2021, Vol. 30
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2. 油气资源与勘探技术教育部重点实验室/长江大学, 湖北 武汉 430100
2. Key Laboratory of Ministry of Education for Exploration Technologies of Oil and Gas Resources, Yangtze University, Wuhan 430100, China
牛营子盆地是松辽外围南部盆地群油气基础地质调查的重点盆地, 位于辽西凌源市南部, 呈NNE走向, 长约20 km, 宽约6 km, 面积约120 km2 (图 1), 大地构造划分上属于燕山陆内造山带的东延, 北为内蒙地轴, 南为华北地台[1-3].盆地内主要分布有长城系、蓟县系、寒武系、奥陶系、侏罗系和白垩系, 地表零星见待建系下马岭组、二叠系石盒子组.牛营子盆地以前的勘探目的层系为中新元古界, 包括蓟县系高于庄组、洪水庄组和待建系下马岭组[4-9].
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图 1 牛营子盆地地质略图(据文献[16]修改) Fig.1 Geological sketch map of Niuyingzi Basin (Modified from Reference [16]) 1-逆断层(reverse fault); 2-正断层(normal fault); 3-逆冲推覆构造(thrust nappe structure); 4-侵入岩(intrusive rock); 5-第四系(Quaternary); 6-白垩系义县组(Cretaceous Yixian fm.); 7-侏罗系髫髻山组(Jurassic Tiaojishan fm.); 8-侏罗系邓杖子组(Jurassic Dengzhangzi fm.); 9-侏罗系海房沟组(Jurassic Haifanggou fm.); 10-二叠系石盒子组(Permian Shihezi fm.); 11-寒武系-奥陶系(Cambrian-Ordovician); 12-中新元古界(Meso-Neoproterozoic) |
侏罗系北票组作为辽西地区油气勘探的主要目的层系[10-15], 广泛出露于金羊盆地、北票盆地等中生代盆地.以往的地质调查认为牛营子盆地不发育北票组. 2017年中国地质调查局沈阳地质调查中心实施辽凌地1井(图 1), 在中元古界厚层碳酸盐岩推覆体之下钻遇北票组[16].本文在辽凌地1井岩心样品采集的基础上, 对北票组暗色泥岩有机地球化学数据进行分析, 查明北票组泥岩地球化学特征, 对牛营子盆地北票组烃源岩进行评价, 为下一步油气基础地质调查工作提供依据.
1 钻井地质概况辽凌地1井自上而下钻遇地层分别为第四系(0~25 m)、中侏罗统海房沟组(25~272 m)、蓟县系杨庄组(272~889 m)、蓟县系高于庄组(889~1527.91 m)、下侏罗统北票组(1527.91-1722.78m).第四系为含砾石腐殖土; 海房沟组为灰色复成分砾岩局部夹砂岩、粉砂质泥岩; 杨庄组为灰红色、灰色白云岩、白云质灰岩; 高于庄组为灰色、灰黑色白云岩, 局部夹灰黑色白云质灰岩; 北票组(未见底)岩性组合为砂泥岩互层, 包括黑色、灰黑色碳质泥岩、泥质粉砂岩、灰色中砂岩、细砂岩、粉砂岩、含砾粗砂岩, 局部夹薄煤线, 其中泥岩累计总厚度102.58 m, 砂岩累计厚度92.42 m, 泥地比59.79%, 包括黑色、灰黑色碳质泥岩、泥质粉砂岩、灰色中砂岩、细砂岩、粉砂岩、含砾粗砂岩, 见多段气测异常(图 2).
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图 2 辽凌地1井北票组综合柱状图(据文献[16]修改) Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Beipiao Formation in LLD1 well (Modified from Reference [16]) 1-砾屑白云岩(dolorudite); 2-含砾粗砂岩(pebbly coarse sandstone); 3-含砾中砂岩(pebbly medium sandstone); 4-中砂岩(medium sandstone); 5-细砂岩(fine sandstone); 6-粉砂岩(siltstone); 7-泥质粉砂岩(argillaceous siltstone); 8-粉砂质泥岩(silty mudstone); 9-泥岩(mudstone); 10-碳质泥岩(carbon mudstone); 11-植物茎秆化石(fossilized plant stalk); 12-植物叶片(plant leaf); 13-砂质条带(sandy belt); 14-泥质条带(argillaceous stripe); 15-斜层理(oblique bedding); 16-水平层理(horizontal bedding); 17-波状层理(wave bedding); 18-爬升层理(climbing bedding); 19-槽状交错层理(trough cross-bedding); 20-块状层理(massive bedding); 21-生物扰动构造(bioturbation structure); 22-冲刷面(scouring surface); 23-含气层(gas-bearing formation) |
地层接触关系上, 海房沟组角度不整合覆盖于杨庄组之上, 杨庄组整合于高于庄组之上, 中元古界蓟具系推覆体逆冲于北票组之上.该逆冲断层应属于张长厚等[17]认为的牛营子到瓦房店东部一带逆冲系统.
