准噶尔盆地南缘博格达山前带二叠系芦草沟组烃源岩地球化学特征及生烃潜力研究

张 林，张 敏，高永进，孙相灿

(1.长江大学资源与环境学院，湖北 武汉 430100；2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100029；3.中国地质调查局海口海洋地质调查中心，海南 海口 571127)

1 地质背景

准噶尔盆地二叠系芦草沟组烃源岩分布面积广，生烃指标好，是准噶尔盆地生烃潜力最大的烃源岩层系之一[1-4]。准噶尔盆地南缘博格达山前带包括北缘阜康断裂带和南缘柴窝堡凹陷两个二级构造单元，位于准噶尔盆地准南冲断带东段。相对于西部的准南冲断带中西段、东北部的吉木萨尔凹陷和北部的北三台地区，博格达山的隆升分割导致山前带构造演化和沉积过程更加复杂，所以对二叠系芦草沟组的地层展布和烃源岩生烃潜力的研究具有重要的意义[5-8]。

通过对博参1井、新吉参1井、新永地1井、准页4井等23口钻井的岩芯，结合8个典型剖面的描述(钻井和剖面位置见图1)，揭示了研究区二叠系芦草沟组烃源岩分布与厚度，分析了博格达山周详细的基础资料。

图1 研究区主要钻井和剖面分布图Fig.1 Main well and profile distribution in the study area

2 烃源岩厚度及分布

根据新吉参1井、准页4井、博参1井、米参2井、柴参1井、新永地1井等钻井地层对比结果，博格达山周缘(阜康断裂带和柴窝堡凹陷)二叠系芦草沟组烃源岩为一套深湖-半深湖相沉积，岩性以富有机质黑色-灰黑色泥岩为主，夹粉砂质泥岩、云质泥岩和油页岩等，厚度较大，为一套优质湖相泥质烃源岩，在研究区均有分布，厚度60～550 m，其中，新吉参1井、博参1井、准页4井钻揭芦草沟组烃源岩厚度分别为410 m、330 m、270 m。在博格达山南麓柴窝堡凹陷，小1井、达1井、柴参1井等5口井揭示了厚度不等的芦草沟组。以小1井、小2井为代表，其揭示的芦草沟组烃源岩厚度分别为284 m、197 m。从横向上看，东部厚度更大，井井子沟芦草沟组烃源岩厚度为545 m。总体上呈由西向东逐渐增厚的趋势。

博格达山北麓露头芦草沟组烃源岩主要岩性为灰黑、黑色、褐灰色页岩、油页岩、粉砂岩夹白云岩和少量砂岩[9]。下与井井子沟组整合接触，以凝灰岩消失、油页岩出现为界；上与红雁池组整合接触。此外，研究区以北的吉木萨尔凹陷内芦草沟组烃源岩厚度一般为100～300 m[10]，凹陷内以吉7井和吉174井为代表的大多数钻井芦草沟组烃源岩厚度明显小于博格达山前带(图2)。

图2 博格达山周缘芦草沟组烃源岩平面展布Fig.2 Plane distribution of source rocks of Lucaogou formation around Bogda mountain

3 烃源岩地球化学特征

对研究区31口钻井和8个剖面的二叠系芦草沟组烃源岩进行系统取样，对1 018件烃源岩样品(其中，吉木萨尔凹陷18口井262件，博格达山北缘阜康断裂带5口井和6个剖面共161件，博格达山南缘柴窝堡凹陷8口井和2个典型剖面共224件)进行地球化学分析，对分析结果在平面上进行了系统对比。

3.1 烃源岩有机质丰度

在博格达山北麓阜康断裂带上钻遇芦草沟组烃源岩的钻井有新吉参1井、博参1井、JZK1井、准页2井和准页4井，钻遇过程中岩芯表面均有原油渗出，最高达到富含油级别，为了消除岩芯中原油对烃源岩有机质丰度的影响，进行了抽提前处理，确保分析结果的可靠性，取样剖面为大龙口、小龙口、泉子街，黄山河。 从博格达北麓山前带161个烃源岩样品的测试分析结果来看，TOC含量平均值为1.93%，最高为9.45%，其中大于1%的样品共135件占比为85.09%，大于2%的样品共35件，占比21.80%，主峰分布在1.5%～1.7%。值得注意的是，不同类型的烃源岩TOC值存在明显差异，其中，泥页岩的TOC含量最高，普遍大于2%，云质泥岩TOC含量较低，TOC含量分布在1%～2%，粉砂质泥岩TOC含量最低为0.6%～2%；氯仿沥青“A”含量最高为0.16%，平均为0.06%，大于0.1%的样品有64件，占39.75%，大于0.2%的样品有24件，占14.90%；PG值最高为8.72 mg/g，平均为1.17 mg/g，大于0.5 mg/g的有66件，占40.99%，大于2 mg/g的有34件，占21.11%。

