新疆福海盆地乌伦古湖北一带早石炭世那林卡拉组烃源岩特征分析

舍建忠 贾健 段旭杰 雷国民 冯琛伟 曹江宇 冯长丽

摘   要：福海盆地乌伦古湖北一带早石炭世那林卡拉组发现一套稳定且厚度较大的烃源岩层位。从纵横向及深部展布、有机质丰度、类型及热演化特征等方面分析该烃源岩有机地化特征。烃源岩出露长约240 km，厚214～1 281 m，钻孔显示向深部延伸稳定，岩性以黑色粉砂质泥岩为主。探槽及钻孔样品总有机碳（TOC）含量平均为6.95%和4.57%，干酪根类型以Ⅱ1型为主，Ⅱ2型次之，镜质体反射率（Ro）平均1.19%。表明烃源岩整体处在成熟-高成熟阶段，以成熟阶段为主。该区域烃源岩主要形成于较稳定的滨浅海环境。早石炭世古地理环境以滨浅海相为主，说明该时期形成大面积烃源岩的可能性较大。

关键词：福海盆地;石炭系;烃源岩;乌伦古湖;那林卡拉组

准噶尔盆地是我国重要的油气盆地之一，油气资源丰富。盆地内油气勘探程度整体较低，石油探明率为26.26%，天然气探明率仅7.86%[1]。2002年以来，哈萨克斯坦斋桑油气田获得重大突破，国内油田公司认为斋桑盆地的东延部分吉木乃盆地、布尔津盆地可能存在储量丰富的油气。近年来新疆油田公司通过大范围地质调查，在石炭系发现卡拉麦里大气田，证实新疆北部地区勘探前景广阔，为新疆油田战略性勘探领域[2]。

准噶尔盆地发育大量石炭纪烃源岩[3]，盆地北缘石炭系露头广泛。塔城盆地、和什托洛盖盆地、吉木乃盆地和福津盆地等地区石炭纪烃源岩广泛出露。笔者承担的准噶尔北缘烃源岩（油气）基础地质调查评价项目，对准噶尔北缘烃源岩露头空间分布特征进行详细调查，在乌伦古湖北一带早石炭世那林卡拉组发现一套稳定且厚度较大的烃源岩层位。本文通过对有机质类型、丰度和成熟度进行分析，以期为准噶尔盆地油气勘查提供佐证。

1  地质背景

研究区位于准噶尔西北缘吉木乃盆地东段（图1-a）。吉木乃盆地（包含福津盆地）北接阿尔泰山，南抵萨吾尔山，东邻乌伦古湖，为哈萨克斯坦境内斋桑盆地向东延伸的一部分[4-5]，形状呈西宽东窄的三角形。构造位置整体处于欧亚板块腹部、西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块结合部位。著名的额尔齐斯大断裂从盆地中部穿过。盆地自北向南可进一步划分为福津坳陷、科克森套隆起及吉木乃坳陷。盆地北部山区属西伯利亚板块阿尔泰造山带，出露古—中元古代基底，发育中-深变质碎屑岩建造。遭多次强烈挤压变形，构造线方向主要为NW向，岩浆活动极强烈。盆地南部山区属哈萨克斯坦板塊准噶尔地块北缘复合岛弧带，具中—新元古代基底。岩石变质程度较浅，岩浆侵入活动相对较弱，主要构造线方向为近EW向弧形构造带。

吉木乃盆地（包含福津盆地）演化经形成、发展和萎缩3个阶段。早石炭世末西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块碰撞造山抬升，晚石炭世至早二叠世以伸张环境为主，发育陆内裂谷型火山岩，形成巨大的山系雏形，山间盆地开始形成。早二叠世末至中生代，本区一直处于上升剥蚀夷平和准平原化状态，缺失晚二叠世和中生代地层。古新世进一步夷平，直至始新世早期，由于斋桑泊湖盆扩张，吉木乃、布尔津等山间坳陷被湖浸，接受陆相沉积，进入真正的盆地发展时期。进入更新世，全区又一次大规模隆起，阿尔泰山、萨吾尔山剧烈隆起，山区与平原之间相对高差拉大，湖域逐渐缩减，逐步形成现今的山体地貌[5]，盆地内出露地层主要为晚古生代地层。中泥盆世萨吾尔山组，为一套海相基-酸性火山碎屑岩建造;早石炭世那林卡拉组，为一套海陆交互相地层，含厚层碳质泥岩夹煤线;晚石炭世恰其海组为一套陆相碎屑岩为主，含碳质泥岩、碳质粉砂岩夹煤线。

