内蒙古突泉盆地突D2井上二叠统林西组烃源岩新发现

内蒙古突泉盆地突D2井上二叠统林西组烃源岩新发现
苏飞;李臻;张健;唐友军;张海华
【摘要】A suit of thick grayish-black mudstone is intersected in the TD2 well in the southern boundary of Tuquan Basin.Spores and pollen fossils of 26 species in 19 genera,including Klausipollenites schaubergeri et al.,which indicate an age of Late Permian,are found in the parison of biostratigraphy and lithostratigraphy confirms that the strata belong to Upper Permian Linxi Formation.Analysis on the abundance,type and maturity of organic matter shows a great hydrocarbon-generating potential of the dark mudstone from TD2.The organic matter abundance is medium-good,belonging to Type Ⅱ,in overmature stage.This result suggests that the source rock of Linxi Formation in Tuquan Basin is promising for shale gas.%在突泉盆地南部突D2井的钻探过程中发现厚层暗色泥岩中产Klausipollenites schaubergeri等19属26种具浓厚晚二叠世时代特征的孢粉化石.生物地层及岩石地层显示,这套暗色泥岩为上二叠统林西组,其单层厚度及总厚度大.本文从有机质丰度、类型、成熟度等方面分析了突D2井暗色泥岩的生烃潜力.有机质丰度为中等一好.有机质类型为Ⅱ1型.有机质成熟度为过成熟.显示突泉盆地林西组暗色泥岩具有良好的页岩气勘探前景.
【期刊名称】《地质与资源》
【年(卷),期】2017(026)003
【总页数】7页(P268-274)
【关键词】突泉盆地;林西组;烃源岩;突D2井;内蒙古
【作者】苏飞;李臻;张健;唐友军;张海华
【作者单位】中国地质调查局沈阳地质调查中心(沈阳地质矿产研究所),辽宁沈阳110034;油气资源与勘探技术教育部重点实验室,长江大学地球化学系,湖北武汉430000;中国地质调查局沈阳地质调查中心(沈阳地质矿产研究所),辽宁沈阳110034;油气资源与勘探技术教育部重点实验室,长江大学地球化学系,湖北武汉430000;中国地质调查局沈阳地质调查中心(沈阳地质矿产研究所),辽宁沈阳110034
【正文语种】中文
【中图分类】P618.13
突泉盆地位于内蒙古自治区兴安盟科右中旗至突泉县一带，地理坐标为东经121°20′～122°00′，北纬45° 10′～45°55′.盆地长约95 km，宽25～50 km，面积为2 358 km2，位于大兴安岭隆起带与松辽沉降带之间，现存形态为NE向的“葫芦”型，为陆内断陷盆地.其西侧为大兴安岭东麓，东侧为丘陵区.方慧［1］等运用MT 和AMT手段认为突泉盆地火山岩覆盖层下深度800～2000 m和2000～8000 m范围内有2套低阻层.低阻层不仅厚度较大，横向分布也很连续.综合分析认为，第1套低阻层是早侏罗世煤系地层的反映，第2套低阻层可能是晚古生代以泥岩为主地层的反映.
2014年中国地质调查局沈阳地质调查中心在突泉盆地实施突D2井钻探.终孔进尺510.3 m，钻遇地层如下（图1）.
1）全新统：0～39.3 m，褐黄色黏土、亚黏土、亚砂土.
2）中－下侏罗统砂砾岩：39.3～195 m，杂色复成分砾岩夹灰色粗砂岩、含砾粗
砂岩.与下部晚二叠世林西组呈不整合接触.
