鄧 磊，文志剛，劉 蘊，董紋希，劉 聰

(1.長江大學工程技術學院，湖北 荊州 434020;2.長江大學，湖北 武漢 430100; 3.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

漠河盆地漠河組天然氣水合物潛在氣源巖評價

鄧 磊1，2，文志剛2，劉 蘊3，董紋希3，劉 聰3

(1.長江大學工程技術學院，湖北 荊州 434020;2.長江大學，湖北 武漢 430100; 3.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

通過對鉆井及露頭剖面樣品的分析，基于烴源巖的分布及有機質的豐度、類型、成熟度等指標，對漠河盆地漠河組天然氣水合物潛在氣源巖進行了深入剖析與有效評價，以期為該區(qū)天然氣水合物的勘探提供理論依據。結果表明:漠河組分布穩(wěn)定且連續(xù)，暗色泥巖沉積厚度大，由西至東逐漸減薄;總有機碳含量平均為1.85%，其中71.38%的樣品被評價為中等及以上烴源巖;有機質類型以Ⅱ1、Ⅱ2型為主，少量為Ⅰ型;有機質熱演化程度均已達到高成熟—成熟階段。結合烴源巖厚度、豐度、類型及演化程度等特征將天然氣水合物有利區(qū)劃分為3類，龍河林場一帶烴源巖沉積厚度大、豐度高、類型好、熱演化程度高，可作為下一步勘探的首選目標區(qū)。

漠河盆地;漠河組;天然氣水合物;烴源巖;有機質

0 引言

漠河盆地位于大興安嶺北部地區(qū)，北與俄羅斯毗鄰，分屬漠河、呼瑪、塔河3縣管轄，地理坐標為:東經121°07＇～125°45＇，北緯5°20＇～53°03＇。屬大陸高寒氣候，結冰期長達7個月左右，年平均氣溫為-4.9℃，為中國三大多年凍土分布區(qū)之一［1-2］。國外學者在俄羅斯、美國和加拿大等國的環(huán)北冰洋凍土區(qū)先后發(fā)現了9處天然氣水合物產地，中國也于2009年在祁連山木里地區(qū)鉆獲天然氣水合物實驗樣品，但與之同屬多年凍土區(qū)的漠河盆地在天然氣水合物的勘探上卻鮮有突破［3-6］。究其原因，主要在于前人對漠河盆地研究程度較低，基礎地質資料匱乏，未能有效研究區(qū)內潛在氣源巖層。在區(qū)域地質調查及實驗分析的基礎上，深入剖析了漠河盆地潛在氣源巖的有機地球化學特征，并對其進行了綜合評價，以期對漠河盆地天然氣水合物的勘探及戰(zhàn)略選區(qū)提供一定指導。

1 區(qū)域地質概況

漠河盆地區(qū)域構造上位于興蒙造山帶額爾古納地塊東北部，興安—布列亞中間地塊的西側，蒙古—額霍次克中生代褶皺帶的南緣，呈東西向展布，長約300 km，寬約80 km，在中國境內面積約為21 500 km2，與北部俄羅斯境內的烏舒蒙盆地相連為同一盆地［6］。

漠河盆地為一中生代陸相盆地，中侏羅世為其主要的形成時期，在整個大興安嶺地區(qū)北部發(fā)育了巨厚的陸源碎屑沉積。中侏羅統(tǒng)由下至上依次發(fā)育繡峰組(J2x)、二十二站組(J2e)、漠河組(J2m)和開庫康組(J2k)［6］。

2 烴源巖分布特征

受沉積相及巖相古地理控制，區(qū)內J2m分布范圍廣，發(fā)育一套灰黑—黑色中細粒巖屑長石砂巖、粉砂巖、細砂巖、泥巖夾砂礫巖及煤層，其暗色泥巖沉積厚度大，分布穩(wěn)定，為區(qū)內潛在的供氣源巖層。實測剖面分析表明:研究區(qū)J2m暗色泥巖厚度最大為1 300 m，最小處亦超過200 m;西部廣泛分布于北極村—二道河一線，暗色泥巖沉積厚度均超過400 m;中部地區(qū)暗色泥巖整體沉積厚度較西部小，其中北紅村一帶沉積厚度最大，約700 m;東部地區(qū)則由于地殼抬升，地層遭受大面積剝蝕沉積厚度相對較小(圖1)。

圖1 漠河盆地J2m暗色泥巖厚度等值線

3 烴源巖地球化學特征

3.1 有機質豐度

J2m烴源巖整體表現為高總有機碳含量，低生烴潛量、氯仿瀝青“A”及總烴含量，其中生烴潛量為0.02～9.76 mg/g，平均為0.35 mg/g;氯仿瀝青“A”為0.003 9%～0.044 1%，平均為0.014 0%;總烴含量為43.00～161.64 μg/g，平均為46.10 μg/ g。低氯仿瀝青“A”與總烴含量可能為早期排烴過程中的液態(tài)產物在后期演化過程中大量氣化所致，而低生烴潛量則可能為烴源巖在生烴后，部分烴類排出，導致生烴量急劇減少所致［7-10］。故研究主要選取總有機碳含量作為有機質豐度評價的主要指標，并結合生烴潛量、氯仿瀝青“A”及總烴含量等參數輔助判斷。

