王圣柱，王千軍，張關(guān)龍，白仲才，熊崢嶸，梅文科，趙樂強

（中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015）

石炭紀為準噶爾盆地由古亞洲洋體系向陸內(nèi)變形體系的重要變革期，經(jīng)歷了由伸展到聚斂的構(gòu)造發(fā)展旋回，整體呈“早海晚陸、南海北陸”的古地理演化格局［1-3］。石炭紀殘留洋（海）、弧后、弧內(nèi)、裂陷等沉積環(huán)境為烴源巖的發(fā)育創(chuàng)造了條件［4-7］。隨著準噶爾盆地石炭系勘探的展開，石油地質(zhì)工作者逐漸認識到石炭系是一套重要的生烴層系，改變了以往重點尋找以石炭系火山巖為儲層的古潛山油氣藏和新生古儲型油氣藏的勘探思路［8-10］，相繼發(fā)現(xiàn)了克拉美麗氣田和美6-美8等多個以石炭系為烴源灶的油氣藏（田）［11-12］。勘探證實，石炭系油氣成藏具有明顯的源控特征［13-14］，圈定有效烴源巖分布是實現(xiàn)高效勘探的關(guān)鍵。雖然早在上世紀七八十年代石油地質(zhì)工作者即已發(fā)現(xiàn)石炭系烴源巖具有生烴條件，且已認識到車排子、五彩灣和石西地區(qū)等發(fā)現(xiàn)的油氣有來自石炭系烴源巖的貢獻［10，13-16］，但受石炭系原始沉積建造復(fù)雜、后期改造強烈，埋深大、資料情況限制，前期研究主要集中于某局部地區(qū)［17-21］、或某露頭剖面［22-23］、或某口探井［24］，缺乏對石炭系烴源巖的精細研究，對上、下石炭統(tǒng)烴源巖的地球化學(xué)特征甄別不夠，致使對其生成的油氣貢獻大小不明確，制約了對石炭系勘探潛力的評價。為此，筆者根據(jù)準噶爾盆地實際地質(zhì)情況及前人研究成果，將下石炭統(tǒng)滴水泉組（姜巴斯套組）和上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組（包谷圖組）烴源巖作為重點研究對象，從區(qū)域角度出發(fā)，系統(tǒng)采集盆內(nèi)鉆井和盆緣露頭剖面的大量烴源巖樣品，基于有機碳含量、巖石熱解、飽和烴色譜-質(zhì)譜、單體烴碳同位素及金管-高壓釜生烴熱模擬實驗等分析手段，系統(tǒng)地開展準噶爾盆地石炭系不同環(huán)境發(fā)育烴源巖地球化學(xué)特征研究，為精細厘定研究區(qū)有效烴源巖分布及勘探選區(qū)奠定基礎(chǔ)。

1 巖相古地理特征

早石炭世，準噶爾盆地處于“多島洋”演化階段?？死利愌笫紫劝l(fā)生俯沖碰撞閉合［25］，沿陸梁-克拉美麗一帶形成一系列北西—南東向展布的火山島?。?］，其間發(fā)育了石西、石北和滴水泉等多個弧內(nèi)凹陷，充填滴水泉組凝灰質(zhì)泥巖、泥巖和粉砂巖。東北緣處于陸梁-克拉美麗島弧后翼的弧后環(huán)境，其中，克拉美麗山以北地區(qū)發(fā)育姜巴斯套組厚層泥巖、凝灰質(zhì)泥巖和火山碎屑巖，夾火山角礫巖、安山巖；以南地區(qū)發(fā)育松喀爾蘇組火山巖與沉積巖的巖性組合。西北緣和南緣分別處于達拉布特殘留洋和北天山殘留洋環(huán)境，發(fā)育太勒古拉組深水泥巖、硅質(zhì)泥巖沉積［2-3］（圖1a）。晚石炭世，達爾布特殘留洋和北天山殘留洋先后俯沖閉合消亡，準噶爾地區(qū)與阿勒泰地區(qū)、天山地區(qū)連為一體，準噶爾盆地初具雛形，形成“南海北陸”的古地理格局。東北緣處于陸相裂陷環(huán)境，形成了巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖-沉積巖-火山巖的巖性組合［26］，以發(fā)育碳質(zhì)泥巖和煤巖為特點。西北緣處于扇三角洲海陸過渡相和濱淺海沉積環(huán)境，發(fā)育包谷圖組泥巖和砂質(zhì)泥巖的巖性組合。南緣處于海相裂谷環(huán)境，博格達裂谷區(qū)發(fā)育次深海相細粒沉積（圖1b）。

2 烴源巖發(fā)育模式

構(gòu)造沉積環(huán)境對準噶爾盆地石炭系烴源巖的發(fā)育具有明顯的控制作用，石炭紀多種沉積環(huán)境為滴水泉組（姜巴斯套組）和巴塔瑪依內(nèi)山組（包谷圖組）凝灰質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖等多種巖性類型烴源巖的發(fā)育創(chuàng)造了條件。烴源巖發(fā)育模式研究對石炭系火山巖-沉積巖復(fù)雜建造烴源巖的分布預(yù)測具有重要指導(dǎo)意義。為此，筆者通過火山巖鋯石測年和沉積巖古生物組合年代學(xué)分析，輔以元素地球化學(xué)構(gòu)造環(huán)境判識、有機地球化學(xué)沉積環(huán)境分析，建立了研究區(qū)石炭系殘留地層對比格架；并以地層格架為約束，綜合運用重力、磁力、電法、地震等資料開展火山巖-沉積巖復(fù)雜建造充填樣式研究，進而明確準噶爾盆地石炭系烴源巖的發(fā)育特征，建立了弧后盆地廣盆、弧內(nèi)盆地局限、陸相裂谷盆地局限、海相裂谷環(huán)境區(qū)域和殘留洋（海）廣盆5種烴源巖發(fā)育模式。

