Geochemical characteristics of the Middle Permian Pingdiquan Formation source rocks in the Dongdaohaizi Sag and its periphery, Junggar Basin

  • Zhijun QIN , 1, 2 ,
  • Shengyu YIN 3 ,
  • Yingchang CAO 1 ,
  • Chuanmin ZHOU 4 ,
  • Kaikai LI 3 ,
  • Deyu GONG , 4
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  • 1. China University of Petroleum (East China),Qingdao 266071,China
  • 2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay 834000,China
  • 3. School of Energy College,China University of Geosciences (Beijing),Beijing 100083,China
  • 4. Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Beijing 100083,China

Received date: 2024-07-09

  Revised date: 2024-09-13

  Online published: 2024-09-26

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(42272188)

the PetroChina Forward-looking Basic Technology Project(2021DJ0206)

the Fund Project of Research Institutes Directly Under PetroChina(2020D-5008-04)

Abstract

The oil and gas discovered in the Junggar Basin are mainly distributed in the periphery of the Central Depression and the uplift area within the depression. The exploration degree of Dongdaohaizi Sag is the lowest among the many secondary sags in the Central Depression, and the research degree of its main source rock, the Middle Permian Pingdiquan Formation, is also very low. Based on core thin section observation, total organic carbon, kerogen carbon isotope composition, Rock-Eval pyrolysis and biomarker analysis, the hydrocarbon-generating potential and formation environment of the Pingdiquan Formation source rocks were systematically evaluated, and compared with the Middle Permian Lucaogou Formation source rocks in the neighboring Fukang Sag. The results show that the lithology of the Pingdiquan Formation source rocks in the Dongdaohaizi Sag is primarily composed of deep gray-black gray mudstone, silty mudstone and mudstone in the profundal zone,and mainly composed of gray-dark gray mudstone and silty mudstone in the sublittoral zone, which is a set of deep to semi-deep lacustrine sediments. The Pingdiquan Formation source rocks mainly comprise of type Ⅱ kerogen, and belong to medium to good source rock. In the Late Permian, this set of source rocks entered the threshold of hydrocarbon generation, and now the whole has entered the stage of dry gas generation. The Pingdiquan Formation source rocks were deposited in a brackish environment with main input of aquatic organisms such as bacteria and algae, supplemented by the input of terrigenous higher plants. The Pingdiquan Formation source rocks in the Dongdaohaizi Sag share similar geochemical characteristics with the Middle Permian Lucaougou Formation source rocks in the Fukang Sag. At present, a series of exploration breakthroughs have been made around the latter, implying that the Pingdiquan Formation petroleum system in the Dongdaohaizi Sag may also has good exploration potential. The research results further consolidate the resource potential of the Permian petroleum system in the Junggar Basin, and provide an important reference for oil and gas exploration in the Dongdaohaizi Sag and its periphery.

Cite this article

Zhijun QIN , Shengyu YIN , Yingchang CAO , Chuanmin ZHOU , Kaikai LI , Deyu GONG . Geochemical characteristics of the Middle Permian Pingdiquan Formation source rocks in the Dongdaohaizi Sag and its periphery, Junggar Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2024 , 35(11) : 1910 -1922 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.09.010

0 引言

准噶尔盆地是我国最重要的含油气盆地之一。2023年,中国石油新疆油田在准噶尔盆地生产油气当量约为1 805×104 t,在我国各大油田中位列第8。目前,准噶尔盆地已发现的油气主要位于中央坳陷(一级构造单元)周缘和坳陷内的隆起区[图1(a)]。在中央坳陷西部的玛湖凹陷、盆1井西凹陷和沙湾凹陷等次级构造单元(二级构造单元)及周缘,发现了玛湖油田、陆梁油田和石西油田等一大批大中型油田1。油—源对比表明,这些油田的原油主要来自中下二叠统湖相烃源岩2-4。在中央坳陷东部,下二叠统逐渐减薄尖灭,该区主要发育中二叠统咸水湖相烃源岩2。该套烃源岩在盆地东北部(东道海子凹陷及周缘)称为平地泉组(P2 p),在东南部(阜康凹陷及周缘)称为芦草沟组(P2 l25。目前,在阜康凹陷周缘已相继发现了三台油田、昌吉油田和北三台油田等一系列油田,提交探明石油地质储量超2×108 t。2020年以来,中国石油先后在阜康凹陷东斜坡部署康探1和康探2等风险探井,在上二叠统上乌尔禾组(P3 w)试油,最高日产量近250 t,开辟了亿吨级岩性油气藏勘探大场面6-8。油—源对比表明,阜康凹陷及周缘的原油均主要来自P2 l烃源岩3-47
图1 准噶尔盆地构造单元特征(a)与东道海子凹陷及邻区地质概况(b)(据文献[8]修改)

①玛湖凹陷;②盆1井西凹陷;③沙湾凹陷;④阜康凹陷;⑤东道海子凹陷

Fig.1 Structural units of the Junggar Basin (a) and geological background of the Dongdaohaizi Sag and its periphery (b)(modified after Ref. [8])

相较于上述富烃凹陷,东道海子凹陷在中央坳陷的众多凹陷中勘探程度最低,目前仅在凹陷内和周缘发现了少量小型油藏和出油气井点。2021年,中国石油新疆油田公司在东道海子凹陷部署风险探井——道探1井[图1(b)],在平地泉组试油,日产油0.14 t,日产气0.35×104 m3,同时钻揭了厚达500 m的P2 p烃源岩,展示出该区良好的油气勘探潜力。
前人针对东道海子凹陷及周缘油气成因来源59、烃源岩地球化学特征10-11、烃源岩生烃演化过程12以及区域油气勘探潜力13等开展了一些工作,但整体研究程度还很低,制约了该区下一步的油气勘探工作。本文对该区9口井125个P2 p烃源岩样品开展了系统的地球化学分析,并与邻近的阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩(18口井101个样品)开展了对比研究。研究结果进一步夯实了准噶尔盆地二叠系含油气系统的资源潜力,也为东道海子凹陷及周缘的油气勘探提供了重要参考。

