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羌塘盆地东部上三叠统巴贡组烃源岩特征及意义

2018-11-08宋春彦付修根陈文彬谢尚克

东北石油大学学报 2018年5期
关键词:正构羌塘干酪根

宋春彦, 王 剑, 付修根, 陈文彬, 谢尚克, 何 利

( 1. 中国地质调查局 成都地质调查中心,四川 成都 610082; 2. 国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室,四川 成都 610082 )

0 引言

羌塘盆地为中国最大的中生界海相残留盆地,经历前三叠纪被动大陆边缘盆地、三叠纪前陆盆地及侏罗纪裂陷盆地等重要的发展过程[1-3];发育巨厚的侏罗系海相地层,地表露头以侏罗系海相地层为主,在南羌塘盆地隆鄂尼—昂达尔错一带发育大规模的侏罗系油砂带[4-6]。因此,一直将侏罗系作为羌塘盆地油气勘探的目标层系,忽略对三叠系地层的研究。

宋春彦等[7]分析羌塘盆地波尔藏陇巴背斜构造特征及其油气地质意义。陈文彬等[8]研究羌塘盆地4个剖面中三叠系烃源岩的生物标志化合物特征,指出三叠系烃源岩具有较好的生烃潜力。解龙等[9]指出,南羌塘盆地土门地区上三叠统土门格拉组泥质烃源有机碳含量较高,生烃潜力较好。另外,部署在三叠系地层内的多口地质调查井(如羌资7井、羌资8井、羌资16井)中也发现油气显示,表明三叠系地层具有良好的勘探前景,可作为油气勘探目标层系。陈文彬等[8,10]对三叠系地层可疑烃源岩开展调查与评价,表明三叠系地层发育羌塘盆地最好的烃源岩。

人们研究的羌塘盆地三叠系烃源岩样品主要来自于地表,受风化淋滤的影响,评价结果可靠性较低。以羌资7井为例,利用岩石热解、干酪根镜鉴和GC-Ms等分析方法,研究羌塘盆地东部雀莫错地区上三叠统巴贡组泥岩的有机质丰度、类型、成熟度及有机质来源等,为羌塘盆地的油气资源评价与勘探提供参考。

1 地质背景

羌塘盆地位于西藏自治区北部、青藏高原中部,南北宽度约为300 km,东西长度约为640 km,盆地总面积约为22×104km2,是中国最大的中生界海相残留盆地[1-2]。羌塘盆地的南、北边界分别为班公湖—怒江缝合带和可可西里—金沙江缝合带(见图1)。根据羌塘盆地重力、磁力、电磁、地震等地球物理资料,以及地层、构造等地质资料的差异性,将羌塘盆地进一步划分为北羌塘盆地、南羌塘盆地和中央隆起带3个二级构造单元。羌塘盆地内部发育众多褶皱构造,有35个面积大于50 km2的背斜构造[11];褶皱圈闭构造成为油气成藏的有利地质条件,也是油气勘探的重点对象。羌资7井位于羌塘盆地东部重要的含油气构造——波尔藏陇巴背斜核部。

图1 羌塘盆地东部地质构造及研究区位置Fig.1 The geological map of the eastern Qiangtang basin and the sampling location

二叠纪末期,金沙江洋开始闭合。三叠纪时期,受可可西里—金沙江缝合带发生强烈的造山挤压运动影响,羌塘前陆盆地不断萎缩。晚三叠世诺利早期,羌塘盆地广泛发育一套三角洲相含煤碎屑岩沉积,即上三叠统巴贡组(T3bg);诺利晚期,羌塘盆地的构造性质发生全面反转,北羌塘盆地隆升成为构造剥蚀区[2]。总体上,羌塘盆地巴贡组(T3bg)属于上三叠统内一套陆棚相—三角洲相的细碎屑岩沉积,厚度约为1 500 m。巴贡组烃源岩主要为暗色泥页岩及含煤泥页岩。根据羌塘盆地17条典型剖面统计,烃源岩的泥页岩厚度为42~640 m[1-2]。

研究区出露的最老地层为二叠系,其次为三叠系地层。三叠系地层包括甲丕拉组(T3j)、波里拉组(T3b)、巴贡组(T3bg)和鄂尔陇巴组(T3e)。侏罗系地层包括雀莫错组(J1-2q)、布曲组(J2b)、夏里组(J2x)和索瓦组(J3s)。此外,发育少量的白垩系、第四系地层。

