西乌珠穆沁旗地区上二叠统北大山组油气地质特征

朱常伟

长江大学地球科学学院，湖北武汉430100

中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037

张永生　(中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

李艳　(中石油长庆油田分公司第三采气厂， 内蒙古 鄂尔多斯 017300)

于华泰

长江大学地球科学学院，湖北武汉430100

中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037



西乌珠穆沁旗地区上二叠统北大山组油气地质特征

朱常伟

长江大学地球科学学院，湖北武汉430100

中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037

张永生(中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

李艳(中石油长庆油田分公司第三采气厂， 内蒙古 鄂尔多斯 017300)

于华泰

长江大学地球科学学院，湖北武汉430100

中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037

[摘要]通过野外实地剖面测量，将西乌珠穆沁旗地区上二叠统北大山组(P3b)划分为4种沉积相带，从下到上依次发育前缘陡坡、盆地-陡坡过渡带、裂陷盆地、前缘陡坡、礁滩，具有良好的生储盖组合关系。在上述研究基础上，结合有机地球化学以及岩石学等方法，对P3b烃源岩有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度和泥页岩矿物组成进行评价。结果表明，西乌珠穆沁旗地区P3b烃源岩属于较好烃源岩，泥、页岩硅质含量高，排烃能力强，利于油气的富集和成藏，可作为好的油气勘探选区。

[关键词]北大山组;沉积环境;烃源岩;油气勘探

东北-兴蒙地区分布有大庆、吉林、辽河、二连等多个重要油气田，经过半个多世纪的开采之后，目前正面临扩大油气远景的艰巨任务。近年来的调查表明，松辽盆地及外围地区上古生界石炭系-二叠系除部分地区发生动力接触变质以外，并未发生区域变质作用[1～4]，从而使得对该地区上古生界进行油气地质调查成为可能。张永生等[5,6]对该地区上二叠统进行野外地质考察，首次提出晚二叠世属于海相沉积环境，促使对东北-兴蒙地区晚二叠世油气以及其他矿产勘查研究思路发生重大转变。在该基础上，笔者通过对内蒙古东北部西乌珠穆沁旗地区上二叠统北大山组(P3b)北大山剖面野外实地测量，并进行详细的剖面描述和采样分析，依据岩性特征划分出沉积相带。结合有地机球化学、岩石学方法，对P3b烃源岩的有机质丰度、类型、成熟度和泥页岩矿物组成等4个主要指标进行分析，研究其有机岩石学特征，为内蒙古东北部寻找有利的油气远景区提供一定的指导意义。

1区域地质背景

图1　采样剖面位置图

西乌珠穆沁旗地区大地构造位于温度尔庙-西拉木伦缝合带以北，属于大兴安岭增生带和松辽-锡林浩特地块的结合部位，二连-黑河缝合带在早-中泥盆世闭合后，在石炭纪-二叠纪期间发生大规模的裂陷，而研究区所处的裂陷盆地正是该时期形成的[7,8]。P3b于1987年内蒙古地质调查局进行1∶200000区域地质调查时建组，为该地区晚二叠世晚期的产物，与林西组、陶海营子组为同期异相沉积，广泛分布于西乌珠穆沁旗图幅东南部的巴音乌拉、密透、北大山、合页坝、王盖沟至白玛哈页乌拉和前毡铺、齐家营子一带[9]。通过野外踏勘，该次选取岩层出露齐全、构造简单、地层连续的剖面进行实测采样(剖面位置见图1)。

2沉积环境

图2　北大山组沉积构造及古生物

该次实测剖面共分35个小层。剖面下部和上部以较粗粒屑的杂砂岩和同生泥砾岩为主，中部以细粒的泥、页岩沉积为主，顶部可见有造礁生物格架苔藓虫化石，整体粒度由上而下具有“粗-细-粗”的变化规律，反映水体经历浅-深-浅的变化过程。依据沉积特征自下而上将P3b划分为5个岩性段，4种沉积相带。

一段(1～10层)：灰色、灰绿色厚层块状凝灰质胶结同沉积砾岩、杂砂岩(图2(a))。局部夹有凝灰质胶结角砾岩，砾石具有弱定向构造，呈现块体滑塌状(图2(b))，为前缘陡坡沉积相带，厚541.4m，未见底。