1 地质背景

准噶尔盆地位于中国新疆维吾尔自治区北部,南、北夹持于天山和阿尔泰山之间,东、西为准噶尔界山,平面形态呈东西宽南北窄的菱形,总面积约为13×104 km2 [14-15图1(a)]。根据石炭系基底的隆坳结构,准噶尔盆地可以划分为西部隆起、东部隆起、陆梁隆起、乌伦古坳陷、中央坳陷和北天山山前冲断带等6个一级构造单元。在此基础上,结合二叠系隆坳格局,还可以进一步划分出44个二级构造单元16图1(a)]。
东道海子凹陷是位于准噶尔盆地东北部的一个二级构造单元[图1(a)]。在构造上,该凹陷位于滴水泉断裂带与东道海子断裂带之间,呈近北东—南西向的狭长条带状展布,向西敞开,向北东方向收敛[图1(b)]。该区地层总体上发育较全,其中,石炭系与二叠系、二叠系与三叠系、三叠系与侏罗系、侏罗系与白垩系之间均为角度不整合接触(图2)。研究区缺失下二叠统,中二叠统将军庙组(P2 j)不整合在石炭系之上(图2)。P2 p整合在P2 j之上,岩性以灰褐色、褐色、灰色、深灰色泥岩和粉砂质泥岩为主,局部夹灰褐色、灰黑色、深灰色泥质细砂岩、砂砾岩及灰岩,是研究区一套重要的烃源岩层系2图2)。此外,研究区下石炭统松喀尔苏组b段(C1 s b)还发育一套海陆过渡相烃源岩(图2)。
图2 研究区综合柱状图(据文献[5])

Fig.2 Comprehensive histogram of the study area(after Ref. [5])

东道海子凹陷及周缘发育4套生储盖组合:①以C1 s b暗色泥岩作为烃源岩,上石炭统巴山组(C2 b)爆发相和溢流相安山岩、火山角砾岩和凝灰质碎屑岩作为储层,上覆P2 p和P3 w泥岩作为盖层,组成的自生自储型生储盖组合;②以C1 s b和P2 p暗色泥岩作为烃源岩,P3 w砂砾岩作为储层,P3 w泥岩作为盖层组成的生储盖组合;③以C1 s b和P2 p暗色泥岩作为烃源岩,下三叠统百口泉组(T1 b)砂砾岩作为储层,其上覆中—上三叠统泥岩作为盖层,组成的下生上储型生储盖组合;④以中—下侏罗统及以下地层中发育的烃源岩为源,侏罗系和白垩系中发育的砂岩作为储层,层内泥岩或上覆泥岩作为盖层,组成的下生上储型生储盖组合(图2)。

2 烃源岩岩性与沉积环境

东道海子凹陷深凹/深湖区P2 p烃源岩岩性以深灰色—灰黑色灰质泥岩、粉砂质泥岩和泥岩为主,其次是浅灰色—灰色泥岩、灰质泥岩和泥质粉砂岩;凹陷浅湖区的P2 p烃源岩则以灰色—深灰色泥岩和粉砂质泥岩为主,其次是深灰色—灰黑色的炭质泥岩。其中,灰质泥岩以发育交替分布的贫有机质纹层—富有机质纹层—灰质纹层为典型特征[图3(a)—图3(b)]。这种沉积互层通常反映气候的季节性或周期性变化,同时也反映出沉积水体盐度和碱度较高,而且藻类等的钙化作用较强17。凹陷深湖区P2 p粉砂质泥岩以富含粉砂为特征,甚至可见低密度浊流沉积形成的粉砂微透镜体[图3(c)—图3(d)]。这些特征表明该区P2 p粉砂质泥岩沉积于物源供给充足且浊流较活跃的三角洲前缘远端或前三角洲。凹陷深湖区P2 p灰色泥岩通常呈块状,页理不发育,但可见零星分布的粉砂级碎屑,表明当时沉积速率较高,很可能是前三角洲[图3(g)]。凹陷浅湖区P2 p炭质泥岩以富含炭屑为特征,可见炭屑分散分布于基底[图3(e)—图3(f)]或顺层呈条带状分布[图3(h)—图3(i)],表明炭质泥岩沉积于持续受河流影响的异重流发育区18,通常是三角洲前缘远端—前三角洲。综上所述,东道海子凹陷P2 p烃源岩沉积于受三角洲影响显著、具有一定盐度的湖区。纵向上进一步的测井相与沉积旋回分析表明,东道海子凹陷P2 p烃源岩沉积于平地泉组完整水进—水退旋回(T—R旋回)的水进中晚期与水退早中期,主要为受三角洲影响的深湖—半深湖沉积环境。
图3 东道海子凹陷P2 p烃源岩岩心薄片显微照片

(a)—(b)道探1井,灰质泥岩/页岩,5 709.05 m,贫有机质纹层—富有机质纹层—灰质纹层交替分布,其中灰质纹层重结晶明显,见嵌晶结构方解石,正交偏光;(c)—(d)彩4井,粉砂质泥岩,1 971.3 m,粉砂质泥岩背景见具弱侵蚀能力底流沉积的粉砂透镜体,单偏光;(e)—(f)彩4井,含炭粉砂质泥岩,1 995.5 m,炭质顺纹层聚集或分散分布于粉砂质泥岩基底,正交偏光;(g)滴南7井,灰色泥岩,3 620.6 m,无明显沉积构造,零星分布粉砂级碎屑及斑点状胶结物方解石,正交偏光;(h)—(i)滴南7井,炭质泥岩,3 622.1 m,片状/长条状碎屑定向排列明显,大量炭质顺层理分布,正交偏光。注:Cl为黏土矿物;Ca为方解石;Q为石英;Fi为裂隙;Mu为白云母;Ds为硅质岩屑

