柯坪地区萨尔干组海相烃源岩的的形成研究

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柯坪地区萨尔干组海相烃源岩的的形成研究

摘要：　柯坪地区中-上奥陶统萨尔干组与上奥陶统印干组海相烃源岩是塔里木盆地重要的

烃源岩组成部分,　对其特征及其成因机制的研究具有重要的科学意义和经济价值。在通过岩石

热解分析对比研究萨尔干组与印干组海相烃源岩现今地球化学特征的基础上,　通过微量和稀土

元素从地球生物学的角度对其特征差异性成因机制进行了探讨。结果表明,　萨尔干组和印干组

黑色页岩现今均处于成熟-高成熟阶段,　萨尔干组的有机质丰度和古生产力水平都比印干组高,　

而古氧相和埋藏效率均较差。与印干组相比,　Caradoc 早期大洋缺氧事件使得柯坪地区同时期沉

积的萨尔干组页岩古生产力水平得到了显着提高,　在埋藏效率低、氧化还原条件差的情况下仍

为高有机质丰度烃源岩。

Abstract ：The　marine　source　rocks　of　Middle-Upper　Ordovician　Saergan　Formation　and　Upper　

Ordovician　Yingan　Formation　are　very　important　hydrocarbon　source　rocks　of　Tarim　Basin.The　study　

of　their　characteristics　and　genesis　is　of　great　scientific　and　economic　significance.This　paper　studies　

the　geochemical　characteristics　of　Saergan　Formation　and　Yingan　Formation　marine　source　rocks　by　

rock　pyrolysis　analysis.The　genetic　analysis　was　conducted　to　contrast　the　different　characteristics　of　

Saergan　shale　and　Yingan　shale　on　the　basis　of　trace　elements　and　rare　earth　elements.The　result　

shows　that　both　Saergan　shale　and　Yingan　shale　are　in　the　mature-high　maturity　stage.Both　the　organic

matter　abundance　and　the　level　of　paleoproductivity　of　Saergan　Formation　are　higher　than　those　of　

Yingan　Formation.However,　the　condition　of　paleo　oxygenation　facies　and　burial　efficiency　are　

worse.Compared　with　Yingan　shale,　the　paleoproductivity　of　Saergan　shale　isobviously　enhanced　by　

the　early　Caradoc　oceanic　anoxic　event　in　Keping　region.Moreover,　Saergan　shale　still　contains　high　

organic　matter　abundance　source　rock　in　the　conditions　of　low　burial　efficiency　and　poor　redox.

Keyword ：oceanic　anoxic　event;　paleoproductivity;　Yingan　Formation;　Saergan　Formation;　marine

source　rock;　Keping　region;