2.1 弧后盆地廣盆烴源巖發(fā)育模式

圖1 準噶爾盆地石炭紀巖相古地理分布Fig.1 Palaeogeographic distribution of Carboniferous lithofacies in Junggar Basin

早石炭世早期，準噶爾盆地廣泛發(fā)育火山巖，表現(xiàn)為一系列由爆發(fā)相火山角礫巖、噴溢相玄武巖、安山巖及火山沉積巖、凝灰質(zhì)砂礫巖組成的沉積旋回；早石炭世中晚期為火山噴發(fā)旋回間歇期，火山活動明顯減弱，準東北緣烏倫古地區(qū)處于陸梁-克拉美麗島弧帶后翼弧后盆地沉積環(huán)境，受阿勒泰古陸和陸梁-克拉美麗島弧帶雙向物源供給及火山活動等因素控制，沉積充填及相帶展布發(fā)生規(guī)律性變化。北部的扎河壩-塔克爾地區(qū)受陸源沉積體系的控制，發(fā)育扇三角洲粗碎屑巖沉積；南部緊鄰島弧帶的準北1-滴北1-滴16井條帶，處于弧后盆地淺水沉積區(qū)，受島弧物源沉積體系影響明顯，主要為火山巖、凝灰質(zhì)砂巖夾凝灰質(zhì)泥巖沉積；中部的烏參1井-卡姆斯特地區(qū)處于弧后盆地深水沉積區(qū)，受雙物源體系的控制，廣泛發(fā)育凝灰質(zhì)泥巖和泥巖?？死利惿揭员钡貐^(qū)的姜巴斯套組整體表現(xiàn)為“粗-細-粗”巖性組合特征：姜一段沉積水體相對較淺，發(fā)育大套凝灰質(zhì)砂礫巖、砂巖，近島弧區(qū)為凝灰質(zhì)砂巖夾火山巖沉積；姜二段沉積時期為火山噴發(fā)間歇期，火山活動強度明顯減弱，廣泛發(fā)育深水細粒沉積，巖性為灰黑色、深灰色凝灰質(zhì)泥巖、泥巖夾粉砂巖、沉凝灰?guī)r；姜三段沉積時期火山活動再次增強，發(fā)育凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖與火山角礫巖、凝灰?guī)r互層沉積。克拉美麗山以南地區(qū)的松喀爾蘇組整體表現(xiàn)為火山活動逐漸減弱特征：松喀爾蘇組下段發(fā)育大套火山巖、火山碎屑巖，上段為火山碎屑巖與沉積巖不等厚互層。姜二段和松喀爾蘇組上段為弧后盆地?zé)N源巖主要發(fā)育層段，厚度大，橫向分布穩(wěn)定（圖2）。倫6井北、恰庫爾特、薩爾布拉克、南明水泉等剖面均有姜二段和松喀爾蘇組上段暗色泥質(zhì)巖出露，盆內(nèi)覆蓋區(qū)烏參1井鉆遇深灰色凝灰質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖的視厚度達1 400余米。后期受構(gòu)造抬升剝蝕影響，形成索索泉、石北、滴水泉等多個殘留凹陷［27］，烴源巖最大厚度可達300 m以上，滴南和滴北凸起一帶厚度較薄，一般小于150 m。

圖2 準噶爾盆地石炭系弧后盆地廣盆烴源巖發(fā)育模式Fig.2 Development mode of broad Carboniferous source rock in back-arc basin of Junggar Basin

2.2 弧內(nèi)盆地局限烴源巖發(fā)育模式

弧內(nèi)盆地為位于弧地塊之上具有火山巖-沉積巖堆積物的沉積盆地，弧地塊總體上為火山建造，表現(xiàn)為高重磁異常特征，弧內(nèi)盆地沉積主要來自弧地塊的火山巖、火山碎屑物質(zhì)，近火山口發(fā)育沖積扇、扇三角洲淺水粗碎屑沉積，遠離火山口逐漸過渡為深水細粒沉積，沉積巖相對更為發(fā)育，具有低密度和低磁化率的特點［28］。早石炭世受NE向擠壓應(yīng)力環(huán)境的影響，沿克拉美麗島弧由于不均衡擠壓應(yīng)力作用而產(chǎn)生一系列走滑斷層，造成弧塊體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，形成石西、滴水泉等多個弧內(nèi)盆地。例如石西凹陷Z2019TFEM02時頻電磁剖面顯示下石炭統(tǒng)呈高磁區(qū)和低磁區(qū)相間分布特征，表明石西地區(qū)發(fā)育多個近平行的小型弧地塊和弧內(nèi)盆地；結(jié)合地震剖面分析，高磁區(qū)與低磁區(qū)之間無明顯的正斷層發(fā)育，表現(xiàn)為火山邊界弧內(nèi)盆地沉積充填特征。受沉積時期的火山噴發(fā)影響，姜巴斯套組烴源巖分布較為局限，剖面上呈“槽”狀分布，平面上呈條帶狀分布（圖3）。露頭區(qū)以滴水泉剖面最為典型，灰色、深灰色（凝灰質(zhì)）泥巖、碳質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖厚度達300余米［17-18］；盆內(nèi)覆蓋區(qū)有陸南1、滴西17、美13等多口井鉆遇，烴源巖厚度為10～300 m。