Fig.3 Micrographs of the P2 p source rocks (thin section) in the Dongdaohaizi Sag

东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩岩性与阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩相差不大。首先,后者的颜色与前者深凹区相近,但较前者凹陷边缘更深;其次,后者含有更多的灰质泥岩,但未见炭质泥岩。这些特征表明,东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩沉积水体的盐度要略低于阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩,而且受三角洲的影响更强,前者表现为凹陷边缘区炭质泥岩含量高,后者表现为深凹区灰质泥岩含量高。
东道海子凹陷与阜康凹陷中二叠统烃源岩岩性与沉积环境的这种差异受沉积古地理控制明显。研究表明,准噶尔盆地在中二叠世整体表现为“北高南低、西凹东隆”格局,地貌上具有“C”字形轮廓。此时,尽管盆地总体已转变成内陆湖盆,但在“C”字形开口一侧(盆地东南缘的博格达山—吐哈盆地北缘一带)可能仍受海侵影响19。高海平面期的海侵及“北高—南低”地形造就的流域体系/三角洲分布差异,可能导致两个凹陷中二叠统烃源岩的岩性存在一定差异,进而影响生烃潜力。

3 烃源岩评价

3.1 有机质成熟度与生烃演化

3.1.1 现今成熟度特征

富有机质页岩只有进入到一定的生烃门限,才能称为“有效”烃源岩,因此成熟度分析对烃源岩评价至关重要。此外,热解氢指数(I H)、生烃潜量(S 1+S 2)和总有机碳含量(TOC)等常用的烃源岩评价参数也受成熟度的影响。因此,笔者将成熟度分析作为本文烃源岩评价的第一项任务。
镜质体反射率(R O)是最常用的反映烃源岩热演化程度的地球化学指标。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩的R O值介于0.55%~1.52%之间,平均为0.87%,绝大多数样品已进入生油高峰。其中,来自道探1井2个样品的R O值明显高于其他样品,分别为1.41%和1.52%,已进入生凝析油—湿气阶段。阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩的R O值介于0.56%~0.74%之间(平均为0.66%),处于低成熟阶段。从已有样品来看,阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩的成熟度显著低于东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩。由于前者所取样品均位于构造凸起区,而后者则有相当一部分样品位于凹陷区和斜坡区,在一定程度上造成了2套烃源岩成熟度的差异。然而,即便用同样位于构造高部位的2套中二叠统烃源岩进行比较,前者比后者的R O值仍然要低0.1%左右,反映出前者中二叠统烃源岩成熟度略低于后者。
研究区R O实测数据较少,不利于反映中二叠统烃源岩成熟度的整体面貌。最高热解峰温(T max)相较于R O更易获取,分析也更简便,可以作为反映成熟度的补充证据。据前人研究,当热解烃(S 2)小于一定阈值后,S 2谱峰难以拾取,会造成其对应的T max值不可靠,不同学者对该阈值的选取有所差异,通常在0.2~0.5 mg/g之间20-21,本文选取了该范围的中间值0.35 mg/g作为阈值,在分析前,剔除了S 2值小于该值样品的T max数据。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩的T max值分布在401~516 ℃之间(平均为460 ℃)。这些样品主要位于490~510 ℃和430~460 ℃ 2个区间:前者均为道探1井样品,反映凹陷区P2 p烃源岩已进入高—过成熟阶段;后者为其他井的样品,位于斜坡区和凸起带,主要处于主生油窗内[图4(a)]。阜康凹陷P2 l烃源岩的T max值主频分布在430~450 ℃之间(平均为443 ℃),主要处于主生油窗内,成熟度略低于东道海子凹陷斜坡区和凸起区的P2 p烃源岩[图4(b)]。
图4 东道海子凹陷P2 p烃源岩(a)与阜康凹陷P2 l烃源岩(b)T max频率分布直方图

Fig.4 T max frequency distribution histogram of P2 p source rocks in the Dongdaohaizi Sag (a) and P2 l source rocks in the Fukang Sag

