塔城盆地石炭系烴源巖生烴潛力分析

塔城盆地石炭系烴源巖生烴潛力分析

塔城盆地位于新疆北部的西北部。它連接著中國(guó)和哈薩克斯坦。它從東到西為160公里，從南到南為90公里，面積為8300公里2（圖1）。塔城盆地是古生代褶皺基底上發(fā)育的新生代多旋回的疊加復(fù)合型山間盆地,構(gòu)造上位于哈薩克斯坦板塊東端,西準(zhǔn)噶爾褶皺帶內(nèi),周緣被海西期的褶皺山系環(huán)繞,北部為塔爾巴哈臺(tái)山,東部為謝米斯臺(tái)山、吾爾喀什爾山,南部為巴爾魯克山。從地層分布來(lái)看,下部為古生界,缺失整個(gè)中生界,第三系和第四系直接覆蓋在古生界之上。盆內(nèi)幾乎全為第四系所覆蓋,僅在盆地邊緣有少量第三系出露。所以,盆地是在海西期褶皺回返后,長(zhǎng)期處于隆升、剝蝕狀態(tài),直到第三紀(jì)才開(kāi)始沉降,接受沉積。古生界最上部的石炭系在塔城盆地周邊廣泛出露,主要為一套海陸交互相的碎屑巖和火山巖,劃為上、下石炭統(tǒng)。其中,下統(tǒng)分布廣泛,在盆地南北均有出露,而上統(tǒng)則出露較少。這與北疆準(zhǔn)噶爾盆地的地層分布有一定差異。目前盆地內(nèi)僅鉆一口參數(shù)井塔參1井,揭露的地層由上到下依次為第四系、第三系和石炭系。石炭系為盆地的主要潛在烴源巖,其頂部埋深在3000m以下。雖然塔參1井未見(jiàn)油氣顯示,但其揭示的石炭系烴源巖對(duì)于盆地下一步的評(píng)價(jià)勘探仍具有重要意義。通過(guò)資料搜索發(fā)現(xiàn),目前主要針對(duì)該盆地石炭系烴源巖成烴潛力研究公開(kāi)發(fā)表的成果還很少。本文將綜合塔參1井與野外露頭烴源巖資料,主要對(duì)塔城盆地石炭系烴源巖地球化學(xué)特征與生烴潛力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。1下石炭統(tǒng)及厚度根據(jù)野外露頭與鉆井揭示(圖1)來(lái)看,石炭系總體以火成巖為主。其中,下石炭統(tǒng)出露較多,盆地南部巴爾魯克山和東部山區(qū)露頭主要出露灰黑色、灰褐色碳質(zhì)頁(yè)巖及高焦油煤層;北部露頭發(fā)育灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,見(jiàn)有生物灰?guī)r;塔城盆地上石炭統(tǒng)出露較少,東部白楊河地區(qū)見(jiàn)火山間歇期的高碳質(zhì)泥巖及煤線,可作為烴源巖。盆地內(nèi)部的塔參1井石炭系鉆揭暗色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖及凝灰質(zhì)泥巖,累計(jì)厚度達(dá)306m。其中,上石炭統(tǒng)厚度達(dá)1836m,泥巖、凝灰質(zhì)泥巖及碳質(zhì)泥巖累計(jì)厚度僅達(dá)46m(圖2);下石炭統(tǒng)尚未鉆穿(僅鉆揭522m),凝灰質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖累計(jì)厚度達(dá)260m(圖2)。可見(jiàn),石炭系可能烴源巖主要以?shī)A層形式存在于火成巖之中。2有機(jī)質(zhì)豐度特征有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)烴源巖成烴潛力具有決定作用,主要從有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”含量、熱解S1+S2等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。本次烴源巖有機(jī)地化分析樣品主要采自野外露頭和盆地內(nèi)的塔參1井(圖1)。上、下石炭統(tǒng)均可能有烴源巖樣品分布,巖性主要為泥巖類、沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r等,另有個(gè)別煤樣和碳質(zhì)泥巖。