金沙岩孔灯影组古油藏沥青有机地球化学特征及油源分析
2012-06-27汪正江杜秋定刘家洪
杨 平, 谢 渊, 汪正江, 杜秋定, 刘家洪
金沙岩孔灯影组古油藏沥青有机地球化学特征及油源分析
杨 平*, 谢 渊, 汪正江, 杜秋定, 刘家洪
(成都地质矿产研究所, 四川 成都 610082)
为详细研究华南海相震旦系古油藏沥青来源, 对金沙岩孔灯影组古油藏进行了系统解剖。古油藏沥青主要富集于灯影组上部砂屑白云岩、鲕粒白云岩及藻白云岩中, 野外采集固体沥青呈块状富集, 质地坚硬, 有污手性, 沥青主要赋存在白云岩晶间孔、铸模孔以及溶洞内, 呈黑色固态物质产出, 镜下观察沥青具镶嵌状结构特征。含沥青白云岩有机碳含量0.52%～1.89%, 表明其较高的有机质含量。沥青受高温裂解及地表水淋滤氧化作用, 氯仿沥青“A”及热解潜量较低, 沥青有机碳同位素值为–33.22‰～–32.06‰, V/(V+Ni)比值较高为0.75～0.94, 沥青反射率2.95%～3.86%, 双反射明显, 热演化程度高, 大部分样品H/C比值小于0.5。综合研究表明, 沥青在地质历史中曾经受了高温热演化作用, 为原油高温裂解焦沥青。通过生物标志物、有机碳同位素、单体烃同位素及V/(V+Ni)比值对比分析认为沥青来源于下寒武统牛蹄塘组黑色岩系。
古油藏; 沥青; 有机碳同位素; 生物标志物; V/(V+Ni); 油源对比; 金沙
0 引 言
黔中隆起是一个由褶皱-断裂带围限的、长期继承性发育的巨型古隆起[1]。黔中隆起及周缘地区的主要构造为一系列隆起、坳陷以及分割这些坳陷的断裂, 其内形成了诸如麻江奥陶系-志留系古油藏[2]及金沙岩孔震旦系灯影组古油藏[3–4]。金沙岩孔古油藏构造位置为黔北斜坡金沙凸起岩孔背斜, 背斜核部最老地层为震旦统灯影组, 周围被下寒武统牛蹄塘组所环绕, 背斜总面积约40 km2(图1), 其灯影组白云岩溶蚀孔、洞、缝发育, 良好的生储盖配置促进了原生岩性古油藏的形成, 燕山运动使岩孔背斜出现, 而随后的抬升和剥蚀, 使古油藏裸露。灯影组在岩孔西侧白云山剖面出露最全, 实测厚度228 m (未见底), 其中下部为栉壳状藻云岩, 沥青含量相对较少, 多见溶洞及裂缝中, 上部为一套厚102 m的碳酸盐台地内滩相藻屑、砂屑及鲕粒白云岩, 该套滩相白云岩上部靠近顶部发育一段具大量沥青显示的溶孔型优质储层, 经观察实测金沙岩孔剖面(JY)含沥青白云岩厚度9.79 m, 箐口剖面(YQ)为20.05 m, 野外及镜下观察沥青多充填于晶间溶孔、铸模孔、粒内孔、溶洞及裂缝体系中, 绿竹剖面白云岩残余孔隙度为2.03%～4.73%(9件), 平均值3.40%, 箐口剖面白云岩残余孔隙度3.45%～10.85%(4件, 平均4.65%), 虽然由于孔隙被沥青或后期碳酸盐胶结物充填, 但储层物性总体较好。
图1 古油藏及采样剖面位置图
①金沙岩孔剖面(JY); ②岩孔箐口剖面(YQ); ③遵义松林剖面(ZN); ④遵义松林剖面(SDS); ⑤湄潭梅子湾剖面(MM)。
①Section in Yankong, Jinsha (JY); ②Section in Qingkou,Yankong (YQ); ③Section in Songlin, Zunyi (ZN); ④Section in Songlin, Zunyi (SDS); ⑤Section in Meiziwan, Meitan (MM).
