南祁连盆地东北部木里地区三叠系尕勒得寺组烃源岩评价

袁二军，崔 彬，冯小伟，王占林

（1.青海大学地质工程系，青海 西宁 810000；2.中国地质大学 （北京）地球科学与资源学院，北京 100083；3.内蒙古自治区第一地质矿产勘查开发院，内蒙古 呼和浩特 010100；4.西部矿业股份有限公司锌业分公司，青海 西宁 810000）

天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”之称，被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源。天然气水合物是一种新型清洁、高效能源。“天然气水合物”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多［1］。1m3可燃冰可转化为164m3的天然气和0.8m3的水。全世界拥有的常规石油天然气资源，将在40年或50年后逐渐枯竭。而科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万km2，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年，因而被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。迄今为止，全球至少有30多个国家和地区在进行“可燃冰”的研究与调查勘探［2］。

天然气水合物不仅存在于海洋底部的沉积物中，而且还生成于极地冻土层或高纬度和高海拔冻土地区的土壤层中，中国天然气水合物的分布领域主要在南海以及中国永久冻土带。南祁连盆地东北部木里地区2008年11月5日DK-1孔首次发现天然气水合物，之后分别在 DK-2、DK-3孔中再次钻获天然气水合物，并经激光拉曼测试证实为天然气水合物，这是在中国冻土区首次发现天然气水合物，同时也是世界中纬度高山冻土区首次发现天然气水合物，取得了找矿工作的重大突破［1］，具有重要的科学、经济和环境意义。

1 南祁连盆地东北部木里地区区域地质概括

中国多年冻土面积达215×104km2，占国土总面积的22.4%［3］（周幼吾，2000），是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三冻土大国。冻土区主要分布于青藏高原、大兴安岭及其他高山地区（图1）。

图1 中国冻土区天然气水合物找矿远景区预测（冻土分布范围据参考文献）

祁连山是天然气水合物有利勘探Ⅱ级选区，同时也是中国西部多年冻土广泛分布的地区之一，多年冻土区面积约10×104km2。区内山脉与盆地相间排列，山脉主峰海拔大都超过5000m，盆地区一般为3500～4000m。祁连山总体上属于高原亚寒带半干旱气候区，日平均气温低于等于0℃的天数每年有160～240天不等。在海拔2700～4100m的地带内，年平均气温为0.7～－5.8℃，这为冻土发育提供了有利条件。现有资料表明，祁连山南坡冻土区下界大致在海拔3700～3900m处，主要沿拉脊山－青海南山－柴达木山一线分布；北坡下界在3450～3650m处，主要沿冷龙岭－走廊南山－党河南山一线分布［3］。冻土区下界与年平均气温为－2～－2.5℃。平面上可分成连续冻土区和岛状冻土区，前者主要分布于祁连山中段，后者则分布于祁连山的东段和西段。

木里盆地内发育两段巨大的断裂构造，一条是木里断裂，另一条是草芒断裂。木里坳陷自下而上发育四套烃源岩系：石炭系暗色泥（灰）岩、二叠系草地沟组暗色灰岩、三叠系尕勒得寺组暗色泥岩、侏罗系暗色泥页岩。木里坳陷整体保存条件较好，在三叠系沉积后，盆地又接受了侏罗系、下白垩统、上第三系等沉积，尽管期间经历了多期的抬升运动，但隆升幅度不大，遭受的剥蚀量较小，因此其保存条件在南祁连盆地所有坳陷中是最好的。综合考虑，把三叠系和侏罗系作为主要目的层，木里坳陷是南祁连盆地中最具勘探前景的地区。在本次研究中，除东北部出露少量侏罗系地层、西南部出露少量二叠系草地沟组地层外，主要的烃源岩发育在三叠系尕勒得寺组，故本次研究以尕勒得寺组地层为重点研究地层。为此，笔者在详细分析三叠系烃源岩特征的基础上对其进行综合评价。

2 烃源岩的分布特征

盆地内三叠系尕勒得寺组地层出露范围较广，主要有上、中、下三段。上段主要为灰－深灰色细－粉砂岩、黑色泥岩、粉砂质页岩与灰－浅灰色长石砂岩、杂砂岩夹碳质页岩、薄煤层及煤线组成的韵律层。砂质页岩中偶见直径过1m的灰岩结核。中段为灰－灰白色厚层－巨厚层长石砂岩夹灰色中薄层状细－粉砂岩、粉砂质泥岩夹碳质页岩。局部含植物化石碎片。下段为中薄层状长石砂岩、长石石英砂岩与粉砂质泥岩、深灰色细砂岩与碳质页岩互层状产出，偶夹不等粒石英粗砂岩。三叠系尕勒得寺组地层呈现东西方向展布，主要发育一套滨浅湖相到半湖相的沉积建造。

