绥滨坳陷滨页1井泥页岩地球化学特征

沈家仙,陈孔全,王金龙,苏芸秀,钟剑鸣

(长江大学非常规油气湖北省协调创新中心,湖北武汉430100)

绥滨坳陷滨页1井泥页岩地球化学特征

沈家仙1,陈孔全1,王金龙2,苏芸秀2,钟剑鸣2

(长江大学非常规油气湖北省协调创新中心,湖北武汉430100)

通过对绥滨坳陷滨页1井泥页岩样品的岩石热解分析、族组分分析和色谱分析,系统分析了该井泥页岩的地球化学特征。结果表明:滨页1井发育穆棱组、城子河组及东荣组3套泥页岩层系。泥页岩有机质丰度较高,各项指标综合评价为中—好烃源岩,有机质类型以Ⅱ2型为主,其次为Ⅱ1型与Ⅲ型。类异戊二烯型烷烃Pr/Ph比值较大,总体位于1.0～3.0之间,为弱氧化环境。穆棱组与东荣组具甾烷C29优势,代表陆源高等植物生源输入,城子河组为多源输入。镜质组反射率、甾烷成熟度、藿烷异构体比值均显示滨页1井泥页岩有机质成熟度已达到成熟阶段。综合地球化学分析表明,绥滨坳陷泥页岩具备较好的生烃潜力,具有较好的页岩气勘探前景。

三江盆地;绥滨坳陷;滨页1井;地球化学;生物标志化合物

随着常规油气勘探开发进入中后期,非常规油气日渐成为油气勘探开发的新领域,特别是页岩气成为近几年的热点。三江盆地页岩气勘探处于起步阶段,本文以绥滨坳陷钻探的滨页1井为基础,通过滨页1井泥页岩发育特征、有机质丰度及生物标志化合物特征,对页岩地球化学特征及生气能力进行初步评价。

1 地质概况

三江盆地位于黑龙江省东北部,构造上位于佳木斯隆起与那丹哈达岭褶皱造山带的衔接部位,面积约为33 730km2。三江盆地分为4个一级构造单元,自西向东依次为佳木斯隆起、绥滨坳陷、富锦隆起和前进坳陷。绥滨坳陷主要由军川断裂控制,依据构造形态特征可划分为3个二级构造单元,自西向东依次为中伏屯凸起、军川—南大林子凹陷和四方林子斜坡。四方林子斜坡又可进一步划分出4个三级构造单元,自北向南依次为北岗鼻状构造带、普阳断鼻构造带、天青背斜构造带和兴安断背斜构造带(图1)。绥滨坳陷面积为6440km2,盖层厚度达3～6km,地层自下而上发育中侏罗统绥滨组、上侏罗统东荣组、下白垩统城子河组、穆棱组和东山组[1-2]。

2 泥页岩发育特征

滨页1井位于军川—南大林子凹陷,纵向上钻育穆棱组、城子河组及东荣组3套泥页岩层系。穆棱组主要为灰白色细砂岩、灰黑色粉砂质泥岩及黑色泥岩,夹煤层,泥岩累计厚度达206m。城子河组岩性主要为灰白色细砂岩、灰黑色粉砂质泥岩、深灰色粉砂质泥岩,泥岩累计厚度达258.8m。东荣组未钻穿,钻遇的岩性主要为浅灰色细砂岩、灰黑色粉砂质泥岩,泥岩总厚度为137.8m。根据页岩气开采单层泥页岩厚度大于30m[3]的标准,滨页1井具有良好的泥页岩发育特征。

3 有机质丰度

有机质丰度是评价页岩生气潜力的重要指标[4]。滨页1井全井段泥页岩总有机碳含量(TOC)均值为1.96％,大部分样品位于1％～2％之间。其中穆棱组泥页岩TOC均值为1.56％,在1％～2％之间的占79.55％;城子河组泥页岩TOC均值为1.51％,在1％～2％之间的占60％;东荣组泥页岩TOC均值为1.99％,在1％～2％之间的占60％。

