侯麗娟，黃光輝，杜宇斌

（1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊州 434000；2.長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北武漢 430100；3.青海油田鉆采工藝研究院，甘肅敦煌 736202）

吐哈盆地是我國(guó)20 世紀(jì)90 年代初期發(fā)現(xiàn)的富含煤成油資源的含煤沉積盆地，盆地中廣泛發(fā)育的侏羅系煤系烴源巖是油氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)?？墒窃斐稍撆璧孛撼蔁N現(xiàn)象這一特征，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)也取得了許多頗有成見(jiàn)的研究成果，但多年來(lái)也一直對(duì)煤成烴的主要貢獻(xiàn)組分的確認(rèn)存在諸多爭(zhēng)論。本次研究采集吐哈盆地侏羅系煤系不同層位47 個(gè)巖樣，主要來(lái)源于臺(tái)北凹陷和托克遜凹陷，進(jìn)行了全巖有機(jī)顯微組分分析、巖石熱解分析等有機(jī)巖石學(xué)分析測(cè)試，對(duì)吐哈盆地部分煤系成烴特征和標(biāo)志等進(jìn)行了討論研究，并提出了一些新的認(rèn)識(shí)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

吐魯番-哈密盆地通常被簡(jiǎn)稱為吐哈盆地，它位于塔里木、哈薩克斯坦及西伯利亞三大板塊的交匯地帶，盆地東西向分布，東西長(zhǎng)約600 km，南北長(zhǎng)60 km～130 km，總面積為53 000 km2，是天山褶皺帶中的大型山間盆地，并含有煤和油氣[1]。侏羅系是該盆地中主要的發(fā)育,厚度2 000 m～3 000 m，包括侏羅系下統(tǒng)八道灣組、三工河組，中統(tǒng)西山窯組、三間房組、七克臺(tái)組和上統(tǒng)齊古組、喀拉扎組。按侏羅系的沉積、分布及構(gòu)造特征，吐哈盆地可劃分北部坳陷、艾丁湖斜坡及南湖隆起三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[2]（見(jiàn)圖1）。

圖1 吐哈盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

2 烴源巖特征

吐哈盆地地處我國(guó)西北，是一個(gè)富煤的陸相盆地。其中，分布最廣、厚度最大的沉積地層為該盆地的侏羅統(tǒng)，同時(shí)盆地內(nèi)也發(fā)育著最重要的烴源巖，與準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系的成煤模式有著相似之處。該盆地?zé)N源巖以腐植型煤系為主，烴源巖樣品包括煤、碳質(zhì)泥巖、泥巖三種類型。下侏羅統(tǒng)八道灣組和中侏羅統(tǒng)西山窯組是主要的含煤層系[3]。中侏羅統(tǒng)七克臺(tái)組湖相至半深湖相沉積，是盆地內(nèi)的次要烴源巖。

2.1 源巖顯微組分組成與含量分布

此次研究所取樣品包括泥巖33 個(gè)，碳質(zhì)泥巖5個(gè)，煤9 個(gè)，分布于八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）、西山窯組（J2x）、三間房組（J2s）、七克臺(tái)組（J2q）。其中，西山窯組（J2x）取得樣品有泥巖13 個(gè)，碳質(zhì)泥巖5 個(gè)，煤7個(gè)。從吐哈盆地侏羅系煤系烴源巖顯微組分含量特征可以看出，研究區(qū)烴源巖有機(jī)組分主要為殼質(zhì)組+腐泥組和鏡質(zhì)組，含量最少的則是惰質(zhì)組（均值介于1.7 %～4.3 %）。從所依據(jù)的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，八道灣組（J1b）、七克臺(tái)組（J2q）、三工河組（J1s）、三間房組（J2s）的顯微組分中的鏡質(zhì)組含量均低于殼質(zhì)組+腐泥組。而西山窯組的顯微組分含量則相反，其中鏡質(zhì)組組分含量相對(duì)較高，介于14.4 %～90.6 %，平均為58.9 %；殼質(zhì)組+腐泥組組分含量相對(duì)較低，介于2.7 %～85.7 %，平均為36.7 %（見(jiàn)表1）。由于該研究區(qū)不同層位煤系烴源巖的有機(jī)顯微組分含量和組成特征不同，從而導(dǎo)致各層位烴源巖生烴潛力也存在差異。造成這一現(xiàn)象的原因，可能跟該層位不同巖性烴源巖沉積時(shí)的水體特征有關(guān)，符合煤系氣源巖的顯微組分含量特征。

