洛伊盆地上三叠统沉积相与油气成藏特征

2016-12-20陈尚斌左兆喜韩宇富司庆红

特种油气藏 2016年5期

关键词：椿树洛伊生烃

陈司，陈尚斌，2，左兆喜，韩宇富，司庆红

(1.中国矿业大学，江苏徐州 221116；2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州 221116；3.天津地质调查中心，天津 300170)

洛伊盆地上三叠统沉积相与油气成藏特征

陈司1，陈尚斌1，2，左兆喜1，韩宇富1，司庆红3

(1.中国矿业大学，江苏徐州 221116；2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州 221116；3.天津地质调查中心，天津 300170)

洛伊盆地上三叠统埋深适中、厚度大，钻井显示出较好的油气资源潜力。通过粒度分析和沉积相重建，分析洛伊盆地上三叠统沉积相及油气成藏特征。结果表明：洛伊盆地上三叠统以河流相和湖泊相为主，深湖相、浅湖相、沼泽化湖相和三角洲平原相等沉积亚相有利于油气形成；上三叠统有效烃源岩厚度约为900 m，以暗色泥岩为主；椿树腰组泥岩有机碳含量平均为0.82%；谭庄组有机碳含量平均为1.83%，有机质成熟度平均为0.69%，接近成熟生油阶段，有机质类型主要为Ⅱ1和Ⅱ2型。深湖相发育泥岩与砂岩互层，具有形成自生自储型油气藏的沉积条件，表现出相控油气特征；另因上三叠统顶部剥蚀，部分油气运移至古近系，可形成古生新储型油气藏；上三叠统烃源岩演化经历2个阶段，三叠纪末期进入生烃门限，但后期构造抬升使得生烃活动停止，在早古近纪末期燕山期埋深增加，再次生烃；椿树腰组与谭庄组深湖相面积约为3 700 km2，浅湖相面积约为4 100 km2，估算生烃总量约为4.47×108t，具有开采潜力。洛伊盆地上三叠统为油气藏远景区，有进一步开发研究的意义。

沉积相重建；粒度分析；油气成藏特征；椿树腰组；谭庄组；洛伊盆地

0 引言

近年来，洛伊盆地中牟1井试井成功，表明该盆地三叠系具有较好的油气潜力。研究区上三叠统埋深较大，椿树腰组与谭庄组保存较完整，在上三叠统深凹区到斜坡的过渡段，可能发育岩性油气藏、砂岩上倾尖灭油气藏和地层超覆油气藏等诸多隐蔽类油气藏，但因埋藏深、勘探成本高、风险大，该区上三叠统勘探尚无突破[1]。为了更好地了解该区油气潜力，从沉积相控制生、储、盖的角度，分析洛伊盆地上三叠统椿树腰组和谭庄组的沉积环境及烃源岩特征，为油气聚集远景区勘探提供依据。

1 地质背景

洛伊盆地处于华北地台中部豫西隆起，位于中国大陆中部NNE向的吕梁—太行造山带与近EW向的东秦岭造山带所夹持的三角地带，其断裂系统呈现出明显的“南北分带、东西分区”特点，以NW—近EW向断裂为主，NE向断裂为辅，且后者大都被前者所切割，NW—近EW向断裂基本呈现向西收敛的特点。洛伊盆地处于伏牛山隆起北侧，吕梁隆起和太行山隆起南侧[1]，主要包括洛伊凹陷、济源凹陷、白沙—禹州向斜、周口坳陷西北部的临汝盆地、襄城凹陷西北部和太康隆起西部(图1)。

研究区由老至新发育蓟县系、青白口系、震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系地层，其中，三叠系发育有刘家沟组(T1l)、和尚沟组(T1h)、二马营组(T2e)、油房庄组(T2y)、椿树腰组(T3ch)及谭庄组(T3t)；区内上三叠统椿树腰组底界为厚层灰绿色长石砂岩与紫色泥岩，顶部为黄色厚层长石砂岩。因后期构造抬升，上三叠统谭庄组遭受剥蚀，残余地层主要分布于济源、伊川、洛阳、登封等地区，在宜阳—伊川一带主要发育灰黄、黄绿、灰绿、灰黑色泥岩和粉砂岩，夹数层黑色泥岩和煤线[2]。