二段(11～16层)：灰色、灰绿色泥岩、页岩和混砂质泥岩互层，局部夹有同生泥砾岩和混杂砾岩透镜体，泥、页岩表面见有蠕虫运动遗迹(图2(c))，该段具有盆地相泥页岩沉积和陡坡相的滑塌沉积，为盆地-陡坡过渡沉积相带，厚758.9m。

三段(17～23层)：灰色、灰黑色泥岩、页岩互层，夹有薄中层混砂质泥岩。以暗色细粒沉积物为主，沉积环境稳定，水动力条件弱，发育水平层理，为裂陷盆地沉积相带，厚1330.5m。

四段(24～32层)：深灰色、灰黑色薄层粉砂质泥岩与同生泥砾岩互层，局部夹有砂岩透镜体，砂岩中发育斜层理，砾石弱定向排列，为前缘陡坡沉积相带，厚678.4m。

五段(33～35层)：深灰色、灰色粉砂质泥岩、灰岩和泥质粉砂岩互层，顶部见有钙化苔藓虫化石(图2(d))，苔藓虫化石具有典型的生物礁造格架，为礁滩沉积相带，厚178.3m。顶部与燕山期花岗岩体不整合接触。

研究区晚二叠世期间受西伯利亚板块和华北板块的碰撞作用，发生大规模的裂陷，形成海相裂陷槽[10]，而P3b顶部苔藓虫化石的发现，也很好地佐证该地区晚二叠世晚期以海相沉积为主。在盆地裂陷期，构造运动强烈，火山活动频繁，见有大量火山碎屑凝灰质胶结物，整体以快速充填的同沉积砾岩和杂砂岩为主。裂陷盆地稳定充填期，盆地内水体较深，处于静水条件，沉积物以暗色细粒泥、页岩为主，有机质多，易于保存，可形成较好的生油层。盆地闭合抬升期，裂陷盆地整体开始抬升，水体逐渐变浅，粉砂质泥岩和同沉积砾岩交互沉积，反映盆地间歇性抬升的过程。盆地闭合末期，构造运动减弱，沉积环境相对稳定，以浅海陆棚礁滩相沉积以主，生物礁发育，其中礁灰岩、生物碎屑灰岩储集空间良好，可作为好的油气储集地带。而上覆燕山期花岗岩体，岩性致密、坚硬、成层分布，对下覆储集层油气能起到很好的封闭作用，可作为较好的封盖层[11](图3)。综合来看，P3b在时空上形成良好的生储盖组合关系，利于油气产出和保存。

图3　北大山剖面综合柱状图

3烃源岩特征

共采集烃源岩样品34块，以暗色泥页岩、粉砂质泥岩为主，具体采样层位见图3。由于野外工作条件有限，所采集样品均受到一定程度的风化污染，导致烃源岩真实的测试结果会有部分偏差，笔者尽量去除外因影响，确保选取结果误差最小。

3.1有机质丰度

有机质丰度是衡量烃源岩生成油气潜力的物质基础，在烃源岩评价中起着至关重要的作用[12，13]。评价烃源岩有机质丰度的主要指标有：总有机碳质量分数(w(TOC))、氯仿沥青“A”质量分数(w(“A”))、生烃潜量(w(S1+S2))等，该次评价指标参照SY/T 5735—1955标准，对P3b烃源岩有机质丰度进行评价。

测试结果显示，样品w(TOC)为0.30%～1.44%(平均为0.60%)，有机质丰度评价为中等-较好；而w(“A”)和w(S1+S2)平均值分别为0.0041%和0.03%，有机质丰度评价为较差和非烃源岩。由于受风化作用等因素影响，烃源岩可溶性有机质流失较多，对w(“A”)和w(S1+S2)测试结果影响较大，所得数据也表明该2项指标含量极低，不能真实反映区内有机质丰度，仅做参考使用[14，15]。故选取w(TOC)作为主要评价依据。综合来看，P3b烃源岩有机质丰度达到中等-较好，为有效烃源岩。

表1　有机质类型划分方案及标准

3.2有机质类型

不同有机质来源组成的烃源岩，在成烃潜能和生烃产物上也会有所不同，因此，还必须对有机质的类型进行评价。该次研究采用干酪根类型指数(Ti)和岩石热裂解氢指数(IH)划分有机质类型。评价标准及方案见表1。

33块P3b泥页岩样品测试结果显示干酪根Ti分布范围为-48.75～72，其中有5块样品为Ⅱ1型，占15%，27块样品为Ⅱ2型，占82%，1块样品为Ⅲ型，占3%。

