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烃源岩

（五）证实柴达木盆地震旦系－下古生界发育良好的烃源岩

（1）烃源岩地质特征

柴达木盆地震旦系－下古生界发育稳定型、活动型两类沉积地层。

在柴北缘欧龙布鲁克地区稳定型沉积地层中，发育震旦系全吉群上部、下古生界两套烃源岩。

在柴达木盆地其它地区活动型下古生界沉积地层中，发育滩间山群a段、铁石达斯群A段烃源岩。

在柴北缘全吉山－欧龙布鲁克一带，震旦系－下古生界为稳定型沉积。

震旦系全吉群下部为一套紫红色砾岩沉积，中部为一套纯净的石英砂岩沉积部，上部发育灰黑色-黑色页岩夹泥质粉砂岩，碎屑岩总厚度为1179.44m，其中暗色页岩厚度为185.06m。

下古生界寒武系为一套台型碳酸盐岩沉积，总厚度956.47m。

下奥陶统多泉山组下部亮晶灰岩与亮晶白云岩互层段，上部岩性以灰色-深灰色泥晶灰岩、细晶灰岩为主，厚度1187.44m。

石灰沟组发育厚层黑色页岩，厚度280m。

中奥陶统大头羊沟组为一套砾岩-含砾砂岩-砂质白云岩-角砾状灰岩-灰岩组成的滨海-浅海相沉积建造。

柴达木盆地其它地区下古生界为活动型沉积，在柴北缘为滩间山群，在柴南缘为铁石达斯群。

滩间山群、铁石达斯群是一套中基性火山岩,细碎屑岩（类复理石）和碳酸盐岩组成的弧后火山-浅海沉积建造，由海相碳酸盐岩、碎屑岩以及火山岩组成。

滩间山群分为五个岩段，包括b.d两个火山岩段以及a.c.e三个沉积岩段。

a岩段为泥岩夹结晶灰岩段，c.e都为砾岩段，c岩段中发育火山碎屑沉积且c岩段发生强烈动力变质作用。

滩间山群a段（O3tna）、铁石达斯群A段发育黑色泥岩，部分已变质成千枚岩，主要出露在滩间山、石棉矿和纳赤台地区，其中滩间山地区黑色泥岩厚约70.01m，为好的烃源岩。

（2）烃源岩地球化学特征

①有机质丰度

A、欧龙布鲁克剖面：

全吉群的黑色页岩TOC值为0.02～0.55%，平均值为0.27%；氯仿沥青“A”范围为0.001%～0.0041%，平均值为0.002%（图2-24）；生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g～0.05mg/g，平均值为0.02mg/g。

图2-24全吉群氯仿沥青“A”与TOC分布图

寒武系的页岩TOC范围为0.01%～0.11%，平均值为0.05%；氯仿沥青“A”范围为0.0012%～0.0043%，平均值为0.0023%（图2-25）；生烃潜量S1+S2范围为0.02mg/g～0.03mg/g，平均值为0.02mg/g。

寒武系的灰岩TOC范围为0.02%～0.08%，平均值为0.04%；氯仿沥青“A”范围为0.0016～0.0032%，平均值为0.0022%；生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g～0.15mg/g，平均值为0.065mg/g。

下奥陶统的多泉山组灰岩TOC值为0.01%～0.19%，平均值为0.05%；氯仿沥青“A”分布范围为0.0015%～0.0023%，平均值为0.0018%（图2-26）；生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g～0.03mg/g，平均值为0.02mg/g。

图2-25寒武系氯仿沥青“A”与TOC分布图

图2-26上奥陶统氯仿沥青“A”与TOC分布图

下奥陶统的石灰沟组黑色页岩TOC范围为0.03%～0.14%，平均值为0.09%，氯仿沥青“A”分布范围为0.0031%～0.0048%；平均值为0.0037%；生烃潜量S1+S2范围为0.03mg/g～0.04mg/g，平均值为0.03mg/g。

B、大煤沟剖面：

下古生界烃源岩在大煤沟地区只发育下奥陶统石灰沟组黑色页岩，其TOC%分布范围为0.16%～1.52%，平均值为0.61%；氯仿沥青“A”分布范围为0.0018%～0.0042%，平均值为0.0029%（图2-27），其中，TOC值基本随着氯仿沥青“A”值的增加而增加；生烃潜量S1+S2范围为0.03mg/g～0.04mg/g，平均值为0.03mg/g。

