陳迎賓，胡 燁，王彥青

(中石化石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214126)

引 言

德令哈坳陷西起錫鐵山，東至沙利克山，面積約為1.5×104km2，構造區(qū)劃屬柴達木盆地北緣(簡稱柴北緣)走滑逆沖帶東段。該區(qū)石炭系地層發(fā)育齊全、分布廣泛、厚度大且埋藏淺，是目前柴達木盆地以石炭系為烴源巖油氣勘探目的層的現(xiàn)實領域[1-2]。由于勘探程度低，早期研究過程中采樣點分布局限(多集中于石灰溝地區(qū))、研究類型單一(主要針對碳酸鹽巖)，對坳陷內(nèi)各地區(qū)不同類型烴源巖缺乏深入、系統(tǒng)的研究和評價[3-4]。在德令哈地區(qū)露頭剖面實測及系統(tǒng)取樣、分析的基礎上，對石炭系烴源巖有機質豐度、類型及其成烴演化階段進行了全面分析與客觀評價，對德令哈坳陷進一步油氣遠景評價及勘探部署具有重要意義。

1 石炭系發(fā)育特征

德令哈坳陷石炭系廣泛出露于歐龍布魯克山、埃姆尼克山、旺尕秀、牦牛山等老山邊緣，是柴北緣石炭系出露點最多、出露厚度最大、出露層位最全的地區(qū)[5]。按照最新地層劃分標準[6]，德令哈坳陷石炭系自下而上發(fā)育下石炭統(tǒng)穿山溝組(C1ch)、城墻溝組(C1c)、懷頭他拉組(C1h)及上石炭統(tǒng)克魯克組(C2k)和扎布薩尕秀組(C2z)。地震初步解釋表明，坳陷內(nèi)石炭系雖已遭受不同程度的剝蝕，但仍然大面積分布，殘余厚度為400～2 000 m，整體具有西薄東厚、北薄南厚的特點。其中，旺尕秀東部、歐龍布魯克南部地區(qū)石炭系殘余厚度較大，均在1 600 m 以上[7-8](圖1)。

圖1 德令哈坳陷石炭系殘余厚度

2 烴源巖有機地球化學特征及綜合評價

2.1 有機質豐度

2.1.1 碳酸鹽巖有機質豐度及評價

海相碳酸鹽巖烴源巖的等級評定，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標準。陳丕濟[9]認為有機碳含量下限值為 0.12%，傅家謨等[10]將其定為 0.08% ～0.10%，國外有用0.20%作下限值[11]。根據(jù)德令哈坳陷石炭系碳酸鹽巖發(fā)育特征，用相對較為成熟的國內(nèi)華北地區(qū)碳酸鹽巖的標準進行烴源巖等級劃分與評價(表1)。

表1 石炭系碳酸鹽巖有機質豐度與生烴潛力評價標準

根據(jù)樣品分析結果(表2)，下石炭統(tǒng)有機碳含量為0.04% ～1.00%，生油潛量為0.01～1.03 mg/g，氯仿瀝青“A”含量為0.001 3% ～0.008 9%，總烴含量平均為0.47～5.00 mg/L。在區(qū)域上以懷頭他拉剖面最高，石灰溝剖面次之，最低為埃姆尼克山南坡(埃南)的C1h灰?guī)r，有機碳平均含量僅為0.08%，生烴潛量平均為0.02 mg/g?？梢姡率拷y(tǒng)灰?guī)r多數(shù)屬非烴源巖，只有石灰溝和懷頭他拉剖面少數(shù)灰?guī)r屬中等烴源巖。

上石炭統(tǒng)扎布薩尕秀組灰?guī)r以旺尕秀剖面的有機質豐度最高。在旺尕秀108.18 m上石炭統(tǒng)(C2z)剖面采樣8塊，分析結果表明，有機碳含量為0.050% ～1.280%，平均為0.275%;生油潛量為1.15～2.04 mg/g，平均為1.19 mg/g，氯仿瀝青“A”含量為0.004 0% ～0.067 4%，平均為0.032 9%;總烴含量為305 mg/L。這些指標在石炭系灰?guī)r中是最高的，大多數(shù)樣品達中等烴源巖等級。

