吐哈与准噶尔盆地J煤系有机相及生气性研究.pdf
第3 0 卷第1 期 2 0 0 1 年1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g &T e c h n o l o g y V 0 1 .3 0 N O .1 J a n .2 0 0 1 文章螭号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 1 0 1 0 0 6 7 0 6 吐哈与准噶尔盆地J 煤系 有机相及生气性研究 杨建业1 ,任德贻2 ,代世峰2 ,张卫彪2 牟国栋1 ,李晓池1 1 .西安科技学院材料系.陕西西安7 1 0 0 5 4 { 2 .中国矿业大学资源开发工程系,北京1 0 0 0 8 3 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P y G C 生气性卖验,首次提出了C 。。,C 。C q z ,D H ,D 。。等反映烃泺岩生 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一有机地化评价体系.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. 关键词有机相} P y G c ,气泺岩;生气相带;气聚集带 中图分类号P6 1 8 .1 1文献标识码;A 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 1 9 9 1 E ”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. 1 研究区煤系有机相的划分与特征 1 .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 z 。 ,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 19 9 8 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o ] . 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,还需综合使用其它煤岩 学参数,如流动指数k ,组织保存指数I N ,凝胶化 指数站等. 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 . 收疆日期{ 2 0 0 0 0 4 1 7 基盒珥目。国家计委九五攻关项目二级专题 9 1 1 1 0 0 1 0 2 0 4 作者简升。橱建业 1 9 6 0 一 ,男,湖北省钟祥县人,西安科技学院耐教授.工学博士,从事有机岩石学和煤地球化学研究 万方数据 N ’ ; 薯器 t ii 求州 蚓最 毫蛙 榧蛙 簧扭 椹釜 求叫 疑采 蛙 忙蜒 书蜒 糕釜 忙霉却悼扑 、.t 上上亍 ‘j 0 鼍 一一复0 f7q ‘‘d 矗 d 翁 。二“鬲 q d d { l 捌 ≯;睡 中国矿业大学学报 一.一蓍高器墨兰墓兰基娑虫 dd 二品dddd 导4 1ii ;; ⋯ ii i ijii iii i i ii iiii 音 iii ;三iiiiiii 絮g嚣端篇一 dd。zd;di 4 4 i iii i ;i ;i 号女;女三詈茸善;孥 l } ;⋯;i ii ii ;裂i ; 罂 。。。”。’。“’ 懈肆曾晕霉埔l 第2 9 卷 鞋掣矿划茁盔蟮罐吲壮。擗车弩蝌‘旷刊雹。.。。o靼。。“蕤;;州p孤嚣跚滩囊驰吖p螗摧鹕咄张{}鼢蝴㈨li};}确摊耀筵“耧北魍乱||雌;;戢“酥雌豁鏊碡硝 o o∞m .∞h _ o _ ∞.o竺H _ o 硼辫4囊群o o ∞~∞m ∞~o∞篇∞N 竺.o篇o _ o d .~ n ,.on ∞H .o l ~_ 0 ■ _ 卉N∞删.∞。_~0 9 【。 o q H ,∞∞ ∞∞n 0 o 爿【s叫.H.o 0 _ o o ~H 0 q∞o V 皋齄 啦矿州 美\H _ 日X \一_ q 装\ d v a 鬟、Hl。v} ∞.∞县、●旷划硬∞.gv\●r酬霹 丑甚r 域丑舞r 霹 睾鞋啦斯嚣恃 匠制捌靳v科蜊t丧嶂瓤v翻糕 toH\喇嗵i Z , 鬟\ u o 目v } 鬻姥* 器艇转 X n 。,美缸举枢固胃 路嚼鼎 器蕃} 鬟∞∞0 鬟o n缸举瓤目目 藉耀髓 珥鼯量 鬟o h ≮瓤,缸举槲曾曹 峰黼蝤崤鼢霉 躇嚼噼0晕辩驿 竿珥 肾斗嚣收⋯卜 巨牛磊暖⋯卜 蠢疑崦 ,黯黼据磐 嗜蝌0 瞄硝辞 巨娃辩叫 揿悼.霉k * 颦 3鲰硝薛,晕■露 磋娃懿瑾 蜮悴.辩缸州霉 芊埠睇 驾瞬雕瞎 运c皂Ⅳg。博 岸聋嚣k 觯 h _ ,”H 害H*K蚺K.n 。。H*K媳K.h S掣蜊崔,糕精 霉蜒m 鞋 n 聒 彝掣巾精 霉革 坩聋 孙瓣藩 簸箍褰 赫j{冰冀埋好世璀艚{;‰蜷聪絮 州最舞嚼擎 聋求嚼 霉N 0 0 ∞ ∞ m。巾豢蚺.H 0 。s.。m、『,蚺._,。 妊颦 x、电要姆景糕v 鞭黢{3耱缸饕餐仲耱擎 扣舭翳熊蜒 糕舔删目潞醚 簇躲醭 嚣麟囊悱 目o__詈_■}o 置备0置警一芒。基牛∞晶_茸鲁∞£j∞毒昌_詈3Jo 8i-篁目目}e盏_L 盏 眭避掣r州嗤求幕罂1障杠磷蛙髅赣I.琳 万方数据 第l 期 杨建业等吐哈与准噶尔盆地J 煤系有机相及生气性研究 6 9 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7 0 %,一般在5 0 %~6 0 %,均质镜 质体与结构镜质体含量低,基质镜质体多在3 0 % 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 。下部煤层 中,荧光有机组分小于3 5 %,最低仅1 1 .0 %,一般 在2 0 %~3 4 %范围内变化.代表样品为B 】 一1 0 . 2 周期性干燥森林泥炭沼泽相基质镜质体 与情质组均占相当数量,基质镜质体 惰质组.基 质镜质体在4 2 %~5 1 %;惰质组大多为3 0 %~ 4 0 %.均质镜质体、结构镜质体占5 %~1 7 %,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B , 2 - 9 . 3 覆水森林泥炭沼泽相基质镜质体为主,一 般大于5 5 %,最高可达8 0 %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l o %,多在5 %左右;惰质组占相当比例,大多在 1 2 %~3 9 %之间.