表1 吐哈盆地侏羅系各層位煤系烴源巖有機(jī)顯微組分含量類比表

從吐哈盆地侏羅系各層位烴源巖有機(jī)顯微組分特征來(lái)看，西山窯組的大部分樣品中含有較大數(shù)量的鏡質(zhì)組，殼質(zhì)組+腐泥組和惰質(zhì)組含量相對(duì)較低，而鏡質(zhì)組中主要以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主[4]。七克臺(tái)組的絕大部分樣品為高殼質(zhì)組+腐泥組含量，這與它的湖相沉積環(huán)境相吻合，說(shuō)明該研究區(qū)當(dāng)時(shí)的沉積時(shí)古植物群落、古氣候、古地理環(huán)境等因素影響了顯微組分組成的特征[5]。有可能吐哈盆地侏羅系沉積時(shí)期，一方面氣候溫暖潮濕，高等植物較為發(fā)育，為有機(jī)質(zhì)提供了充足的物源；另一方面濱淺湖、湖沼等環(huán)境的交替出現(xiàn)，從而導(dǎo)致侏羅系烴源巖顯微組分組成的上述特征。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

運(yùn)用巖石熱解參數(shù)分析的方法可以準(zhǔn)確的對(duì)烴源巖類型作出評(píng)價(jià)。根據(jù)各顯微組分對(duì)烴類貢獻(xiàn)大小的不同，賦以不同的系數(shù)，計(jì)算類型指數(shù)TI 值為[6]：

TI=［（a×100+b×50+c×（-75）+d×（-100）］/100

式中：a，b，c，d 分別為腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組的相對(duì)百分含量。當(dāng)TI＞80 時(shí)為I 型，40～80 為II型，＜40 為III 型。根據(jù)該公式，采用兩種不同的計(jì)算方法，以腐泥組中所含的礦物瀝青基質(zhì)為切入點(diǎn)，一種考慮腐泥組中的礦物瀝青基質(zhì)含量，而另一種則忽略不計(jì)（見(jiàn)圖2）?？梢钥闯觯匈_統(tǒng)西山窯組的絕大多數(shù)烴源巖樣品為III 型有機(jī)質(zhì)，僅有個(gè)別樣品屬于II 型有機(jī)質(zhì)，而其余各層位的主要有機(jī)質(zhì)類型均為II 型，也有少數(shù)I 型有機(jī)質(zhì)。從圖2 可以看出，礦物瀝青基質(zhì)對(duì)煤系烴源巖類型指數(shù)的計(jì)算有著較大的影響，在不考慮礦物瀝青基質(zhì)含量的情況下，TI 值絕大部分都小于0，該研究區(qū)的所有樣品類型均變?yōu)镮II 型有機(jī)質(zhì)，這說(shuō)明礦物瀝青基質(zhì)對(duì)烴源巖樣品類型存在著不容忽視的影響。此外，西山窯組凡是含有礦物瀝青基質(zhì)的樣品點(diǎn)與不含有礦物瀝青基質(zhì)的樣品點(diǎn)間距離甚大，說(shuō)明該層位富含較多的礦物瀝青基質(zhì)。而含有異乎尋常的礦物瀝青基質(zhì)，說(shuō)明微生物生源烴類含量高，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高，被細(xì)菌改造作用明顯[7]。不同層位，不同巖性的礦物瀝青基質(zhì)的數(shù)量上有較大的差異。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)礦物瀝青基質(zhì)形成較為有利的是強(qiáng)還原環(huán)境以及細(xì)菌等微生物發(fā)育的沉積時(shí)期[8]，所以造成此現(xiàn)象的原因可能是其中某些富氫部分導(dǎo)致。在煤系地層中的原始有機(jī)質(zhì)均以高等植物為主，造成礦物瀝青基質(zhì)含量的差異，可能與強(qiáng)還原條件下的微生物作用有關(guān)。另外，該地區(qū)煤系地層中礦物瀝青基質(zhì)含量泥巖＞碳質(zhì)泥巖＞煤。

圖2 吐哈盆地侏羅系煤系烴源巖TI 值與深度關(guān)系圖

2.3 顯微組分組成特征及其生烴潛力

眾所周知，在煤系地層中最豐富的顯微組分含量應(yīng)該為鏡質(zhì)組，同時(shí)，它也是陸相烴源巖主要的有機(jī)顯微組分。鏡質(zhì)組主要來(lái)源于高等植物的木質(zhì)素組織經(jīng)過(guò)凝膠化作用形成，隨著凝膠化作用的加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體含量下降，基質(zhì)鏡質(zhì)體和均質(zhì)鏡質(zhì)體含量增加。以基質(zhì)鏡質(zhì)體+均質(zhì)鏡質(zhì)體、結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和鏡屑體百分含量為端元，構(gòu)成了吐哈盆地侏羅系各地層的鏡質(zhì)組組成特征三角圖（見(jiàn)圖3）。各層位絕大多數(shù)樣品靠近基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體端元，樣品中含有鏡屑體，結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體不發(fā)育。從西山窯組（J2x）中的樣品來(lái)看，基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其中樣品所含基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體含量為煤＞碳質(zhì)泥巖＞泥巖。在西山窯組煤中基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體含量最高可達(dá)到90.12 %。

