0 引言
玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部，是准噶尔盆地最富集油气的构造单元，目前在与主力烃源岩风城组相关的地层中均找到大量油气资源。前人［1-8］对研究区油气系统、构造、沉积、储集层与烃源岩特征等都进行了大量研究，取得了许多重要结果。风城组为研究区主力烃源岩发育层段，由下到上分为风城组一段（简称风一段）、风城组二段（简称风二段）和风城组三段（简称风三段）［6］。随着风城组烃源岩层系油气勘探进程的不断推进，在风城组内部发现了大量油气资源［3，7-8］，并且随着勘探工作由构造高部位向低部位扩展，不断有新的油气发现。风城组烃源岩有机质丰度达到了中等—优质烃源岩标准，有机质类型偏腐泥型，在凹陷区达到成熟—高成熟演化阶段，具有良好的生烃潜力［9］。风城组现今残余有机质丰度不高，3个层段烃源岩的有机质含量相当，均以Ⅱ型、Ⅰ型为主。大部分处于成熟阶段，热演化进程较慢，以中—好烃源岩为主，发育少量很好烃源岩［10］。基于对已钻遇风城组的烃源岩岩心、薄片以及荧光薄片镜下观察，利用总有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”以及热解生烃潜力（S 1+S 2）对有机质丰度进行评价；利用热解氢指数与热解峰温等相关图件以及干酪根碳同位素对有机质类型进行评价；利用干酪根最大热解峰温度（T max）、岩石热解参数对烃源岩的成熟度进行评价，发现研究区风城组内部烃源岩存在不同程度的差异。本文主要利用烃源岩分析结果，重点对风二段和风三段烃源岩的基本地球化学特征和有效性进行对比分析，以明确研究区烃源岩有效性的不同。
1 区域地质概况
玛南地区位于准噶尔盆地玛湖凹陷的西南部，构造格局表现为东南倾的平缓单斜，局部发育平台或低幅度鼻状构造，断裂较发育，地层倾角为3°~5°。玛南地区西北部为克百断裂带，西南部为中拐凸起，该区是不同层段油气的有利聚集部位（图1）。
风城组（P1 f）：自上而下可划分为风三段、风二段、风一段（P1 f 3、P1 f 2、P1 f 1）。风三段高部位主要以绿灰色砂砾岩为主，向凹陷内转为灰色砂砾岩与凝灰质砂砾岩，风三段顶部发育灰色与褐色泥岩、含砾砂岩；风二段分为上、下2个层段，上层段局部受火山影响，发育稳定的数米至数十米的灰色玄武岩，下层段则以灰色砂岩为主，向凹陷内云质含量逐渐增多；风一段主要在凹陷边缘钻遇，岩性主要以灰绿色与灰色砂砾岩为主。
2 烃源岩地质发育特征
玛湖凹陷风城组形成于湖相咸水沉积环境，岩性复杂多变［4，10］。风一段到风二段沉积时期，湖水范围和深度逐渐增大，到风三段沉积时期，湖水范围和深度又减小［3-4，7］。从目前钻井钻探情况来看，各层段在构造高部位主要钻遇砂砾岩与砂岩等较粗碎屑岩，构造低部位有少量井钻遇烃源岩和粉细砂岩，并且烃源岩主要分布在风二段和风三段。本文研究的烃源岩主要位于斜坡区以及坡下带，烃源岩样品总共70个，其中风二段烃源岩样品55个，风三段烃源岩样品15个。烃源岩主要来自玛湖39井、玛湖28井、玛湖26井、玛湖025井、克207井、玛湖48井以及克204井等，其中玛湖39井烃源岩评价较好，丰度较高（图3）。通过对玛南地区已钻遇风城组的取心井烃源岩岩心与镜下鉴定，风城组各段烃源岩均不同程度地含有碳酸盐。由于玛南地区普遍未钻遇风一段烃源岩，本文主要针对风二段与风三段烃源岩进行对比研究。
风三段烃源岩岩心为黑色块状含云炭质泥岩，含点状方解石、密度较低，表面光滑有滑脱擦痕；镜下可见白云石条带与呈点状分布的白云石；荧光下藻类有机质不发育，白云石表面有微弱荧光（图4）。玛湖28井、玛湖025井、克207井均钻遇风二段烃源岩（图5），手标本为黑色、灰黑色的云质泥岩，可见纹层状方解石条带。镜下可见风二段云化程度较风三段增强，主要以黏土矿物、云泥、亮晶白云石为主；荧光下可见较多的结构藻与部分层状藻。白云石表面有淡蓝色、淡黄色的荧光，推测附着了轻质油。风城组烃源岩岩性常显示厘米级或毫米级的变化，一块岩石样品岩性多变，单一地用一种岩性定名会有偏差，按照岩性对烃源岩进行评价存在困难。但玛南地区风城组烃源岩从岩性上均或多或少含有碳酸盐，由盆缘向凹陷内部，由风二段向风三段咸化程度逐渐减弱，云质含量逐渐减少。