图1 洛伊地区构造

2 沉积相特征

石炭纪末期，华北地台开始发生大规模的海退；二叠纪初期，华北板块主体基本脱离海洋沉积；

二叠纪时期，洛伊盆地沉积环境以陆相沉积(三角洲平原、分流河道、分流间湾等)为主；三叠纪早期，大面积海退持续进行，华北板块气候干旱；三叠纪晚期，气候又逐渐转为温暖、潮湿，华北板块广泛沉积了含煤地层[3-6]。

晚三叠世时期，洛伊盆地以深湖—浅湖相等陆相沉积为主。椿树腰组在还原环境下发育了以大型坳陷浅湖—深湖相和三角洲沉积体系为主的沉积类型，在温暖、潮湿的环境下，研究区发育了一套厚度较大的灰色—深灰色砂泥岩沉积。该阶段区内发育的三角洲比浅湖—深湖相范围小，主要分布在北西和南东2个区域，同时区内发育三角洲前缘浊积扇和湖沼相沉积，发育了诸多水下分流河道或者延伸入陡坡的浊积扇体(图2a)。

与椿树腰组时期相比，研究区在谭庄组时期发育的深湖相沉积的范围明显变大，而三角洲沉积的范围明显变小，靠近物源方向可见三角洲沉积。同时，研究区内发育三角洲前缘浊积扇和湖沼相沉积，区内的同沉积走滑断裂发育了诸多水下分流河道或延伸入陡坡的浊积扇体。随着秦岭大别造山运动加剧和东部太平洋板块引起的华北板块隆升作用加强，伊川地区比四周地势低，导致水体进一步加深，深湖相沉积范围扩大[1](图2b)。

图2 洛伊盆地上三叠统沉积相

3 成藏特征与资源潜力

3.1 成藏条件与演化

不同地质时代的岩相古地理类型控制着有效烃源岩、储层和盖层的分布和组合，沉积演化的多样性控制着油气资源的分布和油气藏类型[7]。洛伊盆地二叠系和三叠系之间没有明显的不整合，显示出差异升降，沉积中心向北西迁移，二者为连续沉积，沉积厚度较大，分布在洛阳凹陷、伊川凹陷和济源凹陷，其中，伊川凹陷最大沉积厚度在900 m以上。椿树腰组厚度全区变化较大，一般为400～1 350 m，在义马和洛阳2个地区出现沉积中心，厚度可达1 200 m以上，向东厚度逐渐减薄(图3a)。谭庄组厚度一般为400～1 800 m，在渑池、洛阳、新安和巩义4个地区出现沉积中心，厚度可达1 500 m以上，总体上由沉积中心控制(图3b)。

洛伊盆地三叠系烃源岩有机质类型主要为Ⅱ2、

图3 洛伊盆地上三叠统厚度等值线

Ⅱ1型，只有少量的Ⅲ或Ⅰ型。干酪根的δ13CPDB平均为-27.0‰，具有Ⅱ型有机质特点[8-9]。实测谭庄组有机碳含量为0.64%～2.86%，平均为1.83%，椿树腰组泥岩有机碳含量为0.82%。综合分析认为，椿树腰组和谭庄组为良好的油气层，该区谭庄组样品实测Ro值为0.47%～0.91%，平均为0.69%，处于成熟生油阶段。同时，洛伊盆地上三叠统Ro值为0.40%～1.27%，证明三叠系烃源岩处于成熟阶段。

根据研究区烃源岩的埋藏史与成熟史模拟结果显示，2个盆地均经历了相似的埋藏与生烃过程，二者区别主要体现在古近系的沉积速率不同。其中，洛阳盆地在三叠纪末Ro接近生烃门限(0.36%～0.45%)，此时三叠系处于低成熟度阶段。但早侏罗世地层抬升，三叠系埋深减小，洛阳盆地三叠系Ro没有继续增加，至新生代早期，盆地接受古近系沉积，沉积速率变大，厚度较大，三叠系埋深迅速增加，Ro增大，烃源岩开始生烃。