羌塘盆地东部羌资7井钻遇上三叠统巴贡组(T3bg)和波里拉组(T3b)两套地层。其中,巴贡组发育深灰色—灰黑色泥岩(见图2(a)),夹少量粉砂岩,厚度为250 m;波里拉组以发育深灰色薄层状泥灰岩为主,夹少量深灰色泥岩和碎屑灰岩等。波里拉组灰岩中发育大量黑色沥青(见图2(b)),表明曾经发生大量的油气运移和成藏[7]。

2 样品采集与实验分析

14件泥岩样品采自羌塘盆地东部羌资7井的岩心,样品属于上三叠统巴贡组(T3bg),取样深度为30~234 m。采样位置见图1,采样深度见表1。采集的泥岩为井下新鲜、颜色较深的泥岩样品,尽量避免后期脉体影响。

图2 研究区羌资7井巴贡组和波里拉组岩心照片Fig.2 Core images of the Bagong and Bolila formation from the QZ7 well in the study area

所有样品的测试分析在四川煤田工程院实验测试中心完成。其中,有机碳质量分数分析应用LECO CS—200仪器完成,岩石热解分析应用Rock-Eval Ⅱ完成,镜质体反射率测试应用Leica MPV Compact Ⅱ完成,样品色质分析应用MAI95S色谱—质谱联用仪完成。

3 烃源岩特征

3.1 有机质丰度

有机质丰度是决定沉积盆地供烃能力的重要指标[12],也是评价烃源岩的重要参数,反映盆地的物质基础[13-15]。羌资7井中巴贡组泥岩有机碳(TOC)质量分数为0.32%~1.29%,平均为0.69%。根据青藏高原高成熟—过成熟烃源岩残余有机碳评价标准[16],即TOC质量分数大于0.40%为烃源岩。在14件泥岩样品中,3件样品的TOC质量分数小于0.40%,属于非烃源岩;4件样品的TOC质量分数为0.40%~0.60%,属于较差烃源岩;3件样品的TOC质量分数为0.60%~1.00%,属于中等烃源岩;4件样品的TOC质量分数大于1.00%,属于好烃源岩(见表1)。巴贡组泥岩有机碳质量分数较高,大部分属于烃源岩,且有半数达到中等—好的级别。

表1 羌资7井巴贡组烃源岩有机质丰度和成熟度参数

在14件样品中,氯仿沥青“A”质量分数为0.009 6%~0. 058 5%(见表1),平均为0.019 4%;大部分样品的氯仿沥青“A”质量分数大于0. 010 0%的最低标准[9],属于有效烃源岩。其中11件样品的氯仿沥青“A” 质量分数为0. 010 0%~0.050 0%,属于较差烃源岩;1 件样品(QZ7-YQ11)的氯仿沥青“A” 质量分数为0.050 0%~0.100 0%,属于中等烃源岩。氯仿沥青“A”的评价结果低于TOC的评价结果。

3.2 有机质类型

有机质类型能够反映油气生成潜力,也是烃源岩评价的重要指标。它主要取决于原始沉积环境下水生生物和陆源植物的相对发育程度[17-18]。采用镜鉴方法研究干酪根显微组分,研究区巴贡组泥岩的显微组分以腐泥组、镜质组和惰质组为主,其中腐泥组质量分数较高(见表2),为25.0%~48.0%,平均为39.5%,以棕褐色无定形体为主,中间厚,边缘薄,呈透明—半透明状(见图3(a、d));镜质组和惰质组质量分数相对较低,分别为18.0%~42.0%和24.0%~36.0%,平均分别为27.6%和27.3%,主要呈板状、棱角状,颜色较深,为深棕色—黑色(见图3(b-c));壳质组质量分数最低,为2.0%~8.0%,平均为5.6%。根据羌资7井泥岩干酪根显微组分三角图(见图4(a)),巴贡组烃源岩干酪根具有明显的混合来源特征。

表2 羌资7井巴贡组泥岩有机质显微组分及类型

图3 羌资7井泥岩中干酪根镜下照片Fig.3 Microscopic photographs of kerogen of the mudstones from the QZ7 well

