摘　要：以往对准噶尔盆地石炭系烃源岩生烃潜力的研究主要是采用静态地球化学指标进行的，目前尚无对生烃动态特征的系统评价，因而制约了对该区烃源岩潜力的客观认识和资源战略选区。为此，选取不同沉积环境发育的多种类型的烃源岩样品，通过烃源岩生烃热模拟实验，对比分析了不同类型烃源岩的生烃产物、产率特征及生烃演化规律。实验结果表明：①该区石炭系不同沉积环境发育的烃源岩产烃能力差异较大，最大烃产率从高到低依次为弧间盆地深浅海相泥岩、弧后盆地漏湖相泥岩、残留洋盆滨浅海相泥岩、弧后盆地漏湖相沉凝灰岩；②烃源岩的产烃率大小受控于其母质与埋藏热演化条件，有机质类型越好，产烃率相对越高，而受火山作用影响越剧烈，则产烃率越低；③下石炭统广泛发育的弧间、弧后盆地暗色泥质岩类烃源岩具备高产烃率特征。最后指出乌伦古坳陷和滴水泉地区在早石炭世分别为弧间盆地火山活动间歇期泥质岩与溻湖环境泥岩有利烃源岩发育区，是准噶尔盆地以石炭系为烃源灶的有利勘探区。

关键词：准噶尔盆地  石炭纪  烃源岩  热模拟实验  生烃潜力  有机质类型  生烃产物  生烃产率

Hydrocarbon generation simulation of di fferent Carboni ferous source rocks in the Junggar Basin

Abstract：Previous studies on the hydrocarbon generation potential of Carboniferous source rocks in the Junggar Basin mainlv focused on the analysis ot static geochemical parameters，but no systematic evaluation of dynamic hydrocarbon generation potential has ever been carried out，which indeed constrains the understanding of resource potential and the identification of play fairways．Rock sampies were collected from various types of source rocks deposited in different environments for thermal simulation experiments，and a comparative analysis were performed on hydrocarbon generation products，yield characteristics and kinetic characteristics of hydrocarbon generation．The following results were obtained．(1)The hydrocarbon yields of the Cretaceous source rocks deposited in different sedimentary environments vary greatly．The rank of source rocks from high to low in respect of hydrocarbon vields is mudstones deposited in inter-arc basins，mudstones of lagoon facies in back-arc basins，mudstones of offshore-shallow marine facies in remnant-ocean basins，and tuffaceous mudstones．(2)The hydrocarbon yields are controlled by kerogen types of source rocks and the evolution of organic matters．The more favorable the kerogen types，the higher the hydrocarbon yields．Moreover，the stronger the impacts of volcanic activities，the lower the hydrocarbon yields．(3)The dark mudstone Source rocks developed in inter and back-arc basins have relatively higher hydrocarbon yields．The Wulungu Depression and the Dishuiquan area have well-develoDed mudstone source rocks deposited in inter-arc basins and lagoons during the Carboniferous，thus are favorable play fairways with ttle Carboniferous strata as the kitchen in the Junggar Basin．

Keywords：Junggar Basin，Carboniferous，source rocks，pyrolysis experiment，hydrocarbon generation potential，organic matter types，hydrocarbon products，hydrocarbon yield

准噶尔盆地为一个典型的大型多旋回复合叠加盆地，近年来的油气勘探证实石炭系具有良好的勘探前景，发现了准东五彩湾气田、克拉美丽气田和滴北地区泉1井区等多个以石炭系为烃源岩的油气田(藏)。油气源分析表明，目前发现的油气主要来源于下石炭统滴水泉组(C1d)和上石炭统巴塔玛依内山组(C2b)烃源岩^[1-3]。整体上。七述两套烃源岩有机质丰度高、有机质类型好，具有较好的生烃潜力^[4-6]。岩相古地理分析表明，该区在石炭纪主要处于海相或海陆交瓦相沉积环境，发育了残留洋盆、弧后盆地、弧间盆地和溻湖等多种烃源岩沉积环境，同时伴随有强烈的火山活动，形成了沉积岩与火成岩共生的复杂沉积建造^[7-8]。准噶尔盆地石炭系勘探领域广阔，油气成藏表现为近源成藏的特点，有效烃源岩的分布控制了油气(藏)的分布^[2-3]。因此，开展烃源岩生烃潜力评价，厘定有效烃源岩分布范围，对于该区石炭系有利勘探方向的选择起着决定性作用。但目前对研究区石炭系烃源岩潜力认识更多的是针对有机质丰度、类型、热解等静态参数指标的评价，尚无生烃动态特征的系统评价，对不同沉积环境发育的烃源岩生烃产物及不同生烃演化阶段的生烃产物、生烃量等认识还不清楚，严重制约了对石炭系烃源岩潜力的客观。

