2019, Vol. 28
PDF
2. 长江大学, 湖北 武汉 430000
2. Yangtze University, Wuhan 430000, China
近年来, 松辽盆地外围中新生代盆地群油气基础地质调查工作越来越受到业界的关注[1].自2015年以来, "松辽外围西部盆地群油气基础地质调查"项目组在辽宁北部秀水盆地以油气发现为目的, 相继开展了地表地质、物探、钻探等油气地质调查工作.在以上工作的基础上, 在秀水盆地内先后施工了三口地质调查井, 分别为东蛇山凹陷内的秀D1井、登仕堡凹陷内的辽法D1井和辽法D3井(图 1), 这三口井在白垩系义县组中均钻遇了较好的油气显示, 证明秀水盆地具有良好的油气前景[2].
|
图 1 秀水盆地地质图（据文献[2]） Fig.1 Geological sketch map of Xiushui Basin (From Reference [2]) 1—第四系（Quaternary）；2—新近系船底山组（Neogene Chuandishan fm.）；3—下白垩统泉头组（Lower Cretaceous Quantou fm）；4—下白垩统沙海组（Lower Cretaceous Shahai fm.）；5—下白垩统义县组（Lower Cretaceous Yixian fm）；6—中侏罗统海房沟组（Middle Jurassic Haifanggou fm.）；7—中二叠统佟家屯组（Middle Permian Tongjiatun fm.）；8—石炭系盘岭组（Carboniferous Panling fm.）；9—早白垩世流纹斑岩（Early Cretaceous rhyolite porphyry）；10—早白垩世安山玢岩（Early Cretaceous andesitic porphyrite）；11—中侏罗世二长花岗岩（Middle Jurassic monzogranite）；12—中二叠世二长花岗岩（Middle Permian monzogranite）；13—钻孔（borehole）；14—盆地（basin）；15—凹陷（sag） |
根据秀水盆地己有的区域地质资料及钻井资料对比分析, 该盆地发育的义县组地层可分为四段:一段岩性主要为中基性火山岩; 二段岩性为一套火山碎屑岩夹沉积岩的岩性组合; 三段为沉积岩地层; 四段岩性主要为酸性火山岩.据姚玉来等[2]研究, 义县组三段的暗色泥岩为一套中等—好的烃源岩, 具有良好的生油潜力, 是该区主要的生油层位.相对于东蛇山凹陷而言, 登仕堡凹陷内火山岩分布较少, 火山活动对主要油层改造较小, 获得油气勘探新发现更为有利.辽法D1井是目前秀水盆地登仕堡凹陷内井深最深、钻遇义县组地层最全的地质调查井, 因此, 精细研究该井义县组三段烃源岩地球化学特征, 评价其生油潜力, 对秀水盆地今后勘探具有重要意义.
1 地质概况秀水盆地位于松辽盆地南部, 面积约为710 km2, 是在海西褶皱基底和前寒武纪基底上发育起来的中生代断陷型盆地, 近北东向呈条带状展布[3], 盆地内部发育3个次级凹陷(东蛇山凹陷、登仕堡凹陷、卧牛石凹陷).秀水盆地内白垩系义县组泥岩分布范围广、厚度大, 其中部署在东蛇山凹陷的秀D1井的义县组沉积地层厚度为380 m, 暗色泥岩厚度为170 m; 部署在登仕堡凹陷的辽法D1井义县组沉积地层厚度为280 m, 暗色泥岩厚度为128 m.
2 样品的采集与测试方法本次研究共采集辽法D1井义县组三段(180~640 m)新鲜暗色泥岩、粉砂质泥岩样品9件(采样位置如图 2所示), 并进行了有机碳、氯仿沥青"A"、热解、显微组分、镜质体反射率及饱和烃色谱-质谱方面的测试分析.样品测试由长江大学地球化学系(油气资源与勘探技术教育部重点实验室)完成.
|
图 2 辽法D1井义县组三段柱状图及采样位置 Fig.2 Composite columnar section of the 3rd Member of Yixian Formation in LF-D1 well with sampling position 1—粉砂质泥岩（silty mudstone）；2—细砂岩（fine sandstone）；3—泥质粉砂岩（argillaceous siltstone）；4—粉砂岩（siltstone）；5—凝灰质粉砂岩（tuffaceous siltstone）；6—凝灰质细砂岩（tuffaceous fine sandstone）；7—砾岩（conglomerate）；8—流纹岩（rhyolite）；9—辉绿岩（diabase）；10—细砂岩（fine sandstone） |
岩石中有足够的有机质是形成油气的物质基础, 是决定岩石生烃能力的主要因素, 因此有机质丰度是评价烃源岩的基础指标[4].有机质丰度主要通过烃源岩总有机碳含量(TOC)、生烃潜量(S1+S2)、氯仿沥青"A"含量("A")等指标来评价, 其中有机碳(TOC)是衡量有机质丰度的重要指标, 它具有稳定性高、受成熟度影响小的特点, 被广泛应用于有机质丰度研究中[5-6].
