濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界烴源巖生烴演化

摘 要

摘要：濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界油氣藏發(fā)育，但至今尚未對(duì)中生界烴源巖的生烴演化進(jìn)行過系統(tǒng)研究，影響了對(duì)該區(qū)中生界油氣的勘探。對(duì)該區(qū)進(jìn)行了地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明：濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界下-
摘要：濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界油氣藏發(fā)育，但至今尚未對(duì)中生界烴源巖的生烴演化進(jìn)行過系統(tǒng)研究，影響了對(duì)該區(qū)中生界油氣的勘探。對(duì)該區(qū)進(jìn)行了地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明：濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界下-中侏羅統(tǒng)坊子組主要為沼澤相的煤系烴源巖，總體評(píng)價(jià)為差-較好烴源巖，以生氣為主；下白堊統(tǒng)蒙陰組以湖相泥巖為主，有機(jī)質(zhì)類型好，達(dá)到中等-好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以生油為主；下白堊統(tǒng)西洼組和中-上侏羅統(tǒng)三臺(tái)組為差-非烴源巖。利用鏡質(zhì)體反射率(Ro)數(shù)據(jù)，結(jié)合構(gòu)造演化史動(dòng)態(tài)分析了中生界烴源巖在不同地質(zhì)時(shí)期生烴演化過程。結(jié)論認(rèn)為：研究區(qū)中生界有機(jī)質(zhì)經(jīng)歷過兩期成熟演化過程，濟(jì)陽(yáng)坳陷次級(jí)凹陷的中生界烴源巖的二次生烴門限深度介于3000～3700m；主要生烴演化過程發(fā)生在新生代，具有較大的油氣資源潛力。研究成果為該區(qū)中生界下一步勘探目標(biāo)的選擇提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：濟(jì)陽(yáng)坳陷；中生代；烴源巖；生烴演化；煤系；沉積體系；油氣藏形成條件；有機(jī)質(zhì)類型
    烴源巖是油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，我國(guó)中生界油氣資源豐富，是重要的油氣勘探目的層系。松遼盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地均發(fā)現(xiàn)了以侏羅系為源巖的油氣田，此外海拉爾-塔木察格、遼河坳陷宋家洼陷、渤海海域等地區(qū)也已發(fā)現(xiàn)了源自中生界的油氣[1～4]。因此，把前古近系擺在重要戰(zhàn)略地位，精心研究前古近系的油氣資源潛力，是華北東部盆地21世紀(jì)油氣勘探的重要內(nèi)容[5]。濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界烴源巖的研究程度、油氣的勘探程度均較低，加強(qiáng)對(duì)中生界烴源巖的基礎(chǔ)研究，有助于該區(qū)中生界油氣勘探的更大突破。
1 地質(zhì)概況
    濟(jì)陽(yáng)坳陷位于渤海灣盆地東南部，是在前中生界穩(wěn)定地臺(tái)基礎(chǔ)上發(fā)育而成的一個(gè)中、新生代多旋回陸相斷陷盆地[6～8]，受中生代印支、燕山多期構(gòu)造活動(dòng)的影響，濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界缺失三疊系，自下而上沉積了中-下侏羅統(tǒng)坊子組、中 上侏羅統(tǒng)三臺(tái)組、下白堊統(tǒng)蒙陰組、西洼組和上白堊統(tǒng)王氏組[9]，其中上白堊統(tǒng)王氏組分布較局限，僅在林樊家地區(qū)的林4井鉆遇，圖1為沾化凹陷典型中生界綜合柱狀圖，缺失上白堊統(tǒng)王氏組。各組之間呈角度不整合或平行不整合接觸，侏羅系與白堊系之間為區(qū)域性角度不整合接觸。
    據(jù)地震、測(cè)井和鉆井資料揭示，坊子組為淺湖-沼澤相沉積為主的含煤地層，兩分性明顯，下段為含煤地層夾砂巖，上段為含礫砂巖、砂巖夾泥巖，厚度一般為200～400m。三臺(tái)組為沖積-河流相沉積的淺灰色、紫紅色、雜色含礫砂巖、砂巖及泥巖，局部夾煌斑巖，頂部出現(xiàn)凝灰質(zhì)砂巖及凝灰?guī)r，厚度一般為200～300m，最厚可超過500m。蒙陰組為淺湖至曲流河沉積的淺灰色、灰綠色粉砂巖及泥巖，偶夾含礫砂巖，上部出現(xiàn)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖?？煞譃閮啥?，構(gòu)成下粗上細(xì)的正旋回，厚度一般為200m，最厚可超過600m。西洼組主要為安山巖、玄武巖夾紫紅色泥巖與灰、灰綠色凝灰?guī)r，表明這一時(shí)期火山活動(dòng)已劇烈，厚度為50～280m。王氏組為一套以紅色為主的陸相碎屑沉積，下部為雜色礫巖，紫色砂質(zhì)泥巖和頁(yè)巖互層，上部為紫色泥巖、灰色含膏泥巖夾砂質(zhì)泥巖和棕色泥質(zhì)粉砂巖。王氏組分布較局限，僅在林樊家地區(qū)的林4井鉆遇，厚度為391m。
 

