崔新宇 , 施立志, 張永生, 張曉凱, 汪 彪 , 羅立艷

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037; 2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083;3)中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處2150地震隊(duì), 河北任丘 062552

長(zhǎng)期以來(lái), 興蒙構(gòu)造帶的石炭—二疊系被認(rèn)為是陸殼的變質(zhì)基底, 不具備生烴潛力, 因此對(duì)該層系的研究較少(張永生等, 2011; 韓春元等, 2011; 陳樹(shù)旺等, 2013)。然而近些年開(kāi)展的石炭系—二疊系基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查研究表明, 興蒙構(gòu)造帶的石炭—二疊系地層并沒(méi)有經(jīng)歷大規(guī)模區(qū)域變質(zhì), 并且在二疊系壽山溝組、哲斯組、林西組等多套地層中發(fā)現(xiàn)厚層暗色泥頁(yè)巖, 具有較好的生烴潛力和生儲(chǔ)蓋組合,有望成為繼中生代侏羅—白堊系之后的北方油氣戰(zhàn)略勘探區(qū)的接替新層系(張興洲等, 2008; 任收麥等,2013; 公繁浩等, 2013; 盧進(jìn)才等, 2018)。

西烏旗地區(qū)位于二連盆地的壽山溝組沉積中心區(qū)域, 下二疊統(tǒng)壽山溝組暗色泥頁(yè)巖層厚度巨大、分布廣泛, 對(duì)平面上壽山溝組露頭的有機(jī)巖石學(xué)方面的研究表明, 該組具有較好的油氣勘探前景(李海華等, 2010; 陳樹(shù)旺等, 2013; 任收麥等,2013)。為了探明二連盆地壽山溝組的潛在油氣規(guī)模,在北方新區(qū)、新層系的油氣勘探中取得突破, 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所在西烏旗地區(qū)鉆探了MXD1井(施立志等, 2020)。該井鉆遇壽山溝組二段的巨厚黑色泥頁(yè)巖, 累計(jì)視厚度達(dá) 998 m, 有效烴源巖有機(jī)碳含量達(dá)到 0.4%～1.05%, 成熟度高, 有3段明顯氣測(cè)異常, 經(jīng)過(guò)對(duì)烴源巖生烴潛力的初步評(píng)價(jià), 認(rèn)為該層段具有較好的生氣條件(施立志等,2020)。

而前人研究主要關(guān)注地表露頭上壽山溝組泥頁(yè)巖的生烴潛力, 對(duì)于該段的有機(jī)地球化學(xué)特征研究程度較低, 并且平面上的烴源巖容易受到風(fēng)化或污染, 可能會(huì)使分析結(jié)果等受到影響。因此本文在MXD1井對(duì)壽山溝組二段的深灰色至灰黑色泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣, 進(jìn)行了有機(jī)地球化學(xué)分析,對(duì)烴源巖的沉積環(huán)境、母質(zhì)來(lái)源、有機(jī)質(zhì)類型等方面特征進(jìn)行了探究, 并進(jìn)一步探究了壽山溝組二段泥頁(yè)巖的生烴潛力。這為二連盆地的新層系油氣勘探提供了一些有機(jī)地球化學(xué)方面的依據(jù), 對(duì)于興蒙構(gòu)造帶石炭二疊系的油氣勘探工作也有一定的參考價(jià)值。