圖3 吐哈盆地各層位烴源巖鏡質(zhì)組組成三角圖

圖4 吐哈盆地侏羅系煤系烴源巖中均質(zhì)鏡質(zhì)體含量與Pg 的關(guān)系圖

但關(guān)于吐哈盆地煤系地層基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體生烴問(wèn)題，曾也有大量大學(xué)者進(jìn)行過(guò)研究和討論，筆者也從另一角度進(jìn)行說(shuō)明（見(jiàn)圖4），為各個(gè)層位烴源巖中均質(zhì)鏡質(zhì)體與生烴潛量（Pg）關(guān)系圖。從圖4 可以看出，J2x樣品中均質(zhì)鏡質(zhì)體含量與生烴潛量之間存在著線性關(guān)系，但該組煤中均質(zhì)鏡質(zhì)體含量介于2 %～18.8 %，平均僅為10.1 %，碳質(zhì)泥巖，泥巖中含量則更少，甚至沒(méi)有，其余各層位沒(méi)有明顯的線性關(guān)系。而從圖5 中可以看出，J2x 煤和碳質(zhì)泥巖比J2x 泥巖生烴潛量大，而J2x煤和碳質(zhì)泥巖的基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體相對(duì)含量變化范圍較小，分布在57 %～90 %，J2x 泥巖變化范圍較大，分布為0 %～88 %。此外，該區(qū)樣品中煤的生烴潛量是碳質(zhì)泥巖的4.26 倍，是泥巖的28.25 倍，這也印證了煤成烴的主要貢獻(xiàn)者是基質(zhì)鏡質(zhì)體，不同層位的樣品生烴潛量均有隨著基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體增加而增加的趨勢(shì)。在富氫鏡質(zhì)中含有浸染狀的發(fā)熒光的超微類脂體存在，這類鏡質(zhì)體為油源巖之一[9-12]。有學(xué)者研究認(rèn)為，吐哈盆地侏羅系煤中超微類脂體含量一般為5 %～12 %，部分可達(dá)15 %以上[13]。關(guān)于鏡質(zhì)組中含有較豐富的超微類脂體，且認(rèn)為超微類脂體可能主要來(lái)自微生物作用高等植物而產(chǎn)生的二級(jí)有機(jī)質(zhì)。這和王飛宇等[14]研究認(rèn)為的超微類脂體的成因意義是基本相同的。從圖5 中也看出鏡質(zhì)體并不是煤系地層中泥巖的生烴貢獻(xiàn)者，與前文所論述的相符合。

圖5 吐哈盆地侏羅系煤系烴源巖中基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體含量與Pg 的關(guān)系圖

3 煤系熱解參數(shù)分布特征

對(duì)烴源巖顯微組分的熱解參數(shù)分析方法，是烴源巖生烴演化潛力快速、有效的評(píng)價(jià)方法，同時(shí)也可以為生烴演化潛力因素的討論提供了參考依據(jù)[15-16]。從吐哈盆地侏羅系烴源巖殼質(zhì)組+腐泥組、基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體的含量與氫指數(shù)（IH）和降解率（D）的關(guān)系圖版來(lái)看（見(jiàn)圖6，圖7）：該區(qū)樣品中殼質(zhì)組+腐泥組，基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體含量與氫指數(shù)（IH）和降解率（D）線性關(guān)系并不明顯。其中，J2x 煤和碳質(zhì)泥巖中的殼質(zhì)組+腐泥組含量相對(duì)泥巖要少與氫指數(shù)無(wú)正相關(guān)性。而作為煤中主要生烴并且富含較多的顯微組分基質(zhì)鏡質(zhì)體的含量與氫指數(shù)也存在不明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可能是由于其成分和形成時(shí)環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致基質(zhì)鏡質(zhì)體的生烴特點(diǎn)和潛力存在很大差異所致。結(jié)合兩圖來(lái)看，該研究區(qū)樣品的氫指數(shù)和降解率普遍較低。從各個(gè)層位烴源巖IH 的分布來(lái)看，分布范圍較為接近，該研究區(qū)煤系泥巖平均值僅71.25 mg/g TOC，介于18.48 mg/g～157.46 mg/g TOC；碳質(zhì)泥巖IH 平均為68.25 mg/g TOC；煤IH 的平均值為77.49 %，介于43.78 mg/g～166.48 mg/g TOC，可見(jiàn)，煤系烴源巖的IH 分布具有煤＞泥巖＞碳質(zhì)泥巖的特點(diǎn)。