2.1.2 泥巖有機質豐度及評價

由表2可知，石灰溝地區(qū)下石炭統(tǒng)C1h泥巖有機質豐度較低，有機碳含量為0.07% ～1.14%，平均為0.41%;生油潛量為0～0.13 mg/g，平均為 0.04 mg/g，氯仿瀝青“A”為0.000 8% ～0.002 8%，總烴含量只有0.27～0.72 mg/L。而從有機碳含量還有大于1.0%的樣品來看，主要是由于成熟度高，使氯仿瀝青“A”和總烴含量降低而淪為非烴源巖的。上石炭統(tǒng)的C2k和C2z的有機質豐度比C1h高。C2k泥巖的有機碳平均達1.85%，但同樣也是因氯仿瀝青“A”和總烴含量太低而屬非烴源巖，僅個別可達中等烴源巖。C2z泥巖的有機質豐度與C2k相似，歸入非烴源巖之列，只少數(shù)為差烴源巖。埃南及懷頭他拉剖面的石炭系泥巖，不論是C1h，還是C2k和C2z也都是因氯仿瀝青“A”和總烴含量太低而列入非烴源巖，少數(shù)可歸入差—中等烴源巖。旺尕秀剖面石炭系泥巖的有機質豐度最高，C2z泥巖有機碳含量為0.38%～2.63%，平均為1.31%;生油潛量為0.43～6.13 mg/g，平均為2.15 mg/g;瀝青“A”含量為0.002 5% ～0.073 2%，平均為0.036 6%;總烴含量為97～571 mg/L，平均為275×10-6，很多巖樣達到中等烴源巖等級。

表2 石炭系碳酸鹽巖、泥巖及炭質泥巖有機質豐度與評價

從上述特征來看，泥巖與碳酸鹽巖是德令哈坳陷石炭系的主要烴源巖。上石炭統(tǒng)的泥巖和碳酸鹽巖的有機質豐度高于下石炭統(tǒng)，而泥巖又高于碳酸鹽巖。由于所有樣品均來自地表露頭，受風化作用影響較大，對烴源巖有機質豐度、等級均有所影響，可以肯定地下源巖的有機質豐度會更高。從區(qū)域上看，旺尕秀地區(qū)的上石炭統(tǒng)有機質豐度最高，是有利烴源巖的分布區(qū)。石灰溝、懷頭他拉也是較有利的烴源巖分布區(qū)。

2.2 有機質類型

2.2.1 熱解分析參數(shù)與有機質類型

石灰溝、歐北、穿山溝下石炭統(tǒng)及懷西上石炭統(tǒng)的63個巖樣中只有39個樣品能測出IH和Io值。根據(jù)氫(IH)、氧指數(shù)(Io)關系(圖2)，38個樣品的有機質類型屬Ⅲ型，只有石灰溝1個泥巖樣品分布于Ⅲ型邊緣的Ⅱ型區(qū)內(nèi)。德令哈坳陷下石炭統(tǒng)主要發(fā)育廣闊臺地相沉積，有豐富的海洋生物，野外露頭中也能見到眾多的腕足、珊瑚、蜓類和藻類等海生生物化石，有機質類型理應屬腐泥型或混合型。上石炭統(tǒng)濱岸沼澤相、海陸交互相和臺沼相雖較發(fā)育，但既有濱岸陸生或河流輸入的陸生植物有機質，又有海洋生物形成的有機質，也應屬混合型或含植物有機質相對較多的混合型有機質，腐殖型應相對較少。通過對樣品熱解參數(shù)特征的分析可以發(fā)現(xiàn)，造成有機質分布于Ⅲ型區(qū)內(nèi)的主要原因是這些地區(qū)石炭系烴源巖進入過成熟階段，使有機質產(chǎn)生了“腐殖化”現(xiàn)象，從而導致烴源巖有機質類型變差。上述地區(qū)C1的44個巖樣、C2的19個巖樣中，有23個(C119個，約占C1的43.2%;C24個，約占C2的21.1%)巖樣沒有測出S2峰(即S2峰為零值)而只有低的S1峰，表明這些樣品只保存了少量可溶烴類S1峰，卻不存在由于酪根熱解產(chǎn)生的S2峰。也即這63個樣品在455℃內(nèi)已基本沒有可裂解的干酪根，能裂解的都已裂解成烴而運移散失(有的S1峰很低，在0.01 mg/g也是這個原因)，只有被砂物等包裹的包體有機質以及和礦物結合的有機質才能在裂解時放出少量S2峰。說明這些巖樣有機質的熱演化進入過成熟階段，已沒有產(chǎn)油氣潛能可言。而在23個無S2峰的巖樣中，有19個測不出最高熱解峰溫(TMAX)，另有4個TMAX低于400℃，只有205～366℃，而這個溫度也是游離烴(S1峰)的裂解溫度，并不能表明它們是未成熟的巖樣;相反，從另一個側面表明，這23個巖樣干酪根的熱裂解作用已經(jīng)完成，是產(chǎn)烴已經(jīng)結束的烴源巖。同時，在63個巖樣中有39個(約占61.9%)有效碳(CP)為零值，其余的CP值也很低，這也說明干酪根的熱裂解成烴作用已經(jīng)結束，游離烴也大多運移散失。

