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摘 要：准噶尔盆地东北缘石炭系烃源岩主要分布在准东和腹部地区，根据野外地表调查，针对准噶尔东北缘石炭系烃源岩有机质丰度、类型、成熟度特征进行了综合研究和评价，研究区烃源岩主要为灰黑色碳质粉砂质泥岩、泥岩。结果表明：该区石炭系烃源岩有机质丰度总体上属差-中等烃源岩。姜巴斯套组下段烃源岩有机质类型主要为Ⅰ型;中段烃源岩有机质类型以Ⅱ1、Ⅲ为主;上段有机碳含量较低，据相关变化趋势推测其有机碳类型为以Ⅲ型为主。因此总体上有机质类型为Ⅱ2-Ⅲ型。有机质成熟度总体上属成熟-高熟，主要为高熟。综上所述，准噶尔东北缘的石炭系是一套较有效的烃源岩，在该区寻找油气具重要意义。
关键词：准噶尔盆地东北缘;石炭系;烃源岩评价;烃源岩特征
准噶尔盆地东北缘，位于北山煤窑-青河一线，包括北塔山、卡拉麦里山、青格拉底山和阿尔曼特山。东北缘古生代地层广泛发育，归属于天山-兴安地槽褶皱系准噶尔褶皱带，卡拉麦里蛇绿岩带在新疆北部构成西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块缝合线[1]。石炭系烃源岩主要分布于准噶尔盆地东部，西北局部存在零星分布，集中在准东上石炭统巴塔玛依内山组与石钱滩组、下石炭统滴水泉组[2-3]，其中准东石炭系烃源岩对盆地内的油气成藏更具重要意义，主要分布于卡拉麦里地区，指卡拉麦里山以南，博格达山前阜康断裂以北，滴水泉南-沙南-沙丘北断裂以东的广大地区，总体上为NW向隆起构造带[4]，近年来陆续发现了源自于石炭系烃源岩的油气[5]，在五彩湾凹陷、滴水泉及帐北断阶带地区发现来源于石炭系的工业性油气，对于油气资源具重要意义，但石炭系的勘探程度仍较低。目前对油气的认识主要来源于二叠系与侏罗系[6-7]。但从野外地质观察踏勘可发现在准噶尔盆地东北缘的富蕴地区也有较厚的石炭系泥岩分布，在准噶尔盆地北缘的富蕴盆地，石炭系姜巴斯套组至少发育3套滨浅海相暗色泥岩，目前学者们在该方面的研究较少，部分学者在这里只做了少量调查研究[8-9]。因此，本文主要通过对盆地东北部的富蕴地区姜巴斯套组下段（第一亚组）、中段（第二亚组）、上段（第三亚组）中的暗色泥岩沉积环境的分析和对野外采集的烃源岩样品进行TOC、生烃潜量、干酪根的镜检、Ro、Tmax特征進行分析评价，为后期新疆东北部石炭系烃源岩勘探开发提供指导。
1 地质背景
形成富蕴盆地的原因是准噶尔板块和西伯利亚板发生俯冲碰撞，不同学者针对盆地性质的认识有较大争议[10-13]，目前趋向于认为是沟-弧-盆系统中的前渊沉积[13]。构造区划属于天山-兴蒙造山系阿尔泰弧盆区阿尔泰南缘增生弧。富蕴县西南萨尔布拉克是盆地地层主要出露的地区，属于东准噶尔地层分区两台地层小区，包括泥盆系、石炭系和第四系，及少量二叠系（图1）[14，15]，按时代由老到新分别为北塔山组、蕴都喀拉组、黑山头组、姜巴斯套组、喀拉额尔齐斯河组、特斯把汗组、库尔提组及第四系。由于受晚古生代华力西期构造运动影响，区内地层呈NW向展布，地层走向为 NW向，产状近直立，倾向NE。近 NW向、NNW向和NWW向3组压性、压扭性断层发育，下石炭统在SE方向逐渐尖灭。
