引用本文
张长好, 付新, 张连梁, 段宏臻, 李强, 张伟. 柴达木盆地干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩特征[J]. 录井工程, 2023,34(2): 139-144.
ZHANG Changhao, FU Xin, ZHANG Lianliang, DUAN Hongzhen, LI Qiang, ZHANG Wei. Characteristics of source rocks in the upper Member of lower Ganchaigou Formation in Ganchaigou area, Qaidam Basin[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(2): 139-144.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.02.022  
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柴达木盆地干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩特征
张长好①, 付新②, 张连梁②, 段宏臻②, 李强①, 张伟①
①中国石油青海油田分公司勘探处
②中油测井青海分公司
通信作者：付新 高级工程师,1984年生,2013年毕业于东北石油大学,现主要从事随钻地质研究和测录井综合解释工作。通信地址：736202 甘肃省敦煌市七里镇中油测井青海分公司。电话：18093711628。E-mail：6531458@qq.com

作者简介：张长好 高级地质师,1977年生,主要从事石油勘探随钻地质研究和现场管理工作。通信地址：736202 甘肃省敦煌市七里镇青海油田勘探事业部。E-mail：zchqh@petrochina.com.cn

收稿日期: 2023-03-22
基金: 中国石油天然气股份有限公司重大专项“中国陆相页岩油成藏机理、分布规律与资源潜力研究”（编号：2019E-2601）
摘要

为解决柴达木盆地干柴沟地区下干柴沟组上段（E32）烃源岩评价标准尚未建立、烃源岩研究程度偏低的问题,通过大量岩心化验分析进行有机岩石学、有机地球化学、正构烷烃及类异戊二烯烷烃为代表的生物标志化合物研究,对干柴沟地区下干柴沟组上段进行了烃源岩评价及母质沉积环境探讨。结果表明：依据烃源岩有机质类型、TOC、氯仿沥青“A”含量、游离烃 S1指标可确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类烃源岩的评价标准;烃源岩有机质来源为藻类等低等水生浮游生物和微生物;有机质类型为Ⅱ1-Ⅰ型;烃源岩成熟度介于低成熟-成熟生烃阶段。该研究对确定下一步有利勘探目标具有一定的指导意义。

关键词: 烃源岩; 地球化学特征; 生物标志化合物; 下干柴沟组; 干柴沟地区; 柴达木盆地
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Characteristics of source rocks in the upper Member of lower Ganchaigou Formation in Ganchaigou area, Qaidam Basin
ZHANG Changhao①, FU Xin②, ZHANG Lianliang②, DUAN Hongzhen②, LI Qiang①, ZHANG Wei①
①PetroChina Qinghai Oilfield Company, DunHuang, Gansu 736202, China
②Qinghai Branch of China National Logging Corporation, Dunhuang, Gansu 736202, China
Abstract

In order to solve the problem that the evaluation standard of source rocks in the upper Member of the lower Ganchaigou Formation （E32） in Ganchaigou area of Qaidam Basin has not been established yet and the research degree of source rocks is low, the source rocks and parent material sedimentary environment of the upper Member of the lower Ganchaigou Formation in Ganchaigou area are evaluated by studying biomarkers such as organic petrology, organic geochemistry, n-alkanes and isoprene-like alkanes through a large number of core analysis. The results show that according to the organic matter type, TOC, chloroform asphalt "A" and free hydrocarbon S1 index of source rocks, the evaluation criteria of class Ⅰ, Ⅱ and Ⅲ source rocks can be determined. The organic matter of source rocks comes from lower aquatic plankton and microorganisms such as algae. The type of organic matter is Ⅱ1-Ⅰ. The maturity of source rocks is between low maturity and maturity. This study has certain guiding significance for determining favorable exploration targets in the next step.

Keyword: hydrocarbon source rock; geochemical characteristics; biomarkers; lower Ganchaigou Formation; Ganchaigou area; Qaidam Basin
0 引言

近年来, 鄂尔多斯、准噶尔、渤海湾、松辽等盆地在陆相页岩油领域勘探开发取得了突破性进展, 为稳产上产提供了资源保障。总结过去的勘探开发实践之路, 我国陆相页岩油依据成熟度划分为中低熟和中高熟两类, 源储特征可划分为源储一体型、源储分离型和纯页岩型[1, 2, 3, 4], 或者夹层型、混积型和页岩型[5]。

