吐哈与准噶尔盆地J 煤系有机相及生气性研究

摘 要 详细划分了吐哈与准噶尔盆地J煤系有机相，将本区泥岩有机相和煤相分别划出4类。对这些有机相样品进行了Py-GC生气性实验，首次提出了C_o1，C_o2，C_g1，C_g2，D₁₁，D₂₂等反映烃源岩生气能力的重要参数。结合荧光有机组分指数，将研究区各类泥质烃源岩和煤烃源岩分为3类气源岩，改进和完善了气源岩有机岩石学-有机地化评价体系。通过对每一个有机相现阶段(低熟阶段)和远景(成熟、过成熟阶段)生气能力逐一评述，划出了本区有利生气相带，指出有利生气相带与气聚集带呈重合叠置关系。

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

有机相是生物有机质类型和聚集环境的综合体现。有机相概念源自于煤相，现在却独立并涵盖了煤相，亦即煤相可以看成是有机相的一种特殊类型。

近年来，随着我国煤成气研究的进展，特别是戴金星(1991)^［1］提出了气聚集域、区和带的概念并进行了系统研究之后，有关气聚集带、生气相带和有机相带间的时空展布的内在因果关系研究则更日显重要。显然，这方面研究的关键之处在于，首先正确地识别与划分研究区煤系有机相;其次，对这些有机相及其烃源岩代表样品进行生气性能与实验研究，并对各个有机相带的生气能力逐一评价后，才能划分出有利于最大生气的有机相带，为寻找新的气田提供科学依据。

一、研究区煤系有机相的划分与特征

1.本次研究中有机相的划分思路

(1)新疆三大盆地有时难以严格区分煤系和非煤系(如吐哈盆地的七克台组J_2q)，因此从生气生烃性能考虑，力图建立一个适用于煤系、非煤系有机相的共同划分标准。

(2)将有机相的生气生烃性能摆在第一位，同时充分考虑其有机质属性和沉积属性。同一有机相，大的沉积环境相似，但可以有不同的沉积亚环境。代世峰等(1998)在研究内蒙古乌达矿区煤的显微组成与沉积环境关系时指出，相同沉积环境形成的不同煤层其显微煤岩组成随着聚煤环境的变迁而发生变化^［2］。

(3)评价有机相主要指标应直观、便捷、可操作性能强，不仅理论上适用，也便于生产现场迅速判断。在烃源岩处在低成熟度前提下，作为主要指标之一，尝试用荧光有机组分指数。

(4)煤相是有机相中的一种特殊的相。在划分中除荧光有机组分指数外，还需综合使用其他煤岩学参数，如流动指数I_M，组织保存指数I_TP，凝胶化指数I_G等。

现将有机相(含煤相)划为4个泥岩沉积有机相与4个煤相，具体划分见表1。

2.各类有机相特征概述

(1)干燥森林泥炭沼泽相:有机显微组分中惰质组含量大，达70%，一般在50%～60%，均质镜质体与结构镜质体含量低，基质镜质体多在30%左右;壳质组一般小于等于3%。此种有机相主要出现在准噶尔盆地南缘的西山窑组J_2x下部煤层中，荧光有机组分小于35%，最低仅11.0%，一般在20%～34%范围内变化。代表样品为B₁₊₂－10。

(2)周期性干燥森林泥炭沼泽相:基质镜质体与惰质组均占相当数量，基质镜质体>惰质组。基质镜质体在42%～51%;惰质组大多为30%～40%。均质镜质体、结构镜质体占5%～17%，略高于覆水森林泥炭沼泽型煤。壳质组则小于4%，实际上是一种覆水森林泥炭沼泽相煤及干燥森林泥炭沼泽相的过渡型有机相，但其显微组成更接近于覆水森林泥炭沼泽型。代表样品为B₁₊₂－9。

