民和盆地侏罗系生烃潜力与油气勘探方向

谢 楠,陈 果

（1.中海油研究总院,北京 100027;2.中石油川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院,四川成都 610051）

民和盆地侏罗系生烃潜力与油气勘探方向

谢 楠1,陈 果2

（1.中海油研究总院,北京 100027;2.中石油川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院,四川成都 610051）

从有机碳含量、可溶有机质含量及其转化率、热解参数、饱和烃的生物表示化合物特征、有机岩石学特征几个方面分析了民和盆地侏罗系烃源岩的有机质丰度、类型和成熟度,并进行了地球化学特征分析和生烃潜力评价。分析认为盆地发育湖相泥岩和煤系两大类烃源岩,有机质以较富含低等水生生物原始母质的腐泥腐殖型为主,主要分布于中侏罗统。通过对盆地石油地质条件的评价,结合各区带落实认识程度和资料品质条件认为:武家鼻隆构造带是最有利的勘探区带,万泉堡鼻状构造带具有良好勘探潜力,大庄构造带是寻找浅层次生油气藏的有利区带。永登凹陷面积大,资源丰富,勘探认识程度低,具有良好勘探前景。

侏罗系烃源岩;生烃潜力;民和盆地

Abstract:Based on the comprehensive analysis of the organic carbon content,the content and conversion ratio of organic matter,parameters of pyrolysis,organic petrology parameters,biomarker characters of saturated hydrocarbon and stable carbon isotope composition of individual hydrocarbon,geochemical characters of Jurassic source rock samples in Minhe Basin and the organic matter’s abundance,type and maturity are studied,and hydrocarbon generation potential are evaluated.The result shows that the source rocks are coal-measure rocks and lacustrine mud,and the organic matter which is abundant in mid-Jurassic is marine inferior creatures.Most of the organic matters are of type 2 and 3,few of them are of type 1.According to the evaluation of the petroleum geology in this basin and based on the research of belts and data quality,Wujia nose-uplift structural belt is the most favorable region;Wanquan nose structural belt isof good potential;Dazhuang structural belt is one of the favorable zone for shallow secondary reservoir.Yongdeng depression is prospective because of its big enough area,abundant resource and low exploration and research degree.

Key words:Jurassic source rock;hydrocarbon generation potential;Minhe Basin

民和盆地位于甘、青两省交界地带 ,界于东经 102°20′～104°00′、北纬 35°40′～36°50′之间 ,面积12 500 km2（图1）,是一个中、新生代发育起来的山间坳陷盆地[1]。盆地自1935年开始石油勘探工作,至今发现了虎头崖油田、海石湾单斜油藏和海石湾井田含油断块。民和盆地沉积发育有侏罗系～第四系[2-3],最大沉积岩厚度在永登地区达7 500 m,巴州地区达6 500 m。中侏罗统是盆地内主要烃源层系;上侏罗统与下白垩统大通河组是已发现油藏和出油点主要成藏组合,下白垩统河口组钻井见丰富油气显示,这两套层系是民和盆地的主要含油气层系。

图1 民和盆地构造单元Fig.1 Structure units of Minhe Basin

1 盆地形成与演化的区域背景

民和盆地位于青藏高原的东北部边缘,自盆地形成之初到现今定型的整个地史演化过程中一直处于南北向挤压作用之中,造成这种受力的应力体制主要是因为印度板块不断自南向北向亚洲板块拼合所产生的远程效应。大洋的形成、消亡对祁连地区的盆地形成与演化具有深远的影响。

晚三叠世,随着古特提斯大洋关闭,西秦岭以及祁连地区在南北缩合挤榨作用下开始活动,祁连地区处于抬升剥蚀期,基本上没有接受沉积。进入早侏罗世,随着中特提斯洋的大规模扩张,祁连地区也由挤压逐渐转化为伸展环境,民和盆地及其周边盆地在这种伸展环境下开始整体下陷,形成侏罗纪的一个汇水区,为民和盆地及其周围盆地侏罗系的沉积创造了条件。早侏罗世初期,盆地沉降缓慢,盆底凹凸不平,表现为“填平补齐”性质的沉积。中侏罗世盆地仍处于南北向的伸展环境下,盆地进一步沉降,沉积范围在早侏罗世沉积的基础上进一步扩大,水体加深[4]。盆地中心沉积了一套以细粒碎屑岩为主的湖泊沼泽相沉积,发育一套以炭质泥岩、油页岩、煤层为特征的滨浅湖—半深湖沉积,成为民和盆地良好的烃源岩。晚侏罗世盆地在中侏罗世盆地的基础上,接受沉积,同时气候进一步趋于干旱,水体变浅,发育一套以褐红色为主色调的杂色碎屑岩沉积,晚侏罗世盆地表现为弱挤压作用下的坳陷盆地。