1 地質(zhì)背景

MXD1井處于二連盆地東部的布冷烏拉向斜中,為一套軸向?yàn)楸睎|東—南西西的復(fù)式向斜(施立志等, 2020)。二連盆地位于興蒙構(gòu)造帶東段, 總面積約 10×104km2, 大地構(gòu)造環(huán)境屬于寶力道島弧(圖1)(Xiao et al., 2003; 潘曉明, 2018)。研究區(qū)所出露地層的時(shí)代主要為晚古生代中期到中生代晚期(圖2), 構(gòu)造地層格架受到北部的賀根山斷裂帶和錫林浩特陸塊北緣控制, 呈條帶狀北東向展布。研究區(qū)地層(圖 2)自下而上為石炭—二疊系的阿木山組(CPa)、本巴圖組(CPb); 二疊系壽山溝組(P1ss)、大石寨組(P2ds)、哲斯組(P2zs); 侏羅系紅旗組(J1h)、白音高老組(J3b); 白堊系梅勒?qǐng)D組(K1m)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造背景示意圖(據(jù)Xiao, 2003修改)Fig.1 Schematic map of the geotectonic background of the study area (modified after Xiao, 2003)

二疊系壽山溝組廣泛分布于西烏旗等地(韓春元等, 2011), 總體上是一套巨厚的淺海-半深海相泥頁(yè)巖, 出露面積約 460 km2, 北東向展布, 與下伏的本巴圖組、阿木山組和上覆的大石寨組均為平行不整合關(guān)系(圖2)。壽山溝組組可以分為兩段: 一段(P1ss1)是海相低位體系域, 主體為灰黃色-灰黑色粗碎屑巖;二段(P1ss2)是海進(jìn)-海退體系域, 主體為黑色泥巖和粉砂巖(宋鵬, 2014)。該組含有大量海相動(dòng)物化石,包括 Retichlaria(網(wǎng)格貝)、Brachythyris(腕孔貝)、Rhombotrypella(擬菱穴苔蘚蟲(chóng))、Fenestella(窗格苔蘚蟲(chóng))、Stenopora(窄管苔蘚蟲(chóng))、Calamites(盧木)、Rhipidomella(扇房貝)以及珊瑚、海百合、螺等(鮑慶中等, 2006; 高小躍, 2009; 宋鵬, 2014)。鄭月娟等(2018)通過(guò)碎屑鋯石U-Pb測(cè)年, 得到西烏旗壽山溝組的沉積下限為～289 Ma, 相當(dāng)于早二疊世Artinskian期; 侵入壽山溝組的前進(jìn)場(chǎng)和達(dá)青二長(zhǎng)花崗巖的巖漿鋯石年齡限定壽山溝組沉積上限為～280 Ma, 據(jù)此可以確定壽山溝組的主體沉積年代為早二疊世Artinskian期至Sakmarian晚期(張曉飛等, 2018)。

圖2 研究區(qū)地層分布圖Fig.2 Stratigraphic distribution map of the study area

MXD1井僅鉆遇第四系松散沉積物和下二疊統(tǒng)壽山溝組二段, 該段主要為夾少量灰?guī)r透鏡體的深灰色泥頁(yè)巖, 底部含有一層安山巖夾層, 沉積相為半深海相。

2 樣品與分析

本文中所選樣品均采于MXD1井, 為西烏旗地區(qū)上二疊統(tǒng)壽山溝組二段的泥頁(yè)巖, 巖芯深度范圍為302～1200 m。MXD1井壽山溝組二段泥頁(yè)巖的總體特點(diǎn)為顏色較深, 粒度細(xì), 節(jié)理裂隙較發(fā)育, 在節(jié)理裂隙中常含有鈣質(zhì)或硅質(zhì)脈體。泥巖中常見(jiàn)粉砂質(zhì)薄紋層, 其中偶爾可見(jiàn)細(xì)粒黃鐵礦, 在 500 m處可見(jiàn)少量瀝青質(zhì)滲出, 少數(shù)層段有輕微的板巖化,板理面為黑色、玻璃光澤, 表面有薄片狀的白云母或黃鐵礦。