其中ω(TOC)>40%的定義為煤,ω(TOC)=10%~40%為碳質(zhì)泥巖,ω(TOC)<10%為泥巖。下石炭統(tǒng)烴源巖主要為泥質(zhì)巖和凝灰?guī)r類,有機(jī)質(zhì)豐度總體較低,另外還分別有1個(gè)碳質(zhì)泥巖和煤樣(表1,圖3)。下石炭統(tǒng)泥巖ω(TOC)=0.06%~5.12%,均值為0.59%,熱解S1+S2在0.03~0.76mg/g之間,均值為0.16mg/g;氯仿瀝青“A”含量總體很低,分布在0.0023%~0.0562%之間,均值為0.0254%。2個(gè)凝灰?guī)r類的有機(jī)質(zhì)豐度低于泥巖(圖3),ω(TOC)=0.23%~0.25%,均值為0.24%,熱解S1+S2均為0.12mg/g;氯仿瀝青“A”含量總體很低,分布在0.0048%~0.006%之間,均值為0.0054%?？梢?jiàn),暗色泥巖主要為差—中等烴源巖,個(gè)別達(dá)到好烴源巖;凝灰?guī)r基本為非烴源巖(圖4)。1個(gè)煤和1個(gè)碳質(zhì)泥巖的TOC含量、熱解S1+S2均為高值特征,應(yīng)屬于好烴源巖(表1和圖3,4)。上石炭統(tǒng)烴源巖主要為泥巖、凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r(表1和圖3,4)。泥巖TOC含量介于0.16%~3.16%之間,均值為1.76%;熱解S1+S2在0.08~1.85mg/g之間,均值為0.88mg/g;氯仿瀝青“A”含量總體很低,分布在0.0075%~0.0681%之間,均值為0.0312%(表1)?？梢?jiàn),上石炭系暗色泥巖主要為中等—好烴源巖,少數(shù)為非烴源巖(圖4)。上石炭統(tǒng)沉凝灰?guī)r也有較高的有機(jī)質(zhì)豐度(表1和圖2),其中ω(TOC)介于0.49%~2.24%之間,均值為1.59%;熱解S1+S2在0.84~2.99mg/g之間,均值為2.24mg/g;氯仿瀝青“A”含量總體很低,分布在0.0447%~0.1746%之間,均值為0.1192%(表1)?？梢?jiàn),沉凝灰?guī)r中有部分好烴源巖,也有部分差—中等烴源巖,均值是所有樣品中最高的。上石炭統(tǒng)凝灰?guī)r有機(jī)質(zhì)豐度較低,與下石炭統(tǒng)類似(圖3),ω(TOC)介于0.06%~1.01%之間,均值為0.31%;熱解S1+S2為0.03~1.21mg/g之間,均值為0.28mg/g;氯仿瀝青“A”含量總體很低,分布在0.0011%~0.0436%之間,均值為0.0102%(表1)。可見(jiàn),上石炭統(tǒng)凝灰?guī)r主要為非—差烴源巖,個(gè)別為中等烴源巖(圖4)。上述烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度特征總體顯示,石炭系凝灰?guī)r基本為非烴源巖,沉凝灰?guī)r主要為非—差烴源巖,僅部分為中等—好烴源巖;泥巖總體可以作為較好—中等烴源巖,但上石炭統(tǒng)泥巖總體要好于下石炭統(tǒng)(圖3);碳質(zhì)泥巖和煤均為好烴源巖。從不同巖性烴源巖的分布程度來(lái)說(shuō),泥質(zhì)巖類應(yīng)為塔城盆地石炭系的主要烴源巖,其次為碳質(zhì)泥巖和煤。3熱解特征與碳同位素組成的關(guān)系針對(duì)塔城盆地石炭系烴源巖特點(diǎn),主要從干酪根顯微組分組成、碳同位素組成與巖石熱解等幾個(gè)方面進(jìn)行有機(jī)質(zhì)類型分析。巖石熱解參數(shù)(圖5)顯示,熱解氫指數(shù)(IH)主要顯示低值,表現(xiàn)為Ⅲ型有機(jī)質(zhì)特征,個(gè)別為較高值,顯示Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)特征(圖5)。但圖6顯示熱解氫指數(shù)與TOC含量的關(guān)系復(fù)雜,在ω(TOC)<1%時(shí),氫指數(shù)有隨TOC含量增加而降低的趨勢(shì),當(dāng)ω(TOC)>1%時(shí),氫指數(shù)才有隨TOC含量增加而增大的趨勢(shì)。