西藏羌塘盆地托纳木藏布中生界烃源岩分析

付 顺

(1.成都理工大学数学地质四川省重点实验室，四川成都 610059; 2.成都理工大学信息管理学院，四川成都 610059)

1 引言

青藏高原是世界上形成时代最新、面积最大的地貌单元。有巨厚的沉积建造，特别是中国海相三叠系、侏罗系、白垩系和下第三系分布面积最大、最集中地区(沉积岩系最厚达万米以上)(余光明等，1990;王成善等，1997，2001，2004;赵政璋等，2001;高瑞琪等，2001)。由于羌塘盆地是中国现已进行大规模勘探开发阶段的四大油气区外有广泛的中生界海相沉积和中国最年轻的海相地层一个含油气盆地，位于全球油气产量最高、储量最丰的特提特斯构造域中段(特提特斯构造域面积占全球的17%，油气占全球的65%)，与之毗邻的西段是中东油气富集区(阿拉伯板块东北缘的波斯湾周围的7个盆地资源量占特提斯构造域的83%)，东段是东南亚含油气盆地，高原内部发育众多的海相和陆相沉积盆地(大于1×104km2有27个)(杨日红等，2000;赵政璋等，2001;王成善等，2004;伍新和等，2004，2005，2008)，与特提斯域内巨型油气富集带的含油气盆地处于同一个全球成油区带 (图1)。羌塘盆地地表发现了大量的油气显示和面积巨大的古油藏带，表明羌塘盆地经历了油气生成、运移、聚集的过程(赵俊峰等，2004;王成善等，2004;伍新和等，2005，2008;朱同兴等，2007)。广泛发育大套油页岩，油页岩单层最厚可达 5.24 m，累计厚度10.47 m，油页岩含油率高，最高可达16.3%，平均为6.21%(王剑等，2010)，表明羌塘盆地具有形成大油气田的物质基础，具有广阔的勘探前景。

目前对该地区烃源岩研究大多从地质背景、沉积环境、油气成藏条件、地层学特征等方面居多，而对其烃源岩时空展布、有机碳含量、有机质成熟度、烃源岩色谱、质谱特征等烃源岩地球化学特征的研究仍显不足。本文就西藏羌塘盆地托纳木藏布中生界烃源岩，着重对其地球化学特征进行分析，以期加深对该烃源岩特征的认识。

2 区域地质特征

托纳木藏布位于羌塘盆地羌北坳陷南缘、南邻中央隆起带，托纳木藏布基底埋深达 4000～5000 m，形成巨厚的沉积充填和多套生储盖组合，为烃源岩的发育和油气藏的形成提供了基本地质条件(金玮等，2006)。2004年，笔者参加了国家财政部专项计划“青藏高原油气资源战略选区调查与评价”科技工程项目，在托纳木藏布工区内测量了3条地质剖面，观察了4条地质剖面(图2)基础上，对研究区地层及烃源岩时空展布特征进行了详细的观察与研究。研究区内出露地层有侏罗系、白垩系、上第三系及第四系，其中侏罗系地层发育完全、并有完整剖面出露，其它时代地层发育不完全而且仅零星出露，本地区地表可见的生油岩主要为上侏罗统索瓦组－段～四段，烃源岩主要岩性为灰岩，次为泥岩和砂质泥岩，局部可见页岩和油页岩。

图1 特提斯构造域分区图(据赵政璋等，2001)Fig.1 Map showing tectonic subdivision of the Tethys domain(modified from Zhao et al.，2001)1－地块;2－山前凹陷;3－中生代板块拼合带;4－坳陷盆地带;5－褶皱带;6－缝合带;7－活动断裂带;8－活动洋脊带1－block;2－range－front depression;3－Mesozoic plate convergence zone;4－depression basin zone;5－fold zone;6－suture zone; 7－active fault zone;8－active oceanic ridge zone

3 烃源岩时空展布

索瓦组(J3s)是羌塘盆地最主要的烃源岩层(伍新和等，2004，2005，2006;王成善等，2001，2004;胡明毅等，2001)，在研究区内西北部和中部一带出露(图2)，最厚处厚度＞1296 m。其中索瓦组一段(J3s1)以灰－灰黑色中－厚层生物灰岩、微晶灰岩为主，本段含有多种类型的化石，以双壳类为主，为台地边缘滩沉积;索瓦组二段(J3s2)以深灰－黄灰色中－厚层粉砂岩、钙质泥岩为主。层理发育，本段也含有较丰富的化石，为混积缓坡沉积。索瓦组三段(J3s3)以深灰－灰黑色厚层生物灰岩为主，并且发育生物礁，为混积碳酸盐台地沉积。索瓦组四段(J3s4)以灰绿－深灰－黄灰中－薄层粉砂质泥岩与灰－深灰色中厚层微晶生物碎屑灰岩－泥灰岩－鲕粒灰岩不等厚互层为主，砂泥岩比约为2∶1。层理构造发育，为混积陆棚沉积。据上所述，索瓦组具有烃源岩发育的地质条件。