滨页1井泥页岩氯仿沥青“A”含量整体偏低,其中穆棱组最大值为3174.11×10-6,最小值为139.59×10-6,均值为567.3×10-6;城子河最大值为1047.95×10-6,最小值为157.55×10-6,均值为436.52×10-6;东荣组最大值为919.54×10-6,最小值为104.38×10-6,均值为295.35×10-6。

总烃HC含量也比较低,分布范围在(39.85～1496.54)×10-6之间,均值为188.38×10-6,大部分样品值小于200×10-6。

烃源岩的生烃潜量S1+S2指岩石中的残留烃与热解烃之和,是评价烃源岩的重要指标。滨页1井泥页岩S1+S2主要位于0.5～2.0mg/g之间,均值为1.61 mg/g。

综合以上4个有机质丰度指标,滨页1井泥页岩有机质丰度较高(表1),有较好的生气基础。

表1 滨页1井泥页岩有机质丰度表Table1 Organic matter abundance of shale in the well Binye1

续表

4 有机质类型

有机质类型是评价烃源岩特征的重要参数,控制着生成烃类的数量、类型及形态,不同来源有机质形成的干酪根,其性质和生油气潜能差异较大。从干酪根元素分析(图2)及岩石热解分析(图3)可知,滨页1井泥页岩干酪根有机质类型主要为Ⅱ型。显微鉴定结果表明,滨页1井泥页岩有机质以腐泥组、壳质组和镜质组为主,腐泥组+壳质组占42％～84.7％,镜质组占15.3％～57.3％,惰质组含量低,仅占0.3％～0.7％,有机质类型较好。

5 生物标志化合物

生物标志化合物对判断烃源岩有机质来源、成熟度、沉积环境等具有重要意义,母源输入和沉积环境参数指标有Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18, C27、C28、C29甾烷的相对分布,重排甾烷/规则甾烷等;成熟度参数有甾烷异构体比值及藿烷异构体比值等。

5.1 发育特征

5.1.1 正构烷烃

穆棱组(K1m)正构烷烃呈前高后低单峰型或微弱双峰型(图4a),主峰碳数为21或17、18,碳优势指数为1.2～1.59,奇偶优势指数为1.03～1.32,轻重比(nC21+nC22)/(nC28+nC29)为2.66～4.36。

城子河组(K1ch)正构烷烃呈前高后低单峰型(图4b),主峰碳数为17或18,少数样品主峰碳数为15,奇偶优势不明显,碳优势指数(CPI)与奇偶优势(OEP)值接近1.0,轻重比为2.68～4.51。

东荣组(J3dr)正构烷烃前高后低单峰型(图4c),主峰碳数为18,次主峰碳数为30或31。OEP不明显,CPI与OEP值接近1.0,轻重比为1.78～5.26。

5.1.2 类异戊二烯型烷烃

滨页1井所有样品均检测出丰富的姥鲛烷(Pr)与植烷(Ph),Pr/Ph比值变化大,最低为0.92,最高为11.22,总体位于1.0～3.0之间,说明滨页1井泥页岩沉积环境变化比较大,以弱氧化环境为主。

5.1.3 甾、萜类化合物

穆棱组中未检测出明显的三环萜烷,城子河组及东荣组上部检测出较丰富的三环萜烷。五环三萜藿烷系列在穆棱组、城子河组和东荣组均有较高的丰度(图5)。C29αβ-30-降藿烷含量仅次于C30藿烷,Ts、Tm含量较低,非藿烷类检测出少量代表高等植物输入的奥利烷,见微量伽马蜡烷,伽马蜡烷指数低(0.014～0.13)。

甾烷类化合物在滨页1井中有完整分布,规则甾烷C27、C28、C29丰度大,穆棱组及东荣组呈反“L”形,城子河组呈“V”形(图6)。C27/ C29的值为0.19～1.21,重排甾烷C27/规则甾烷C27的值为0.16～0.56。

