青海木里地区下—中侏罗统窑街组烃源岩生烃潜力分析

张耀明， 焦志良

(1.中能化发展建设集团有限公司，贵州贵阳 550029；2.河北嘉泽测绘服务有限公司，河北秦皇岛 050010)

0 引言

祁连山木里地区是中国陆域冻土区天然气水合物发现地，自2008年首次发现天然气水合物以来，先后有多个钻孔钻获天然气水合物实物样品或发现天然气水合物异常显示。就目前木里冻土区天然气水合物勘查及研究手段主要包括钻探、地质、地球物理、遥感等方面。许多学者在此基础上开展诸多研究，祝有海等系统分析了形成水合物的温压条件，水合物的气体来源、气体运移和水合物的赋存状况等，为祁连山天然气水合物的研究积累了宝贵的资料[1-5]。目前虽然对祁连山天然气水合物的控矿因素开展了多学科的综合研究，但对气体来源尚未取得共识，主要观点：天然气水合物的形成与煤或煤系有关，煤层气是其主要来源[2-3]，或者认为天然气水合物的气体与原油裂解气和原油伴生气有关，与煤型气关系不大、天然气水合物气体以煤层气为主，不排除深部迁移上来的热解气[1，4]。

木里地区的侏罗纪烃源岩出露面积大，厚度也大，具有很高的研究价值。研究通过对木里天然气水合物钻探区周边露头进行系统取样，对可能的烃源岩样品进行常规地球化学分析如有机碳含量、镜质体反射率等测试。在此基础上，选取部分源岩进行抽提物地球化学特征研究，针对烃源岩抽提物的饱和烃进行系统剖析，对木里地区烃源岩进行详细的研究与评价，就可以对研究区侏罗系含油气系统和天然气水合物的研究前景有一个系统的认识。

1 区域构造特征

祁连山地处青藏高原东北部，其大地构造单元包括由中祁连北缘断裂和疏勒南山-拉鸡山断裂所分隔的北祁连缝合带、中祁连陆块和南祁连陆块[6-7]。研究区基本位于木里煤田聚乎更矿区内印支期，区域性沉积和出露的地层有前震旦系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、第四系。其中三叠系、侏罗系沉积保存完整，分布广泛。研究区在印度洋与华北板块的相互作用下不断上升，到三叠纪开始接受风化剥蚀作用。燕山期，板块活动减弱，为相对稳定的沉积时期，形成了全区稳定分布的侏罗纪含煤地层。喜马拉雅期，由于印度板块向北俯冲作用的影响，造成了水平分力的推挤，使研究区内发育了大量的逆冲推覆断层，最终形成了研究区北西一南东向的整体构造格局。研究区构造形态为一复式向斜，向斜轴方向为北西向320°～340°，其由2个背斜、1个向斜构成，分别为北背斜、南背斜、中向斜(图1)。

图1 聚乎更矿区构造纲要图Figure 1 Structure outline map of Juhugeng minging area

2 地层

研究区地跨中祁连地块与南祁连地块，地层区划归属秦祁昆地层区，分属中祁连地层分区和南祁连地层分区，主要出露地层有中元古界、新元古界、下古生界、中生界、新生界。工作区内地层，从中元古界到第四系均有不同程度的分布，有中祁连地层分区中元古界青白口系其它大坂组；南祁连地层分区下奥陶统吾力沟组、中奥陶统盐池湾组、上奥陶统多索曲组、志留系巴龙贡噶尔组；中、南祁连地层分区二叠系巴音河群勒门沟组、草地沟组、哈吉尔组、忠什公组、三叠系郡子河群下环仓组、江河组、大加连组、切尔玛沟组、默勒群阿塔寺组、尕勒得寺组、下—中侏罗统窑街组、大西沟组，以及第四系(表1)。

表1 地层层序Table 1 Stratigraphic sequence

3 烃源岩发育与分布

下—中侏罗统窑街组沿大通山北缘分布于木里、江仓、热水和默勒一带，主要岩性为黄绿色、灰黑色、褐灰色、黑色细砂岩、粉砂岩、页岩和泥岩，夹炭质页岩、煤层、菱铁矿透镜层、薄层粗砂岩及大量煤线。底以页岩和煤层的始现为界，与大西沟组整合接触。

