羌塘盆地羌資5井二疊系展金組烴源巖基本特征

曹竣鋒，宋春彥，付修根，陳 明，鄭 博，孫偉

（1 中國地質調查局成都地質調查中心；2 國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室）

1 概 況

羌塘盆地位于青藏高原的藏北地區(qū)，在構造上處于全球油氣產量最高、儲量最豐的特提斯構造域中段［1］，面積約18×104km2。盆地南北分別以班公湖—怒江縫合帶和可可西里—金沙江縫合帶作為邊界。同時，盆地內部的中央隆起帶又將盆地分隔成北羌塘和南羌塘兩個坳陷［2］（圖1）。目前，羌塘盆地的勘探仍處于較低水平，對烴源巖的研究主要集中在中生界，即上侏羅統(tǒng)索瓦組、中侏羅統(tǒng)夏里組和布曲組以及上三疊統(tǒng)肖茶卡組，這些烴源巖主要以碳酸鹽巖、泥質巖和油頁巖三類巖性為主［3］。前兩類烴源巖分布廣泛，后一類的有機質特別富集。

圖1 羌塘盆地區(qū)域構造及鉆井位置（據(jù)文獻［9］，有修改）

通過對近年來烴源巖文獻［4-9］的閱讀發(fā)現(xiàn)：由于盆地地處高原，受交通條件和野外地質調查條件差的限制，烴源巖研究中所獲得的數(shù)據(jù)資料多來源于地表露頭剖面，缺乏地下資料；而且，地表露頭均以中生代為主，少見古生代地層。2012年，中國地質調查局成都地質調查中心在羌塘盆地中央隆起帶完成了一口深1001.4 m的鉆井——羌資5井（鉆井位置見圖1），鉆遇的地層主要為二疊系龍格組與展金組。在展金組巖心段中見有大量灰黑色—黑色的泥巖和粉砂質泥巖。

本文擬通過對羌資5井二疊系展金組泥巖和粉砂質泥巖烴源巖樣品進行研究分析，以揭示羌塘盆地二疊系烴源巖的生油前景。

展金組主要發(fā)育有三種巖性，分別是灰黑色—黑色泥巖和粉砂質泥巖、墨綠色塊狀火山角礫巖以及淺灰色粉晶和細晶白云巖。適宜作為烴源巖的泥巖和粉砂質泥巖，發(fā)育深度在413～731m。在泥巖和粉砂質泥巖中，局部含有一些凝灰質，產有豐富的蟲筳、腕足、苔蘚蟲、海綿、海百合莖、珊瑚等生物化石，但保存較差。

根據(jù)1∶25萬區(qū)域地質報告，在距離羌資5井最近的露頭剖面上，展金組層序地層由海侵體系域（TST）和高水位體系域（HST）組成。其中，TST由斜坡相的濁積碳酸鹽巖、凝灰質碎屑巖及泥巖組成，總體表現(xiàn)為向上變細的退積疊置結構，準層序組向上加深。HST也由斜坡相的濁積碳酸鹽巖、凝灰質碎屑巖及泥巖組成，但表現(xiàn)為一向上粗碎屑逐漸增多的進積結構，準層序組向上變淺。同時，剖面上可見有不同組合形式的鮑馬序列，以及蟲筳、腕足、苔蘚蟲、海綿、海百合莖、珊瑚等保存較差的生物。根據(jù)巖性組合以及古生物發(fā)育特征，反映出展金組為一套淺海斜坡相的沉積。

本次研究所測試的樣品（12個）全部取自剛打撈起的鉆井巖心，巖心自井下打撈起后立即取樣裝入樣品袋，避免了因與外界過多接觸而被污染。樣品分別送往華北油田勘探開發(fā)研究院生油室（樣品序號1—8） 和成都理工大學石油地質及工程專業(yè)實驗室（樣品序號9—12） 進行測試，分析項目包括總有機碳、巖石熱解、氯仿瀝青“A”、族組分、鏡質組反射率（Ro）、飽和烴色質分析、干酪根鏡鑒、干酪根元素。

2 有機質豐度

根據(jù)近年來對青藏高原石油地質的調查和研究，已將殘余有機碳含量0.4%作為泥質烴源巖的下限［10］。本文主要采用殘余有機碳含量（TOC）、殘余生烴潛力（S1+S2）、殘余氯仿瀝青“A”三類指標對烴源巖的有機質豐度進行評價（文中若無特別說明，這三項豐度指標分別簡稱為TOC、S1+S2和瀝青“A”)。其間，以TOC 劃分標準為主要依據(jù)，以S1+S2、瀝青“A”作為輔助指標，當TOC 與S1+S2判斷烴源巖發(fā)生矛盾時，以TOC 為準。