2 样品测试与分析方法辽凌地1井岩心中共采集北票组暗色泥岩样品12件, 相关分析测试在长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室完成.对所有样品均进行了岩石热解、总有积碳、干酪根元素、干酪根同位素、镜质组反射率、饱和烃色谱和饱和烃气相色谱-质谱等分析.
烃源岩的可溶烃分析方法及实验仪器简介如下:称取岩样200 g, 粉碎为粒径小于0.09 mm的粉末, 装入滤纸筒中包扎好, 置于脂肪抽取器中, 加入不超过2/3容积的氯仿, 在75~82 ℃的水浴中连续抽提72 h, 获得氯仿沥青"A".用正己烷沉淀氯仿沥青"A"的沥青质后, 将其可溶物通过中性氧化铝和硅胶层析柱, 依次用正己烷、二氯甲烷+正己烷、无水乙醇+氯仿冲洗, 分离出饱和烃、芳香烃和胶质(非烃).
饱和烃色谱分析仪器为惠普6890气相色谱仪.色谱柱为HP-5ms石英弹性毛细柱(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm).温度程序从100 ℃升温到300 ℃, 升温速率为4 ℃/min, 载气为氮气(流速1 mL/min), 进样器温度300 ℃, FID检测器温度300 ℃, 分流比30: 1.饱和烃气相色谱-质谱分析:仪器为惠普5890和5971气相色谱和质谱仪.色谱柱为HP-5ms石英弹性毛细柱(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm).升温程序为50 ℃至100 ℃的升温速率为20 ℃/min, 100 ℃至310 ℃的升温速率为3 ℃/min, 310 ℃时恒温15.5 min.进样温度为300 ℃, 载气为氦气, 流速为1.04 mL/min, 扫描范围为50~550 amu, 检测方式为多离子扫描.
3 有机地球化学特征 3.1 有机质丰度有机质丰度是衡量烃源岩生烃能力最基本的依据.常见的评价指标包括有机碳含量(TOC)、热解生烃潜量(S1+S2)、氯仿沥青"A"、总烃(HC)等[18].辽凌地1井12件岩心样品的有机地球化学测试结果(表 1)表明, TOC分布范围0.75%~37.90%, 平均值为11.68%.生烃潜量(S1+S2)分布范围0.96×10-3~177.6×10-3, 平均为42.01×10-3.氯仿沥青"A"分布在0.0192%~0.5282%之间, 平均为0.1304%.
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表 1 北票组烃源岩地球化学分析数据表 Table 1 Geochemical analysis data of Beipiao Formation source rocks |
参考中国湖相烃源岩有机质丰度评价标准[19](表 2), 12件烃源岩样品中, 有机碳含量在0.6%~1.0%之间的样品有1件, 占8.33%;在1.0%~2.0%之间的样品有1件, 占8.33%;大于2.0%的样品有10件, 占83.33%.表明北票组烃源岩主要处于好烃源岩范畴, 非烃源岩和差烃源岩极少.生烃潜量大于20×10-3的占41.67%;在60×10-3~200×10-3的好生油岩占25%;20×10-3~60×10-3的中等生油岩占16.67%;小于20×10-3的差烃源岩占16.67%.氯仿沥青"A"在0.015%~0.050%之间的样品占25%;在0.050%~0.100%之间的占33.33%;在0.100%~0.200%之间的占25%;大于0.200%的占16.67%.
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表 2 有机质丰度评价标准 Table 2 Evaluation criteria for organic matter abundance of source rocks |
从热解生烃潜力与TOC关系可以看出, 12件样品中, 2件为差烃源岩, 2件为中等烃源岩, 3件为好烃源岩, 5件为很好烃源岩(图 3).有机质丰度一般采用TOC为主要评价参数, 其余为辅助参数[20].由此可见, 北票组烃源岩有机质丰度高, 具有较好的生烃物质基础.