金沙岩孔灯影组古油藏是加里东油气成藏重要证据, 和四川威远气田成藏条件相似[5], 前人曾对与其成藏条件相似的慈利南山坪灯影组古油藏[6]和威远气田[7]进行了研究, 认为沥青或者天然气来源主要为下寒武统牛蹄塘组黑色泥质岩, 前人对其沥青来源研究往往仅采用单因素对比，或者由于沥青及烃源岩成熟度较高，生物标志物对比等方法适用性不强，因此影响了沥青主要来源的判别, 金沙岩孔灯影组古油藏沥青来源是否为下寒武统牛蹄塘组,其他层位烃源岩如陡山沱组黑色泥岩或者灯影组中部的黑色页岩有否贡献仍值得怀疑。研究区及邻区在灯影组顶部存在一个桐湾运动形成的古暴露, 但古暴露并不是普遍分布, 古暴露不仅对灯影组白云岩储层进行溶蚀改造, 而且可以形成潜在的古潜山式油气藏或者古油气藏, 该区古油藏沥青的来源是否为上覆的牛蹄塘组也可以间接佐证古潜山式油气藏是否存在。因此本次研究拟采用生物标志物、有机碳同位素及微量元素等方法研究该区灯影组沥青来源。本文初步尝试用各地烃源岩地球化学指标进行分析比对, 揭示油气运移的方向, 如黔中隆起对油气成藏的控制作用, 特别是牛蹄塘组黑色页岩生成的石油沿着震旦系与寒武系间的不整合面向黔中隆起等构造高点运移聚集的机理。
1 样品采集与实验分析方法
本次研究于金沙岩孔剖面(JY)上采集含沥青云岩7件及不含沥青白云岩4件, 岩孔箐口剖面(YQ)白云岩溶洞采集充填纯沥青样9件, 分析其有机地球化学及微量元素特征, 该区从震旦纪至下寒武统发育多套不同类型的烃源岩, 为进行油源对比分析于相邻地区遵义松林及湄潭梅子湾等剖面陡山沱组-牛蹄塘组等采集烃源岩样进行相关分析(图2)。
1.1 岩石热解
样品Rock-Eval分析在法国万奇公司生产的Rock-Eval 6型仪器上完成。首先将样品粉碎至100目以下, 称取60~100 mg (含量特别高的适当减少称样量), 置于坩埚中, 坩埚放入机械转盘中进行连续分析。样品首先进入热解炉裂解, 裂解后的样品50%进入FID检测器测定1、2、max, 50%进入红外检测检测器测定3。
1.2 GC-MS测定饱和烃、芳烃化合物
样品有机质抽提按常规有机地球化学方法进行, 对粉碎至200目的样品进行索氏抽提78 h, 用石油醚沉淀沥青质, 族组分分离用硅胶、氧化铝色层柱, 正乙烷、苯和无水乙醇作洗脱剂, 获得饱和烃、芳烃和非烃。饱和烃、芳烃生物标志物分析在Agilent5975MSD上进行。色谱柱为DB5-MS型毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm), 氦气作载气。升温程序: 饱和烃的起始温度35 ℃, 以10 ℃/min升至120 ℃, 然后再以3 ℃/min升至300 ℃, 恒温30 min。离子源温度为250 ℃, 色谱质谱接口温度为250 ℃。质谱扫描方式为全扫描(Full Scan)和多离子检测(MID)方式。芳烃的起始温度50 ℃, 以3 ℃/ min升至300 ℃, 恒温30 min, 其他同上。
1.3 有机碳同位素测定
有机碳同位素在同位素质谱元素分析仪IsoPrime上完成, 通过接口与同位素比值质谱相连实现总碳同位素的连续流测定, 样品在燃烧管中注氧完全燃烧为CO2, CO2经接口进入质谱仪进行同位素测定, 碳同位素分析误差小于0.2‰。
往饱和烃溶液中加入尿素甲醇饱和溶液, 在室温下放置24 h, 过滤, 沉淀为尿素络合的正构烷烃部分, 用超纯水洗脱, 正己烷萃取, 收集至小瓶中, 加入纯化过的无水硫酸钠脱水, 过滤, 保存于密封小瓶中, 放入冰箱待测单体同位素。滤液为溶解的异构部分, 用正己烷将其萃取出来, 收集保存于冰箱中待用。单体烃化合物的测定在同位素质谱IsoPrime、气相色谱HPAgilent6890N上进行。色谱柱为DB5-MS型毛细管柱(50 m × 0.32 mm × 0.25 μm), 氦气作载气。升温程序: 起始温度60 ℃, 保留时间1 min, 以15 ℃/min升至110 ℃, 保留时间1 min, 以3 ℃/min升至290 ℃, 恒温30 min。色谱进样口温度为290 ℃, 无分流进样。