根據(jù)羌資5井12 個樣品的測試數(shù)據(jù)（表1）：展金組烴源巖的TOC 為0.62%～1.42%，平均值為1.15%，根據(jù)評定標準，井下烴源巖樣品的TOC 以達到“好”烴源巖為主，兩個樣品屬于“中等”烴源巖；S1+S2為0.14～0.68 mg/g，平均值為0.46 mg/g；瀝青“A”含量為0.002 4%～0.136 1%，平均值為0.031 9%。在測試數(shù)據(jù)中，TOC 數(shù)值達到“好”烴源巖的標準，但瀝青“A”值和S1+S2值均較低，這應當是因為在烴源巖演化過程中烴類生成的歷史較長、排烴較多所造成的。按前文所述，以TOC 作為劃分烴源巖好壞的主要標準，故將烴源巖有機質豐度評價為“好”。

表1 羌塘盆地羌資5井二疊系展金組有機質豐度測試數(shù)據(jù)表

3 有機質類型

3.1 不溶有機質

3.1.1 干酪根顯微組分

干酪根鏡鑒是識別干酪根最直接和有效的方法。8個展金組樣品的干酪根鏡鑒（表2）顯示:干酪根中以腐泥組占絕對優(yōu)勢（其含量在42%～49%，平均值46%），其次為惰質組（含量在29%～38%，平均值33%）和鏡質組（含量在15%～25%，平均值21%），基本不含殼質組和瀝青組。腐泥組是主要的生烴有機質類型，具有很強的生烴能力及排烴效率，同時，腐泥組主要由低等水生植物（藻類）和部分浮游動物的遺體經過腐泥化作用而形成，它們形成于滯水厭氧環(huán)境［11］，這也反映出物源主要來自于海相。

表2 羌塘盆地羌資5井二疊系展金組烴源巖干酪根顯微組分測試數(shù)據(jù)表

另外，樣品測試單位根據(jù)干酪根顯微組分百分含量所計算的類型指數(shù)（TI）（見公式1）對干酪根類型進行了判斷。類型指數(shù)的計算公式為：

據(jù)公式(1)計算的結果（見表3），展金組烴源巖干酪根的TI 值在－9.75～3.00，平均值為－2.13。根據(jù)干酪根類型指數(shù)判斷，烴源巖以Ⅲ型干酪根為主，其次為Ⅱ2型干酪根（表3），烴源巖具有較好的生氣能力。

3.1.2 數(shù)值化干酪根指數(shù)

自然界中不同來源、不同組成的有機質可以不同比例混合，因而實際樣品的生烴能力應是連續(xù)變化、逐漸過渡的數(shù)值系列。數(shù)值化干酪根指數(shù)（KTI）能連續(xù)反映有機質生烴能力的變化，并能夠綜合多種變量，全面準確地反映干酪根的生烴能力。在熱演化程度較高時，KTI 能更好地用于鑒定出干酪根的“本來”類型。KTI 值分布在0～100 的范圍之內，其值大小與不同干酪根的生油潛力相對應，值越高，生烴潛力越大，從而達到了將干酪根類型數(shù)值化的目的［11-12］。干酪根指數(shù)的計算公式為：

式中：H/C 和O/C 分別為干酪根元素分析所取得的氫碳原子比和氧碳原子比。

根據(jù)（2）式計算的結果（見表3），并結合參考文獻中所提出的劃分標準［11-12］可知，羌資5井展金組烴源巖以Ⅱ型為主，其次為Ⅲ1型。KTI 得出的干酪根類型與鏡鑒結果略有差異，但大部分相同（表3）。通過KTI 的分析研究，驗證了展金組烴源巖具有較好的生烴潛力。

3.1.3 干酪根元素分析

據(jù)杜佰偉等［13］研究表明，干酪根純度小于50%時，或者干酪根中碳含量小于30%時，氫碳比（H/C）原則上就不能使用了。同時，在烴源巖成熟度較高的時候，所有有機質的氫碳原子比（H/C）與氧碳原子比（O/C）都會降低。這時，主要依靠投點到范氏圖來對干酪根類型進行判定。根據(jù)對展金組烴源巖的測試數(shù)據(jù)（表3），H/C 為0.49～0.54，O/C 為0.06～0.07；投點在范氏圖（圖2）上，4 個點落于Ⅱ型區(qū)域，4 個點落于Ⅲ型區(qū)域。這與干酪根鏡鑒的結果有兩個點存在著差異，但總體結果較為一致。

