秦黎明

(1.中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院 北京 100101;2.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室 北京 102249)

0 引論

侏羅紀沉積時期為中國西部盆地的主要聚煤期，氣候溫暖濕潤、高等植物發(fā)育并具有多樣性，以淺海相、沼澤相及半深湖相為主，發(fā)育煤、泥巖及碳質泥巖，然而在這些盆地內并不是都有油氣，必須在一定的地質、地球化學條件下才能形成油氣田［1］。目前，已經在吐哈盆地、三塘湖盆地侏羅系煤系地層獲得重大油氣突破，也促進了準噶爾盆地侏羅系油氣勘探［2，3］。準噶爾盆地早期的勘探實踐認為盆地內油氣主要來源于二疊系風城組與烏爾禾組烴源巖，發(fā)現(xiàn)了占盆地油氣產量一半以上的西北緣油氣聚集帶，形成了瑪湖凹陷、盆1井西凹陷及沙灣凹陷三大供烴灶的復合含油氣系統(tǒng)［4］。近年來隨著油氣勘探程度增加，逐步肯定了侏羅系烴源灶的貢獻，在準噶爾盆地東部彩南油田、南緣山前斷階帶、車排子凸起帶及腹部油氣帶均發(fā)現(xiàn)了侏羅系貢獻油氣田，成為油氣增儲上產的熱點區(qū)域［5-9］。由此，本文選取腹部及西南緣侏羅系油氣勘探的重點為對象，系統(tǒng)分析了研究區(qū)侏羅系八道灣組、三工河組及西山窯組的生烴潛力、地化特征及沉積環(huán)境，為油氣勘探提供依據。

1 地質背景

準噶爾盆地腹部及西南緣地區(qū)構造位置如圖1。該區(qū)油氣目的層位為侏羅系、白堊系、新近系沙灣組及塔西河組，目前在腹部的侏羅系、車排子的凸起帶新近系及南緣的侏羅系與白堊系發(fā)現(xiàn)了來源于侏羅系烴源巖的原油。侏羅紀沉積時期，分布范圍非常廣泛，包括八道灣組、三工河組、西山窯組與頭屯河組，具有多個沉積、沉降中心的特點，最大沉積厚度約為4 000 m，巖性主要為灰綠色、灰白色礫巖、含礫砂巖、碳質泥巖、煤以及局部發(fā)育棕紅色泥巖。早侏羅世八道灣組沉積時期，瑪湖凹陷、西北緣及東部隆起帶發(fā)育辨狀河三角洲平原與前緣，局部發(fā)育濱淺湖相，昌吉凹陷至四棵樹凹陷發(fā)育濱淺湖相至半深湖相;三工河組沉積時期，昌吉凹陷局部區(qū)域以濱淺湖至半深湖相沉積為主，瑪湖凹陷、盆1井西凹陷及陸梁隆起帶以三角洲平原與前緣亞相為主;西山窯組沉積時期發(fā)育辨狀河三角洲沉積體系、扇三角洲沉積體系和湖泊沉積體系。侏羅紀末期，由于燕山運動，構造活動具有西強東弱的特征，在侏羅紀末，上侏羅統(tǒng)發(fā)生抬升剝蝕，形成了車莫古隆起，征沙村構造帶剝蝕厚度較大，在600 m左右。

圖1 準噶爾盆地腹部及西南緣構造位置圖Fig.1 Structural position of the hinterland and southwest margin of Junggar basin

2 侏羅系烴源巖分布特征

侏羅紀早期湖盆中心大致位于準噶爾盆地中部坳陷區(qū)。盆地中西部沙灣凹陷八道灣組暗色泥巖最發(fā)育，從沙灣凹陷向北至盆1井西凹陷，最大厚度均在500 m以上。在四棵樹凹陷，八道灣組發(fā)育灰色泥巖夾煤層或炭質泥巖，暗色泥巖厚度也較大，超過100 m，而且發(fā)育厚層的煤系沉積，最厚處可達300 m(圖2a)。

三工河組烴源巖形成于早侏羅世晚期湖盆的擴張期，主要發(fā)育扇三角洲-辮狀河三角洲-濱淺湖相砂礫巖及砂泥巖沉積，上、下部分別分布一套灰色、深灰色泥巖。四棵樹凹陷三工河組發(fā)育濱淺湖相暗色泥巖夾砂巖沉積，厚度較薄，在100 m左右;沙灣凹陷厚度較大，最大厚度約為350 m(圖2b)。盆1井西凹陷厚度較薄，處于沙灣凹陷與瑪湖凹陷的過渡階段。