笔者以烃源岩生烃热模拟实验为基础，对准噶尔盆地石炭系不同沉积背景、不同岩石类型的烃源岩生烃潜力进行系统研究，明确优质烃源岩的发育环境，为客观评价烃源岩生烃规律、资源潜力等提供依据。

1　样品与实验

1．1　样品情况

石炭系经历了漫长的地质时期，无论是钻井岩心还是地表露头，烃源岩的热演化程度相对较高。为了保证模拟数据的准确性和代表性，选取排67井(P67)、乌参1井(WC1-1、WC1-2)和滴水泉露头剖面(DSQ)成熟度相对较低的样品进行热模拟实验。P67样品处于残留洋盆滨浅海相，烃源岩母质以陆源高等植物供给为主，干酪根类型为腐殖型(Ⅲ型)。DSQ样品处于弧后盆地溺湖相沉积环境，受陆源供给影响较大，干酪根类型以偏腐殖混合型(Ⅱ2型)为主。为了分析火山活动强度对烃源岩品质的影响，选取了同为弧间盆地滨浅海相的WC1-1和WC1-2两个样品，其中WC1-1样品形成于火山强烈活动期，受火山活动影响明显，岩性为深灰色沉凝灰岩，有机碳含量为0.48％，为高等植物和低等水生生物的偏腐殖混合型(Ⅱ2型)干酪根；WC1-2为火山喷发间歇期正常沉积的深灰色泥岩，有机碳含量为1.09％，有机质类型为以低等水生生物主的偏腐泥混合型(Ⅱ2型，见表1)。

1．2　黄金管热模拟实验

样品实验在中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室完成。首先向样品粉碎至粒径100目，依次加入HC1和HF处理，用蒸馏水洗至中性后经重液浮选分离得到干酪根，然后将制备好的干酪根样品进行MAB三元溶剂抽提，除去其中的可溶有机质，最后在烘箱中100℃条件下干燥24h。热解模拟实验在分体式黄金管  高压釜热模拟装置中进行。

首先，在氩气保护下用氩弧焊将金管一端封闭，然后在开口端装入一定质量的样品，将装好样品的金管固定在冷水槽中，用氩气排尽管内空气，用焊机将金管开口端封闭。待金管冷却后称重，最后将金管分别放入指定的反应釜中设定温度程序进行实验，实验结束后，将金管再次称重以确保未发生泄漏。为了进行不同样品的生烃特征对比研究，将上述4个样品分成平行样同时进行热解实验。首先将样品快速(1h)加热至300℃，然后恒温30min后，分别以2℃／h和20℃／h的升温速率对高压釜加热至600℃。每个升温速率设置l2个测试温度点，测定各温度点的液态和气态产物的产率。反应釜的温度及升温速率通过计算机终端程序设定和控制，温度误差小于l℃，高压釜反应体系的压力设定为50MPa，通过压力泵自动控制，误差范围小于1MPa。实验热模拟产物分析及仪器具体见金管模拟实验流程^[9]。

2　实验结果与讨论

2．1　烃源岩热模拟总产物特征

热模拟实验表明，研究区石炭系不同类型烃源岩热模拟产物特征具有相似的生烃演化规律(图1)。总产气率随着模拟温度的升高逐步增大，在较高的热演化温度(600℃)条件下仍有少量干酪根裂解气生成，说明烃源岩在高成熟演化阶段，仍具有一定的生烃能力。液态烃产率先随着温度的升高而增加，在360～400℃时达到最大值，之后随着温度的升高，产率降低，表明烃源岩的产油量先增后减，在高成熟演化阶段早期生成的原油进一步裂解，使得产油率下降。快速和低速升温速率两种实验条件对比分析，两者的烃源岩产率变化趋势具有一定的相似性，快速升温速率(20℃／h)比低速升温速率(2℃／h)产气率低，且液态烃产率高峰明显滞后，说明烃源岩生烃过程中时间和温度具有相互补偿的关系。

