准噶尔盆地南缘湖相烃源岩生烃潜力分析

准噶尔盆地南缘湖相烃源岩生烃潜力分析

1准噶尔盆地南缘烃源岩准噶尔盆地南缘地区的构造位置属于北天山山坂带。地理位置位于福康以西、泾河以东。这是一个几乎是向西的条带状区域。在20世纪30年代和50年代,分别发现了独山子油田和齐古油田,90年代以后又陆续发现了呼图壁气田、吐谷鲁油藏,并在霍尔果斯、安集海、玛纳斯、昌吉、西湖、清水河等构造上见到原油或油气显示。特别是继2000年四棵树凹陷的卡6井获得高产工业油流后,2003年昌吉凹陷南部的董1井放喷又获得高压油气流,显示了该地区良好的勘探前景。据前人研究,准噶尔盆地南缘地区发育有上二叠统、上三叠统、中下侏罗统和古近系四套烃源岩,但从勘探实践来看,对该地区油气生成贡献较大的是中下侏罗统和古近系两套烃源岩。中下侏罗统烃源岩主要包括八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)及西山窑(J2x)组。准噶尔盆地在中下侏罗统沉积时期,由于气候炎热,雨量充沛,陆生高等植物及水生浮游生物都十分发育,因而河湖密布,河流沼泽或滨湖沼泽发育,是准噶尔盆地最重要的聚煤期,沉积大套的煤系地层;同时在浅湖-半深湖环境条件下,沉积了较厚的暗色泥岩。在盆地南缘西部四棵树凹陷,暗色泥岩厚度在100~700m,昌吉凹陷暗色泥岩厚度在200~700m。安集海河组沉积时期,由于气候温暖潮湿,有利于生物繁衍,因此沉积物中有机质丰富,沉积了新生代最有利的烃源岩层系。该套烃源岩主要分布在昌吉凹陷独山子至呼图壁一带,平均厚度400m左右,最厚可达650m。2泉岩的起源特征2.1湖相泥岩干结构八道湾组碳质泥岩样品烷烃、芳烃、非烃、沥青质的δ13C值分别为-28.9‰,-28.2‰,-27.7‰和-26.2‰,呈现出烷烃<芳烃<非烃<沥青质的一般趋势。一般来说,δ13C同位素组成的分布有如下规律:干酪根>沥青质>非烃>芳烃>整份沥青>饱和烃;而干酪根和沥青质相比,δ13C值约增加0.5‰。因此,该碳质泥岩样品干酪根碳同位素值为-25.7‰左右,为Ⅲ型干酪根(-26‰~-22‰),反映有机质类型较差。湖相泥岩样品(SL01-1(49))芳烃的δ13C值为-29.6‰,比碳质泥岩样品轻1.4‰,推测为混合型干酪根。三工河组深灰色泥岩样品芳烃δ13C值为-27.6‰,西山窑组煤系烃源岩饱和烃δ13C值为-27.6‰~30.2‰,平均-28.4‰;芳烃为-25.6‰~28.8‰,平均-26.9‰,反映生源以陆生高等植物为主,推测干酪根同位素大于-25‰,属腐殖型生源。安集海河组湖相泥岩样品的饱和烃δ13C平均为-29.7‰,芳烃平均为-28.6‰,总体较轻,反映了以淡水浮游生物为主的生源组合,推测干酪根δ13C值在-28‰左右,有机质类型为腐泥型。总之,中下侏罗统煤系烃源岩稳定碳同位素较重,中下侏罗统和古近系安集海河组湖相烃源岩则较轻。2.2饱和烃生物活性准噶尔盆地南缘地区烃源岩饱和烃生物标志物特征如表1和图1所示。2.2.1烃源岩的生物标志物特征八道湾组碳质泥岩样品甾烷系列中以规则甾烷为主,重排甾烷和孕甾烷不发育(表1,图1)。规则甾烷中C27,C28和C29呈反“L”形分布,C27<C28<<C29。一般认为,孕甾烷系列及C27和C28规则甾烷来源于藻类等低等水生生物;而C29规则甾烷既可来源于藻类,也可来源于高等植物。综合来看,该组烃源岩生源以陆源高等植物占绝对优势。甾烷异构化参数C2920S/(20S+20R)为0.05~0.23;C29αββ/(αββ+ααα)为0.21~0.36,基本都低于0.30;再加之重排甾烷不发育,反映该套烃源岩热演化程度低的特征。萜烷中以五环三萜烷为主,三环、四环萜烷不发育。据研究,三环萜烷高度富集可能与藻类生源有关,该类化合物的极不发育从另一个角度反映了该组烃源岩中藻类对生源的贡献很小,这与甾烷特征相吻合。C31藿烷22S/SSR为0.35~0.43以及ββ型藿烷的存在,都反映了烃源岩的未熟-低熟特征。伽马蜡烷含量很低,伽马蜡烷/αβ-C30藿烷基本都小于0.1,甚至有的样品中没有检测到伽马蜡烷的存在(图1)。