中侏羅世早中期，湖區(qū)開始大規(guī)模萎縮，沉積范圍進一步縮小。盆地內沉積環(huán)境主要為大面積穩(wěn)定持久的泛濫平原沼澤與辨狀河道沉積環(huán)境，西山窯組發(fā)育泥巖夾煤層，沉積范圍與三工河組相當，由于受到盆地構造演化的影響，導致沙灣凹陷沉積中心向東遷移，盆地中西部地區(qū)西山窯組沉積厚度較薄，盆1井西凹陷幾乎不發(fā)育這套烴源巖，最大厚度僅100 m左右，四棵樹凹陷在100 m左右。西山窯組烴源巖厚度變化較大，往東逐漸增厚，最大厚度為450 m(圖2c)。

侏羅紀末期構造抬升導致上侏羅統(tǒng)頭屯河組較大范圍地層剝蝕，厚度變薄。

3 烴源巖生烴潛力分析

從不同凹陷的侏羅系的烴源巖分布表明(表1)，盆1井西凹陷羅系八道灣組與西山窯組有機質豐度分布不均勻，但多數樣品分布在0.4% ～1.6%，生烴潛力S1+S2值均不高，多數樣品均明顯小于4.0 mg/g，生烴潛力較差。沙灣凹陷八道灣組烴源巖TOC值分布較分散，多數樣品TOC值在0.8%以下，除個別樣品S1+S2值可達到6 mg/g外總體偏低;西山窯組烴源巖TOC值大部分樣品TOC小于0.4%，有部分樣品TOC為0.4% ～1.2%，S1+S2值也較低。四棵樹凹陷侏羅系八道灣組煤TOC值較高，最大值為40%左右，泥巖TOC值在1.0%左右，煤S1+S2值明顯偏高，最大值在30 mg/g以上，但是泥巖的S1+S2值較低，一般小于4 mg/g。烴源巖有機質類型見表1，侏羅系以Ⅱ2與Ⅲ型為主，個別層段有Ⅱ1型，以陸源高等植物輸入為主。成熟度之間存在明顯差異，沙灣凹陷與四棵樹凹陷基本進入生烴門限，而盆1井西凹陷幾乎處于低熟—未熟狀態(tài)，生烴能力差。總體上表明，盆1井西凹陷侏羅系烴源巖較差，沙灣凹陷侏羅系八道灣組與西山窯組部分層段烴源巖較好，三工河組烴源巖較差，四棵樹凹陷侏羅系八道灣組分布較好的烴源巖，而三工河組與西山窯組烴源巖較差(表1)。

3 烴源巖地球化學特征

(1)八道灣組

八道灣組烴源巖生物標志物具有如下特征(圖3):正構烷烴呈單峰態(tài)或雙峰態(tài)分布，主峰碳為nC17、nC23或 nC27，正構烷烴 CPI、OEP 大于 1.0，最大值為2.0，具有明顯的奇數碳優(yōu)勢，Pr/Ph為0.99～7.25，平均值為2.45，幾乎不含β胡蘿卜烷。孕甾烷與升孕甾烷不發(fā)育，ααα20RC27、ααα20RC28、ααα20RC29規(guī)則甾烷相對分布主要呈反“L”型分布，個別樣品呈“V”型分布，ααα20R甾烷C27/C29平均值為0.50，甾烷/藿烷比值在0.20左右。二環(huán)倍半萜中8β(H)—升補身烷的豐度較高，三環(huán)萜烷不發(fā)育，Ts明顯小于Tm，Ts/Tm比值介于0.02～0.80，平均值為0.35，C29降藿烷的豐度較高，伽馬蠟烷的豐度不高，伽馬蠟烷指數介于0.02～0.19，平均值為0.11，升藿烷系列化合物不發(fā)育。

圖2 準噶爾盆地侏羅系烴源巖厚度分布圖(a-八道灣組;b-三工河組，c-西山窯組)Fig.2 Thickness of Jurassic source rocks in Junggar basin

表1 侏羅系烴源巖生烴參數Table 1 The parameters of the Jurassic source rock

圖3 腹部地區(qū)侏羅系八道灣組泥巖中部分生物標志物質量色譜圖Fig.3 The mass chromatograms of the Jurassic Badaowan Formation mudstones in hinterland

八道灣組泥巖芳烴中菲的含量最高，其次含有少量的二苯并呋喃、芴、聯(lián)苯、螢蒽、惹烯和芘，個別樣品萘的含量較高，并且含有卡達烯，煤與碳質泥巖中三環(huán)與四環(huán)芳烴的含量占優(yōu)勢，比如、菲、苯并［e］芘、螢蒽和芘等，三芴中芴和二苯并呋喃含量較高(圖4)。干酪根的有機元素分析表明，八道灣組泥巖中原始H/C原子比為0.5～0.9，表明其明顯以陸源高等植物的輸入為主。干酪根碳同位素值為-28‰～-24‰，氯仿瀝青“A”δ13C值為-32‰～ -26‰，煤的干酪根碳同位素較重，δ13C值在-23‰左右(圖5)。

