库车坳陷中生界烃源岩排烃史与资源潜力

邢恩袁，庞雄奇 中国石油大学 （北京）盆地与油藏研究中心 中国石油大学 （北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249

肖中尧，张宝收 （中石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒841000）

郭继刚 （中国石油大学 （北京）盆地与油藏研究中心，北京102249）

库车坳陷中生界烃源岩排烃史与资源潜力

邢恩袁，庞雄奇 中国石油大学 （北京）盆地与油藏研究中心 中国石油大学 （北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249

肖中尧，张宝收 （中石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒841000）

郭继刚 （中国石油大学 （北京）盆地与油藏研究中心，北京102249）

为揭示库车坳陷油气勘探潜力，利用生烃潜力法分析了研究区烃源岩的排烃史与排烃特征。结果表明：三叠系排油高峰始于23Ma，早于侏罗系排油高峰 （12Ma）。古圈闭被破坏，新圈闭形成时间晚于23Ma，不利于来自三叠系的油源聚集成藏。三叠系与侏罗系烃源岩排气量大，且时间与新圈闭形成时间耦合较好，有利于天然气的晚期成藏。三叠系源岩排出的天然气较难突破中上侏罗统的巨厚泥岩，但是该条件有利于天然气在下侏罗统圈闭内成藏。库车坳陷具备发育深盆气藏的烃源条件与致密储层条件，有利于形成大面积的深盆气藏，拜城凹陷与阳霞凹陷的斜坡带是潜在的深盆气藏资源区。

库车坳陷；烃源岩；排烃史；资源潜力；深盆气

库车坳陷是塔里木盆地北部的重要天然气产区，自1954年开始勘探，至目前共钻探井70余口，油气田16个，典型代表为克拉2大气田，全国第三次资评的结果是库车坳陷总资源量30.72×108t（油4.97×108t、气25.75×108t油当量），比二次资评结果有较大增长。这表明随着学者对库车坳陷石油地质条件的不断认识，该地区潜在的资源量在被不断地挖掘出来［1～6］。但目前仍有诸多问题需要解答，如库车坳陷目前发现的气藏以来自侏罗系与三叠系的混源气为主，其中以来自侏罗系的天然气占绝大部分比例，其原因需探究；库车坳陷深部油气资源类型尚需进一步分析。因此有必要对三叠系源岩的排烃史进一步开展分析，以便进一步了解库车坳陷油气藏的形成规律并探寻潜在的油气资源。笔者从烃源岩排烃史角度分析了不同层系烃源岩的排烃特征，结合相关石油地质研究成果指出了库车坳陷潜在的资源类型与勘探方向。

1 研究区地质概况

库车坳陷位于塔里木盆地北部，南天山南缘，北依南天山褶皱带，南抵塔北隆起的轮台断隆，东起库鲁塔格山，西至柯平断隆。整体呈NEE向线状展布，东西长450km，南北宽50～80km，轮廓面积2.7×104km2。库车坳陷经历多期构造运动，尤其是喜马拉雅中晚期 （23Ma至今）的构造运动对库车坳陷构造变形的影响最为强烈，因此具有 “四带三凹”的构造格局 （图1）。自北向南分别为：北部单斜带、克拉苏构造带、依奇克里克构造带、秋里塔格背斜带、前缘隆起带及拜城凹陷、阳霞凹陷、乌什凹陷［7］。研究区储层主要分布在中新生界：下侏罗统砂岩、下白垩统砂岩、东部古近系砂岩；烃源岩则主要分布在中生界的侏罗系与三叠系，除上侏罗统恰克马克组发育Ⅱ型干酪根以外，自上而下，中下侏罗统的克孜勒努尔组与阳霞组以及三叠系的塔里奇克组与黄山街组均为Ⅲ型干酪根［8，9］。区域性盖层为巨厚的古近系－新近系膏盐泥岩和中上侏罗统的巨厚泥岩［7］。

图1 库车坳陷构造区划图

2 排烃史分析

2.1 研究方法简介

利用生烃潜力法研究烃源岩排烃量的方法是在排烃门限理论基础上发展而来的［10］，以物质守恒原理为依据，认为烃源岩中的有机质在生排烃前后质量不变，主要包括：①未转化成烃的干酪根或残余有机质；②已生成并残留于烃源岩中的烃类；③已排出烃源岩的烃类。烃源岩演化过程中生成的烃类没有满足自身残留条件以前，其生烃潜力有逐渐增大的趋势，烃类的排出是造成烃源岩生烃潜力减小的唯一原因［11～13］。因此通过研究烃源岩生烃潜力指数（（S1＋S2）／TOC）在地质剖面上的变化关系可以研究烃源岩的排烃率、排烃速率、排烃效率以及排烃史等特征［14］。生烃潜力法是通过实验参数的计算得到烃源岩排烃强度 （式 （1））［15］，再经过面积积分得到排烃量，计算过程避免了利用生烃量计算排烃量过程中的人为干扰和误差，使结果更可信。