准噶尔盆地南缘六道湾煤矿J z 。 下部B 。 。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 粘土矿物,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 。的覆水森林泥炭沼 泽相中,惰质组含量也较高.矿物以浸染状粘土为 主,可见石英与金红石.代表性样品为B , 2 - 4 . 4 强覆水森林泥炭沼泽相镜质组含量高,占 8 0 %~9 0 %以上,以均质镜质体和强膨化的结构镜 质体为主,可达6 0 %左右.基质镜质体一般多在 2 0 %~4 0 %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1 0 0 .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m m 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J2 x 上部B 。煤层的主体.代表样品为B 一6 . 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 l %,很少有大于2 %者.形成时的沉积环境是相当 氧化的环境,或弱氧化一弱还原环境.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.情质组分亦 较高.代表样品为z ,一1 1 。z 。一1 9 . 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问沉积, 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l 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L a nz1 4 。S h8 . 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 %~2 2 %之问,个别高 达3 5 %.代表样品为L i n .1 4 . 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2 1 3 0 井J 。;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 z 。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 。。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S h 一6 . 2 研究区各类有机相生气性评价 2 .1P y G c 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 万方数据 中国矿业大学学报第2 9 卷 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 H e 为载体气体,流量5 0m L /m i n ,5 0m 石英毛细 柱,硅酮固定液;热解程序升温2 0 ℃/r a i n ,采用液 氨收集裂解产物,由F I D 鉴定器鉴定,柱升温速度 为l o ℃/m i n .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 . 裹2 煤和泥岩干酪根P y G C 实验统计结果 T a b l e2T h eP y G Ce x p e r i m e n t a lr e s u l t so fc o a la n dm u d s t o D e 黼l t s - 岩性沮警7 等等吉等等等“毋”魏I l t /巍一“酬 l l 龇 t l t 觎l i e /。 ⋯ ℃ m 1 5 c i£,’I c 6 、1 l 。c c j 二 “ 芑,“芝黑“”⋯”。 2 .2P y - G C 产物组成及其主要参数 P y G c 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 。 为气态烃,C 。。为轻质液态烃,c 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 。~。/C j 表征不同温度段的气油比. 2 n C 。。/n c - ;反映短链轻质烃与长链重质 烃的相对比例.一般腐殖型的I I I 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 。和油有效碳C 。以各温度段加 和的生气总量及生油总量分别乘以o .0 8 3 所得,表 征有机碳中生成气态烃和液态烃的有效碳.G /c 。 类似于总气油比.低成熟阶段,以小于3 5 0 ℃的气 有效碳G ,和油有效碳C 。。近似表征其气油生成能 力 飓≤O .7 0 % . 2 以C | /T O C 与C 。/T O C 即所谓“气碳降解 率D 。”及。油碳降解率D 。”表征有机碳中可生成 气、油的有效碳百分数. 2 .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 3 5 0 ℃,约相当R ≤ 0 .7 0 %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. 2 3 5 0 ~6 0 0 ℃,相当R 为0 .7 0 %~3 .2 6 %以上 万方数据 第1 期 杨建业等吐哈与准噶尔盆地J 煤系有机相及生气性研究 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,热一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,w c 。 /w T O C 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w C 。 /w T O C 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 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 2 0 0 0 用T O F S I M S 研究气源岩的 生烃潜力得出的结论一致0 3 } 但到成熟一高熟阶段 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它各类地 相,贫荧光有机质泥岩沉积有机相l ,2 ,周期性干化性质均已列入表1 . 