图2 沥青及烃源岩采样位置
1.4 沥青反射率测定
固体沥青反射率测试基本上与镜质体反射率测试方法相同, 检测仪器为MPV-SP显微光度计及偏光和荧光显微镜, 由于高反射率焦沥青存在明显的各向异性, 分析时分别测了最大油浸反射率(BRomax%), 最小油浸反射率(BRomin%)和随机油浸反射率(BRoran%), 测试时采用50倍油浸物镜, 在Windows支持的MPVGEOR程序下实现测试, 样品制成全岩光片后镜检分析, 每个样品测点90个, 最终数据为平均值。
2 储层及沥青有机地球化学特征
JY及YQ剖面灯影组白云岩样品分析结果(表1)表明, 含沥青白云岩总体上说氯仿沥青“A”及热解“1+2”含量较低, 这与沥青成熟度较高有关, 含沥青白云岩有机碳含量0.52%～1.89%, 纯沥青有机碳为69%, 通过对沥青野外与镜下观察、沥青及有机碳定量分析, 认为随着沥青含量减少其有机碳含量逐渐减少, 不含沥青白云岩仅为0.01%～0.06%。GC-MS测试检测出沥青样品具丰富的正构烷烃、类异戊二烯烷烃、萜类、甾类及芳烃, 具体特征如下。
2.1 饱和烃
图3 储层固体沥青及可能烃源岩氯仿沥青“A”饱和烃分布特征
2.2 萜类化合物
沥青样品中均检测出了一定含量的藿烷系列、三环萜烷系列和少量的四环萜烷(表2、图4), 其相对丰度五环三萜烷>三环萜烷>四环萜烷。三环萜烷中C19相对丰度较低, 以C23丰度最高, (C19+C20)/ C23-tri比值为0.41～0.89, 均值为0.67, C21、C23、C24呈倒“V”字型分布, 一般认为三环萜烷的这种分布特征与咸水环境有关, 同时也表明了菌藻类等低等生物输入的标志[12]。五环三萜类在研究样品中很丰富, 以C30藿烷占优势, 而C31以上的升藿烷丰度较高, 代表了低等生物的母质输入[12–13]。升霍烷C3122S/22S+22R为0.56～0.62, Ts/(Tm+Ts)为0.37～0.79, 表明为较高成熟度的沥青[14]。纤毛虫是伽马蜡烷的重要来源[15], 纤毛虫生活于分层的水体中, 伽马蜡烷是水体分层的标志[16], 同时在高盐环境中水体常常是密度分层的, 因此, 伽马蜡烷也常与高盐环境伴生, 样品中均检测出一定含量的伽马蜡烷, 但是其含量并不高, 伽马蜡烷指数为0.05～0.14, 表明原油母质形成盐度较低的海水环境。
表2 沥青生物标志物参数
注: 1–Pr/Ph; 2–Pr/C17; 3–Ph/C18; 4–伽马蜡烷/C30Hopane; 5–C23TT/C30H; 6–DBT/P; 7–OEP; 8–Ts/Ts+Tm; 9–C29ααα20S/(20S+20R); 10–C29αββ/(ααα+αββ); 11–MPI1(1.5×([2-MP]+[3-MP])/([P]+[1-MP]+[9-MP])); 12–MPI2(3×[2-MP]/([P]+[1-MP]+[9-MP])); 13–MPI3(([2-MP]+[3-MP])/([1-MP]+[9-MP])); 14–c(%)。
图4 储层固体沥青及可能烃源岩氯仿沥青“A”饱和烃质量色谱图
2.3 甾类化合物
沥青中检测出的甾类化合物主要为规则甾烷(C27~C29)和重排甾烷(C27~C29), 次为孕甾烷。沥青中C27甾烷含量为28%～34%, C28甾烷含量为27%～30%, C29甾烷含量最高, 为36%～45%, 均值41%, 表现为C29>C27>C28, C27甾烷/C29甾烷比值为0.64～0.94, 一般认为, C27甾烷为藻类有机生源, C28甾烷主要与硅藻类有关, C29甾烷的生源既可是藻类又可是高等植物[17]。但已有的研究已经证实, C29甾烷作为陆源标志物的可靠性值得怀疑, 一些含有丰富C29甾烷的油及碳酸盐岩, 其有机质生物母源没有或很少有高等植物输入[17–18]。C29ααα20S/(20S+20R)和C29αββ/(ααα+αββ)是常用的甾烷成熟度参数, 一般认为生油门限(o约为0.6%)两参数值约为0.2～0.3, 到生油高峰(o约为0.8%)达到平衡, 前一比值达到0.52～0.55, 后一比值达到0.7左右[19]。研究的样品C29ααα20S/(20S+20R)为0.37~0.46, C29αββ/(ααα+αββ)为0.34～0.43, 这可能与碳酸盐岩等缺乏粘土矿物的岩石中成熟度参数值一般偏低有关[20]。