实验结果表明，虽然不同沉积环境的烃源岩生烃演化规律相似，但是其各自的最大产气率和产油率存在显著差别(图1)。弧间盆地滨浅海相泥岩类烃源岩(WC1-2为代表)的产气量和产油量最高，最大产率分别为350mg／g和175mg／g左右。弧后盆地溻湖相泥岩类烃源岩(DSQ为代表)，其最大产气量为298.9mg／g，最大产油量在30mg／g左右，其仅为WC1-2产油量的17.1％。残留洋盆滨浅海泥岩类烃源岩(P67为代表)最大产气量为284.8mg／g，与DSQ产率相当，但产油量极低。弧后盆地溻湖相沉凝灰岩类烃源岩(WC1-1为代表)，产气量与产油量均最低。

2．2　气态烃组分特征

不同热模拟升温速率，烃类气体产物各组分随温度变化的规律基本相同。以升温速率2℃／h为例，总烃气和甲烷量随着温度的升高而增加；重烃气C2-5的产率随着温度的升高先增大后减小，重烃气C2-5产率峰值对应温度区间为440～460℃。当小于峰值温度时，重烃气产率随着温度的升高而增大，这部分气态烃应主要来自干酪根的裂解，其可占到总烃气体积分数的46％左右。当高于峰值温度时，重烃气开始热裂解成甲烷，在550℃左右基本上全部裂解，重烃产烃率下降。当温度升至550℃以上时，甲烷累积产率仍呈上升趋势，说明此时仍有干酪根裂解甲烷的产生。分析认为，甲烷气体主要有两个来源：①烃源岩高成熟演化阶段干酪根裂解生成的甲烷；②烃源岩在低温阶段热解生成的液态烃、沥青或者干酪根发生缩聚再结合作用形成的具有较高热稳定性的产物，在高温阶段(400～500℃)再次裂解生成的甲烷^[10-11]。因而，烃源岩表现为“宽”的生气门限。热模拟烃类气体组分特征表明石炭系烃源岩的生气过程可以分为3个阶段：在相对低成熟度阶段，烃类气体主要来源于干酪根裂解生成的重烃气和甲烷；随着成熟度的增加，除干酪根裂解产生甲烷外，重烃气和原油裂解也可以产生甲烷；在更高的温度(超过550℃)条件下，则以干酪根裂解气为主。

不同类型的烃源岩产烃率和产烃组分存在较大差异(图2)。WC1-2、DSQ和P67以生成烃类气为主，而WC1以生成非烃类气为主。总烃气和甲烷的最大产率依次为WC1-2>DSQ>P67>WC1，WC1-2、DSQ和P67的烃类气体产率占自身总产气量的比重大，而烃类气体中以甲烷气体为主(图2-a、2-b)，WC1-2的甲烷和重烃最大产量分别为230.0mL／g和48.7mL／g。DSQ和P67虽然也有…一定量的甲烷和重烃气产生，但是产甲烷量在100mL／g左右，仅为WC1-2甲烷产量的50％，重烃气产量均不超过10.0mL／g。

不同类型的烃源岩热模拟产物中非烃类气体有CO2、H2S、H2、N2等，且均以CO2为主(图2-d)，并有少量的H。产生(图2-e)，其含量多少与烃源岩所处沉积环境有着密切关系。其中，CO2和H2的产率随温度的升高呈增加的趋势；H2S则表现为先增加后减少的趋势。WC1-1样品的CO2和H2产量在所测试的样品中产量均最低，但是却占了其总产气量的70％以上，说明该类烃源岩以产非烃类气体为主，产烃类气的能力有限。WC1-1和WC1-2样品有少量的H2S气体产生(图2-f)，说明弧间盆地岛弧背景下受火山活动影响，使得烃源岩中硫化物的含量相对于其他沉积环境明显增高，而硫化物的存在对于酪根的裂解生烃有催化作用，有利于提高干酪根的热解生烃产率^[12]。这可能是WC1-2样品具有相对高烃产率的重要原因。

2．3　液态烃组分特征

不同样品热模拟实验，轻烃(C6-14)和重烃(C14⁺)产物均以WC1-2最高，其次为DSQ，并且上述两类烃源岩在产气的同时，也有一定数量的液态烃生成。WC1-2样品的最大重烃产量和最大轻烃产量分别为126.4和37.5mg／g，展示出较强的生油能力。WC1-1和P67样品无论是轻烃还是重烃产量均很低，最高产烃量均小于5mg／g，生油能力甚低(图3)。