IH为1.07～16.01mg/g(平均3.99mg/g)，均远小于150mg/g，指示有机质类型全部为Ⅲ型。考虑到IH极低，可能受风化作用影响较大,结果仅供参考。

综合来看，P3b烃源岩样品有机质类型主要为Ⅱ2型，含有少量Ⅱ1和Ⅲ型。

3.3有机质成熟度

有机质成熟度能够反映烃源岩能否继续大量生成油气，在有机质向烃类转化的过程中，镜质体反射率(Ro)会发生不可逆的增大，由此作为评价的可靠依据[16，17]。

P3b烃源岩样品的Ro为1.35%～2.3%，其中16块样品Ro介于1.3%～2.0%之间，占57.14%，12块样品Ro大于2.0%，占42.85%。表明P3b烃源岩有机质热演化达到高-过成熟阶段，经历了大量的生烃、排烃之后，目前处于生成轻质油和干气阶段。

3.4烃源岩矿物组成

不同沉积环境下形成的泥页岩矿物组成有很大差异，其中脆性矿物与黏土矿物的相对含量影响着泥页岩的孔渗性、吸附力等物性参数，进而影响到烃源岩的排烃能力。一般富含脆性矿物泥页岩，易形成裂缝，有利于烃类的排出[18,19]。

由全岩X射线衍射定量分析对比图(图4)可知，泥、页岩矿物组成以石英、黏土为主，其次为斜长石，菱铁矿、硬石膏及方解石等矿物含量较少。

从矿物组成三角图(图5)可知，矿物组分主要为脆性矿物和黏土矿物，碳酸盐岩含量相对较低，石英等脆性矿物含量高，反映P3b泥、页岩孔隙和微裂缝发育，排烃类能力强，利于油气富集成藏。

4结论

1) 西乌珠穆沁旗地区P3b发育4个沉积相带：前缘陡坡相带、盆地-陡坡过渡带相带、裂陷盆地相带、礁滩相带，反映了水体由浅-深-浅的沉积演化过程。地层中有机质含量丰富，储集空间发育，可与上覆燕山期花岗岩在时空上形成良好的生储盖组合关系。

2)研究区P3b烃源岩有机质丰度评价为中等-较好，属于有效烃源岩；有机质类型以Ⅱ2型为主，少量Ⅱ1和Ⅲ型；有机质热演化程度高，达到高-过成熟阶段；泥页岩脆性矿物含量较高，排烃能力强，利于油气富集和成藏，可作为东北-兴蒙地区好的油气勘探选区。

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[编辑]邓磊

The Reservoir Geological Characteristics of the Upper Permian Beidashan Formation in the Western Ujimqin Banner

Zhu Changwei, Zhang Yongsheng, Li Yan, Yu Huatai

(FirstAuthor’sAddress：SchoolofGeosciences,YangtzeUniversity,Wuhan430100,Hubei,China;InstituteofMineralResourcesofChinaUniversityofGeosciences,Beijing100037,China)

Abstract:Based on field profile detection, the upper Permian Beidashan Formation(P3b)is divided into 4 sedimentary facies bands, from the bottom up, there develop a front steep slope, basin-slope transition band, rift basin, frontier steep slope and reef beach, where there exists a good relationship of source-reservoir-caprock assemblage. Based on the study mentioned above, and combined with the methods of geochemistry and petrology, the characteristics of the source rock abundance, type of organic matter, maturity of organic matter and the composites of mud shale of the P3b source rock are evaluated. Results indicate that the P3b source rock in the Western Ujimqin Banner belongs to a better source rock with high silicon content of mud and shale rocks, its hydrocarbon expulsion capacity is high, it is beneficial for hydrocarbon accumulation and formation, it can be a candidate area for oil and exploration.

Key words:Beidashan Formation; sedimentary environment; source rock; oil and gas exploration

[中图分类号]TE122.1

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)8-0001-05

[作者简介]朱常伟(1988-)，男，硕士生，现从事油气地质、沉积学方面研究工作；通信作者：张永生，zys_601@126.com。

[基金项目]中国地质调查局项目(12120115001401)。

[收稿日期]2015-11-20

[引著格式]朱常伟，张永生，李艳，等.西乌珠穆沁旗地区上二叠统北大山组油气地质特征[J].长江大学学报(自科版),2016,13(8):1～5.