可以看到圖5中一些較高的氫指數(shù)主要對(duì)應(yīng)于較低的TOC含量,而較低的TOC含量一般對(duì)應(yīng)較差的母質(zhì)類型,所以,總體上熱解特征顯示,有機(jī)質(zhì)類型還是主要為Ⅲ型。由于石炭系演化程度普遍較高,熱解參數(shù)反映的類型特征可靠性降低。而干酪根顯微組分組成與碳同位素組成具有相對(duì)的穩(wěn)定性,對(duì)原始母質(zhì)類型的反映相對(duì)可靠?？傮w上,石炭系烴源巖有機(jī)顯微組成中富含鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組,極少含腐泥組和殼質(zhì)組,表現(xiàn)為典型Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主的特征。根據(jù)干酪根碳同位素組成分析結(jié)果(圖7),石炭系母質(zhì)類型也主要顯示Ⅲ型特征,這與顯微組分組成、熱解特征反映的情況一致。所以,綜合分析認(rèn)為,石炭系母質(zhì)類型普遍較差,主要為Ⅲ型母質(zhì),具有傾氣型特征。4石炭系烴源巖的殘余生烴潛力巖石熱解Tmax具有較大的分布范圍,介于422~516℃之間,主峰在470~490℃之間,顯示成熟—高成熟—過(guò)成熟均有分布,以過(guò)成熟為主。根據(jù)盆地內(nèi)部塔參1井上石炭統(tǒng)Ro數(shù)據(jù),Ro值分布在1.08%~1.75%之間,主要分布在1.52%~1.75%之間,顯示高成熟為主的特征?？梢?jiàn),塔城盆地石炭系烴源巖演化程度總體較高,應(yīng)該主要達(dá)到了高成熟—過(guò)成熟階段。從巖石可溶有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率(A/ω(TOC))來(lái)看(圖8),分布范圍為0.97%~26.83%,具低值為主的偏態(tài)分布特征,均值為4.93%;熱解S1/(S1+S2)分布在0.018~0.500mg/g之間,主峰在0.2~0.4mg/g之間,均值為0.276mg/g(圖9)?？傮w顯示,石炭系烴源巖還具有一定的殘余生烴潛力。根據(jù)塔參1井鉆遇的石炭系泥質(zhì)烴源巖厚度可以近似估算單位面積烴源巖的殘余生烴潛力。假設(shè)單位面積為1km2,上石炭統(tǒng)烴源巖厚度為46m,下石炭統(tǒng)烴源巖厚度為260m,巖石密度假設(shè)為2.5t/m3;上石炭統(tǒng)泥巖ω(TOC)均值為1.76%,下石炭統(tǒng)泥巖ω(TOC)均值為0.59%;取平均可溶有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率為4.93%,則據(jù)下式估算殘余生烴潛力:其中:Q為單位面積殘余生烴量,t;S為單位面積,1km2;H為泥巖厚度,m;ρ為巖石密度,t/m3;C為平均有機(jī)碳含量,%;Z為可溶有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率,%。根據(jù)估算結(jié)果,單位面積內(nèi)上石炭統(tǒng)可生成的殘余烴量為9.98×104t/km2,下石炭統(tǒng)可生成的殘余烴量近似為17.89×104t/km2,合計(jì)為27.87×104t/km2。如果考慮到石炭系演化程度高,已經(jīng)發(fā)生過(guò)排烴,則原始可生成的烴量肯定會(huì)更高。由于塔參1井未鉆遇碳質(zhì)泥巖和煤,所以,未估算其生烴量。從上面的泥質(zhì)巖生烴量估算可見(jiàn),塔城盆地石炭系烴源巖具有一定生烴能力。在下一步勘探過(guò)程中,應(yīng)進(jìn)一步搞清盆地內(nèi)石炭系的分布,進(jìn)行烴源巖分布研究,尋找烴源巖主要分布區(qū);同時(shí)進(jìn)行成烴歷史與盆地構(gòu)造演化匹配關(guān)系、成藏歷史等方面的研究,以期在該盆地的油氣勘探中有所突破。5上下石炭統(tǒng)類型塔城