3.1.2 烃源岩的生烃演化

为了更好地反映研究区中二叠统烃源岩的热演化过程,本文研究结合地震和钻井资料,在东道海子凹陷和阜康凹陷最深处分别设计了1口虚拟井(虚拟井1和虚拟井2,井点位置见[图1(b)]),恢复了其埋藏史和热演化史。盆地模拟使用PetroMod软件。地层的剥蚀时间和剥蚀量参考文献[12]。东道海子凹陷所在的准噶尔盆地东部地区,石炭纪末地温梯度达40 ℃/km以上;至二叠纪末降至30~40.5 ℃/km;三叠纪末,地温梯度略有降低;侏罗纪末,地温梯度降至30.4~35.7 ℃/km;此后,地温梯度降低较为缓慢,至白垩纪末,为28.9~29.5 ℃/km;古近纪—新近纪末,地温梯度已与现今大致相当2。研究区古大地热流值从二叠纪的高值65~70 mW/m2,降低至中生代的50~60 mW/m2,现今降低至40~50 mW/m2,表现出持续降低的演化特征22。根据东道海子凹陷各套地层的沉积环境和地层厚度估算获得其在中二叠世、晚二叠世、三叠纪和侏罗纪以来的古水深分别为40 m、5~20 m、5~10 m和0~5 m12。利用SWEENEY等23提出的等效镜质体反射率(Easy%R O)方法表征烃源岩的热演化史。
东道海子凹陷P2 p烃源岩在晚二叠世开始进入生烃门限(R O=0.5%~0.7%),至早三叠世末期整体进入生烃门限;早三叠世,P2 p烃源岩开始进入主生油窗早期阶段(R O=0.7%~1.0%),至早侏罗世,已整体进入主生油窗;晚三叠世,P2 p烃源岩开始进入主生油窗晚期阶段(R O=1.0%~1.3%),至中侏罗世,已整体进入该阶段;早侏罗世,P2 p烃源岩开始进入生凝析油—湿气阶段(R O=1.3%~2.0%),至早白垩世,已整体进入该阶段;晚侏罗世,P2 p烃源岩开始进入生干气阶段(R O>2.0%),现今已整体进入该阶段[图5(a)]。
图5 东道海子凹陷虚拟井1(a)与阜康凹陷虚拟井2(b)中二叠统烃源岩埋藏史和热演化史

Fig.5 Burial history and thermal evolution history of the Middle Permian source rocks in virtual well 1 in the Dongdaohaizi Sag (a) and virtual well 2 in the Fukang Sag (b)

相较而言,阜康凹陷P2 l烃源岩的生烃过程明显滞后,且演化程度相对较低:在中晚三叠世,P2 l烃源岩开始进入生烃门限;早侏罗世,P2 l烃源岩开始进入主生油窗早期阶段;晚侏罗世,P2 l烃源岩开始进入主生油窗晚期阶段;早白垩世晚期,P2 l烃源岩开始进入生凝析油—湿气阶段;古近纪末,P2 l烃源岩开始进入生干气阶段,现今仅有少部分进入该阶段,主体仍处在生凝析油—湿气阶段[图5(b)]。

3.2 有机质类型

东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩干酪根碳同位素值(δ13C干酪根)介于-28.5‰~-21.1‰之间(平均为-24.1‰),主体以Ⅲ型干酪根为主,Ⅱ2型和Ⅱ1型干酪根占比较少[图6(a)]。阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩的δ13C干酪根值介于-28.6‰~-20.6‰之间(平均为-24.2‰),尽管总体也以Ⅲ型干酪根为主,但Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根占比相对略高,说明其有机质类型可能略好于东道海子凹陷[图6(b)]。需要说明的是,由于12C—13C键相对于13C—13C键的热稳定性弱,随着成熟度的增加,12C—13C键率先断裂,导致δ13C干酪根值变高。如本文3.1节所述,东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩现今成熟度要略高于阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩,其较高的δ13C干酪根值,在一定程度上可能还受到了热成熟度的影响[图6(a)]。
图6 东道海子凹陷P2 p烃源岩(a)与阜康凹陷P2 l烃源岩(b) 干酪根碳同位素分布直方图

Fig. 6 δ 13Ckerogen frequency distribution histogram of P2 p source rocks in the Dongdaohaizi Sag (a) and P2 l source rocks in the Fukang Sag

东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩I H值介于6~512 mg/g之间(平均为74 mg/g),Ⅲ型干酪根占绝对优势。阜康凹陷P2 l烃源岩I H值介于70~481 mg/g之间(平均为249 mg/g),尽管总体也以Ⅲ型干酪根为主,但含有一定比例的Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根,说明其有机质类型好于东道海子凹陷。需要注意的是,随着烃源岩生烃过程的进行,其I H值会显著降低,只有低/未成熟烃源岩的初始氢指数(I HO)才能更准确地还原其有机质类型的本来面貌。前人提出了各种统计学模型,通过回归求取最优解的方法,来获得烃源岩的I HO24-26。根据BANERJEE等24提出的方法,计算得到的东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩的I HO值分别为425 mg/g和500 mg/g。根据CHEN等25提出的方法,计算得到两者的I HO值分别为400 mg/g和485 mg/g。上述2个模型计算的结果较一致,说明2套中二叠统烃源岩均以Ⅱ型干酪根为主,具备一定的生油能力,同时也说明阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩的有机质类型要好于东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩。
在干酪根有机显微组分中,镜质组、壳质组和惰质组均来源于高等植物先质。其中,镜质组和惰质组为典型的Ⅲ型有机质,壳质组为典型的Ⅱ型有机质27-28。低等生源成因的藻类体和无定形物质则为Ⅰ型有机质27-28。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩镜质组和惰质组有机显微组分占较大优势:镜质组相对百分含量为21.9%~66.7%(平均为40.6%),显微镜下常见呈块状、粒状、碎屑状、透镜状和弯曲条带状分布的镜质体和碎屑镜质体;惰质组相对百分含量为26.3%~53.1%(平均为35.4%),镜下主要见丝质体破碎呈片状、楔状和不规则块状分布,半丝质体呈块状、断裂条带状和弯钩状分布,碎屑惰质体破碎呈粒状零散分布等[图7图8(a)—图8(c)]。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩的腐泥组和壳质组总相对百分含量较低,为0~46.5%(平均为24.0%)(图7),镜下常见呈蠕虫状、短带状平行层面密集分布的小孢子体和零散分布的碎屑壳质体[图8(a)—图8(c)]。有机质的类型指数介于-88.3~-16.0之间(平均为-48.7),反映了Ⅲ型有机质的特征。需要注意的是,较低的腐泥组和壳质组显微组分含量可能在一定程度上受到了其较高成熟度的影响,使其光性特征与镜质组渐趋一致,不易识别27
图7 东道海子凹陷P2 p烃源岩与阜康凹陷P2 l烃源岩干酪根有机显微组分相对含量三角图