圖6 吐哈盆地侏羅系煤系烴源巖殼質(zhì)組+腐泥組含量與IH、D 的關(guān)系圖

圖7 吐哈盆地侏羅系煤系烴源巖基質(zhì)+均質(zhì)鏡質(zhì)體含量與IH、D 的關(guān)系圖

4 結(jié)論

（1）對(duì)吐哈盆地侏羅系47 個(gè)煤系烴源巖分析其有機(jī)巖石學(xué)的特征（以西山窯組為例），認(rèn)為富氫基質(zhì)鏡質(zhì)體和礦物瀝青基質(zhì)是吐哈盆地的煤成烴的主要貢獻(xiàn)者，同時(shí)也證實(shí)前人認(rèn)為該研究區(qū)的富氫基質(zhì)鏡質(zhì)體和礦物瀝青基質(zhì)對(duì)生烴潛力起著主導(dǎo)因素這一結(jié)論。

（2）吐哈盆地侏羅系煤系烴源巖熱解數(shù)據(jù)中，氫指數(shù)和降解率并沒(méi)有明顯的高值優(yōu)勢(shì)，但有機(jī)顯微組成中“殼質(zhì)組+腐泥組”含量相對(duì)較高，這一現(xiàn)象除了考慮其環(huán)境因素，沉積特點(diǎn)以及有機(jī)質(zhì)來(lái)源等，更應(yīng)該更深層次探究其二級(jí)有機(jī)質(zhì)作用等因素。

［1］ 劉玉虎，趙丹丹，劉興旺，王亞?wèn)|，鄭建京.吐哈侏羅紀(jì)原型

盆地演化對(duì)烴源巖分布的控制［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，34（4）：29-39.

［2］ 王武和，張世煥.吐哈盆地中下侏羅統(tǒng)煤成烴的形成與富集規(guī)律［J］.新疆地質(zhì)，1999，17（1）：28-33.

［3］ 柳益群，馮喬，郝建榮.吐-哈盆地侏羅系油藏煤成油問(wèn)題的討論［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2002，23（4）：327-331

［4］ 趙長(zhǎng)毅，程克明. 吐哈盆地煤成油有機(jī)巖石學(xué)特征［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1995，22（4）：24-27.

［5］ 李賢慶，馬安來(lái)，熊波，包建平，鐘寧寧.新疆三塘湖盆地侏羅系烴源巖顯微組分剖析及其生烴模式［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，19（4）：41-45.

［6］ 尚慧蕓，等.有機(jī)地球化學(xué)和熒光顯微鏡技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1990.

［7］ 王鐵冠，鐘寧寧，侯讀杰.細(xì)菌在板橋凹陷生烴機(jī)制中的作用［J］.中國(guó)科學(xué)（B 輯），1995，25（8）：882-890.

［8］ 李賢慶，熊波，等.低熟源巖中礦物瀝青基質(zhì)的特征與成因中也曾發(fā)現(xiàn)［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，19（2）：29-35.

［9］ StachE，MacKowskyM -Th，Teichmuller M，Taylor M，GH，ChandraD，& Teichmuller R.Stach＇s Textbook of Coal Petrology，3rd.，Gebruder Bontraeger，Stuttgart，1982，535.

［10］ 趙師慶，等.變質(zhì)煤中鏡質(zhì)組有機(jī)地球化學(xué)研究［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，1988，10（2）：159-168.

［11］ 趙師慶，王飛宇.鏡質(zhì)組反射率的抑制效應(yīng)及富氫鏡質(zhì)體的形成模式［J］.淮南礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，10（3）：2-10.

［12］ 趙師慶，吳觀茂，等.腐殖煤中鏡質(zhì)組一類脂組的過(guò)渡顯微組分［J］.煤田地質(zhì)與勘探，1993，21（2）：25-30.

［13］ 趙長(zhǎng)毅，程克明，何忠華.吐哈盆地侏羅紀(jì)煤系有機(jī)質(zhì)成烴作用［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1997，24（4）：23-27.

［14］ 王飛宇. 超微層次有機(jī)巖石學(xué)及其在烴源巖評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1995，19（S1）：12-17.

［15］ 熊波，等.全巖顯微組分定量統(tǒng)計(jì)及其在烴源巖評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（3）：16-20.

［16］ 趙師慶，王飛宇，傅家漠. 不同還原型腐殖煤及其鏡質(zhì)組生烴潛力的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，1992，17（4）：101-110.