图4 准噶尔盆地玛南地区风三段烃源岩岩心、薄片和荧光薄片照片Fig.4 Photos of core， thin section and flueroscence chip of source rock in the third member of the Fengcheng Formation in the Ma’nan area of the Junggar Basin |
3 烃源岩有机地球化学特征对比
3.1 有机质丰度
研究区目前已钻遇风城组的含云炭质泥岩主要发育在风三段，云质泥岩主要发育在风二段。分析测试数据也集中在风三段和风二段，风一段数据较少，所以，主要对比风二段与风三段烃源岩特征。整体上烃源岩有机质丰度从低到高均有分布，不同层段有机质丰度差异较大（划分标准据文献［13］）。其中，风三段烃源岩的TOC含量与热解（S 1+S 2）值具有较好的线性关系，这从侧面反映其母质类型相对稳定。其中有超过87.5%的样品总有机碳含量（TOC）大于0.6%， TOC含量小于0.6%的样品仅占12.5%；生烃潜量（S 1+S 2）值为差—中烃源岩与好—最好烃源岩各约占50%（图6）。虽然风三段氯仿沥青“A”含量数据点较少，但也显示了其与TOC含量呈正相关关系（图7）。风二段烃源岩TOC含量与S 1+S 2值也具有较好的线性关系，但其TOC含量总体比风三段偏低，而热解（S 1+S 2）值则总体比风三段要高。其TOC含量低于0.6%的烃源岩样品所占比例为54%，介于0.6%~2.0%之间的约占46%；生烃潜量（S 1+S 2）以差—中等烃源岩为主，约占70%（图6）；氯仿沥青“A”含量也总体显示比风三段要高，并且有更多的样品分布在好—最好烃源岩范围（图7）。
图6 准噶尔盆地玛南地区风城组烃源岩岩石热解（S 1+S 2）—TOC关系Fig.6 Relationship map of rock-eval S 1+S 2 and TOC of source rock in the Fengcheng Formation in the Ma’nan area of the Junggar Basin |
综合来看，研究区风三段烃源岩TOC含量总体高于风二段，而生烃潜力和可溶有机质含量明显低于风二段，这表明了研究区风二段烃源岩在成烃能力方面明显要高于风三段烃源岩。由于研究区目前钻井主要集中在构造高部位和沉积凹陷相对靠近边缘的部位，更优质的烃源岩还有待新井的进一步钻揭。
3.2 有机质类型
根据烃源岩T max与氢指数关系（图8）显示，风三段T max相较于风二段普遍偏高，样品点收敛于Ⅱ型生烃母质，风二段则较为发散，显示以Ⅱ型母质类型为主，Ⅲ型也有少量分布。热解TOC与S 2关系图（图9）显示，风三段以III型母质为主，少量II2型，个别为II1型，而风二段烃源岩显示母质类型以II2型和II1型为主，少部分为III型（划分标准据文献［13］）。烃源岩TOC与氢指数（I H=S 2×100/TOC）关系图（图10）清楚地表明风二段的成烃潜力明显高于风三段，具更强的倾油性，而风三段则表现出倾气特征。通过干酪根碳同位素频率分布直方图（图11）分析，风三段主要是以III型母质为主，少部分为II型母质；风二段主要是以II2型和II1型为主，含少量III型母质。综合判断，玛南地区风城组烃源岩有机质类型以Ⅱ型、Ⅲ型混合型有机质为主，但目前来看，风二段比风三段烃源岩具有更强的生油能力。