2.3 陸相裂谷盆地局限烴源巖發(fā)育模式

圖3 準噶爾盆地石炭系弧內(nèi)盆地局限烴源巖發(fā)育模式Fig.3 Development mode of restricted Carboniferous source rocks in intra-arc basin of Junggar Basin

晚石炭世，由于俯沖洋殼的拆離造成巖漿物質(zhì)的上涌，使得地殼發(fā)生熔融減薄，準東北緣地區(qū)進入碰撞后的陸相伸展裂谷盆地演化階段。該時期火山活動強烈，沿深大伸展斷裂發(fā)生大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)，整體表現(xiàn)為2期火山噴發(fā)-沉積旋回，發(fā)育巴塔瑪依內(nèi)山組中基性-酸性火山巖夾碳質(zhì)泥巖、泥巖及劣質(zhì)煤沉積，垂向上整體表現(xiàn)為火山巖-沉積巖-火山巖層狀結(jié)構(gòu)特征?；鹕絿姲l(fā)期，在火山機構(gòu)側(cè)翼或火山機構(gòu)所圍限的區(qū)域形成小型裂陷湖盆，表現(xiàn)為沉積巖與火山巖共生特征，發(fā)育厚度較薄、橫向分布不穩(wěn)定的烴源巖；火山噴發(fā)間歇期，也可發(fā)育一定厚度的烴源巖，與上、下火山巖呈“三明治”夾層式分布［8］（圖4）。該沉積時期湖盆水體相對較淺，且分隔性較強，存在扎河壩、索索泉、陸東地區(qū)等多個沉積中心，不同地區(qū)沉積水體氧化-還原性變化較大，如扎河壩地區(qū)表現(xiàn)為還原性沉積水體環(huán)境，陸東地區(qū)表現(xiàn)為氧化性沉積水體環(huán)境。受海西期構(gòu)造運動的影響，巴塔瑪依內(nèi)山組遭受不同程度的剝蝕，其分布與下石炭統(tǒng)相似。鉆井和露頭剖面顯示，巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖厚度及規(guī)模均小于下石炭統(tǒng)烴源巖，且空間分布變化較大；石北、滴水泉等凹陷準北1、準北3、滴中1等井鉆遇灰黑色碳質(zhì)泥巖、灰色泥巖、凝灰質(zhì)泥巖的厚度為7～265 m；不同露頭剖面烴源巖發(fā)育程度也具有較大差異，帳篷溝剖面烴源巖厚度為114 m，扎河壩、塔克爾巴斯套、拜爾庫都克剖面烴源巖的厚度分別為58，63和15 m。

2.4 海相裂谷環(huán)境區(qū)域烴源巖發(fā)育模式

晚石炭世，以陸梁-克拉美麗陸緣島弧帶為分隔，準東南博格達地區(qū)由早期的殘留洋進入海相裂谷環(huán)境演化階段，博格達裂谷強烈伸展裂陷，伴隨強烈的火山噴發(fā)。準東地區(qū)的五彩灣、大井、古城和木壘等石炭系殘留凹陷當時處于博格達裂谷盆地的斜坡部位，主體為濱淺海沉積環(huán)境；其中，五彩灣地區(qū)被五彩城-雙井子島弧和沙奇島弧所包圍，形成半封閉瀉湖。該時期火山活動強烈，中-基性巖漿沿深大斷裂呈裂隙式噴發(fā)，或在斷裂交叉部位呈中心式噴發(fā)，形成大規(guī)模層狀穩(wěn)定分布的火山巖。火山噴發(fā)間歇期以正常碎屑巖沉積為主，形成厚度較大、橫向分布較為穩(wěn)定的烴源巖。受火山噴發(fā)-沉積旋回的控制，烴源巖發(fā)育也具有多旋回性特征（圖5）。五彩城、雙井子等露頭剖面均不同程度的發(fā)育烴源巖，五彩灣凹陷彩深1井鉆遇深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖和碳質(zhì)泥巖的累積厚度約為350 m，古城凹陷城1井鉆遇灰黑色碳質(zhì)泥巖、深灰色泥巖的厚度為130余米。

2.5 殘留洋（海）廣盆烴源巖發(fā)育模式

早石炭世，除準東北緣之外的其他廣大地區(qū)均為殘留洋沉積環(huán)境，其中西北緣-東緣白家海地區(qū)和西緣四棵樹凹陷-南緣博格達地區(qū)分別處于達爾布特洋和北天山洋沉積環(huán)境；晚石炭世，陸梁-克拉美麗陸緣弧以南，整體為濱淺海沉積環(huán)境。石炭紀殘留洋沉積環(huán)境為烴源巖的廣泛發(fā)育創(chuàng)造了條件，除深水洋盆和深海區(qū)的有機母質(zhì)供給相對較少，不利于形成高有機質(zhì)豐度的烴源巖，局部島弧區(qū)烴源巖欠發(fā)育外，其他地區(qū)均有利于形成有機質(zhì)豐度較高、厚度較大、區(qū)域分布廣泛的烴源巖。西北緣、南緣和腹部地區(qū)石炭系埋深較大，目前僅排66、排67、莫深1等少數(shù)井鉆遇，推測存在四棵樹凹陷和沙灣-東道海子凹陷2個沉積中心，烴源巖厚度可達200 m以上；南緣沿依林黑比爾-博格達山一帶烴源巖厚度為50～200 m。

圖4 準噶爾盆地石炭系陸相裂谷盆地局限烴源巖發(fā)育模式Fig.4 Development mode of restricted Carboniferous source rocks incontinental rift basin of Junggar Basin