本区石炭系分布广泛，沉积类型有陆相、海相、海陆交互相。区内构造活动较频繁，并伴有火山喷发，发育一套巨厚槽盆相火山岩、碎屑岩建造，局部存在地台相碳酸盐岩建造[16]。各区岩性变化较大，地层发育程度也有较大差别。石炭系自下而上为黑山头组、姜巴斯套组、巴塔玛依内山组。富蕴地区暗色泥岩主要发育于石炭系姜巴斯套组，根据其沉积序列特征，自下而上可划分为三段（亚组），即下段（第一亚组）、中段（第二亚组）和上段（第三亚组） （图2）。下段（第一亚组）岩性主要有火山碎屑岩、陆源碎屑岩，其中长石质杂砂岩、杂砂岩较多，该组为滨海相-浅海相沉积，粒度较粗。中段（第二亚组）岩性上部粗砂岩、含砾细砂岩较多，中部出现厚层生屑灰岩及厚层页岩，下部多出现粗砂岩、中粒砂岩与页岩或泥岩的互层，该组为滨海相沉积。上段（第三亚组）岩性以含砾粗砂岩、粗砂岩与泥岩的旋回层为主，为三角洲前缘和三角洲平原相。
2 烃源岩分布特征
研究剖面处于富蕴县西南萨尔布拉克地区，对姜巴斯套组出露的最厚位置进行了详细地层实测，并对该区三段（亚组）的暗色泥岩分别进行连续采样（图2）。其中，下段（第一亚组）和中段（第二亚组）通过探槽取样，上段（第三亚组）受野外地形条件制约，采用简单露头揭露取样。各段间均含较厚灰黑色碳质粉砂质泥岩、泥岩，是本区主要烃源岩层系。
下段（第一亚组） 通过探槽TC01表明，其岩性为岩屑砂岩夹深灰-灰黑色碳质泥岩、黄绿色粉砂岩，其中间夹含砾岩屑粗砂岩及数套层间砾岩透镜体、数套石英砂岩透镜体，顶部为浅灰色生物碎屑灰岩透镜体，厚10～250 m，含大量生物，如海百合茎、苔藓虫、菊石、腕足等化石，顺走向延伸尖灭相变为粉砂质泥岩、黄绿色泥岩。本段总体砂泥比在萨尔布拉克附近约为2∶1～3∶1，深灰-灰黑色碳质泥岩多与黄绿色砂岩韵律互层，单套的灰黑色碳质泥岩连续厚数米至80 m不等，累积厚约150～200 m，总体上沉积环境为滨岸-浅水陆棚。
中段（第二亚组） 通过探槽TC02表明，其岩性为细砂岩夹灰黑色碳质泥岩、灰绿色、黄绿色粉砂岩，两者部分为韵律互层，总体砂泥比大约为2∶1。岩屑粗砂岩中局部见大量腕足印模、植物印模。从沉积序列上看，本段下部含碳质泥岩较少，往上逐渐增多，中上部碳质泥岩段较厚，且有机碳含量较高。单套灰黑色碳质泥岩连续厚度在数米至数十米不等，累积厚度约100～300 m，总体沉积环境为滨岸-潮坪-浅水陆棚。
上段（第三亚组） 为含砾粗砂岩夹凝灰质砂岩、灰绿色、灰色粉砂岩，中上部为灰黑色碳质泥岩和黄绿色砂岩不等厚互层，单套灰黑色碳质泥岩厚度为数米至20 m不等，累积厚度约80～100 m，总体沉积环境为海陆交互-浅水陆棚。 该区姜巴斯套组暗色泥岩主要分布于富蕴-青河及卡拉麦里山，平面上呈NW向展布，厚度以富蘊西侧的萨尔布拉克金矿一带最厚，厚0～150 m，向两侧厚度逐渐减薄。姜巴斯套组在本区横向变化较大，如在杜热乡别勒库都克所见的中段（第二亚组）岩性中凝灰质增多，其碳质泥岩厚度减薄，且有机碳比萨尔布拉克低。位于碦拉通克铁矿南侧的姜巴斯套组，从野外有限的露头观察到岩性以石英砂岩、灰色砂岩、黄色泥岩为主，其沉积环境水体较浅，而灰黑色碳质泥岩因掩盖并未看到。
3 烃源岩评价
3.1 有机质丰度