表3 羌塘盆地羌資5井二疊系展金組烴源巖干酪根類型與元素分析表

圖2 羌塘盆地羌資5井二疊系展金組烴源巖樣品范氏圖

3.2 可溶有機質

3.2.1 氯仿瀝青“A”的族組分特征

通常情況下，類型越好的干酪根，其生成的氯仿抽提物中飽和烴含量越高［11］。這種判別對低成熟及未經明顯蝕變的樣品是適用的?？紤]到羌資5井的樣品均已達到成熟階段，故這種方法在本研究中僅作為對有機質類型判別的參考手段。12個展金組烴源巖樣品的族組分含量分析表明：飽和烴含量的范圍為8.3%～32.98%，平均值為22.52%；芳香烴的含量變化為5.00%～28.47%，含量平均值為14.94%；飽和烴與芳香烴比值范圍為0.37～4.22，平均值為1.93；非烴+瀝青質變化范圍為27.82%～66.53%，平均值為47.88%。將數(shù)據(jù)投點在族組分分析三角圖（圖3）上，可見數(shù)據(jù)點比較靠近非烴+瀝青質以及飽和烴一側。由此，依據(jù)各組分的含量確定干酪根類型以Ⅲ型為主，也有少量的Ⅱ2型，這與干酪根鏡鑒分析結果基本一致。

圖3 羌塘盆地羌資5井二疊系展金組族組分分析圖

3.2.2 飽和烴氣相色譜特征

從展金組11 個有效樣品中，烴的碳數(shù)分布范圍在nC15～nC28，其中有7 個樣品的正構烷烴圖譜表現(xiàn)出前高單峰型或前高后低的雙峰型分布，具有低碳數(shù)優(yōu)勢，主峰碳為nC15、nC16或nC17，另外有4 個樣品的主峰碳為nC25～nC28。而CPI/OEP 范圍主要為0.95～1.25，奇/偶碳優(yōu)勢不明顯，這說明母質既有來源于藻類等水生生物的，同時也有陸源有機質的。羌資5井的Pr/Ph 值為0.53～1.16，平均值為0.85，植烷優(yōu)勢較明顯，說明生烴母質處于還原—弱還原—弱氧化環(huán)境，以還原環(huán)境為主。同時，前人的研究［14-15］表明，通過應用異戊二烯烷烴的相關圖可以有效地區(qū)分母質類型。從圖4 可看出，樣品主要落在海相區(qū)域，這表明羌資5井烴源巖的母質來源以海相為主。

圖4 應用異戊二烯烷烴確定羌塘盆地展金組烴源巖母質類型（據(jù)文獻［14］修改）

3.2.3 生物標志化合物特征

大部分的生物標志化合物都有特定的來源，這就使得它們能成為示蹤生物輸入的有效指標。本次研究利用盧雙舫等［11］的ααα-C27—C28—C29甾烷含量三角圖（圖5）以識別有機質類型。如圖所示，樣品點較為集中，且偏向ααα-C29（20R）和ααα-C27（20R）一側，按照圖版的干酪根劃分方法，樣品基本都落于Ⅲ型干酪根區(qū)域，這與有機質顯微組分的分析基本一致。

綜合以上分析，羌塘盆地羌資5井展金組烴源巖的干酪根類型以Ⅲ型為主，它們具有較好的生氣潛力。

4 有機質成熟度

4.1 鏡質組反射率

鏡質組反射率（Ro）生油門限值是反映烴源巖有機質演化和成熟度的經典地球化學指標，尤其對于Ⅱ型和Ⅲ型干酪根很有效。羌資5井烴源巖Ro的測定結果（表4）顯示，Ro值全部大于0.8%（最小值0.89%，最大值為1.44%，平均值為1.10%），這表明研究樣品的有機質熱演化程度較高，基本都處于成熟階段，少數(shù)樣品處于高成熟階段。

