东濮凹陷古沉积环境及其对有机质丰度的影响

2013-12-19左银辉曹宏明丁艳辉

地质与勘探 2013年3期

鹿坤，左银辉，梅冰，曹宏明，丁艳辉

(1.中原油田勘探开发科学研究院，河南濮阳 457001;2.中原油田采油一厂，河南濮阳 457001)

东濮凹陷是一个典型的含盐盆地，整个盆地呈北北东向展布，南宽北窄。其东侧隔兰聊大断裂与鲁西隆起为邻，西侧以马寨－石家集断层为界与内黄隆起相接，南至兰考凸起，北到马陵断层，面积约5300km2(陈发亮等，2003)(图1)。

东濮凹陷北部盐岩发育，主要分布在沙三段，南部地区则无盐(金强，1985;陈发亮等，2000)，二者古沉积环境差别巨大，而古沉积环境对有机质丰度及油气的分布影响巨大，前人对东濮凹陷烃源岩生烃潜力方面研究比较深入(武晓玲等，2000;吴小红等，2005;李晓燕等，2009;张庆峰等，2007;朱炎铭等，2007;唐小云等，2006;岳炳顺等，2005;王德仁等，2003)，但古沉积环境对有机质丰度方面研究较少，制约了从根源研究烃源岩成烃机理。东濮凹陷沙河街组古沉积环境及其对烃源岩有机质丰度的影响的研究可以为资源评价、成烃机理以及油气的分布提供可靠的依据。

1 烃源岩古沉积环境分析

1.1 古盐度

1.1.1 有机地化指标

姥鲛烷对植烷的比值(Pr/Ph)已经用于沉积环境的分析(郑荣才等，1999;任拥军等，2000;王冠民等，2005;汪凯明等，2009)。一般认为，盐湖相、咸水深湖相形成的烃源岩Pr/Ph为小于0.8，具明显的植烷优势;淡水－微咸水深湖相烃源岩Pr/Ph一般在0.8～2.8;淡水湖相氧化－弱还原环境下形成的烃源岩Pr/Ph为2.8～4.0，具有明显的姥鲛烷优势。

从东濮凹陷Pr/Ph频率图来看，东濮凹陷北部Pr/Ph呈低值，94.6%的Pr/Ph在小于0.8的范围内，反映为典型的咸水环境(图2a)，而南部Pr/Ph大部分分布在0.8～2.8，为淡水－微咸水环境(图2b)。

1.1.2 微量元素

(1)氯度(氯离子含量)

盐度可用多种参数来表示(彭海艳等，2006;腾格尔等，2006)，其中氯离子含量又称氯度(C1－‰)最常用，氯度定义为:在1kg水中，若将Br－和I－以Cl－代替，其所含的 Cl－、Br－、I－的总克数。其关系式为:

Cl－‰ =［Cl－］+［［Br－］/Br+［I－］/I］×Cl－

式中:［Cl－］、［Br－］、［I－］分别表示为氯离子、澳离子和碘离子的浓度，单位为g/kg(‰);Cl、Br、I为其原子量。

据研究，在大洋水中盐度S‰与C1‰有如下关系:

S‰ =1.805Cl‰ +0.030(常简化为:S‰ =1.80655 Cl‰)

尽管在不同的水体中它们两者的关系式稍有不同，但由于水体中Br－和I－与Cl－相比含量很低，因而可近似地用Cl－含量代替氯度计算盐度(李双应，1998)。

从东濮凹陷烃源岩氯根含量可以看出，沙三段沉积时期盐岩在纵、横向上的分布也存在着较大差异:北部沙三段沉积岩石中氯离子含量大部分在1000×10－6～3000×10－6之间(图3中卫23井)，属典型的咸水沉积，而南部沉积岩中氯离子的含量一般小于1000×10－6(图3中马10井)，属淡水－微咸水沉积环境。

图3 东濮凹陷烃源岩氯根离子对比图Fig.3 Comparison of chlorion from source rocks in the Dongpu depression

(2)Sr/Ba含量

Sr/Ba值随盐度升高而增大，一般来讲，淡水沉积物中Sr/Ba值小于1，而海相沉积物中Sr/Ba值大于1，Sr/Ba值为1.0～0.6，为半咸水相。

从东濮凹陷北部Sr/Ba含量来看，数值均大于1，为咸水环境。从岩性来看，含膏泥岩、含盐泥岩、膏质泥岩和盐岩夹泥岩等样品的Sr含量较高，而且Sr/Ba比值也较大(图4a)，而云质泥岩、泥岩、深灰色页岩和泥质白云岩Sr含量较低，而且Sr/Ba比值也较小(图4b)，这说明越靠近盐岩区，古盐度越高。

1.2 氧化还原性

(1)有机地化指标

运用烃源岩Pr/n C17－Ph/n C18关系图可以研究烃源岩的沉积环境(林玉祥等，2001;付顺，2012;宋刚练，2012)。从东濮凹陷烃源岩Pr/n C17－Ph/n C18双对数图(图5)上可以看出，东濮凹陷南部和北部沉积环境分带明显:南部为弱氧化－弱还原环境，北部为还原环境。