本文所采的樣品均為黑色-深灰色泥巖或頁(yè)巖,有輕微的板巖化, 裂隙較發(fā)育, 通常有少量鈣質(zhì)或硅質(zhì)脈體沿裂隙或順層侵位(圖3)。本文針對(duì)MXD1井巖芯樣品進(jìn)行了總有機(jī)碳、鏡質(zhì)體反射率、飽和烴和芳烴氣相色譜—質(zhì)譜的分析測(cè)試工作?？傆袡C(jī)碳檢測(cè)在溫度21℃、濕度 72%RH環(huán)境下進(jìn)行, 檢測(cè)設(shè)備及編號(hào)為CS—230碳硫分析儀617-100-800,檢測(cè)依據(jù)為GB /T 19145—2003《沉積巖中總有機(jī)碳的測(cè)定》。鏡質(zhì)體反射率檢測(cè)在23℃、濕度 50%RH環(huán)境下進(jìn)行, 檢測(cè)設(shè)備及編號(hào)為 Zeiss Axio Scope.A1/J&M MSP 200, 檢測(cè)依據(jù)為 SY/T 5124—2012《沉積巖中鏡質(zhì)體反射率測(cè)定方法》。飽和烴和芳烴氣相色譜—質(zhì)譜檢測(cè)在21℃、濕度72%RH環(huán)境下進(jìn)行, 檢測(cè)設(shè)備為 HP6890N GC/5975I MSD,編號(hào) US10615059/US61633045, 檢測(cè)依據(jù)為GB/T 18606—2001。

圖3 MXD1井壽山溝組泥頁(yè)巖巖芯照片F(xiàn)ig.3 Photos of mudstone-shale core samples from Shoushangou Formation

3 有機(jī)地球化學(xué)特征

3.1 有機(jī)母質(zhì)來(lái)源

本文使用正構(gòu)烷烴、萜烷和甾烷系列化合物的分布特征作為生物標(biāo)志物對(duì)壽山溝組二段有機(jī)質(zhì)來(lái)源進(jìn)行判斷。整體上看, 各泥頁(yè)巖樣品沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的生物降解痕跡, 正構(gòu)烷烴比較完整, 并且在色譜-質(zhì)譜圖中均能識(shí)別出豐富的姥鮫烷和植烷、甾烷和萜烷等, 說(shuō)明烴源巖中的有機(jī)質(zhì)沒(méi)有遭受強(qiáng)烈的生物降解作用, 可以使用生物標(biāo)志物來(lái)對(duì)烴源巖的沉積環(huán)境進(jìn)行分析和判斷(李文奇等, 2020; 盧雙舫,2008)。而MXD1井泥頁(yè)巖樣品的鏡質(zhì)體反射率Ro為 2.06%～3.89%, 成熟度為高成熟-過(guò)成熟, 殘余有機(jī)碳含量較低, 為 0.10%～0.85%, 樣品中的飽和烴系列化合物如正構(gòu)烷烴、甾烷、萜烷的相對(duì)含量受到一定的巖石熱演化的影響, 僅能定性的對(duì)古沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行判斷。

正構(gòu)烷烴記錄了烴源巖中有機(jī)質(zhì)的母質(zhì)類型、來(lái)源、沉積環(huán)境、風(fēng)化程度等重要信息, 是判斷有機(jī)質(zhì)來(lái)源的重要手段(李文奇等, 2020)。其中藻類和細(xì)菌對(duì)于正構(gòu)烷烴的貢獻(xiàn)具有奇偶優(yōu)勢(shì)不明顯、碳數(shù)較少(主要是 nC15～nC21)的特征, 并且藻類的貢獻(xiàn)通常以C15或C17為主峰; 而陸源植物在正構(gòu)烷烴譜圖中的特點(diǎn)是碳數(shù)較多, 以nC23～nC35為主, 在一般還原條件下具有奇碳優(yōu)勢(shì), 在強(qiáng)還原條件下具有偶數(shù)碳優(yōu)勢(shì)(盧雙舫, 2008)。