Fig.7 The relative organic maceral content of P2 p source rocks in the Dongdaohaizi Sag and P2 l source rocks in the Fukang Sag

图8 东道海子凹陷P2 p烃源岩与阜康凹陷P2 l烃源岩干酪根有机显微组分照片

(a)滴南7井含炭质页岩样品,3 622.04~3 622.16 m,反射荧光(蓝光激发);(b)道探1井泥岩样品,5 709.45~5 709.56 m,光片,油浸,反射单偏光;(c)彩4井含炭质页岩样品,1 995.5 m,光片,油浸,反射单偏光;(d)—(e)北86井黑色页岩样品,3 626.0 m,其中(d)为光片,反射荧光,(e)为光片,反射单偏光;(f)沙丘11井黑色页岩样品,2 870.4 m,光片,反射荧光;注:MB为矿物沥青基质;Ld为碎屑壳质体;ID为碎屑惰质体;O为油迹;T为结构镜质体;V为镜质体;CD为碎屑镜质体;SF为半丝质体;Py为黄铁矿;MiS为小孢子体

Fig.8 Organic maceral micrographs of the P2 p source rocks (thin section) in the Dongdaohaizi Sag and P2 l source rocks (thin section) in the Fukang Sag

阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩腐泥组和壳质组有机显微组分的相对总百分含量与东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩相似,为8.1%~27.5%(平均为18.9%)(图7)。镜下可见矿物沥青基质基底中密集分布碎屑壳质体,另见少量油迹,偶见小孢子体[图8(d)—图8(e)]。二者的差别在于,阜康凹陷P2 l烃源岩含有相对更高含量的镜质组有机显微组分(11.8%~89.4%,平均为54.0%),矿物沥青基质基底中见结构镜质体碎屑和半丝质体碎屑,均严重破碎,少量腐殖组分碎屑和黄铁矿零星分布[图7图8(d)—图8(e)]。相较而言,东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩的惰质组有机显微组分含量则相对更高(图7)。

3.3 有机质丰度

东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩TOC值介于0.19%~6.11%之间(平均为1.33%),S 1+S 2值为0.08~34.16 mg/g(平均为1.60 mg/g),烃源岩品质差别较大,以中等—好烃源岩为主,差—非烃源岩也占一定比例(图9)。阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩TOC值介于0.07%~11.45%之间(平均为3.05%),S 1+S 2值为0.06~44.95 mg/g(平均为9.73 mg/g),以好—极好烃源岩为主,有机质丰度优于东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩(图9)。后者成熟度较高,在一定程度上可能会导致其S 1+S 2值较初始情况偏低。然而,成熟度对TOC值的影响往往较小29,因此可以认为成熟度的差别对图9所反映的2个凹陷中二叠统烃源岩有机质丰度的总体差异影响较小。
图9 东道海子凹陷P2 p烃源岩与阜康凹陷P2 l烃源岩TOCS 1+S 2交会图

Fig.9 TOC vs. S 1+S 2 crossplot of P2 p source rocks in the Dongdaohaizi Sag and P2 l source rocks in the Fukang Sag

4 烃源岩生物标志物特征

姥鲛烷和植烷的比值(Pr/Ph)常常用于判断有机质的氧化还原环境,根据Pr/Ph值小于0.5、0.5~1.0、1.0~2.0和大于2.0,通常可以将沉积环境划分为强还原环境、还原环境、弱还原—弱氧化环境和强氧化环境30。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩的Pr/Ph值均较低,分别为0.69~1.80(平均为1.32)和0.88~2.16(平均为1.45),表明其主要沉积于还原—弱还原环境[图10(a),图11(a),图11(b)]。2套烃源岩的Pr/n-C17与Ph/n-C18交会图也表明其沉积水体具有较强的还原性[图10(b)]。
图10 东道海子凹陷P2 p烃源岩与阜康凹陷P2 l烃源岩类异戊二烯烷烃与β -胡萝卜烷特征

(a)Pr/Ph与β-胡萝卜烷交会图;(b)Pr/n-C17与Ph/n-C18交会图

Fig. 10 Isoprene alkanes and β-carotenes characteristics of P2 p source rocks in the Dongdaohaizi Sag and P2 l source rocks in the Fukang Sag

图11 东道海子凹陷P2 p烃源岩与阜康凹陷P2 l烃源岩抽提物生物标志物谱图

(a)、(c)、(e)滴南10井,3 707.45 m,岩心;(b)、(d)、(f)沙123井,2 493.05 m,岩心。注:R1n-C17;R2为Pr;R3n-C18;R4为Ph;R5β-胡萝卜烷;T1为C19三环萜烷;T2为C20三环萜烷;T3为C21三环萜烷;T4为C26三环萜烷;T5为C24四环萜烷;T6为Ts;T7为Tm;T8为C31藿烷;T9为伽马蜡烷;S1—S4为C27规则甾烷;S5—S8为C28规则甾烷;S9—S12为C29规则甾烷

Fig. 11 Biomarker spectrograms of P2 p source rocks in the Dongdaohaizi Sag and P2 l source rocks in the Fukang Sag

