乌伦古坳陷石炭系烃源岩有机地球化学特征研究

徐兴友

(中石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东 东营 257015)

随着准噶尔盆地乌伦古坳陷中深层油气勘探的逐渐深入，石炭系烃源岩的资源作用越来越被重视。乌伦古坳陷在石炭纪有较长时间的稳定海盆发育，具备持续沉降和沉积的特征，有利于烃源岩的发育。近年来在乌伦古北部的扎河坝地区发现石炭系野外露头油苗的存在，表明这一地区石炭系已具备生烃条件，是潜在的重要勘探领域[1]。但由于石炭系烃源岩埋藏较深、坳陷区钻井揭示少，对乌伦古坳陷石炭系烃源岩的研究程度较低，石炭系烃源岩的发育特征及生烃潜力尚不明确。

1 地质概况及勘探现状

乌伦古坳陷是准噶尔盆地北部的一个大型一级构造单元，坳陷形态呈菱形展布，北以吐丝托依拉断裂带与乌伦古北隆起带相接，西与石英滩凸起相邻，南与三个泉凸起相接，东以乌伦古东断裂带为界，面积约1.6×104km2，占盆地总面积的13%。乌伦古坳陷总体呈现北西-南东走向，主要由红岩断阶带和索索泉凹陷2个二级构造单元组成。

乌伦古坳陷的勘探工作始于20世纪50年代，80年代开始地震勘探和钻探工作，2010年之前坳陷内有5口探井(伦2井、伦3井、伦5井、伦6井、伦7井)和1口参数井(伦参1井)。到目前为止，只在伦5井侏罗系八道湾组(3116.96～3119.36m)见到0.38m油浸砂岩，油气源分析表明，该层油气来源于石炭系烃源岩。油气源分析表明，青格里底山的滴北1井八道湾组、陆南凸起东段的滴西8井和滴西9井的原油均有石炭系烃源岩的贡献。目前的观点认为，乌伦古坳陷属于大型含油气盆地，虽然至今没有大的突破，但不能否认其含油性，坳陷内可能的烃源岩主要分布于石炭系、三叠系和侏罗系，缺失二叠系、中下三叠统及新生代地层[2-6]。

2 石炭系烃源岩地球化学特征

乌伦古坳陷内钻井资料少，对坳陷内石炭系烃源岩的分布特征的研究目前只有根据邻近地区的资料和坳陷内仅有的几口钻井资料来进行研究，并结合构造和沉积特征加以推测。

目前钻井揭示的地层仅是石炭系的一部分，没有一口井钻穿石炭系。从目前钻井资料来看，石炭系在整个坳陷内主要发育上石炭统巴塔玛依内山组、下石炭统滴水泉组2个层段，塔木岗组只有乌参1井钻遇了122m。石炭系地层上部巴塔玛依内山组岩性主要为绿灰色凝灰质砂岩，深灰色、黑灰色的凝灰岩和肉红色的花岗岩(见图1)，下部滴水泉组发育暗色泥岩及炭质泥岩。伦2井上部花岗岩，下部滴水泉组发育厚度大于200m的灰黑色和黑灰色的暗色泥岩，乌参1井滴水泉组发育厚度超过1000m的炭质泥岩。因此，乌伦古坳陷石炭系烃源岩主要分布在滴水泉组。

图1 乌伦古坳陷部分井石炭系地层柱状图

图2 乌参1井石炭系烃源岩综合柱状图

图3 乌参1井镜质体反射率与深度关系图

图4 准噶尔乌伦古-陆梁-五彩湾地区石炭系烃源岩有机质成熟度分布图

石炭系地层在索索泉凹陷内埋藏较深(乌参1井4200m以下，伦5井3172m以下)，在红岩断阶带上埋藏较浅(伦2井1831m以下，伦3井1587m以下)，整体趋势为坳陷东南部石炭系埋深要大于西北部(见图1、2)。

2.1 有机质丰度

乌参1井上石炭统巴塔玛依内山组岩性为深灰色凝灰岩及泥质凝灰岩，有机质丰度较低：总有机碳(TOC)含量为 0.43%～0.68%，平均 0.55%，生烃潜量(S1+S2)为0.18～0.32mg/g，平均 0.25mg/g，“A”(氯仿“A”含量)为0.0136%，有机质丰度较低。

下石炭统滴水泉组主要岩性为灰黑色、深灰色炭质泥岩及砂质泥岩，有机质丰度明显高于上石炭统巴塔玛依内山组。TOC为0.14%～1.86%，平均 0.77%，(S1+S2)为0.01～3.59mg/g，平均 0.42mg/g；“A”为0.0441%～0.1387%(见图2)，有机质丰度总体评价较高，尤其是5500m以下滴水泉组地层的有机质含量明显增加，已达到好烃源岩标准。