壽山溝組二段泥頁(yè)巖具有非常相近的正構(gòu)烷烴色譜參數(shù)與分布特征。通過(guò) m/z=85色譜圖可知(圖 4), 正構(gòu)烷烴系列化合物以單峰型前峰態(tài)為主,偶爾可見(jiàn)雙峰型前峰態(tài), 峰型完整, 碳數(shù)范圍C12～C65, 主峰碳分布范圍為C16～C23, 大多數(shù)為C17,中低碳數(shù)正構(gòu)烷烴沒(méi)有明顯的奇偶優(yōu)勢(shì), C23以上的奇偶優(yōu)勢(shì)較明顯; C21－/C22+值為 0.95～8.45, 平均3.29; C21+22/C28+29值為 2.47～18.81, 平均值為 7.38,輕碳優(yōu)勢(shì)非常明顯; 指標(biāo) Pr/nC17、Ph/nC18對(duì)生物降解、沉積環(huán)境的氧化還原性、成熟度特征均有反映, Pr/nC17值為0.29～0.82, 平均0.51, Ph/nC18值為0.28～1.05, 平均0.57(表1), 這些指標(biāo)暗示了壽山溝組二段泥頁(yè)巖的有機(jī)母質(zhì)可能以海藻、水生浮游生物等為主, 有少量陸源有機(jī)質(zhì)的加入(楊云飛,2018)。經(jīng)過(guò) Ph/nC18-Pr/nC17投圖(圖 5)可以得知, 壽山溝組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型以 II1型為主, 含有少量I型, 為海相沉積(張磊和張敏, 2009; 王志峰和包建平, 2017)。

圖4 MXD1井暗色泥巖樣品正構(gòu)烷烴特征圖Fig.4 Normal alkane characteristics of dark mudstone in Shoushanggou Formation, Well MXD1

表1 MXD1井壽山溝組暗色泥巖正構(gòu)烷烴參數(shù)表Table 1 Normal alkane parameters of dark mudstone of Shoushangou Formation in Well MXD1

圖5 MXD1井暗色泥巖Ph/nC18-Pr/nC17圖Fig.5 Ph/nC18-Pr/nC17 of dark mudstone in Well MXD1

壽山溝組二段烴源巖的碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI)為1.20～1.49, 平均 1.32, 這表明 C23以上的正構(gòu)烷烴具有明顯的奇數(shù)碳優(yōu)勢(shì), 體現(xiàn)了研究區(qū)壽山溝組二段泥頁(yè)巖具有明顯的陸源有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn), 有機(jī)質(zhì)來(lái)源為海陸混源, 并且該段的沉積環(huán)境為一般的還原環(huán)境, 符合海相環(huán)境特征(張磊和張敏, 2009)。

甾烷化合物主要來(lái)源于真核生物的甾醇, 是判斷烴源巖母質(zhì)生源的重要生物標(biāo)志物。在生烴過(guò)程中, 生物體中的 C27-C28-C29正常甾醇會(huì)分別轉(zhuǎn)化為ααα(20R)C27-C28-C29規(guī)則甾烷。其中, C29正常甾醇主要來(lái)源于陸生高等植物, 而 C27正常甾醇主要來(lái)源于水生浮游生物和藻類。因此烴源巖中ααα(20R)C27-C28-C29甾烷的相對(duì)含量有效的體現(xiàn)了有機(jī)質(zhì)母質(zhì)中陸源高等植物和水生生物的相對(duì)比例, 進(jìn)而可以反映烴源巖的形成環(huán)境(盧雙舫,2008)。

MXD1井壽山溝組二段的甾烷化合物分布特征相似, 以C27、C28、C29規(guī)則甾烷、孕甾烷、升孕甾烷和重排甾烷為主。(孕甾烷+升孕甾烷)/ααα(20R)C29為 0.29～1.30, 平均 0.82, 規(guī)則甾烷呈正的“L型”分布(圖6), ααα(20R)C27甾烷含量最高, 占 30.66%～44.19%, ααα(20R)C28含量最低,占 29.09%～34.05%, ααα(20R)C29含量 26.73%～37.89%, 指示低等水生生物的貢獻(xiàn)較多。并且ααα(20R)C27-C28-C29-MAS甾烷相對(duì)含量三角圖(圖7)顯示MXD1井烴源巖的有機(jī)質(zhì)類為II型, 有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源具有低等水生生物和陸源高等植物的雙重貢獻(xiàn), 以低等水生浮游生物為優(yōu)勢(shì)生源。

