西藏北羌塘盆地光明湖地区上侏罗统白龙冰河组烃源岩有机质特征
符宏斌1,2, 马德胜2, 吴滔2, 曾禹人2, 郭海2, 樊洪富2
1. 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
2. 贵州省地质调查院, 贵州 贵阳 550005

作者简介: 符宏斌(1982—), 男, 在读博士, 工程师, 主要从事区域地质和油气地质调查工作。Email:fuhongbins@163.com

摘要

通过对研究区露头烃源岩样品进行Rock-Eval热解模拟实验、干酪根镜鉴、镜质体反射率、族组分分离、单体烃碳同位素等分析,对北羌塘盆地光明湖地区侏罗系白龙冰河组烃源岩有机质特征进行研究。结果表明,该区白龙冰河组烃源岩以碳酸盐岩为主,有机碳含量0.01%~1.21%,平均值为0.39%,有机质丰度较高;干酪根显微组分以腐泥组为主,含量70%~92%,平均值为80%,以Ⅱ1型为主,主峰碳、(nC21-/ nC22+)轻/重比及Pr/nC17-Ph/nC18的相关图均表明有机质来自低等水生生物,有机质类型较好;镜质体反射率最小值1.409%,最大值2.423%,平均值为1.909%,有机质的热演化程度总体较高,达到高成熟-过成熟阶段。

关键词: 北羌塘盆地; 光明湖; 白龙冰河组; 烃源岩有机质
中图分类号:P618.13 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2015)05-0045-07
Organic Matter Characteristics of Source Rocks in Upper Jurassic Bailongbinghe Formation of the Guangmingco Area in North Qiangtang Basin, Tibet
FU Hong-bin1,2, MA De-sheng2, WU Tao2, ZENG Yu-ren2, GUO Hai2, FAN Hong-fu2
1. State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology, China University of Geosciences(Wuhan),Wuhan,Hubei 430074, China
2. Guizhou Geological Survey, Guiyang ,Guizhou 550005,China
Abstract

The studied area locates in the Guangmingco area of north Qiangtang Basin. On the bases of Rock-Eval pyrolysis simulation experiment, kerogen identification, vitrinite reflection, ethnic component separation, and carbon isotope analysis of source rocks in outcrop samples of Jurassic Bailongbinghe Formation, the organic matter characteristics of source rocks were studied. The results indicated source rocks of Bailongbinghe Formation were dominated by carbonate and with high organic matter abundance, the organic carbon content obtained from 0.01% to 1.21%, averaging 0.39%. The content of sapropel in the kerogen ranged from 70% to 92%, averaging 80%, consistent with type Ⅱ1 kerogen. The main peak of carbon isotope, the ratio of (nC21-/ nC22+) and Pr/nC17-Ph/nC18 correlation diagram indicated that the organic matter came from lower aquatic organisms and the type of organic matter was well. The vitrinite reflection value was in the range from 1.409% to 2.423%, averaging 1.909%. The thermal evolution of organic matter is generally high, reaching high maturity-over mature stage.

Keyword: the north Qiangtang Basin; Guangmingco; Bailongbinghe Formation; organic matter of source rocks
1 区域地质背景

羌塘盆地侏罗系富烃源岩发育, 从三叠纪到侏罗纪末长期接受海相沉积, 地层厚度大, 藻类等海相生物丰富, 中上侏罗统被认为是盆地内主要的烃源岩生成层位[1, 2, 3]。研究区地处北羌塘坳陷带中西部, 隶属于北羌塘地层分区[4](图1), 出露的地层为中、新生代及第四纪地层, 尤其以上侏罗统白龙冰河组广泛分布。

图1 研究区地层、构造区划图
I. 若拉岗日地层分区; II. 北羌塘地层分区; III. 南羌塘地层分区; IV. 东巧-改则地层分区; PM1. 采样剖面; D351. 采样点
Fig.1 The strata, tectonic zonation in the study area