海相地层一直是油气勘探的重要领域,　我国海相烃源岩具有时代老、有机质丰度低、成熟度

高、埋藏深,　而且大多经历了多旋回构造演化导致其保存条件差等特点[1]。海相烃源岩的这些

复杂特征给其识别和评价带来了极大的困难,　在一定程度上制约了我国海相地层油气勘探。前

人[2,3,4]利用反演法基于最终残存的有机碳含量及其他参数用以反溯在早期成岩阶段结束时的

原始有机质含量,　对海相烃源岩开展了大量的研究工作,　取得了丰硕的成果。但是这种方法精确

度有限,　并不能准确恢复其原始状态。烃源岩正演分析则立足于从原始生物有机质到沉积有机

质再到埋藏有机质演化的角度,　综合运用地球生态学、地球微生物学、分子地球生物学和生物

地球化学方法对烃源岩的原始生烃潜力进行评价[5]。该类方法为高演化低残余有机质丰度烃源

岩的认识和评价提供了新的探索途径,　前人[6,7,8,9,10,11]用其对海相烃源岩进行了研究,　取得了

新的科学性认识。

中-上奥陶统萨尔干组和上奥陶统印干组页岩是塔里木盆地奥陶系重要的海相烃源岩,　有关这 2

套烃源岩的构造背景、沉积环境、空间展布、地球化学特征等方面的研究颇多[12,13,14,15],　但

是关于其发育成因机制的研究则鲜有报道。因此,　笔者在分别厘定萨尔干组和印干组海相烃源

岩现今地球化学特征的基础上,　针对其热演化程度都很高,　但是有机质丰度差别悬殊的现状,　借

助地球生物学方法试图从正演的角度来揭示其有机质丰度差异的原因,　并对其成因机理进行探

讨,　以期为烃源岩评价和后期预测提供理论依据和科学支撑。

 1 、地质背景

　大湾沟剖面位于塔里木盆地柯坪地区东北部(图1-a,　b)　,　是塔里木盆地中-上奥陶统萨尔干组和

上奥陶统印干组出露发育最好的剖面。该剖面于 2002 年被确定为上奥陶统底界全球辅助层型

剖面[16],　是开展萨尔干组和印干组研究最佳的切入点,　很具代表性。本次研究以该条剖面为例,　

大湾沟剖面依次出露中奥陶统大湾沟组,　中-上奥陶统萨尔干组,　上奥陶统坎岭组、其浪组、印

干组和柯坪塔格组,　其中萨尔干组的厚度为 8m,　岩性为黑色页岩夹薄层状灰黑色泥质灰岩,　印干

组为厚度30　m 　的黑色页岩、炭质页岩夹薄层泥质灰岩(图1-c)　。

 2 、样品采集与测试分析

本次研究对大湾沟剖面中-上奥陶统萨尔干组和上奥陶统印干组页岩进行了连续的采样,　为了降

低野外地质露头样品遭受风化作用的影响,　采集样品时使用野外汽油取样钻机钻取地表新鲜露

头样品,　一共采集萨尔干组黑色页岩样品 27 个,　印干组黑色页岩样品 23 个。室内挑选和研磨黑

色页岩样品时,　考虑到其岩性的非均质性,　选取颜色深、质地纯的黑色页岩,　并且用小刀轻轻刮

去其表面的杂质污染物。烃源岩样品的岩石热解分析、微量和稀土元素测试工作均在西北大学

大陆动力学国家重点实验室完成,　其中岩石热解测试统计结果见表1。

图1　塔里木盆地柯坪地区大湾沟剖面位置及地层柱状图Fig.1　Location　map　and　stratigraphic

column　of　the　Dawangou　section　in　Keping　region,　Tarim　Basin

3 、烃源岩地球化学特征

3.1 　、有机质丰度

有机质丰度是衡量烃源岩生烃数量多少的重要指标,　柯坪地区大湾沟剖面中-上奥陶统萨尔干组

的有机碳质量分数为 0.61%~5.68%,　平均 2.66%,　生烃潜量为 0.13~5.54　mg/g,　平均 2.17mg/g;上奥

陶统印干组的有机碳质量分数为 0.38%~1.49%,　平均 0.72%,　生烃潜量为 0.21~1.42mg/g,　平均

0.76mg/g。萨尔干组页岩的有机碳质量分数和生烃潜量均明显高于印干组,　按照陈建平等[17]建

立的我国古生界海相烃源岩有机质丰度评价等级划分标准,　萨尔干组为中等-好烃源岩,　而印干

组则为差烃源岩。同时由图 2可以看出,　萨尔干组的有机碳质量分数和生烃潜量变化范围大于

印干组,　即萨尔干组烃源岩的非均质性强于印干组,　这可能与沉积时期的海平面升降变化有关。

3.2 　、有机质成熟度

海相沉积地层中缺乏镜质体,　使得传统有效的衡量烃源岩成熟度高低的镜质组反射率参数较难

获得。因此,　通过测定镜状体、固体沥青、笔石体和几丁虫壳体等有机组分的反射率,　将其换算

为等效镜质体反射率来标定烃源岩的有机质成熟度[18]。张水昌等[12]研究认为柯坪地区中-上

　奥陶统萨尔干组和上奥陶统印干组页岩的等效镜质组反射率(VRE)　为1.1%~1.3%;王飞宇等[13]

从实测的有机组分反射率换算得到萨尔干组页岩的等效镜质组反射率为 1.58%~1.61%;王庆涛等

[19]采用催化加氢裂解和实际测量相结合的方法,　确定出萨尔干组和印干组页岩的镜质体反射率

为1.1%~1.4%。前人的这些研究成果均表明,　萨尔干组和印干组页岩的热演化程度高,　都处于成

熟-高成熟阶段。

烃源岩的残余有机碳质量分数和生烃潜量随着其热演化程度的加剧而减少,　柯坪地区萨尔干组

和印干组页岩热演化程度相近,　现今均处于成熟-高成熟阶段,　由此可见有机质成熟度并不是导

致萨尔干组有机质丰度高于印干组的原因。

表1　柯坪地区大湾沟剖面萨尔干组与印干组有机质丰度评价 Table　1　Evaluation　of　Saergan　and

Yingan　formations　organic　matter　abundance　at　Dawangou　section　in　Keping　region

图2　　柯坪地区大湾沟剖面萨尔干组 (a)　　和印干组 (b)　地球生物学特征 Fig.2　Geobiological

characteristics　of　Saergan　and　Yingan　formations　at　Dawangou　section　in　Keping　region