选取野外的代表性样品，进行地球化学相关分析测试，所有样品测试均在新疆矿产实验研究所国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心完成。根据样品分析结果显示，有机碳含量（TOC）为0.088%～1.11%，平均0.52%，多数样品有机碳含量大于0.5%（表1）。氯仿沥青“A” 0.0028%～0.0087%，平均0.0058%，总烃26.67%～52.17%，平均39.98%;生烃潜量0.0299%～0.117%，平均0.0642%。覆盖区 （伦3井）烃源岩样品测试成果分析表明，有机碳含量为0.14%～1.86%，平均0.77%，岩石热解S1+S2为0.01～3.59 mg/g，平均0.42 mg/g;氯仿沥青“A”为0.0441%～0.1387% 。从该结果可见，生烃潜量偏低，有机质丰度总体属于差-中等烃源岩。
3.2 有机质类型
烃源岩以富蕴萨尔布拉克一带最典型，可分为下、中、上3段。下段烃源岩中干酪根显微组分中的腐泥组含量均大于90%，壳质组、镜质组和惰质组含量均较低，未见树脂体，TI值均在82以上，干酪根类型为I型（表2）。中段烃源岩干酪根显微组分中腐泥组含量0-89.5%，TI值为-99.5%～80%（表2），浮动范围大，干酪根类型以Ⅱ1、Ⅲ为主，其中Ⅱ1、Ⅱ2型的样品均为探槽中采集，而Ⅲ型样品均为地表采集。上段有机碳含量较低（表1），据相关变化趋势推测其有机碳类型为以Ⅲ型为主。烃源岩有机质类型划分也可根据岩石热解特征中HI-Tmax图版表明，结合图3中分布情况来看，姜巴斯套组样品主要处于Ⅲ型区根部。姜巴斯套组烃源岩H/C原子比为0.15～ 0. 24，由图4可见，姜巴斯套组烃源岩主要分布在三类四分法的Ⅲ2型区间。结合以上综合分析认为姜巴斯套组烃源岩干酪根类型处于Ⅱ2-Ⅲ型区间。
3.3 有机质成熟度
目前反映有机质成熟度最可靠、最直观的指标是镜质体反射率（Ro）。此外，还有岩石的最大热解峰值（Tmax）一般也用来评价有机质成熟度。本次共做了15个Ro值测定和岩石热解分析。由表3可见，本区烃源岩中镜质体反射率普遍很高，最低1.123%，最高1.575%，平均1.324%，多数样品已进入高成熟阶段（本阶段Ro值为1.3%～2.0%）。Tmax值为535.0℃，该值也非常高，这一峰值说明该区有机质已达高成熟阶段。综上所述，该区总体上有机质成熟度属于成熟-高熟，主要以高熟为主。
4 烃源岩综合评价
姜巴斯套组中段总有机碳含量较上、下段高，该段有机碳含量平均为0.62%。总体上，中段暗色粉砂质泥岩颜色相对上、下段更深，与残留总有机碳含量一致，但单层连续厚度较上、下段小，与砂岩韵律频繁。从探槽的分析数据来看，本次中段（第二亚组）采集的碳质泥岩样品（萨尔布拉克金矿附近），其TOC为0.793%～1.09%，平均值为0.961%，属较好的烃源岩;在金矿西南数十公里外杜热乡采集的碳质泥岩层数及厚度明显减少，其TOC为0.207%～0.758%，且半数样品未达到0.5%，属于较差-中等的烃源岩。在第三亚组采集的2件泥页岩样品（萨尔布拉克金矿附近），TOC为0.483%，尚未达到生油标准。考虑到风化影响，校正后可能达到较差-中等的烃源岩，这进一步表明姜巴斯套组横向岩性及含碳量差异较大。通过前面对烃源岩分布特征、依据所测野外采集样品的TOC、生烃潜量、干酪根的镜检、Ro、Tmax特征分析，石炭系姜巴斯套组烃源岩有机质丰度较低，有机质类型以Ⅱ2和Ⅲ型为主，成熟度较高，为一套差-中等烃源岩。
5 结论
（1） 本区姜巴斯套组各段均含较厚的灰黑色碳质粉砂质泥岩、泥岩，是本区主力烃源岩层系，累计厚200～300 m。
（2） 所取烃源岩有机碳含量0.088%～1.11%，平均0.52%，地化特征表明为一套丰度差-中等烃源岩，具备较好的生油条件;有机质成熟度为1.123%～1.575%，平均1.324%，属成熟-高熟，以高熟为主;有机质类型为Ⅱ2-Ⅲ型。