图8 准噶尔盆地玛南地区风城组烃源岩有机质类型T max—I H关系Fig. 8 Relationship map of organic matter type T max and I H of source rock in the Fengcheng Formation in the Ma’nan area of the Junggar Basin |
图9 准噶尔盆地玛南地区风城组烃源岩TOC—岩石热解S 2关系Fig.9 Relationship map of TOC and Rock-eval S 2 of source rock in the Fengcheng Formation in the Ma’nan area of the Junggar Basin |
3.3 有机质成熟度
有机质成熟度是衡量有机质向油气转化程度的指标。通过调研研究区烃源岩演化程度研究现状，发现镜质体反射率（R O）资料较少，最高热解温度（T max）和生物标志化合物成为本文研究用的2类主要参数指标。风三段烃源岩T max值介于447~467 ℃之间，均值为458 ℃；风二段烃源岩T max值介于309~456 ℃之间，均值为431 ℃，显示了风三段烃源岩成熟度总体高于风二段（图12）。部分风城组烃源岩热演化参数—深度的关系（图13）显示，随深度增加，烃源岩的烃指数（HCI）、沥青转化率（A/TOC）与产量指数［S 1/（S 1+S 2）］具有一定规律，总体在埋深4 800 m左右达到最大值。在一定程度上预示了烃源岩在埋深4 800 m左右达到生烃门限。其中埋深4 800 m以上个别偏离的数据点可能与运移烃侵染有关。T max随深度的变化似乎缺乏规律性，但仔细观察可以发现，在不同的深度段，较高的T max值具有随深度增加而升高的趋势，埋深4 800 m大致对应于455 ℃左右。明显偏离T max—深度变化趋势的数据主要来自风二段样品。图14显示了T max随HCI （HCI=100×S 1/TOC）、A/TOC和I H的升高而减小，其中HCI和A/TOC均反映烃源岩内单位有机质已生成的烃量。在热解过程中，这些较多已生成的烃在300 ℃之前不会全部脱附出来参与到S 1中，在热解过程中，残留烃量会在300 ℃之前脱附出来参与到S 1中，如果残留烃量太多，则在300 ℃之前，残留烃不会全部脱附，多余的部分将在热解温度区间（300~600 ℃）释放，这些残留烃会参与到热解产物S 2中，从而使S 2峰提前，T max值降低，从而会使得S 2的峰位置提前，造成T max值降低。此外，较低的TOC值也会造成T max值偏低。T max与TOC关系清楚地显示了T max与TOC含量具有负相关特征（图15）。较低的T max对应的TOC含量均比较低。
图13 准噶尔盆地玛南地区风城组烃源岩热演化参数—深度关系Fig.13 Relationship map of depth and thermal evolution parameters of source rock in the Fengcheng Formation in the Ma’nan area of the Junggar Basin |
图14 准噶尔盆地玛南地区风城组烃源岩热解T max与生烃参数关系Fig.14 Relationship between pyrolysis T max and hydrocarbon generation parameters of source rock in the Fengcheng Formations in the Ma’nan area of the Junggar Basin |