2 烃源岩类型及展布

根据钻井资料、盆地周缘露头剖面的测量结果以及沉积环境,盆地发育湖相泥质岩和煤系两大类烃源岩,以湖相暗色泥岩、油页岩、页岩及粉砂质泥岩为主,有机质以较富含低等水生生物原始母质的腐泥腐殖型为主,主要分布于中侏罗统,在平面上广泛分布于湖相、沼泽相沉积区,预测总分布面积约4 600 km2,平均厚度为100～200 m,最厚处在永登坳陷红城镇,估计在800 m以上,主体分布于永登坳陷,面积约2 700 km2,平均厚度250 m左右（图2、表1）。

图2 民和盆地中侏罗统烃源岩厚度Fig.2 Middle-Jurrasic source thickness of Minhe Basin

2.1 有机质丰度

中侏罗统湖相泥岩岩性主要为深灰色泥岩、泥灰岩及油页岩[5]。油页岩和湖相泥岩的平均有机碳含量分别为12.0%和3.69%,氯仿沥青“A”的平均含量分别为0.212 2%和0.41%,总烃平均含量分别为2 163×10-6和2 201×10-6,岩石热解生油潜量分别为6.45×10-3和54.88×10-3。以上数据表明民和盆地中侏罗统泥质烃源岩的丰度较高（表2）。

民和盆地中侏罗统下部还有一套煤层,其平均有机碳含量为62.18%,氯仿沥青“A”的平均含量为0.794 7%,总烃平均含量为3 070×10-6,岩石热解生油潜量为91.41×10-3,是以生气为主的烃源岩。

表1 民和盆地中侏罗统烃源岩厚度统计Tab.1 Middle-Jurrasic source rock thickness of Minhe Basin

表2 民和盆地中侏罗统烃源岩有机质丰度统计Tab.2 Middle-Jurrasic source rock organic abundance of Minhe Basin

中侏罗统油页岩和湖相泥岩的平均有机碳含量分别为3.69%和12.0%,氯仿沥青“A”的平均含量分别为0.212 2%和0.41%,总烃平均含量分别为2 163×10-6和2 201×10-6,岩石热解生油潜量分别为 6.45×10-3和 54.88×10-3（表2）。因此,民和盆地这套中侏罗统湖相泥岩、油页岩从丰度的角度来看,其质量列西部地区侏罗系中小盆地之首。

2.2 有机质类型

根据卫平生[6]对民和盆地煤层的显微组分研究,煤层的有机质类型较多,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型均有分布。海石湾的煤一层,显微组分以腐泥组为主要组分;窑街的煤一层和部分煤二层,显微组分主要是类脂组和腐泥组,为Ⅱ型有机质;炭山岭、大滩、大有及部分窑街的煤二层,有机质显微组分较复杂,以镜质组和惰质组为主,并含有一定量壳质组 ,Ⅲ型。

根据中侏罗统窑街组煤矿、地面露头及巴参1井烃源岩干酪根的分析资料[7],氢碳原子比和氧碳原子比图表明:窑街、天祝煤矿煤二层和阿干镇煤层的有机质类型主要为Ⅲ型,黑色碳质页岩、泥灰岩有机质类型为Ⅱ～Ⅲ型,油页岩有机质类型以Ⅱ型为主（图3）。

生物标记物甾烷 C27、C28、C29的分布特征,可反映有机质的类型,一般来说,以低等水生生物、藻类为原始有机物的有机质,富含C27规则甾烷,而C29、C28甾烷丰度低;以高等植物为原始母质的有机质,则富含C29、C28规则甾烷,而C27甾烷丰度低。从甾烷C27、C28、C29三角图上可以看出,煤层和碳质页岩与油页岩、泥岩分布在不同的区域,表现出煤层和碳质页岩富含C29、C28规则甾烷,油页岩、泥岩则具有较高的C27甾烷（图4）。

图4 民和盆地窑街组烃源岩生物标记物甾烷C27、C28、C29的分布特征Fig.4 The distribution of gonane C27、C28and C29biological marker in Yaojie Formation of Minhe Basin

总之,民和盆地窑街组烃源岩有机质类型以Ⅱ、Ⅲ型为主,煤层为Ⅲ型有机质,以生气为主。根据前人对窑街煤矿钻孔煤层气的研究,在成熟早期阶段（Ro为0.8%～0.9%）产出大量的煤层气。勘探和开采证明,煤层气（瓦斯）在该区各煤田均有不同程度的分布,涌出量一般为5～10 m3/t,局部地区高达18.66 m3/t。海石湾的煤一层、窑街的煤一层和部分煤二层,显微组分主要是类脂组和腐泥组,可生成一定的原油;窑街组黑色碳质页岩、油页岩以油为主,气为辅。