图4 羌资7井巴贡组泥岩干酪根显微组分三角图及TI—δ13CPDB图解

干酪根类型指数(TI)是确定有机质类型的常用方法之一,其中TI=(w(腐泥组)×100+w(壳质组)×50-w(镜质组)×75-w(惰质组)×100)/100[19]。根据干酪根显微组分鉴定方法[20],当TI小于0时,属于Ⅲ型干酪根;当TI为0~40.00时,属于Ⅱ2型干酪根;当TI为40.00~80.00时,属于Ⅱ1型干酪根;当TI大于80.00时,属于Ⅰ型干酪根。羌资7井巴贡组泥岩的干酪根类型指数(见表2)显示,TI为-33.50~11.25,小于40.00;其中9件样品的TI小于0,表明羌资7井巴贡组泥岩有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型,且以Ⅲ型为主(见图4(b))。

干酪根碳同位素(δ13CPDB)主要取决于母源生物的碳同位素组成及沉积环境,可以根据有机碳同位素判断烃源岩的母质类型[19]。黄第藩等[21]指出,Ⅰ型有机质的干酪根δ13CPDB小于-27.0‰,Ⅲ型有机质的干酪根δ13CPDB大于-26.0‰,Ⅱ型有机质的干酪根δ13CPDB介于两者之间。14件样品的干酪根δ13CPDB为-28.4‰~-24.5‰,平均为-26.2‰(见表2),其中12件样品的干酪根δ13CPDB大于-27.0‰,表明有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型,与显微组分镜鉴结果基本一致。

3.3 有机质成熟度

镜质体反射率(Ro)是评价烃源岩有机质热演化程度和成熟度的常用参数[22],也是最准确的地球化学指标,主要受有机质埋藏的时间、深度和地温等因素影响,在评价Ⅱ型和Ⅲ型干酪根方面最有效。根据常用评价标准[22],未成熟烃源岩的Ro小于0.50%,成熟烃源岩的Ro为0.50%~1.30%,高成熟烃源岩的Ro为1.30%~2.00%,过成熟烃源岩的Ro大于2.00%。

羌资7井巴贡组泥岩样品成熟度指标Ro为1.46~1.90%,平均为1.62%(见表1、图5(a)),基本处于高成熟阶段,个别接近过成熟阶段,以生湿气和凝析油为主。

图5 羌资7井巴贡组泥岩成熟度特征Fig.5 Maturity characteristics of the mudstones of the Bagong formation in the QZ7 well

随有机质成熟度的增加,残余有机质生烃的活化能越来越高,热解生烃温度(Tmax)也增加,将Tmax作为成熟度分析的重要指标[17-18]。羌资7井巴贡组泥岩样品的Tmax为470~551 ℃,平均为504 ℃(见表1、图5(a)),表明处于高成熟—过成熟阶段,与镜质体反射率Ro的判断结果相近。

部分生物标志物参数也可以指示烃源岩的成熟度,如甾烷的C29ααα20S/ααα(20S +20R)和C29αββ/(ααα+αββ)参数。随有机质成熟度的增加,C295α、14α、17α(H)—甾烷在C-20位上的异构化作用导致20S/(20S+20R)参数从0增大到0.50,20S和20RC29规则甾烷在C-14和C-17位上的异构化作用导致C29αββ/(ααα+αββ)参数从0增加到0.70[23]。羌资7井泥岩样品的C29ααα20S/(20S+20R)相对比较接近,为0.35~0.47,平均为0.39;C29αββ/(ααα+αββ)为0.30~0.45,平均为0.36(见表1、图5(b)),反映巴贡组泥岩的热演化程度相对较高。

Ts/(Tm+Ts)也是反映烃源岩成熟度的敏感参数。它随有机质成熟度的增加而逐渐升高,且可以持续到较高的成熟阶段,直至烃源岩生油晚期,Ts/(Tm+Ts)增加到0.50[24]。羌资7井泥岩样品的Ts/(Tm+Ts)为0.53~0.57(见表1),明显大于0.50,表明巴贡组泥岩处于高成熟—过成熟的热演化程度,与Tmax和Ro反映的结果基本一致。总体上,羌资7井巴贡组泥岩样品的热演化程度较高,达到高成熟—过成熟阶段,处于生凝析油—湿气阶段。