2 烃源岩分布

研究区侏罗统白龙冰河组底部与索瓦组泥晶灰岩整合接触, 顶部与古近系康托组和唢呐湖组呈角度不整合接触。依据岩性组合特征可分为3段:一段(J3b1):出露面积较小, 厚度大于1 085.36 m。底部为一套薄— 中层状泥晶灰岩与泥晶生物屑灰岩、泥灰岩、钙质粘土岩的韵律组合, 顶部主要为一套灰色中— 薄层状泥晶灰岩。二段(J3b2):出露范围有限, 地层厚度大于1 419.15 m。底部以泥晶藻迹灰岩、

泥晶藻粘结灰岩为主, 夹有亮晶砾砂屑灰岩、泥晶灰岩; 中部主要以泥晶核形石灰岩、泥晶含核形石灰岩为主, 向上, 普遍含有生物屑、砂屑、鲕粒等颗粒物; 顶部以泥晶、粉— 微晶砂屑灰岩为主。三段(J3b3):分布面积很广, 是研究区最重要的烃源岩地层之一, 地层厚度大于2 310.64 m。以大套泥晶灰岩为主, 下部夹有少量含生物屑泥晶灰岩、藻迹灰岩、泥灰岩; 中部夹有大套的核形石灰岩、含生物屑含核形石灰岩; 上部夹有砂屑灰岩、亮— 泥晶砂屑灰岩、泥晶核形石灰岩、泥晶藻迹灰岩、泥晶生物屑灰岩。烃源岩累计厚3 799.3 m, 约占地层厚度的72%, 其中有样品控制的烃源岩累计厚度881.16 m。

3 样品采集及测试

样品采自北羌塘盆地双湖县光明湖地区上侏罗统白龙冰河组地层剖面(图2)及部分路线上, 均为地表露头样品。剖面上从底到顶均有样品控制, 取样位置具有代表性, 主要岩性为泥晶灰岩、含生物屑泥晶灰岩、藻迹灰岩及泥灰岩。为了减少风化作用对地表岩石有机质的影响, 在采样时尽量选择新鲜的岩石样品。

图2 采样剖面及位置
1. 砾岩; 2. 泥灰岩; 3. 泥质泥晶灰岩; 4. 泥晶灰岩; 5. 生物屑泥质灰岩; 6. 生物屑泥晶灰岩; 7. 生物屑砂屑泥晶灰岩; 8. 鲕粒灰岩; 9. 生物屑砂屑亮晶灰岩; 10. 藻灰岩; J3b. 上侏罗统白龙冰河组; E2k. 始新统康托组; 9SY1. 采样点
Fig.2 The profile and position of sampling

样品测试在中国石油华北油田分公司勘探开发研究院生油实验室完成。有机碳、热解采用Leco碳硫测定仪、油气显示评价仪, 用稀盐酸去除样品中的无机碳后, 在高温氧气流中燃烧, 使总有机碳转化成二氧化碳, 由热导检测器检测。由氢火焰离子化检测器检测岩样分别在90℃、300℃、> 300℃~600℃热解过程中排出的烃, 同时记录S2峰的最高点相对应的温度。热解后的残余有机质加热氧化生成的二氧化碳, 经红外检测器检测并给出总有机碳的含量。样品有机质抽提按照80目岩样进行索氏抽提78小时, 用石油醚沉淀沥青质, 族组分分离用氧化铝色层柱, 无水乙醇作冲洗剂, 得到饱和烃、芳烃和非烃。将饱和烃样品采用无分流进样方式注入Agilent6890N型气相色谱仪中的汽化室汽化, 样品随载气进入毛细柱分离, 经火焰离子化检测器检测, 通过记录仪绘制出色谱图, 以峰面积归一化法计算出各碳数正构烷烃及姥鲛烷和植烷的质量分数。饱和烃生物标志化合物分析用SSQ-7000 色谱-质谱联用仪进行测试, 用高分辨毛细管柱气相色谱、低分辨质谱联用, 对生物标志物进行分离鉴定, 得到所需的总离子流图、质量色谱图和质谱图。