图2 双湖托纳木地区地质简图Fig.2 Geological sketch map of the Tuonamu region in Shuanghu1－第四系;2－上新统唢呐湖组;3－白垩系阿布山组;4－上侏罗统雪山组三段;5－上侏罗统雪山组三段;6－上侏罗统雪山组一段;7－上侏罗统索瓦组四段;8－上侏罗统索瓦组四段;9－上侏罗统索瓦组三段;10－上侏罗统索瓦组一段;11－水系;12－逆断层;13－地质剖面;14－样品号1－Quaternary system;2－Pliocene Suonahu Formation;3－Cretaceous Abushan Formation;4－3rd member of Tonexueshan Formation;5－2nd member of Tonexueshan Formation;6－1st member of Tonexueshan Formation;7－4th member ofSuowa Formation;8－3rd member of Suowa Formation;9－2nd member of Suowa Formation;10－1st member of Suowa Formation;11－water system;12－reverse fault;13－geological section;14－sample number

为了查明该区地层不同层段烃源岩的厚度和分布规律，我们在托纳木藏布地区完成了6条剖面的测量，其中P01、P03和P06为索瓦组。P01剖面索瓦组三段(J3s3)有效烃源岩厚度25.8 m，索瓦组二段(J3s2)有效烃源岩厚度53.67 m，索瓦组一段(J3s1)有效烃源岩厚度79.44 m;P03剖面索瓦组(J3s)有效烃源岩厚度75.46 m;P06剖面索瓦组二段(J3s2)烃源岩厚度81.47 m。P01剖面索瓦组有效烃源岩总厚度达158.91 m，占该剖面地层厚度的12.3%，具有形成大油气藏的物质基础。

4 烃源岩地球化学特征

我们在该区共采集了43个烃源岩样品，烃源岩进行了有机质风度、氯仿沥青“A”、组分、干酪根分离、干酪根镜检、热解色谱、色谱、质谱、同位素等的有机地球化学全分析。所有分析项目均在中石油西南油气田分公司勘探开发研究院完成。

4.1 烃源岩有机碳含量

如果要对烃源岩有机质丰度进行评价，必须先对烃源岩进行有机碳恢复，由于测区样品均来自地表，无法采集到地下未熟的烃源岩样品进行热模拟分析，并获取烃源岩有机碳恢复系数。根据石油勘探经验，同一盆地的不同区块因地下热流、地质构造运动不同，其恢复系数是有差别的，但是由于本区原设计取样浅钻工作尚未开展，因此在测区有机碳恢复中，我们采用中石油青藏项目经理部羌塘盆地烃源岩的有机碳恢复系数1.8(赵政璋等，2001)标准。表1和图2为烃源岩有机碳分析数据和恢复后有机碳含量。

从表1看出，托纳木藏布地区索瓦组烃源岩实测残余有机碳含量总体偏低(绝大部分灰岩烃源岩小于0.1%，只有10个样品大于0.1%，最高的为25.68%)，但经过有机碳恢复后，该区绝大部分样品都达到了烃源岩最低标准:泥岩TOC≧0.4%、灰岩≧0.1%，根据(赵政璋等，2001)评价标准其绝大部分为较差生油岩－中等生油岩，只有少部分为好生油岩，表明该地区具有生成大量油气并成藏的物质基础。

表1 托纳木藏布地区烃源岩有机地化分析数据表Table 1 Organic geochemistry analysis data of hydrocarbon source rock in the Tuonamu Zangbu region

4.2 氯仿沥青“A”和总烃含量

氯仿沥青“A”是指岩石中可抽提有机质含量，总烃包括沥青“A”中饱和烃和芳香烃组分含量的总和。氯仿沥青“A”和总烃含量是最通常的有机质丰度指标之一(周中毅等，1993)。本次调查我们对索瓦组43个样品进行抽提，其可容有机质－氯仿沥青“A”含量普遍较低(表1)。

分析表明索瓦组一段碳酸盐岩最高23 ppm，平均18.25 ppm，泥岩最高18 ppm，平均16.5 ppm;索瓦组二段碳酸盐岩最高180 ppm，平均43.39 ppm，泥岩最高23 ppm，平均22 ppm;索瓦组三段碳酸盐岩最高 44 ppm，平均 24 ppm，泥(页)岩最高51 ppm，平均34 ppm;索瓦组四段碳酸盐岩除沥青质灰岩较高达91 ppm和2159 ppm外，其他含量均较低平均33 ppm。按照中石油在羌塘盆地根据氯仿沥青“A”对烃源岩划分标准，本区烃源岩大部分属于较差生油岩 －非烃源岩，仅1个样品达180 ppm，属于中等烃源岩，造成这种现象的原因可能和该区烃源岩长期暴露于地表，低碳数烃挥发逃逸以及烃源岩已发生生油等有关。