3 有机质丰度

烃源岩中有机质是油气形成的物质基础，在研究沉积盆地中某套地层是否能作为烃源岩时，首先需要考虑的有机质丰度的大小。有机质丰度的指标一般包括有机碳（TOC）含量、氯仿沥青“A”及总烃含量，其中有机碳含量是最重要的丰度指标。

有机质丰度评价标准中的下限值，即划分烃源岩与非烃源岩的界限值。通过前人的勘探实践，对于泥质烃源岩而言，国内外大多数学者认为有机碳含量下限值为0.4%～0.5%，如表1所示，而对于碳酸盐岩烃源岩的有机碳含量下限值有较大的分歧，不同的地区有不同的下限值。由表2可知，碳酸盐岩烃源岩的总有机碳含量平均值较一般的（0.1%～0.2%）高，大油气田的则更高。由于我国海相碳酸盐岩有机质丰度较世界其他地方都偏低，而成熟度却普遍偏高，因此综合国内的研究成果，南祁连盆地木里地区碳酸盐岩烃源岩的有机质丰度评价标准如表3所示。

表1 南祁连盆地木里坳陷泥质烃源岩评价标准

表2 国内外研究单位及学者提出的碳酸盐岩生油岩有机质丰度下限值（郝石生，1996）

由于研究区仅西南部出露小范围中三叠系大加连组的地层，在此不对其碳酸盐岩烃源岩作资源评价。

在玛莫合陇阿地区的三叠统所采的样品显示，尕勒德寺组中下段烃源岩发育较好，有机碳含量最高可达到11.82%，平均在2.4%左右，属于中等～好烃源岩。Tmax一般在500℃以上，热演化程度较高。产油潜率平均为0.07%，考虑到地表因素的综合作用和变质作用的影响，产油潜率应该比实测值高。热解烃含量平均为0.04%，游离烃大多为0.01%，部分还未能测出。分析其主要原因是因为地表样品遭后期强烈变质所致。烃指数平均为1.05，降解率平均为0.34%。

该组有机碳含量直方图如下（图2）：生油岩样品数8个，有机碳含量大于1%所占样品数为样品总数的62%，根据分类标准（表1），90%以上的样品都达到了烃源岩的下限标准。

图2 上三叠统尕勒得寺组TOC分布直方图

4 有机质类型

烃源岩中有机质不同的来源决定着其生油或生气潜力，因此研究有机质类型就是为了判断其生烃类型及生烃潜力的大小。烃源岩中沉积有机质的类型变化很大，这些沉积有机质在热演化过程中具有不同的生烃潜力，并转化为不同类型的干酪根。干酪根是沉积有机质的主体，约占总有机质的80%，一般I型干酪根生油量最大，III型干酪根生气量最大，其余的都介于他们二者之间。干酪根主要由碳、氢、氧和少量硫、氮组成，含脂肪族化合物甚多，环状化合物占优势。

干酪根的元素及化合物组成和结构变化很大，干酪根的类型和演化程度不同，具有不同的结构模型。所有的沉积有机质大致可以分为腐泥型和腐殖类，前者是指脂肪族有机质在缺氧条件下分解和聚合的产物，来源于海洋或湖泊环境水下淤泥中的孢子及浮游类生物，可以形成石油、油页岩、藻煤和浊煤。后者是指泥炭形成的产物，来自有氧条件下沼泽环境的陆生高等植物，主要可以形成天然气和腐殖煤，在一定条件下也可以形成石油。

研究烃源岩有机质类型的方法很多，常用的有干酪根元素组成分析法、岩石热解氢指数及氧指数分析法、干酪根碳同位素分析法、干酪根有机组分镜检和干酪根红外光谱分析法等。围绕上述分析内容建立了很多评价参数及有机质类型划分标准，目前常用的标准有三类四分或者五分法，本次研究采用三类四分法，见表3。