类胡萝卜素由各种高度不饱和的C40化合物所组成,主要是光合生物的产物31。在强还原条件下,类胡萝卜素的碳骨架可以在沉积物中得以保存,其中最主要的是β-胡萝卜烷,它的存在暗示着缺氧、盐湖相或高局限性海/湖相沉积环境32。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩普遍含有一定量的β-胡萝卜烷,其β-胡萝卜烷/n-C25值分别为0~0.32(平均为0.07)和0.01~1.16(平均为0.17),这与其较低的Pr/Ph值共同反映了2套中二叠统烃源岩沉积时均处于缺氧环境,十分有利于有机质的保存[图10(a),图11(a),图11(b)]。
C19和C20三环萜烷主要来源于维管植物生成的二萜类化合物,是陆源高等植物输入的典型标志33-34。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩C19/C21三环萜烷值均较低,分别为0.08~0.97(平均为0.23)和0.03~0.58(平均为0.17),反映其母质来源主要以藻类和微生物为主,可能有一部分陆源高等植物的贡献[图11(c),图11(d),图12(a)]。四环萜烷常常与陆源有机质也有较好的亲缘关系31。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩C24四环萜烷丰度整体较低,C24四环萜烷/C26三环萜烷值分别为0.30~4.82(平均为1.27)和0.28~3.49(平均为1.15),说明陆源有机质的输入较少[图11(c),图11(d),图12(b)]。
图12 东道海子凹陷P2 p烃源岩与阜康凹陷P2 l烃源岩甾萜类化合物特征

(a)C19/C21三环萜烷和C20/C21三环萜烷交会图;(b)C24四环萜烷/C26三环萜烷和C19/C21三环萜烷交会图;

(c)伽马蜡烷/C31藿烷和Ts/Tm交会图;(d)C27、C28和C29规则甾烷相对百分含量三角图

Fig.12 Steroid and terpenoids characteristics of P2 p source rocks in the Dongdaohaizi Sag and P2 l source rocks in the Fukang Sag

伽马蜡烷可以表征纵向高盐度所致的分层水体,高丰度的伽马蜡烷经常出现在高盐度的海相和非海相沉积物中35。烃源岩沉积时水体盐度的升高会导致伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/C31藿烷)的增高3135。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩伽马蜡烷丰度均较高,伽马蜡烷指数分别为0.08~0.96(平均为0.37)和0.04~1.05(平均为0.44),说明这2套烃源岩沉积时水体均具有较高的盐度[图11(c),图11(d),图12(c)]。18α(H)-22,29,30-三降藿烷(Ts)和17α(H)-22,29,30-三降藿烷(Tm)的比值可用于判断沉积水体的氧化还原环境。一般来说,较低的Ts/Tm值反映了氧化环境或陆源有机质的大量输入。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩Ts/Tm值整体均较高,平均值分别为0.31和0.52,反映这2套烃源岩沉积时的氧化程度相对较弱,水生有机质的贡献更多[图11(c),图11(d),图12(c)]。此外,阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩相对更低的Ts/Tm值,可能还受到其相对于东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩较低的成熟度的影响31
C27、C28和C29规则甾烷的相对含量常用来反映母质来源信息。东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩均表现出C29甾烷优势[图11(e),图11(f)],其相对含量分别为35.6%~68.8%(平均为51.2%)和38.2%~81.2%(平均为52.0%)[图12(d)]。较高的C29规则甾烷相对百分含量往往与高等植物生源输入有关31。然而,从前述三环萜烷和四环萜烷反映的特征来看,2套烃源岩均以细菌和藻类等低等水生生物输入为主[图12(a),图12(b)]。除高等植物输入外,绿藻也是C29甾烷的重要来源36,研究表明,准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风成组和吉木萨尔凹陷P2 l倾油型烃源岩中较高含量的C29规则甾烷均与绿藻密切相关37-38。据此推断,藻类的输入可能是导致2套中二叠统烃源岩均具有较高含量C29规则甾烷的主要原因,此外高等植物的输入可能也有一定的贡献。
综上所述,东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩沉积时的水体条件和生源类型十分相似,均为偏还原的咸水环境,以细菌和藻类等水生生物输入为主,陆源高等植物输入为辅。目前,围绕阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩已取得一系列勘探突破,预示着东道海子凹陷及周缘P2 p含油气系统同样具备良好的勘探潜力6-8

5 结论

(1)准噶尔盆地东道海子凹陷深凹区P2 p烃源岩岩性以深灰色—灰黑色灰质泥岩、粉砂质泥岩和泥岩为主,凹陷浅湖区则以灰色—深灰色泥岩和粉砂质泥岩为主,为一套受三角洲影响显著的、具有一定盐度的深湖—半深湖相沉积。其岩性与阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩相差不大,沉积水体的盐度要略低于阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩,而且受三角洲的影响更强。
(2)东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩以Ⅱ型干酪根为主主要为中等—好烃源岩,类型和丰度略逊于阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩。前者的R OT max平均值分别为0.87%和460 ℃,反映其现今成熟度高于后者。东道海子凹陷P2 p烃源岩在晚二叠世开始进入生烃门限,现今已整体进入生干气阶段,而阜康凹陷P2 l烃源岩仍处在生凝析油—湿气阶段。
(3)东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩和阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩生物标志物特征相似,伽马蜡烷、β-胡萝卜烷、C29规则甾烷丰度和Ts/Tm值较高,而Pr/Ph值、C19和C20三环萜烷、C24四环萜烷丰度较低,反映出2套烃源岩均沉积于偏还原的咸水环境,以细菌和藻类等水生生物输入为主,陆源高等植物输入为辅。
(4)东道海子凹陷及周缘P2 p烃源岩与阜康凹陷及周缘P2 l烃源岩整体面貌相近。目前,围绕后者已取得一系列勘探突破,预示着东道海子凹陷及周缘P2 l含油气系统同样具备良好的勘探潜力。

本文得到了中国石油勘探开发研究院戴金星院士、中国石油新疆油田分公司王绪龙和郑孟林教授级高级工程师的悉心指导,谨致谢意。

1
陈磊,杨镱婷,汪飞,等. 准噶尔盆地勘探历程与启示[J]. 新疆石油地质,2020,41(5):505-518.

