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珠江口盆地西部文昌B凹陷文昌组优质烃源岩再评价*

2018-07-09张迎朝胡高伟陈亚兵

中国海上油气 2018年3期
关键词:干酪根烃源文昌

周 刚 张迎朝 陆 江 李 辉 胡高伟 陈亚兵

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

文昌B凹陷是珠江口盆地西部最富油的凹陷,自20世纪80年代以来相继发现了X19-1、X19-1N、X19-6及X19-1S等油田或含油构造,其主力生油层系为始新统文昌组二段(简称文二段)中深湖相泥页岩。长期以来,研究认为该套优质烃源岩分布范围较小,主要集中在凹陷中心部位[1],而在凹陷东北缘不发育[2]。2016年在文昌B凹陷东北缘珠三南断裂上升盘钻探X4井,在2 336~2 354 m井段文二段中发现了11.8 m厚的灰褐色页岩,具有质纯、性硬、较脆、页理面光滑细腻的特征,初步判断与珠三南断裂下降盘凹陷中心部位X1、X2井钻遇的文二段中深湖相优质烃源岩特征相似。这一发现引起了勘探家的极大关注,但其地球化学特征如何,生烃潜力怎样,是否属于优质烃源岩,这些问题均急需回答。本文通过Rock-Eval岩石评价、分子地球化学分析、地震与测井解释及盆地模拟等技术,深入剖析X4井钻遇的文二段灰褐色页岩特征,旨在摸清文昌B凹陷文昌组中深湖相优质烃源岩的展布范围,评价其生烃潜力,为下一步勘探目标优选提供依据。

1 区域地质背景

珠江口盆地是南海北部大陆架和陆坡上发育的新生界为主的大型沉积盆地,沉积岩厚度超过10 000 m,面积约26×104km2[3-6]。文昌B凹陷位于盆地西部的珠三坳陷,其北西以琼海凸起为界,南东与文昌C 凹陷相邻(图1)。文昌B凹陷自新生代以来主要经历了断陷(湖相)-断拗转换(半封闭滨海潮坪)-拗陷(开阔的浅海)的构造-沉积演化过程,具有典型的“下断上坳”的半地堑结构[7-10]。其中,始新世裂陷期珠江口盆地西部构造应力以NW—SE向拉张伸展为主,形成了NE—SW向控凹的珠三南断裂,该断裂强烈的裂陷作用使湖盆水体范围扩大,水体急剧加深,发育了文昌组河流、三角洲、滨浅湖—中深湖相沉积;特别是文二段沉积时期沉降幅度大,沉降速率达250 m/Ma,形成欠补偿沉积,发育中深湖相泥页岩,这是盆地内最主要的烃源岩,为珠江口盆地西部新生界油气田的形成奠定了良好的物质基础。

图1 珠江口盆地西部文昌B凹陷及周缘构造区划Fig.1 Tectonic units division in Wenchang B sag and its peripheral,western Pearl River Mouth basin

2 已证实的文二段优质烃源岩特征

所谓“优质烃源岩”是指有机质丰度高、类型好、对油气藏有较大贡献的烃源岩[11-12],通常将有机碳含量(TOC)等于2.0%作为其下限标准[13-16]。目前文昌B凹陷及周缘钻遇文昌组的探井及评价井共6口,其中位于主凹中心的X1井最具代表性,该井在3 223.7~3 403.0 m井段文二段钻遇179.3 m厚的优质烃源岩,岩性以大套深灰色、灰褐色泥岩、页岩为主,质纯、性硬、层理较发育。分析表明,X1井文二段烃源岩有机质丰度高,TOC为1.75%~4.02%,平均值为2.98%;生烃潜量(S1+S2)为7.18~25.63 mg/g,平均值为16.07 mg/g;氢指数(IH)为332.34~682.58 mg/g,平均值为470.45 mg/g,达优质烃源岩级别。干酪根碳同位素偏重,δ13C值为-22.13‰~-25.82‰;显微镜下可见大量的藻类体与无定形体,干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型为主[17-18]。镜质体反射率(Ro)为0.63%~0.68%,平均值为0.65%,处于成熟演化阶段。埋藏史-热史模拟研究表明,该套烃源岩在埋深2 800 m左右开始进入生油门限,在珠江组二段沉积末期达到生油高峰,现今仍处于生油窗范围[2,19]。生物标志化合物中可检测到丰富的C30-4甲基甾烷(C30-4M /∑C29值为0.65~1.41,平均值为0.82),基本不含“W、T”等树脂化合物[17-18],指示生烃母质主要来自低等水生生物。该套优质烃源岩电测曲线与上、下岩层不同,呈现“三高”的特征,即高自然伽马、高电阻率和高声波时差;地震剖面上具有低频、连续、强反射的特征。通过地震相类比识别追踪,初步圈定该套优质烃源岩的面积为60 km2,主体厚度为250~800 m[20]。