圖4 腹部地區(qū)八道灣組泥巖中芳烴化合物分布圖Fig.4 The diagrams showing the distribution of the aromatic hydrocarbons in the Jurassic Badaowan Formation source rocks in hinterland

圖5 腹部地區(qū)八道灣組泥巖干酪根與氯仿瀝青“A”碳同位素分布圖Fig.5 The diagrams showing the distribution of the chloroform bitumen“A”and the carbon isotopes of the kerogen of the Badaowan Formation in hinterland

(2)三工河組

三工河組泥巖生物標志物具有如下特征(圖6):正構烷烴碳數分布特征重要呈雙峰后峰型，個別樣品呈前峰型，具有明顯奇偶優(yōu)勢比，CPI與OEP明顯大于1.0，Pr/Ph值為 0.18～4.93，平均值為 2.01;ααα20RC27，ααα20RC28，ααα20RC29甾烷的相對豐度呈反“L”型分布，ααα20RC29甾烷占明顯優(yōu)勢;三環(huán)萜烷豐度較低～中等，升藿烷系列不發(fā)育，升藿烷指數在0.1以下，伽馬蠟烷指數不高，為0.01～0.26，平均值為0.10。芳烴中菲的含量較高，其次為二苯并呋喃、惹烯、苝、芴、螢蒽和芘等(圖7)。干酪根中H/C原子比小于1.0，干酪根碳δ13C值為-27‰～-23‰，氯仿瀝青“A”δ13C值為-32‰ ～ -25‰(圖8)。

(3)西山窯組

如圖9所示，侏羅系西山窯組烴源巖中正構烷烴分布完整，呈單峰態(tài)近似正態(tài)型分布，主峰碳為nC23，Pr/Ph為0.61～2.56，平均值為1.75，高碳數部分略顯奇偶優(yōu)勢，CPI值為0.99～1.66，平均值為1.25，OEP值為 1.06～1.90，幾乎不含 β-胡蘿卜烷;ααα20RC27、ααα20RC28、ααα20RC29甾烷相對豐度呈“V”型或反“L”型分布，ααα20RC29甾烷豐度最高，重排甾烷含量較低;二環(huán)倍半萜烷豐度很低，三環(huán)萜烷相對豐度很低，Ts與Tm相比豐度很低，Ts/(Ts+Tm)比值為0.09～0.15，伽馬蠟烷含量相對偏低，伽馬蠟烷指數為0.05～0.29。

侏羅系煤中正構烷烴以高碳數的正構烷烴分布為主，主峰碳為 nC23，Pr/Ph值為 3.0～7.5。ααα20RC29甾烷豐度明顯高于 ααα20RC27甾烷，重排甾烷的含量不高。三環(huán)萜烷的豐度較低，伽馬蠟烷指數較低，伽馬蠟烷/C30藿烷比值小于0.1，Ts要明顯小于Tm。西山窯組泥巖芳烴化合物中菲含量最高，其次為螢蒽和芘，惹烯含量也相對較高，苯并［e］芘、二苯并噻吩、芴及二苯并呋喃和聯(lián)苯的含量較低，煤中萘、菲和二苯并呋喃的含量較高，其次為聯(lián)苯、芴和螢蒽的含量中等，惹烯、、蒽和芘的含量不高(圖10)。西山窯組泥巖有機質H/C原子比為0.22～1.00，干酪根碳同位素值為-22.65‰～-27.12‰，氯仿瀝青“A”碳同位素值為-30.94‰～-23.97‰。

圖6 腹部地區(qū)三工河組泥巖中部分生物標志物質量色譜圖Fig.6 The mass chromatograms of the Jurassic Sangonghe Formation source rocks in hinterland

圖7 腹部及西南緣地區(qū)三工河組泥巖抽提物芳烴化合物相對豐度分布圖Fig.7 The diagrams showing the distributon of the aromatic hydrocarbons in the Jurassic Sangonghe Formation source rocks in hinterland and southwestern margin

4 沉積環(huán)境分析

八道灣組沉積早期，主要發(fā)育三角洲前緣亞相與濱淺湖相，沙灣凹陷發(fā)育濱淺湖相、湖沼相，其南部發(fā)育半深湖相，有機質發(fā)育。烴源巖主要形成于以陸源高等植物輸入為主的弱氧化—偏氧化的淡水湖相沉積環(huán)境，可能混有低等水生生物的貢獻，其主要依據包括:(1)正構烷烴碳數具有明顯奇數碳優(yōu)勢，Pr/Ph值明顯大于1.0，伽馬蠟烷指數不高。(2)ααα 20RC27規(guī)則甾烷含量明顯低于 ααα20RC29甾烷。(3)泥巖有機質中H/C原子比較低，C/N原子比較高，干酪根碳同位素明顯偏重。(4)顯微組分主要為鏡質組，含極少量的黃色孢子體、綠色薄壁角質體和黃色的殼屑體，藻類體不發(fā)育。