吉木萨尔凹陷内262件芦草沟组烃源岩样品TOC值、热解等实验数据研究表明：TOC值和生烃潜量(S1+S2)值变化较大，TOC值为0.2%～19.9%，平均为4.6%，生烃潜量为0.14～161.50 mg/g，平均为31.40 mg/g，氯仿沥青“A”含量为0.013%～3.605%，平均为0.19%，有机质丰度明显优于以博格达山前带北缘的样品。

博格达山南麓柴窝堡凹陷的郝家沟、锅底坑剖面及新永地1井芦草沟组224件烃源岩样品有机碳含量在2.50%～7.05%之间，平均值为3.90%，生烃潜量在5.1～20.8 mg/g之间，平均值为11.1 mg/g，氯仿沥青“A”平均值在0.10%～0.18%之间。

综上所述，研究区芦草沟组烃源岩样品有机质丰度较高，从博格达山北缘、柴窝堡凹陷、吉木萨尔凹陷的共计647件样品的实验分析结果来看，TOC含量超过1%的共577件，约占89.2%，大于2%共385件，占比约59.5%，根据《烃源岩地球化学评价方法》(SY/T 5735—2019)总体上属于好烃源岩范畴[11]。据此绘制研究区芦草沟组烃源岩有机碳含量等值线图(图4)。

图3 研究区芦草沟组烃源岩TOC含量频率分布图Fig.3 Frequency distribution of TOC content in source rocks of Lucaogou formation in the study area

图4 研究区芦草沟组烃源岩有机碳含量等值线图Fig.4 Contour map of organic carbon content in source rocks of Lucaogou formation in the study area

3.2 有机质类型

目前最常用的是最高热解峰温(Tmax)-氢指数(IH)图版划分有机质的类型。但这种方法有一定局限性，通常认为镜质体反射率大于1.3%以后的高-过成熟演化阶段，有机质中可热解的残余烃类很低，热解参数所反映的干酪根类型往往并不十分准确。本次研究中新吉参1井所测试的样品镜质体反射率大部分大于1.3%，因此本文采用类型指数(TI)和显微组分结合来判识芦草沟组有机质类型。

干酪根不同显微组分对成烃贡献大小不同。一般情况下，腐泥组和壳质组为富氢组分，生烃潜力较高；镜质组为富氧组分，含氢量低，有利于生气，而生油潜力有限；惰质组富碳贫氢不具有生烃潜力。因此，通过测定各组分的相对百分含量，可以用有机质类型指数(TI)来划分有机质类型(表1)，具体公式见式(1)。

表1 类型指数划分有机质类型分类表Table 1 Classification of organic matter typesby type index

TI=[腐泥组百分含量×100+壳质组百分含量×50+镜质组百分含量×(-75)+惰质组百分含量×(-100)]/100。

(1)

博格达山北缘芦草沟组烃源岩干酪根显微组分以腐泥组为主，普遍占比60%～80%，TI值分布在Ⅰ型-Ⅱ1型区间，其中，Ⅱ1型的烃源岩占样品总量约74%；Ⅰ型占样品总量约26%；综合指示研究区芦草沟组烃源岩类型为Ⅰ-Ⅱ1型且以Ⅱ1为主。