2.4 芳烃标志物
检测出了菲及同系物, 以甲基菲含量最为丰富, 包括1-甲基菲、2-甲基菲、3-甲基菲和9-甲基菲, 在热演化过程中, 菲系列甲基化、甲基重排及脱甲基化作用主要受热力控制, 一方面热动力不稳定的α位取代基向较稳定的β位迁移, 即具有β位取代的异构体的相对浓度增加; 另一方面表现为取代基与苯环之间的C—C键断裂, 即去甲基化作用。通过计算甲基菲指数MPI1[21]值, 采用Radke.[22]经验公式c＝－0.60×MPI1＋2.3可计算出c值为2.12%～2.19%。
研究表明, 姥鲛烷与植烷比值Pr/Ph<1, 母质沉积的水体属于较还原环境, 此时若芳烃参数DBT/P<1,代表海相或湖相泥页岩沉积, 若1
2.5 有机碳同位素
含沥青云岩有机碳同位素为–33‰～–32.52‰, 平均–32.76‰, 不含沥青云岩为–32.06‰～–28.13‰, 平均–30.08‰, 表明含沥青云岩由于沥青的充填使13Corg值降低, 纯沥青样该值为–33.22‰, 由于沥青与白云岩的有机碳同位素具有明显的不同, 而这种差异性反映了沥青母岩与储层白云岩沉积环境的不同, 因此, 随着沥青的有无和沥青含量增加,13Corg有明显变轻的趋势, 而这种轻碳同位素特征代表沥青母质形成于水体较深的还原环境[24]。
2.6 正构烷烃单体烃同位素
图5 固体沥青正构烷烃单体烃同位素
2.7 沥青反射率及沥青成熟度
实测6件纯沥青样品(分布于YQ剖面12~13层)反射率, BRomin为2.34%～3.45%, BRomax为3.29%～4.5%, BRoran为2.95%～3.86%, 根据o＝0.668×b＋0.346[25]换算后o为2.32%～2.92%, 平均2.64%, 上述数据表明沥青双反射明显, 热演化程度高, 显示储层在地质历史中曾经受了高温热演化作用。野外露头采集沥青呈块状富集, 质地坚硬, 有污手性, 沥青主要赋存在碳酸盐岩晶间孔、粒间孔以及岩石的溶蚀孔洞内, 呈黑色固态物质产出。镜下观察可见在碳酸盐岩储层的各种孔隙中, 沥青呈他形充填构造, 往往沿孔隙壁呈脉状、球粒状、角片状或块状充填, 具有明显的镶嵌状结构(图6), 以及焦沥青-碳沥青中出现的非均质中间相结构[26–27]。其中的中间相结构和镶嵌状结构特征, 充分反映了原油裂解气阶段的高温热变质成因特征。此外, 与其他成因的沥青相比, 热蚀变成因的焦沥青常呈边缘较清晰的多角状[28], 本文的镜下观察发现有些沥青具有比较清楚、平直的边界, 进一步说明金沙岩孔灯影组储层沥青为原油高温裂解产物, 另外样品的H/C原子比在0.36～1.28之间, 大部分样品H/C原子比小于0.5, 可见沥青成熟度及炭化程度已经很高。
图6 沥青有机岩石学及储层铸体薄片特征
(a) JY-2-1, 鲕粒云岩, 沥青充填于鲕粒溶蚀形成铸模孔中, 沿孔隙壁呈脉状充填于晶间溶孔, 25×; (b) JY-4-2, 粗晶云岩, 沥青呈他形, 沿孔隙壁呈构造角片状或块状充填于晶间溶孔, 25×; (c) YQ-1单偏光, 油浸50×, 样品为100%固体沥青, 呈镶嵌状结构; (d) YQ-1, 同一视域正交偏光, 油浸50×。
3 沥青-母源对比研究
3.1 沥青可能烃源岩基本特征
研究区陡山沱组烃源岩主要分布在第四段, 为一套盆地相黑色泥页岩夹黑色磷块岩组合, 其中湄潭梅子湾黑色泥岩有机碳含量为1.22%～2.57%, 黑色磷块岩有机碳含量及干酪根同位素均略低于黑色泥岩, 分别为1.34%～1.76%和–30.02‰～–29.61‰。遵义松林黑色泥页岩有机碳含量为2.3%～2.83%, 干酪根同位素为–30.89‰～–30.28‰, 该值与湄潭梅子湾基本一致, 反映较高的有机质丰度和较好的有机质类型。
