青海天峻坳陷三疊系大加連組烴源巖特征

許 睿，譚富榮

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069;2.中煤航測(cè)遙感局，陜西西安710069)

青海省南祁連盆地?zé)N源巖包括碳酸鹽巖型和暗色泥巖、頁巖型。其碳酸鹽巖生烴巖主要見于石炭系、下二疊統(tǒng)和中三疊統(tǒng)，厚度為中厚—厚層狀。生烴巖，這里理解為所有已生烴的巖石，包括了烴源巖和只能生烴而不能使得生成烴類發(fā)生運(yùn)移和聚集的非烴源巖兩類。烴源巖是指能夠生烴或是有可能生烴，并可以保證烴類發(fā)生運(yùn)移和聚集的巖石，是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)。烴源巖的分布規(guī)模、有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度，決定著含油氣盆地生成潛力的大小，進(jìn)而影響油氣勘探目標(biāo)的選取。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

天峻坳陷，位于南祁連盆地最南部，南與宗務(wù)隆山相鄰，北與陽康－天棚隆起、拜興哈達(dá)隆起相連。呈北西－南東向展布，形狀呈狹長(zhǎng)帶狀，面積較小，約為4 500 km2。沉積蓋層主要為二疊系、下中三疊統(tǒng)。大部分地區(qū)被第四系所覆蓋。其構(gòu)造形態(tài)為北西西－南東東向延伸的大型復(fù)向斜構(gòu)造，并伴生有斷裂構(gòu)造。其構(gòu)造樣式以線形構(gòu)造為主體，多形成一些延伸較遠(yuǎn)的背斜和向斜構(gòu)造。地層傾角較緩，大多在20°－30°之間。

表1 大加連組生烴巖有機(jī)質(zhì)豐度特征Tab.1 The Organic abundance characteristics of source rock in Dajialian formation

2 烴源巖評(píng)價(jià)

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

考慮到南祁連盆地主要研究層段目前已進(jìn)入高成熟—過成熟階段及其受上述各項(xiàng)豐度指標(biāo)的影響，我們選擇以有機(jī)碳為主要指標(biāo)，結(jié)合熱解生烴潛量(S1+S2)，并參考其它參數(shù)對(duì)盆地各層組巖石的有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前，碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)豐度的下限值尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同單位及學(xué)者根據(jù)自己的情況對(duì)此有多種看法。據(jù)此我們結(jié)合劉寶泉等(1984)對(duì)于華北地區(qū)下古生界—中新元古界的高成熟的烴源巖提出的有機(jī)豐度下限值為0.05%，程克明(1996)提出的生烴巖類隨著演化度的增高，其有機(jī)碳數(shù)是下降的，并在一定階段，它將趨于一個(gè)定值，0.03%左右。

從表1中的有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”及生烴潛量(S1+S2)來看，天峻坳陷大加連組碳酸鹽巖生烴巖的有機(jī)碳豐度值為0.05% －0.08%，平均值為0.69%，達(dá)到中等烴源巖的有機(jī)碳豐度標(biāo)準(zhǔn)，氯仿瀝青“A”為39－40 PPm，平均值為39.57 PPm，生烴潛量 Sl+S2為0.04 mg/g－0.1 mg/g，平均值為0.079 mg/g，生烴潛量值已達(dá)中等烴源巖要求指標(biāo)。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

不同成烴母質(zhì)形成不同干酪根類型，而不同類型的干酪根具有不同的油氣生成潛力。針對(duì)南祁連盆地三疊系烴源巖中有機(jī)質(zhì)類型大部分具過渡型，加上沉積成巖后期熱演化程度高的特點(diǎn)，我們認(rèn)為重點(diǎn)將混合型有機(jī)質(zhì)細(xì)分是較恰當(dāng)?shù)摹?duì)于有機(jī)質(zhì)類型采用三類四分法，即將有機(jī)質(zhì)(干酪根)類型劃分為腐泥型(I)、腐殖腐泥型(Ⅱ1)、腐泥腐殖型(Ⅱ2)及腐殖型(Ⅲ)三類四種。