CHEN L,YANG Y T,WANG F,et al.Exploration process and enlightenment of Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology, 2020, 41(5): 505-518.

2
王绪龙,支东明,王屿涛,等. 准噶尔盆地烃源岩与油气地球化学特征[M]. 北京:石油工业出版社,2013:1-565.

WANG X L, ZHI D M, WANG Y T, et al. Geochemical Characteristics of Source Rocks and Oil and Gas in Junggar Basin[M]. Beijing: Petroleum Industry Press,2013:1-565.

3
陈建平,王绪龙,邓春萍,等.准噶尔盆地油气源、油气分布与油气系统[J].地质学报,2016,90(3):421-450.

CHEN J P,WANG X L,DENG C P,et al.Oil and gas source,occurrence and petroleum system in the Junggar Basin,Northwest China[J].Acta Geologica Sinica,2016,90(3):421-450.

4
陈建平,王绪龙,邓春萍,等.准噶尔盆地烃源岩与原油地球化学特征[J].地质学报,2016,90(1):37-67.

CHEN J P,WANG X L,DENG C P,et al.Geochemical features of source rocks and crude oil in the Junggar Basin,Northwest China[J].Acta Geologica Sinica,2016,90(1):37-67.

5
尹晟宇,龚德瑜,苏静,等.准噶尔盆地东道海子凹陷及周缘上古生界原油成因来源[J].高校地质学报,2024,30(2):218-230.

YIN S Y,GONG D Y,SU J,et al.Genetic types and origins of Upper Paleozoic-reservoiered oil in Dongdaohaizi Sag and its surrounding areas in the Junggar Basin[J].Geological Journal of China Universities,2024,30(2):218-230.

6
何海清,支东明,唐勇,等. 准噶尔盆地阜康凹陷康探1井重大突破及意义[J]. 中国石油勘探,2021,26(2):1-11.

HE H Q, ZHI D M, TANG Y, et al. Major breakthrough and significance of Well Kangtanyi 1 in Fukang Sag, Junggar Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2021, 26(2): 1-11.

7
刘超威,尤新才,李辉,等. 准噶尔盆地阜康凹陷芦草沟组烃源岩地球化学特征与生烃潜力研究[J]. 石油实验地质,2023,45(2):338-346.

LIU C W, YOU X C, LI H, et al. Geochemical characteristics and hydrocarbon generation potential of source rocks in Lucaogou Formation, Fukang Sag, Junggar Basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2019, 45(2): 338-346.

8
龚德瑜,苗一豪,陈旋,等. 准噶尔盆地东部中二叠统芦草沟组烃源岩生烃潜力评价[J]. 天然气地球科学,2024,35(5):823-837.

GONG D Y,MIAO Y H,CHEN X,et al. Hydrocarbon-generating potential of the Middle Permian Lucaogou source rock in the eastern Junggar Basin[J].Natural Gas Geoscience,2024,35(5):823-837.

9
张焕旭,陈世加,杨迪生,等. 东道海子凹陷周缘构造油气源对比及勘探潜力分析[J]. 沉积学报,2017,35(2):393-404.

ZHANG H X, CHEN S J, YANG D S, et al. Oil-gas source correlation around Dongdaohaizi sag for hydrocarbon exploration potential analysis[J]. Acta Sedimentologica Sinica,2017,35(2):393-404.

10
李二庭,米巨磊,张宇,等. 准噶尔盆地东道海子凹陷二叠系平地泉组烃源岩特征[J]. 岩性油气藏,2024,36(1):88-97.

LI E T,MI J L,ZHANG Y,et al. Source rock characteristics of Permian Pingdiquan Formation in Dongdaohaizi Sag,Junggar Basin[J]. Lithologic Reservoirs,2024,36(1):88-97.

11
靳军,罗小平,廖健德,等. 准噶尔盆地东道海子凹陷平地泉组烃源岩地球化学特征[J]. 成都理工大学学报(自然科学版),2015,42(2):196-202.

JIN J,LUO X P,LIAO J D,et al. Geochemical characteristics of Permian Pingdiquan Formation hydrocarbon source rocks in Donghaohaizi Sag, Junggar Basin[J]. Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2015,42(2):196-202.

12
杨海波,冯德浩,杨小艺,等. 准噶尔盆地东道海子凹陷平地泉组烃源岩特征及热演化史模拟[J]. 岩性油气藏,2024,36(5):156-166.

YANG H B,FENG D H,YANG X Y,et al. Characteristics of source rocks and thermal evolution simulation of Permian Pingdiquan Formation in Dongdaohaizi Sag,Junggar Basin[J].Lithologic Reservoirs,2024,36(5):156-166.

13
王金铎,张关龙,庄新明,等. 准噶尔盆地重点领域油气勘探研究进展及潜力方向[J]. 油气地质与采收率,2024,31(4):24-41.

WANG J D,ZHANG G L,ZHUANG X M,et al. Research progress and potential directions of oil and gas exploration in key fields of Junggar Basin[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2024,31(4):24-41.

14
WU M,CAO J,WANG X L,et al.Organic geochemical identification of reservoir oil-gas-waterlayers in the Junggar Basin,NW China[J].Marine and Petroleum Geology,2014,57:594-602.

15
龚德瑜,王绪龙,周川闽,等.准噶尔盆地东南部石炭系规模烃源岩的发现及天然气勘探潜力[J].石油学报,2021,42(7):836-852.

GONG D Y,WANG X L,ZHOU C M,et al.Discovery of Carboniferous scale source rocks in the Southeast of the Junggar Basin and their natural gas exploration potential[J].Acta Petrolei Sinica,2021,42(7):836-852.