表3 烃源岩有机质类型划分标准（SY/T5735-1995）

尕勒得寺组（T3g）泥岩干酪根显微组份除不含腐泥组外，类脂组含量平均为77%，多数在70%～80%之间。镜质组含量平均值为14.2%，惰质组含量平均值为9%，说明泥岩干酪根多为生物降解的陆生生物，泥质类烃源岩的有机质以陆源为主。

图3 Tmax与氢指数HI划分烃源岩类型图版

本次研究采用烃源岩热解氢指数HI和降解潜率D分析确定南祁连盆地木里地区烃源岩有机质类型（图3，图4）。有机质类型分类时通常要考虑烃源岩的热演化程度对HI的影响，通常成熟度较高的烃源岩转化为可溶烃（S1）的比例较高，相应的S2含量就较小，HI就越低，因而常采用HI-Tmax图版对烃源岩有机质进行类型划分。在本研究区的样品中对干酪根的类型做了一定的分析后发现，干酪根类型全部都为III型干酪根，这说明研究区内的干酪根类型为腐殖型，以高等植物的输入为主。

图4 Tmax与降解潜率D划分烃源岩类型图版

5 成熟度

成熟度是有机质成烃的演化程度，有机质成熟度参数是评价各地质时期沉积盆地烃源岩和油气演化的重要指标。本次研究应用岩石热解参数特征来评价烃源岩的成熟度。有机质埋藏深度越大，温度越高，干酪根的侧链基团将不断从低键能到高键能依次发生断裂，因此所需的能量也逐渐增大。反应在岩石热解分析上，烃源岩热解烃峰的峰顶温度Tmax（℃）也随埋深的增大和地层时代变老而增高。近些年我国学者建立了烃源岩最高热解峰划分有机质热演化阶段的标准（表4）。

表4 我国生油岩Tmax划分成熟度标准/℃（许怀先等，2001）

本次测试了7组上三叠统尕勒德寺组野外露头样品（表5），结果显示最高热解峰温（Tmax）为547～580℃，平均为564℃，反应烃源岩处于成熟演化阶段的上限。

谢其锋等［5］（2011）对木里坳陷尕勒寺组泥质类烃源岩进行测试，得出镜质体反射率（R0）的结果为1.21%～1.5%，平均值为1.37%，说明上三叠统尕勒德寺组泥质类烃源岩已经进入高成熟期凝析油—湿气阶段。这与本次热解试验的结果相一致，由此可以推测上三叠统已经进入高成熟至过成熟阶段。

表5 上三叠尕勒得寺组（T3g）暗色泥岩有机质成熟度

6 结论

木里盆地三叠系尕勒得寺组发育有泥岩为主的烃源岩，以东西向展布。大部分地区有机碳的平均含量为2.4%，处于中等烃源岩的分布范围。有机质类型为Ⅲ型腐泥质，以产气为主。成熟度以及进入高成熟至成熟阶段。综合三叠系尕勒得寺组烃源岩的分布、有机质丰度、有机质类型、热演化程度分析，全面的分析研究认为三叠系尕勒得寺组烃源岩最为有利生烃层位，具有良好的生烃潜力。

研究木里盆地区三叠系烃源岩，同时评价生烃潜力对于我们开辟青海东北部油气地质调查新区与工作部署提供依据。也为冻土区其他地方的烃源岩的研究提供科学的对比分析的科学案例，为我们进一步缓解能源问题做出科学的贡献。

［1］祝有海，张永勤，文怀军，等.祁连山多年冻土区天然气水合物的形成条件［J］.地球学报，2010，（31）1：7-16.

［2］林鹰.“可燃冰”——有望成为21世纪新能源［J］.交通与运输，2012（3）：26-27.

［3］周幼吾，郭东信，邱国庆，等.中国冻土［M］.北京：科学出版社，2000：10-450.

［4］卢大业.浅议“天然气水合物— —可燃冰”［J］.高校论坛，2007（7）：320.

［5］谢其锋，周立发，马国福，等.南祁连盆地三叠系烃源岩有机地球化学特征［J］.北京大学学报，2011，47（6）：1034-1040.

［6］郝石生，高岗，等.高成熟海相烃源岩［M］.北京：石油工业出版社，1996.

［7］南征兵，张燕玲，李永铁.羌塘盆地中朱罗统布曲组烃源岩评价［J］.油气地质与采收率，（2012，1913）：15-21.

［8］成海燕，李安龙，龚建明.陆相烃源岩评价参数浅析［J］.海洋地质动态，2007，（24）2：6-10.