1)干酪根有機(jī)元素組成特征。有機(jī)元素是沉積巖中有機(jī)質(zhì)的基本組成，不同來源的有機(jī)質(zhì)其元素組成有較大差異。一般認(rèn)為來自水生生物的腐泥型干酪根富氫貧氧，H/C原子比高，類型好，生烴潛力大，而以陸生高等植物為主的腐植型干酪根富氧貧氫，H/C原子比低。應(yīng)引起注意的是干酪根的元素組成不僅取決于原始母質(zhì)的品質(zhì)，而且也與熱演化程度有關(guān)。

圖1是天峻坳陷挑選的部分樣品中三疊統(tǒng)大加連組地表剖面樣品干酪根有機(jī)元素組成的范氏圖，從圖中可看出樣品落在圖的左下方高成熟—過成熟范圍內(nèi)。I型、Ⅱ型區(qū)內(nèi)無一樣品落入。另有少量樣品呈離散狀落在了Ⅱ型干酪根下面的虛線附近。

經(jīng)過分析研究認(rèn)為造成上述情況的原因，一方面是研究區(qū)內(nèi)三疊系已處于高成熟和過成熟階段，隨著熱演化程度的加深，干酪根的元素組成向富碳方向斂合，而H、O含量不斷降低，掩蓋了元素組成的真正面貌，使得大部分樣品點(diǎn)落在了圖的左下方范圍內(nèi);另一方面是碳酸鹽巖在沉積和成巖過程中大量原始有機(jī)質(zhì)丟失，加上地表風(fēng)化等原因，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)氫組分的大量流失，造成了一些樣品落在了范氏圖左下角及虛線附近。

表2 天峻坳陷大加連組干酪根鏡鑒結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.2 The result of inspect kerogen in DaJialian formation of TianJun depression

盡管受上述多種因素影響，給劃分干酪根類型帶來了一定難度，但根據(jù)其演化趨勢(shì)分析，認(rèn)為其主要還是由腐泥腐殖型干酪根(Ⅱ2型)組成。

2)干酪根鏡檢特征。干酪根的鏡下鑒定是劃分干酪根最常用的方法之一。用這種方法確定干酪根類型的優(yōu)點(diǎn)是指標(biāo)不受熱演化程度的影響。不足之處是由于鏡下統(tǒng)計(jì)采用的是目估法，類型劃分常不盡一致。

通過鏡下對(duì)干酪根碎屑的鑒定和統(tǒng)計(jì)，顯示天峻坳陷三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖中干酪根顯微組份主要為類脂組，大加連組平均含量為76%，多數(shù)樣品集中分布在60% －80%之間(表2)。類脂組成分中以生物降解的水生生物為主。其次含有數(shù)量不等的植物孢子、花粉及殼屑。

鏡質(zhì)組也是碳酸鹽巖干酪根主要的顯微組份。從鏡下鑒定統(tǒng)計(jì)的結(jié)果來看，含量相對(duì)較小，大加連組平均為8%，樣品主要集中在5% －8%范圍內(nèi)。來源于高等植物的木質(zhì)部分，無熒光顯示，鏡下可見到輪廊清晰的外形。

南祁連盆地?zé)N源巖干酪根中惰質(zhì)組相對(duì)鏡質(zhì)組來說含量要高，大加連組惰質(zhì)組平均含量為15%左右，多數(shù)樣品集中在10% －20%之間，鏡下多為不透明的黑色絲質(zhì)體，部分呈塊狀。

典型腐泥組含量很少，只在個(gè)別樣品中發(fā)現(xiàn)，含量低，僅占5% －7%，這可能是坳陷內(nèi)碳酸鹽巖烴源巖干酪根類型較差的主要原因之一。

3)可溶有機(jī)質(zhì)特征。由于不同類型、不同來源的有機(jī)質(zhì)在其熱演化過程中形成產(chǎn)物不盡相同。因此通過分析巖石中的氯仿瀝青“A”族組份特征，也可幫助判斷有機(jī)質(zhì)類型。

從天峻坳陷中三疊大加連組碳酸鹽巖的氯仿瀝青“A”的族組份分析來看，其飽和烴及芳烴平均值相差不大，但具體到各個(gè)樣品之間比較，含量卻有差異。

總體以飽和烴含量較高，芳烴較低，非烴加瀝青質(zhì)占有一定比例為主要特征。飽和烴含量一般在25% －55%左右，芳烴含量一般在10% －29%，而非烴加瀝青質(zhì)的含量多數(shù)在40%－70%之間。所以在族組份三角圖中(圖2)，樣品比較集中地分布在圖右側(cè)偏向非烴加瀝青質(zhì)一側(cè)。

