南祁連盆地哈拉湖凹陷中三疊統(tǒng)大加連組烴源巖評(píng)價(jià)

朱曉莉，吳磊章，趙軍輝

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069)

1 地質(zhì)概況

質(zhì)灰?guī)r、生物灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r夾少量灰-灰綠色鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖的巖石組合，厚度約313 m。

南祁連盆地地處祁連山系南部，北側(cè)相連于發(fā)育廣泛的前寒武系的中祁連，南部以宗務(wù)隆山與柴達(dá)木盆地相鄰，整體呈北西方向展布，面積約6.3萬(wàn) km2，盆地廣泛發(fā)育有海相二疊系和三疊系。早、中三疊世，南祁連地區(qū)在繼承了晚古生代海相沉積環(huán)境的基礎(chǔ)上，海水自東南向西北侵入，形成了陸表淺海沉積;晚三疊世由于印支運(yùn)動(dòng)的影響，基本結(jié)束了南祁連海相盆地的演化歷史［1-4］。哈拉湖坳陷(圖1)位于疏勒南山隆起、陽(yáng)康隆起與拜興哈達(dá)隆起之間，形狀近似為長(zhǎng)方形，呈北西-南東向展布，為盆地面積最大的構(gòu)造單元，面積約10 000 km2?？傮w構(gòu)造樣式以短軸背、向斜和穹式褶皺為主。研究區(qū)中三疊統(tǒng)大加連組主要為肉紅-紫紅色、灰-灰黑色灰?guī)r、砂

2 烴源巖基本地球化學(xué)特征

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

關(guān)于碳酸鹽巖類烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度的下限值至今尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同單位和學(xué)者所提出和選用的有機(jī)質(zhì)豐度下限值都是根據(jù)本國(guó)或本地區(qū)的實(shí)際情況靠經(jīng)驗(yàn)確定的［5-8］。根據(jù)南祁連盆碳酸鹽巖類生烴巖的高成熟熱演化特點(diǎn)，并結(jié)合秦建忠(2004)和程克明(1996)的研究結(jié)果［5］，初步將研究區(qū)碳酸鹽巖類烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度的下限值定為0.03%，大于0.03%為烴源巖類，小于0.03%為非烴源巖類，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 南祁連盆地碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試分析及綜合研究表明，中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖是哈拉湖坳陷一套重要的生烴巖系，巖石有機(jī)質(zhì)的豐度特征見(jiàn)表2。測(cè)試結(jié)果表明，該區(qū)大加連組碳酸鹽巖類生烴巖的40塊樣品的有機(jī)碳(TOC)含量介于0.006%～0.03%，平均值為 0.02%;生烴潛量(S1+S2)介于 0.01～0.04 mg/g，平均值為0.038 mg/g。與前面初步制定的碳酸鹽巖類烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較，有機(jī)碳豐度值與生烴潛量豐度值均達(dá)差等烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為，哈拉湖坳陷大加連組碳酸鹽巖屬差烴源巖。

圖1 南祁連盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

表2 哈拉湖坳陷中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)豐度特征

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

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(guò)渡型以及熱演化程度高的特點(diǎn)，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［7］。

2.2.1 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(lái)源的有機(jī)質(zhì)其元素組成有較大差異。一般認(rèn)為來(lái)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殖型干酪根富氧貧氫，H/C原子比低。經(jīng)過(guò)綜合測(cè)試、分析對(duì)比，對(duì)研究區(qū)中三疊統(tǒng)大加連組地面剖面樣品干酪根有機(jī)元素進(jìn)行范式圖投點(diǎn)(圖2)。從圖中可以看出，樣品全部落入高成熟甚至過(guò)成熟范圍內(nèi)。Ⅰ型、Ⅱ型區(qū)內(nèi)無(wú)一樣品落入，并且部分樣品呈離散狀落在了Ⅲ型干酪根下面的虛線附近［6］。

經(jīng)分析研究，認(rèn)為造成上述情況的原因主要有兩個(gè)方面:一是由于研究區(qū)的三疊系地層已進(jìn)入高成熟和過(guò)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的含量不斷降低，掩蓋了元素組成的真正面貌，使得樣品的大部分為Ⅲ型干酪根;二是碳酸鹽巖在沉積和成巖過(guò)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)的氫組分大量流失，造成一些樣品落在了范氏圖上左下角及虛線附近。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。

