祁连山冻土区木里三叠系烃源岩地球化学特征

程青松，龚建明，张　敏，王伟超，李永红，李智高，蒋玉波,4

(1.长江大学　地球环境与水资源学院，湖北　武汉430100；2.青岛海洋地质研究所，山东　青

岛266071；3.青海煤炭地质105勘探队，青海　西宁810007；4.中国海洋大学　海洋地球

科学学院，山东　青岛266100)



祁连山冻土区木里三叠系烃源岩地球化学特征

程青松1，龚建明2，张敏1，王伟超3，李永红3，李智高2，蒋玉波2,4

(1.长江大学地球环境与水资源学院，湖北武汉430100；2.青岛海洋地质研究所，山东青

岛266071；3.青海煤炭地质105勘探队，青海西宁810007；4.中国海洋大学海洋地球

科学学院，山东青岛266100)

摘要：为了查明祁连山冻土区木里天然气水合物的气源，开展冻土区三叠系烃源岩研究工作。按照深度顺序，对JN井1300多米的岩心取芯，然后和露头样品一起进行实验测试。首先对采集到的36个样品进行常规的有机碳和岩石热解实验，分析其成熟度和生烃潜力；然后选出9个样品进行有机岩石学显微组分镜下鉴定；最后遴选出4个样品进行索氏抽提实验并进行色谱-质谱分析检测。研究结果表明，该区三叠系烃源岩基本处于高成熟阶段；有机质为Ⅱ型和Ⅲ型，有机质来源为混源输入，为陆表海-滨海三角洲相沉积；有机质丰度较高，为中等-好烃源岩。综合分析认为，冻土区三叠系烃源岩可能是该区天然气水合物的有利供气源岩。

关键词：三叠系；烃源岩；成熟度；丰度；类型；生物标志化合物；显微组分

GeochemicalCharacteristicsofTriassicsourcerocksfrom

天然气水合物广泛分布于海底沉积物和陆上冻土带中，其资源量是煤和石油总和的两倍，是一种非常重要的潜在能源。各国先后都投入到了研究天然气水合物的潮流中[1-2]。我国是世界第三大冻土国家，其主要分布在青藏高原地区，祁连山冻土区是天然气水合物的重要潜在区。从2002年开始,野外地质和地球化学调查研究发现了一些异常现象[5-8]。2008～2009年，中国地质调查局在祁连山南缘多年冻土区实施天然气水合物科学钻探试验，成功采集到天然气水合物实物样品，实现我国陆上冻土区天然气水合物的勘查突破。钻探结果显示，我国陆域冻土区的天气水合物有着低纬度、高海拔、埋藏浅、成因复杂、含烃重、易开发等特点。主要产在泥岩或粉砂岩裂隙中，其次产在砂岩孔隙中，其产状不稳定，在水平和垂直方向上产出均不连续，赋存规律不明显[10]。要想弄清这些问题，需要查明该区天然气水合物的气体成因或来源，进而研究其成藏机理。该区天然气水合物产在煤系地层中，油页岩发育，可见油气显示现象，地质构造复杂。本文就以JN井和周围露头的三叠系烃源岩为例，对冻土区三叠系烃源岩的地球化学特征进行研究和分析，为以后的气源对比工作提供资料。

1区域地质背景

祁连山冻土区位于青藏高原东北部，自震旦纪以来，先后经历了大陆裂谷、洋底扩张、沟弧盆体系、造山等演化阶段而形成了现今的构造格局。该区自下而上发育4套烃源岩:石炭系暗色泥(灰)岩，下二叠统草地沟组暗色灰岩，上三叠统尕勒得寺组暗色泥岩，侏罗系木里和江仓组暗色泥页岩，这些有机质处于成熟-过成熟阶段，具有良好的生油气潜力[1-2]。

现今，祁连山冻土区以山地多年冻土为主，冻土面积约10000km2，连续冻土区内年平均气温为-1.5℃～2.4℃，冻土层厚度50～139m；岛状冻土区内年平均气温-1.5℃～0℃，冻土层几米、几十米不等。本次钻探的JN井位于青海省天峻县木里煤田聚乎更矿区三露天井田，紧邻2008年水合物发现井DK-2井。区域构造图如图1所示：

