青藏高原乌丽冻土区二叠纪煤系烃源岩特征

第２７卷　第６期２０１３年１２月现　代　地　质ＧＥＯＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ２７　Ｎｏ６Ｄｅｃ２０１３青藏高原乌丽冻土区二叠纪煤系烃源岩特征李小豫１，龚建明２，陈小慧３，王慧东１，陈俊文３，杨志承３，蒋玉波４（１青海煤炭地质勘查院，青海西宁　８１０００１；２青岛海洋地质研究所，山东青岛　２６６０７１；３长江大学地球环境与水资源学院，湖北武汉　４３０１００；４中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛　２６６１００）　　收稿日期：２０１３０４１０；改回日期：２０１３１０１０；责任编辑：潘令枝。　　基金项目：国家自然科学基金项目（４１２７３０６６）；青海省治多县乌丽地区天然气水合物调查项目。　　作者简介：李小豫，男，高级工程师，１９６３年出生，地质调查勘探专业，主要从事地质矿产研究。Ｅｍａｉｌ：ｌｘｙｚｙｙｘ＠１２６ｃｏｍ。　　通信作者：龚建明，男，研究员，１９６４年出生，石油地质专业，主要从事油气地质与天然气水合物研究。Ｅｍａｉｌ：ｇｏｎｇｊｉａｎｍ＠ａｌｉｙｕｎｃｏｍ。摘要：为了查明青藏高原乌丽冻土区二叠纪煤系烃源岩的生烃潜力，对采集自乌丽水合物试验孔ＺＫ１井及其周边钻孔的岩心样品和露头样品进行了测试。测试结果显示：上二叠统那益雄组上段烃源岩有机质丰度较低，而下段烃源岩有机质丰度较高；烃源岩有机质类型主要为Ⅲ型；烃源岩热演化程度很高，已达过成熟。考虑到泥质烃源岩成熟度很高以及该区存在变质程度很高的煤层，综合研究认为，该区二叠纪煤系烃源岩生烃潜力总体较好。关键词：烃源岩；二叠系；乌丽冻土区；青藏高原中图分类号：ＴＥ１３２２　　　　　　文献标志码：Ａ　　　　　　文章编号：１０００－８５２７（２０１３）０６－１３８４－０８ＳｏｕｒｃｅＲｏｃｋＰｏｔｅｎｔｉａｌｏｆＰｅｒｍｉａｎｉｎＷｕｌｉＰｅｒｍａｆｒｏｓｔＺｏｎｅｉｎＱｉｎｇｈａｉＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕＬＩＸｉａｏｙｕ１，ＧＯＮＧＪｉａｎｍｉｎｇ２，ＣＨＥＮＸｉａｏｈｕｉ３，ＷＡＮＧＨｕｉｄｏｎｇ１，ＣＨＥＮＪｕｎｗｅｎ３，ＹＡＮＧＺｈｉｃｈｅｎｇ３，ＪＩＡＮＧＹｕｂｏ４（１ＱｉｎｇｈａｉＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉｎｉｎｇ，Ｑｉｎｇｈａｉ　８１０００１，Ｃｈｉｎａ；２ＱｉｎｇｄａｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｒｉｎｅＧｅｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２６６０７１，Ｃｈｉｎａ；３ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ　４３０１００，Ｃｈｉｎａ；４ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｒｉｎｅＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２６６１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆＰｅｒｍｉａｎｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｉｎＷｕｌｉｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｚｏｎｅ，ＱｉｎｇｈａｉＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ，ｔｈｅｃｏｒｅｓｆｒｏｍｇａｓｈｙｄｒａｔｅｔｒｉａｌｈｏｌｅ（ＺＫ１）ａｎｄｉｔｓａｄｊａｃｅｎｔｄｒｉｌｌｉｎｇｈｏｌｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｕｐｐｅｒｍｅｍｂｅｒｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｏｆＮａｙｉｘｉｏｎｇＦｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＵｐｐｅｒＰｅｒｍｉａｎｉｓｐｏｏｒ，ｗｈｉｌｅｔｈｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｍｅｍｂｅｒｉｓｆａｉｒｔｏｇｏｏｄ．ＴｈｅｏｒｇａｎｉｃｔｙｐｅｉｓｍａｉｎｌｙｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄｂｙⅢｋｅｒｏｇｅｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｉｎｆａｖｏｒｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｇａｓ．ＴｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｏｆＰｅｒｍｉａｎｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｉｓｖｅｒｙｈｉｇｈ，ｒｅａｃｈｉｎｇｔｏｅｘｃｅｓｓｉｖｅｍａｔｕｒｉｔｙ．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｍａｔｕｒｉｔｙｏｆｍｕｄｓｔｏｎｅａｎｄｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｇｒａｄｅｏｆｃｏａｌｂｅｄａｒｅｖｅｒｙｈｉｇｈｉｎＷｕｌｉＰｅｒｍａｆｒｏｓｔｚｏｎｅ，ｉｔｃａｎｂｅｄｒａｗｎａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆＰｅｒｍｉａｎｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｉｓｇｅｎｅｒａｌｇｏｏｄｉｎＷｕｌｉｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｚｏｎｅ，ＱｉｎｇｈａｉＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋ；Ｐｅｒｍｉａｎ；Ｗｕｌｉｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｚｏｎｅ；ＱｉｎｇｈａｉＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ１　概　述青藏高原乌丽冻土区位于唐古拉山北麓，长江源头沱沱河一带，行政区划属青海玉树藏族自治州。北距格尔木市约３５０ｋｍ，东距西宁市１１２０ｋｍ，南距西藏拉萨市约１３００ｋｍ（图１）。为了查明该区是否存在天然气水合物以及天然气水合物的气源成因［１－２］，２０１２年青海煤炭地质勘查院在乌丽冻土区钻探了第一口天然气水合物试验孔———ＺＫ１井。笔者对采集自ＺＫ１井及其附近钻孔中的岩心样品进行了烃源岩指标的测试分析，以了解该区二叠纪烃源岩的生烃潜力。众所周知，生烃潜力的大小取决于有机质的丰度、类型和成熟度等参数，它们是沉积盆地含油气远景评价最基本的参数，也是了解冻土区天然气水合物气源成因及气源是否充足的基本参数。下面主要从研究区所处的区域地质背景以及烃源岩的地球化学图１　青藏高原乌丽冻土区位置图Ｆｉｇ１　ＬｏｃａｔｉｏｎｍａｐｏｆＷｕｌｉｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｚｏｎｅ，ＱｉｎｇｈａｉＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ图２　青藏高原地体构造区划图（据文献［３］修改）Ｆｉｇ２　ＳｃｈｅｍａｔｉｃｔｅｃｔｏｎｉｃｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆＱｉｎｇｈａｉＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ１地体缝合线及编号；２断裂；３山峰；Ⅰ西昆仑—阿尔金—北祁连缝合带；Ⅱ昆仑山南缘缝合带；Ⅲ金沙江缝合带；Ⅳ班公湖—怒江缝合带；Ⅴ雅鲁藏布江缝合带特征两个方面进行论述。２　地质背景２１　大地构造背景青藏高原是由相继增生到亚洲大陆上的６个地体拼合而成［３］，其分界线为５条缝合带（图２）。而乌丽冻土区紧靠金沙江缝合带，位于羌塘地体北部以及可可西里巴颜喀拉地体南部。二叠纪末羌塘地体与可可西里巴颜喀拉地体开始对接碰撞，三叠纪末古特提斯洋关闭。乌丽水合物试验孔区由于紧邻金沙江缝合带，处于羌北—藏南第一磨拉石带上［４］，因此，研究区内印支期、燕山期和喜马拉雅期构造运动强烈，断裂构造十分发育［３］，地层抬升剥蚀严重。ＺＫ１井缺失了三叠纪、侏罗纪和大部分白垩纪地层（图３），因此，大地构造背景不利于研究区烃源岩的保存。２２　沉积环境从试验孔ＺＫ１井和其邻区钻孔的岩心以及露头样品来看，乌丽地区主要发育上二叠统和上三叠统。其中，上二叠统乌丽群那益雄组（Ｐ３ｎ）为海陆交互相碎屑岩建造。上二叠统乌丽群拉卜查日组（Ｐ３ｌｂ）为浅海－滨浅海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积。