圖5 準噶爾盆地石炭系海相裂谷環(huán)境區(qū)域烴源巖發(fā)育模式Fig.5 Development mode of regional Carboniferous source rocks in marine rift basin of Junggar Basin

3 烴源巖地球化學(xué)特征

3.1 有機質(zhì)豐度及類型

3.1.1 下石炭統(tǒng)烴源巖

烏參1井姜巴斯套組烴源巖樣品分析結(jié)果顯示，總有機碳含量（TOC）為0.43%～1.88%，平均為0.85%；氯仿瀝青“A”含量為0.013 6%～0.146 8%；生烴潛量（S1+S2）為0.04～3.59 mg/g，平均為0.551 3 mg/g。有機顯微組分分析結(jié)果表明，腐泥組占優(yōu)勢，平均含量為87.29%，鏡質(zhì)組平均含量為10.11%，惰質(zhì)組平均含量僅為2.61%。雖然石炭系烴源巖具有重碳同位素特征，但姜巴斯套組烴源巖δ13C值最輕，干酪根δ13C值為-27.6‰～-26.6‰，飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)的δ13C值分別為-27.6‰～-27.5‰，-26.2‰～-25.2‰，-27.7‰～-26.2‰和-27.0‰～-25.3‰。姜巴斯套組烴源巖有機質(zhì)豐度較高，以Ⅰ-Ⅱ型干酪根為主，部分為Ⅲ型，為好烴源巖。

除滴水泉等露頭剖面外，陸東-五彩灣地區(qū)有滴西17、陸南1等多口井鉆遇滴水泉組烴源巖［17-20］。地化分析結(jié)果顯示，不同巖性烴源巖的品質(zhì)存在一定差異。泥巖的TOC值為0.90%～3.15%，氯仿瀝青“A”含量為0.010 0%～0.049 2%，（S1+S2）值為0.22～0.84 mg/g；碳質(zhì)泥巖的TOC值為4.51%～12.65%，氯仿瀝青“A”含量為0.220 1%～0.520 9%，（S1+S2）值為5.21～21.41 mg/g；沉凝灰?guī)r有機質(zhì)豐度相對較低，TOC值為0.43%～1.72%，氯仿瀝青“A”含量為0.006 0%～0.037 6%，（S1+S2）值為0.13～0.68 mg/g。滴水泉組烴源巖δ13C值相對較輕：干酪根δ13C值為-27.50‰～-21.98‰，平均為-23.62‰；氯仿瀝青“A”的δ13C值為-25.94‰～-24.22‰，平均為-24.11‰；飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)的δ13C值分別為-28.02‰～-25.70‰，-23.84‰～-22.73‰，-25.21‰～-23.68‰和-24.76‰～-23.58‰。滴水泉組烴源巖有機質(zhì)豐度高，以Ⅱ2-Ⅲ型干酪根為主，屬于較好-好烴源巖。

3.1.2 上石炭統(tǒng)烴源巖

陸東-五彩灣地區(qū)有滴中1、滴西8、彩深1等20多口井鉆遇巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖，主要巖性為深灰色、灰黑色泥巖、碳質(zhì)泥巖、沉凝灰?guī)r夾煤層［17-22］。烴源巖樣品分析結(jié)果表明，泥巖、碳質(zhì)泥巖的TOC值為0.40%～10.58%，平均為3.27%；氯仿瀝青“A”含量為0.011 4%～1.274 3%，平均為0.072 4%；（S1+S2）值為0.102 1～10.362 8 mg/g，平均為2.564 2 mg/g；沉凝灰?guī)r的TOC值平均為2.28%，氯仿瀝青“A”含量平均為0.041 0%。有機顯微組分分析結(jié)果表明，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，少量Ⅱ2或Ⅱ1型。巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖δ13C值最重：干酪根δ13C值為-25.96‰-～21.00‰，氯仿瀝青“A”的δ13C值為-29.33‰～-25.60‰。上石炭統(tǒng)烴源巖與下石炭統(tǒng)烴源巖相比，陸源高等植物輸入明顯增多，有機質(zhì)類型變差，以Ⅲ型為主，部分為Ⅱ型，評價為較好-好氣源巖。

3.2 成熟度特征

受多期構(gòu)造運動影響，不同地區(qū)的石炭系烴源巖經(jīng)歷了不同的埋藏?zé)嵫莼^程，成熟度存在明顯差異，烴源巖實測鏡質(zhì)組反射率（Ro）為0.54%～4.21%，從低成熟-成熟-高成熟甚至過成熟均有分布，整體以盆緣造山帶、腹部深洼區(qū)、索索泉、滴水泉、五彩灣和四棵樹等凹陷為高值區(qū)，烏參1、滴西12、彩深1等井Ro值均為1.3%以上，處于高成熟-過成熟演化階段，向周邊呈逐漸減小趨勢。海西期構(gòu)造運動形成的繼承性凸起區(qū)，如車排子凸起、三個泉-滴北凸起及白家海凸起等烴源巖的熱演化程度較低，排66、泉5、滴北1、滴北2等井Ro值為0.50%～1.04%，處于低成熟-成熟演化階段。巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖處于成熟-高成熟演化階段，局部處于過成熟演化階段。下石炭統(tǒng)滴水泉組和姜巴斯套組烴源巖成熟度明顯高于上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖，主體烴源巖達到生濕氣-干氣演化階段。

3.3 生物標志化合物特征

受石炭紀古地理環(huán)境的控制，準噶爾盆地滴水泉組（姜巴斯套組）和巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖的地球化學(xué)特征存在明顯差異，根據(jù)生物標志化合物和單體烴碳同位素特征可劃分為5種類型。