圖2 研究區(qū)烴源巖干酪根有機(jī)元素組成范式圖

2.2.2 干酪根鏡檢特征

研究區(qū)中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖中干酪根顯微組份主要為類脂組，平均含量為75%，多數(shù)樣品集中分布在60%～80%之間，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)組含量相對(duì)較小，平均含量為7%，樣品主要集中分布在6%～9%之間，來(lái)源于高等植物的木質(zhì)組分，無(wú)熒光顯示(圖3-a)。惰質(zhì)組含量相對(duì)較高，平均含量為14%，多數(shù)樣品集中分布在10%～20%之間，鏡下多為不透明的黑色絲質(zhì)體，部分呈塊狀(圖3-b)。腐泥組含量很少，見(jiàn)于個(gè)別樣品中，含量?jī)H占5%～7%，這可能是區(qū)內(nèi)烴源巖干酪根類型較差的主要原因之一。

分析認(rèn)為，研究區(qū)中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖類烴源巖的干酪根顯微組份中，類脂組含量較高;其次是鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，純腐泥組很少。表明碳酸鹽巖沉積中有機(jī)質(zhì)具陸源和水生二元性，為海陸過(guò)渡相的有機(jī)質(zhì)特征。

圖3 哈拉湖坳陷中三疊統(tǒng)大加連組烴源巖有機(jī)顯微組分特征

2.2.3 可溶有機(jī)質(zhì)-氯仿瀝青“A”族組分特征

一般認(rèn)為，腐泥型(Ⅰ)烴源巖的飽和烴/芳香烴比值大于3，腐殖型(Ⅲ)烴源巖的飽和烴/芳香烴比值為 0.08～0.5，混合型(Ⅱ)烴源巖的飽和烴/芳香烴比值介于兩者之間。從飽和烴、芳香烴比值(圖4)分析，所有樣品的飽/芳比值都大于1，多數(shù)樣品飽/芳比值介于l～3之間，少數(shù)樣品超過(guò)3或達(dá)到更高。因此，研究區(qū)中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖類烴源巖主要為混合型(Ⅱ)。

圖4 哈拉湖坳大加連組烴源巖氯仿瀝青“A”的飽和烴-芳烴關(guān)系圖

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)豐度和類型確定后，有機(jī)質(zhì)成熟度就成為烴源巖能否生成大量石油或天然氣的關(guān)鍵［8］。目前研究有機(jī)質(zhì)成熟度的方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)很多，本文主要采用巖石熱解法、飽和烴氣相色譜法，對(duì)研究區(qū)中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖類烴源巖進(jìn)行有機(jī)質(zhì)成熟度研究［7-8］。

2.3.1 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)?？紤]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。采用了徐偉民(1993)建議的“各熱演化階段(Tmax℃)的變化范圍”(表3)來(lái)分析比較。

表3 劃分碳酸鹽巖熱演化階段的Tmax(℃)范圍

研究區(qū)碳酸鹽巖樣品Tmax值介于470℃～500℃，平均值為486.7℃。表明研究區(qū)中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖類烴源巖處于成熟—高成熟階段。

2.3.2 飽和烴氣相色譜特征

OEP值與CPⅠ值是常用來(lái)判別烴源巖成熟度的指標(biāo)之一，兩者均以飽和烴奇偶優(yōu)勢(shì)來(lái)表征有機(jī)質(zhì)的熱演化程度。隨著熱演化程度加大，飽和烴奇偶優(yōu)勢(shì)逐漸消失。完全成熟烴源巖的OEP值具有不隨碳數(shù)高低而變化的特點(diǎn)，低碳數(shù)、高碳數(shù)區(qū)間正烷烴的奇偶優(yōu)勢(shì)均已消失。對(duì)研究區(qū)碳酸鹽巖樣品的 OEP值進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，OEP值在0.79～1.70之間，平均值為 1.26;CPⅠ值介于1.25～1.80，平均值為1.48。數(shù)據(jù)明顯表明有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高，已進(jìn)入成熟-高成熟階段。

3 結(jié)語(yǔ)

南祁連盆地哈拉湖坳陷中三疊統(tǒng)大加連組碳酸鹽巖類烴源巖主要由中層淺灰色、深灰色生物灰?guī)r、微晶灰?guī)r組成。綜合分析認(rèn)為:研究區(qū)該套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度差;有機(jī)質(zhì)主要為Ⅱ2型;有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高，已進(jìn)入成熟-高成熟階段。綜合評(píng)價(jià)為差烴源巖。

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