从玛南地区C29甾烷不同演化程度的构型样品散点图（图16）可知，风城组烃源岩虽然均处于成熟阶段，但在各段内的分布规律存在较大差异。风三段内的烃源岩样品点呈正相关分布，14α、17α构型向14β、17β构型转化，风二段成熟度样品点较为集中，差异小而且达到了演化平衡点，两段的烃源岩成熟度在个别参数上仍有明显差异，可能与风三段较风二段埋深浅有关，也可能与样品点在平面上的分布有关。风三段与风二段烃源岩αααC2920S/（20S+20R）值分布差异小，分别介于0.43~0.52和0.43~0.55之间，平均值分别为0.46和0.50；C29αββ/（ααα+αββ）值分布范围差异大，分别为0.43~0.72和0.36~0.55之间，均值分别为0.58和0.48。
所以总体来说，研究区风城组烃源岩目前均达到了成熟阶段，推测由斜坡区向凹陷区，成熟度随埋藏深度的增加而增大。
4 烃源岩有效性差异
有效烃源岩是指能够生成并排出烃类的烃源岩。所以，烃源岩是否有效主要与其是否发生过排烃有关。前文根据TOC、S 1+S 2和氯仿沥青“A”含量等指标评价了烃源岩的优劣，未考虑烃源岩的生排烃特征。一般情况下，烃源岩有机质由固态干酪根和可溶有机质2部分组成，其中可溶有机质为干酪根热解生成的烃类。当未发生排烃作用时，已生成烃量近似等于残留烃量。对于有机质类型和成熟度相近的烃源岩来说，若不发生排烃，已生成烃量应与有机碳含量呈较好的正相关性。一般随着有机碳含量逐渐增加，生烃量随之增加，当已生成烃量达到烃源岩的饱和吸附量时，烃源岩发生排烃作用［15-17］，残留烃量的变化线开始偏离正常趋势线，出现一个拐点，该拐点所对应的有机碳含量即为有效烃源岩的有机碳含量下限值［18-20］。
对于烃源岩来说，热解 S 1代表烃源岩中已生成烃的残留烃量，HCI代表烃源岩单位有机碳对应的生烃量。对于玛南地区风城组各段内烃源岩可言，有机质类型和演化程度相近。基于上述认识，玛南地区风二段烃源岩的HCI随TOC含量的增加而呈现先增加后降低的特征（图17），随TOC含量变化的HCI高值包络线在TOC值达到0.7%左右时出现拐点，TOC含量等于0.7%即为风二段有效烃源岩的下限值。同样方法确定的风三段烃源岩的有效烃源岩下限值对应的TOC含量在2%左右。可见，两者差别较大，这主要与其烃源岩的母质类型和生烃潜力不同有关。其中风二段烃源岩的母质倾油性比风三段明显要强许多。在生烃过程中，风二段生成的烃要使得烃源岩达到饱和所需要的有机碳含量自然就要比风三段少。所以，其作为有效烃源岩的有机质丰度下限值就比风三段的低（图17）。研究区风城组既有源外的油气藏，也有源内的油气聚集即页岩油。烃源岩内残余的烃类代表了狭义的页岩油潜力。在有机碳含量较低时，生成的烃类因排出较少或基本不排烃而主要作为页岩油；在有机碳含量较高而超出有效烃源岩有机质下限值时，排出的烃类部分可以通过运移聚集于烃源岩层之外从而形成源外油气聚集，也可以聚集于烃源岩层系内的渗透性夹层而成为广义的页岩油，残留于烃源岩层内的部分作为狭义的页岩油。应该指出，一些TOC含量较低和HCI较高的数据点可能与运移烃浸染有关（图17）。
由上述对比可见，风二段既可以形成页岩油资源，也可以形成大量的源外常规油气资源；而风三段烃源岩主要形成页岩油资源，对源外常规油气资源的贡献比风二段要低，但不能排除更深层位或研究区以北地区风三段烃源岩也可能对页岩油与常规油气藏也有重要贡献的可能性。
5 结论
（1）准噶尔盆地玛南地区部分钻井钻遇风城组烃源岩，已钻遇的烃源岩主要位于斜坡区以及坡下带，主要集中分布于风二段和风三段。风三段烃源岩的有机碳含量总体高于风二段，有机质类型以Ⅱ型、Ⅲ型混合型有机质为主，但风二段烃源岩以Ⅱ型为主，烃源岩母质的倾油性和生烃潜力高于风三段，通过最高热解温度（T max）和生物标志化合物等参数判断烃源岩均主要处于成熟生油阶段。
（2）作为有效烃源岩，根据HCI随TOC含量变化的关系，判断风二段有机质丰度下限值大致在0.7%，风三段大约在2%，这主要与其烃源岩的母质类型和生烃潜力不同有关。总体上，风城组烃源岩既可以形成源外油气资源，也可以形成源岩层系内的页岩油资源。
甘公网安备 62010202000678号