木里地区窑街组主要位于聚乎更和弧山一带。下部为河湖相夹泥炭沼泽相，岩性为灰白—灰色粗粒砂岩、粉砂岩与厚煤层互层夹泥岩、炭质页岩及煤线。中部为湖相夹泥炭沼泽相，岩性为灰白、灰—灰黑色粉—细砂岩互层夹泥岩及薄层状中细粒砂岩、煤层上部为浅湖相沉积，岩性为深灰、灰黑、灰绿等杂色泥、粉—细砂岩互层夹薄层状中粗粒砂岩出露平均厚度约856m。发生在晚三叠世末的印支运动，使整个南祁连地区上升为陆地早侏罗世晚期，由于区域性的引张作用，在中祁连地区形成大通河断陷盆地群，沉积了大西沟组粗碎屑岩和窑街组含煤岩系。

4 烃源岩地球化学特征

4.1 有机质丰度

在盆地中有效烃源岩的有机质是形成油气的物质基础，这是沉积盆地中油气聚集的物质基础，也是决定烃源岩生烃能力的主要因素[7]。在其它条件相近的前提下，岩石中有机质的含量(丰度)越高，其生烃能力越高。目前，衡量岩石中有机质的丰度所用的指标主要有总有机碳(TOC)、氯仿沥青“A”、总烃和生烃潜量(S1+S2)。

4.1.1 有机碳

有机碳是指岩石中存在于有机质中的碳。考虑到碳元素一般占有机质的绝大部分，且含量相对稳定，故常用有机碳的含量来反映有机质的丰度。有机碳既包括占岩石有机质大部分的干酪根中的碳，也包括可溶有机质中的碳，但不包括已经从源岩中所排出的油气中的碳和虽然仍残留于岩石中，但分子量较小、因而挥发性较强的轻质油和天然气中的有机碳。因此，所测得的有机碳只能是残余有机碳，中国石油天然气总公司于1995年发布行业标准，适合陆相淡水湖泊烃源岩的评价(表2)。

表2 陆相烃源岩的评价标准Table 2 Evaluation criteria for the terrestrial source rock

从频数分布图可以看出样品的TOC含量大部分都大于0.4，全部小于1(图2)，其中有少部分样品测得有机碳含量远远大于其他样品的值，由于地层中煤层较发育，推测其为煤系泥岩的有机碳，这部分样品都小于0.75为差的烃源岩。所以根据中国石油天然气总公司1995年发布的行业标准和煤系烃源岩评价标准[8-9]可以看出为差到中等的烃源岩。

图2 井1等井位样品TOC%频数分布图Figure 2 TOC frequency distribution plot

4.1.2 氯仿沥青和总烃

氯仿沥青“A”是指用氯仿从沉积岩(物)中溶解(抽提)出来的有机质。严格地讲，它作为生烃(取决于有机质丰度、类型和成熟度)和排烃作用的综合结果，只能反映源岩中残余可溶有机质的丰度而不能反映总有机质的丰度。氯仿沥青中饱和烃和芳香烃之和称为总烃,显然，它反映的是源岩中烃类的丰度而不是总有机质的丰度。但在其它条件相近的前提下，二指标的值越高，所指示的有机质的丰度越高。因此，它们也常常被用作烃源岩评价时的丰度指标。

此次各个井位的样品经过实验室氯仿抽提物测定总共53组，范围在0.004 6～1.021 6，做出氯仿沥青“A”频数分布图(图3)。

图3 氯仿沥青“A”频数分布Figure 3 Chloroform bitumen “A” frequency distribution map

可以看出大部分样品氯仿沥青“A”都大于0.05且大于0.1小于2，部分样品的氯仿抽提物的值极低，推测可能是由于风化作用导致的，所以这部分数据可以舍去，其他残留的值根据SY/T 6169—1995《中华人民共和国石油天然气行业标准》可以看出为中等到好的烃源岩。