2  烃源岩分布特征

2.1  那林卡拉组

本次研究的那林卡拉祖主要分布于布尔津县南国道217东侧至乌伦古湖北一带（图1-b），呈近EW向分布，向西未出露，向东北被第四系覆盖，长约240 km，西部较宽，露头较差，多被古近系覆盖，东侧出露较好，宽度相对西侧较窄。发生一定动力变质作用，与吉木乃盆地后期抬升隆起有关。与下伏泥盆系呈断层接触，与上覆晚石炭世地层呈断层接触，主要岩性为灰色砂岩、钙质砂岩、粉砂岩、碳质泥岩、碳质页岩夹煤线，粉砂岩、泥岩中见有植物化石碎片。

2.2  烃源岩特征

本次工作对研究区那林卡拉组由西向东布设5条剖面，中部部署3个钻孔（图1-b）。通过地质路线和剖面测量，地表烃源岩出露沿走向稳定，分布长度与地层出露一致。地表烃源岩纵向上西侧层多，厚度相对小;东侧层少，厚度大，厚214～1 281 m，最厚处位于乌伦古湖北侧。钻孔1见9层烃源岩，累积厚174.82 m，单层最厚29.33 m;钻孔2见11层烃源岩累积厚度167.85 m，单层最厚48 m;钻孔3见22层烃源岩，累积厚322.52 m，单层最厚51.7 m。剖面和钻孔岩性以黑色粉砂质泥岩为主，该组烃源岩区域分布非常广。

3  有机地化特征

烃源岩有效评价直接决定油气勘探方向与前景。目前中国古生界烃源岩的评价标准尚存在争议[6-7]。据前人研究成果，结合北疆烃源岩特征，本次采用SY/T5735-1955国标。由于地表采集的样品或演化程度较高的样品相对钻井岩心样品，不能真实反映有机物地球化学特征[8-10]，本次将剖面、探槽及钻井样品测试数据分类进行统计，以真实对比反映有机质地化特征。

3.1  有机质丰度

有机质丰度评价通常采用总有机碳含量（TOC）、生烃潜量（S1+S2）、氯仿沥青“A”和总烃含量等指标。

3.1.1  总有机碳含量（TOC）

本次在福海盆地早石炭世那林卡拉组剖面中采集TOC代表样品10件，探槽中84件，钻孔75件，分析成果见表1。由表1和图2-a可知，地表剖面样品TOC含量0.18%～1.10%，平均0.54%，主体分布小于0.4%。探槽样品TOC含量0.42%～42.7%，平均6.95%，主体大于%1，钻孔样品TOC含量1.03%～40.1%，平均4.53%，全部大于1%。地表剖面样品可能由于油气逸散，TOC含量远远低于探槽和钻孔样品，探槽样品相比钻孔样品更接近地表。部分油气逸散导致TOC含量变化相对较大，但与钻孔样品TOC含量相差不大。据SY/T5735-1955国标，那林卡拉组地表剖面烃源岩主体以中等和非烃源岩为主，探槽和钻孔中烃源岩以好-最好烃源岩为主。

3.1.2  生烃潜量（S1+S2）、氯仿沥青“A”和总烃

本次在剖面、探槽和钻孔中选取部分样品进行岩石热解及族组分分析（表1）。剖面样品生烃潜量（S1+S2）小于0.5 mg/g，探槽样品（S1+S2）仅为0.043～1.434 mg/g，平均0.353 mg/g，仅有不到30%样品生烃潜量（S1+S2）大于0.5 mg/g（图2-b）。钻孔样品（S1+S2）为0.076～0.719 mg/g，平均0.214 mg/g，绝大多数样品生烃潜量（S1+S2）小于0.5 mg/g（图2-b），指示为非-差标准。剖面、探槽和钻孔中所有样品的氯仿沥青“A”指示为非烃源岩。

综上所述，从有机碳TOC指标看，那林卡拉组烃源岩有机碳含量很高，但生烃潜量（S1+S2）、氯仿沥青“A”和总烃等指标较低，可能是受有机质类型较差或烃源岩成熟度过高影响[11]，总体上为好的烃源岩。