2.3 有机质热演化及生烃期次

根据盆地模拟结果,民和盆地绝大多数侏罗系烃源岩现今已成熟,其中巴州地区 Ro值变化介于0.7%～1.4%之间,在盆地主体生烃地区周家台地区,现今 Ro值在1.2%～4%之间,平均在2%左右,侏罗系烃源岩的成熟度很高。由烃源岩的热演化状况分析可知,民和盆地在燕山期和喜山期分别有一次成烃过程,由于埋藏史的变化,不同地区的成烃有一定差异。盆地模拟的结果表明,盆地有两个大的生烃期次:早白垩世和新近纪。其中以苏家峡地区为代表在早白垩世中期约120百万年时就已经开始大规模生油,由于早白垩世的沉积速率非常高,该地区迅速进入生气阶段,因而生油的时间相对较短,对成藏不利。早白垩以后,该地区进入长期隆升阶段,基本停止生烃。

2.4 生烃强度分析

盆地模拟结果表明:民和盆地侏罗系生烃中心只有两个,位于古鄯和永进次凹,平均生油强度达147.9×104t/km2。现今生油强度在古鄯次凹中央最大达260×104t/km2,在永进次凹最大达200×104t/km2;65百万年时生油强度在永进次凹达3 800×104t/km2,在古鄯次凹最大达2 600×104t/km2;95百万年时在永进次凹生油强度最大为3 400×104t/km2,在古鄯次凹最大达2 600×104t/km2;120百万年时,生油中心位于周家台和观音庙之间最大为3 800×104t/km2。民和盆地生气中心只有一个,位于周家台一带,平均生气强度为1 280×106m3/km2。现今生气强度最大为900×106m3/km2;65百万年时最大为7 600×106m3/km2;95百万年时最大为8 000×106m3/km2;120百万年时,生气强度相对较小,为2 600×106m3/km2。

3 资源量分析

烃源岩分布研究结果表明:民和盆地烃源岩主要分布在永巴坳陷。根据民和盆地中侏罗统烃源岩的分布和地化参数,计算民和盆地永巴坳陷各次凹油页岩和暗色泥岩提供石油生烃量71.84×108t,资源量3.02×108t（表3）,资源丰度5.83×104t/km2。其中古鄯次凹资源量0.70×108t,占主力凹陷资源量的23.18%;苏家峡次凹资源量1.41×108t,占主力凹陷资源量的46.7%;永进次凹资源量0.92×108t,占主力凹陷资源量的30.1%。尽管古鄯次凹资源量相对少些,但该次凹勘探认识程度较高,并已发现工业油流井,因此应首选围绕该次凹供油范围构造带进行勘探;苏家峡次凹资源潜力大,勘探前景广阔。用氯仿“A”法计算了盆地泥岩、油页岩类生油量49.08×108t,资源量2.45×108t,两类方法较接近。

民和盆地是一个煤、油气共生的盆地,据煤岩生烃条件,民和盆地煤岩显微组分特征与吐哈、准噶尔盆地南缘侏罗系煤岩相似,有较高生烃潜力,并进入成熟阶段（表4）。因此,煤岩亦可能是重要的生烃源岩,计算煤岩提供天然气的资源量（表5）。民和盆地石油资源量3.02×108t,天然气资源量493.83×108m3,合计油当量3.51×108t。

表3 民和盆地资源量计算结果Tab.3 Resource of Minhe Basin

表4 民和盆地与西北其它煤成油盆地生烃潜力比较Tab.4 Hydrocarbon generation potential contrast between Minhe Basin and other coal oil basin

表5 民和盆地煤岩提供天然气计算结果Tab.5 G as resource from coal rock in Minhe Basin

4 油气成藏机理

民和盆地是一个典型的改造型盆地,经历了早白垩世末和新近纪末两期强烈的改造作用。改造不仅使盆地结构、构造遭受不同程度的破坏和调整,同时也使盆地内含油气系统遭到改造和调整。早白垩世末期的改造作用是燕山期构造格局定型重要时期,周家台地区成为燕山期构造油气藏形成的有利区带,成藏组合以侏罗系自生自储为主。虎头崖、海石湾地区发现的残余油气藏就是经过喜山期改造后残余的燕山期古油气藏。新近纪末,由于拉脊山北向逆冲推覆,民和盆地遭受了南北向强烈挤压构造作用,盆地内含油气系统发生调整,一些燕山期和早喜山期形成的原生油气藏在改造中形成新的次生油气藏,成藏组合以下生上储（中侏罗统为生油岩,上侏罗统和下白垩统为储集层）和上生下储（中侏罗统为生油岩,下侏罗统和基底为储集层）为主[8]。由于喜山期的改造作用表现为南强北弱,因此,周家台及其以南的巴州地区成藏以改造次生型为主,而周家台以北的永登地区则主要表现为改造继承性或改造保存型为主。民和盆地具有两期成烃、两期成藏的基本特征。早白垩世末应力体制和陆壳热体制的变革性调整,使盆地沉降、埋藏和热体制发生重大变化,是导致成烃、成藏间断性和多期性的根本原因。

