济阳坳陷石炭-二叠系太原组有效烃源岩分析
2015-04-05姚海鹏
姚海鹏
(内蒙古自治区煤田地质局,呼和浩特 010010)
济阳坳陷石炭-二叠系太原组有效烃源岩分析
姚海鹏
(内蒙古自治区煤田地质局,呼和浩特 010010)
济阳坳陷石炭-二叠系烃源岩在多期构造运动的影响下发生多次生烃演化,有机质具有阶段性成熟演化特征和多次生烃过程,其中燕山期和喜马拉雅期是济阳坳陷石炭-二叠系烃源岩最重要的生烃期。采用煤岩学和地球化学相结合的方法对石炭-二叠系源岩进行总体评价,就主要有效烃源岩太原组从埋藏史、成熟生烃史进行了重点剖析,判定太原组有效烃源岩主要分布在沾化凹陷、东营凹陷和惠民凹陷,而且生烃强度较大,有可能形成“小而肥”的油气藏。
济阳坳陷;太原组;有效烃源岩;生烃演化
烃源岩作为石油、天然气的母源,在油气地质研究和油气勘探中占有相当重要的位置。煤作为烃源岩,其生烃能力已被油气勘探实践所证实[1-4]。晚古生代石炭-二叠系在渤海湾盆地分布面积广,厚度大,成熟度高。作为渤海湾盆地重要组成部分的济阳坳陷,晚古生代发育了300~400 m厚的石炭-二叠系烃源岩。因此以太原组为代表研究济阳坳陷晚古生代有效烃源岩及生烃特征,对本区石油及天然气勘探具有重要意义。
1 地质概况
区域构造单元上,济阳坳陷位于渤海湾盆地中南部,为渤海湾复式断块盆地内一个重要坳陷。坳陷内部被义和庄凸起、陈家庄凸起、无棣凸起、滨县凸起、青坨子凸起和广饶凸起分为车镇凹陷、惠民凹陷、沾化凹陷和东营凹陷4个凹陷带,见图1。坳陷东西长约200 km,南北宽约130 km,总面积约26 500 km2,是我国第二大油田——胜利油田的主体部分。
济阳坳陷石炭-二叠系与整个华北地区具有相似性,在早古生代奥陶纪晚期,由于加里东运动的影响,整体抬升接受剥蚀,缺失了上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统的沉积,从晚石炭世开始华北地台重新沉降接受沉积,至晚二叠世形成了一套海陆交互相的含煤地层。其中有两套比较明显的沉积组合:晚石炭世至早二叠世早期,济阳坳陷与华北地区一样为大型陆表海盆地,沉积了一套“海陆交替型”含煤地层,也就是石炭-二叠系主要的富含烃源岩的地层;早二叠世至晚二叠世末期,为大型陆相坳陷盆地,沉积了一套陆相地层,基本不含海相沉积,含煤性较差。
2 烃源岩特征
由于受多期构造运动的影响,济阳坳陷石炭-二叠系烃源岩的分布很不均衡。据钻井统计,煤层总厚度平均为25 m,最大为40.5 m,最小为4.5 m;泥岩总厚度一般在20~60 m,最大总厚555.5 m,最小为3.5 m。
有机岩石学专家普遍认为,煤成烃能力与煤系烃源岩类型及其显微组分密切相关[2-3]。据研究[4],济阳坳陷石炭-二叠煤系烃源岩有机质类型以Ⅲ型为主,部分为Ⅱ2型。
从图2可以看出,煤系烃源岩无论是煤或是泥岩均以镜质组和惰质组为主(少量除外),壳质组和腐泥组含量一般少于10%,故判定其烃源岩以Ⅲ型干酪根为主,倾向生气。
3 有效烃源岩
要成为有效烃源岩,必须要有一定的生烃效率和充分的排烃效率[5-6],既有油气生成又有油气排出的才能称为有效烃源岩。
对各凹陷煤岩和泥岩进行评价,如表1所示,济阳坳陷石炭-二叠系煤岩总体特征为较好气源岩,局部达到好的气源岩,同时各凹陷中TOC、Sl+S2和HI分布特征也基本近似,总体评价为较好气源岩;惠民凹陷南坡泥岩为较差源岩,济阳坳陷北部泥岩属差-中等源岩。
