【论文】聂明龙等:阿姆河盆地别什肯特坳陷及邻区中下侏罗统烃源岩地球化学特征与勘探意义

0　引言

阿姆河盆地位于中亚土库曼斯坦、乌兹别克斯坦和阿富汗境内，是中国油气对外合作的最重要地区之一 ^[1-2] 。阿姆河盆地是一个大型的富天然气盆地，以发育大型—巨型天然气田而著称 ^[3-4] ， 2004 年发现了地质储量为 12 × 10 ¹²  km ³ 的世界第二大气田 ^[5-6] 。什么烃源岩能生成如此巨量的天然气引起学者们的极大兴趣。苏联学者 ^[7-8] 研究认为阿姆河盆地中下侏罗统海陆过渡相煤系是天然气主力烃源岩，为腐殖型干酪根，处于高热演化阶段，以生气为主，生烃灶位于盆地内部穆尔加布坳陷和扎翁古兹坳陷，生成的天然气向盆地东北缘断阶带运移成藏。戴金星等 ^[9] 认为阿姆河盆地中下侏罗统与中国西北地区诸多盆地中下侏罗统具有成因联系，并形成一个横贯中亚的巨型煤成气聚集域。

阿姆河盆地中下侏罗统为一套碎屑岩沉积，几乎在整个盆地内都有分布 ^[7-8,10] 。同时，中下侏罗统自身也是一套含油气系统 ^[8,11] ，已发现了一系列小型油气田，但是没有取得重大油气勘探突破。别什肯特坳陷位于阿姆河盆地东北缘，是一个中生代深埋的坳陷，其相邻的基萨尔褶皱隆起区是一个勘探新区，区内构造众多 ^[12-13] ，勘探潜力巨大。中国学者对别什肯特坳陷及邻区中上侏罗统烃源岩进行了研究 ^[14-15] ，但是关于中下侏罗统烃源岩的研究未见相关报道。为此，笔者通过钻井岩心样品有机地球化学分析，研究了中下侏罗统烃源岩生烃潜力及其形成环境，恢复了别什肯特坳陷中侏罗统烃源岩热演化史，以期为阿姆河盆地油气勘探提供参考，为中亚煤成气聚集域对比研究提供依据。

1　区域地质背景

阿姆河盆地面积为 45 × 10 ⁴ km ² ，构造上划分为科佩达克、穆尔加布、扎翁古兹与别什肯特 4 个坳陷，查尔朱与布哈拉 2 个断阶带以及卡拉库姆和卡拉比尔 2 个隆起。研究区位于阿姆河盆地东北缘，构造上隶属于别什肯特坳陷与查尔朱阶地及其相邻区（图 1 ）。阿姆河盆地自下而上主要发育了中下侏罗统赫塘阶—巴通阶碎屑岩、中上侏罗统卡洛夫阶—牛津阶碳酸盐岩、上侏罗统基末利阶—提塘阶盐膏岩、白垩系海相碎屑岩和碳酸盐岩及古近系—第四系碎屑岩。中上侏罗统卡洛夫—牛津阶石灰岩与基末利阶盐膏岩形成良好储盖组合 ^[8,10-11] 。

阿姆河盆地别什肯特坳陷中—下侏罗统沉积相由海陆过渡相逐渐过渡到海相 ^[16] 。赫塘阶—巴通阶上段（ J _1-2 hb ）岩性以泥岩为主，夹薄层粉砂岩、碳质泥岩，为海陆过渡相 ^[17] ；向上灰质含量逐渐增加，为灰质泥岩。卡洛夫阶下段（ J ₂ k ^down ）以泥质石灰岩为主，卡洛夫阶上段（ J ₂ k ^up ）为石灰岩，为浅海相—海相 ^[18] （图 1 ）。

图1　阿姆河盆地构造单元纲要、研究区位置及

中下侏罗统地层柱状图

2　有机地球化学特征

笔者本次研究的样品取自于 J _1-2 hb 和 J ₂ k ^down 。 J _1-2 hb 样品为灰黑色、深灰色泥岩， J ₂ k ^down 样品为泥质石灰岩和灰质泥岩（表 1 ）。