分析结果表明, TOC为1.37%~8.61%, 平均值为3.70%;生烃潜力S1+S2分布在0.75×10-3~7.01×10-3之间, 平均值为4.15×10-3(表 1).根据湖相烃源岩评价标准(SY/T 5735-1995), 义县组三段烃源岩样品的有机碳含量较高, 达到最好烃源岩标准7件, 好烃源岩2件(图 3).生烃潜力S1+S2达到好烃源岩标准3件, 中等烃源岩3件, 差烃源岩3件.结合TOC-(S1+S2)综合分析, 9件泥岩样品均属于中等—好烃源岩(图 4), 具备非常好的生烃物质基础.
|
表 1 烃源岩热解数据表 Table 1 Pyrolysis data of source rocks |
|
图 3 烃源岩有机碳含量分布直方图 Fig.3 Histogram of the TOC distribution in source rocks |
|
图 4 义县组烃源岩TOC-(S1+S2)关系图 Fig.4 The TOC-(S1+S2) diagram of source rocks in Yixian Formation |
烃源岩有机质类型的优劣实质上就是有机质富氢程度的高低, 最终表现为生烃潜力的大小, 所以划分烃源岩有机质类型的目的是为了评价烃源岩的生烃品质.当前评价有机质类型主要从岩石热解分析、元素分析、干酪根碳同位素、干酪根显微组分、生物标志物组成等方面加以探讨[7], 本文通过热解、有机显微组分及饱和烃特征的综合分析评价烃源岩有机质类型.
3.2.1 岩石热解分析烃源岩评价仪(Rock-Eval)是目前国内外广泛应用的评价烃源岩特征的岩石热解仪器, 该方法不需要提纯干酪根, 能快速且经济地确定烃源岩中有机质的类型.岩石热解参数中氢指数(HI)、岩石最高热解峰温(Tmax)、S1和S2等最为可靠, 而氧指数OI由于S3峰可能受到沉积物样品中碳酸盐高温裂解释放的CO2影响, 现普遍认为其不可靠.因此, 一般用HI-Tmax参数判别有机质类型. Tissot等(1978)将HI大于600×10-3(质量分数)定为腐泥型(Ⅰ)型干酪根; 在100×10-3~600×10-3之间定为混合型(Ⅱ)干酪根; 小于100×10-3定为腐殖型干酪根[8].程克明[9]结合我国陆相烃源岩过渡型母质占有较大比例的特点, 又将HI在600×10-3~350×10-3之间划分为腐殖-腐泥型(Ⅱ1)型干酪根; 在350×10-3~100×10-3之间划分为腐泥-腐殖型(Ⅱ2)型干酪根.
如表 1所示, 烃源岩样品氢指数含量430×10-3~776×10-3, 多数集中在500×10-3~600×10-3, Tmax主要集中在350~450 ℃之间, 由此判断有机质类型主要为Ⅱ1-Ⅱ2型.
3.2.2 有机显微组分干酪根显微组分法是一种识别有机质类型的常用方法, 主要通过测定干酪根中各显微组分的相对含量, 并计算类型指数, 以此确定有机质类型.该方法虽然受观察者主观影响, 但一定程度上可以恢复演化程度较高的干酪根类型[10].根据显微组分鉴定的结果, 对不同显微组分采用不同的加权系数, 经数理统计可以得出样品的类型指数TI值, 根据类型指数区别干酪根的有机质类型.其中镜质组是高等植物木质素、纤维素经过凝胶化作用形成的产物, 属于典型的Ⅱ型有机质.义县组烃源岩样品干酪根类型主要为Ⅱ2型(表 2).
|
|
表 2 干酪根显微组分鉴定 Table 2 Maceral identification of kerogen |
生物标志化合物包含了丰富的地球化学信息, 它在反映有机质类型上也有着独特的优势.由Pr/nC17与Ph/nC18的相关关系(图 5)可知, 辽法D1井义县组三段烃源岩有机质类型以Ⅱ1和Ⅱ2型为主, 总体上属于偏腐泥型有机质, 主要以生油为主.有机质来源为低等水生生物和陆源高等植物的双重贡献, 且以水生生物为主.
|
图 5 义县组烃源岩Pr/nC17-Ph/nC18相关关系图 Fig.5 The Pr/nC17-Ph/nC18 diagram of source rocks in Yixian Formation |
有机质成熟度是烃源岩评价的重要参数之一, 成熟度评价指标主要有镜质体反射率及生物标志物特征等[11].