2.2 有机质类型

乌参1井下石炭统滴水泉组烃源岩的镜质组+惰质组占40%～50%，腐泥组占60%～50%(见图2)，以I型有机质为主。之所以将滴水泉组烃源岩有机质类型定为I型是因为在岩石样品有机显微组分中发现了大量的贫氢次生组分，比例占到了80%～90%。有研究认为，贫氢次生组分为藻类等水生低等生物在成熟阶段的降解产物。由于样品时代老，经过漫长的地质历程及演化，导致氢组分的损失，从而使本该具有的荧光特征消失，只保留了原始形态。乌参1井滴水泉组烃源岩保留的有机质原始形态呈条带状分布，体现了优质烃源岩富集有机质发育的特点。乌参1井的上石炭统巴塔玛依内山组烃源岩以Ⅱ2型为主，有机显微组分构成类似于滴水泉组，但是缺乏贫氢次生组分。

2.3 有机质成熟度

上石炭统巴塔玛依内山组镜质体反射率(Ro)范围1.36%～1.44%，平均 1.4%；下石炭统滴水泉组Ro范围1.4%～2.03%，平均 1.63%，处于高～过成熟阶段。乌参1井缺失中下三叠统及二叠系。从实测的数据来看，三叠系最大Ro为0.9%，下石炭统最小Ro为1.4%，存在明显成熟度“断层”。这说明在三叠系沉积之前石炭系烃源岩达到了现今的演化程度，并完成了生排烃过程，早期生烃不利于油气的保存，因此后期保存条件是油气能否成藏的关键(见图3)。

石炭系露头剖面的Ro较高，扎河坝Ro为1.15%，萨尔布拉克Ro为1.53%，阿拉土别库都克Ro为1.16%，喀姆斯特Ro为1.35%，恰库尔图北草原东侧地区下石炭统南明水组烃源岩中实测Ro为1.67%～2.32%，有机质成熟度处于成熟～过成熟度阶段。红尖沟上支流剖面下石炭统滴水泉烃源岩实测Ro为1.05%～2.26%，有机质成熟度也进入成熟～过成熟度阶段，以生气为主。红尖沟上支流、恰库尔图北草原东侧剖面上石炭统巴塔玛依内山组泥岩样品实测Ro为1.05%～1.66%[7]，有机质进入成熟阶段(见图4)。

2.4 生物标志物特征

乌参1井滴水泉组烃源岩饱和烃色谱特征存在差异：上部烃源岩(5040～5060m)正构烷烃碳数分布型式主要呈单峰结构，但其主峰为C23，植烷优势明显，姥植比为0.54，奇偶优势指数(OEP)为1.06，碳优势指数(CPI)为1.29，具有一定的奇数优势，未检测出胡萝卜烷。下部烃源岩(6147～6149m)由于成熟度较高，差异较大。其主峰为C17，大于C20的饱和烃消失不见，姥鲛烷优势明显，姥植比为2.49，OEP为1.06，CPI为0.91，奇偶优势不明显(见图5)。

萜烷及甾烷化合物较为相似：C20、C21、C23三环萜烷丰度较高，呈上升型；伽马蜡烷含量较高，伽马蜡烷指数为0.23～0.35；Ts与Tm相比丰度略低，Ts/(Ts+Tm)值为0.58～0.9；甾烷化合物分布完整，ββ构型规则甾烷低于αα构型；孕甾烷与升孕甾烷的丰度较低；ααα20RC27、C28、C29甾烷丰度呈“V”型分布，ααα20RC27∶C28∶C29值为34∶31∶35；重排甾烷丰度较低，规则甾烷的丰度高； C29/C30αβ为0.52～0.56，C29莫烷/藿烷为0.17～0.18，C30莫烷/藿烷值为0.16～0.19。C29甾烷ββ/(ββ+αα)为0.36～0.43，C29甾烷20S/(20S+20R)为0.34～0.39。

巴塔玛依内山组烃源岩与滴水泉组生标特征大部分相似，但从生物标记物特征分析滴水泉组烃源岩沉积环境更为咸化，更有利于有机质的保存及生烃。藻类和低等水生生物对有机质的贡献较大，陆源高等植物也有一定贡献。

3 结 论

1)乌伦古坳陷下石炭统滴水泉组发育大套炭质泥岩，其有机质丰度较高、类型好、处于高演化阶段，是一套好烃源岩，以产气态烃为主，井深5500m以下的滴水泉组烃源岩有机质丰度更高，资源潜力更大。受完钻井深的限制，分析资料仅到6150m，预测石炭系滴水泉组深部地层有好烃源岩发育。

图5 乌参1井滴水泉组烃源岩饱和烃色谱图

2)石炭系与上覆三叠系地层存在明显成熟度“断层”，由此判断石炭系应该是在三叠系沉积之前达到了现今的高成熟度并完成了生排烃过程，受地层剥蚀的影响早期生烃不利于生成油气的保存，因此后期保存条件是乌伦古坳陷石炭系油气能否成藏的关键。

3)乌伦古坳陷东北部边缘(伦6井)石炭系样品的Ro小于0.8%，说明石炭系烃源岩成熟度差异较大，乌伦古坳陷东部存在成熟度较低具有生成液态烃能力的石炭系烃源岩。

[参考文献]

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