J _1-2 hb 泥岩样品总有机碳含量（ TOC ） 介于 0.50% ～ 3.53% （表 1 ），平均值为 1.27% ；生烃潜量（ S ₁ ＋ S ₂ ）介于 0.66 ～ 6.82 mg/g ，平均值为 2.37 mg/g （图 2 ）；氯仿沥青“ A ”含量为 0.431% ，总烃含量为 850 μg/g 。

J ₂ k ^down 泥质石灰岩、灰质泥岩样品 TOC 介于 0.19% ～ 0.39% ， 平均值为 0.27% ； S ₁ ＋ S ₂ 介于 0.16 ～ 0.82 mg/g ，平均 0.41 mg/g ；氯仿沥青“ A ”除个别较高值以外，大部分介于 0.025% ～ 0.079% ，平均值为 0.050% ；总烃含量大部分介于 123 ～ 460 μg/g ，平均值为 288.8 μg/g 。按照烃源岩评价标准 ^[19-20] ， J _1-2 hb 泥岩为一般到好烃源岩， J ₂ k ^down 泥质石灰岩不能作为有效烃源岩。

中下侏罗统烃源岩干酪根 H/C 原子比偏低（小于 1.0 ）， O/C 原子比偏高（图 3-a ）。从 H/C — O/C 原子比关系看，中下侏罗统烃源岩似乎应为腐殖型烃源岩。 J _1-2 hb 泥岩样品氢指数介于 60 ～ 160 mg/g ， J ₂ k ^down 灰质泥岩、泥质石灰岩样品氢指数介于 46 ～ 87 mg/g ，氢指数偏低。从氢指数（ HI ）与最高热解温度（ T _max ）的关系看， J _1-2 hb 泥岩样品有机质类型为偏腐殖混合型， J ₂ k ^down 泥质石灰岩样品有机质类型似乎是腐殖 型（图 3-b ）。

干酪根显微组分分析结果表明， J _1-2 hb 泥岩样品以腐殖无定型为主，平均占 73% ，壳质碎屑体平均占 1% ，正常镜质体介于 17% ～ 19% ，惰性组介于 6% ～ 8% ，类型系数介于 16 ～ 17 ，有机质类型为偏腐殖混合型。

J _1-2 hb 泥岩样品干酪根和氯仿沥青碳同位素 δ ¹³ C 较轻，一般介于－ 27.2 ‰ ～－ 28.2 ‰ （图 4 ），根据参考文献[21-22]，为偏腐殖混合型烃源岩； J ₂ k ^down 泥质石灰岩样品干酪根和氯仿沥青抽提物碳同位素 δ ¹³ C 变化范围较大，在－ 24.5 ‰ ～－ 29.7 ‰ ，一般情况下，族组分的碳同位素 δ ¹³ C 表现为饱和烃、芳香烃、非烃、沥青质均小于干酪根的特征 ^[21] ，即干酪根碳同位素稍重于族组分同位素。为此，根据干酪根同位素划分有机质类型标准 ^[21-22] ， J ₂ k ^down 泥质石灰岩可能为偏腐殖混合型干酪根，与干酪根显微组分分析结果一致。

综上分析表明， J _1-2 hb 泥岩样品氢指数、干酪根显微组分和碳同位素特征表现为偏腐殖混合型烃源岩，但是 H/C 原子比和氢指数偏低，而 J ₂ k ^down 泥质石灰岩样品 H/C 原子比和氢指数均偏低，与干酪根组分和碳同位素分析反应的烃源岩类型不一致。考虑多数 J ₂ k ^down 泥质石灰岩样品热解峰温小于 435 ℃（表 1 ），这是有机质热演化未成熟的标志，与镜质体反射率和生物标志化合物反应的有机质成熟度是不一致的（见 2.3 节），用这些数据的 H/C 原子比来判识有机质类型是不可靠的。同时，由于烃源岩已经大量生烃，也可能导致 H/C 原子比降低，因此，有机质类型划分应该以干酪根显微组分和碳同位素为准，即 J _1-2 hb 泥岩和 J ₂ k ^down 泥质石灰岩有机质类型均为偏腐殖混合型烃源岩。