第1種以烏參1井姜巴斯套組烴源巖為代表（簡稱烏參1井型烴源巖），其形成于弧后盆地較深水環(huán)境，主要巖性為深灰色泥巖、凝灰質(zhì)泥巖和沉凝灰?guī)r。該類型烴源巖飽和烴氣相色譜具有明顯的植烷優(yōu)勢，Pr/Ph值為0.41～0.95，平均為0.56；硫芴系列化合物含量豐富，為50.7%～83.9%，平均為75.6%，氧芴系列化合物含量較低，為7.6%～16.7%，平均為12.8%，反映出烴源巖形成于還原沉積水體環(huán)境。ααα20R-C27-C28-C29規(guī)則甾烷相對含量為C28＜C29＜C27，呈不對稱“V”型分布；C27重排甾烷含量較低，C27重排甾烷/（C27重排甾烷+C27規(guī)則甾烷）值為0.07～0.13，平均值為0.10。三環(huán)萜烷不同分布構(gòu)型對烴源巖發(fā)育環(huán)境的水體鹽度、藻類等輸入具有很好的指示意義，三環(huán)萜烷/17α-藿烷值可以用來反映細菌或藻類脂體（三環(huán)萜烷）和原核生物（藿烷）對母質(zhì)的貢獻［29］。烏參1井型烴源巖的三環(huán)萜烷含量豐富，C19，C20，C21，C23三環(huán)萜烷以C23為主峰，呈上升型分布；三環(huán)萜烷/17α-藿烷值為0.32～1.41，平均為0.94，反映出烴源巖母質(zhì)較高的藻類貢獻特征；C24四環(huán)萜烷被認為是陸源高等植物有機質(zhì)輸入的標志物，與陸源有機質(zhì)的輸入有較好的對應(yīng)關(guān)系，同時可以較好的反映水體蒸發(fā)條件［29］。烏參1井型烴源巖C24四環(huán)萜烷含量較低，C24四環(huán)萜烷/（C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷）值為0.33～0.57，平均為0.37；Ts含量較低，Ts/Tm值為0.42～0.51，平均為0.49。伽馬蠟烷主要通過喜鹽生物（如纖毛蟲）提供的四膜蟲醇的硫化而形成，因此，伽馬蠟烷對沉積水體鹽度以及水體存在分層具有很好的指示意義［30］。烏參1井型烴源巖具有高伽馬蠟烷含量特征，伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.25～0.38，平均為0.27（圖6a）。正構(gòu)烷烴單體烴碳同位素受熱演化影響較小，可以較好地反映石炭系高成熟烴源巖的沉積環(huán)境與有機質(zhì)母質(zhì)來源特征［31］。烏參1井姜巴斯套組烴源巖單體烴δ13C值相對最輕，正構(gòu)烷烴（nC14-nC31）的δ13C值為-33.77‰～-28.33‰，隨著正構(gòu)烷烴碳數(shù)的增加，δ13C值逐漸變輕，尤其是nC28以上正構(gòu)烷烴的δ13C值變輕更加明顯，呈上升“翹尾”型分布（圖7a）。上述地化特征表明，烏參1井型烴源巖為咸水、深水還原環(huán)境沉水植物和漂浮水生植物來源，并混有一定量藻類貢獻的偏腐泥型母質(zhì)類型30，32-33］。

第1種以烏參1井姜巴斯套組烴源巖為代表（簡稱烏參1井型烴源巖），其形成于弧后盆地較深水環(huán)境，主要巖性為深灰色泥巖、凝灰質(zhì)泥巖和沉凝灰?guī)r。該類型烴源巖飽和烴氣相色譜具有明顯的植烷優(yōu)勢，Pr/Ph值為0.41～0.95，平均為0.56；硫芴系列化合物含量豐富，為50.7%～83.9%，平均為75.6%，氧芴系列化合物含量較低，為7.6%～16.7%，平均為12.8%，反映出烴源巖形成于還原沉積水體環(huán)境。ααα20R-C27-C28-C29規(guī)則甾烷相對含量為C28＜C29＜C27，呈不對稱“V”型分布；C27重排甾烷含量較低，C27重排甾烷/（C27重排甾烷+C27規(guī)則甾烷）值為0.07～0.13，平均值為0.10。三環(huán)萜烷不同分布構(gòu)型對烴源巖發(fā)育環(huán)境的水體鹽度、藻類等輸入具有很好的指示意義，三環(huán)萜烷/17α-藿烷值可以用來反映細菌或藻類脂體（三環(huán)萜烷）和原核生物（藿烷）對母質(zhì)的貢獻［29］。烏參1井型烴源巖的三環(huán)萜烷含量豐富，C19，C20，C21，C23三環(huán)萜烷以C23為主峰，呈上升型分布；三環(huán)萜烷/17α-藿烷值為0.32～1.41，平均為0.94，反映出烴源巖母質(zhì)較高的藻類貢獻特征；C24四環(huán)萜烷被認為是陸源高等植物有機質(zhì)輸入的標志物，與陸源有機質(zhì)的輸入有較好的對應(yīng)關(guān)系，同時可以較好的反映水體蒸發(fā)條件［29］。烏參1井型烴源巖C24四環(huán)萜烷含量較低，C24四環(huán)萜烷/（C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷）值為0.33～0.57，平均為0.37；Ts含量較低，Ts/Tm值為0.42～0.51，平均為0.49。伽馬蠟烷主要通過喜鹽生物（如纖毛蟲）提供的四膜蟲醇的硫化而形成，因此，伽馬蠟烷對沉積水體鹽度以及水體存在分層具有很好的指示意義［30］。烏參1井型烴源巖具有高伽馬蠟烷含量特征，伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.25～0.38，平均為0.27（圖6a）。正構(gòu)烷烴單體烴碳同位素受熱演化影響較小，可以較好地反映石炭系高成熟烴源巖的沉積環(huán)境與有機質(zhì)母質(zhì)來源特征［31］。烏參1井姜巴斯套組烴源巖單體烴δ13C值相對最輕，正構(gòu)烷烴（nC14-nC31）的δ13C值為-33.77‰～-28.33‰，隨著正構(gòu)烷烴碳數(shù)的增加，δ13C值逐漸變輕，尤其是nC28以上正構(gòu)烷烴的δ13C值變輕更加明顯，呈上升“翹尾”型分布（圖7a）。上述地化特征表明，烏參1井型烴源巖為咸水、深水還原環(huán)境沉水植物和漂浮水生植物來源，并混有一定量藻類貢獻的偏腐泥型母質(zhì)類型［30，32-33］。