3 新钻遇的文二段烃源岩特征

3.1 有机地球化学特征

3.1.1有机质丰度

有机质丰度是评价烃源岩优劣的重要依据,常用的有机质丰度评价指标包括TOC、S1+S2、氯仿沥青“A”和总烃含量(HC)等[21]。X4井在2 344~2 348 m井段文二段钻遇的灰褐色页岩有机质丰度高,TOC为9.32%~9.44%,平均值为9.38%;S1+S2为59.72~60.18 mg/g,平均值为59.95 mg/g;IH为617.80~620.28 mg/g,平均值为619.04 mg/g。总体来看,该井钻遇的文二段烃源岩各项有机质丰度指标均明显优于其他井揭示的文二段中深湖相泥页岩,综合评价为优质烃源岩(图2)。

图2 文昌B凹陷及周缘文昌组烃源岩TOC和 S1+S2关系图版Fig.2 Cossplot of TOC and S1+S2 of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

3.1.2有机质类型

有机质类型也是评价烃源岩质量的关键参数之一[22],目前常用的有机质类型划分方法有干酪根镜鉴法、干酪根稳定碳同位素分析法、元素分析法及红外光谱分析、岩石热解色谱分析等[23-25]。

干酪根镜鉴发现, X4井文二段灰褐色页岩薄片在反射光下可见大量棉絮状、云雾状或团粒状无定形体,呈褐色—深褐色,半透明—透明状。经统计,X4井干酪根显微组分中腐泥质含量高达93%,而陆源高等植物碎屑成分含量极少(图3a—c),与X1、X3等井证实的文二段优质烃源岩干酪根结构组分特征极为相似(图3d—i),表明其母质来源主要为低等水生生物,生油潜力大。

岩石热解分析得出的IH、氧指数(IO)和有机质最高热解峰温(Tmax)等参数可以快速有效地判定有机质类型。从烃源岩IH-Tmax关系图版(图4)可以看出,文昌B凹陷文一段烃源岩干酪根类型较差,主要为Ⅱ2—Ⅲ型;文二段烃源岩干酪根类型较好,为Ⅰ—Ⅱ1型。相比较而言,X4井新钻遇的文二段烃源岩干酪根类型更佳,为Ⅰ型,这与干酪根镜鉴结果一致,表明其生烃母质为低等水生生物,以生油为主。

图3 文昌B凹陷及周缘文二段烃源岩干酪根镜下显微组分特征Fig.3 Microscopic characteristics of kerogen of E2w2 source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

图4 文昌B凹陷及周缘文昌组烃源岩有机质类型判别图版Fig.4 Identification charts of organic matter types of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

3.1.3有机质成熟度

有机质成熟度是表征有机质向油气转化的热演化程度,目前常用的有机质成熟度指标包括:①光学指标,包括Ro、沥青反射率(Rb)、孢粉颜色、热变指数(TAI)、牙形石色变指数(CAI)和生物碎屑反射率;②化学指标,包括Tmax、甲基菲指数(MPI)、H/C原子比值、碳同位素指标和生物标志化合物指标;③谱学指标,包括干酪根的自由基浓度、干酪根芳核平均结构尺寸和有机碳激光拉曼光谱[26-28]。其中,Ro被认为是研究有机质热演化程度的最佳参数之一,根据Ro值可将有机质热演化划分为4个阶段:Ro小于0.5%,为未成熟阶段;Ro介于0.5%~1.3%,为成熟阶段;Ro介于1.3%~2.0%,为高成熟阶段;Ro大于2.0%为过成熟阶段[29]。

对X4井2 344.6~2 347.1 m井段文二段灰褐色页岩壁心样品分离出的干酪根进行镜质体反射率测定,结果显示其Ro值较小,仅为0.48%~0.53%,平均值为0.51%;岩石热解最高峰温偏低,Tmax值为432~438 ℃,平均值为435 ℃。另外,孢粉色变指数分析结果显示其孢粉颜色主要呈黄—深黄色,TAI值为2.5。综合判断该井钻遇的文二段烃源岩处于未熟—低熟演化阶段,较已证实的文二段优质烃源岩热演化程度低,这可能与烃源岩埋藏较浅有关。