伊川盆地与洛阳盆地相似，三叠纪末期，烃源岩Ro>0.50%，开始进入生烃门限；因构造抬升使三叠系生烃逐渐停止，随后古近系地层开始沉积，沉积速率比洛阳盆地略低；古近系沉积使三叠系埋深增加，烃源岩Ro再次超过0.50%而进入二次生烃阶段。

由此可见，洛伊盆地三叠系烃源岩有2个重要的生烃时间：一是三叠纪末期，烃源岩Ro普遍达到0.50%后开始生烃；二是古近纪末期，由于古近系沉积，使得埋深普遍增加，烃源岩再次进入生烃门限(表1)。

椿树腰组和谭庄组以暗色泥岩和煤层作为烃源岩，单层厚度为3～5 m，累计厚度超过540 m，厚度大且有较强生烃潜力。同时，椿树腰组与谭庄组多发育砂泥互层的沉积结构，砂岩可作为储层，其上覆泥岩可作为较好的盖层，形成具有较好封盖条件的组合。因封盖能力良好，椿树腰组和谭庄组可成为较好的自生自储型储层[10-12]。此外，洛伊盆地上三叠统顶部遭受剥蚀，致使谭庄组与古近系不整合接触，谭庄组中部分油气可向上运移至三叠系与古近系的不整合面或进入古近系内部砂砾岩中，形成古生新储式生储盖组合。

3.2 油气资源潜力

富生烃凹陷油气资源量主要取决于烃源岩品质[9]，其评价方法主要包括有机地球化学法、有机岩石学法、测井解释和地震解释等。由于这些方法前期投入大，需要参数多，不适合低程度的勘探，因此，选用富生烃凹陷综合评价法对该区域进行资源评估。该方法通过“木桶”效应对各类影响因素做加权乘积，并不依赖于各类地球化学参数及物探参数，仅依赖于各项基础参数，评估较为方便，适合该类勘探程度较低的地区。

不同沉积相生成烃源岩优劣次序依次为深湖相、中深湖相、浅湖相、滨湖相、河流相[10]，其赋值依次递减2(深湖相为10、河流相为2)，如果凹陷跨越不同沉积相则根据面积加权；干酪根按照生烃能力依次赋值为Ⅰ型取10、Ⅱ型取7(Ⅱ1型取8、Ⅱ2型取6)，Ⅲ型取3。按照此方法，结合以往资料[9]对各影响因素进行加权计算，根据烃源指数与各控制因素的关系：

烃源指数=洼陷面积×有效烃源岩厚度×沉积相×有机质类型×(最大埋深-门限深度)×10-5

(1)

烃源指数与资源量的拟合关系：

资源量=1.7626×烃源指数1.1992×108t

(2)

由式(1)、(2)计算可知，洛伊盆地上三叠统椿树腰组与谭庄组生烃总量为4.47×108t，按照生烃凹陷资源量等级划分为次富水平，具有开发价值(表2)。

表2 生烃总量估算

4 结论

(1) 洛伊盆地上三叠统椿树腰组与谭庄组以陆相沉积为主，其中，椿树腰组主要发育三角洲沉积相为主，并发育浅—深湖相、三角洲前缘相和三角洲平原亚相；谭庄组以浅—深湖相为主，其次，发育三角洲平原、沼泽化湖相等亚相。

(2) 上三叠统有效烃源岩的最大厚度约为900 m，分布于伊川盆地；椿树腰组泥岩有机碳含量为0.82%；谭庄组有机碳含量平均为1.83%；上三叠统Ro值为0.40%～1.27%，谭庄组实测Ro值为0.69%，接近成熟生油阶段；有机质类型主要为Ⅱ2、Ⅱ1型，生油潜力良好。

(3) 研究区三叠系烃源岩经历了2个重要的成熟阶段，早古近纪末期，伊川、洛阳和宜阳盆地进入二次生油阶段。烃源岩成熟稍晚，生烃期主要为古近纪。椿树腰组和谭庄组以暗色泥岩和煤层作为烃源岩，发育砂泥互层的沉积结构，具有较好封盖条件，可成为自生自储型组合；因上三叠统顶部剥蚀，油气向上运移可形成古生新储式生储盖组合。

(4) 椿树腰组与谭庄组估算生烃总量约为4.47×108t，为次富水平，具有开发潜力。

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