3.3.1 镜质体反射率镜质体反射率(Ro)是目前国际上唯一公认的可用于对比有机质成熟度的指标, 在国内外被广泛应用到烃源岩成熟度的标定[12].当Ro < 0.5%时为未成熟, Ro值介于0.5%~0.8%之间为低成熟, Ro值介于0.8%~1.3%之间为成熟, Ro值介于1.3%~2.0%之间为高成熟, Ro>2.0%时为过成熟.辽法D1井义县组三段烃源岩样品的Ro值均较高, 分布范围1.08~1.20(图 6), 指示烃源岩处于成熟阶段.
|
图 6 典型烃源岩样品Ro分布图 Fig.6 Ro distribution of typical source rock samples |
规则甾烷在成岩演化过程中存在由不稳定的生物构型向稳定的热力学构型转化的趋势.如20R构型向20S构型转化, 14α(H)、17α(H)构型向14β(H)、17β(H)转化等, 因此利用各对异构体比值(C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)两个参数可以获得原油和烃源岩成岩成熟度的信息. Mackenzie等(1980)最早提出用C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)两个参数来计算烃源岩和原油成熟度. C2920S/(20S+20R)的比值小于0.2时, 代表烃源岩为未成熟, 在0.2~0.3之间为低成熟, 大于0.3为成熟阶段; C29ββ/(ββ+αα)参数小于0.15为未成熟, 0.15~0.3之间为低成熟, 大于0.3为成熟[13].辽法D1井义县组三段烃源岩C2920S/(20S+20R)的比值均在0.3~0.6之间, C29ββ/(ββ+αα)比值在0.5附近, 表明烃源岩均已达成熟(图 7).
|
图 7 义县组烃源岩甾烷成熟度参数关系图 Fig.7 The sterane maturity parameter relation of source rocks in Yixian Formation |
1) 辽法D1井义县组三段烃源岩的TOC分布在1.37%~8.61%之间, 平均值为3.70%;生烃潜量S1+S2平均值为4.15×10-3, 为中等-好烃源岩, 具备非常好的生烃条件, 可以作为辽法D1井的主力生油层.
2) 通过热解参数及干酪根显微组分分析判断有机质类型为Ⅱ1-Ⅱ2型.样品的Ro值均较高, 介于1.08~1.20之间, C2920S/(20S+20R)介于0.3~0.6之间, C29ββ/(ββ+αα)比值接近0.5, 指示有机质处于成熟阶段, 进入生油高峰期.
| [1] |
陈树旺, 丁秋红, 郑月娟, 等. 松辽盆地外围新区、新层系——油气基础地质调查进展与认识[J]. 地质通报, 2013, 32(8): 1147-1158. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2013.08.002 |
| [2] |
姚玉来, 李晓海, 司江福, 等. 辽宁北部秀水盆地秀D1井烃源岩评价[J]. 地质与资源, 2018, 27(2): 186-191. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2018.02.011 |
| [3] |
丁秋红, 陈树旺, 李晓海, 等. 辽宁北部秀水盆地秀D1井孢粉组合及其地层意义[J]. 地质通报, 2017, 36(8): 1305-1318. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2017.08.001 |
| [4] |
郭继刚, 王绪龙, 庞维奇, 等. 准噶尔盆地南缘中下侏罗统烃源岩评价及排烃特征[J]. 中国矿业大学学报, 2013, 42(4): 595-605. |
| [5] |
张小龙, 李艳芳, 吕海刚, 等. 四川盆地志留系龙马溪组有机质特征与沉积环境的关系[J]. 煤炭学报, 2013, 38(5): 851-856. |
| [6] |
倪春华, 周小进, 王果寿, 等. 鄂尔多斯盆地南缘平凉组烃源岩沉积环境与地球化学特征[J]. 石油与天然气地质, 2011, 32(1): 38-46. |
| [7] |
张坤, 李永飞, 唐友军, 等. 辽西金羊盆地北票组油砂饱和烃地球化学特征——以SZK02井为例[J]. 地质通报, 2015, 34(10): 1929-1937. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2015.10.017 |
| [8] |
Tissot B P, Welte D H. Petroleum formation and occurrence:A new approach to oil and gas exploration[M]. New York: Springer-Verlag, 1978: 633-634.
|
| [9] |
程克明, 顾信章. 沥青质的地球化学性质及其对母岩有机质的分类意义[J]. 矿物岩石地球化学通讯, 1982, 4: 1-4. |
| [10] |
卢双舫, 张敏. 油气地球化学[M]. 北京: 石油工业出版社, 2009: 153-165.
|
| [11] |
边雷博, 柳广弟, 孙明亮, 等. 方里集地区沙河街组烃源岩地球化学特征分析及油源对比[J]. 中国海上油气, 2018(6): 53-60. |
| [12] |
程顶胜. 烃源岩有机质成熟度评价方法综述[J]. 新疆石油地质, 1998(5): 79-83+89. |
| [13] |
Mackenzie A, Patience R, Maxwell J, et al. Molecular parameters of maturation in the Toarcian shales, Paris Basin, France-I. Changes in the configurations of acyclic isoprenoid alkanes, steranes and triterpanes[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1980, 44(11): 1709-1721. DOI:10.1016/0016-7037(80)90222-7 |