灯影组烃源岩主要出露于湄潭梅子湾剖面, 该剖面灯影组中部发育一套厚12.74 m的黑色页岩, 有机碳含量为4.45%～8.41%(4件), 平均值为6.30%, 干酪根同位素为–31.33‰(1件)。
下寒武统牛蹄塘组在南方分布最为广泛、有机质丰度较高[29], 研究区样品采自湄潭梅子湾和遵义松林, 湄潭梅子湾牛蹄塘组为一套深水陆棚相黑色泥页岩, 厚29 m, 有机碳含量为2.28%～9.34%, 均值为5.43%, 干酪根同位素值为–32.53‰～–31.85‰。遵义松林从底到顶分别为深水陆棚-盆地相-深水陆棚相沉积的黑色页岩-硅质岩-黑色泥页岩组合, 厚度为44.09 m, 底部磷块岩(0.20 m)有机碳含量为1.58%, 下部为黑色泥页岩及硅质岩互层(0.45 m), 有机碳含量为2.18%～20.57%(6件), 平均值为10.01%, 氯仿沥青“A”含量为10～45 μg/g, 生烃潜力1+2为0.01～0.04 mg/g, 干酪根同位素值为–34.01‰～–32.32‰, 硅质岩之上黑色泥岩可根据含钼矿层分上下两段, 含钼矿层以下(5.68 m)有机碳含量为4.91%～11.34%(8件), 平均值为9.48%, 氯仿沥青“A”含量为16～37 μg/g, 干酪根同位素值为–34.99‰～–32.42‰, 钼矿层以上(37.5 m)有机碳含量为6.19%～15.12%(2件), 干酪根同位素为–31.18‰～–30.64‰。
通过对研究区各地陡山沱组、灯影组及牛蹄塘组的分析, 认为烃源岩在上述层位均有发育, 且有机质丰度较高, 干酪根同位素指标划分有机质类型均为藻质型, 低氯仿沥青“A”及低产烃潜量特征反映烃源岩成熟度较高, 其中牛蹄塘组黑色泥质岩具有相对较高的有机质丰度及较大的厚度, 是研究区最有利的一套烃源岩。
3.2 GC-MS分析特征对比
在中国南方高、过成熟海相烃源岩分布区, 常规生物标志物作为油源对比指标已经失效。以往根据常规生物标志物得出的古油藏油源对比结论应当重新审视, 由于高、过成熟的各层系烃源岩的常规生物标志物趋于一致, 失去了指示原始生物组成的意义。在选择对比油-源对比指标时应该注意对生物标志物指标生源意义要明确, 且该指标不受成熟作用及运移或次生变化的影响[30]。
研究区三套主要烃源岩色谱特征如下: (1)震旦系陡山沱组黑色泥岩色谱特征有单峰型(C17)和双峰型(C17/C25), Pr/Ph值为0.54~0.59, 表明沉积有机质来源于藻类等低等生物且沉积水体为较强的还原环境; (2)下寒武统牛蹄塘组黑色岩系色谱特征为以C16~C18的单峰型为主, 少量样品为双峰型(C16/C25), Pr/Ph值为0.51~0.85, 该特征与陡山沱组黑色泥岩相似; (3)灯影组黑色泥岩样品MM-13-1色谱特征为双峰型(C16/C25), Pr/Ph值为0.86。上述烃源岩色谱特征与各沥青色谱特征均较相似, 总体上差别不大, 因此沥青来源肯定是黑色页岩, 但不能确定是哪套黑色页岩。
这三套高、过成熟烃源岩与沥青的甾烷生物标志物分布十分相似, 共同特点是: (1)C27和C29甾烷基本均势, C27甾烷含量为27%~37%, C28甾烷相对含量较低, 为26%~29%, C29甾烷为35%～45%。(2)20S构型规则甾烷和αββ构型异胆甾烷也很高, 且含有一定量重排甾烷。(3)低碳数的孕甾烷、升孕甾烷含量也很高。这显然是高、过成熟条件下甾烷热演化作用趋同的结果。三套烃源岩的萜烷分布也已趋于一致, 其共同特点是: (1)三环萜烷普遍较丰富, 以C21或C23为主, C19、C25和C26三环萜烷的相对丰度较低, C23TT/C30H为0.09~0.26。(2)五环萜烷以C30藿烷为主, 其次是C29藿烷, 其他藿烷相对丰度较低。(3)成熟度指标Ts/(Ts+Tm)为0.44~0.50, 已到达均衡状态。可见, 也不能用萜烷分布特征来区分不同层系烃源岩。综上所述, 高、过成熟烃源岩的常规生物标志物分布特征在热演化作用下已趋于一致, 失去了指示原始生物组成的意义, 无法区分不同层系、不同生物组成的多套烃源岩, 也就难以作为油源对比的有效指标(图7)。