圖2 石炭系烴源巖氫、氧指數(shù)關系

石灰溝、歐北、穿山溝下石炭統(tǒng)及懷西上石炭統(tǒng)由于大多位處歐北、歐南和埃北大斷裂附近，動力變質作用比較強烈，有相當部分的有機質熱演化進入過成熟階段，已無生油氣潛力可言。殘留的部分成熟度也很高，達到高成熟階段，生油氣潛力也不大。而根據(jù)實驗結果，能測出S2峰和TMAX在430℃以上的巖樣，往往是有機碳含量高于0.1%的灰?guī)r、高于0.3%的泥巖以及炭質泥巖和煤。旺尕秀和石灰溝的上石炭統(tǒng)有機碳含量較高，有機質成熟度相對較低。因此，以下著重對這2個剖面的上石炭統(tǒng)烴源巖進行研究和評價。

從圖2看到，旺尕秀上石炭統(tǒng)的8個樣中，有3個泥巖、1個煤樣落在Ⅲ型區(qū)內(nèi)，2個泥巖、2個灰?guī)r落在Ⅱ型區(qū)內(nèi)。旺尕秀巖樣的TMAX分布于433～466℃之間，多數(shù)為455～466℃之間，因 IH在450～470℃間下降最快，460～480℃間又是S2峰下降最快的階段，所以旺尕秀的上石炭統(tǒng)因S2峰和IH快速下降使有機質類型偏向Ⅲ型而失真。石灰溝C2巖樣也是同樣的原因而多數(shù)分布于Ⅲ型區(qū)內(nèi)。由此也可以看出，氫(IH)、氧指數(shù)(IO)關系圖只能用于成熟階段，不能用于高熟和過熟階段有機質類型的劃分。

2.2.2 干酪根的元素組成與有機質類型

氫氧和氧碳原子比值表明，旺尕秀剖面C2的氫氧比值為0.47～0.74;氧碳比值為0.06～0.22，石灰溝剖面C2的氫氧比值為0.40～0.65;氧碳比值為0.08～0.18，均屬Ⅲ1型和Ⅲ2型干酪根。這主要是因有機質熱演化程度的增高，使氫的百分含量降低，碳的百分含量增高，從而使氫碳原子比值偏低落在Ⅲ型區(qū)內(nèi)，并不是原始有機質類型的反映。

2.2.3 干酪根的碳同位素與有機質類型

旺尕秀剖面C2樣品干酪根的δ13C‰值，除煤樣是-21.49‰，為Ⅲ2型有機質外，泥巖、炭質泥巖均屬Ⅲ1—Ⅱ型有機質，灰?guī)r樣為-28.62‰，進入Ⅰ型有機質。石灰溝剖面C2樣品干酪根碳同位素δ13C‰值為-22.2‰～-29.9‰，煤和炭質泥巖屬Ⅲ1型，泥巖、灰?guī)r多屬Ⅲ1—Ⅱ型，個別灰?guī)r為Ⅰ型有機質。干酪根碳同位素δ13C‰值也會因有機質的成熟度增高而變重，不過這些數(shù)值反映了旺尕秀和石灰溝上石炭統(tǒng)烴源巖有機質類型的真實面貌。