济阳地区太原组厚度一般在100~150 m,分布面积广,剥蚀较为严重,具有南北分带、东西分块分布的特点,见图3-a。车镇和沾化地区局部地区厚度可达200 m左右,惠民地区多在100~150 m,东营地区在50~100 m,陈家庄地区、车镇南部以及惠民北部地区有较大面积缺失。喜马拉雅期,太原组煤岩和泥岩生烃率大致相同,见图3-b,都在30~60 mg/g。由于煤岩对烃类有着强烈的吸附作用,本区一般10~16 mg/g,见图3-c。太原组煤岩的排烃的展布趋势总体上呈NNE向,有利排烃区域相对较小,排烃最大可达80 mg/g,见图3-d,从排烃率等值线图上可以清晰地确定有效煤层烃源岩的展布。有效烃源岩的分布范围相对较小,仅在沾化凹陷、东营凹陷和惠民凹陷有分布,车镇凹陷和沾化凹陷往往会形成“小而肥”的油气藏。
4 烃源岩埋藏史
石炭-二叠系沉积后,大致经历了海西-印支期的抬升剥蚀、侏罗白垩的沉降埋深、燕山期晚期的抬升剥蚀和喜马拉雅期再次沉降埋藏的交替演化。
燕山运动时期,郯庐断裂带呈现拉张兼走滑特征。本区在早、中侏罗纪经历了较长时期的地表剥蚀夷平过程。晚侏罗-中白垩世,本区发生强烈断陷运动,断裂及岩浆活动强烈,沉积了一套厚度较大的中基性火山岩及陆相碎屑岩建造,研究区进入裂谷式充填。晚白垩纪构造由拉张转向挤压,地层隆升剥蚀[7],源岩埋深2 200 m左右。
燕山末期到喜马拉雅早期,本区地壳抬升,源岩埋深变浅。至始新世,由于印度板块与欧亚板块碰撞和太平洋板块的俯冲,华北地区处于右旋走滑-引张应力场中,在裂谷伸展作用下,济阳坳陷总体表现为半地堑式的断陷湖盆沉积[8]。始新世末,东营运动使渤海湾整体抬升剥蚀,至渐新世源岩埋深可达3 600 m。新近纪,本区进入坳陷阶段,连续沉积了新近系,次级凹陷埋深再次加大。
5 烃源岩成熟生烃史
烃源岩有机质的成熟度直接控制着其生烃演化,而其成熟演化又受控于烃源岩构造史、埋藏史和受热史等。济阳坳陷石炭-二叠系煤系烃源岩的热演化大致分了4个阶段,如表2所示。
前人对济阳坳陷古热场做了研究[9],认为其现今大地热流平均值为65.8±5.0 mW/m2,其地温梯度平均值3.55℃/100 m。源岩在印支期Ro约为0.6%,处于热演化成熟初期阶段,并未大量生烃;燕山期,由于较厚的中生界地层沉积和较高的地温梯度(5~6℃/100 m)[10],全区Ro值在0.8%~1.3%,源岩发生成熟生烃作用,沉积中心则进入生烃高峰。喜马拉雅期,埋深加大,各凹陷内Ro值在1%~1.7%,源岩再次生烃,门限深度达3 900 m。整个热成熟演化过程,见图4。
现今济阳坳陷有机质成熟度较高,等成熟带总体上沿NE-NEE方向产出,并以东营凹陷主体、沾化坳陷、惠民凹陷中央为高成熟度中心,呈环带状展布。太原组有机质成熟度展布格局中存在3个较高成熟度中心,见图4-c,而只在中心部位达到了高成熟阶段,东营凹陷以高成熟阶段为主,沾化凹陷、惠民凹陷以成熟中-晚期阶段为主,而西部局部地带仍处于成熟阶段。
6 结论
1)本区石炭-二叠系煤系烃源岩是“海陆交替型”含煤地层,煤层主要发育在山西组和太原组。煤系烃源岩无论是煤或是泥岩均以镜质组和惰质组为主(少量除外),壳质组和腐泥组含量一般少于10%,故判定其烃源岩以Ⅲ型干酪根为主,倾向生气。
2)源岩沉积后经历了大致经历了4个阶段的构造演化和生烃过程,燕山期和喜山期生烃成藏的可能最大。本区现今成熟度高,Ro为2.0%左右,局部高达4.0%,一般达干气阶段。以东营凹陷主体、沾化凹陷、惠民凹陷中央为高成熟度中心,呈环带状展布。
3)根据有效烃源岩定义以及喜山期太原组的生烃排烃等值线图,判定有效烃源岩主要分布在沾化凹陷、东营凹陷和惠民凹陷,而且生烃强度较大,因此有可能形成“小而肥”的油气藏。
[1]胡社荣,郎东升,潘景副,等.煤和含煤岩系成油理论研究和演变历史[J].煤田地质与勘探,2003,31(4):19-31.
[2]刘德汉,傅家谟,肖贤明,等.煤成烃的成因与评价[J].石油勘探与开发,2005,32(4):137-141.
[3]王昌桂,程克明,徐永昌,等.吐哈盆地侏罗系煤成烃地球化学[M].北京:科学出版社,1998.
[4]陈建平,赵文智,秦勇,等.中国西北地区侏罗纪煤成油气形成(之一)[J].石油勘探与开发,1998,25(3):1-9.