柴达木盆地干柴沟地区油气勘探自20世纪80年代初开始, 以地震资料寻找构造圈闭为勘探思路, 对干柴沟地区新近系上干柴沟组实施钻探, 见油气显示, 由于受到当时地震技术不成熟及资料质量问题影响, 构造圈闭评价不准确, 均未获得工业油气流。2018年以来, 随着地震技术不断攻关, 三维地震技术支持往深层勘探, 精细刻画了古近系下干柴沟组上段（E32）沉积时期有效烃源岩展布, 发现了干柴沟地区源内油气区, 7口井获得工业油气流, 产油12.73~44.95 m3/d, 实现了页岩油勘探战略性突破, 有利面积120 km2, 已经落实井控面积42 km2, 储量规模超2亿吨。由于柴达木盆地页岩油的勘探刚刚起步, 对研究区成储机理、成藏规律研究薄弱, 对勘探潜力与成藏条件、油气高产富集主控因素与分布规律的认识还不成熟。本文通过对干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩开展有机岩石学、有机地球化学和生物标志化合物研究, 探讨干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩的有机质丰度、类型、成熟度及沉积环境, 分析下干柴沟组上段烃源岩的地球化学特征, 以揭示咸化湖相烃源岩的发育特征和成藏规律, 指导实际勘探开发工作。

1 区域地质概况

干柴沟地区是柴达木盆地西部坳陷区茫崖坳陷亚区英雄岭构造带上的一个三级构造, 西侧为狮子沟构造, 北东为咸水泉构造, 北西为阿尔金山脉, 东南倾没于英雄岭凹陷之中, 自山前至盆地腹部, 整体为一斜坡构造。目前钻探揭示纵向上自下而上主要发育5套地层：路乐河组（E1+2）、下干柴沟组下段（E31）、下干柴沟组上段（E32）、上干柴沟组（N1）和下油砂山组（N21）。研究区下干柴沟组上段（E32）地层上部岩性主要为暗色泥岩, 发育少量灰色石膏质泥岩及盐岩; 下部岩性主要为灰色灰云质页岩及层状和纹层状灰云质、黏土质页岩, 少量的石膏质页岩及长英质页岩。

2 样品和实验分析方法
2.1 样品来源

采集干柴沟地区取心井C 2-4、C 13、C 14、C 906、SHI 60井的下干柴沟组上段灰云质页岩、黏土质页岩及长英质页岩岩心样品共计1042个。为了使实验分析数据准确, 所有样品在分析前都使用蒸馏水反复清洗并烘干。

2.2 实验分析

岩石热解分析执行国家标准GB/T 18602-2012《岩石热解分析》[6], 采用YQ-Ⅷ 型油气显示评价仪; 有机碳含量（TOC）分析执行国家标准GB/T 19145-2022《沉积岩中总有机碳测定》[7], 采用CS 230型碳硫分析仪。根据分析结果, 进一步优选了部分富含有机质的烃源岩岩心样品制备干酪根样品40件, 分别进行了显微组分鉴定40件、镜质体反射率（Ro）测定31件。干酪根显微组分鉴定执行石油行业标准SY/T 5125-2014《透射光-荧光干酪根显微组分鉴定及类型划分方法》[8]; 镜质体反射率（Ro）测定执行石油行业标准SY/T 5124-2012《沉积岩中镜质体反射率测定方法》[9], 采用MPM 600型显微光度计; 饱和烃气相色谱分析执行石油行业标准SY/T 5779-2008《石油和沉积有机质烃类气相色谱分析方法》[10], 采用6890 A型气相色谱仪。

3 烃源岩基本特征

在沉积盆地中, 能够形成工业油气流油藏的来源肯定是有效烃源岩, 而能形成油气的烃源岩必须具备足够数量的有机质, 良好的有机质类型在合适的热演化作用下, 逐步转化为油气。因此, 在研究区岩心分析的基础上, 对烃源岩地球化学特征进行有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度3方面的统计分析。

3.1 有机质丰度

一个沉积盆地能否生成油气, 有机质丰度至关重要, 有机质丰度是评价烃源岩生烃潜力的重要基础。考虑到研究区烃源岩具有咸湖的特殊性, 咸化湖盆页岩中的可溶有机质相对容易保存, 可以在低熟阶段规模生烃[5], 因此, 采用卢双舫2012年提出的排烃点法通过建立生烃潜量（S1+S2）与TOC之间的关系（图1）确定烃源岩排烃下限[11], 采用残烃量法[12, 13]得到研究区氯仿沥青“ A” 含量及游离烃S1与TOC之间的关系（图2、图3）。