2 烴源巖生烴條件的靜態(tài)分析
    烴源巖的規(guī)模、生烴潛力及熱演化程度從根本上決定了其資源潛力[10～13]。因此，可以通過研究烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型及有機(jī)質(zhì)的熱演化程度來評(píng)價(jià)中生界的含油氣前景。
2.1 有機(jī)質(zhì)豐度
有機(jī)質(zhì)豐度是評(píng)價(jià)烴源巖非常重要的指標(biāo)之一，關(guān)系到烴源巖是否具有形成工業(yè)性油氣聚集的潛力。分析測(cè)試結(jié)果表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷的蒙陰組與坊子組有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較高(表1)。
 
    坊子組主要以沼澤相煤系地層為主，烴源巖包括含分散有機(jī)質(zhì)的暗色泥巖和煤層，其中暗色泥巖可細(xì)分為泥巖和碳質(zhì)泥巖，總體上坊子組泥巖為差-中等烴源巖，碳質(zhì)泥巖為一套差-較好烴源巖，而坊子組煤總體評(píng)價(jià)為差-較好烴源巖，具有一定的生烴潛力。蒙陰組烴源巖為湖相暗色泥巖，所分析樣品僅來自沾化凹陷的樁西地區(qū)，總體上達(dá)到中等一好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)[14]。三臺(tái)組泥巖綜合評(píng)價(jià)為差非烴源巖；西洼組所取樣品巖性為灰綠色泥巖，綜合評(píng)價(jià)為非烴源巖。
2.2 有機(jī)質(zhì)類型
    有機(jī)質(zhì)類型是評(píng)價(jià)烴源巖質(zhì)量的重要指標(biāo)。從濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界烴源巖Tmax-HI關(guān)系圖可以看出(圖2)，巖石樣品主要落在了混合型-腐殖型干酪根范圍內(nèi)。其中坊子組的泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤的有機(jī)質(zhì)類型均以偏腐殖混合腐殖型為主，蒙陰組巖石樣品有機(jī)質(zhì)類型相對(duì)較好，樣品點(diǎn)主要落在偏腐泥混合-偏腐殖混合型范圍內(nèi)，三臺(tái)組主要為腐殖型。
從顯微組分含量來看，中生界烴源巖的顯微組分主要以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，殼質(zhì)組+腐泥組較少，有機(jī)質(zhì)類型主要以腐殖型為主，同時(shí)有部分為混合型。陸源有機(jī)質(zhì)的殼質(zhì)組分因富氫而被公認(rèn)為是主要生烴組分，因而殼質(zhì)組和腐泥組含量之和的大小決定了有機(jī)質(zhì)的生油氣能力。此外，鏡質(zhì)組中的富氫鏡質(zhì)組也具有一定的生烴能力[15～17]。同一地區(qū)的不同層位、不同地區(qū)的相同層位中生界巖石樣品間顯微組分含量差異較大(表2)。這表明中生界在各個(gè)地區(qū)沉積環(huán)境具有較大差異性。此外，不同巖性烴源巖間顯微組分組成也具有一定的差異，如煤的鏡質(zhì)組含量最高，一般大于60%，普遍高于泥巖，而泥巖的腐泥組+殼質(zhì)組一般高于煤?？傮w上，泥巖、碳質(zhì)泥巖腐泥組+殼質(zhì)組含量較高，因而具有較好的生油能力。
 

2.3 有機(jī)質(zhì)的成熟度
有機(jī)質(zhì)成熟度是評(píng)價(jià)烴源巖生烴量及資源前景的重要依據(jù)[18～20]。濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界烴源巖鏡質(zhì)體反射率測(cè)試表明，中生界烴源巖中91%的樣品其有機(jī)質(zhì)已經(jīng)到達(dá)成熟演化階段，鏡質(zhì)體反射率Ro值在0.5%～1.2%之間，部分樣品的Ro值已高達(dá)2.0%以上，已進(jìn)入過成熟演化階段(圖3)。
 