圖8 腹部及西緣地區(qū)三工河組泥巖干酪根與氯仿瀝青“A”穩(wěn)定碳同位素直方圖Fig.8 The diagrams showing the distribution of the chloroform bitumen“A”and the carbon isotopes of the kerogen of the Sangonghe Formation in the hinterland and southwestern margin

圖9 沙灣凹陷侏羅系西山窯組泥巖中部分生物標志物質量色譜圖Fig.9 The mass chromatograms of the Jurassic Xishanyao Formation source rocks in Shawan depression

三工河組沉積期，研究區(qū)大部分地區(qū)發(fā)育濱淺湖相，沙灣凹陷及東部地區(qū)局部發(fā)育半深湖相，烴源巖形成于偏氧化的淡水湖相沉積環(huán)境，有機生源主要為陸源高等植物碎屑，可能混有低等水生生物的貢獻，主要依據為:(1)正構烷烴碳數以高碳數為主，Pr/Ph值在2.0左右，伽馬蠟烷指數小于0.20，升藿烷系列不發(fā)育，規(guī)則甾烷中 ααα20RC29甾烷占明顯優(yōu)勢。(2)泥巖有機顯微組分中形態(tài)有機質含量較低，富氫組分主要為含量極低的呈黃色的小孢子體與薄壁角質體，部分為黃色殼屑體，未發(fā)現(xiàn)藻類體有機質。(3)有機質中H/C原子比較低，干酪根碳同位素值高。

圖10 沙灣凹陷西山窯組泥巖與煤的抽提物芳烴化合物分布柱狀圖Fig.10 The diagrams showing the distribution of the aromatic hydrocarbons in the Jurassic Xishanyao Formation source rocks in Shawan depression

西山窯組沉積期間，瑪湖凹陷、陸梁隆起帶及盆1井西凹陷發(fā)育三角洲平原與前緣亞相，沉積中心向沙灣凹陷的東部和南緣遷移，主要發(fā)育半深湖相沉積。西山窯組烴源巖主要形成于弱氧化—偏氧化的湖沼環(huán)境，生源輸入以陸源高等植物為主，其主要依據為:(1)西山窯組泥巖中Pr/Ph值大于1.0，伽馬蠟烷指數、升藿烷指數和三環(huán)萜烷含量均不高，規(guī)則甾烷中ααα20RC29甾烷占明顯優(yōu)勢;(2)有機顯微組分中鏡質體含量較高，富氫組分主要分布孢子體、角質體以及少量的殼屑體;(3)有機質中H/C原子比小于1.0，干酪根碳同位素值偏重。

5 結論

(1)侏羅系八道灣組泥巖發(fā)育，從沙灣凹陷向北至盆1井西凹陷，最大厚度均在500 m以上，四棵樹凹陷煤與泥巖均有分布，最大厚度在300 m左右;三工河組泥巖厚度分布相對較薄，四棵樹凹陷與盆1井西凹陷在100 m左右，沙灣凹陷厚度較大約為350 m;西山窯組烴源巖厚度變化較大，沙灣凹陷南部厚度較大，往東逐漸增厚，最大厚度為450 m。

(2)盆1井西凹陷侏羅系生烴潛力較差，沙灣凹陷侏羅系八道灣組與西山窯組部分層段生烴潛力較好，三工河組烴源巖較差，四棵樹凹陷侏羅系八道灣組分布較好的烴源巖，而三工河組與西山窯組烴源巖較差。

(3)八道灣組沉積早期，研究區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣亞相與濱淺湖相，沙灣凹陷發(fā)育濱淺湖相、湖沼相，其南部發(fā)育半深湖相，有機質發(fā)育，烴源巖主要形成于以陸源高等植物輸入為主的弱氧化—偏氧化的沉積環(huán)境。三工河組沉積期，研究區(qū)大部分地區(qū)發(fā)育濱淺湖相，沙灣凹陷及東部地區(qū)局部發(fā)育半深湖相，烴源巖形成于偏氧化的沉積環(huán)境，有機生源主要為陸源高等植物碎屑。西山窯組沉積期間，瑪湖凹陷、陸梁隆起帶及盆1井西凹陷發(fā)育三角洲平原與前緣亞相，沉積中心向沙灣凹陷的東部和南緣遷移，主要發(fā)育半深湖相沉積，烴源巖主要形成于弱氧化—偏偏氧化的湖沼環(huán)境，生源輸入以陸源高等植物為主。

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