(3)覆水森林泥炭沼泽相:基质镜质体为主，一般大于55%，最高可达80%左右;结构镜质体与均质镜质体所占比例较小;壳质组含量不高，一般小于10%，多在5%左右;惰质组占相当比例，大多在12%～39%之间。准噶尔盆地南缘六道湾煤矿J_2x下部B₁₊₂煤层的覆水森林沼泽相煤可作为其代表，煤中大量的基质镜质体，表明覆水较深。同时，在基质镜质体中常有孢粉体、惰屑体、碎屑半镜质体和黏土矿物，呈碎屑状结构，显示在覆水森林泥炭沼泽中常有流水作用，因此，这种有机相流动指数均比较大。吐哈盆地台北坳陷J_2x的覆水森林泥炭沼泽相中，惰质组含量也较高。矿物以浸染状黏土为主，可见石英与金红石。代表性样品为B₁₊₂－4。

(4)强覆水森林泥炭沼泽相:镜质组含量高，占80%～90%以上，以均质镜质体和强膨化的结构镜质体为主，可达60%左右。基质镜质体一般多在20%～40%之间。惰质组极少，几乎都小于1%，V/I比值较高，大于7，多数大于100。而壳质组相对含量较高，多数在3%～9%间变化，且以薄壁角质体为多。无机元素总量较低。矿物特征是成岩早期形成的菱铁矿结核和黄铁矿莓粒、结晶发育，可形成几mm宽的条带和透镜体。成煤植物以树蕨及木贼目等蕨类植物和裸子植物为主，有较多的银杏等叶片参与，沼泽强覆水，介质为弱还原～还原条件，水流平静。此种类型的有机相是构成准噶尔盆地南缘J2x上部B₂₆煤层的主体。代表样品为B₂₆－6。

(5)贫荧光有机质泥岩沉积有机相1:荧光有机组分含量多数小于0.5%，荧光有机组分/无荧光有机组分亦多小于0.5，有时统计不到。荧光有机组分主要是较小的角质体或壳屑体。无荧光有机组分仍以镜质体、丝质体为主，含量亦很少，一般多在1%，很少有大于2%者。形成时的沉积环境是相当氧化的环境，或弱氧化-弱还原环境。如水上三角洲平原分支河道间，辫状河道岸后泛滥平原沉积的各种类型泥岩，都可以归入此类有机相。在显微组成上，镜质体中再循环成分含量较高，惰质组分亦较高。代表样品为Z₁－11，Z₁－19。

(6)贫荧光有机质泥岩沉积有机相2:其形成环境相对潮湿。如三角洲水下平原分流河道间沉积，扇三角洲前缘，辫状三角洲前缘水下分流河道间微相以及煤中夹矸、底板、顶板、伪顶等所代表的有一定程度覆水的沉积环境。虽显微组分与贫荧光有机质泥岩沉积有机相1差别不大，但有机地化参数则与之有较明显差别。代表样品为Lan₂－14，Sh－8。

表1 分系沉积有机相划煤及生气性能评价

续表

注：l_M指标中括号内数值为平均值；观生气量指R。<0. 69%的工作区大部分地区生气量，总生气量指R。>0.700/0~3.260/0的生气量，因此，生气性评价中，a指R。<0.70%的生气量，近似代表工作区在低熟阶段生气性评价；b指R。>0. 700/0~3.260/0的生气量，代表工作区高成熟或过成熟生气性评价；D₁₁指<350℃气有效碳降解率；D₁₂指室温~600℃气有效碳降解率。

(7)中等荧光有机质泥岩沉积有机相:这类有机相亦形成于相对潮湿还原的沉积环境中，如煤层底板泥岩为代表的闭流沼泽环境，水下三角洲平原相，辫状三角洲平原沼泽相，三角洲平原河道间沼泽及河流相辫状河道泛滥平原、滨浅湖等沉积环境都有可能出现这种有机相。荧光有机组分含量为2%～8%，也有的样品荧光有机组分含量小于1，且有1<荧光有机组分/无荧光有机组分<3。岩性可出现炭质泥岩，泥岩等。凡是炭质泥岩，主要荧光组分是薄壁角质体，无荧光有机组分有均质镜质体、惰质组等，含量一般在8%～22%之间，个别高达35%。代表样品为Lin₁－14。