5 油气勘探方向

通过对盆地石油地质条件的评价,结合各区带落实认识程度和资料品质条件认为:武家鼻隆构造带是最有利的勘探区带;万泉堡鼻状构造带具有良好勘探潜力。大庄构造带是寻找浅层次生油气藏的有利区带。永登凹陷面积大,资源丰富,勘探认识程度低,具有良好勘探前景（图5）。

图5 民和盆地区带分布Fig.5 Play distribution in Minhe Basin

5.1 武家鼻隆构造带是最有利的勘探区带

武家构造带区带面积320 km,总体为一由东南向西北伸入巴州生烃凹陷的鼻状隆起带,与已获得油气流的万泉堡鼻状隆起带对称,受民和断裂和武家、大庄断层控制,地层由北西向东南抬升,发育断鼻、断背斜及地层圈闭。区带地质背景好。构造带发育于燕山期的凹中古鼻隆,与油气运聚时期匹配关系好;处于巴州生油凹陷东部,是油气运移的有利指向区,东邻永登凹陷生成的油气可以通过不整合面和断层向武家构造带运移,具有双向供油的有利条件。

5.2 万泉堡鼻状构造带具有良好勘探潜力

万泉堡鼻状构造带发育于巴州凹陷西北斜坡带,是一个向生油凹陷内延伸的鼻状隆起,区带面积68 km2,资源规模1 120×104t。依附于一组北东走向逆断层发育断鼻、断背斜构造,形成断背斜、断鼻控制的油气藏,成藏条件好。构造带中部铁家断鼻圈闭面积较大,是有利的预探目标。圈闭位于巴州含油断鼻西北上倾方向,由北东向延伸的逆断层控制的上盘发育的圈闭,圈闭类型及形成机制与巴州断鼻相同,构造较可靠。

5.3 大庄构造带是寻找浅层次生油气藏的有利区带

该区带是盆地南缘逆掩推覆形成,属燕山、喜山多期叠置的构造带,区带面积130 km2。下白垩统～侏罗系发育断鼻圈闭,上白垩统～新近系发育断背斜、断鼻圈闭。该构造带优势是处于生油凹陷,油源充足,发育多套储盖组合;分析侏罗系、下白垩统以形成断鼻油气藏为主;预测上白垩统～新近系可形成次生油气藏和喜山期生成聚集的晚期油气藏。

5.4 永登凹陷面积大,资源丰富,勘探认识程度低,具有良好勘探前景

凹陷内油气显示丰富,西部边缘发现有海石湾井田区中侏罗统油藏;西南部民深6井于河口组气显示好,气苗可燃,说明永登凹陷也是一个生烃凹陷。侏罗系、下白垩统分布面积4 000 km2,占主体凹陷面积的2/3;凹陷周边露头出露良好烃源岩,地震资料反映凹陷中部发育中侏罗统烃源岩层系,预测凹陷石油资源量达2.33×108t,占盆地石油资源量的3/4;勘探潜力大。经过几年的勘探,初步发现有红古城、钱家寺、黑喇嘛、青寺堡4个构造带,9个构造圈闭,以压扭断背斜、逆冲断鼻为主,面积233 km2,圈闭资源量6 690×104t。红古城、钱家寺、青寺堡是燕山期压扭反转构造带;黑喇嘛构造带是燕山、喜山期挤压冲断构造带。地质条件研究分析认为:永登凹陷中北部观音庙一带地层埋藏相对浅,构造变形弱,地层齐全,是油气运移的有利方向。

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Evaluation on hydrocarbon generation potentials and exploration in Jurassic Minhe Basin

Xie Nan1,Chen Guo2

1.CNOOC Research Institute,Beijing100027;2.Geological Exploration and Development Reasearch Institute of Chuanqing Drilling Engineering Limited Company,Chengdu610501）

TE121.1;TE122.1+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.04.039

1008-2336（2010）04-0039-07

2010-08-03;改回日期:2010-08-20

谢楠,女,1980年生,工程师,硕士,2007年毕业于中国石油大学（北京）并获硕士学位,主要从事储层地质学和沉积学研究工作。E-mail:xienan@cnooc.com.cn。