圖5 羌塘盆地二疊系展金組烴源巖ααα-C27—C28—C29甾烷含量三角圖（據(jù)文獻［11］修改）

表4 羌塘盆地羌資5井二疊系展金組烴源巖有機質熱演化數(shù)據(jù)表

4.2 巖石熱解溫度

有機質在埋藏過程中，隨著溫度的升高而逐步生烴時，活化能較低、容易成烴的部分往往更多地被優(yōu)先裂解，因此，隨著成熟度的升高，殘余有機質成烴的活化能也越來越高，相應地，生烴所需的熱解溫度也逐漸升高。羌資5井烴源巖樣品熱解峰溫（Tmax）為461～504 ℃，均值491 ℃，峰值范圍主要集中在488～501 ℃（表4），說明展金組烴源巖樣品以達到成熟階段的為主，部分樣品達到高成熟階段。

4.3 飽和烴色譜成熟度

展金組烴源巖的飽和烴色譜分析表明：CPI 值范圍為0.66～1.18，均值為1.08；OEP值范圍為0.83～1.20，均值為1.03（小于1.2）（表4）。這說明樣品中奇碳優(yōu)勢已逐漸消失，碳優(yōu)勢指數(shù)也近于平衡，有機質演化達到成熟階段。

4.4 干酪根元素組成

干酪根的生烴過程，是一個脫氧、去氫、富集碳的過程。在同一類型的干酪根中，隨著干酪根成熟度的升高，H/C 和O/C 原子比將會降低。反映在范氏圖上，表現(xiàn)為成熟度越高的樣品，越靠近圖的左下角。羌資5井的展金組樣品投點在范氏圖上，樣品點集中在范氏圖的左下角（圖2），這說明樣品已全部達到成熟階段。這一結果，與Ro等的研究結果也相吻合。

4.5 萜類生物標記化合物

Ts/(Tm+Ts) 值是衡量烴源巖成熟度的一個常用參數(shù)。一般認為，受成熟度的影響，Ts/(Tm+Ts)值隨著成熟度的增加而增大［16］。Ts/(Tm+Ts)適用于過成熟階段，隨著成熟度的增加，Ts/(Tm+Ts)值逐漸升高，且這種變化一直會持續(xù)到較高成熟階段，約在生油階段晚期該值達到0.5［17］。另外，Ts/(Tm+Ts)對黏土催化劑的反應也很敏感，在碳酸鹽巖地層中具有較低的值。展金組烴源巖8 件樣品的Ts/(Tm+Ts) 值為0.32～0.56（表4），反映出烴源巖有機質演化處于成熟—過成熟階段，主要處在成熟階段。

前人對羌資5井所在的中央隆起帶做過較多的研究。其中，李才等［18］認為，羌塘中央隆起帶是前侏羅紀的隆起區(qū)，形成于三疊紀末。而黃繼鈞［19］在研究羌塘盆地構造演化時認為，晚三疊世—侏羅紀砂巖中含有碎屑成分即表明了中央隆起帶在中三疊世已經形成，因而北羌塘地區(qū)存在南、北兩個物源區(qū)，南部物質來源于中央隆起帶，北部物質來源于可可西里—金沙江斷裂縫合帶。這些研究結果也說明，羌資5井井下的展金組烴源巖雖然地層年代較老，但其所在的中央隆起帶在中—晚三疊世已經隆升，井下烴源巖樣品估計早已停止熱演化，因而處于地下深部位置未遭遇抬升的展金組烴源巖則有可能尚處于高成熟—過成熟階段。結合烴源巖的有機質類型（為Ⅲ型干酪根），故而認為展金組烴源巖生氣前景較好。

5 結 論

（1） 羌資5井展金組烴源巖TOC 平均值達到1.15%，屬于好烴源巖，據(jù)此認為二疊系烴源巖有較好的生烴前景。

（2）烴源巖有機質類型以Ⅲ型干酪根為主，其次為Ⅱ2型。有機質母質類型主要來自于海相低等水生生物，其形成環(huán)境以還原沉積環(huán)境為主?？傮w看來，烴源巖有機質類型尚好，具有較好的生氣潛力。

（3）展金組烴源巖的Ro平均值為1.1%，Tmax平均值為491 ℃，OEP平均值為1.03，Ts/(Tm+Ts) 數(shù)據(jù)范圍為0.32～0.56，均反映出井下烴源巖達到了成熟階段，少數(shù)樣品可達到高成熟階段。

（4）受后期構造抬升影響，井下展金組烴源巖樣品顯示其處于有機質演化的成熟階段，但未知的二疊系深部烴源巖可能尚處于高成熟—過成熟階段。由于展金組烴源巖具有有機質含量高、有機質類型利于生氣的優(yōu)點，因而羌塘盆地深部古生代地層具有較好的勘探前景，油氣勘探應向深部古生代地層開展。

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