图4 东濮凹陷不同岩性Sr/Ba频率图Fig.4 Frequency plots of Sr/Ba for different rocks from the Dongpu depression

(2)微量元素

通常情况下，V/Ni值的变化可指示岩石沉积时的氧化还原环境。一般V/Ni值大于1为还原环境，而小于1为氧化环境。通过东濮凹陷北部V/Ni数据来看，其值均远远大于1(图6)，说明东濮北部烃源岩沉积时处于还原环境。

图5 东濮凹陷烃源岩Pr/n C17－Ph/n C18关系图Fig.5 Relation of Pr/n C17－Ph/n C18 for source rocks in the Dongpu depression

图6 东濮北部V/Ni频率图Fig.6 Frequency plot of V/Ni in the north of the Dongpu depression

2 古盐度与有机质丰度的关系

从东濮凹陷北部文94井烃源岩氯根含量与有机碳含量对应关系图(图7)上可以看出，烃源岩氯根的变化趋势与有机碳含量的变化趋势有非常好的对应关系:氯根含量高值区，即古盐度高值区，有机碳含量也随之而高，说明古盐度对有机质丰度起控制作用，古盐度越高，有机质丰度越高。

图7 文94井氯根含量与有机碳含量关系图Fig.7 Relation of chlorineions content and organic carbon content for the well Wen 94

柴达木盆地是我国为数不多的发育有第三系咸水湖相生油层的含油气沉积盆地之一，其盐岩、膏盐发育，盐岩与有机质丰度的关系，前人做了大量研究(彭德华，2004)。从烃源岩与氯根含量关系图(图8)上可以看出，随氯离子的含量增高，TOC值呈逐渐增大的趋势，当氯离子浓度达到5500×10－6时，随氯离子浓度进一步增大，TOC值则逐渐降低。可见，氯根含量达到5500×10－6左右时的盐度对有机质丰度是起抑制作用的。从东濮凹陷的氯根含量统计来看，东濮凹陷的氯离子浓度几乎没有大于5500×10－6的，所以东濮凹陷古盐度与有机质丰度所表现出来的关系皆是正相关，即:随着古盐度的增加，有机质丰度是增加的。

3 盐湖环境有机质富集原因

造成盐岩发育区有机质优越的原因，主要有两个，一个是有机质来源，一个是有机质保存。

(1)有机质来源

李任伟等(1987)提出用C/A和T/A(其中，C=∑n C24+;T=∑n C(21～25);A=∑n C(15～21))的方法判别生物来源，C/A和T/A的值以1为界线，比值越小，水生生物来源占的比重越大，反之，比值越大，高等植物来源占的比值越大。

图8 柴达木盆地西部烃源岩与氯根含量关系图(彭德华等，2004)Fig.8 Relation of source rock and chlorine ions content in the west of the Qaidam basin(after Peng et al.，2004)

从东濮北部前参2井盐岩与有机质来源关系来看，从4470～4600m为盐岩发育段，可以看出，越靠近盐岩发育区，水生生物来源占的比重越大(图9)。另外，从饱和烃碳数分布来看，越靠近盐岩发育区，碳数分布越是以前峰型为主，也说明盐岩发育区以水生生物来源为主，这种来源的有机质类型好、丰度高，为有机质富集提供了丰富的物质基础。

图9 东濮凹陷前参2井盐岩与有机质来源关系图Fig.9 Relation of salt rock and organic matter source for the well Qiancan 2 in the Dongpu depression

(2)有机质埋藏和保存

高盐度水体一般具有分层现象，上面为稀释层，中间为盐跃层，下部为卤水层(金强，1984)，且盐岩发育区均分布在古水深大的地方，在这种环境下，卤水层是一个闭塞强还原环境，上面生物死掉以后就落在底部，立即被保存起来，这是有机质丰度高的一个主要原因。

4 结论

(1)东濮凹陷北部94.6%的Pr/Ph小于0.8，岩石中氯离子含量大部分在1000×10－6～3000×10－6之间，为典型的咸水环境;南部Pr/Ph主要分布在0.8～2.8之间，氯离子的含量一般小于1000×10－6，为淡水－微咸水环境。

(2)从东濮凹陷烃源岩Pr/n C17－Ph/n C18以及烃源岩中有机碳与无机碳相关关系可以看出，北部为典型的还原环境，南部为弱氧化－弱还原环境。

(3)东濮凹陷古盐度对有机质丰度起控制作用:古盐度越高，有机质丰度越高。

(4)造成东濮凹陷盐岩发育区有机质优越的原因，主要有两个，一是有机质来源:盐岩发育区以水生生物来源为主，这种来源的有机质类型好、丰度高，为有机质富集提供了丰富的物质基础;二是有机质保存:高盐度水体区是一个闭塞强还原环境，利于生物保存。

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