（3） 综上所述，该区姜巴斯套组烃源岩具较好的油气生成能力，且具一定规模。但该地区姜巴斯套组横向岩性及含碳量差异较大。但总体来说该区有较大的开发空间和勘探潜力。
参考文献
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关键词：准噶尔盆地东北缘;石炭系;烃源岩评价;烃源岩特征
准噶尔盆地东北缘，位于北山煤窑-青河一线，包括北塔山、卡拉麦里山、青格拉底山和阿尔曼特山。东北缘古生代地层广泛发育，归属于天山-兴安地槽褶皱系准噶尔褶皱带，卡拉麦里蛇绿岩带在新疆北部构成西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块缝合线[1]。石炭系烃源岩主要分布于准噶尔盆地东部，西北局部存在零星分布，集中在准东上石炭统巴塔玛依内山组与石钱滩组、下石炭统滴水泉组[2-3]，其中准东石炭系烃源岩对盆地内的油气成藏更具重要意义，主要分布于卡拉麦里地区，指卡拉麦里山以南，博格达山前阜康断裂以北，滴水泉南-沙南-沙丘北断裂以东的广大地区，总体上为NW向隆起构造带[4]，近年来陆续发现了源自于石炭系烃源岩的油气[5]，在五彩湾凹陷、滴水泉及帐北断阶带地区发现来源于石炭系的工业性油气，对于油气资源具重要意义，但石炭系的勘探程度仍较低。目前对油气的认识主要来源于二叠系与侏罗系[6-7]。但从野外地质观察踏勘可发现在准噶尔盆地东北缘的富蕴地区也有较厚的石炭系泥岩分布，在准噶尔盆地北缘的富蕴盆地，石炭系姜巴斯套组至少发育3套滨浅海相暗色泥岩，目前学者们在该方面的研究较少，部分学者在这里只做了少量调查研究[8-9]。因此，本文主要通过对盆地东北部的富蕴地区姜巴斯套组下段（第一亚组）、中段（第二亚组）、上段（第三亚组）中的暗色泥岩沉积环境的分析和对野外采集的烃源岩样品进行TOC、生烃潜量、干酪根的镜检、Ro、Tmax特征進行分析评价，为后期新疆东北部石炭系烃源岩勘探开发提供指导。
1 地质背景
形成富蕴盆地的原因是准噶尔板块和西伯利亚板发生俯冲碰撞，不同学者针对盆地性质的认识有较大争议[10-13]，目前趋向于认为是沟-弧-盆系统中的前渊沉积[13]。构造区划属于天山-兴蒙造山系阿尔泰弧盆区阿尔泰南缘增生弧。富蕴县西南萨尔布拉克是盆地地层主要出露的地区，属于东准噶尔地层分区两台地层小区，包括泥盆系、石炭系和第四系，及少量二叠系（图1）[14，15]，按时代由老到新分别为北塔山组、蕴都喀拉组、黑山头组、姜巴斯套组、喀拉额尔齐斯河组、特斯把汗组、库尔提组及第四系。由于受晚古生代华力西期构造运动影响，区内地层呈NW向展布，地层走向为 NW向，产状近直立，倾向NE。近 NW向、NNW向和NWW向3组压性、压扭性断层发育，下石炭统在SE方向逐渐尖灭。
本区石炭系分布广泛，沉积类型有陆相、海相、海陆交互相。区内构造活动较频繁，并伴有火山喷发，发育一套巨厚槽盆相火山岩、碎屑岩建造，局部存在地台相碳酸盐岩建造[16]。各区岩性变化较大，地层发育程度也有较大差别。石炭系自下而上为黑山头组、姜巴斯套组、巴塔玛依内山组。富蕴地区暗色泥岩主要发育于石炭系姜巴斯套组，根据其沉积序列特征，自下而上可划分为三段（亚组），即下段（第一亚组）、中段（第二亚组）和上段（第三亚组） （图2）。下段（第一亚组）岩性主要有火山碎屑岩、陆源碎屑岩，其中长石质杂砂岩、杂砂岩较多，该组为滨海相-浅海相沉积，粒度较粗。中段（第二亚组）岩性上部粗砂岩、含砾细砂岩较多，中部出现厚层生屑灰岩及厚层页岩，下部多出现粗砂岩、中粒砂岩与页岩或泥岩的互层，该组为滨海相沉积。上段（第三亚组）岩性以含砾粗砂岩、粗砂岩与泥岩的旋回层为主，为三角洲前缘和三角洲平原相。