据研究,伽马蜡烷是一类代表原生动物生源的生物标志物,一般保存于较咸化的还原环境中。样品中伽马蜡烷含量甚微,再加之Pr/Ph值较高(4.80),指示了该套烃源岩沉积于偏氧化的淡水环境。然而,八道湾组湖相泥岩热模拟产物与原样品在生物标志物特征上却存在很大的差异(表2、图2)。随着模拟温度的升高,规则甾烷中C27甾烷的含量逐渐增加,C29甾烷逐渐下降;当温度高于350℃时,C27/C29已大于1(图2),表明八道湾组未熟与成熟烃源岩相比,在规则甾烷相对组成上存在较大的差别,因此在用此参数表征烃源岩生源特征时也要考虑成熟度的影响。据模拟残渣的镜质体反射率分析,模拟温度在300℃时样品的Ro值为0.62%,此时C27,C28和C29规则甾烷基本呈“V”字形分布,C29甾烷略占优势(表2);350℃时Ro值为0.71%,400℃时为1.20%,规则甾烷分布呈不对称“V”字形,C27甾烷占优势(图2)。推测前者为八道湾组湖相烃源岩成熟阶段早期的特征,而后者则为中晚期的特征。另外,模拟温度由250℃升高到300℃时,孕甾烷的相对含量也大幅度增加,在300℃以上C21孕甾烷已成为主峰。这是否也为八道湾组湖相烃源岩成熟阶段的一个典型特征,还有待于进一步研究。同时,随着模拟温度的增高,三环萜烷的含量也呈现逐渐增加的趋势,并以C23为主峰,C24断藿烷也有一定含量的分布。这些特征反映了藻类或微生物在生源中的贡献。Ts/Tm值也基本呈增加的趋势,这是热演化程度逐渐升高的结果。五环三萜烷分布中一个突出的特征是随着温度的增高,伽马蜡烷/C30藿烷值逐渐增大,300℃时已接近0.4,为模拟原样(Ro为0.35%)的8倍,400℃时则增加到0.53。较高的伽马蜡烷/C30藿烷值可能也是八道湾组湖相烃源岩成熟阶段的特征之一。2.2.2未熟-低熟烃源岩三工河组甾烷分布特征与八道湾组相似,以规则甾烷系列为主,孕甾烷和重排甾烷不发育(图1)。规则甾烷中C27,C28和C29呈反“L”形分布,反映生源仍以高等植物为主。C29甾烷两个异构化参数都很低,C2920S/(20S+20R)和C29αββ/(αββ+ααα)分别为0.11和0.27,指示烃源岩未熟-低熟演化特征。萜烷中仍以五环三萜烷为主,三环和四环萜烷不发育,指示生源中藻类贡献很小。萜烷分布中一个突出的特征是ββ型藿烷含量较高(图1)。据研究,ββ型藿烷是热稳定性很差的化合物,一般只存在于未熟-低熟烃源岩中。该组烃源岩大量ββ型藿烷的存在,无疑反映了其热演化程度低的特点。另外,Ts/Tm为0.03,C31藿烷22S/22R为0.24,也充分说明了其未熟-低熟演化特征。伽马蜡烷的含量很低,伽马蜡烷/C30藿烷仅为0.06,远小于反映咸化和还原特征的0.2~0.3的水平,表明该组烃源岩沉积于还原性较差的淡水环境。2.2.3煤系碳质泥岩的烃源岩西山窑组煤和碳质泥岩在饱和烃色谱特征上有较大差别。碳质泥岩最高碳数为C40,主峰碳为C29,(C21+C22)/(C28+C29)为0.29;而煤岩最高碳数中低者为C30,高者为C37,主峰碳C23和C25,(C21+C22)/(C28+C29)为1.24~1.61(大于1.20,不是典型的陆源植物生源)。这反映了碳质泥岩的生源以陆源高等植物占绝对优势,而煤岩的生源虽然以高等植物为主,但低等生物也有一定的贡献。因此,西山窑组的煤不是典型的腐殖煤,而具有一定的腐泥煤的特征,应具备较好的生烃能力。粉砂质泥岩样品甾烷化合物中以规则甾烷系列为主,几乎没有孕甾烷和重排甾烷(图1);但C27,C28和C29规则甾烷已呈不对称“V”字形分布,C27甾烷占相对含量的20%左右,表明藻类等低等水生生物对其烃源岩生源有一定的贡献。甾烷异构化参数值依然很低,C2920S/(20S+20R)和C29αββ/(αββ+ααα)分别为0.09~0.11和0.24~0.33,反映了典型的未熟-低熟特征。萜烷中几乎不存在三环二萜烷系列,藿烷系列中ββ型依然含量丰富,基本上已成为主峰(图1)。伽马蜡烷/C30藿烷一般都低于0.2,说明有机质的保存条件较差,为弱氧化-弱还原的淡水沉积环境。2.2.4未熟-低熟演化阶段烃源岩地球化学特征安集海河组湖相烃源岩甾烷系列以规则甾烷为主,C27,C28和C29甾烷呈不对称“V”字形分布(图1),三者相对组成平均为44%,19%和37%,反映生源以藻类等低等水生生物为主。