圖2 漠河盆地J2m烴源巖有機質豐度綜合評價

圖3 漠河盆地J2m烴源巖總有機碳等值線

J2m暗色泥巖總有機碳含量為 0.09%～17.73%，均值達到1.56%，中等烴源巖的樣品約占總數的19.47%，好烴源巖的樣品約占26.34%，達到最好烴源巖標準的樣品占25.57%(圖2)。結合總有機碳含量平面分布圖(圖3)認為，研究區(qū)西部泥巖厚度大，分布連續(xù)，但遭受動力變質作用影響強烈，暗色泥巖已趨于板巖化，導致其熱演化程度過高，各項指標偏低，總有機碳含量均小于0.4%;中部地區(qū)總有機碳含量較西部地區(qū)明顯升高，平均為1.69%;東部地區(qū)剝蝕廣泛，風化嚴重，且多為植被覆蓋。綜合判斷，J2m烴源巖為中等—好的烴源巖。

3.2 有機質類型

3.2.1 有機質顯微組分

由有機質顯微組分的觀察與統(tǒng)計(表1)可以看出:漠河盆地J2m烴源巖樣品中腐泥組含量較高(43.0%～82.3%，平均為61.5%)，其次為鏡質組(17.7%～47.0%，平均為34.5%)，而殼質組與惰質組含量普遍較低，基本沒有顯示，在一定程度上指示了該層位有機質保存較好，氧化程度較低，同時也反映區(qū)內沉積壞境為水體較深，較封閉的還原環(huán)境［11-12］。J2m烴源巖有機質類型主要為Ⅱ1、Ⅱ2型，二者所占比例相近，而Ⅰ型有機質僅占7%。

表1 漠河盆地J2m烴源巖有機質顯微組分統(tǒng)計

3.2.2 巖石熱解參數

對262塊露頭及巖心樣品熱解參數研究顯示: J2m烴源巖氫指數(IH)為1.0～113.0 mg/g，平均為18.7 mg/g，降解潛率(D)為0.06%～9.49%，平均為1.76%，有機質類型主要為Ⅲ型，少量為Ⅱ2型;其西部地區(qū)有機質類型相對較好，Ⅱ2、Ⅲ型均有分布，中部地區(qū)有機質類型主要以Ⅲ型為主，有少量Ⅱ2型，東部地區(qū)樣品較少，有機質類型主要為Ⅲ型(圖4)。

圖4 漠河盆地J2m烴源巖IH-Tmax(最高熱解峰溫)及D-Tmax有機質類型劃分

3.2.3 生物標志化合物

研究區(qū)J2m烴源巖樣品中孕甾烷與升孕甾烷含量較高，規(guī)則甾烷多呈現V字型或偏L字型分布，指示了以低等水生生物為主的混合母源特征。而在C27-C28-C29相對組成三角圖(圖5)中［13］，樣品點集中分布于Ⅱ1—Ⅱ2型有機質區(qū)間，僅有個別樣品落入Ⅲ型有機質區(qū)間，與有機質顯微組分分析結果一致。

圖5 漠河盆地J2m烴源巖甾烷C27-C28-C29相對組成

綜上，利用巖石熱解參數、有機質顯微組分、生物標志物等方法分析區(qū)內烴源巖有機質類型，其結果存在一定差異，究其原因主要為動力變質作用導致的熱演化差異所致。而巖石熱解參數、生物標志物等分析方法中使用的各項參數指標，均受熱演化程度影響較大，不能準確、有效地反映最終結果，故綜合判斷區(qū)內烴源巖類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，少量為Ⅰ型。

3.3 有機質成熟度

3.3.1 鏡質體反射率

通過對研究區(qū)露頭及巖心樣品的分析統(tǒng)計表明:區(qū)內 J2m樣品的鏡質體反射率為0.80%～3.54%，平均為2.02%，整體處于高—過成熟階段;研究區(qū)東部地區(qū)樣品Ro為0.99%～1.54%，平均為1.27%，烴源巖演化程度偏低，處在成熟階段;中西部地區(qū)樣品 Ro為0.80%～3.54%，平均為1.80%，有機質演化程度逐漸增高，普遍處于高—過成熟階段。由此判斷，研究區(qū)烴源巖樣品有機質成熟度由東至西逐漸增加，熱演化程度逐漸變高。而在研究區(qū)中部，通過對三零干線—小丘古拉河剖面的連續(xù)采樣發(fā)現，由南至北、由深至淺烴源巖Ro也呈現遞增的趨勢，越靠近北部構造帶，動力變質作用越強，熱演化程度越高。