從飽和烴、芳烴比值分析，現(xiàn)有樣品的飽/芳比值都大于1，多數(shù)樣品飽/芳比值介于1－3之間，少數(shù)樣品超過3或達(dá)到更高。一般認(rèn)為腐泥型(I)生油巖，飽/芳比值大于3，腐植型(Ⅲ)生油巖該比值為0.5－0.08，混合型(Ⅱ)生油巖介于兩者之間，因此本區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型應(yīng)屬混合型(Ⅱ)。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度特征

沉積巖中的有機(jī)質(zhì)在地質(zhì)體中的受熱程度及所處的熱演化階段，決定了有機(jī)質(zhì)能否轉(zhuǎn)化成烴類、油氣生成的時(shí)期及生成數(shù)量的多少和產(chǎn)出程度。對(duì)此，得從以下幾個(gè)方面討論南祁連盆地有機(jī)質(zhì)的成熟度。

1)鏡質(zhì)體反射率(Ro)。鏡質(zhì)體反射率直接反映有機(jī)質(zhì)的受熱歷史，這是因?yàn)殡S著有機(jī)質(zhì)熱演化程度增加，鏡質(zhì)體熱演化作用增強(qiáng)，其反射率有規(guī)律增加。這種特征具有不可逆性，被認(rèn)為是確定有機(jī)質(zhì)熱演化的良好指標(biāo)。

由于中三疊統(tǒng)大加連組樣品少，我們這里是通過對(duì)天峻坳陷下二疊統(tǒng)草地溝組灰?guī)r進(jìn)行分析來判斷大加連組情況。草地溝組的Ro為1.30%左右，表明草地溝已進(jìn)入高成熟期凝析油－濕氣階段。據(jù)此，我們推測(cè)大加連組Ro值在0.8% －0.85%左右。

2)巖石熱解峰溫(Tmax℃)特征。烴源巖最大熱解峰溫(Tmax℃)值具有隨熱演化程度的增加而升高的特點(diǎn)，考慮到盆地內(nèi)碳酸鹽巖烴源巖總體有機(jī)質(zhì)豐度偏低，且熱演化程度較高，我們采用了徐偉民(1993)的變化范圍來分析比較。425℃ －475℃為成熟，475℃ －520℃為高成熟。

由盆地?zé)N源巖巖石熱解分析測(cè)定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出:天峻坳陷中三疊統(tǒng)大加連組還基本處于成熟階段上限界線內(nèi)(表3)。

上述結(jié)果與鏡煤反射率(Ro)所反映的熱演化面貌具有較好的一致性。

表3 烴源巖熱解峰溫(Tmax℃)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 The source rock of tamx data statistical table

3)包體測(cè)溫特征。通過巖石中膠結(jié)物和裂縫充填物中包裹體的溫度測(cè)定可以確定烴源巖的成熟度和向油氣的演化程度，并由此推斷油氣生成的深度及時(shí)代等。

從部分巖石的流體包裹體測(cè)溫得出的數(shù)據(jù)可初步確定:南祁連盆地?zé)N源巖在成巖演化過程中經(jīng)受的古地溫在148℃ －250℃范圍內(nèi)，其下限接近液態(tài)烴開始裂解的界限，其上限己超出液態(tài)窗口的溫度范圍，進(jìn)入到高成熟階段－過成熟階段(表4)。

表4 大加連組部分樣品巖石流體包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.4 The part of rock result of the data of test temperature of fluid inclusion

3 結(jié)論

天峻坳陷大加連組烴源巖主要由中－厚層淺灰色－深灰色生物灰?guī)r、微晶灰?guī)r等組成。烴源巖具有厚度大、分布廣的特點(diǎn)。有機(jī)質(zhì)類型普遍為Ⅱ2型，有機(jī)質(zhì)成熟度全部進(jìn)入油氣生成的成熟－高成熟期。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為天峻坳陷為中等(Ⅱ)－較差(Ⅲ)類型烴源巖分布地區(qū)。

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