露头区的上三叠统结扎群甲丕拉组（Ｔ３ｊｐ）为浅海－滨浅海相碎屑岩，可见小规模火成岩侵入。上三叠统结扎群波里拉组（Ｔ３ｂｌ）为浅海相碳酸盐岩沉积。上三叠统结扎群巴贡组（Ｔ３ｂｇ）为海陆交５８３１　第６期李小豫等：青藏高原乌丽冻土区二叠纪煤系烃源岩特征图３　乌丽冻土区ＺＫ１井地层综合柱状图（深度段５００～９００ｍ）Ｆｉｇ３　ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｌｕｍｎａｒｓｅｃｔｉｏｎｏｆｈｏｌｅＺＫ１ｉｎＷｕｌｉｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｚｏｎｅ互相含煤沉积，含可采煤层４层。由此可见，该区的沉积环境主要为滨浅海相到海陆过渡相，海水的频繁进退不利于优质烃源岩的持续沉降，但其中的煤层在高变质的情况下可以成为较好的气源层。３　样品采集与测试分析本次共采集岩心和露头样品５１个，其中岩心样品４８个，露头样品３个。岩心样品采自ＺＫ１、ＺＫ１６２、ＺＫ０６和ＺＫ８２井中的上二叠统乌丽群那益雄组（Ｐ３ｎ），露头样品采自ＺＫ１井附近小山上的上三叠统结扎群巴贡组（Ｔ３ｂｇ），采样井位如图１所示。对样品进行了岩石热解、有机碳测定、干酪根显微组分和元素含量、Ｒｏ测定等共５个项目１３２项次分析。岩石热解分析采用ＯＧＥ－Ⅱ油气评价仪，有机碳测定在ＬＥＣＯＣＳ２３０分析仪上完成，Ｒｏ测定通过ＭＰＶ－ＳＰ显微光度计，以上３项分析测试均在长江大学地球化学分析测试中心完成。烃源岩评价主要包括有机质丰度、类型和成熟度三个方面。通常，有机质丰度影响油气生成的数量，母质类型决定有机质向油气的转化方向，而成熟度则控制有机质向烃类的转化程度。３１　有机质丰度前已述及，该区上二叠统和上三叠统主要为滨浅海－海陆过渡相沉积环境，泥质烃源岩中普遍含煤。由于目前有关海陆过渡相且热演化程度达过成熟的烃源岩尚无评价标准［５－６］，因此，本文采用陈建平１９９７年建立的煤系泥岩有机质丰度评价标准［７］（表１）。有机质丰度测试结果如表２所示。表１　煤系泥岩有机质丰度评价标准（据文献［７］修改）Ｔａｂｌｅ１　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａｏｆｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｃｏａｌｂｅａｒｉｎｇｍｕｄｓｔｏｎｅｓ烃源岩级别ＴＯＣ／％（Ｓ１＋Ｓ２）／（ｍｇ／ｇ）氯仿沥青“Ａ”／‰总烃ＨＣ／‰非＜０７５＜０５＜０１５＜００５差０７５～１５０５～２００１５～０３００５～０１２中１５～３０２０～６００３～０６０１２～０３０好３０～６０６０～２０００６～１２０３０～０７０很好＞２００＞１２＞０７０表１中根据４个评价参数来判断烃源岩的级别，但是没有考虑不同热演化程度对参数的影响。随着热演化程度的增加，烃源岩中的油气逐渐排６８３１现　代　地　质２０１３年　表２　乌丽冻土区二叠纪烃源岩有机质丰度测试数据Ｔａｂｌｅ２　ＯｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆＰｅｒｍｉａｎｓｏｕｒｃｅｒｏｃｋｓｏｆＷｕｌｉｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｚｏｎｅ井号　深度／ｍ岩性描述最高峰温Ｔｍａｘ／℃生烃势（Ｓ１＋Ｓ２）／（ｍｇ／ｇ）有机碳ＴＯＣ／％氢指数ＨＣＩ／（ｍｇ／ｇ）ＺＫ１９６０～９６４深灰色粉砂质泥岩４６９００８０５８１０ＺＫ１１１０４～１１０６深灰色粉砂质泥岩５６３００９１０７７ＺＫ１１５３６～１５３８灰黑色粉砂质泥岩４９４００６０７２７ＺＫ１１７９３～１７９５灰黑色粉砂质泥岩５０４００９０７８９ＺＫ１２０３９～２０４１灰黑色粉砂质泥岩４９９００８０８６７ＺＫ１２２８２～２２８４灰黑色粉砂质泥岩５５１０１２１８９５ＺＫ１２７４７～２７４９灰黑色粉砂质泥岩５１４００６０７８６ＺＫ１３０８４～３０８６灰黑色粉砂质泥岩５２５００７０８１７ＺＫ１３７２１～３７２３灰黑色粉砂质泥岩５２３００６０７２７ＺＫ１３８４５～３８４７灰黑色粉砂质泥岩５１７００７０７６７ＺＫ１４２３５～４２３７灰黑色粉砂质泥岩４９８００６０５５９ＺＫ１４３９８～４４１０灰黑色粉砂质泥岩５１２００５０８０５ＺＫ１４５８９～４５９１灰黑色粉砂质泥岩４１３０１１０９３１０ＺＫ１４７４８～４７５０灰黑色粉砂质泥岩５４８００５０７５５ＺＫ１５０４５～５０４７灰黑色粉砂质泥岩５２５００６０７７６ＺＫ１５１５４～５１５６灰黑色粉砂质泥岩５３０００６０８０６ＺＫ１５２２２～５２２５灰黑色粉砂质泥岩５３１００５０７３５ＺＫ１５３２１～５３２３灰黑色粉砂质泥岩５２６００５０６９６ＺＫ１５３７１～５３７３灰黑色粉砂质泥岩４９４００５０６５６ＺＫ１５４８４～５４８６灰黑色粉砂质泥岩３８５０１