(8)富荧光有机质泥岩沉积有机相:这类有机相多形成于覆水较深的还原环境，荧光有机组分指数大于8，其含量均大于8%。壳质组除大量出现孢子体、角质体外，还可出现相当数量的结构藻类体及其降解产物矿物沥青基质B，组合形式主要有:①皮拉藻+角质体+矿物沥青基质:主要见于准噶尔盆地腹部石西2130井J_2x煤层夹矸炭质泥岩中，成煤植物有藻类、树蕨、银杏和苏铁，同时有介形虫参与，可能属于湖湾环境;②藻类体+矿物沥青基质B+菌丝体，主要见于吐哈盆地J_2q半深湖泥岩中;③角质体+矿物沥青基质B，主要在准噶尔盆地腹部盆参2井J_2t的三角洲水下平原泥岩中。岩性可为炭质泥岩及湖相泥岩，代表样品为Sh－6。

二、研究区各类有机相生气性评价

1.Py-GC生气性实验

本次实验目的有二:一是了解不同有机质类型、丰度的烃源岩在不同演化阶段的气油比，着重研究其生气量，生气能力;二是研究不同有机相在不同演化阶段的气油比、生气能力。实验条件为:He为载体气体，流量50mL/min，50m石英毛细柱，硅酮固定液;热解程序升温20℃/min，采用液氨收集裂解产物，由FID鉴定器鉴定，柱升温速度为10℃/min。所有样品除煤外，均制成干酪根，实验中共设计5个温度段，结果见表2。

2.Py-GC产物组成及其主要参数

Py-GC产物主要分为正构烷烃、正构烯烃、芳烃及类异戊二烯烃四大部分。正构烷烯烃中C_1～5为气态烃，C_6～14为轻质液态烃，C⁺₁₅为重质液态烃，芳烃中仅能检测出苯、甲苯、二甲苯及萘。类异戊二烯烃检出了姥鲛烷、植烷、姥鲛烯等。主要参数有:

(1)C_1～5/C⁺₆:表征不同温度段的气油比。

(2)nC_6～14/nC⁺₁₅:反映短链轻质烃与长链重质烃的相对比例。一般腐殖型的III型有机质短链轻质烃产率高。

此外，根据研究需要，另提出4个重要参数:

(1)气有效碳C_g和油有效碳C_o:以各温度段加和的生气总量及生油总量分别乘以0.083所得，表征有机碳中生成气态烃和液态烃的有效碳。C_g/C_o类似于总气油比。低成熟阶段，以小于350℃的气有效碳C_g1和油有效碳C_o1近似表征其气油生成能力(R_o≤0.70%)。

(2)以C_g/TOC与C_o/TOC即所谓“气碳降解率D₁”及“油碳降解率D₂”表征有机碳中可生成气、油的有效碳百分数。

表2 和泥岩干酪根煤Py－GC实验统计结果

表 3 研究区气源岩类型评价体系( 低熟阶段)

表 4 研究区气源岩类型评价体系( 成熟-过成熟阶段)

3.气源岩评价体系的建立与生气性评价

由于研究区烃源岩多数处于低熟状态，故分2个阶段讨论:①温度为<350℃，约相当R_o≤0.70%的低成熟阶段，可近似代表研究区这个阶段大多数侏罗系烃源岩的产气量及生烃性质。②350～600℃，相当R_o为0.70%～3.26%以上的成熟、高成熟或过成熟阶段，近似表示研究区低成熟烃源岩远景生气量及生烃能力，或局部热异常，热-构造事件发生区的现阶段产气量及生烃能力。但其总生气量总气油比，ω(C_g)/ω(TOC)等指标的数值计算中应包括低熟阶段产物生成量。