3）上二叠统林西组：195～510.3 m，以灰黑色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩夹细
砂岩为主的暗色细碎屑沉积.笔者分别对259.3 m及480～500 m处采取的砂岩样品进行LA－ICP－MS U－Pb同位素年代学分析，发现均存在253 Ma的最年轻
的峰值年龄，确定这套暗色细碎屑沉积的沉积下限为晚二叠世.另外，于多层泥岩
中发现了孢粉化石，共计19属26种.蕨类植物孢子（3 属3种）：Leiotriletes adnatus，Punctatisporites debilis，Cyclogranisporites sp.；裸子植物花粉（16属23种）：Plicatipollenites cf.densus，Alisporites auritus，
munis，Al.stenoholcus，Al.sp.？，Klausipollenites schaubergeri，Pityosporites evolutus， Sulcatisporites dalongkouensis， Sul. ovatus， Sul. sp.？，Hamiapollenites indistinctus， Lunatisporites tersus，Piceaepollenites sp.，P.opimus，Voltziaceaesporites xinjiangensis，Crucisaccites variosulcatus，Divarisaccus cinctus，Parcisporites scabratus，Platysaccus sp.，Pl.papilionis.，Samoilovitchisaccites chordens，Cycadopites caperatus.以上指示了晚二叠世的时代特征.195～510.3 m的这套
暗色细碎屑沉积，其岩石地层、生物地层及碎屑锆石同位素年代地层方面，均可与区域上广泛分布的上二叠统林西组进行对比，故应将该地层置于上二叠统林西组. 突D2井碎屑岩的厚度为458.25 m，火山岩的厚度为12.75 m.岩心总厚度为471 m.碎屑岩中砂砾岩的累计厚度为226.88 m，暗色泥岩的累积厚度为231.37 m.暗色泥岩泥主要为灰黑色、深灰色泥岩.暗色泥岩共计62层，单层厚度最大为30.8 m，最小厚度为0.05 m，平均厚度为为3.73 m.暗色泥岩泥地比达到50.49%.
2.1 有机质丰度
本次评价共采集38块暗色泥岩样品，由油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学地球化学系）分析测试.突D2井38块泥岩总有机碳（TOC）分布区间
为0.40%～1.82%，平均值为1.11%.S1＋S2（游离烃和热解烃）分布区间为
0.03×10－3～0.29×10－3，平均值为0.15×10－3.氯仿沥青“A”最大值为
0.0088%，最小值为0.0029%，平均值为0.0055%.总烃最大值为37.58×10－6，最小值为7.73×10－6，平均值为20.95×10－6.
样品中TOC＜0.4%为1件，占比为2.63%；0.6%＜TOC＜1.0%为12件，占比31.58%；1.0%＜TOC＜2.0%为25件，占比65.79%（图2）.纵向上，总有机碳值随深度变化规律并不明显（图3）.有机质丰度评价结果为：绝大部分为中等—
好烃源岩，只有一块是差烃源岩.具备好的生烃物质基础.
2.2 有机质类型
生物标志化合物C27、C28和C29生物构型甾烷相对含量常用于确定有机质的类型.不同的生物有机质C27、C28和C29甾醇含量各不相同：水生浮游生物 C27
甾醇占优势而C28和C29甾醇的含量较低；陆源生物C29甾醇占优势而C27和
C28甾醇的含量较低.有机质在演化过程中，生物有机质中 C27、C28和C29甾醇加氢脱羟基转变为相同碳数的甾烷，而其碳－碳骨架保持不变.因此，可根据烃源
岩抽提物中甾烷的C27、C28、C29相对含量确定有机质的类型［2］.Huang和Meinschein［3］提出用C27－C28－C29规则甾烷的相对含量来推断沉积有机
质的来源.曾宪章等［4］提出了C27、C28、C29甾烷三者的相对含量的有机质类型划分图版.由图4可知突D2井林西组烃源岩的有机质类型为Ⅱ1型.
2.3 有机质成熟度
R o（镜质体反射率）是最主要的判断有机质成熟度的指标.突D2井12件烃源岩
样品的R o最大值为5.66，最小值为2.15，平均值为4.38（表1），均大于2.0，表明突D2井林西组烃源岩有机质成熟度为过成熟，具有一定的生气能力.