3.3.2 生物標志化合物

盧雙舫等［14］認為，正構烷烴碳優(yōu)勢指數(CPI)與奇偶優(yōu)勢(OEP)可作為成熟度參數，當其值大于1.20時樣品未成熟，研究區(qū)J2m烴源巖對應參數平均值分別為1.07和0.90，均小于1.20 (表2);Huang D F等［15-21］將甾烷成熟度參數B1(C29甾烷αββ含量與C29甾烷αββ、C29甾烷ααα含量之和的比)和B2(C29甾烷ααα20S含量與C29甾烷ααα20S、C29甾烷ααα20R含量之和的比)的低熟至成熟邊界分別定為 0.25～0.43，0.27～0.42，而區(qū)內 J2m烴源巖對應參數的平均值為0.45和0.50(表2)。結合上述生物標志化合物特征，表明區(qū)內J2m烴源巖均已進入成熟階段。

表2 漠河盆地J2m烴源巖生物標志物成熟度參數統(tǒng)計

綜合上述分析，Ro與Tmax均反映研究區(qū)內J2m烴源巖熱演化程度較高，普遍處于高—過成熟階段，而生物標志化合物由于受到成熟度及異構化反應平衡點的影響，其結果與二者略有差異，但亦指示烴源巖均已成熟，故判斷漠河盆地J2m烴源巖正處于高—過成熟階段。

4 有利勘探區(qū)劃分

從烴源巖的總有機碳分布及熱演化程度入手，結合暗色泥巖展布規(guī)律及構造發(fā)育特征，對區(qū)內J2m天然氣水合物有利勘探區(qū)進行了初步劃分，并按等級將其劃分為3類。

(1)Ⅰ類有利勘探區(qū)。位于龍河林場附近，區(qū)內J2m沉積厚度大，暗色泥巖厚度普遍大于300 m，最厚處為700 m，總有機碳含量為1.00%～1.50%，烴源巖熱演化程度高，多處于高成熟階段，局部受到動力變質作用影響處于過成熟階段;斷裂發(fā)育，為區(qū)內的天然氣的聚運提供了有效通道。

(2)Ⅱ類有利勘探區(qū)。位于小丘古拉河以西地區(qū)，構造上位于推覆構造中部，靠近前鋒帶。區(qū)內J2m烴源巖厚度為300～600 m，其總有機碳含量略低于Ⅰ類有利勘探區(qū)，集中分布于1.0%左右。

(3)Ⅲ類有利勘探區(qū)。位于北極村及鄰近地區(qū)，J2m烴源巖雖沉積厚度大，但鉆井揭示其有機質豐度較低，且熱演化程度過高。此外，該區(qū)地處推覆構造帶的根部，動力變質較為普遍，糜棱巖化及板巖化作用發(fā)育，構造破壞程度較高。

5 結論

(1)漠河盆地J2m暗色泥巖，總有機碳含量為0.09%～17.73%，平均為1.85%，達到中等烴源巖標準以上的樣品占總數的71.38%;有機質生源表現為以低等水生生物為主的混合母源特征，有機質類型以Ⅱ1、Ⅱ2型為主，少量為Ⅰ型;Ro與Tmax均反映出烴源巖正處于高—過成熟階段。由于其沉積厚度大、分布穩(wěn)定、有機質豐度較高，可作為區(qū)內潛在的有效烴源巖層。

(2)將研究區(qū)J2m天然氣水合物有利勘探區(qū)初步劃分為3類，中部龍河林場一線烴源巖厚度大、豐度高、熱演化程度較高、動力變質發(fā)育程度較弱，可作為下一步天然氣水合物勘探的首選目標區(qū);小丘古拉河以西則因其有機質豐度略低于龍河林場而作為備選區(qū);西部北極村一線強烈的變質作用導致烴源巖有機質豐度低且熱演化程度過高，故作為勘探的風險區(qū)。

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編輯張 雁

TE122.1

A

1006-6535(2015)05-0033-05

20150407;改回日期:20150810

中國地質調查局國家海洋地質專項“東北凍土天然氣水合物資源勘查”(2014GZH-003-24-5);中國地質調查局項目“中國中東部構造體系控油作用研究”(1212011120965);長江大學工程技術學院科學研究發(fā)展基金項目“漠河盆地中侏羅統(tǒng)天然氣水氣物氣源巖研究”(15j0101)

鄧磊(1983-)，男，講師，2006年畢業(yè)于中國地質大學(北京)材料科學與工程專業(yè)，現為長江大學礦產普查與勘探專業(yè)在讀博士研究生，主要從事油氣地球化學方面的研究與教學工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.006