圖6 MXD1井壽山溝組二段不同深度甾烷(m/z=217)質(zhì)譜圖Fig.6 Sterane (MZ =217) mass spectrometry at different depths in the 2nd member of Shoushangou Formation, Well MXD1

圖7 西烏旗MXD1井壽山溝組二段(ααα20R)C27-C28-C29甾烷圖解Fig.7 Illustration of C27-C28-C29 sterane in the second member of Shoushangou Formation, Well MXD1

MXD1井壽山溝組二段烴源巖樣品的萜烷組成特征也十分相似(圖 8), 表明烴源巖的有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源比較一致。泥頁(yè)巖樣品的三環(huán)萜烷豐度較高,三環(huán)萜烷/17α-藿烷為 1.29～4.16, 平均 2.42(表 3),反映藻類對(duì)生源的主要貢獻(xiàn)特征(Peter et al., 2005;李文奇等, 2020; 王強(qiáng)等, 2014)。

圖8 MXD1井壽山溝組暗色泥巖萜烷特征Fig.8 Terpane characteristics of dark mudstone in Shoushangou Formation, Well MXD1

通過(guò)芳烴色譜-質(zhì)譜分析, 可知壽山溝組二段泥頁(yè)巖中的芳烴化合物以萘、菲、二苯并呋喃、芴、TA、聯(lián)苯、三芳甾、二苯并噻吩、芘、?為主。泥頁(yè)巖樣品中的熒蒽、苯并熒蒽、芘等稠環(huán)芳烴類化合物表明壽山溝組二段泥頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源也具有一定的高等植物的貢獻(xiàn)。

綜合以上生物標(biāo)志物的組合, 可以判斷 MXD1井壽山溝組二段烴源巖為海相、還原環(huán)境, 有機(jī)質(zhì)來(lái)源以水生藻類與浮游生物為主, 并有一定的陸源植物貢獻(xiàn), 母質(zhì)類型為II型。

3.2 有機(jī)母質(zhì)形成環(huán)境

伽馬蠟烷抗生物降解能力強(qiáng), 主要來(lái)源于一種僅生活在分層水體環(huán)境的喜鹽微生物纖毛蟲(chóng), 是指示母巖沉積成巖過(guò)程中水體鹽度和水體分層情況的重要標(biāo)志物(張立平等, 1999)。本文中烴源巖中的伽馬蠟烷含量中等, 伽馬蠟烷/C30藿烷的值為0.12～0.26, 平均 0.17, 反映了壽山溝組二段的沉積環(huán)境中水體鹽度較高。

Pr/Ph是判識(shí)烴源巖母質(zhì)沉積成巖過(guò)程中氧化還原環(huán)境的重要指標(biāo), 目前普遍認(rèn)為, Pr/Ph＜0.5為強(qiáng)還原性膏鹽環(huán)境, Pr/Ph為 0.5～1時(shí)為還原環(huán)境,Pr/Ph＞2為偏氧化環(huán)境。壽山溝組二段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)Pr/Ph值為0.43～0.72, 平均值0.58(表2), 植烷占明顯優(yōu)勢(shì), 指示沉積環(huán)境Eh較低, 為還原環(huán)境。

表2 MXD1井壽山溝組二段暗色泥巖萜烷特征參數(shù)表Table 2 Terpane characteristic parameters of dark mudstone of the second member of Shoushangou Formation, Well MXD1