3.2 生物标志化合物特征

3.2.1饱和烃气相色谱特征

X4井2 344~2 348 m井段文二段灰褐色页岩全烃气相色谱碳数主要为nC13~nC35,以高碳数为主,主峰碳为nC27,∑C21-/∑C21+为0.51;碳优势指数(CPI)为1.26,奇碳数优势明显,为未熟—低成熟烃源岩特征。谱图形态总体上与X3井文二段烃源岩相似,呈不对称双峰型分布,而与X1井文一、二段烃源岩单峰型特征不同(图5);可能与其埋藏浅、成熟度较低有关。

图5 文昌B凹陷及周缘文昌组烃源岩饱和烃气相色谱特征Fig.5 Characteristics of full hydrocarbon gas chromatographic of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

另外,X4井钻遇的文二段烃源岩姥植比(Pr/Ph)较高,为3.11,反映这些有机质在沉积之前或沉积期间遭受一定程度的氧化作用[30]。

3.2.2甾、萜烷分布特征

从甾、萜烷分布特征来看,X4井文二段烃源岩与邻区X1、X3井文二段中深湖相泥岩、页岩相似,均表现为C30-4甲基甾烷含量丰富,基本不含指示陆源高等植物来源的奥利烷、树脂化合物T,这与X1井文一段浅湖相泥岩高含量树脂化合物T、含少量C30-4甲基甾烷的特征差别较大(图6)。通常认为高丰度的C30-4甲基甾烷是该地区文昌组中深湖相烃源岩的典型特征化合物[31],表明该套烃源岩生烃母质中有大量的低等水生生物输入。

为了进一步认清X4井文二段烃源岩和其他井钻遇烃源岩之间的亲缘关系,选择了5个反映母源输入的参数进行对比,即ααα(20R)C27/C29甾烷、ααα(20R)C28/C29甾烷、∑C30-4甲基甾烷/ααα(20R)C29甾烷、OL/C30藿烷、T/C30藿烷。对比结果显示,X4井文二段烃源岩与X1、X3井文二段中深湖相泥(页)岩甾、萜烷指纹特征极其相似,而与X1井文一段浅湖相烃源岩差异明显(图7),表明X4井文二段烃源岩与已证实的文二段中深湖相烃源岩具有亲缘关系。

图6 文昌B凹陷及周缘文昌组烃源岩饱和烃质量色谱特征Fig.6 Mass chromatograms of saturated hydrocarbon of source rocks of E2w in Wenchang B sag and its peripheral

图7 文昌B凹陷及周缘文昌组烃源岩抽提物甾、萜烷指纹对比Fig.7 Correlations of steranes and terpanes in extracts of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

另外,X4井文二段烃源岩Ts/Tm值仅为0.67,表明其成熟度较低;且升藿烷C3122S/(C3122S+22R)值为0.54,为低熟烃源岩特征,该参数被认为一般在进入生油门限时达到平衡值(0.57~0.62)[32]。甾烷异构化参数αααC2920S/(20S+20R)和 C2920Rββ/(αα+ββ)都是常用的成熟度判别指标,一般认为进入生油门限时(Ro约为0.60%)参数值约为0.25,至生油高峰时(Ro约为0.80%)达到平衡值,其中前者为0.52~0.55,后者约为0.70[33]。X4井文二段烃源岩αααC2920S/(20S+20R)值为0.30,C2920Rββ/(αα+ββ)值为0.34,表明有机质成熟度较低。

3.3 地震及测井响应特征

由于X4井揭露的文二段位于珠三南断裂上升盘,且埋藏浅、厚度较薄(远小于该区最新三维地震资料的分辨率(约26~30 m),这可能与早渐新世裂陷期构造运动使其遭受抬升剥蚀有关),导致文二段烃源岩地震相特征与上、下层段差别不明显,与邻区其他井钻遇的文二段烃源岩地震相特征无法进行横向对比。但从过井地震剖面来看,紧临其下降盘的文二段烃源岩层段发育,其地球物理响应与文昌B凹陷中心已证实的文二段优质烃源岩一致,均具有低频、连续、强反射的特点,为平行—亚平行反射结构,与上、下岩层显著不同,这反映了低能静水还原环境下富含有机质的泥岩类沉积。其中,平行—亚平行反射结构主要为深水环境中以水平沉积为主的湖相地层反射特征;反射密集段内无不整合,表明湖相地层连续沉积,且持续沉降,无沉降间断或构造运动[34]。