表3 研究区气源岩类型评价体系 低熟阶段 T a b l e3T h ee v a l u a t i n gs y s t e mo fg a ss o t l r c er o c k st y p e so ft h el o wm a t u r es t a g e 嚣代表样品岩性苎慧鼍总气油州∽w c T O C ,裂。耋籍戮 有机相类型 3 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 分布在鄯勒一小草湖生气中心附近I 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 。,J 。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厦其在天然气 勘探中的意义[ J ] .石油勘探与开发,1 9 9 1 ,1 8 6 1 一 1 0 . 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[ 3 ] D a iSF ,R e nDY ,Y a n gJY te ta 1 .T O F S I M S s t u d yo ft h eh y d r o c a r b o n g e n e r a t i n gp o t e n t i a lo fm i n - e r a l b i t u m i n o u sg r o u n d m a s s [ J ] .A c t aG e o l o g i c aS i n i c a .2 0 0 0 ,7 4 1 8 4 9 2 . 万方数据 7 Z 中国矿业大学学报第2 9 卷 O r g a n i cF a c i e sa n dT h e i rG a s G e n e r a t i n gP o t e n t i a l s o ft h eJ u r a s s i cC o a lM e a s u r e s i nT u r p a n H a m ia n dJ u n g g a rB a s i n s Y A N GJ i a n y e l ,R E ND e y i 。,D A IS h i f e n 9 2 , Z H A N GW e i b i a 0 2 ,M UG u o d o n 9 1 .L IX i a o - c h i l 1 .X i ’a nI n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,X i ’f i n ,S h a n x i7 1 0 0 5 4 ,C h i n a { 2 .D e p a r t m e n to fR e s o u r c eE x p l o i t a t i o nE n g i n e e r i n g .C U M T ,B e i j i n g1 0 0 0 8 3 .C h i n a A b s t r a c t T h eo r g a n i cf a c i e so ft h eJ u r a s s i cc o a ln r e a s u r e ai nt h eT u r p a a - H a m ia n dJ u n g g a rB a s i n sw e r ec l a s s i f t e di nd e t a i l .T h em u d s t o n eo r g a n i cf a c i e sa n dt h ec o a lf a c i e sw e r ei n d i v i d u a l l yc l a s s i f i e di n t o4t y p e s .B a s e d o nt h eP y G Ce x p e r i m e n to fg a s g e n e r a t i n gp o t e n t i a l so ft h es a m p l e s ,s o m ei m p o r t a n ti n d e x e s ,s u c ha sC m , G 2 .C ⋯C ⅢD na n dD 2 zw e r ep u tf o r w a r dt or e f l e c tt h eg a s g e n e r a t i n gp o t e n t i a l so fs o u r c er o c k s .A c c o r d i n g t Ot h ef l u o r e s c e n c em a t e r s [ i n d e x F M I ,t h ec l a ya n dc o a l .s o u r c er o c k sw e r ec l a s s i f i e di n t o3t y p e s ,i m p r o v i n ga n dp e r f e c t i n gt h eo r g a n i cp e t r o l o g y o r g a n i cg e o c h e m i s t r ye v a l u a t i n gs y s t e mf o rg a ss o u r c er o c k s .A c c o r d i n gt Ot h ee v a l u a t i o no fg a s g e n e r a t i o np o t e n t i a lo fe a c ho r g a n i cf a c i e s ,b o t ha tp r e s e n ta n di nt h ef u t u r e , t h ef a v o r a b l eg a s g e n e r a t i n gb e l t sw e r el i n e dO U t .T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r ei sac o i n c i d e n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef a v o r a b l eg a s g e n e r a t i n gb e l t sa n dt h eg a s - a c c u m u l a t i n gb e k s . 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