C、滩间山剖面：

下古生界烃源岩在滩间山剖面只发育滩间山群a段（O3tna），其TOC分布范围为0.45%～1.72%，平均值为1.24%；氯仿沥青“A”分布范围为0.0033%～0.0074%，平均值为0.0049%（图2-28）；生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g～0.03mg/g，平均值为0.02mg/g。

②有机质类型

元素组成特征：

从图2-29柴达木盆地下古生界烃源岩有机质类型H/C-O/C判断图版可以看出，其有机质类型都落在了Ⅲ型的区域，H/C较小，O/C较高，说明对于露头样品和高过成熟的样品，元素组成范氏（VanKrevelen）图法已经不再适用。

干酪根碳同位素特征：

参考相关文献，总结干酪根碳同位素与干酪根类型的对应关系如下：

Ⅰ型干酪根稳定碳同位素小于-28.0‰，母质主要来源于浮游生物、藻类；Ⅱ型干酪根稳定碳同位素介于-28.0‰～-25.5‰，母质主要为藻类与陆生高等植物；Ⅲ型干酪根稳定碳同位素大于-25.5‰，母质主要为陆生高等植物（表2-4）。

图2-27大煤沟地区石灰沟组氯仿沥青“A”与TOC分布图

图2-28滩间山群a段氯仿沥青“A”与TOC分布图

图2-29柴达木盆地下古生界烃源岩有机质类型H/C-O/C判断图版

表2-4干酪根碳同位素与干酪根类型对应关系表

干酪根类型

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

碳同位素范围

＜-28.0‰

-28.0‰～-25.5‰

＞-25.5‰

母质来源

浮游生物、藻类

藻类、陆生高等植物

陆生高等植物

与元素分析不同的是，从柴达木盆地下古生界源岩干酪根稳定碳同位素频率图（3-30）看出，下古生界烃源岩有机质类型主要以Ⅰ型和Ⅱ型为主，表明其有机质类型主要来源于浮游生物和藻类；差别较大的是滩间山群a段烃源岩碳同位素烃源岩主要分布在<-24‰，落在了Ⅲ型干酪根的区域，表明干酪根碳同位素受变质作用的影响较大，变质岩会使其干酪根碳同位素变大。

显微组分组成特征：

根据各显微组分对烃类贡献大小不同,赋以不同的系数,计算类型指数TI值为:

TI=[a×100+b×75+c×50+d×（-75）+e×（-100）]/100。

式中：

a—矿物沥青基质中隐含的无定形有机质百分含量

b—藻类体百分含量

c—壳质组百分含量

d—镜质组百分含量

e—惰性组百分含量

图2-30柴达木盆地下古生界源岩干酪根稳定碳同位素频率图

根据类型指数TI值划分烃源岩有机质类型,烃源岩有机质类型划分标准见表（2-5）。

表2-5烃源岩有机质类型划分标准（王铁冠等，2001）

类型

标准腐殖型Ⅲ

含腐泥的腐殖型Ⅲ1

腐泥腐殖型Ⅱ

含腐泥的腐殖型Ⅰ1

标准腐泥型Ⅰ

TI值

10

10～20

20～50

50～80

>80

经过全岩显微组分实验分析，柴东地区下古生界烃原岩主要是藻类无定形体，类型指数都为100，说明其有机质类型是Ⅰ型，说明其有机质来源主要以藻类为主的低等水生生物为主。

可溶有机质特征：

从柴达木盆地下古生界源岩可溶有机质分布图（2-31）可以看出，柴达木盆地下古生界烃源岩可溶有机质具有以下特征：

A、饱和烃与芳烃所占比例较小；总烃中，饱和烃含量与芳烃含量相差不大，饱和烃与芳烃之比一般在1左右，少数样品的饱/芳比极低，最小值为0.5，另有少量样品饱/芳比大于3，最大值可达8。

总体来讲，有机质类型较好，以Ⅱ型和Ⅰ型为主；

B、约大半数样品的总烃与非烃+沥青质之比小于1，均值在0.06～1.9之间，说明柴达木盆地下古生界烃源岩样品可溶有机质以非烃和沥青质为主，表明样品的成熟度较高；

C、非烃含量较高，多数大于30%，在21.15～71.25%，均值在31.18%，而沥青质含量不稳定，变化幅度较大，其中，滩间山群a段沥青质含量较高，分布在36.9%～71.9%，均值为52.4%。