3.3 V/Ni比值对比
V、Ni在原油、沥青及烃源岩中的含量一般变化比较大, 用这两种元素的含量做对比困难较大, 但是V/Ni比值比较稳定, 可以反映某一油层、沥青及一段烃源岩特征, 一般认为海相原油V/Ni比值大于1.0, 而陆相原油V/Ni比值小于1.0[31], Curiale在研究美国Oklahoma州的志留系-奥陶系原油的油源时, 曾在正构烷烃、异构烷烃、甾烷、萜烷对比的基础上, 应用了原油和烃源岩V/Ni比值对比, 取得了很好的效果[32]。
图7 储层固体沥青及可能烃源岩生物标志物指标对比
V/(V+Ni)比值能指示水体的氧化还原条件, V/(V+Ni) >0.46为缺氧环境, V/(V+Ni)< 0.46为富氧环境[33]。遵义松林陡山沱组V、Ni含量较低, V/(V+Ni)比值为0.73~0.76, 湄潭梅子湾陡山沱组具有相似特征, V/(V+Ni)比值为0.41~0.69, 代表缺氧的还原环境; 灯影组样品ZN-1及JY-1该比值分别为0.29、0.30, 代表浅水富氧环境, 湄潭梅子湾灯影组中部黑色页岩V/(V+Ni)比值为0.82; 松林牛蹄塘组黑色硅质页岩及黑色页岩V、Ni含量异常偏高, 其中V含量远高于其他层位, 变化范围808~5583 μg/g, 平均2414 μg/g, Ni含量略高于其他样品, 变化范围31~230 μg/g, 平均108 μg/g, V/(V+Ni)比值为0.91~0.99; 明心寺组黄绿色页岩V、Ni含量较低, V/(V+Ni)比值低于牛蹄塘组, 为0.81。通过上述分析可知, 灯影组顶部白云岩V/(V+Ni)比值较低且均小于0.46, 代表浅水富氧环境, 陡山沱组黑色页岩、灯影组黑色页岩及明心寺组黄绿色页岩V/(V+Ni)比值较灯影组白云岩高, 为0.41~0.82, 大多代表缺氧的还原环境, 而牛蹄塘组高V、Ni含量及高V/(V+Ni)比值不仅表明早寒武世海底热液活动, 而且代表严重缺氧的深水盆地还原环境(表3)。
金沙岩孔灯影组鲕粒白云岩、砂屑白云岩等较低的V/(V+Ni)比值代表浅水富氧环境, 如样品JY-1, 镜下观察该样品孔隙不甚发育, 未见沥青充填, 有机碳测试TOC仅为0.01%, 5件沥青云岩有机碳含量0.92%~1.17%, 可根据沥青有机碳含量(纯沥青YQ-1样品有机碳为69%)估算白云岩中沥青的含量为1.35%~1.73%。白云岩中受沥青充填的影响沥青白云岩中V、Ni含量增加, 其中V含量增加幅度大于Ni含量, 同时V/(V+Ni)比值亦增加。样品JY-1与沥青云岩沉积环境相似, 剖面上位置相近，若以该样品为标样，结合沥青云岩中估算的沥青含量可大致估算各样品中沥青的V、Ni 含量及V/(V+Ni)比值。估算结果, 5件沥青云岩中沥青V、Ni含量分别为140~418 μg/g和28~122 μg/g, V/(V+Ni)比值为0.75~0.94(表4), 这种特征与牛蹄塘组黑色岩系更加接近, 而与陡山沱组等层位是有明显差别, 值得注意的是, 5件沥青云岩中主要岩性为鲕粒或砂屑云岩,但一般含有少量的藻, 藻白云岩中Ni含量一般较砂屑云岩高(如样品ZN-1), 因此沥青Ni实际含量可能没有估算值高, 沥青真实的V/(V+Ni)比值可能比估算值更高。
3.4 有机碳同位素对比
分析数据显示梅子湾陡山沱组黑色泥岩干酪根同位素为–29.35‰～–29.15‰, 平均值–29.20‰, 黑色磷块岩干酪根同位素略低于黑色泥岩, 为–30.02‰～–29.61‰, 平均值–29.85‰。松林陡山沱组黑色泥岩干酪根同位素为–30.89‰～–30.28‰,平均值–30.54‰, 粉晶白云岩较高为–28.69‰(表5)。
表3 烃源岩V/Ni比值
表4 沥青V/Ni参数
表5 研究区可能烃源岩有机地球化学参数