[5]刘洛夫,陈践发.烃源岩的研究现状[J].勘探家,1997,2(3):62-64.
[6]徐春华,樊庆真,孔凡顺,等.煤系烃源岩评价中的误区[J].油气地质与采收率,2001,8(1):78-80.
[7]谯汉生.中国东部深层石油地质[M].北京:石油工业出版社,2002.
[8]桑树勋,陈世悦,刘焕杰.华北晚古生代成煤环境与成煤模式多样性研究[J].地质科学,2001,36(2):212-221.
[9]李政.济阳坳陷石炭-二叠系烃源岩的生烃演化[J].石油学报,2006,27(4):29-35.
[10]潘元林,宗国洪,郭玉新,等.济阳断陷湖盆层序地层学及砂砾岩油气藏群[J].石油学报,2003,24(3):16-23.
Effective Source Rock of Permo-carboniferous Coal Measure Taiyuan Formation in Jiyang Depression
YAO Haipeng
(Inner Mongolia Coalfield Geology Bureau,Hohhot 010010,China)
Because of tectonic movements,multiple evolutions of hydrocarbon generation occurred in source rock in permo-carboniferous coal measure in Jiyang depression.Organic matter is characteristic of periodical maturity evolution and multiple hydrocarbon generation processes.Yanshanian period and Himalayan period are the most important generation processes of permo-carboniferous source rock in Jiyang depression.Coal petrology and geochemistry method are combined to evaluate the source rock,which is focused on effective source rock of Taiyuan formation in terms of the history of burial and mature hydrocarbon generation.The results show that the effective source rock of Taiyuan formation is distributed overZhanhuadepression,Dongyingdepression,andHuimindepression.Besides,the hydrocarbon-generating strength is big,which could form small-and-rich petroleum reservoir.
Jiyang depression;Taiyuan formation;effective source rock;evolution of hydrocarbon generation
P618.13
A
1672-5050(2015)02-0004-04
10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.002
(编辑:樊敏)
2014-11-25
姚海鹏(1982-),男,河北蔚县人,在读博士,工程师,从事煤炭、非常规油气勘探与开发技术研究工作。