16
杨海波,陈磊,孔玉华. 准噶尔盆地构造单元划分新方案[J]. 新疆石油地质,2004,25(4):686-688.

YANG H B,CHEN L,KONG Y H. A new scheme for the division of tectonic units in Junggar Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,2004,25(4):686-688.

17
MC CONNAUGHEY T A,LA BAUGH J W,ROSENBERRY D O,et al.Carbon budget for a groundwater-fed lake: Calcification supports summer photosynthesis[J].Limnology and Oceanography, 1994, 39(6): 1319-1332.

18
SLATT R M, ZAVALA C. Sediment Transfer from Shelf to Deep Water-Revisiting the Delivery System[M].Tulsa:The American Association of Petroleum Geologists, 2011:1-214.

19
曹正林,周川闽,龚德瑜,等.准噶尔盆地中—下二叠统构造—岩相古地理特征与烃源岩分布[J/OL].石油学报,2024,https://link.cnki.net/urlid/11.2128.TE.20240416.1637.006.

CAO Z L,ZHOU C M,GONG D Y,et al.Tectonic-lithofacies paleogeographic characteristics and source rock distribution of Middle and Lower Permian in Junggar Basin[J/OL].Acta Petrolei Sinica,2024,https://link.cnki.net/urlid/11.2128.TE.20240416.1637.006.

20
GONG D Y, SONG Y, WEI Y Z, et al. Geochemical characteristics of Carboniferous coaly source rocks and natural gases in the southeastern Junggar Basin,NW China:Implications for new hydrocarbon explorations[J]. International Journal of Coal Geology,2019,202:171-189.

21
PETERS K E.Guidelines for evaluating petroleum source rock using programmed pyrolysis[J].AAPG Bulletin,1986,70:318-329.

22
饶松,朱亚珂,胡迪,等. 准噶尔盆地热史恢复及其对早—中二叠世时期盆地构造属性的约束[J]. 地质学报,2018,92(6):1176-1195.

RAO S,ZHU Y K,HU D,et al. The thermal history of Junggar Basin:Constraints on the tectonic attribute of the Early-Middle Permian Basin[J].Acta Geologica Sinica,2018,92(6):1176-1195.

23
SWEENEY J J, BURNHAM A K. Evaluation of a simple model of vitrinite reflectance based on chemical kinetics[J]. AAPG Bulletin,1990,74:1559-1570.

24
BANERJEE A,SINHA A K,JAIN A K,et al. A mathematical representation of Rock-Eval hydrogen index vs. T max profiles[J].Organic Geochemistry,1998,28(1-2):43-55.

25
CHEN Z H,JIANG C Q.A data driven model for studying kerogen kinetics with application examples from Canadian sedimen-tary basins[J].Marine and Petroleum Geology,2015,67:795-803.

26
郭秋麟,米敬奎,王建,等. 改进的烃源岩生烃潜力模型及关键参数模板[J].中国石油勘探,2019,24(5):661-669.

GUO Q L,MI J K,WANG J, et al. An improved hydrocarbon generation model of source rocks and key parameter templates [J]. China Petroleum Exploration,2019,24(5):661-669.

27
SUAREZ-RUIZ I, FLORES D, MENDONCA FILHO J G, et al. Review and update of the applications of organic petrology:Part 1, geological applications[J]. International Journal of Coal Geology, 2012, 99: 54-112.

28
TAYLOR G H,TEICHMÜLLER M,DAVIS A,et al. Organic Petrology[M]. Berlin-Stuttgart:Borntraeger,1998.

29
PETERS K E,MAGOON L B,BIRD K J,et al.North Slope,Alaska:Source rock distribution,richness,thermal maturity,and petroleum charge[J].AAPG Bulletin,2006,90(2):261-292.

30
TISSOT B. Influence of nature and diagenesis of organic matter in formation of petroleum[J]. AAPG Bulletin, 1974, 58(3): 499-506.

31
PETERS K E,WALTERS C C,MOLDOWAN J M.The Biomarker Guide[M].2nd.Cambridge:Cambridge University Press,2005.

32
MURPHY M T J,MCCORMICK A, EGLINTON G. Perhydro-β-carotene in Green River Shale[J].Science,1967,157:1040-1042.

33
ZUMBERGE J E. Prediction of source rock characteristics based on terpane biomarkers in crude oils:A multivariate statistical approach[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1987,51:1625-1637.

34
NOBLE R A. A Geochemical Study of Bicyclic Alkanes and Diterpenoid Hydrocarbons in Crude Oils,Sediments,and Coals[D].Perth,Australia:Department of Organic Chemistry,University of Western Australia, 1986.

35
SINNINGHE DAMSTÉ J S,KENIG F,KOOPMANS M P, et al. Evidence for gammacerane asan indicator of watercolumn stratification[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1995,59:1895-1900.

36
KODNERRB,PEARSON A,SUMMONS R E,et al.Sterols in red and green algae:Quantification,phylogeny,and relevance for the interpretation of geologic steranes[J].Geobiology,2008,6(4):411-420.

37
CAO J,XIA L W,WANG T T,et al. An alkaline lake in the Late Paleozoic Ice Age(LPIA):A review and new insights into paleoenvironment and petroleum geology[J]. Earth-Science Reviews,2020,202:103091.

38
支东明,李建忠,杨帆,等.准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系全油气系统地质特征与勘探开发实践[J].中国石油勘探,2023,28(4):14-23.

ZHI D M,LI J Z,YANG F,et al.Geological characteristics and exploration and development practice of the Permian full oil and gas system in Jimsar Sag,Junggar Basin[J].China Petroleum Exploration,2023,28(4):14-23.

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