2 烃源岩分布特征
研究剖面处于富蕴县西南萨尔布拉克地区，对姜巴斯套组出露的最厚位置进行了详细地层实测，并对该区三段（亚组）的暗色泥岩分别进行连续采样（图2）。其中，下段（第一亚组）和中段（第二亚组）通过探槽取样，上段（第三亚组）受野外地形条件制约，采用简单露头揭露取样。各段间均含较厚灰黑色碳质粉砂质泥岩、泥岩，是本区主要烃源岩层系。
下段（第一亚组） 通过探槽TC01表明，其岩性为岩屑砂岩夹深灰-灰黑色碳质泥岩、黄绿色粉砂岩，其中间夹含砾岩屑粗砂岩及数套层间砾岩透镜体、数套石英砂岩透镜体，顶部为浅灰色生物碎屑灰岩透镜体，厚10～250 m，含大量生物，如海百合茎、苔藓虫、菊石、腕足等化石，顺走向延伸尖灭相变为粉砂质泥岩、黄绿色泥岩。本段总体砂泥比在萨尔布拉克附近约为2∶1～3∶1，深灰-灰黑色碳质泥岩多与黄绿色砂岩韵律互层，单套的灰黑色碳质泥岩连续厚数米至80 m不等，累积厚约150～200 m，总体上沉积环境为滨岸-浅水陆棚。
中段（第二亚组） 通过探槽TC02表明，其岩性为细砂岩夹灰黑色碳质泥岩、灰绿色、黄绿色粉砂岩，两者部分为韵律互层，总体砂泥比大约为2∶1。岩屑粗砂岩中局部见大量腕足印模、植物印模。从沉积序列上看，本段下部含碳质泥岩较少，往上逐渐增多，中上部碳质泥岩段较厚，且有机碳含量较高。单套灰黑色碳质泥岩连续厚度在数米至数十米不等，累积厚度约100～300 m，总体沉积环境为滨岸-潮坪-浅水陆棚。
上段（第三亚组） 为含砾粗砂岩夹凝灰质砂岩、灰绿色、灰色粉砂岩，中上部为灰黑色碳质泥岩和黄绿色砂岩不等厚互层，单套灰黑色碳质泥岩厚度为数米至20 m不等，累积厚度约80～100 m，总体沉积环境为海陆交互-浅水陆棚。 该区姜巴斯套组暗色泥岩主要分布于富蕴-青河及卡拉麦里山，平面上呈NW向展布，厚度以富蘊西侧的萨尔布拉克金矿一带最厚，厚0～150 m，向两侧厚度逐渐减薄。姜巴斯套组在本区横向变化较大，如在杜热乡别勒库都克所见的中段（第二亚组）岩性中凝灰质增多，其碳质泥岩厚度减薄，且有机碳比萨尔布拉克低。位于碦拉通克铁矿南侧的姜巴斯套组，从野外有限的露头观察到岩性以石英砂岩、灰色砂岩、黄色泥岩为主，其沉积环境水体较浅，而灰黑色碳质泥岩因掩盖并未看到。
3 烃源岩评价
3.1 有机质丰度
选取野外的代表性样品，进行地球化学相关分析测试，所有样品测试均在新疆矿产实验研究所国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心完成。根据样品分析结果显示，有机碳含量（TOC）为0.088%～1.11%，平均0.52%，多数样品有机碳含量大于0.5%（表1）。氯仿沥青“A” 0.0028%～0.0087%，平均0.0058%，总烃26.67%～52.17%，平均39.98%;生烃潜量0.0299%～0.117%，平均0.0642%。覆盖区 （伦3井）烃源岩样品测试成果分析表明，有机碳含量为0.14%～1.86%，平均0.77%，岩石热解S1+S2为0.01～3.59 mg/g，平均0.42 mg/g;氯仿沥青“A”为0.0441%～0.1387% 。从该结果可见，生烃潜量偏低，有机质丰度总体属于差-中等烃源岩。
