tel）15318884177（E-mail）houmaoguo212@163.com