图1 生烃潜量（S1+S2）与TOC关系

图2 氯仿沥青“ A” 含量与TOC关系

图3 游离烃S1与TOC关系

通过排烃点法确定研究区烃源岩排烃下限TOC为0.4%, 当TOC含量达到0.4%, 就可以判定该烃源岩为有效烃源岩, 通过氯仿沥青“ A” 含量与TOC之间的关系确定TOC的趋势点, 再通过游离烃S1与TOC之间的对应关系由TOC的大小来决定游离烃的量。从图2可以发现, TOC与氯仿沥青“ A” 含量呈现三段式发展：缓慢上升区, TOC在0.4%~0.6%之间, 氯仿沥青“ A” 含量在0.03%~0.22%之间, 对应的游离烃S1为0.61~0.99 mg/g, 定为Ⅲ 类烃源岩; 快速上升区, TOC在0.6%~0.8%之间, 氯仿沥青“ A” 含量在0.05%~0.49%之间, 对应的游离烃S1为0.99~1.37 mg/g, 在该区域随着TOC含量不断增加, 烃源岩中可溶有机质逐渐达到最高且不会增加, 并处于动态平衡, 定为Ⅱ 类烃源岩; 高部平稳区, TOC≥ 0.8%, 氯仿沥青“ A” 含量≥ 0.49%, 游离烃S1≥ 1.37 mg/g, 可动烃丰度高, 生烃能力最好, 定为Ⅰ 类烃源岩。

综合以上分析, 利用TOC、氯仿沥青“ A” 含量、游离烃S1这3个要素, 建立了烃源岩有机质丰度的评价标准（表1）。对研究区岩心样品岩石热解与有机碳含量的分析结果表明, 研究区烃源岩TOC在0.06%~5.21%之间, 平均值为0.65%, 且42.0%的样品TOC含量大于0.6%; 游离烃S1在0.002~17.12 mg/g之间, 平均值为1.29 mg/g, 大于0.99 mg/g的样品占样品总数的46.5%, 其中大于1.37 mg/g的样品占样品总数的34.3%, 游离烃量可观; 氯仿沥青“ A” 含量在0.02%~0.57%之间, 平均值为0.25%。利用建立的有机质丰度评价标准可判定, 研究区已达到Ⅱ -Ⅰ 类烃源岩有机质丰度的标准。

表1 干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩有机质丰度评价标准
3.2 有机质类型

有机质类型是评价烃源岩生烃能力的重要参数之一。通过研究干酪根显微组分、岩石热解参数等方法和手段可以判别有机质类型。

干酪根显微组分主要分为腐泥组、壳质组、镜质组和惰质组, 其中：腐泥组原始母质主要是低等水生生物和藻类; 壳质组主要来源于陆生植物的某些组织器官; 镜质组主要为高等植物的木质体或者纤维素; 惰质组由高等植物木质部分经丝碳化作用缓慢氧化而成。通过测定干酪根组分相对含量可判断烃源岩母质类型[14, 15, 16]。根据干酪根镜下鉴定结果, 研究区烃源岩干酪根显微组分为腐泥组、壳质组、镜质组和惰质组4种。研究区2口井40个岩心样品干酪根显微组分镜下鉴定结果表明：腐泥组含量在54.17%~93.5%之间, 平均82.3%; 壳质组含量很低, 在0~4.09%之间, 平均1.77%; 镜质组含量在4.95%~32.69%之间, 平均12.64%; 惰质组含量在0.66%~9.94%之间, 平均3.29%（表2）。表明研究区干酪根的显微组分主要为腐泥组, 其烃源岩母质主要来源为藻类等低等水生浮游生物和微生物。

表2 干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩干酪根显微组分统计

运用有机质类型指数（Ti）可以划分干酪根类型[17, 18], 计算公式为：

Ti=（100F+50Q-75J-100Z）/100

式中：F为腐泥组体积分数, %; Q为壳质组体积分数, %; J为镜质组体积分数, %; Z为惰质组体积分数, %。

通过计算, 研究区Ti≥ 80的样品占总数的15%, 40≤ Ti< 80的样品占总数的82.5%, 依据SY/T 5735-2019《烃源岩地球化学评价方法》[19], 研究区烃源岩干酪根类型主要为Ⅱ 1-Ⅰ 型。

3.3 有机质成熟度

烃源岩有机质成熟度是衡量烃源岩实际生烃能力的重要标志之一, 是评价一个地区或某一烃源岩系生烃量及资源前景的重要依据。在有机质成熟度判定中镜质体反射率（Ro）是最常用的指标。