图2-31柴达木盆地下古生界源岩可溶有机质分布图

规则甾烷C27-C28-C29分布特征：

规则甾烷C27-C28-C29相对含量三角图区分不同母质类型是常用来分析有机质类型的手段，一般认为水生生物富含规则甾烷C27，与之比较，高等植物富含C29甾烷（Huang和Meinshein，1979）。

研究已经证实，以陆相高等植物有机质为主导的煤系沉积，缺少C27而富集C29甾烷是其重要特征，但有研究表明，一些水生生物，如褐藻以及许多绿藻是以C29为主的，并且许多陆生植物的前泥盆纪沉积的油以及一些碳酸盐岩来源的油含有丰富的C29甾烷，它们的烃源岩没有或很少有高等植物输入（Moldowan等，1985；Grantham，1986，a，b；Rullkotter等，1986；Fower和Douglas，1987）。

柴达木盆地下古生界烃源岩主要以C27为主（图2-32），呈现不对称的V字形（图2-33），说明下古生界烃源岩有机质主要来源于藻类等水生生物。

与之不同的是，滩间山群a段主要以C29为主，呈现反“L”的特征（图2-34），说明滩间山群a段有机质来源于褐藻等藻类生物。

图2-32规则甾烷C27-C28-C29百分含量分布三角图

1＝20S-甾烷C2胆甾烷；2＝20R-甾烷C2胆甾烷；3＝20S-24-甲基-基S-2胆甾烷；4＝20R-24-甲基-基R-2胆甾烷；5＝20S-24-乙基-基S-2胆甾烷；6＝20R-24-乙基-基R-2胆甾烷

图2-33全吉群页岩饱和烃中甾烷特征分布图

9-孕甾烷；10-升孕甾烷;11-烷;页（20R）C27甾烷；12-）C2（20R）C28甾烷;13-）C2（20R）C29甾烷

图2-34滩间山群a段泥岩饱和烃中甾烷特征分布图

③有机质成熟度

从柴达木盆地下古生界烃源岩Tmax分布图（图2-35）可以看出，Tmax分布范围较大，从315～565℃都有分布，其中，寒武系和多泉山组大部分都在435℃以下，而全吉群Tmax主要分布在455℃～555℃，石灰沟组和滩间山群也主要分布在443℃～564℃之间，表明样品已经达到了过成熟阶段。

并且柴达木盆地下古烃源岩裂解烃峰值（S2）很低，说明Tmax<550℃的岩样中基本上没有可裂解的干酪根。

其生成的烃类已大部分被排出或挥发殆尽，剩下的干酪根基本上不具备生烃能力，所以热解温度最高峰甚至降至400℃以下。

因而，最高热解温度Tmax不能反映样品的成熟度。

沥青质反射率：

对于缺少镜质体的下古生界地层，很难采用镜质体反射率来评价其成熟度，需根据沥青反射率来判断其成熟度，丰国秀（1988）用四川样品分别通过热模拟实验和自然演化系列分别建立了两个相关关系式：

Ro=0.3195+0.6790Rb（根据热模拟）

Ro=0.336+0.6569Rb（根据自然演化）

Jacob（1985）根据镜质组反射率与沥青反射率大量数据对比研究提出下列相关式：

Ro=0.618Rb+0.4

根据上述转换公式，结果Ro大部分都在1.5-2.0%之间，根据热模拟作出Ro分布图如下（图2-36）。

说明下古生界烃源岩整体处于高过成熟阶段。

图2-35柴达木盆地下古生界烃源岩Tmax分布图

甲基菲指数：

芳烃中反映原油、烃源岩成熟度的指标参数较多，甲基菲指数（MPI）与甲基菲比值MPR（MPR=2-MP/1-MP）被Radke等首先提出。

由于甲基菲同分异构体2-MP和3-MP比1-MP和9-MP更加稳定，从而随热成熟度不断增加，MPR和MPI值也增加。

由于高温下甲基菲的脱甲基作用，当Ro>1.35%时，MPI随热演化度增加反而降低。

通过研究MPI值与不同类型Ro的相关关系，得出折算的镜质体反射率（Rc）如下的相关方程：

图2-36柴达木盆地下古生界烃源岩Rb拟合的Ro分布图

Rc=0.6MPI+0.4（Ro<1.35%）

Rc=-0.6MPI+2.3（Ro≥1.35%）

因为下古生界烃源岩成熟度一般都应处于成熟阶段，因此我们采用Ro>1.35%时MPI与Ro的关系式进行拟合（图2-37），结果与沥青质反射率确定的演化阶段一致，说明沥青质反射率可靠。