第2種以滴水泉剖面、美11、滴南7和滴西17等井滴水泉組烴源巖為代表（簡稱滴水泉型烴源巖），形成于弧內(nèi)盆地沉積環(huán)境，受火山作用影響明顯，以富含火山物質(zhì)為特色。烴源巖飽和烴氣相色譜具有明顯的姥鮫烷優(yōu)勢，Pr/Ph值為1.43～5.23，平均為3.03，反映為較淺水弱還原-弱氧化沉積環(huán)境。不同地區(qū)的烴源巖母源供給存在一定差異，規(guī)則甾烷相對含量為C28＜C29＜C27或C28＜C27＜C29，ααα 20R-C27-C28-C29規(guī)則甾烷呈不對稱“V”型或反“L”型分布。該類烴源巖的典型特征是C27重排甾烷和Ts較為發(fā)育，C27重排甾烷/（C27重排甾烷+C27規(guī)則甾烷）值為0.15～0.54，平均為0.34；Ts/Tm值為0.40～25.98，平均為5.91。滴南7井埋深為3 662～3 666 m灰黑色泥巖樣品的C27重排甾烷含量甚至超過C27規(guī)則甾烷含量，滴水泉剖面、滴西17等井部分烴源巖樣品的Ts含量也異常高，推測重排甾烷分子和Ts的形成與偏氧化相對淡水環(huán)境［34］，或受火山作用含火山灰成分、特殊微生物母源有關(guān)［35］。該類烴源巖C19，C20，C21和C23三環(huán)萜烷以C20為主峰，呈山峰型分布；三環(huán)萜烷含量較高，三環(huán)萜烷/17α-藿烷值為0.12～2.76，平均為0.77；C24四環(huán)萜烷相對含量較烏參1井型烴源巖含量高，C24四環(huán)萜烷/（C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷）值為0.30～0.84，平均為0.50；伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.12～0.34，平均為0.24（圖6b）。滴水泉型烴源巖單體烴δ13C值相對較輕，正構(gòu)烷烴（nC12-nC33）的δ13C值為-28.91‰～-24.48‰，隨正構(gòu)烷烴碳數(shù)的增加，單體烴δ13C值逐漸變輕，呈依次上升型分布（圖7b）。上述地化特征表明，滴水泉型烴源巖形成于弱還原-弱氧化、微咸水-半咸水沉積環(huán)境，具有陸源高等植物和水生低等生物混合母質(zhì)來源特征。

圖6 準噶爾盆地石炭系烴源巖生物標志化合物譜圖Fig.6 Biomarkers of Carboniferous source rocks in Junggar Basin

圖7 準噶爾盆地石炭系烴源巖正構(gòu)烷烴單體烴δ13C值分布Fig.7 Distribution of δ13C values of n-alkanes in Carboniferous source rocks in Junggar Basin

第3種以扎河壩剖面巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖為代表（簡稱扎河壩型烴源巖），形成于陸相裂谷盆地還原水體沉積環(huán)境。烴源巖飽和烴氣相色譜具有一定的植烷優(yōu)勢或姥植烷均勢，Pr/Ph值為0.46～1.26，平均為0.78，由于以陸源高等植物母源輸入為主，具有較高含量的甾萜烷等異構(gòu)烷烴［33，36］，該時期還原水體環(huán)境與火山噴發(fā)造成的水體缺氧有關(guān)。ααα20R-C27-C28-C29規(guī)則甾烷相對含量為C27＞C29＞C28，呈近似對稱“V”型分布；C27重排甾烷含量較高，C27重排甾烷/（C27規(guī)則甾烷+C27重排甾烷）值為0.16～0.31，平均為0.25。三環(huán)萜烷含量較低，大部分樣品C19，C20，C21，C23三環(huán)萜烷以C23為主峰，呈上升型分布，部分樣品以C21為主峰，呈山峰型分布。三環(huán)萜烷含量非常低，三環(huán)萜烷/17-α 藿烷值為0.03～0.09，平均為0.05。Ts含量變化較大，Ts/Tm值為0.15～0.82，平均為0.34，表明扎河壩型烴源巖受火山作用的影響較滴水泉型烴源巖明顯減弱。不同巖性的烴源巖伽馬蠟烷含量存在一定差異，如扎河壩剖面ZHB03，ZHB16和ZHB17碳質(zhì)泥巖與滴中1井埋深為3 765 m煤巖的伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.13～0.22，平均為0.18，反映為半咸水沉積環(huán)境；而鄰層的泥巖伽馬蠟烷含量非常低，伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.03～0.09，平均為0.06，反映為淡水沉積環(huán)境，推測水體鹽度升高與短期內(nèi)水體蒸發(fā)量變大，或與火山礦物質(zhì)混入有關(guān)［36］。該類烴源巖的另一顯著特點是高C24四環(huán)萜烷含量，C24四環(huán)萜烷/（C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷）值為0.41～0.91，平均為0.77。陸相裂谷盆地的烴源巖δ13C值最重，單體正構(gòu)烷烴（nC12-nC33）的δ13C值為-28.00‰～-24.86‰，隨著正構(gòu)烷烴碳數(shù)的增加，單體烴δ13C值呈現(xiàn)先變輕后變重的特點，呈“S”型分布（圖7c）。扎河壩型烴源巖整體形成于淡水-微咸水、還原湖沼沉積環(huán)境，烴源巖母質(zhì)以高等植物來源為主，混有一定量的低等水生生物（圖7c），與侏羅系淡水、氧化煤系烴源巖形成環(huán)境不同［31］。