镜质体反射率（ R ^o ）是反映热演化程度最好的指标，研究区样品镜质体反射率主要介于 0.7% ～ 1.1% （图 5 ）， J ^1-2 hb 泥岩最高热解温度主要介于 444 ～ 457 ℃（图 3-b ），说明烃源岩已成熟，处于生液态烃高峰阶段。

可溶有机物碳奇偶优势比（ OEP ）和 C ₂₉ 甾烷异构化是反映成熟度的常用指标。 J _1-2 hb 泥岩样品和 J ₂ k ^down 泥质石灰岩样品碳优势指数（ CPI ）值介于 0.98 ～ 1.12 ，碳奇偶优势比介于 0.95 ～ 1.03 ； C ₂₉ 甾烷 20 S / （ 20 S ＋ 20 R ）值介于 0.42 ～ 0.45 ， C ₂₉ 甾烷 ββ / （ ββ ＋ αα ）值介于 0.40 ～ 0.42 ，接近于平衡值，根据本文参考文献[23]，为成熟烃源岩，与镜质体反射率和最高热解温度反映的成熟度一致。

3　烃源岩形成环境

生物标志化合物反映了有机质生源环境。别什肯特坳陷 N10 井 J _1-2 hb 泥岩样品（井深 4 315 m ）正构烷烃以低碳数短链为主，气相色谱呈典型单峰分布（图 6 ），碳数主要介于 nC ₁₅ ～ nC ₃₂ ，主峰碳一般为 nC ₁₇ ， C _{21 -} /C ₂₂₊ 和 C ₂₁₊₂₂ /C ₂₈₊₂₉ 比值分别为 1.91 和 3.12 ，低碳烷烃反映了 J _1-2 hb 泥岩烃源岩有机质来源于菌藻类生源 ^[23-24] 。

N10 井 J _1-2 hb 泥岩样品（井深 4 315 m ） C ₂₇ 、 C ₂₈ 、 C ₂₉ 规则甾烷呈“ V ”字形，并且 C ₂₇ 甾烷异构体化合物含量高于 C ₂₉ 甾烷（图 7-a ）。 J _1-2 hb 泥岩 C ₁₉ — C ₂₃ 三环萜烷高，四环萜烷含量较高，而 γ - 蜡烷含量低（图 7-b ），反映了 J _1-2 hb 泥岩烃源岩有机质来自海相菌藻类生源 ^[24] 。

N10 井 J _1-2 hb 泥岩样品表现出了姥鲛烷优势（图 6 ）， Pr/Ph 值为 1.27 ， Pr/nC ₁₇ 值为 0.37 ， Ph/nC ₁₈ 值为 0.34 ，指示 J _1-2 hb 泥岩烃源岩形成于弱还原环境 ^[25] 。孕甾烷含量高（图 7-a ），反映了有机质形成于高盐度环境。

芳香烃芴系列、氧芴（二苯并呋喃）系列和硫芴（二苯并噻吩）系列生物标志化合物相对组成特征常用来表征烃源岩沉积环境的变化。陆相淡水—微咸水湖相烃源岩的芴含量较高，沼泽相煤的氧芴含量较高，盐湖相和海相烃源岩的硫芴含量较高 ^[26-27] 。 N10 井 J _1-2 hb 泥岩样品（井深 4 315 m ）硫芴含量高，为 76.51% ，氧芴含量 9.12% ，芴含量 14.35% （图 8 ），反映了高盐度的还原环境。

综上分析表明， J _1-2 hb 泥岩有机质生源来自海相菌藻类，为高盐度还原环境。但是，可溶有机物族组分分析表明， J _1-2 hb 泥岩样品可溶有机质族组分饱和烃含量为 4.998% ，芳香烃含量 14.718% ，饱和烃 / 芳香烃为 0.34 ，芳香烃占优势，并且饱和烃以低碳数短链为主，说明 J _1-2 hb 泥岩有机质可能来源于宏观底栖藻类 ^[20,24] ，形成于水体较浅的潟湖环境。