图2-37柴达木盆地下古生界烃源岩MPI拟合的Ro分布图

霍烷成熟度参数：

随成熟度的增加Ts/（Tm+Ts）值逐渐升高，且这种变化可以一直会持续到较高成熟阶段，约在生油阶段晚期该值达到0.5。

从柴东下古生界烃源岩分析数据来看（图2-38），Ts/（Tm+Ts）的分布范围为0.34～0.52，平均值为0.49，接近0.5，表明烃源岩的有机质热演化程度达到或超过成熟阶段。

图2-38下古生界烃源岩Ts/（Tm+Ts）分布图

（3）烃源岩评价

根据干酪根碳同位素标准和规则甾烷C27-C28-C29分布关系来看，柴达木下古生界烃源岩的有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，有机质主要来源于藻类等低等生物；根据沥青质反射率、甲基菲指数和霍烷指数等判断，下古生界烃源岩整体处于高-过成熟阶段；而不同的是有机质丰度，将根据各剖面特征分别对其进行评价

欧龙布鲁克剖面：

全吉群的烃源岩以红藻山组的黑色页岩为主，厚度为185.06m，主要分布在剖面顶部的12～15层。

全吉群红藻山组残余TOC含量在0.02%～0.55%之间，全吉群共采样25个，达到有效烃源岩的样品个数为14个，占总的烃源岩样的56%（图2-39）,其中差烃源岩个数为12个，占48%，中等烃源岩占8%。

有效烃源岩厚度达到50m左右，占总的烃源岩厚度的30%,主要分布在剖面位置（图2-40）12层，有效烃源岩厚度约15m；14层，有效烃源岩厚度约10m；15层，有效烃源岩厚度约25m。

寒武系的灰岩残余TOC为0.01%～0.11%，远远低于有效烃源岩下限0.2%，为非烃源岩。

下奥陶统多泉山组的灰岩残余TOC为0.02%～0.19%，未达到有效烃源岩下限0.2%，为非烃源岩。

下奥陶统石灰沟组的黑色页岩残余TOC为0.03%～0.14%，未达到有效烃源岩下限0.3%，为非烃源岩。

大煤沟剖面：

下古生界烃源岩在大煤沟剖面只发育石灰沟组黑色页岩，页岩厚约476.75m（图2-41）。

其残余TOC分布在0.16%～1.52%，达到有效烃源岩样品占70%，其中差烃源岩占10%，中等烃源岩占50%，好的烃源岩占10%，控制有效烃源岩厚度有效烃源岩厚度约为190m（图2-42）。

图2-39欧龙布鲁克剖面有机质丰度丰度图

滩间山地区：

滩间山群a段黑色泥岩滩间山地区黑色泥岩厚约70.01m，其有机碳分布在0.45～1.29%（图2-43），平均值为1.23%，全部达到有效烃源岩标准0.3%，其中差烃源岩占11%，中等烃源岩占11%，好的烃源岩占78%。

欧龙布鲁克地区震旦系的全吉群发育以滨岸相为主的页岩沉积，从样品分析的地球化学特征来看，部分有机质丰度较好，有效烃源岩厚度为55m，可能曾经有有一定生烃潜力；寒武系主要为一套台型碳酸盐岩沉积，综合对寒武系的地层和地球化学特征，认为柴达木盆地寒武系不发育烃源岩；奥陶系的中下统为台型碳酸盐岩-碎屑岩建造。

从样品分析看，欧龙布鲁克地区的多泉山组和石灰沟组不发育烃源岩。

大煤沟地区石灰沟组从地球化学特征来看，其丰度并不差，有效烃源岩厚度约为190m。

在地质历史的某一时期可能具有很大的生烃潜力，很可能是该地区的主力烃源岩层位。

总体看，大煤沟地区石灰沟组是一个比较有潜力的层系。

滩间山地区滩间山群a段底部为台缘斜坡-陆棚相，发育黑色泥岩，其有效烃源岩厚度为70.01m，大部分发育好的烃源岩，曾经有很大的生烃潜力，是下古生界生烃的重要层位。

图2-40欧龙布鲁克油气地球化学剖面图

图2-41大煤沟剖面石灰沟组有机质丰度分布图

图2-42大煤沟剖面油气地球化学剖面图

图2-43滩间山群a段有机质丰度分布图