 4 、烃源岩形成的地球生物学条件

针对柯坪地区萨尔干组有机质丰度明显高于印干组而其热演化程度接近的现状,　尝试从正演的

角度借助地球生物学方法来分析探讨萨尔干组高丰度烃源岩的形成原因。

4.1 　、古生产力

Cu、Zn、Ni 等营养元素随着生物体而沉积到沉积物中,　在后期的埋藏成岩过程中变化不大,　已

经被广泛应用于表征生产力水平的高低[20,21]。柯坪地区大湾沟剖面萨尔干组和印干组页岩的

Cu、Zn、Ni 元素含量与其有机碳含量和生烃潜量具有相似的变化趋势,　可以用来定性地反映古

生产力水平的高低,　Cu、Zn、Ni 含量越高表示古生产力水平越高;反之则越低。其中,　萨尔干组

页岩的 w　(Cu)　为65.8×10-6~138×10-6,　平均为 93.7×10-6,　w　(Zn)　为61×10-6~148×10-6,　平均为

109.8×10-6,　w　(Ni)　为31.6×10-6~150×10-6,　平均为 68.7×10-6　(图2-a)　;印干组的 w　(Cu)　为

60.4×10-6~70.1×10-6,　平均为 66.8×10-6,　w　(Zn)　为70.9×10-6~119×10-6,　平均为 91.4×10-6,　w　(Ni)　

为33.4×10-6~54.2×10-6,　平均为 45×10-6　(图2-b)　。萨尔干组页岩的 Cu、Zn、Ni 质量分数均明

显高于印干组,　表明萨尔干组页岩的古生产力水平高于印干组。

4.2 　、古氧相

　稀土元素 (REE)　的含量、组合及变化规律对沉积环境的变化十分敏感,　因而被广泛应用于古氧

相的研究[22]。前人[22,23]研究指出,　稀土元素总量w　(ΣREE)　　低(与常用作标准化的平均页岩稀

土元素总量数值相比较)　,　δEu≥1,　Ceanom>-0.1 指示缺氧环境;反之w　(ΣREE)　高,　δEu<1,　δCe<-0.1

代表富氧环境。其中,

　式(1)　　、(2)　中:N 表示以北美页岩标准化。

大湾沟剖面萨尔干组和印干组页岩稀土元素以北美页岩标准化后,　萨尔干组页岩 w　(ΣREE)　(不

包括 Y)　为80.1×10-6~360.2×10-6,　平均为 193.7×10-6,　略高于北美页岩的 w　(ΣREE)　值173.2×10-

6,　δEu 值为 1.04~1.24,　平均为 1.11,　Ceanom 为-0.07~-0.02,　平均为-0.04,　　表明其以贫氧环境为主

(图2-a)　;而印干组的 w　(ΣREE)　为143.1×10-6~180.5×10-6,　平均为 165.6×10-6,　低于北美页岩的 w

(ΣREE)　值,　δEu 为1.25~1.30,　平均为 1.28,　Ceanom 值为-0.06~-0.04,　平均为-0.05,　显示为厌氧环境

(图2-b)　。比较而言,　印干组的厌氧环境更有利于有机质的保存。

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摘要：

柯坪地区萨尔干组海相烃源岩的的形成研究摘要：　柯坪地区中-上奥陶统萨尔干组与上奥陶统印干组海相烃源岩是塔里木盆地重要的烃源岩组成部分,　对其特征及其成因机制的研究具有重要的科学意义和经济价值。在通过岩石热解分析对比研究萨尔干组与印干组海相烃源岩现今地球化学特征的基础上,　通过微量和稀土元素从地球生物学的角度对其特征差异性成因机制进行了探讨。结果表明,　萨尔干组和印干组黑色页岩现今均处于成熟-高成熟阶段,　萨尔干组的有机质丰度和古生产力水平都比印干组高,　而古氧相和埋藏效率均较差。与印干组相比,　Caradoc早期大洋缺氧事件使得柯坪地区同时期沉积的萨尔干组页岩古生产力水平得到了显着提高...

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