5.2 有机质来源

正构烷烃广泛分布于细菌、藻类及高等植物的生物体内。低等水生生物富含类脂化合物,正构烷烃中低碳数成分占优势;高等植物富含蜡,高碳数成分占优势。高等植物来源的正构烷烃常以C27、C29、C31为主峰,具明显的奇偶优势。C22之前的低碳数正构烷烃一般来自于水生生物和微生物,且在生物体的原生质中呈强烈的奇碳优势。穆棱组泥页岩正构烷烃为微弱双峰型(图4a),指示其有机质来源具双重输入的特征;城子河组(图4b)与东荣组(图4c)正构烷烃主要呈前高后低的单峰型,多以C17、C21为主峰碳数。说明该井泥页岩生物来源主要是藻类和浮游生物,有机质属于腐泥型。

三环萜烷前身物主要是细菌和藻类细胞膜,滨页1井穆棱组中未检测出明显的三环萜烷,城子河组及东荣组检测出丰富的三环萜烷,表明穆棱组与城子河组物源输入有较大差别。五环三萜烷类化合物包括藿烷系列和非藿烷系列,藿烷广泛分布于蓝藻类和细菌中,某些高等植物如蕨类中也有发现。藿烷类以外的三萜类化合物主要来源于高等植物,例如奥利烷或蒲公英烷及羽扇烷结构的各种三萜类化合物。五环三萜藿烷系列在穆棱组、城子河组和东荣组中均有较高的丰度。C29αβ-30-降藿烷含量仅次于C30藿烷,Ts、Tm含量较低,非藿烷类检测出少量代表高等植物输入的奥利烷及微量伽马蜡烷。表明滨页1井泥页岩有机质生物为多源输入。

规则甾烷C27、C28与C29的相对分布情况也可以反映有机质的物源输入,一般认为C27和C28甾烷指示低等水生生物的来源,C29甾烷常与陆源有机质的输入有关,指示陆源高等植物来源[5]。滨页1井穆棱组与东荣组规则甾烷呈反“L”形, C29甾烷具明显优势,指示其主要为陆源高等植物输入。城子河组规则甾烷呈“V”字形,C27与C29均势,指示有机质来源既有低等水生生物又有陆源高等植物。

5.3 沉积环境分析

姥鲛烷是氧化环境产物,植烷是还原环境产物,因而Pr/Ph值可指示古氧化还原环境,其值越高氧化程度越高[6],滨页1井多数样品Pr/Ph比值大于1,部分样品在3左右,表明滨页1井古沉积环境为氧化环境[7]。

Pr/nC17与Ph/nC18关系的投影也可反映沉积环境的氧化还原条件。穆棱组Pr/nC17值为0.71～1.52,Ph/nC18值为0.14～0.53,城子河组Pr/nC17值为0.32～0.53,Ph/nC18值为0.13～0.54,东荣组Pr/nC17值为0.22～1.02,Ph/nC18值为0.09～0.48。穆棱组、城子河组及东荣组沉积环境主要为弱氧化或介于弱氧化及弱还原中间的混合沉积环境(图7)。

5.4 有机质成熟度

镜质组反射率(Ro)是判断有机质成熟的权威性指标[8],本次研究依据Ro、正构烷烃OEP参数、甾烷成熟度参数、藿烷异构体比值等探讨滨页1井泥页岩有机质成熟度,采用参数有甾烷C2920S/(20R+20S)异构体比值、C29ββ/(αα+ββ)异构体比值、藿烷C3122S/22R+22S异构体比值及18α(H)-三降藿烷/17α(H)-三降藿烷(Ts/ Tm)等。

Ro是干酪根受热演化程度的反映,决定其形成油气的类型[9]。滨页1井12块样品的Ro为0.73％～0.94％,均值为0.84％,根据陆相烃源岩成熟阶段划分标准,滨页1井泥页岩已达成熟阶段。

一般认为,OEP值为1.0～1.2的为成熟有机质,1.2～1.4的为低熟有机质,大于1.4的为不成熟有机质,该值越大成熟度越低,越接近1.0有机质成熟度越高,滨页1井OEP指数分布范围为0.91～1.31,均值为1.04,表明泥页岩有机质均已成熟(图8)。