X4井揭露的文二段页岩层自然伽马、电阻率等测井值高于上、下岩层,测井曲线呈箱状,与文昌B凹陷中心已证实的文二段优质烃源岩相似(图8)。分析认为,这种测井响应特征与富有机质页岩中含有大量的铀和导电性较差的干酪根及部分生成的烃类有关。

另外,X4井揭露的文二段页岩层在地震速度谱上发生“阶梯状倒转”,速度值明显小于上、下岩层,与文昌B凹陷中心已证实的文二段优质烃源岩极其相似。深湖相泥岩往往存在欠压实带,通常具有相对较高的孔隙度和较低的密度及地震传播速度,所以在叠加速度谱上有一个速度基本保持不变的等速台阶,并且台阶两端的速度比台阶平均速度要高[35]。

图8 文昌B凹陷X4井有机地球化学综合剖面Fig.8 Organic geochemical profile of Well X4 in Wenchang B sag

4 优质烃源岩展布范围及生烃潜力的再评价

在总结已证实优质烃源岩典型特征的基础上,采用基于地震-沉积-测井-地化等资料联合反演的方法,对文昌B凹陷文二段中深湖相优质烃源岩进行了识别追踪。首先,根据构造-沉积演化控制烃源岩发育的关系,确定优质烃源岩主要发育在珠三南断裂下降盘文二段,其沉积环境为中深湖相;其次,通过对该区中深层低信噪比区地震资料进行重处理,资料品质、地层成像得到明显改善,根据本区已揭示优质烃源岩地震识别特征,对比追踪本区优质烃源岩横向展布范围;第三,利用已知优质烃源岩与上、下岩层的岩电特征差异,快速识别未知优质烃源岩的厚度;第四,根据有机相与优质烃源岩发育的关系,剔除优质烃源岩里的砂岩夹层及有机质丰度低(TOC<2.0%)、未熟(Ro<0.6%)的非优质烃源岩,从而进一步圈定有效优质烃源岩的范围及厚度。结果显示,文昌B凹陷文二段优质烃源岩的展布范围向东北方向扩展延伸,分布面积达105 km2,比前人预测的范围扩大了45 km2,整体沿着珠三南断裂呈长条状分布(图9);仍以主凹中心区最厚,预测最大厚度可达800 m。通过应用Trinity盆地模拟软件,选取X4井文昌组页岩最新岩石热解数据、干酪根镜鉴结果及参考研究区实钻文昌组中深湖相泥页岩厚度作为有效烃源岩厚度值等设置烃源岩参数条件,对文昌B凹陷东北缘新落实的文昌组优质烃源岩进行生烃动力学模拟,结果显示该部分新增的烃源岩以生油为主,生油量比前人预测结果增加了约40%,从而大大提升了整个文昌B凹陷及周缘的勘探潜力。

图9 文昌B凹陷及周缘文昌组二段中深湖相烃源岩等厚图Fig.9 Isopach map of deep lacustrine source rocks of E2w2 in Wenchang B sag and its peripheral

5 结论

1) X4井在文昌B凹陷东北缘首次钻遇11.8 m厚的文二段灰褐色页岩,其有机质丰度高,有机碳含量大于9.0%,达优质烃源岩级别;有机质类型好,为Ⅰ型干酪根,以生油为主;饱和烃中富含C30-4甲基甾烷,基本不含树脂化合物“W、T”;具有低频、连续、强反射的地震响应及高伽马、高电阻率和高声波时差的测井特征,总体上与文昌B凹陷中心部位已证实的文昌组中深湖相优质烃源岩典型特征一致,表明文昌B凹陷东北缘也发育优质烃源岩,改变了以往优质烃源岩分布较局限的认识。

2) 与前人预测结果相比较,重新落实后的文昌B凹陷文昌组优质烃源岩分布面积扩大了约75%,生油量增加了约40%,大大提升了整个文昌B凹陷及周缘的勘探潜力,拓宽了勘探领域,对整个珠江口盆地西部油气勘探具有重要意义。

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