4 烃源岩有机质地球化学
4.1 有机质丰度

研究区白龙冰河组21件烃源岩样品有机质丰度指标如表1所示, 其中有机碳(TOC)含量分布范围为0.01%~1.21%, 平均值为0.39%; 产烃潜量(S1+S2)分布范围为0.03 ~0.24 mg/g, 平均值为0.054 mg/g; 氯仿沥青“ A” 含量分布范围为32× 10-6~3 108× 10-6, 平均值为488.19× 10-6。按照赵政璋等制定的青藏高原高-过成熟烃源岩评价标准, 以残余有机碳和氯仿沥青“ A” 含量来说, 其有机质丰度总体较高; 但产烃潜量(S1+S2)得出的有机质丰度以非烃源岩为主, 部分层位发育较差生油岩和中等生油岩, 这与前者得出的结果相差甚大, 二者的相关性较差(图3)。其主要原因可能是由于露头样品在遭受风化过程中, 可溶烃几乎完全散失, 而热解烃也有很大一部分被分解、散失。秦建中[5]对华北北部中-新元古界铁岭组碳酸盐岩研究认为, 有机碳含量和生烃潜量在成熟阶段中晚期纵向上随成熟度的增加出现明显降低, 生烃潜量降低比有机碳相对更明显。因此, 对于高成熟烃源岩, 利用产烃潜量判别有机质丰度已失去原有意义。露头样品烃源岩的评价, 以有机碳含量为标准较生烃潜量更为可靠[6]

值得一提的是, 研究区好烃源岩有机碳含量大多远高于该评价标准所规定的值, 其代表的地层厚度约为509.10 m, 占白龙冰河组总地层厚度的42%, 如此高的有机碳含量在整个羌塘盆地烃源岩地层中都较为少见。因此, 综合考虑各评价方法的可靠性, 以有机碳含量来说, 该区白龙冰河组烃源岩有巨大的生烃潜力。

图3 烃源岩TOC与S2关系图Fig.3 The diagram between TOC and S2 of hydrocarbon source rocks

4.2 有机质类型

对研究区白龙冰河组21件样品干酪根分析结果表明, 干酪根包括3种显微组分, 即腐泥组、镜质组和惰质组, 未检测到壳质组。干酪根显微组分以腐泥组为主, 含量70%~92%, 平均值为80%, 惰质组次之, 含量8%~29%, 平均值为19.2%, 镜质组个别样品少量检出(表1)。烃源岩类型指数为40.25~84.00, 平均值60.95, 根据干酪根类型的划分标准(SY/T5125— 1996), 有2件样品烃源岩有机质类型为腐泥型(Ⅰ 型), 其余19件为腐殖腐泥型(Ⅱ 1型)。

为了分析干酪根δ 13C(‰ )与有机碳的关系, 将有机碳含量与干酪根δ 13C、C/N原子比曲线进行了对比, 从二者的关系图(图4)基本可以得出, 高TOC一般对应轻碳同位素与低C/N原子比, 而低TOC对应重碳同位素与高C/N原子比。白龙冰河组21件烃源岩样品δ 13C含量分布范围为-27.2‰ ~-22.9‰ (表1), 有机质中富轻碳同位素, 也说明有机质丰度与干酪根类型有一定的关系。

表 1 光明湖地区有机质丰度及有机质类型指标 Table 1 The indicator of organic matter abundance and type in Guangmingco area

图4 有机碳与干酪根对比图Fig.4 Organic carbon and kerogen comparison chart

根据各样品族组分特征得出烃源岩族组分三角图(图5), 从族组分分析结果我们可以看出, 区内烃源岩饱和烃比非烃+沥青质含量一般要小, 芳烃和沥青质含量相当, 所以在族组分三角图上, 样品投点落在饱和烃与非烃+沥青质之间, 样品点比较集中地分布在靠近饱和烃一侧, 说明烃源岩有机质类型总体较好, 为腐殖-腐泥质型到腐泥-腐殖质型(Ⅱ 1— Ⅱ 2)以腐殖-腐泥质型为主, 与干酪根镜鉴结果吻合程度较高。