4.3 烃源岩有机质类型

在沉积盆地中，沉积有机质母质来源在盆地演化过程中是不断变化的，生物的发育、气候的变迁、沉积环境及沉积相带的变化是其最重要的影响因素。有机质母质来源的不同，导致沉积有机质类型的不同，即在其化学结构和组成上有差别，对于生油层，则其生烃潜力和油气生成、演化特征也明显不同。所以在对盆地生油层评价中，有机质类型的研究是一项重要内容。

在托纳木藏布地区，我们一共做了43个烃源岩样品的干酪根分离和干酪根显微组分鉴定，但干酪根显微组分鉴定只分析出14个样品结果(表2)。从分析结果看，烃源岩有机质类型均为Ⅱ型，有机质类型中等。其中索瓦组一段、二段、三段和四段Ⅱ1－Ⅱ2均有发育，其中一、二、三段以腐殖腐泥型(Ⅱ2)为主，腐泥腐殖型为辅(Ⅱ1);四段以腐泥腐殖型为主(Ⅱ1)为主，见腐殖腐泥型(Ⅱ2)。同时我们分析了11个烃源岩样品的碳同位素，δ13C分布于－26.79～－20.24‰之间，碳同位素均小于－25‰，有机质富重碳同位素，从目前侏罗系海相生物研究结果来看，海相浮游生物的 δ13C在 －27‰ ～－22.5‰，与研究区基本一致，表明研究区有机质主要来源于海相低等水生生物，但可能在沉积、成岩和隆升改造过程中输入了高等植物。总体来看其有机质母质类型相对较好，其结果与干酪根显微组分分析结果相吻合。

4.4 烃源岩有机质成熟度

干酪根镜质体反射率(Ro)目前被认为是研究干酪根热演化和成熟度的最佳参数(周中毅等，1993;陈刚等，2002)。有机质镜质体反射率与成岩作用关系密切，热变作用愈深，镜质体反射率愈大。在生物化学阶段镜质体反射率为低值(＜0.5%)，随着埋藏深度的增加镜质体反射率(Ro)逐渐变化，在热催化生油气阶段和热裂解生凝析气阶段，反射率作为深度的函数增加较快，从约0.5%增加到2%，至深部高温生气阶段，反射率继续增加。

羌塘盆地有机质热演化总体显示出“外高内低”的环带状分布特点。烃源岩有机质Ro在盆地中心一般小于1.0%，而向盆地外围方向Ro值呈现增大趋势。

根据羌塘盆地已有大量资料，将盆地有机质热演化分为4个阶段(赵政璋等，2001):①低成熟阶段，古埋深2500～4500 m，古地温75～100℃，Ro值0.5～0.8%;②成熟阶段，古埋深4500～5500 m，古地温100～127℃，Ro值0.8～1.3%，为烃类大量生成阶段;③高成熟阶段，古埋深5500～7200 m，古地温127～150℃，Ro值1.3～2.0%，为烃类生成急剧减小阶段;④过成熟阶段，古埋深＞7200 m，古地温＞150℃，Ro值＞2.0%，该阶段液态烃生成几乎为零，气态烃是已生成的液态烃高温裂解而来。

图3 托纳木藏布烃源岩恢复后有机碳柱状图Fig.3 Histogram of organic carbon of recovered hydrocarbon source rock

表2 烃源岩干酪根显微组分类型鉴定表Table 2 Classification of hydrocarbon source rock’s kerogen micro－components

在托纳木藏布地区，我们一共选送了43个烃源岩样品进行镜质体反射率分析，有34个样品获得了分析数据(表1)(其他样品没有分析数据可能是因为缺乏镜质体，或者是有镜质体而不能测定)。从表可以看出，本区烃源岩Ro最高值为1.38%，最低值为0.95%，表明烃源岩均已达到成熟阶段，除一个样品Ro达1.38%，进入高成熟阶段，其他样品均达成熟的大量生烃阶段。同时我们也选送了35个烃源岩样品进行热解分析，Tmax值绝大部分在500℃以下，均为成熟－高成熟，只有一个样品超过570℃(表1)，为过成熟，其Tmax值与Ro值基本上吻合。由于烃源岩暴露于地表，长期遭受风华、大气水淋虑、紫外线照射等，实测成熟度应该高于其真实成熟度。