表3 三甲基萘成熟度參數(shù)Table 3 Trimethylnaphthalene maturity parameters

前人在區(qū)域上壽山溝組二段發(fā)現(xiàn)了大量海相動(dòng)物化石如苔蘚蟲(chóng)、腕足類、珊瑚、海百合、螺等,有力的證明了壽山溝組二段為海相。其中苔蘚蟲(chóng)類包括 Prismopora sp.(菱孔苔蘚蟲(chóng)屬)、Stenopora sp.(窄管苔蘚蟲(chóng)屬)、Rhombotrypella(擬菱穴苔蘚蟲(chóng))、Fenestella(窗格苔蘚蟲(chóng))、Cancrinilla、koninckiana等; 腕足類包括 Retichlaria(網(wǎng)格貝)、Brachythyris(腕孔貝)、Rhipidomella(扇房貝)(鮑慶中等, 2006; 高小躍, 2009; 宋鵬, 2014)。

樣品的伽馬蠟烷/C30藿烷的值較高, Pr/Ph值較低, 生物標(biāo)志物具有海相特征, 印證了前人對(duì)壽山溝組二段沉積環(huán)境為海相的判斷, 得到了有機(jī)母質(zhì)沉積環(huán)境為海相、還原環(huán)境的結(jié)論。

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度特征

芳烴系列化合物中的三甲基萘在反映Ro＞1.0%的高成熟度烴源巖的成熟度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。在熱演化過(guò)程中, 1,3,5-三甲基萘和 1,4,6-三甲基萘?xí)l(fā)生重排作用逐漸減少, 而穩(wěn)定的 2,3,6-三甲基萘和 1,3,7-三甲基萘的含量幾乎不變。因此三甲基萘參數(shù) TMNr1、TMNr2會(huì)隨著熱演化程度的增加而不斷增大, 與Ro成正相關(guān)關(guān)系(趙文等, 2016; 陳治軍等, 2020)(圖 9)。MXD1井壽山溝組二段樣品的TMNr1為0.75～2.66, 平均1.76; TMNr2為0.59～1.37,平均1.07(表4), 對(duì)應(yīng)的成熟度均為成熟-過(guò)成熟。

表4 MXD1井壽山溝組二段成熟度參數(shù)匯總表Table 4 Summary of maturity parameters for the 2nd member of Shoushangou Formation, Well MXD1

圖9 甾烷異構(gòu)化特征成熟度判別圖Fig.9 Discriminant diagram of sterane isomerization characteristic maturity

藿烷的異構(gòu)化特征也是反映成熟度的重要指標(biāo)。隨著成熟度的升高, βα構(gòu)型的莫烷會(huì)向著αβ構(gòu)型藿烷轉(zhuǎn)化, 藿烷側(cè)鏈上的的R構(gòu)型會(huì)向S構(gòu)型轉(zhuǎn)化, Tm會(huì)比Ts更快的降解(Peter et al., 2005)。MXD1井壽山溝組二段泥頁(yè)巖的 βαC30莫烷/αβC30藿烷值為 0.125～0.194,平均0.146; C31升藿烷22S/(22S+22R)比值為 0.575～0.603, 平均 0.587;Ts/Tm為0.929～1.483, 平均1.112, 指示壽山溝組二段有機(jī)質(zhì)的成熟度較高。

C29甾烷異構(gòu)化特征也是衡量有機(jī)質(zhì)成熟度的重要指標(biāo)。C29甾烷的αββ/(ααα+αββ)值 為0.355～0.421, 平均0.376; C29甾烷的 20S/(20S+20R)為0.314～0.398, 平均0.362 (圖10)。而三芳甾是甾烷熱解的最后階段產(chǎn)物, 對(duì)高成熟度烴源巖的成熟度反映較好(Mackenzieas et al., 1981; 常象春,2017)。MXD1井壽山溝組二段烴源巖的TAS(20S)C26/C28比值較高,為0.206～3.195;TAS(20R)C27/C28比值較高, 范圍 1.050～3.052, 表明烴源巖成熟度較高。