2实验和样品

为了研究此次采集到的三叠系烃源岩地球化学特征，对采集到的36个样品按要求依次进行了常规的有机碳和岩石热解实验，有机岩石学显微组分镜下鉴定，索氏抽提实验和色谱-质谱分析检测。有机碳分析采用OGM-Ⅱ型仪器，用5%的稀盐酸去掉碳酸盐矿物,然后在900℃高温下将有机质灼烧成CO2,测得有机碳含量。岩石热解用Rock-Eval仪,载气为高纯N2，在300℃下恒温3min,检测游离烃S1,然后以50℃/min的速率升温到500℃,恒温1min,检测裂解烃S2。可溶有机质族组分分离：样品粉碎至100目加铜片去硫索氏抽提72h，正己烷沉淀沥青质，用氧化铝色层柱进行族组分分离，正己烷、正己烷/二氯甲烷和三氯甲烷/无水乙醇为冲洗剂，分别得到饱和烃、芳烃和非烃。用GC-MS对饱和烃进行分析，GC-MS分析条件为：Agilent6890N/5995MSD气相色谱-质谱联用仪,色谱柱为HP5-MS石英弹性毛细柱(30m×0.25mm×0.25μm)。升温程序：初温50℃，恒温2min，以20℃/min的速率升温至100℃，再以3℃/min的速率升温至310℃，恒温15min。脉冲不分流方式进样，进样器温度300℃，载气为He，流速1mL/min，电离能量70eV，检测方式为全扫描(SCAN)/多离子检测(SIN)。

3烃源岩基本地球化学特征

3.1　有机质成熟度

30个井下和6个露头样品的测试结果见表1和表2。分析热解峰温Tmax介于319℃～565℃之间，均值为465.92℃。从图2可见，样品均已进入成熟-高过成熟，同时，在300m和1000m左右，成熟度偏低。研究表明，有树脂体存在的烃源岩Tmax值普遍偏低。推测300m和1000m左右的烃源岩有机质类型较好。镜质体反射率(Ro)是目前研究干酪根热演化和成熟度的最佳参数。表2显示，泥岩的Ro值为0.805%～1.669%。根据国外石油工业界生油岩评价标准(Cassa﹠Peters，1994)，研究区三叠系烃源岩均已进入高成熟阶段。

表1　木里三叠系烃源岩有机地球化学测试结果

表2　木里三叠系烃源岩有机岩石学测试结果

3.2　有机质丰度

JN井泥岩样品的有机碳含量(TOC)绝大多数大于0.5%，介于0.58%～2%之间，平均值为1.18%，达到中等-好烃源岩，在深度超过1000m之后，有机碳含量有增大的趋势；从烃指数来看，大部分样品在8～30mg/gTOC之间，平均值为20.2mg/gTOC，属于好烃源岩；而从岩石热解生烃潜量来看，其数值介于0.05～18mg/g，平均值为1.45mg/g，未达到好烃源岩的下限标准。生烃潜量与有机碳的评价结果差距较大，因为随着有机质热演化程度的增加，烃类大量排出导致生成的烃量急剧减少，所测的氯仿沥青“A”、总烃HC、“S1+S2”等参数的评价不可靠。

钟宁宁等人经过大量的实验发现：随烃源岩埋深增加，TOC并不会相应地降低。所以对于高-过成熟演化阶段的烃源岩，TOC对于有机质丰度的判别依然是可靠的。前已述及，木里JN井三叠系烃源岩样品均处于高成熟阶段，因此主要依据TOC来判断其有机质丰度，其他指标作为参考。根据黄第藩(1992)提出的陆相烃源岩评价标准。通过TOC-“S1+S2”关系图分析可知(图3)，研究区三叠系烃源岩均为较好-好的烃源岩，具有好的生烃潜力。

3.3　有机质类型

烃源岩全岩有机显微组分的组成特征及含量反映有机质的类型和生烃潜力(尤其是富氢显微组分)。根据图4(a)，有机质类型以Ⅱ1型与Ⅱ2型为主。根据图4(b)，有机质类型主要为Ⅱ2型和Ⅲ型。综合分析认为，有机质类型主要为Ⅱ2-Ⅲ型，具有良好的生烃潜力。

根据石油工业部标准(1986)，Ⅰ型干酪根，TI≥80；Ⅱ1型干酪根，40≤TI<80；Ⅱ2型干酪，0≤TI<40；Ⅲ型干酪根，TI<0。根据表2计算得到TI的值为-2.3～12.9，表明有机质类型为Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根。

3.4　沉积环境

30个井下和6个露头烃源岩样品的生物标志化合物指标参数见表3。

表3　木里三叠系烃源岩生物标志化合物指标参数

注:1：Ro；2：CPI；3：(nC27+nC29+nC31+nC33)/(nC28+nC30+nC32+nC34)；4：(nC13+nC15+nC17+nC19+nC21+nC23+nC25)/(nC14+nC16+nC18+nC20+nC22+nC24+nC26)；5：Pr/Ph；6：Pr/nC17；7：Ph/nC18；8：C24TeT/C26TT；9：G/C30H；10：C27甾烷/(C27+C28+C29)甾烷×100；11：C28甾烷/(C27+C28+C29)甾烷×100；12：C29甾烷/(C27+C28+C29)甾烷×100

