準噶爾盆地瑪湖凹陷風城組泥巖與泥質白云巖熱模擬產物特征對比

高崗++向寶力++都鵬燕 馬萬云 陳哲龍 任江玲 柳廣弟

摘要：通過瑪湖凹陷風城組湖相泥巖與泥質白云巖加水熱模擬試驗氣態和液態產物組成、產率的對比，分析了氣態和液態產物組成、產率隨模擬溫度的變化特征。結果表明：熱模擬的烴類氣體相對含量隨模擬溫度升高表現為增加趨勢，而非烴類氣體則降低；氣體組成表現為泥質白云巖的CO2含量低于泥巖，其他組分含量則相反；各樣品的氣體產率均隨模擬溫度升高而持續增加，生油高峰溫度主要在330 ℃～350 ℃之間，這明顯低于干法熱模擬，與實際地質條件下的溫度更接近；烴源巖中含有碳酸鹽對生成石油比天然氣更有利；試驗條件下的CO2主要為有機成因，但也有碳酸鹽的熱分解貢獻。氣態烴的碳同位素組成總體變化幅度較小，各溫度點均表現為油型氣特征；排出油與殘留油的正構烷烴主峰碳數、相對高碳數烴的相對含量總體隨模擬溫度升高而降低；各樣品殘留油與排出油的生物標志物參數均有一定變化，在進行油源對比時應考慮這種變化的影響。

關鍵詞：泥質白云巖；泥巖；氣態產物；液態產物；熱模擬；排出油；風城組；瑪湖凹陷

中圖分類號：TE122；P618.130.1文獻標志碼：A

0引言

瑪湖凹陷作為準噶爾盆地的主力生烴凹陷，位于該盆地的西北部，面積約5 000 km2 [12]。凹陷以北為克—百斷裂帶與烏—夏斷裂帶，西南部和東南部分別為中拐凸起與達巴松凸起，東部由北向南依次為石英灘凸起、英西凹陷、三個泉凸起與夏鹽凸起。凹陷內的沉積地層從下到上依次發育上古生界石炭系、二疊系、中生界三疊系、侏羅系、白堊系和新生界第三系與第四系，其中的二疊系風城組為準噶爾盆地西北緣油氣的主力烴源巖[35]。風城組烴源巖巖性主要有泥巖類和白云巖類，白云巖往往不純，或多或少含有一定量的泥質成分；泥巖中也不僅僅含有黏土礦物，還有大量泥質級別的石英、長石等礦物成分和有機質。整個風城組巖石物性總體比較致密，具有形成致密油氣的基本條件[610]。大量研究表明，風城組烴源巖生成的油氣在瑪湖凹陷及其周緣廣泛分布，尤其近年在其凹陷的三疊系百口泉組也發現了規模油氣聚集，而且風城地區的風城組是目前致密油氣的勘探熱點之一[9，1112]。作為風城組兩種重要巖性的白云巖和泥巖類，其沉積環境、有機質類型、成烴特征等都應該存在一定差別。根據已有研究，瑪湖凹陷內風城組的白云巖和泥巖類在平面上的主體分布區域有差別[9]，這種差別可能導致區域上原油生物標志物組成特征、原油性質的差異。那么，白云巖和泥巖類在埋藏演化過程中的成烴特征和生物標志物組成有無差異？由于鉆井烴源巖分析測試資料并不系統，巖性變化大，難以再現相同巖性源巖連續的演化序列，因而難以完整地進行不同巖性源巖成烴演化特征等方面的對比研究。為此，本文選取風城組泥質白云巖和泥巖進行密閉容器的加水熱模擬試驗，利用氣態、液態產物等信息，對比兩種不同巖性的油氣生成特征。

1樣品與試驗方法

由于凹陷內的風城組埋深大，目前還沒有鉆井鉆遇，所以模擬樣品分別選取風南7井風城組的灰色泥質白云巖與夏76井風城組的灰色泥巖巖芯（圖1、表1），

其鏡質體反射率（Ro）分別為0.74%和0.65%，主要處于成熟早期—低成熟晚期階段。泥質白云巖具有較高的硫含量（質量分數，下同）（441%），總有機碳（TOC）為071%，殘留烴量（S1）、熱解烴量（S2）和生烴潛量（S1+S2）分別為379×10-3、1.18×10-3和4.97×10-3，熱解峰溫（Tmax）為401 ℃，氫指數（HI）為166.2×10-3。泥巖的硫含量相對較低（0.87%），TOC值為0.9%，殘留烴量、熱解烴量和生烴潛量分別為4.18×10-3、3.45×10-3和7.63×10-3，熱解峰溫為427 ℃，氫指數為385.5×10-3。如果同時考慮氫指數和烴指數，則泥質白云巖和泥巖的生烴潛力非常