MXD1井壽山溝組二段泥頁(yè)巖的正構(gòu)烷烴奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)(OEP)為 0.86～1.17, 平均 1.03(表 4), 反映烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度較高。

菲系列化合物對(duì)于成熟度較高的烴源巖的成熟度判斷也具有優(yōu)勢(shì)。菲系列化合物在中低成熟階段的化學(xué)反應(yīng)主要為重排作用, 到了高成熟度階段則以去甲基作用為主要化學(xué)反應(yīng), 各類甲基菲轉(zhuǎn)化為菲(盧雙舫, 2008; 王保忠等, 2019; Zhu et al.,2019)。壽山溝組烴源巖菲含量高, 菲/菲系列為8.0%～52.9%, 平均為 26.6%; 表示巖石熱演化程度較高, 以去甲基作用為主要化學(xué)反應(yīng); Rc范圍1.80～2.17, 平均值2.03, 也反映了較高的成熟度。

因此, 根據(jù)烴源巖樣本中的甲基萘、正構(gòu)烷烴、藿烷系列化合物、甾烷系列化合物、三芳甾、菲系列化合物等生物標(biāo)志物特征均可以得到 MXD1井壽山溝組二段樣品的成熟度很高。

4 生烴潛力分析

總有機(jī)質(zhì)含量和成熟度是評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力的關(guān)鍵指標(biāo)。有機(jī)碳含量和鏡質(zhì)體反射率對(duì)總有機(jī)質(zhì)含量和成熟度的反映具有重要意義。MXD1井上二疊統(tǒng)壽山溝組二段樣品總有機(jī)碳含量(TOC)的檢測(cè)結(jié)果為 0.10%～0.85%, 平均 0.30%。鏡質(zhì)體反射率(Ro)較高, 為 2.06%～3.89%, 平均 2.93%, 反映有機(jī)質(zhì)成熟度為成熟-過(guò)成熟(圖10)。

圖10 MXD1井綜合柱狀圖Fig.10 Composite columnar section of Well MXD1

而對(duì)于高成熟度的海相烴源巖, 有機(jī)碳在生烴期間大量消耗, 因此測(cè)得的總有機(jī)碳豐度值遠(yuǎn)低于原始的總有機(jī)碳豐度, 容易低估烴源巖的生烴潛力。在熱解過(guò)程中, 生烴母質(zhì)的降解生烴和熱蒸發(fā)作用會(huì)導(dǎo)致最高峰溫(Tmax)、氯仿瀝青“A”、生烴潛量(S1+S2)等指標(biāo)失效。因此在高成熟度海相烴源巖的生烴潛力評(píng)價(jià)過(guò)程中, 需要結(jié)合成熟度和有機(jī)質(zhì)類型, 對(duì)原始總有機(jī)碳含量進(jìn)行恢復(fù), 才能得到客觀、合理的評(píng)價(jià)結(jié)果(秦建中等, 2007; 夏新宇等,1998; 佩波, 2002)。

壽山溝組二段泥頁(yè)巖氫指數(shù)(HI)很低, 為2～23 mg/g; S1+S2值較低, 為 0.02～0.09 mg/g; S2/S1值較低, 平均0.85; 而II1型有機(jī)質(zhì)的原始?xì)渲笖?shù)很高, 與樣品的測(cè)試值相矛盾。而氧化作用和有機(jī)質(zhì)的熱解都可能導(dǎo)致氫指數(shù)降低。樣品的姥植比、伽馬蠟烷值等生物標(biāo)志物特征表明生烴母質(zhì)的沉積-埋藏環(huán)境是還原性的, 可以排除氧化作用對(duì)氫指數(shù)的影響, 因此可以判斷導(dǎo)致樣品氫指數(shù)降低的原因是有機(jī)質(zhì)的熱解。有機(jī)質(zhì)的熱解過(guò)程會(huì)導(dǎo)致總有機(jī)碳豐度的降低, 需要恢復(fù)而MXD1井的樣品的原始總有機(jī)碳值才能合理地對(duì)壽山溝組二段的生烴潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