4　生烃史与勘探意义

选取 N10 井 J _1-2 hb 泥岩烃源岩作为模拟样品，在镜质体反射率约束下，恢复中下侏罗统烃源岩热演化史。模拟结果（图 9 ）表明，中下侏罗统烃源岩早白垩世晚期（距今 115 Ma ） R _o 达到 0.5% 的生烃门限值，进入低成熟阶段，开始生烃。随着盆地沉降，在晚白垩世晚期（距今 70 Ma ）， R _o 值达 0.8% ，有机质成熟，进入生烃高峰期，现今热演化程度超过 1.0% ，仍处于热演化生烃高峰阶段。前已述及，别什肯特坳陷 J _1-2 hb 烃源岩有机质类型为偏腐殖混合型，热演化成熟阶段以生气为主，兼生油。

烃源岩生烃高峰时期与圈闭形成的匹配关系对圈闭能否充满油气具有重要意义，古近纪末期的新特提斯闭合事件，别什肯特坳陷及相邻的基萨尔褶皱隆起区构造圈闭形成 ^[12-13,28] ，从中下侏罗统烃源岩热演化生烃史来看，别什肯特坳陷 J _1-2 hb 泥岩烃源岩在晚白垩世晚期达到生烃门限，现今仍处于生烃高峰阶段。因此，别什肯特坳陷及相邻基萨尔褶皱隆起带圈闭均为油气有利运聚对象。

根据 N10 井钻井资料及相关文献 ^[29] 统计，在别什肯特坳陷及相邻的基萨尔褶皱隆起，中下侏罗统泥岩厚度介于 100 ～ 200 m ，大面积分布，中下侏罗统烃源岩生油气潜力巨大。前期研究结果也认为别什肯特坳陷上侏罗统烃源岩具有良好的生油潜力 ^[14-15] ，阿姆河盆地东北部的查尔朱阶地和布哈拉阶地天然气主要来自盆地内部的扎翁古兹坳陷 ^[8,10-11] 。笔者研究认为别什肯特坳陷中下侏罗统烃源岩对东北部断阶带烃类成藏不可忽视。

别什肯特坳陷及邻区中下侏罗统发育了泥岩夹砂岩、粉砂岩，单层厚度介于 10 ～ 20 m ^[17] ，砂岩、粉砂岩被大段优质泥岩烃源岩所夹持，虽然储层物性较差 ^[30] ，但是气源充足。因此，中下侏罗统油气勘探应该以寻找致密气为主，埋藏浅、储层物性相对较好的区块是天然气勘探前景区，应该突破常规天然气勘探，开辟非常规天然气勘探新领域。

5　结论

1 ）阿姆河盆地别什肯特坳陷及邻区中下侏罗统上段发育一套海陆过渡相泥岩烃源岩，有机质丰度一般到高，为偏腐殖混合型，处于成熟阶段；中侏罗统卡洛夫阶下段浅海相泥质石灰岩有机质丰度较低，为非烃源岩。

2 ）中下侏罗统海陆过渡相烃源岩有机质来源于浅水宏观底栖藻类，形成于高盐度弱还原—还原的潟湖环境。

3 ）别什肯特坳陷中下侏罗统烃源岩在早白垩世晚期开始生烃，晚白垩世达到生烃高峰阶段，现今仍处于生烃高峰阶段；偏腐殖混合型干酪根以生气为主，兼生油，该观点突破了前人对别什肯特坳陷生烃潜力的认识。

4 ）致密气是别什肯特坳陷及邻区中下侏罗统天然气勘探的新领域，烃源岩成熟度高、现今埋藏浅、储层物性较好的区块是致密砂岩气勘探领域。

致谢：感谢中国石油勘探开发研究院陈建平教授和《天然气工业》两位审稿专家提出的中肯意见。