第4種以滴西8井巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖為代表（簡稱滴西8井型烴源巖），形成于陸相裂谷盆地氧化水體環(huán)境。該類烴源巖的飽和烴氣相色譜具有明顯的姥鮫烷優(yōu)勢，Pr/Ph值為2.06～6.60，平均為3.83；芳烴化合物中氧芴系列化合物含量豐富，為64.1%～74.2%，平均為69.1%，硫芴系列化合物含量較低，僅為0.7%～18.7%，平均為9.7%，表明烴源巖形成于氧化沉積水體環(huán)境。ααα20R-C27-C28-C29規(guī)則甾烷中以C27甾烷為主，碳質(zhì)泥巖與泥巖相比，C29甾烷含量更高一些，規(guī)則甾烷相對含量為C28＜C29＜C27或C28＜C27＜C29，呈不對稱“V”型分布。滴西8井型烴源巖的典型特點是，雖然C27重排甾烷含量較低，但未知結(jié)構(gòu)甾烷的含量較高；具有高17α，21β-C29降藿烷和低Ts含量特征，Ts/Tm值僅為0.17～0.25，平均為0.21。C19，C20，C21，C23三環(huán)萜烷以C19，C20或C21為主峰（圖6d，圖6e）。該類烴源巖由于形成于淺水氧化淡水沉積環(huán)境，烴源巖母質(zhì)以高等植物供給為主，C24四環(huán)萜烷含量豐富，C24四環(huán)萜烷/（C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷）值為0.81～0.91，平均為0.87。同時，伽馬蠟烷含量甚低，伽馬蠟烷/C30藿烷值僅為0.04。滴西8井型烴源巖與滴水泉型烴源巖相比，姥鮫烷優(yōu)勢更加明顯，C24四環(huán)萜烷相對含量更高，伽馬蠟烷含量更低，淡水氧化沉積環(huán)境陸源高等植物優(yōu)勢輸入特征更加明顯。

第5種以五彩城、白堿溝剖面和彩深1、城1井巴塔瑪依內(nèi)山組烴源巖為代表（簡稱五彩城型烴源巖），形成于瀉湖或海相裂谷環(huán)境。五彩城型烴源巖發(fā)育于還原沉積水體環(huán)境，與滴西8井型氧化沉積水體環(huán)境的烴源巖存在顯著差異，與烏參1井型烴源巖具有一定的相似性。其飽和烴氣相色譜具有植烷優(yōu)勢，Pr/Ph值為0.44～0.92，平均為0.60。ααα20R-C27-C28-C29規(guī)則甾烷相對含量為C27＞C29＞C28，以C27甾烷為主，呈不對稱“V”型或“L”型分布。C27重排甾烷含量較烏參1井型烴源巖明顯偏高，C27重排甾烷/（C27規(guī)則甾烷+C27重排甾烷）值為0.20～0.39，平均為0.26。C19，C20，C21，C23三環(huán)萜烷以C21或C23為主峰，呈山峰型或上升型分布，三環(huán)萜烷/17-α 藿烷值為0.23～1.50，平均為0.73；C24四環(huán)萜烷相對含量較低，C24四環(huán)萜烷/（C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷）值為0.32～0.43，平均為0.37；Ts含量較烏參1井型烴源巖也偏高，Ts/Tm值為0.50～1.31，平均為0.94；伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.14～0.29，平均為0.23。殘留洋（海）環(huán)境的烴源巖δ13C值相對較重，排66、排67等井烴源巖樣品的單體正構(gòu)烷烴（nC14-nC33）的δ13C值為-30.54‰～-26.51‰，隨著正構(gòu)烷烴碳數(shù)的增加呈輕微下降型分布（圖7d）。上述地化特征反映五彩城型烴源巖形成于半咸水、還原沉積水體環(huán)境，其母源具有低等水生生物與高等植物混合輸入特點（圖6f）。