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图 3 北票组烃源岩有机质丰度判别图 Fig.3 Discrimination diagram of organic matter abundance of Beipiao Formation source rocks |
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, 是评价烃源岩的质量指标[21].有机质类型不仅可以衡量有机质的产烃能力, 也决定了产物的类型是油还是气.常用于鉴别有机质类型的依据包括:干酪根显微组分组成、干酪根元素组成、干酪根稳定碳同位素、岩石热解特征、红外光谱特征、可溶沥青特征等[22].本文采用生物标志化合物和干酩根显微组分来确定辽凌地1井北票组烃源岩有机质类型.
生物标志化合物包含了丰富的有机质来源信息. Shanmugam [23]提出用Pr/nC17与Ph/nC18的相关关系来指示有机质来源和成熟度.通过12件北票组样品投点(图 4), 1件样品落在Ⅱ2型, 其余11件样品落在Ⅲ型.
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图 4 北票组烃源岩Pr/nC17与Ph/nC18的相关关系 Fig.4 The Pr/nC17-Ph/nC18 diagram of Beipiao Formation source rocks |
不同类型的干酪根显微组分具有不同的生烃能力.因此, 根据干酪根的主要显微组分类脂组、壳质组、镜质组和惰质组分的含量可划分不同类型[24].目前主要采用2种方法对干酪根进行分类, 一种是根据干酪根的类脂组与镜质组的相对含量, 另一种是同时考虑干酪根类脂组、壳质组、镜质组和惰质组4种组分的含量, 采用类型指数(TI)来划分干酪根类型:TI=(腐泥组×100+壳质组×50-镜质组×75-惰质组×100)/100.
本文采用曹庆英[25]提出的TI指数干酪根四分法(表 3).
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表 3 干酪根类型指数分类表 Table 3 Classification of kerogen types |
经计算北票组烃源岩有机质以Ⅲ型为主, 部分为Ⅱ2型(图 5).
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图 5 北票组烃源岩干酪根类型分布直方图 Fig.5 Distribution histogram for kerogen types of Beipiao Formation source rocks |
有机质成熟度是衡量有机质向油气转化的程度.反映有机质成熟度的参数较多, 如干酪根演化特征的元素组成的变化、官能团构成的变化、自由基含量的变化、颜色及荧光性的变化、热失重的变化、碳同位素组成的变化、镜质体反射率的变化及反映热解产物演化的可溶有机质的含量和组成、烃类的含量和组成均可成为成熟度指标[26].
镜质组反射率(Ro)是最为有效的参数.根据烃源岩成熟阶段划分标准[27], 可分为未熟阶段(Ro < 0.5%); 成熟阶段(Ro: 0.5%~1.3%, 其中Ro介于0.5%~1.0%为重油生烃高峰, 1.0%~1.3%为轻质油生烃高峰); 凝析气-湿气生烃阶段(Ro:1.3%~2.0%); 过熟阶段(Ro>2.0%, 干气阶段).
辽凌地1井北票组12个烃源岩的镜质体反射率值均为0.57%~0.62%, 平均值为0.60%, 为低成熟特征(图 6).
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图 6 北票组烃源岩Ro分布图 Fig.6 Ro distribution of Beipiao Formation source rocks |
生物标记化合物异构化参数、奇偶优势参数等也可以作为成熟度指标.分析北票组12件烃源岩样品甾烷异构化成熟度参数C2920S/(20S+20R)和C29αββ/(ααα+αββ)相关关系(图 7), 3件处于未成熟演化阶段, 其余9件均处于低成熟演化阶段.
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图 7 甾烷成熟度参数相关图 Fig.7 The C2920S/(20S+20R)-C29αββ/(ααα+αββ) diagram of Beipiao Formation source rocks |
(1) 牛营子盆地辽凌地1井侏罗系北票组烃源岩有机碳分布在0.75%~37.9%之间, 平均值为11.68%.综合判断其有机质丰度高, 具备良好的生烃物质基础.
(2) 根据Pr/nC17与Ph/nC18的相关关系判断, 北票组烃源岩有机质类型为Ⅲ型和Ⅱ2型.镜质组反射率研究表明有机质处于低成熟演化阶段.
(3) 综合分析认为, 牛营子盆地侏罗系北票组具有一定的生烃潜力.
致谢: 吉林大学实习生姜洋参加了钻孔岩心编录与取样工作, 在此表示感谢.
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