4.1.3S1+S2

对岩石用Rock Eval热解仪分析得到的S1被称为残留烃，相当于岩石中已由有机质生成但尚未排出的残留烃(或称之为游离烃或热解烃)，内涵上与氯仿沥青“A”和总烃有重叠，但比较富含轻质组分而贫重质组分。分析所得的S2为裂解烃，本质上是岩石中能够生烃但尚未生烃的有机质，对应着不溶有机质中的可产烃部分。它包括源岩中已经生成的和潜在能生成的烃量之和，但不包括生成后已从源岩中排出的部分。可见，在其它条件相近的前提下，两部分之和(S1+S2)也随岩石中有机质含量的升高而增大。因此，也成为目前常用的评价源岩有机质丰度的指标，称为生烃势。通过实验室岩石热解分析得到参数做出直方图(图4)。

图4 (S1+S2)直方图Figure 4 (S1+S2) histogram

可以看出由于可用数据较少，所做出的图件不具说明性。原因可能有两点：一是取得的样品分化较为严重，有机质严重分化流失，故大部分样品测出值为0；二是可能烃源岩大量排烃后岩石中有机质含量降低导致以上结果。总的来说，样品数量较少，数据不足，不具说明性。

4.2 有机质类型

在不同沉积环境中，由于沉积物中生物输入的不同，在沉积岩中形成了不同类型有机质，不同类型的有机物质具有不同的生油气潜力，分析研究区泥页岩的有机质类型对评价页岩气的生烃潜力具有重要意义[7]。多在国内油气田勘探应用中，根据不同干酪根显微组分(腐泥组、壳质组、镜质组以及惰质组)的比例，油气地球化学界将干酪根类型划分为I型、II1型、II2型、III型[10]。

依据透射光-荧光干酪根显微组分鉴定及类型划分可以看出大部分的样品为I型和Ⅱ1型干酪根(表3)。

表3 显微组分及干酪根类型Table 3 Coal macerals and kerogen type

4.3 有机质成熟度

沉积岩中有机质丰度和类型是生成油气的物质基础，但是只有有机质达到一定的热演化程度才能开始大量生烃[7,11]。有机质成熟度可以表示沉积有机质向油气转化的热演化程度。由于在烃源岩中有机质的物理和化学性质都发生相应改变，并且上述过程不可逆，可以用有机质的某些物理性质和化学组成特点来判断有机质成熟度[7]。目前普遍采用的是镜质体反射率、岩石热解峰温等方法评价有机质成熟度[12]。

4.3.1 镜质体反射率

镜质体反射率(Ro)作为评价有机质热演化成熟度的主要指标[13]。由于镜质体并非十分有利的成烃母质，Ro的增大与烃类的生成并没有直接的联系。但由于镜质体反射率随热演化程度的升高而稳定增大，并具有相对广泛、稳定的可比性，使Ro成为目前应用最为广泛、最为权威的成熟度指标。

利用实验室样品测得的镜质体反射率(Ro)数据可以看出基本上所有的样品的数据都处于0.5%～1.3%。根据镜质体反射率划分标准[14]，由此可以看出窑街组烃源岩处于成熟向高成熟演化的阶段(图5)。

图5 Ro含量直方图Figure 5 Ro content histogram

4.3.2 岩石热解

通过对井1和井Lx4-004等井数据分析发现高热解峰温范围为339～475℃，平均为450℃。说明该地层烃源岩处于成熟演化阶段。

5 结论

1)木里地区侏罗系烃源岩主要为发育在窑街组泥岩和页岩，在木里地区窑街组主要位于聚乎更和弧山一带。下部为河湖相夹泥炭沼泽相，岩性为灰白—灰色粗粒砂岩、粉砂岩与厚煤层互层夹泥岩、炭质页岩及煤线。

2)通过实验室内分析数据显示研究区侏罗系可作为烃源岩的泥岩及页岩中有机碳含量大于0.4%；干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ1型；而且热演化温度显示， 侏罗系烃源岩基本处于成熟至高成熟演化阶段。研究区侏罗系发育的可作为烃源岩的泥岩、页岩具有一定的生烃潜力，对后期天然气水合物研究和开发有一定指导作用。