同时烃源岩干酪根碳同位素也是判断有机质热演化程度的参数之一，演化程度越高，干酪根碳同位素(δ13C)就越重，而原油演化程度越高其碳同位素(δ13C)就越低。该区烃源岩干酪根碳同位素比较重，δ13C均小于－25‰，其成熟度较高，与烃源岩镜质体反射率值和热解峰温相吻合，该区烃源岩为成熟－高成熟。

从分析数据来看，该区烃源岩有机质类型均为Ⅱ1和Ⅱ2型，没有见到Ⅰ型和Ⅲ型，有机质类型较好，烃源岩均已成熟，为中－高成熟度，但有机碳含量偏低，我们觉得这与样品长期暴露于地表遭受风化有关，同时由于烃源岩的成熟度相对较高，没有不成熟或低成熟的烃源岩样品，我们无法开展烃源岩有机质热模拟分析，从而无法取得其有机质的恢复系数，在研究过程中引用了中石油青藏项目经理部在上个世纪中后期对羌塘盆地进行石油地质调查时所获得的有机质恢复系数，同时，我们在分析研究的时候没有(也无法)考虑烃源岩因风化所损失的有机质，因此我们认为该区有机质恢复系数应该更高。

4.5 烃源岩色谱、质谱特征

我们一共选送了34个烃源岩样品进行色谱分析(表1)。从分析结果看出:该区烃源岩主峰碳主要以高碳数C25、C27为主，极少数为低碳数C19。同时∑nC21－/∑nC22+绝大部分小于0.5，只有极少数大于0.5，(nC21+nC22)/(nC28+nC29)值分布范围较大，最大的为3.47，最小的0.32，表明该地区烃源岩大部分具有明显的重碳优势，并且缺乏C1～C10的低碳数正构烷烃，我们认为该区烃源岩缺乏轻烃，可能与我们测量剖面的地区长期暴露于地表，样品长期遭受风化淋滤，轻烃挥发逃逸有关。该区烃源岩OEP值分布于0.81～1.24，，大于1.15的具有奇碳优势的样品只有4个，CPI值分布于1.03～1.10，均大于1，但偶碳优势不明显，总之，该区烃源岩没有明显的奇偶优势。Pr/Ph基本上都在0.43～0.72范围内。

表3 烃源岩质谱分析数据表Table 3 Mass spectrographic analysis data of hydrocarbon source rock

我们在托纳木藏布地区选取了13个烃源岩样品进行质谱分析(表3)。分析结果表明，烃源岩γ－蜡烷含量较低，γ－蜡烷/C30藿烷比值均小于0.22;C29ββ/(ββ+αα)值均≤0.50，均未达平衡值;C29S/(S+R)只有3个样品小于0.50，最小为0.46，其比值均未达平衡值，表明烃源岩达到成熟阶段而未达过成熟阶段，与前面分析吻合很好。C27规则甾烷、C28规则甾烷含量几乎均小于30%，C29规则甾烷含量较高，最高达0.52，最低也有0.39，表明该区烃源岩母质中高等植物来源相对较高(高等植物可能为成岩和改造过程中混入)，藻类等的等水生生物相对于高等植物少。

5 认识及结论

(1)该地区烃源岩为差－中等，如果综合考虑青藏高原遭受长期的风化剥蚀等其它因素，该地区烃源岩应该是中等－好的烃源岩，有形成大的油气藏的物质基础。

(2)从测区烃源岩分布和有机碳含量、有机质类型、热演化程度等分析结果来看，本区索瓦组在有机质类型、热演化程度等方面基本相似，烃源岩中以索瓦组三段油页岩有机碳含量最高(含沥青值灰岩除外，沥青值灰岩中有机碳含量受沥青质影响，其有机碳含量比真实值高)，索瓦组四段的生物碎屑灰岩有机碳含量也明显高于其它三段的生物碎屑灰岩。

从整体上看，索瓦组烃源岩中，索瓦组三段和四段烃源岩有机碳含量比一段、二段高(平均值)，但三段其有机质类型Ⅱ2型，较其它三段要差一些，综合评价认为索瓦组四段碳酸盐岩和三段泥岩为较好烃源岩，三段和二段碳酸岩盐为中等－较差烃源岩，二段泥岩、一段泥岩与碳酸盐岩为较差烃源岩。

(3)色谱分析表明烃源岩主峰碳主要以高碳数C25、C27为主，大部分具有明显的重碳优势。质量色谱分析分析结果表明，烃源岩r－蜡烷含量较低，烃源岩有机质主要来源于海相低等生物，并混有陆相高等植物。

本文撰写过程中得到了中石化研究总院伍新和高级工程师、成都理工大学沉积地质研究院田景春教授的指导和帮助，在此表示衷心感谢!

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