2.3 有機質的成熟度及其成烴演化階段

有機質的成熟程度和成烴演化階段是油氣形成潛能評價的一項主要因素，也是決定油氣勘探成功率的一項關鍵因素。前已述及，德令哈坳陷石炭系露頭有相當部分的下石炭統(tǒng)，甚至部分上石炭統(tǒng)(C2k)有機質熱演化進入過成熟階段，已無生油氣潛力可言。因此，德令哈坳陷石炭系是否還有成熟度較低、具有生烴潛力的烴源巖成為大家關注的焦點。通過石灰溝及旺尕秀上石炭統(tǒng)露頭剖面的生物標志化合物(表3)來探討其熱演化特征。

表3 旺尕秀及石灰溝剖面上石炭統(tǒng)烴源巖有機質成熟度參數(shù)

從氯仿瀝青“A”的烴族組成上來看，旺尕秀剖面的 C2z都有瀝青質組分，含量在 2.79% ～59.56%間分布;石灰溝剖面的C2k和C2z大多數(shù)沒有瀝青質組分，僅各有1個煤樣(均采自礦坑)有瀝青質組分，說明絕大多數(shù)已向烴類轉化，使得烴類含量增加。

兩剖面上石炭統(tǒng)的鏈烷烴CPI值和OEP值分別為1.01～1.06和1.02～1.24，表明正烷烴的奇偶優(yōu)勢已經(jīng)消失，是成熟有機質的特征。

石灰溝甾烷成熟度參數(shù)C2920R/20(R+S)與C29ββ/(αα +ββ)分別為 0.41 ～0.57 和 0.32 ～0.69;旺尕秀剖面這兩項比值分別為0.25～0.52和0.39～0.60。除SH-79煤樣達到高成熟階段外，其余有機質都分布于成熟區(qū)內(nèi)。旺尕秀地區(qū)烴源巖有機質的成熟度仍低于石灰溝地區(qū)。不過甾烷的成熟度參數(shù)在Ro＜1.35%以下時比較可靠，當Ro＞1.35%時就不能真實反映有機質的成熟度。

總體來說，石灰溝、旺尕秀的上石炭統(tǒng)烴源巖都已成熟，石灰溝地區(qū)成熟度相對高于旺尕秀地區(qū)。石灰溝地區(qū)處于高成熟早期至過成熟階段，這與其處于歐龍布魯克山邊緣構造作用較強有關。旺尕秀地區(qū)處于成熟階段的后期—高成熟階段早期，有的還處在大量成烴階段。因此，對德令哈坳陷石炭系的生油氣潛力評價不能一概而論，應根據(jù)其所處構造位置分別對待。尤其在坳陷內(nèi)部構造作用較弱的地區(qū)，如石炭系殘余沉積厚度較大的歐南、旺尕秀東部，應當存在有機質成熟度較低、尚有較好生烴潛力的烴源巖。

3 結論

目前對于德令哈坳陷石炭系烴源巖只能局限于露頭樣品的研究，而這些露頭大多處于老山邊緣，受構造運動影響較為強烈，有機質的高成熟度給烴源巖的評價帶來一定程度的困難。但通過研究表明，上石炭統(tǒng)烴源巖是德令哈坳陷石炭系中最具潛力的源巖類型與生油氣層系。

(1)德令哈坳陷的石炭系，尤其是上石炭統(tǒng)具有與鄂爾多斯盆地相似的煤系地層，且其碳酸鹽巖及泥巖有機質豐度高、類型好、成熟度相對較低，是該區(qū)很有潛力的一套烴源巖。

(2)德令哈坳陷勘探程度低，以石炭系為烴源巖的油氣勘探更是處于起步階段，從旺尕秀上石炭統(tǒng)烴源巖樣品成熟度來看，坳陷內(nèi)一定會存在成熟度低、具有較好生烴潛力的烴源巖。因此，對于德令哈坳陷石炭系應繼續(xù)予以重視并加大研究和勘探力度。

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