4 烴源巖生烴能力差異分析

準噶爾盆地石炭系烴源巖樣品總有機碳含量、巖石熱解、氯仿瀝青“A”含量及金管-高壓釜生烴熱模擬結(jié)果綜合對比表明，不同沉積環(huán)境發(fā)育的烴源巖的生烴能力存在明顯差異：弧后盆地?zé)N源巖生烴能力最強，弧內(nèi)盆地?zé)N源巖生烴能力較強，殘留洋（海）烴源巖生烴能力較差，陸相裂谷盆地?zé)N源巖生烴能力最差。例如，處于弧后盆地深水區(qū)的烏參1井埋深為5 460～5 470 m深灰色凝灰質(zhì)泥巖樣品的TOC值為1.05%，（S1+S2）值為2.34 mg/g，干酪根的TOC值為63.7%，金管-高壓釜生烴熱模擬實驗結(jié)果顯示最大產(chǎn)油率為245.28 mg/gTOC，最大產(chǎn)烴率為286.78 mg/gTOC；處于弧內(nèi)盆地相對淺水區(qū)的滴水泉剖面滴水泉組深灰色凝灰質(zhì)泥巖樣品的TOC值為1.67%，（S1+S2）值為1.87 mg/g，干酪根TOC值為60.3%，最大產(chǎn)油率為52.68 mg/gTOC，最大產(chǎn)烴率為149.11 mg/gTOC；處于殘留洋（海）較淺水環(huán)境的車排子地區(qū)排66井埋深為2 127.3～2 731 m和排67井埋深為1 119.6 m灰黑色泥巖樣品的產(chǎn)烴率較低，最大產(chǎn)烴率在100 mg/gTOC以下；處于陸相裂谷盆地較深水的扎河壩剖面碳質(zhì)泥巖樣品的生烴能力較差，最大產(chǎn)烴率在50 mg/gTOC以下（圖8）。此外，相同沉積環(huán)境不同巖性的烴源巖樣品的生烴能力也存在一定差異，例如烏參1井埋深為5 666～5 696 m深灰色泥巖樣品的TOC值為3.03%，（S1+S2）值為11.32 mg/g，干酪根的TOC值為31.7%，最大產(chǎn)油率為258.21 mg/gTOC，最大產(chǎn)烴率為195.90 mg/gTOC，其生烴能力較凝灰質(zhì)泥巖樣品有一定程度的減小，同時，其他樣品金管-高壓釜生烴熱模擬結(jié)果也存在凝灰質(zhì)泥巖的生烴能力高于泥巖的情況。研究認為，火山作用為烴源巖的發(fā)育提供了有利條件，對烴源巖品質(zhì)及生烴能力的影響主要表現(xiàn)在原始沉積期和生烴演化期2個階段?；鹕阶饔糜欣谛纬扇毖踹€原的沉積水體條件，易于有機質(zhì)保存?；鹕交覍Τ练e有機質(zhì)具有明顯的富集效應(yīng)，火山噴發(fā)造成微生物的大量死亡，有利于提高有機質(zhì)豐度；火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣體以及火山灰在水體中釋放的大量營養(yǎng)元素和微量元素可促使藻類、細菌大量繁盛，大大提高沉積水體的古生產(chǎn)力［37-38］?；鹕轿镔|(zhì)含有V，Cr，Co，F(xiàn)e，Zn，Ni，Mo等元素，在烴源巖干酪根降解生烴過程中與其發(fā)生催化作用，當火山物質(zhì)（凝灰質(zhì)）含量為20%～40%時，對烴源巖生烴能力的催化作用最強；當火山物質(zhì)含量較低時，可能對烴源巖生烴能力的催化作用不明顯；當火山物質(zhì)含量過高時，其對烴源巖中有機質(zhì)具有一定的“稀釋”作用，致使催化作用也不明顯，甚至造成烴源巖生烴能力大幅度降低。

圖8 準噶爾盆地石炭系烴源巖金管-高壓釜生烴熱模擬產(chǎn)烴率曲線Fig.8 Hydrocarbon generation rate curves of Carboniferous source rocks in Junggar Basin based on hydrocarbon generation thermal simulation in gold tube-autoclave

準噶爾盆地石炭系凝灰質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖和沉凝灰?guī)r烴源巖品質(zhì)分析結(jié)果表明，就有機質(zhì)豐度而言，碳質(zhì)泥巖最高，其次為凝灰質(zhì)泥巖和泥巖，沉凝灰?guī)r最低；就生烴能力而言，凝灰質(zhì)泥巖產(chǎn)烴率最高，但受火山作用劇烈影響的沉凝灰?guī)r由于火山物質(zhì)含量過高，其產(chǎn)烴率明顯低于泥巖的產(chǎn)烴率，碳質(zhì)泥巖產(chǎn)烴率最低。因此，準噶爾盆地石炭系烴源巖以凝灰質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖烴源巖占主導(dǎo)，而沉凝灰?guī)r和煤巖厚度較薄，僅可以作為局部地區(qū)的烴源巖［37-38］。

5 結(jié)論

石炭紀為準噶爾盆地海陸轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵期，經(jīng)歷了“早海晚陸、南海北陸”古地理演化過程。構(gòu)造-沉積環(huán)境控制了火山巖-沉積巖充填樣式差異，形成了弧后盆地廣盆、殘留洋（海）廣盆、海相裂谷環(huán)境區(qū)域、弧內(nèi)盆地局限和陸相裂谷盆地局限5種烴源巖發(fā)育模式。不同環(huán)境發(fā)育的烴源巖地球化學(xué)特征存在明顯差異，可分為烏參1井型烴源巖、五彩城型烴源巖、滴水泉型烴源巖、扎河壩型烴源巖和滴西8井型烴源巖5種類型。沉積環(huán)境與火山作用、火山物質(zhì)對烴源巖的生烴具有重要影響。弧后盆地和弧內(nèi)盆地?zé)N源巖受火山作用影響，具有較強的生烴能力，為優(yōu)質(zhì)烴源巖，殘留洋（海）、海相裂谷環(huán)境烴源巖生烴能力次之，陸相裂谷盆地?zé)N源巖生烴能力最差。