饱和烃为原油中的主要馏分，包括无环烃和脂环烃两大类.无环烃主要有直链烃正
构烷烃和支链烃类异戊二烯烃.脂环烃主要有萜类和甾烷类化合物.三环萜烷系列是
萜类重要组成部分，含有丰富的地球化学信息.通过对三环萜烷前驱物的有机质来源、保存条件、碳同位素组成等因素的研究发现，三环萜烷的组成特征可以指示烃源岩有机质来源、沉积环境等特征.
三环萜烷碳数范围较宽，为C19～C54［5-7］.三环萜烷有多个手征性中心，地质体中实际上主要检测到C13、C14两个手征性中心.在未熟—低成熟烃源岩中可检测到4种构型的三萜类化合物.一般来说，三环萜烷化合物可能来源于菌藻类低等生物，也可能是藿烷类化合物随成熟度增加而逐渐转变成的，C19、C20三环萜来源于高等植物，而C26三环萜则与低等水生藻类有关.
萜烷类化合物在不同沉积环境中分布不同，一般湖相和海相来源原油中三环萜烷呈正态分布，而煤成油中则表现为C19～C26阶梯状递减.湖相或海相原油中三环萜烷丰度较高，三环萜烷/17α（H）－藿烷不仅可用作生源参数以区分不同有机质生物来源，而且还可用作成熟度参数，该比值随成熟度增加而增加.
图6为突D2井烃源岩典型m/z 191质量色谱图（3环＋5环）.从图中可以看出突D2井207.2 m和 508.8 m处烃源岩三环萜烷和藿烷系列化合物的分布特征相似，其中三环含量丰富，由于三环萜烷化合物可能来源于菌藻类低等生物，而其中绝大多数原油呈C23为主峰碳，且呈正态分布，表现为咸水湖相或海相沉积的烃源岩特征.
自从Hills等人在美国科罗拉多绿河油页岩中发现伽马蜡烷后，它已经成为岩石有机质和石油的一个常见组分.伽马蜡烷是C30的三萜烷，主要来源于原生动物和光合作用的细菌的四膜虫醇，通过四膜虫醇的脱水和加氢作用形成.水体的盐度会引起水体分层，伽马蜡烷指标常作为判断此现象的标志之一.如中国泌阳凹陷湖相中伽马蜡烷含量随着水体盐度的增加而增加.目前国内普遍将伽马蜡烷作为反映咸水沉积环境的标志.通过伽马蜡烷可半定量地判断有机质的沉积环境.一般淡水沉积环境中伽马蜡烷丰度较低.伽马蜡烷指数（伽马蜡烷/C30藿烷）常用于指示水体的盐
度，随古盐度的增加，该指数增加.当伽马蜡烷/C30藿烷为0.78～1.45时为咸化
湖相，0.82～0.30为半咸化湖相，0.30～0.08为淡—微咸水湖相.
在图7中，研究区样品三环萜烷/五环藿烷比值为0.9～2.6，Ga/C30H比值为
0.10～0.18，仅有1个样品值相对较高为0.25，伽马蜡烷总体相对丰度较低，指
示淡水—微咸水环境.
在沉积岩的成岩过程中，生物体内的甾醇形成碳数相同的甾烷，故而我们通过对甾烷分布的研究，可以恢复古环境和推断游离烃的生物来源［8］.甾烷是广泛分布于真核生物细胞壁中的甾醇、甾酮以及甾酸等前身物经过成岩作用形成的四环化合物.在地质体中通常检测到C21孕甾烷、C22升孕甾烷、C27～C29规则甾烷和重排
甾烷.甾烷化合物结构稳定，且抗生物降解能力强，在沉积物中能较好地保存，蕴
含着较丰富的有机质来源、沉积环境以及成熟度等信息.
图8显示研究区规则甾烷C27/C29比值均大于1，藿/甾烷比值均在1附近，反
映陆源水生生物输入占优势，细菌和藻类对有机质贡献大致相当.