甾烷异构化参数C2920S/(20S+20R)和C29αββ/(αββ+ααα)分别平均为0.16和0.26,反映烃源岩处于未熟-低熟演化阶段。萜烷中以藿烷系列为主,三四环萜烷不发育,推测可能是样品遭受风化所致。卡6井该组烃源岩中三四环萜烷含量较高,三四环/Σ藿烷为0.2左右。ββ型藿烷的丰度依然较高,Ts/Tm为0.10左右,C31藿烷22S/22R平均为0.23,均反映烃源岩的未熟-低熟演化特征。该组烃源岩伽马蜡烷的含量较高,伽马蜡烷/C30藿烷平均为0.50,Pr/Ph平均为0.79,反映咸化、还原的沉积环境,有利于有机质的保存。2.2.5对地层组分含量的分析中下侏罗统烃源岩虽然可分为煤系烃源岩和湖相泥岩两种类型,但从本次研究所采集到的样品及分析结果看,除八道湾组有湖相泥岩外,其它层位基本为煤系烃源岩(包括煤、碳质泥岩或煤系泥岩)。从八道湾组湖相泥岩分析结果来看,族组分碳同位素较轻,芳烃为-29‰左右;且根据模拟实验结果,成熟烃源岩中孕甾烷含量高,规则甾烷分布呈不对称“V”字形,C27和C29相对含量差异不大;萜烷中伽马蜡烷含量较高,伽马蜡烷/C30藿烷一般大于0.3。但热模拟实验结果是否能真正代表成熟烃源岩的真实特征还有待于进一步研究。中下侏罗统煤系烃源岩可溶有机质中芳烃组分碳同位素一般为-25‰~-28‰,干酪根同位素一般大于-26‰,属腐殖型生源,干酪根也以Ⅲ型为主;饱和烃组成中Pr/Ph一般大于2;规则甾烷中C29占较大优势,含量一般在50%以上,最高可达75%,C27和C28规则甾烷相对含量基本相当;伽马蜡烷含量低,伽马蜡烷/C30藿烷在0.1左右。安集海河组湖相烃源岩干酪根碳同位素一般小于-27‰,氯仿沥青碳同位素一般小于-29‰,总体较轻;干酪根类型以Ⅰ~Ⅱ1型为主;饱和烃中Pr/Ph一般小于1.0;规则甾烷分布呈不对称“V”字形,C27占较大优势;伽马蜡烷含量较高,伽马蜡烷/C30藿烷一般为0.5左右。从上述分析来看,本次研究中烃源岩样品的一个普遍特征是成熟度较低,难以形成有效的烃源供给。究其原因,是由于本区成熟烃源岩层埋藏较深,在研究过程中很难取到有效烃源岩所致。但具体到烃源岩生源及环境特征,成熟烃源岩与未熟-低熟烃源岩不会存在大的差异,因此本次分析结果可以有效地应用于油源对比研究。3盆地南缘原油准噶尔盆地南缘地区发现了大量的原油和油气显示,从而证明该区存在有效烃源岩并已大量生烃。油源对比研究表明,原油的生源和环境特征是区分原油的重要指标。因此,用规则甾烷C29/C27以及伽马蜡烷/C30藿烷两项指标对盆地南缘20个原油或油苗进行了分类(图3)。通过对原油特征的分析,并结合该地区烃源岩生源基本特征,对每类原油的油源进行了归纳和总结。盆地南缘原油大致可分为3类。第Ⅰ类原油主要分布在霍尔果斯地区,全油碳同位素一般小于-29‰,C27,C28和C29规则甾烷呈“V”字形分布,C27含量略高或略低于C29。伽马蜡烷/C30藿烷较高,一般为0.5左右,饱和烃中含β胡萝卜烷,Pr/Ph一般小于1。经与该地区烃源岩生源和环境特征对比,这类原油来自安集海河组烃源岩。第Ⅱ类以齐古油田原油为代表,包括董1井侏罗系头屯河组原油及卡6井白垩系原油等,碳同位素较重,在-26‰左右,规则甾烷中C29占优势,呈不对称“V”字形或反“L”形分布,伽马蜡烷/C30藿烷一般小于0.1,饱和烃中不含β胡萝卜烷,Pr/Ph一般大于2。这类原油来自侏罗系煤系烃源岩。第Ⅲ类原油地球化学特征介于第Ⅰ和第Ⅱ类原油之间,包括西湖背斜西4、西参2井原油、独山子原油以及卡6井古近系原油等,为来自侏罗系煤系烃源岩和古近系安集海河组烃源岩的混源油,其中可能还有侏罗系湖相泥岩的贡献。另外,经分析发现董1井白垩系清水河组原油可能来自侏罗系湖相烃源岩,但由于这套源岩的地球化学特征目前还不十分清楚,故相应的原油也未做单独分类。4规则哌烷烃源a.中下侏罗统煤系烃源岩稳定碳同位素较重,规则甾烷中C29占较大优势,Pr/Ph高,伽马蜡烷指数低,反映其生源以高等植物为主,沉积于偏氧化的淡水环境;安集海河组湖相烃源岩稳