随着成熟度的增加,甾烷的C295α(H),14α (H),17α(H)-20R发生异构化,使得C295α (H)、14α(H)、17α(H)-20R甾烷逐渐转变为C295α(H)、14α(H)、17α(H)-20S甾烷和C295α(H)、14α(H)、17α(H)-20R甾烷的混合物。同样随着成熟度的增加,C295α(H)、14β(H)、17β(H)甾烷的20R和20S异构体相对于C295α(H)、14α(H)、17α(H)甾烷有更高的丰度。滨页1井泥页岩C29甾烷R/S+R比值为0.45～0.64,均值为0.57,C29甾烷αββ/αββ+ ααα比值为0.11～0.6,均值为0.3(表2),表明滨页1井泥页岩有机质均已达到成熟阶段。

表2 滨页1井泥页岩有机质成熟度参数表Table2 Organic matter maturity parameters of shale from the well Binye1

C31藿烷也是反映有机质成熟度的重要指标[10],随着成熟度达到生油门限,该比值从0增大到0.6左右。滨页1井C3122S/22S+22R的比值为0.57～0.6,均值为0.59,接近于0.6,表明滨页1井泥页岩有机质已成熟,成熟作用导致的异构化已达到平衡。

Ts/Tm、Ts/(Ts+Tm)是目前广泛应用的生物标志化合物成熟度参数之一,随成熟度增加,不稳定的Tm向稳定的Ts转化,Ts/Tm、Ts/(Ts+ Tm)增大。滨页1井泥页岩样品的Ts/(Ts+Tm)值并无此趋势,各样品的值差异较大。这是因为C27三降藿烷参数演化的控制因素有许多种[11], Ts/(Ts+Tm)值对沉积环境与矿物组成变化敏感,因此该参数的应用具有一定的局限性。

6 结 论

(1)滨页1井泥页岩有机质丰度较高,各项指标综合评价为中到好烃源岩,有机质类型以Ⅱ2型为主,其次为Ⅱ1型与Ⅲ型。

(2)滨页1井穆棱组正构烷烃呈前高后低单峰型或微弱双峰型,城子河组与东荣组呈前高后低单峰型,奇偶优势不明显。萜类化合物主要为五环三萜烷,其中莫烷、三环萜烷、甾类化合物含量较高。

(3)有机质成熟度指标Ro、甾烷成熟度、藿烷异构体比值均显示滨页1井泥页岩有机质成熟度已达到成熟阶段。

(4)甾烷C27、C28和C29相对分布指示滨页1井生源输入有双重性,既有低等生物生源又有高等植物输入。其中穆棱组及东荣组下段以高等植物输入为主,城子河组及东荣组上段为低等生物与高等植物双重输入。

(5)综合分析滨页1井泥页岩有机质丰度、有机质类型及成熟度,认为滨页1井泥页岩具有良好的生气能力,绥溪坳陷为页岩气勘探远景区。

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Geochemical Characteristics of Shale in the Well Binye1 of Suibin Depression

Shen Jiaxian1,Chen Kongquan1,Wang Jinlong2,Su Yunxiu2,Zhong Jianmeng2
(Hubei Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China)

Through analysis of shale sample that taken from the well Binye1 by pyrolysis,family composition and chromatographic methods,the geochemical characteristics of shale in the well has been analyzed systematically.Results showed that the wellBinye1 developed the shales in three sets of formation called Mulin formation、Chengzihe formation、Dongrong formation,with high abundance of organic matter.It belongs to middle to good source rock by comprehensive evaluation of various indexes,the type of organic matter is mainlyⅡ2,followed byⅡ1andⅢ.The ratio of Pr/Ph is larger in Isoprenoids,genearlly ranged from 1.0 to 3.0,which is considered as a weak oxidation environment.Rich sterane C29are found in Mulin and Dongrong formations,representing the terrigenous higher plant source input,but the Chengzihe formation should be multiple source input.The vitrinite reflectance Ro,sterane maturity,isomer ratio of hopane all showed that the well Binye1 had reached the mature stage.The comprehensive geochemical analysis indicated that the Suibin depression had a good hydrocarbon generation potential,with good prospects for shale gas exploration.

Sanjiang Basin;Suibin depression;Well Binye 1;Geochemistry;Biomarkers

TE122

:A

中国地质调查局油气资源调查中心项目(12120115001601-01)。

沈家仙(1987年生),男,硕士,主要从事石油地质、非常规油气研究。邮箱:shenjiaxian007@163.com。