一般认为，陆生植物富含C29甾烷，水生生物富含C27和C28甾烷.也有研究发现，在泥盆纪之前的地层中，发现一些与陆生植物无关的沉积物或原油中C29甾
烷较丰富，一些水生生物如褐藻、绿藻等也以C29甾烷为主，但是，在高等植物
输入为主的煤系地层中已证实，C29甾烷富集而C27甾烷缺乏.在石油有机地球化学中，通常认为C29甾烷优势是陆相有机质输入的标志，而C27甾烷优势则被认为标志着海相输入，C27甾烷与C29甾烷的双峰分布被认为是海陆相源岩的双重
贡献的特征［9］.
研究区内原油样品中检测到丰富的甾烷类化合物.在图9中，研究区规则甾烷C27、C28、C29呈“L”字型分布，C27峰高于C29，这种分布模式表征母源输入为水生生物占优势.
从C27－C28－C29甾烷分布三角图（图10）可以看出，研究区主力烃源岩样品
点分布较为集中，主要分布在VII区域，表现以C27甾烷占优势，指示了浮游植物的贡献较大.
突D2井林西组烃源岩有机质丰度为中等—好，具有较好的生烃基础.有机质类型为Ⅱ1型；有机质成熟度为过成熟，进入生气阶段.上二叠统林西组在整个大兴安岭地区、滨东地区（松辽盆地西北部红山组），乃至松辽盆地深部也有相当的层位（四站板岩组）分布.分布如此广泛，暗色泥页岩厚度如此之大的一套生烃岩系，必定成为东北地区页岩气勘探的最有利层位之一.由于林西组热演化程度较高，页岩气主要为烃源岩枯竭后残余在页岩中的气体.林西组形成后构造活动强烈，地层遭受改造剥蚀，有一部分气体可能已经逸失，因此能否找到保存条件较好、较稳定的区域，是本区林西组页岩气勘探的重点.所以加强构造改造及保存条件的研究，深入分析页岩气成藏特征、形成聚集机理与富集规律，有望在松辽盆地及外围地区找到页岩气勘探的有利区域，对于我国东北地区能源战略具有重要的意义.
1）突D2井发育一大套厚层暗色林西组泥岩，共计62层，单层厚度最大为30.8 m，平均厚度为3.73 m.
2）突D2井烃源岩的有机质丰度为中等—好；有机质类型为Ⅱ1型；有机质成熟度为过成熟.
3）突D2井烃源岩的沉积环境为咸水环境，陆源水生生物输入占优势，细菌与藻类对有机质贡献大致相当.
4）突D2井的钻探成果，证实了突泉盆地下存在一套厚层的林西组烃源岩，开拓了东北地区页岩气的勘探区域，对于我国东北地区能源战略具有重要的意义.
【相关文献】
［1］方慧，钟清，陈树旺.内蒙古突泉盆地双低阻层的发现及其地质意义［J］.地质通报，2013，32（8）：1253－1259.
［2］彭兴芳，李周波.生物标志化合物在石油地质中的应用［J］.资源环境与工程，2006，20（3）：279－283.
［3］Huang W，Meinschein W G.Sterols as ecological indicators［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，1979，43（5）：739－745..
［4］曾宪章，梁狄刚.中国陆相原油和生油岩中的生物标志化合物［M］.兰州：甘肃科学技术出版社，1989.
［5］国朋飞，何生，朱书奎，等.泌阳凹陷生物降解油“基线鼓包”成因及化合物组成［J］.石油与天然气地质，2014，35（3）317-325.
［6］董田，何生，林社卿.泌阳凹陷核桃园组烃源岩有机地化特征及热演化成熟史［J］.石油实验地质，2013，35（2）：187－194.
［7］De Grande S M B，Aquino Neto F R，Mello M R.Extended tricyclic terpanes in sediments and petroleums［J］.Organic Geochemistry，1993，20（7）：1039－1047. ［8］Moldowan J M，Dahl J，Jacobson S R，et al.Chemostratigraphic reconstruction of biofacies：Molecular evidence linking cyst-forming dinoflagellates with pre-Triassic ancesto r s.Geology，1996，24（2）：159－162.
［9］曾国寿，徐梦虹.石油地球化学［M］.北京：石油工业出版社，1990：1－287.。