有機(jī)質(zhì)豐度的恢復(fù)有兩類方法, 一類是實(shí)驗(yàn)法,通過(guò)對(duì)低成熟的同類型烴源巖進(jìn)行加熱, 模擬生烴過(guò)程, 得到各階段的生烴量, 從而換算出有機(jī)質(zhì)恢復(fù)系數(shù)。壽山溝組二段烴源巖樣品成熟度均較高,無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)法換算有機(jī)碳恢復(fù)系數(shù)。因此本文采用理論計(jì)算和類比的方式得到烴源巖的有機(jī)碳恢復(fù)系數(shù)(夏新宇等, 1998; Lu et al., 2019)。MXD1井泥頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)類型為II1型, 形成和保存環(huán)境為穩(wěn)定的還原環(huán)境, 具備生烴-排烴條件, 因此能夠通過(guò)理論計(jì)算的方式恢復(fù)其原始有機(jī)碳含量。

通過(guò)理論計(jì)算的方式, 夏新宇等(1998)建立了不同類型烴源巖的恢復(fù)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn), 其中高成熟-過(guò)成熟的 II1型有機(jī)質(zhì)的恢復(fù)系數(shù)為 1.72～1.85。取最低值1.72, 算得MXD1井樣品的“原始有機(jī)碳”含量為0.17%～1.46%, 平均值為0.51%。

根據(jù)海相 II1型烴源巖總有機(jī)碳含量劃分標(biāo)準(zhǔn),TOC小于0.3%的為非烴源巖, 0.3%～0.5%的為差烴源巖, 0.5%～1%為中等烴源巖, 1.0%～1.8%為好烴源巖(佩波, 2002; 陳安定, 2005; 劉華等, 2006), 根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn), MXD1井的烴源巖總體上可達(dá)到中等烴源巖的水平。720 m以下的平均原始有機(jī)碳含量平均值可以達(dá)到0.54%, 為中等烴源巖; 在1050 m附近有少量好烴源巖; 720 m以上為差烴源巖。因此綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為 MXD1井所在區(qū)域壽山溝組二段不同深度泥頁(yè)巖樣品有機(jī)質(zhì)豐度為中等, 具備一定的油氣勘探潛力。

5 結(jié)論

(1)本文通過(guò)正構(gòu)烷烴、甾烷和萜烷參數(shù)對(duì)MXD1井沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行了定性判斷。規(guī)則甾烷相對(duì)含量、碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI)值、三環(huán)萜烷/17α-藿烷值特征表明, 該段的沉積環(huán)境為咸水、還原環(huán)境, 生源以水生藻類與浮游生物為主, 并有一定的陸源植物貢獻(xiàn), 印證了該段為海相沉積環(huán)境的判斷。并且正構(gòu)烷烴的峰型峰態(tài)、Pr/nC17值與Ph/nC18值相對(duì)關(guān)系和規(guī)則甾烷相對(duì)含量共同表明有機(jī)質(zhì)類型主要為II型。

(2)芳烴中三甲基萘、菲、三芳甾特征和飽和烴中藿烷、甾烷、正構(gòu)烷烴的分布特征和指標(biāo)共同表明烴源巖成熟度高, 鏡質(zhì)體反射率Ro平均為2.93%,可以判斷有機(jī)質(zhì)成熟度為高成熟-過(guò)成熟, 有利于天然氣的形成。

(3)樣品殘余有機(jī)碳含量為0.10%～0.85%, 經(jīng)過(guò)原始有機(jī)碳恢復(fù)可以得到原始總有機(jī)碳含量為0.17%～1.46%, 表明 MXD1井壽山溝組二段的部分泥頁(yè)巖層段可達(dá)到中等到較好烴源巖的水平。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)壽山溝組二段烴源巖具有中等的生烴潛力。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No.DD20190099), and National Natural Science Foundation of China (No.41572098).