3.2 有机质类型
烃源岩以富蕴萨尔布拉克一带最典型，可分为下、中、上3段。下段烃源岩中干酪根显微组分中的腐泥组含量均大于90%，壳质组、镜质组和惰质组含量均较低，未见树脂体，TI值均在82以上，干酪根类型为I型（表2）。中段烃源岩干酪根显微组分中腐泥组含量0-89.5%，TI值为-99.5%～80%（表2），浮动范围大，干酪根类型以Ⅱ1、Ⅲ为主，其中Ⅱ1、Ⅱ2型的样品均为探槽中采集，而Ⅲ型样品均为地表采集。上段有机碳含量较低（表1），据相关变化趋势推测其有机碳类型为以Ⅲ型为主。烃源岩有机质类型划分也可根据岩石热解特征中HI-Tmax图版表明，结合图3中分布情况来看，姜巴斯套组样品主要处于Ⅲ型区根部。姜巴斯套组烃源岩H/C原子比为0.15～ 0. 24，由图4可见，姜巴斯套组烃源岩主要分布在三类四分法的Ⅲ2型区间。结合以上综合分析认为姜巴斯套组烃源岩干酪根类型处于Ⅱ2-Ⅲ型区间。
3.3 有机质成熟度
目前反映有机质成熟度最可靠、最直观的指标是镜质体反射率（Ro）。此外，还有岩石的最大热解峰值（Tmax）一般也用来评价有机质成熟度。本次共做了15个Ro值测定和岩石热解分析。由表3可见，本区烃源岩中镜质体反射率普遍很高，最低1.123%，最高1.575%，平均1.324%，多数样品已进入高成熟阶段（本阶段Ro值为1.3%～2.0%）。Tmax值为535.0℃，该值也非常高，这一峰值说明该区有机质已达高成熟阶段。综上所述，该区总体上有机质成熟度属于成熟-高熟，主要以高熟为主。
4 烃源岩综合评价
姜巴斯套组中段总有机碳含量较上、下段高，该段有机碳含量平均为0.62%。总体上，中段暗色粉砂质泥岩颜色相对上、下段更深，与残留总有机碳含量一致，但单层连续厚度较上、下段小，与砂岩韵律频繁。从探槽的分析数据来看，本次中段（第二亚组）采集的碳质泥岩样品（萨尔布拉克金矿附近），其TOC为0.793%～1.09%，平均值为0.961%，属较好的烃源岩;在金矿西南数十公里外杜热乡采集的碳质泥岩层数及厚度明显减少，其TOC为0.207%～0.758%，且半数样品未达到0.5%，属于较差-中等的烃源岩。在第三亚组采集的2件泥页岩样品（萨尔布拉克金矿附近），TOC为0.483%，尚未达到生油标准。考虑到风化影响，校正后可能达到较差-中等的烃源岩，这进一步表明姜巴斯套组横向岩性及含碳量差异较大。通过前面对烃源岩分布特征、依据所测野外采集样品的TOC、生烃潜量、干酪根的镜检、Ro、Tmax特征分析，石炭系姜巴斯套组烃源岩有机质丰度较低，有机质类型以Ⅱ2和Ⅲ型为主，成熟度较高，为一套差-中等烃源岩。
5 结论
（1） 本区姜巴斯套组各段均含较厚的灰黑色碳质粉砂质泥岩、泥岩，是本区主力烃源岩层系，累计厚200～300 m。
（2） 所取烃源岩有机碳含量0.088%～1.11%，平均0.52%，地化特征表明为一套丰度差-中等烃源岩，具备较好的生油条件;有机质成熟度为1.123%～1.575%，平均1.324%，属成熟-高熟，以高熟为主;有机质类型为Ⅱ2-Ⅲ型。
（3） 综上所述，该区姜巴斯套组烃源岩具较好的油气生成能力，且具一定规模。但该地区姜巴斯套组横向岩性及含碳量差异较大。但总体来说该区有较大的开发空间和勘探潜力。
参考文献
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