从烃源岩生烃演化规律分析，WC1-2和DSQ样品具有相似的轻烃和重烃生成演化规律，即随着温度的升高，烃产率迅速增加，达到产率高峰后，随着温度的继续升高烃产率反而下降。C14⁺重烃的高峰值对应温度为360℃左右，而C6-14轻烃的高峰值对应的温度为380～400℃，明显滞后于重烃，说明在温度高于360℃时液态烃中的重烃进一步裂解成轻烃，当温度超过480℃时，几乎不再有液态烃的产生。

2．4　烃源岩生烃潜力评价

烃源岩热模拟产烃特征分析，不同类型的烃源岩生烃产物、产烃率均存在明显差异，其主要与烃源岩原始有机质类型密切相关，有机质类型越好，其无论是生油量，还是生气量则越高。WC1-2样品为弧间盆地的泥岩类烃源岩，有机质类型为Ⅱ1型，处于较高的热演化阶段(Ro＝1.15％)，相对其他沉积环境的烃源岩仍具有高的产油率和产气率，表明烃源岩具有良好的原始生烃潜力。分析认为，该套烃源岩的高生烃潜力不仅与其较好的有机质类型密切相关，而且与其特殊的沉积背景有关。WC1-2样品为多岛弧沉积背景下弧间盆地火山活动间歇期发育的泥质岩类烃源岩，火山活动为有机质的发育创造了特殊条件：一方面，火山活动为沉积盆地中的水生生物带来了丰富的营养物质，为古生产力繁盛及优质烃源岩的发育提供了条件^[13]，因而烃源岩有机母质中水生生物贡献较大；另一方面，火山物质带来的Fe、Mn、Zn等金属元素以及H2、H2S等气态物质具有一定的催化作用，使烃源岩热演化生烃能力明显增强^[14-15]。相对而言，弧后盆地溻湖相的DSQ样品有机质类型为Ⅱ2型，有机母质陆源高等植物所占比例明显增加，其产烃总量虽少于WC1-2样品，但仍具有较高的生气量，是重要的气源岩。以P67样品为代表的残留洋盆滨浅海相，虽然其有机质成熟度相对于其他样品明显偏低(Ro＝0.57％)，且有机质丰度较高，但有机质类型差，有机母质以陆源高等植物占绝对优势，生气为主，生烃潜力相对较差。WC1-1样品为大套火山岩中的沉凝灰岩、凝灰质泥岩薄夹层，有机质类型为Ⅱ2型，有机质丰度与热模拟产烃量均最低，造成烃源岩生烃潜力差的主要原因也是火山活动影响，强烈的火山活动导致母质中低等水生生物组分降低，有机质类型变差，同时大量的火山物质对有机质起到一定的“稀释”作用。此外，烃源岩产烃能力还受烃源岩热演化的影响，强烈的火山活动带来大量的热量使WC1-1烃源岩样品热演化程度明显增高，甚至高于下部埋深更大的WC1-2样品。上述两方面因素共同影响致使烃源岩生烃能力有限。

3　结论

石炭系烃源岩生烃热模拟研究表明，不同沉积背景发育的烃源岩生烃潜力差异显著，其主要受控于烃源岩形成沉积环境和热演化。乌伦古坳陷和滴水泉地区早石炭世分别为弧间盆地火山活动间歇期泥质岩与溻湖环境泥岩有利烃源岩发育区带，为准噶尔盆地以石炭系为烃源灶的有利勘探区。

1)弧后和弧间盆地滨浅海相火山喷发间歇期暗色泥岩烃源岩，其母质类型以低等水生生物为主，有机质含量丰度高，具有高的产气率和产油率，是最具生烃潜力的优质烃源岩。

2)弧后盆地渴湖相烃源岩母质由于有陆源高等植物的输入，有机质类型以混合型为主，产油能力有限，但具有较高的产气率，是具备生气潜力的好烃源岩。

3)残留洋盆滨浅海相烃源岩受陆源输入影响较大，生烃母质以高等植物为主，有机质类型为腐殖型，产油量极低，具备一定的生气能力，是生烃能力较差的烃源岩。

4)弧间和弧后盆地强烈火山活动期，近火山岛弧混入大量火山灰物质的暗色凝灰质泥岩类烃源岩，其生油率与生气率均很低，生烃能力有限，为差烃源岩。

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本文作者：林会喜  王圣柱  李艳丽  张奎华  金强

作者单位：中国石化胜利油田公司西部新区研究中心

  中国石油大学(华东)地球科学与技术学院