3.2  有机质类型

通过有机显微组分、干酪根元素、干酪根碳同位素、岩石热解等分析，可判别烃源岩有机质类型[12-13]。本次在福海盆地石炭纪那林卡拉组剖面、探槽中采集18个显微组分样，均显示以腐泥质为主，少量镜质组+惰质组（图3-a）。干酪根类型指数为13.3～64.05，绝大多数在40以上，干酪根类型以Ⅱ1为主，Ⅱ2类型次之（表2，3），整体表现为腐泥-腐殖型。表明有机质来源于浮游植物和微生物的混合，生油潜力中等。烃源岩有机质类型划分可据岩石热解判别。从HI-Tmax关系看（图3-b），剖面、探槽和钻孔样品Tmax值均大于530 ℃，氢指数小于15 mg/g，样品主要处于Ⅲ型区根部。干酪根碳同位素值受成熟度影响较小，是划分干酪根类型有效方法之一[14]。那林卡拉组剖面和探槽样品干酪根碳同位素值相差不大，样品变化不大，均大于-24.5‰。据SY/T5735-1955国标，属于Ⅲ类型，烃源岩干酪根同位素表明，那林卡拉组有机质类型较差。

综上，显微组分显示烃源岩有机质类型较好，以Ⅱ1类型为主，岩石热解和干酪根碳同位素显示Ⅲ类型，可能是烃源岩成熟度过高造成。高-过成熟样品，会引起S2降低，使对应的Tmax峰值不准确，导致IH-Tmax（最高热解峰温）判别方法可信度降低。随热演化程度增加，干酪根碳同位素（δ13CPDB）逐渐变重[15-18]。

3.3  有机质成熟度

当有机质热演化达到门限温度时，干酪根成熟并生成大量烃类[11]。镜质体反射率（Ro）是有机质成熟度的有效指标，随热演化程度升高而增大，具相对广泛、稳定的可比性[10]。干酪根的镜质体反射率随温度和有效加热时间的变化具不可逆性。因此，热变质作用越强，镜质体反射率越大[11]。热解分析中S2峰的Tmax可反映成熟度指标，随热演化程度升高，Tmax增大[12-13]。

据表4可知，那林卡拉组烃源岩剖面样品Ro=1.465%～1.469%，平均1.467%，处于高成熟阶段，探槽样品Ro=0.875%～1.386%，平均1.158%。仅一个样品Ro大于1.3%，主体处于成熟阶段，具剖面样品Ro大于探槽样品特征。那林卡拉组烃源岩的Tmax =524.5 ℃～549 ℃，平均545.1 ℃，处于高成熟阶段。那林卡拉组烃源岩整体处于成熟-高成熟阶段，以成熟为主，利于生气。

4  有机质沉积环境分析

新疆北部早石炭世古地理环境总体为海相环境，具北深南浅特征，大体可分为深海-半深海、浅海两大相区。研究区所属额尔齐斯残留洋呈NWW向延伸，相带展布与此一致，分为半深海相、浅海相和浅海三角洲相[19]。研究区乌伦古湖北侧剖面未见底（被湖水淹没）（图4），剖面底部以砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩交替沉积为主，为滨海-三角洲前缘沉积;中部以大套粉砂质泥岩沉积为主，颜色明显加深，常发育水平层理，局部夹薄层粉砂岩或细砂岩，砂岩较薄，为浅海相沉积;顶部主要由粉砂质泥岩和砂岩组成，砂岩主要为滨海砂，粉砂质泥岩主要为浅海相泥岩，反映滨海-浅海交替沉积。整体上那林卡拉组主要由粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂质泥岩组成，为一套浅海-滨海相沉积，由于强烈构造作用，导致某些层段重复（图4）。构造演化上，新疆北部早石炭世为碰撞间歇期伸展-残留洋闭合、陆-陆碰撞的大地构造演化背景[20]。剖面也反映碰撞间歇期伸展-残留洋闭合的海进海退沉积特征（图4），烃源岩主要形成于环境较稳定的濱浅海环境。

5  结论

（1） 福海盆地乌伦古湖北一带早石炭世那林卡拉组发现一套稳定且厚度较大的烃源岩层位，长约240 km，厚度在214～1 281 m，钻孔显示向深部延伸稳定，岩性以黑色粉砂质泥岩为主。

（2） 福海盆地早石炭世那林卡拉组烃源岩达好-最好烃源岩，干酪根类型以Ⅱ1为主，Ⅱ2类型次之，整体表现为腐泥-腐殖型，烃源岩整体处在成熟-高成熟阶段，以成熟为主，利于生气。

（3） 福海盆地早石炭世那林卡拉组底部为滨海-三角洲前缘交替沉积，中部为浅海相沉积，顶部为滨海-浅海交替沉积。烃源岩主要形成于环境较稳定的滨浅海环境，北疆早石炭世古地理环境以滨浅海为主，形成大面积烃源岩可能性较大。

（4） 早石炭世那林卡拉组为油气调查新层系，具良好资源前景。

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