研究结果列入表3，4。根据表3表4所列的各类有机相代表性烃源岩样品的生气性能数据，可知，就生气能力而言，低熟阶段时，其生气能力由强到弱，按ω(C_g)/ω(TOC)顺序，依次为中等荧光有机质泥岩沉积有机相，强覆水森林泥炭沼泽有机相，贫荧光有机质泥岩沉积有机相1，2，周期性干燥森林泥炭沼泽有机相，富荧光有机质泥岩沉积有机相，干燥森林泥炭沼泽相，覆水森林泥炭沼泽相，这与代世峰等(2000)用TOF-SIMS研究气源岩的生烃潜力得出的结论一致^［3］;但到成熟-高熟阶段则生气能力由强到弱依次是强覆水森林泥炭沼泽相，周期性干燥森林泥炭沼泽相，富荧光有机质泥岩沉积有机相，中等荧光有机质泥岩沉积有机相，覆水森林泥炭沼泽相，干燥森林泥炭沼泽相，贫荧光有机质泥岩沉积有机相2，贫荧光有机质泥岩沉积有机相1。其生气性能之优劣比较及其他各类地化性质均已列入表1。

三、结论

从吐哈盆地目前已知的煤成气田分布看，胜北气田正位于吐哈盆地台参2井生气中心;红台气田分布在鄯勒-小草湖生气中心附近;丘东气田则在台参2井和小草湖2个生气中心之间。准噶尔盆地J_1b，J_2x最大生气中心出现在呼图壁一带，在吐哈及准噶尔盆地侏罗纪煤系有机相带，生气带与聚气带有密切的关系，如果其气藏构造未被后期地壳运动破坏，有利生气相带与有利聚气带应呈重合或叠置的关系。

参 考 文 献

［1］ 戴金星 . 气聚集带和气聚集区的分类及其在天然气勘探中的意义 . 石油勘探与开发，1991，18( 6) : 1 ～ 10

［2］ 代世峰，任德贻，彭苏萍，等 . 内蒙古乌达矿区煤的显微特征与沉积环境关系的研究 . 沉积学报，1998，16( 3) :141 ～ 146

［3］ Dai S F，Ren D Y，Yang J Y，et al. TOF-SIMS study of the hydrocarbon-generating potential of mineral-bituminous groundmass. Acta Geologica Sinica，2000，74 ( 1) : 84 ～ 92

Organic facies and their gas generating potentials of the Jurassic coal measures in Turpan-Hami and Junggar Basins

YANG Jian-ye¹，REN De-yi²，DAI Shi-feng²，

ZHANG Wei-biao²，MU Guo-dong¹，LI Xiao-chi¹

( 1. Xi’an Institute of Science and Technology，Xi’an，Shanxi 710054，China;

2. Department of Resource Exploitation Engineering，CUMT，Beijing 100083，China)

Abstract: The organic facies of the Jurassic coal measures in the Turpan-Hami and Jung- gar Basins w ere classified in detail. The mudstone organic facies and the coal facies w ere indi- vidually classified into 4 types. Based on the Py-GC experiment of gas-generating potentials of the samples，some important indexes，such as C_o1，C_o2，C_g1，C_g2，D₁₁and D22w ere put forw ard to reflect the gas-generating potentials of source rocks. According to the fluorescence maceral index ( FMI) ，the clay and coal source rocks were classified into 3 types，improving and perfecting the organic petrology-organic geochemistry evaluating system for gas source rocks. According to the evaluation of gas-generation potential of each organic facies，both at present and in the fu- ture，the favorable gas-generating belts w ere lined out. The results show that there is a coinci- dent relationship betw een the favorable gas-generating belts and the gas-accumulating belts.

Key words: organic facies; Py-GC experiment; gas source rock; gas-generating belt; gas-accumulating belt

( 本文由杨建业、任德贻、代世峰、张卫彪、牟国栋、李晓池合著，原载《中国矿业大学学报》，2001 年第 30 卷第 1 期)