式中，Ehc为排烃强度，10t／km2；z为埋深深度，m；zo为排烃门限，m；qe（z）为单位质量有机碳的排烃量，mg／g；ρ（Z）为烃源岩密度，g／cm3；TOC为有机碳百分含量，%；H为烃源岩厚度，m。

在计算出排烃强度的基础之上，通过物质平衡优化模拟计算方法［15］，求出油发生率和气发生率，进而根据油气发生率比，可近似地将排烃量分为排油量和排气量。该计算方法为：

当i＝CH4，Qm（i）＝－0.0178KTI2＋4.92KTI＋103时，有：

当i＝ 油，Qm（i）＝0.01136KTI2＋1.034KTI＋32时，有：

式中，Rp（i）为每吨有机母质的总烃发生率，kg（或 m3）；Qm（i）为每立方米源岩生烃量，kg（或 m3）；K（i）为过程中烃类气体、氢气和液态烃的相对产率；KTI为干酪根类型指数；Ro为镜质体反射率，%；i代表不同的油气组分。

2.2 排烃特征参数计算

2.2.1 排烃量基本计算参数

三叠系烃源岩的分布范围基本与库车坳陷相当，而侏罗系烃源岩的分布范围则超出了该范围。库车坳陷三叠系烃源岩厚度大，在北部露头区出露厚度一般为230～600m，向南逐渐减薄；侏罗系暗色泥岩分布更加广泛，其分布范围大于三叠系，具有与三叠系烃源岩分布一致的北厚南薄的趋势，一般厚度在250～600m［16，17］。众多学者通过研究证实：库车坳陷三叠系－侏罗系烃源岩有机质丰度高 （煤平均TOC＝55%、碳质泥岩平均TOC＝15%、暗泥平均TOC＝1.2%），以腐殖型为主，主要由Ⅲ型干酪根组成，以生气为主，但恰克马克组存在较多的Ⅱ型干酪根，有一定的生油能力；烃源岩多数处在高成熟阶段（Ro＝1.0%～3.0%），是形成库车大气区的重要物质基础［18～25］。对于库车坳陷中生界烃源岩的平均密度，根据前人研究可取平均值2.305g／cm3［25］。

2.2.2 排烃模型建立与排烃量计算

在明确了排烃量相关计算参数后，对库车坳陷井下侏罗系至三叠系烃源岩的1358块不同类型的干酪根样品的热解数据与热成熟度Ro数据进行拟合，分别建立了研究区Ⅱ型和Ⅲ型干酪根的排烃模式（图2）。这里利用成熟度Ro数据进行拟合避免了因抬升剥蚀造成的 “较浅排烃门限”的假象，真实地反映了烃源岩排烃时的埋深条件。由图2可知：Ⅲ型干酪根为主的烃源岩排烃门限为Ro≈0.8%，Ⅱ型干酪根为主的烃源岩排烃门限为Ro≈0.7%。对应到每套烃源层系，即除了恰克马克组的排烃门限约为Ro＝0.7%外，三叠系与侏罗系烃源岩的排烃门限都在Ro＝0.8%左右。

图2 库车坳陷不同类型干酪根排烃模式

在建立了上述模型的基础上，结合烃源岩厚度、有机碳含量、成熟度、岩石密度等相关数据［18～25］，根据排烃强度公式 （式 （1））可计算出研究区不同地质历史时期的排烃强度。在此基础上，通过研究区不同时期的烃源岩分布面积［25］与排烃强度的乘积可获得其各个地质历史时期的总排烃量；进一步通过式 （2）～式 （4）计算出研究区不同时期的烃源岩排油气量 （图3）。其中KTI的确定是在理论值基础上 （Ⅱ型干酪根KTI＝25～75；Ⅲ型干酪根KTI＝0～25），结合前人对研究区烃源岩热模拟分析化验结果综合分析得出的：Ⅱ型干酪根KTI＝35～45，Ⅲ型干酪根KTI＝25［26，27］。

图3 库车坳陷三叠系与侏罗系源岩排烃史

2.3 结果分析

通过对库车坳陷三叠系至侏罗系烃源岩排烃量的计算，其结果表明：

1）三叠系源岩排油高峰早于侏罗系源岩。三叠系与侏罗系源岩分别排油97.95×108t和99.09×108t，三叠系源岩在吉迪克组沉积期 （23～12Ma）进入排油高峰，侏罗系源岩在康村组沉积期 （12～5Ma）进入排油高峰 （图3 （a）、 （b））。据前人研究［28］，库车坳陷在大北、克拉和依奇克里克地区存在古隆起，因此，这些古隆起部位在吉迪克组沉积期可能聚集了来自三叠系排出的原油；自12Ma以来，库车坳陷进入强烈构造挤压阶段，山前带构造挤压强烈，尤其在5Ma时最为强烈［29］，依奇克里克地区剥蚀量高达1500m，大北及克拉地区也遭受了不同程度的抬升剥蚀［25］，古隆起范围内早期聚集的三叠系原油遭到调整破坏而难以保存。而此时侏罗系源岩正进入排油高峰期，因此，目前库车坳陷发现的大宛齐、依奇克里克油田都是以侏罗系原油为主，含有少量三叠系原油的油藏［30］，且为调整型或残留油藏。此外，侏罗系源岩总排油量大于三叠系也是造成该现象的原因之一。