博格达山南麓柴窝堡凹陷各剖面和岩芯芦草沟组暗色泥岩干酪根镜鉴分析表明，干酪根中藻类、无定形体占大多数，共达到60%～93%，镜质组和惰质组含量很少(其中镜质组5%～25%)，它们大部分属于Ⅰ-Ⅱ1型干酪根。吉木萨尔凹陷内芦草沟组烃源岩干酪根显微组分分析表明，其显微组分以腐泥组为主，大部分样品含量达70%以上；惰质组次之，含量小于20%。统计表明凹陷内有机质类型指数(TI)主要集中范围为38～70，平均为55，以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，少数为Ⅱ2型和Ⅲ型。整体上来看，山前带和凹陷内二叠系芦草沟组烃源岩显微组分均以腐泥组为主，Ⅰ型-Ⅱ1型均有分布，是一套类型较好的生油岩。往山前带陆源碎屑等含量逐渐增加，有机质类型变差。

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是指在温度的作用下有机质的热演化程度，可以通过多种指标来确定。目前最常用指标为镜质体反射率(Ro)。另外，在岩石热解过程中，S2对应的温度即热解Tmax也可以判断有机质的成熟度。一般成熟度越高，热解Tmax也越高。

博格达山周缘有机质成熟度差异较大，推测由于山前带构造条件复杂导致，总体表现为靠近博格达山热演化程度较高，抬升区成熟度较低，凹陷内成熟度适中的特点，博格达山北缘新吉参1井芦草沟组烃源岩成熟度普遍偏高，且芦草沟下段明显高于上段，13件样品镜质体反射率(Ro)分布在1.31%～1.83%之间，平均为1.71%，其中镜质体反射率(Ro)大于1.5%的样品为12件，22件热解样品Tmax分布在460～480 ℃之间，反映已进入高成熟阶段；准页4井、准页2井芦草沟组烃源岩Ro比新吉参1井略低，准页4井芦草沟组烃源岩Ro分布在0.80%～1.10%之间，平均为0.94%；准页2井芦草沟组烃源岩Ro分布在0.65%～0.90%，均进入成熟演化阶段；大龙口、小龙口、泉子街、大黄山及阜康断裂露头出露区，热演化程度最低Ro主体分布在0.6%～0.7%之间；博参1井芦草沟组烃源岩Tmax为432～452 ℃，生物标志物甾烷成熟度参数αααC29S/S+R分布在0.38～0.51，总体反映出烃源岩处于低成熟-成熟演化阶段。泉子街向斜带大龙口剖面芦草沟组烃源岩Tmax分布范围在431～447 ℃之间，平均为436 ℃，推测Ro为0.6%～0.7%左右，为低成熟阶段(图5)。

图5 研究区芦草沟组烃源岩Ro等值线图Fig.5 Ro contour map of source rocks of Lucaogou Formation in the study area

博格达山南缘柴窝堡凹陷芦草沟组暗色泥岩镜质体反射率Ro平均值一般在0.74%～1.33%之间，平均为1.01%，处于成熟-高熟演化阶段。其中小1井二叠系烃源岩OEP值为1.07～1.12，反映出成熟烃源岩的特征。新永地1井热演化程度中等，Ro最高1.33%，平均为1.03%，达到了成熟范围；而葛家沟剖面和锅底坑剖面芦草沟组暗色泥岩Ro普遍小于1%，平均为0.77%，处于低成熟演化阶段。

吉木萨尔凹陷18口井135件芦草沟组烃源岩镜质体反射率(Ro)实测结果表明：该套烃源岩Ro主要分布在0.6%～1.2%，平均为0.82%，处于低熟-成熟阶段。

根据陆相烃源岩成熟度评价指标，研究区芦草沟组烃源岩整体进入成熟期，部分达到高成熟演化阶段，靠近山前带或凹陷中心的烃源岩成熟度明显升高。

4 结 论

1) 研究区二叠系芦草沟组烃源岩广泛分布，从岩性上来看与吉木萨尔凹陷具有一定的相似性，但粒度明显更细，且厚度较北面吉木萨尔凹陷区更大，推测沉积中心可能更靠近博格达山。

2) 已有钻井和剖面的地球化学测试数据显示，研究区二叠系芦草沟组丰度高，达到了优质烃源岩的标准，类型较好，以Ⅰ-Ⅱ1型为主，并且已普遍进入成熟阶段。

3) 研究区二叠系芦草沟组烃源岩具有较好的生烃潜力，总体体现在，山前带越靠近博格达山丰度越高，类型越好，成熟度越高。综合认为博格达山前带具有较大的勘探潜力，是下一步油气勘探新方向。