3 烴源巖生烴演化過程的動(dòng)態(tài)分析
3.1 現(xiàn)今有機(jī)質(zhì)成熟度的分布特征
    濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界烴源巖有機(jī)質(zhì)的演化程度，無論是平面上還是縱向上都具有很強(qiáng)的不均衡性。從平面上看(圖4)，不同地區(qū)有機(jī)質(zhì)熱演化程度差異明顯，沾化凹陷有機(jī)質(zhì)成熟度范圍分布較寬，Ro主要分布在0.45%～1.88%，部分樣品Ro在6.25%～6.55%，已經(jīng)進(jìn)入過成熟階段；車鎮(zhèn)凹陷大王莊地區(qū)成熟度低，Ro在0.62%～0.67%，剛進(jìn)入成熟階段，個(gè)別樣品超過1.0%；東營(yíng)、惠民凹陷則正處于大量生烴階段。從縱向上看，盡管總的趨勢(shì)是Ro在深部位要高于淺部位，但是有機(jī)的熱演化程度并非取決于現(xiàn)今的埋深，同一個(gè)Ro值，對(duì)于不同的鉆孔有著不同的埋深；截取同一埋深，對(duì)應(yīng)不同的鉆孔也有不同的反射率，并且可溶有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化率氯仿瀝青“A”含量/TOC也是在同一深度具有不同的數(shù)值，而相同的氯仿瀝青“A”含量/TOC在不同深度均有分布(圖4)。
3.2 烴源巖生烴演化與構(gòu)造-埋藏的時(shí)空匹配
    現(xiàn)今濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界有機(jī)質(zhì)演化程度在平面上和縱向上的非均衡性表明，新生界沉積前，不同地區(qū)中生界烴源巖的有機(jī)質(zhì)演化程度并不一致。因此，中生界烴源巖在新生界沉積后再次活化所需的深度和成熟度也不相同。由于不同地區(qū)上覆地層、沉降抬升剝蝕演化史、地溫梯度以及受火成巖的影響程度的差異，不同地區(qū)中生界烴源巖的生烴演化過程并不完全相同。
    沾化凹陷中生界與新生界有機(jī)質(zhì)成熟度演化曲線相交于2900～3000m，其鏡質(zhì)體反射率在0.6左右。這表明，在新生界沉積前，中生界自身的沉積和較高的地溫梯度[9、21～23]已使烴源巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化程度達(dá)到成熟階段。因而，通過新生代沉積進(jìn)而使中生界烴源巖再次活化生烴所需的門限深度大于3000m，Ro＞0.6%(圖5)。
 
    類似地，東營(yíng)凹陷中生界與新生界有機(jī)質(zhì)成熟度演化曲線相交于3500m左右，Ro為0.7%左右，中生界烴源巖再次活化生烴所需的門限深度應(yīng)低于3500m；惠民凹陷中生界與新生界有機(jī)質(zhì)成熟度演化曲線相交于3700m左右，Ro為0.7%，中生界烴源巖再次活化生烴所需的門限深度應(yīng)低于3700m。車鎮(zhèn)地區(qū)樣品有限，但從已有的樣品來看，其中生界烴源巖現(xiàn)今的熱演化程度不會(huì)太高。
    結(jié)合濟(jì)陽(yáng)坳陷構(gòu)造演化史分析認(rèn)為，中生界烴源巖應(yīng)經(jīng)歷過兩期成熟演化過程。由于中生代的高地表溫度、高地溫梯度和較大的沉積厚度(殘余厚度可達(dá)3000m)，中生界烴源巖在中生代末期局部地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入生烴門限，但面積局限。濟(jì)陽(yáng)坳陷在新生代以來地溫梯度有所降低，中生界烴源巖再次生烴需要更大的沉積厚度。從坊子組烴源巖熱演化程度來看，大致在埋深2900～3000m，Ro為0.6%～0.7%便進(jìn)入再次成熟演化階段，加之新生代的大幅度沉降，中生界烴源巖應(yīng)該還具有較大的油氣資源潛力。
4 結(jié)論
    濟(jì)陽(yáng)坳陷沉積了下-中侏羅統(tǒng)坊子組煤系烴源巖和下白堊統(tǒng)蒙陰組湖相烴源巖，其中坊子組泥巖為差-中等烴源巖，坊子組的碳質(zhì)泥巖為中較好烴源巖，煤為中等-較好烴源巖，蒙陰組泥巖為中等-好烴源巖。濟(jì)陽(yáng)中生界烴源巖經(jīng)歷過兩期成熟演化過程，各次級(jí)凹陷中生界烴源巖的二次生烴門限為3000～3700m，新生界沉積之前，中生界烴源巖剛進(jìn)入生烴演化階段，中生界烴源巖的主要生烴過程發(fā)生在新生代沉積之后，具有較大的油氣資源潛力。濟(jì)陽(yáng)坳陷多個(gè)生烴凹陷在平面上并置，多套烴源巖層系在垂向上疊加，形成了具有“多源多灶多期成藏”的復(fù)雜油氣系統(tǒng)，中生界油氣勘探具有良好前景。
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(本文作者：王永詩(shī) 孔祥星 李政 中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院)