烴源巖氯仿抽提物中均有較高的飽和烴含量，膠質和瀝青質含量較低，其中泥質白云巖的飽和烴、芳香烴、膠質和瀝青質含量分別為86.1%、107%、1.6%和16%，泥巖分別為69.6%、19.9%、21%和8.4%。飽和烴中正構烷烴分布完整，中低碳數異構烷烴也有較高含量（圖2、表2）。泥質白云巖和泥巖的姥植比（Pr/Ph）分別為0.62和0.50，均顯示還原的母質沉積環境。一定的伽馬蠟烷含量表明母質形成于一定鹽度的水體中，泥質白云巖和泥巖的伽馬蠟烷/C30藿烷值分別為029、016，預示了泥質白云巖形成于鹽度相對較高的水體中。泥質白云巖、泥巖的正構烷烴奇偶優勢比（OEP）和碳優勢指數（CPI）都在1.0左右，20S/（20R+20S）C29甾烷值和ββ/（αα+ββ）C29甾烷值顯示泥質白云巖的母質成熟度高于泥巖。泥質白云巖的熱解峰值（401 ℃）較低，主要與含白云石有關。

Pr代表姥鮫烷；Ph代表植烷；C20代表碳數為20的正構烷烴；TT代表三環萜烷；H代表藿烷；M代表莫烷；C27、C28與C29分別為ααα20RC27、C28、C29正規甾烷

采用密閉金屬容器的加水熱模擬方法進行烴源巖生烴模擬試驗。選取310 ℃、330 ℃、350 ℃、370 ℃共4個溫度點，模擬時間為24 h。熱模擬前將巖芯樣品粉碎至小于1 mm粒徑的巖石粉末，混合均勻，分成四等份，分別進行4個溫度點的熱模擬試驗。具體試驗過程見文獻[13]。

2試驗結果與討論

通過熱模擬試驗主要獲得氣態和液態產物兩部分，其中的氣態產物包括烴類和非烴類。對氣態產物進行氣相色譜分析，獲得氣態產物組分的體積分數，對主要烴類組分和CO2進行碳同位素組成分析。根據收集的氣態、液態產物與樣品原始有機碳含量，計算了不同樣品在不同模擬溫度下的氣態產物產率（mL·g-1）和液態產物產率（10-3），根據氣態產物產率和氣體組成數據計算了烴類氣體的產率（mL·g-1）。

2.1氣態產物組成特征

熱模擬氣態產物由烴和非烴類氣體組成，其中非烴氣體組分主要有CO2、H2、N2，還有部分O2；烴類氣體包括飽和烴和烯烴類，以飽和烴為主，烯烴體積分數相對較低（表3）。自然界天然氣中幾乎全為飽和烴，模擬條件下的烯烴存在表明自然系統與試驗系統生烴機理存在一定差異[14]。從氣體組分來看，隨著模擬溫度升高，烴類氣體和H2體積分數主要為增加趨勢，但非烴中的CO2、O2、N2體積分數主要隨溫度升高而降低（表3）。這種成分體積分數的變化表明，溫度升高利于氣態烴類的形成，非烴氣相主要在有機質演化的早中期形成。不同模擬溫度下，泥質白云巖的烴類氣體組分、O2、N2與H2體積分數總體均高于泥巖，只有CO2體積分數總體低于泥巖。自然界天然氣中H2體積分數普遍很低，模擬條件下生成相對較多的H2預示了地下有機質在演化過程中應該也有H2的生成，只不過由于其強烈的化學活性和擴散作用，難以有效保存。CO2的形成對于地層中酸性成巖環境的形成有重要作用，這對于次生溶蝕孔隙的形成極為有利，另外由于CO2極易與環境發生各種化學作用，在實際氣藏中往往含量較低。相同溫度下泥質白云巖的N2體積分數明顯高于泥巖，而實際氣藏中的N2體積分數