2）2套层系的源岩排气量大是库车坳陷富气的主要原因。三叠系和侏罗系2套烃源岩分别排气85.29×1012m3和117.12×1012m3。主要烃源层系中，除了恰克马克组，其他源岩均在白垩纪末期开始排气，5Ma左右进入排气高峰 （图3（c）、（d））。该时期正好与喜山晚期构造运动下新圈闭的形成相耦合，形成了库车坳陷富气区。

3）三叠系源岩的排气时间与侏罗系源岩接近，都在库车组沉积期。三叠系源岩与中上侏罗统巨厚泥岩之间仅存在一套下侏罗统阿合组储层，相对密闭的空间使深部源岩与储、盖层之间形成一套超压体系［28］，使来自三叠系源岩的天然气较难直接运移至侏罗系巨厚泥岩之上的中新生界储层中，但这有利于来自于三叠系源岩天然气在阿合组中聚集成藏。因此，现今库车坳陷白垩系至古近系储层中较少发现来自三叠系的天然气。

4）侏罗系源岩的排气速率达到0.79×108m3／（km2·Ma），三叠系源岩的排气速率达到0.58×108m3／（km2·Ma），均已达到或超过世界部分深盆气区烃源岩的排气速率［31，32］，表明库车坳陷还具备形成深盆气藏的烃源条件。此外，研究表明［33，34］：库车坳陷部分地区古近系与白垩系储层大约在20～5Ma期间逐渐达到致密化，而下侏罗统的阿合组储层也普遍致密化［35］，部分地区的储层致密化时间早于天然气大量排出的时间，这均有利于形成大面积的深盆气藏［36］，如阳霞凹陷与拜城凹陷的斜坡带等构造平稳地区都是潜在的深盆气藏发育带。

3 结 论

1）三叠系排油高峰始于23Ma，早于侏罗系排油高峰 （12Ma）。新圈闭形成时间晚于23Ma，与侏罗系源岩的排油期耦合的更好，因此现今库车坳陷少见以三叠系油源为主的油藏。

2）三叠系与侏罗系烃源岩排气量大，排气高峰为库车组沉积期 （5～2Ma），在时间上与新圈闭形成时间耦合较好，有利于天然气的晚期成藏。

3）三叠系源岩排出的天然气较难突破中上侏罗统的巨厚泥岩，但是该条件有利于天然气在下侏罗统阿合组圈闭内成藏。

4）2套源岩为库车坳陷发育深盆气藏提供了良好的烃源条件，且排气时间晚于部分新生界储层的致密化时间，有利于形成大面积的深盆气藏。拜城凹陷与阳霞凹陷的斜坡带是潜在的深盆气藏资源区，勘探工作可以进一步向深部进军。

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Hydrocarbon Expulsion History of Mesozoic Source Rocks and Resource Potential in Kuqa Depression

XING En-yuan，PANG Xiong－qi，XIAO Zhong－yao，ZHANG Bao-shou，GUO Ji-gang （First Author’s Address：Basin and Reservoir Research Center，China University of Petroleum，Beijing102249，China；State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

For revealing the potential force of gas and oil exploration in Kuqa Depression，the hydrocarbon expulsion history and the characteristics of hydrocarbon expulsion of the studied area were analyzed by using the method of hydrocarbon-generation potential.The results show that，firstly，the peak of oil expulsion of the Triassic source rocks is started at 23Ma，it is earlier than Jurassic source rocks（12Ma）.At this time the ancient trap was destroyed，and new trap is formed later than 23Ma.It is not beneficial for Triassic source rock accumulation.Secondly，the exhaust volume of the Triassic and Jurassic source rocks is larger，and the exhaust time is coupled better with that of new trap formation，which is favorable for late gas accumulation.Thirdly，the gas of the Triassic source rocks is difficult to break through the giant thick mudstone in middle and upper Jurassic，but the condition is advantageous to the natural gas accumulation in the Jurassic traps.Fourthly，Kuqa Depression developes deep basin gas source conditions and tight reservoir conditions，which is favorable for the formation of large area of deep basin gas reservoirs，and the slope of Baicheng Sag and Yangxia Sag is the potential of deep basin gas resource area.

Kuqa Depression；source rock；hydrocarbon expulsion history；resource potential；deep basin gas reservoir

TE122.1

A

1000-9752 （2012）04-0036-05

2011-10-18

国家重点基础研究发展计划项目 （2006CB202300）。

邢恩袁 （1982-），男，2005年大学毕业，博士生，现主要从事油气藏形成机理与分布规律方向的研究工作。

［编辑］ 宋换新