3.4 有机质来源及沉积环境

色谱图中正构烷烃的分布形式主要受生物降解、热演化程度和生物源等因素的影响。窦启龙等[25]认为,C21以前的低碳数正构烷烃相对于高碳数正构烷烃更容易受微生物降解影响。随生物降解作用加强,低碳数正构烷烃的含量减少,重碳优势比较明显。羌资7井泥岩样品的正构烷烃碳数分布在C13~C35之间(见图6),以nC16或nC17为主峰碳数,分布形式具有明显的前峰特征,而且所有样品检测到Pr和Ph,表明受生物降解作用的影响非常小。

图6 羌资7井巴贡组泥岩色谱特征Fig.6 Gas chromatography characteristics of the mudstones of the Bagong formation in the QZ7 well

蒋有录等[13]指出,有机质成熟转化是一个加氢裂解过程,随热演化程度增加,正构烷烃的低碳数组分含量也增加,分布形式具有前峰特征,奇偶优势逐渐消失;且碳优势指数CPI和奇偶优势比OEP逐渐减小,CPI从未成熟的2.40~5.50减小至1.00左右,OEP从未成熟的大于1.20减小至1.20以下。羌资7井泥岩样品的CPI为1.06~1.27,趋近于1.00;OEP为0.85~1.04,远小于1.20,没有明显的奇偶优势,表明巴贡组泥岩的热演化程度比较高,与镜质体反射率Ro反映的结果基本一致。

来源于藻类等浮游生物的正构烷烃具有明显的前峰特征,且主峰碳以nC15或nC17为主;来源于陆生高等植物的正构烷烃具有高碳数主峰特征,以nC25~nC33为主;混合来源的正构烷烃具有双峰特征[19]。羌资7井巴贡组泥岩样品的正构烷烃分布形式具有明显的前峰特征,且(nC21+nC22)/(nC28+nC29)和nC21-/nC22+分别为1.27~17.60和1.04~7.57,均大于1.00(见表3),说明样品的轻烃组分占明显优势,反映有机质母质类型以低等水生生物为主。随热演化程度增加,正构烷烃的低碳数组分增加,(nC21+nC22)/(nC28+nC29)和nC21-/nC22+也增加。因此,对于成熟度较高的烃源岩,利用正构烷烃分布形式及相关指标分析生物母源时,应该同时利用其他相关指标相互印证,得到的结果才更加可信。

Huang W Y等[26]认为C27甾醇主要来源于水生浮游动物,C28甾醇主要来源于水生低等浮游植物,C29甾醇主要来源于陆生高等植物,可以根据三者的质量分数判断有机质母源。羌资7井中巴贡组泥岩样品的C27、C28和C29甾烷的质量分数分别为32%~48%、20%~27%和31%~43%(见表3),其中C27与C29质量分数相近,质谱图上呈不对称的“V”字形分布(见图7)。在C27—C28—C29三角图中,样品落在混合来源区(见图8(a)),表明以低等水生生物为主,具有混合来源的生物母源特征,与干酪根镜鉴结果基本一致。

表3羌资7井巴贡组泥岩正构烷烃和类异戊二烯烃特征

Table3SaturatedhydrocarbonandisoprenoidhydrocarboncharacteristicsofthemudstonesoftheBagongformationfromtheQZ7well

序号样品编号w(C27)/%w(C28)/%w(C29)/%伽马蜡烷/C30藿烷Pr/PhPr/nC17Ph/nC18nC21-/nC22+(nC21+nC22)/(nC28+nC29)OEPCPI1QZ7YQ13523420.110.620.290.121.8417.601.011.272QZ7YQ23623400.190.670.731.301.061.780.861.193QZ7YQ33423430.130.610.240.391.222.150.971.074QZ7YQ44821310.120.550.150.281.302.080.991.075QZ7YQ53823390.130.770.510.801.043.301.091.256QZ7YQ64220380.160.750.410.671.381.271.041.097QZ7YQ73723400.120.940.320.333.176.351.011.198QZ7YQ83721420.220.640.691.371.042.730.851.079QZ7YQ93723390.150.850.170.197.6011.671.011.1410QZ7YQ103921410.110.640.160.147.5713.060.991.2211QZ7YQ113227410.250.530.100.191.472.431.011.0612QZ7YQ123427390.130.570.120.231.692.591.001.0613QZ7YQ133326400.110.530.701.281.233.400.961.1614QZ7YQ144126330.110.560.570.931.722.400.971.10

姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)属典型的规则类异戊二烯化合物,在自然界中分布比较广泛[20]。Pr是由来源于叶绿素侧链的植醇经过氧化和脱羧反应形成的,Ph是由植醇经过还原反应而形成的,可以用两者相对含量比分析古环境的氧化还原条件[27]。一般认为,较氧化环境的Pr/Ph大于1.00,较还原环境的Pr/Ph小于1.00[27]。巴贡组泥岩样品的Pr/Ph为0.53~0.94,平均为0.66(见表3),为明显的还原环境。Peters K E等[28]指出:当Pr/Ph大于3.00时,表明有陆源有机物输入;当Pr/Ph小于0.80时,反映缺氧、超盐环境。14件样品中,12件样品的Pr/Ph小于0.80(见表3),为缺氧、超盐环境。此外,在Pr/nC17—Ph/nC18图解(见图8(b))中,样品落在Ⅱ型分布区,说明有机质既有海相低等水生生物输入,又混合高等陆源植物输入,与干酪根镜鉴结果基本一致。

伽马蜡烷主要来源于原生动物和光合作用细菌的四膜虫醇,广泛分布于海相蒸发岩及与蒸发岩伴生的碳酸盐岩环境[27]。一般认为,它只形成于强还原超盐的沉积环境,但并不是高盐度环境都具有丰富的伽马蜡烷。Mackenzie A S等[29]指出,伽马蜡烷直接指示水体密度分层,在分层水体中,纤毛虫大量繁殖并产生大量四膜虫醇,最终导致伽马蜡烷含量升高[30]。因此,伽马蜡烷是水体分层的直接标志,强还原超盐环境的水体一般具有分层特征,可以反映水体环境。一般以伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/C30藿烷)0.20为界,划分咸水与淡水环境[31-32]。羌资7井巴贡组泥岩样品的伽马蜡烷指数为0.11~0.22,平均为0.15(见表3),表明当时沉积水体主要为超盐的还原环境。

图7 羌资7井巴贡组泥岩甾烷、萜烷分布特征Fig.7 Distribution of steranes and terpanes of the mudstones of the Bagong formation in the QZ7 well

图8 羌资7井巴贡组泥岩正构烷烃和甾烷图解Fig.8 N-alkanes and steranes of the mudstones of the Bagong formation in the QZ7 well

4 讨论

羌塘盆地侏罗系烃源岩的有机碳质量分数普遍较低,除侏罗系个别油页岩有机质质量分数较高外,几乎不发育有机碳质量分数大于1.00%的烃源岩[33-35]。以往只在上三叠统土门格拉组含煤系地层内发现过有机碳质量分数大于1.00%的样品,首次在三叠系纯泥岩中发现较高质量分数的有机质,且厚度较大,表明巴贡组泥岩是羌塘盆地内一套很好的烃源岩。

目前报道的羌塘盆地烃源岩(包括侏罗系[23]、三叠系[10]、二叠系[36]和石炭系[12]的)有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型。这是由于侏罗系—三叠系的沉积水体普遍较浅,陆棚相等较深水沉积物少,导致陆源物输入较高,有机质类型相对较差。

由于羌塘盆地侏罗系沉积总厚度为5 000~7 000 m,因此烃源岩总体热演化程度较高,几乎全部达到高成熟—过成熟[7]。

晚三叠世,由于北部可可西里—金沙江缝合带闭合,导致羌塘三叠纪盆地萎缩甚至关闭[1-2]。羌资7井巴贡组烃源岩形成于盆地关闭之前的前陆盆地,沉积水体较浅,属于前三角洲相沉积,有机质来源以低等水生生物为主,混合一定的高等陆生植物,具有混合物源的典型特征。同时,沉积水体以超盐的还原环境为主,有利于有机质保存,最终形成羌塘盆地最好的烃源岩。

5 结论

(1) 羌资7井上三叠统巴贡组烃源岩平均有机碳质量分数为0.69%,半数达到中等—好的级别,表明巴贡组烃源岩有较好的生烃前景。

(2)巴贡组烃源岩有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型,以Ⅲ型干酪根为主,其次为Ⅱ2型;有机质母质类型主要来自于海相低等水生生物,形成环境以超盐的还原环境为主。

(3)巴贡组烃源岩的平均镜质体反射率为1.62%, 平均热解生烃温度为504 ℃,反映烃源岩达到高成熟—过成熟阶段。羌塘盆地三叠纪地层具有较好的油气勘探前景。

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