根据研究区4口井31个岩心样品镜质体反射率测定数据分析, 研究区烃源岩样品镜质体反射率（Ro）值分布在0.46%~1.28%之间, 平均0.75%。依据SY/T 5735-2019《烃源岩地球化学评价方法》[19], 研究区烃源岩处于低成熟-成熟生烃阶段。

4 烃源岩饱和烃地球化学特征

烃源岩所蕴含的地球化学信息一般通过生物标志化合物的组成特征体现。本文将从正构烷烃、类异戊二烯烷烃两方面分别探讨研究区烃源岩中生物标志化合物的组成与分布特征, 从而在分子级水平上全面揭示该研究区烃源岩生源输入以及沉积环境, 为研究区寻求新的勘探领域提供依据。

4.1 正构烷烃组成特征

正构烷烃的碳数分布范围、主峰碳位置、峰型等分布特征可反映有机质的来源[20, 21, 22, 23]。

正构烷烃在藻类、细菌和高等植物中大量存在, 当正构烷烃在埋藏过程中受到严重的生物降解时, 色谱图基线上会表现出一个鼓包, 形成UCM峰。依据饱和烃气相色谱分析结果, 研究区的色谱图基线较为平直, 没有出现明显的UCM峰（图4）, 表明研究区没有遭受严重的生物降解。研究区样品的正构烷烃碳数分布较宽, 多数为nC12-nC38, 峰型多呈前单峰型, 主峰碳多为nC18、nC22, 反映研究区烃源岩有机质来源以浮游生物为主; 研究区∑ nC21-/∑ nC22+分布在0.44~2.93之间, 均值1.41, 低碳数正构烷烃含量明显低于高碳数正构烷烃, 反映沉积物有机质的母质来源于藻类等低等水生生物; 正构烷烃的奇偶碳优势指数分布在0.92~1.45之间, 均值1.04（表3）, 整体呈现出弱的奇偶碳优势, 表明研究区烃源岩有机质成熟度主要处于低成熟-成熟阶段。这与镜质体反射率（Ro）的分析结果一致。

图4 干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩饱和烃气相色谱

表3 干柴沟地区下干柴沟组上段烃源岩饱和烃参数统计
4.2 类异戊二烯烷烃

类异戊二烯烷烃属于饱和烃, 具有强稳定性的特征, 在沉积埋藏过程中, 更容易保存下来, 该类饱和烃中植烷（Ph）和姥鲛烷（Pr）的应用最为广泛。植烷易在强还原沉积环境下形成, 而姥鲛烷则易在氧化沉积环境下形成[23]。根据研究标准W（Pr）/W（Ph）小于0.8指示强还原环境, 在0.8~3.0之间指示还原环境, 大于3.0指示氧化环境[13]。研究区W（Pr）/W（Ph）值分布在0.13~1.76之间, 均值0.66（表3）, 且研究区发育灰色、深灰色灰云质油页岩, 表现出强还原沉积环境特征。因此研究区整体上表现为深湖-半深湖强还原环境下沉积特征。

5 结论

（1）柴达木盆地干柴沟地区下干柴沟组上段（E32）咸湖相烃源岩为有效烃源岩。本文通过“ 排烃点法” 和残烃量法, 依据TOC、氯仿沥青“ A” 含量、游离烃S1参数确定研究区有机质丰度判别标准：Ⅰ 类烃源岩TOC≥ 0.8%, 氯仿沥青“ A” 含量≥ 0.49%, 游离烃S1≥ 1.37 mg/g; Ⅱ 类烃源岩0.6%≤ TOC< 0.8%, 0.05%≤ 氯仿沥青“ A” 含量< 0.49%, 0.99 mg/g≤ 游离烃S1< 1.37 mg/g; Ⅲ 类烃源岩0.4%≤ TOC< 0.6%, 0.03%≤ 氯仿沥青“ A” 含量< 0.22%, 0.61 mg/g≤ 游离烃S1< 0.99 mg/g。

（2）研究区烃源岩有机质丰度较高, 普遍达到Ⅱ -Ⅰ 类, 有机质类型以Ⅱ 1-Ⅰ 型为主, 热演化程度普遍处于低成熟-成熟生烃阶段。

（3）根据饱和烃气相色谱分析的正构烷烃和类异戊二烯烷烃综合研究结果, 可确定研究区处于强还原环境下的深湖-半深湖相沉积, 有机质来源主要为藻类等低等水生浮游生物和微生物。

（编辑 陈娟）

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