表3显示，样品的Ro值为1.026%～1.669%，为成熟-高成熟烃源岩。CPI值为1.14～1.35；Pr/Ph的值为0.14～0.95，表现出奇碳优势。表3中的3号指标普遍大于1.4，而4号指标的比值为0.88～0.96，这一现象表明高碳数正构烷烃(nC13-nC26)奇偶优势不明显，(nC27-nC35)具有明显奇偶优势，如图5(a)。这说明木里三叠系烃源岩呈现的奇碳优势并非是有机质成熟度低引起的,而是由有机质生源特征决定的[10]。

根据梅博文提出的划分标准[11]，推断研究区为淡水-微咸水沉积环境。根据图5(c)G/C30H的值普遍小于0.15，以及图5(d)C24Te/C26TT的值均小于1.5，表明为海相沉积环境[12]。表3和图5(b)显示，C29甾烷>C27甾烷>C28甾烷，这说明研究区有机质的生源输入高等植物大于水生生物[13]。通过C29甾烷-C27甾烷-C28甾烷三角图(图6)可以看出，烃源岩有机质输入为混源输入。因此综合分析研究区三叠系主要为陆表海或滨浅海前三角洲相沉积环境。

4结论

1)祁连山冻土区木里煤田三叠系烃源岩中泥岩的Ro值为0.805%～1.669%。Tmax值介于319℃～565℃之间，均值为465.92℃。总体上，三叠系烃源岩处于高成熟阶段。

2)通过对TOC、“S1+S2”、IH等指标及其相关图件的综合分析认为，研究区三叠系烃源岩有机质丰度总体较高，为中等-好烃源岩。

3)研究区三叠纪地层的有机质成熟度在600m和1300m左右出现峰值，这可能与有机质显微组分的组成有关，不同的显微组分在经历相同的热演化史之后会表现出不同的成熟度。

4)Tmax-IH和Tmax-D的相关关系图以及有机显微组分三角图，TI值都表明研究区烃源岩有机质类型为Ⅱ型和Ⅲ型，说明有机质来源为混源输入。

5)通过对生物标志化合物CPI、Pr/Ph、C24Te/C26TT等指标以及G/C30HPr/nC17-Ph/nC18的相关关系图及C29甾烷-C27甾烷-C28甾烷三角图的分析，可以判断沉积环境可能为还原环境的陆表海-滨海三角洲沉积。

参考文献：

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(责任编辑王利君)

theMuliQilianMountainpermafrost

CHENGQing-song1,GONGJian-ming2,ZHANGMin1,WANGWei-chao3,

LIYong-hong3,LIZhi-gao2,JIANGYu-bo4

(1.SchoolofEarthEnvironmentandWaterResources,YangtzeUniversity,HubeiWuhan430100,China;

2.QingdaoInstituteofMarineGeology,ShandongQingdao266071,China;3.No.105ExplorationTeam,

QinghaiBureauofCoalGeologicalExploration,QinghaiXining810007,China;4.SchoolofMarineGeosciences,

OceanUniversityofChina;ShandongQingdao266071,China)

Abstract：InordertofindoutthegassourceofgashydrateinMulicoalfield,QilianMountainpermafrost,geochemicalcharacteristicsofTriassicsourcerocksarestudied.Accordingtothedepth,36TriassicsamplesofJNwellwerecollected.First,foranalysisofthematurityandhydrocarbonpotential,thenormalgeochemicalexperiments,forexample,rockpyrolysisandanalysisoforganiccarbonwerecompleted.Then9sampleswereselectedtocarryoutthemicroscopicalmaceralidentificationoforganicpetrologytest.Finally,4sampleswerestudiedbySoxhletextractionandGC-MStest.TheresultsshowedthatresearchregionTriassicsourcerocksmostlyareinhighmaturitystage;OrganicmattersmainlybelongtoⅡ-Ⅲtype,whicharemainlyfromhigherplantsandloweraquaticorganismsmixedsources;thesedimentaryenvironmentistheepicontinentalseaandshore-delta;Organicmatterabundanceisinrelativelyhigh,belongingtomid-goodsourcerocks.

Keywords：sourcerocks；maturity；abundanceoforganicmatter；organicmattertype；organicpetrology;Triassic

中图分类号：P618.12

文献标识码：A

文章编号：1673-9469(2015)04-0084-06doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2015.04.018

作者简介：程青松(1990-)，男，湖北崇阳人，硕士，从事油气地球化学研究。

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41273066)

收稿日期：2015-07-30