图5 烃源岩族组分三角图Fig.5 The ethnic component triangular diagram of hydrocarbon source rocks

图6 应用异戊二烯烷烃确定母质类型[10]Fig.6 Determination of organic matter type by isoprenoids[10]

白龙冰河组烃源岩正构烷烃碳数分布范围较广, 从nC14-nC31均有分布, 但含量很不均, 主要表现为以低碳优势为主的单峰型。主峰碳以nC18为主, 仅有一个样品的主峰碳为nC17(表1)。主峰碳均出现在低碳数, 表明海相沉积环境中烃源岩有机质的生源构成是以低等水生生物为主。

烃源岩具有较高的(n C21-/ nC22+)轻/重比(表1), 该值介于0.79~11.59之间, 均值5.63。一般认为 nC21-主要来自于低等水生生物, 样品(nC21+nC22)/(nC28+nC29)值介于1.02~13.40之间(表1), 其值均大于1, 呈明显的低碳优势, 也表明有机质类型主要来自低等水生生物[7], Pr/nC17-Ph/nC18的相关图可以有效地区分母质类型及沉积物氧化还原环境[8, 9], 从图6可以看出, 研究区烃源岩样品具有相似的氧化还原条件及相近的母质来源, 主要分布在Ⅱ 型-海相藻类Ⅱ 型区域, 表明母质以海相低等藻类为主, 而且还反映了烃源岩沉积时为一种比较强的还原环境。

4.3 有机质成熟度

目前评价烃源岩有机质成熟度最常用的指标是镜质体反射率、岩石热解峰温(Tmax), 此外还有孢粉颜色指数(SCI)、干酪根元素分析(H/C原子比)、及生物标志物特征C3117α (H)升藿烷、20S(20S+20R)- C29、β β - C29/∑ C29[11]

白龙冰河组21件样品Ro值为1.409%~2.423%, 平均值1.896%(表2), 16件处于生成轻质油、凝析油和湿气的高成熟阶段, 其余5件处于过成熟演化阶段; 岩石热解峰温Tmax值为473 ~ 514℃, 平均值为495℃, 处于高成熟阶段。H/C原子比介于0.33~0.50, 平均值为0.42, 5件样品处于成熟演化阶段, 其余16件处于高成熟演化阶段, 与岩石热解分析结果相同。烷烃的20S/(20S+20R)-C29值为38.17%~60.31%, 平均值为48.26%; β β -C29/∑ C29值为39.63%~52.38%, 平均值为47.26%, 总体表明有机质处于成熟— 高成熟阶段。

表 2 光明湖地区有机质成熟度指标 Table 2 The indicator of organic matter maturity in Guangmingco area

图7 研究区烃源岩RoTmax相关性Fig.7 Correlation between Ro and Tmax of hydrocarbon source rocks in the study area

从烃源岩RoTmax相关图可以看出, 两者具有部分相关性(图7), 表明白龙冰河组烃源岩 Tmax值与其Ro值在反映成熟度方面有一定的吻合度。

5 结 论

本文测试结果均来自于地表露头样品, 对于暴露地表长期接受风化的烃源岩, 在评价过程中, 对于那些极易受地表风化影响的参数, 如S1+S2, 在地表烃源岩评价中显然已不再适用。

总体来看, 光明湖地区侏罗系白龙冰河组烃源岩有机质丰度较高, 以好烃源岩为主, 有机碳平均值远高于好烃源岩标准; 有机质类型绝大部分为Ⅱ 1型, 母质以海相低等藻类为主, 烃源岩形成于较强的还原环境; 热演化处于高成熟阶段, 具有较好的生烃潜力。

The authors have declared that no competing interests exist.

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