下寒武统牛蹄塘组黑色页岩具有更低的13Corg值。松林牛蹄塘组黑色页岩干酪根同位素为–34.99‰～–30.64‰, 大部分样品小于–33‰, 平均值–34.25‰, 梅子湾为–32.53‰～–31.85‰, 平均–32.12‰, 这种低13Corg值反映海侵阶段海水相对较深的沉积条件下由于黑色页岩沉积时缺氧, 有机质遭受硫酸盐还原菌的降解释放出富12C的CO2成为光合作用合成有机质时的碳源而使黑色页岩中有机质富含轻烃碳同位素[27]。
通过沥青-烃源岩13Corg对比可以发现, 含沥青云岩13Corg值(–33‰～–32.06‰, 平均–32.76‰)与陡山沱组黑色泥岩相差较大, 前者较后者13Corg平均值低2.91‰～3.56‰。含沥青云岩与下寒武统牛蹄塘组基本一致, 略低于梅子湾–32.12‰, 略高于松林平均值–34.25‰, 纯沥青13Corg值–33.22‰与松林牛蹄塘组黑色页岩更加接近, 考虑到松林距离岩孔较近, 因此沥青特征与松林更加相似, 同位素值较烃源岩高主要是因为白云岩自身含有一定量有机母质(如藻类等), 而白云岩干酪根同位素一般较黑色页岩(或沥青)高, 如松林灯影组白云岩干酪根同位素值为–29.80‰～–29.37‰。
图8 陡山沱组烃源岩正构烷烃单体烃同位素
4 结论与意义
(1)金沙岩孔灯影组古油藏含沥青白云岩有机碳含量0.52%~1.89%, 显示其较高的有机质含量, 表明储层曾经有大量油气充注, 氯仿沥青“A”及热解烃含量较低, 主峰碳有以C17~C18为主碳的单峰型和C16~C27的双峰型, 奇偶优势值OEP(C21~C25)为0.96~1.11, Pr/Ph为0.66~1.0, Ts/(Tm+Ts)介于0.37～0.79之间, DBT/P值均小于1, 为0.08～0.56, 表明沥青母岩为深水还原环境的海相泥页岩。
图9 牛蹄塘组烃源岩正构烷烃单体烃同位素
(2)沥青反射率2.95%~3.86%, 双反射明显, 热演化程度高, 大部分样品H/C原子比小于0.5, 显示储层在地质历史中曾经受了高温热演化作用, 表明为原油高温裂解焦沥青。
(3)生物标志物对比与牛蹄塘组黑色页岩、灯影组黑色页岩及陡山沱组黑色泥岩均比较相似, 因此仅靠生物标志物只能对沥青母质形成环境作出分析, 而对于相似环境的相同岩性不同时代烃源岩很难判断沥青来源。
(4)通过估算, 沥青V/(V+Ni)比值为0.75~0.94或者更高, 这与松林牛蹄塘组黑色岩系异常的V、Ni含量及V/(V+Ni)比值为0.91~0.99的特征非常相似, 而与陡山沱组黑色泥岩及梅子湾灯影组黑色页岩相对较低的V/(V+Ni)比值截然不同, 反映沥青来源为牛蹄塘组。
(6)震旦纪末的桐湾运动对灯影组滩相储层进行了改造, 形成一套有利的滩相溶孔型储层, 加里东运动期间牛蹄塘组烃源岩进入生油门限, 围绕黔中隆起形成一系列的构造-岩性圈闭, 寒武系与震旦系之间的不整合面为油气运移提供通道, 形成上生下储式的潜山型古油藏。沥青有机碳同位素等指标与遵义松林牛蹄塘组黑色页岩非常相似, 而与湄潭梅子湾牛蹄塘组黑色页岩有所差别, 这种现象表明油气成藏时期主要为近源成藏, 油气运移方向为黔中隆起所控制, 在金沙岩孔等地油气运移的方向可能为由东向西。
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Geochemical characteristics and oil source correlation of Dengying formation paleo-reservior in Jinsha
YANG Ping*, XIE Yuan, WANG Zheng-jiang, DU Qiu-ding and LIU Jia-hong
(Chengdu Institude of Geology and Mineral Resources, Chengdu 610082, China)
In order to study the source of sinian paleo-reservior bitumen of South China in detail, Dengying formation paleo-reservior in Yankong, Jinsha has been systematically investigated. The bitumens enrich mainly in the dolarenite, oolitic dolomite and algal dolomite in the upper Dengying formation. The bitumens are massive enrichment, hard, sewage chiral, occur mainly in intercrystalline dissolution pore, mould pore and dissolution cave of dolomite, and show black solid state, microscopic observation show bitumens have the features with mosaic-like structure. The organic carbon content of bituminous dolomite rang from 0.52% to 1.89%, indicating bituminous dolomite have higher organic matter content. Chloroform bitumen "A" and genetic potential of bituminous dolomite is lower due to oxidation of the pyrolysis and surface water washout filter. Organic carbon isotopic of bitumen ranges from –33.22‰ to –32.06‰, V/(V+Ni) ratio is higher with the value of 0.75-0.94, high bitumen reflectance ranges from 2.95% to 3.86%. These samples have double reflection and high degree of thermal evolution. H/C of most samples is less than 0.5. Comprehensive studies shown that bitumens exposured to high temperature thermal evolution in the geological history, which is the solid pyrobitumen from high temperature pyrolysis of crude oil. Biomarker compounds, organic carbon isotope, monomer hydrocarbon isotopes and V/(V+Ni) contrast analysis show that these bitumens come from the black rock series of the Lower Cambrian Niutitang formation.
paleo-reseservoir; bitumens; Organic carbon isotopic; biomarker; V/(V+Ni); oil source correlation; Jinsha
P593
A
0379-1726(2012)05-0452-14
2012-02-14;
2012-05-19;
2012-06-15
中国地质调查局地质调查项目(1212010782003)
杨平(1981–), 男, 工程师, 石油地质专业。
YANG Ping, E-mail: yping0@163.com; Tel:+86-28-83231381
