貝爾凹陷烴源巖發(fā)育與沉積環(huán)境的關(guān)系研究

侯海濤，申家年，黃勇軍

(東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶163318)

烴源巖有機質(zhì)豐度取決于它的沉積環(huán)境，通常認為湖水相對較深時，陸源碎屑供應(yīng)相對減弱，水生生物成為有機質(zhì)的主要來源，有機質(zhì)保存程度也較好，因此烴源巖有機碳豐度高，有機質(zhì)的類型好［1］.然而通過對海拉爾盆地貝爾凹陷烴源巖有機質(zhì)豐度類型及分布進行研究，發(fā)現(xiàn)有機質(zhì)豐度高、類型好，分布范圍廣的烴源巖不一定要求廣泛深湖—半深湖沉積環(huán)境［2］.進而對貝爾凹陷的有機質(zhì)豐度、類型及分布與沉積環(huán)境間的關(guān)系展開討論.

1 地質(zhì)概況

海拉爾盆地為中新生代的多旋回、疊合式、斷陷－坳陷型盆地，具兩隆三坳的構(gòu)造格局，即扎萊諾爾坳陷、磋崗隆起、貝爾湖坳陷、巴彥山隆起、呼和湖坳陷.各一級構(gòu)造單元進一步細分為16個凹陷4個凸起.其中貝爾凹陷是位于貝爾湖坳陷的二級構(gòu)造單元，位于海拉爾盆地中部斷陷帶，夾持于嵯崗隆起與巴彥山隆起之間，北與烏爾遜凹陷相連，面積為3 010 km2.貝爾凹陷地層由于經(jīng)受了大范圍的剝蝕，銅缽廟組嚴重缺失、不發(fā)育［3］，自下而上依次為:南屯組一段()、南屯組二段)、大磨拐河組一段()、大磨拐河組二段()、伊敏組(K1y)、青元崗組(K2q).其中南屯組一段三分為復(fù)合旋回段(K1n11)、特殊巖性段(K1n12)以及南一段上(K1n13).主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、濱淺湖、深湖－半深湖沉積.

2 貝爾凹陷烴源巖有機質(zhì)豐度、類型及分布

2.1 有機質(zhì)豐度

本次研究烴源巖有機質(zhì)豐度用到的參數(shù)為有機碳(TOC)和生烴勢(S1+S2)(表1、2)，將統(tǒng)計的結(jié)果按照不同沉積環(huán)境以及不同層位劃分，從橫向及垂向兩個方面對烴源巖的有機質(zhì)豐度進行比較.

K1n11時期主要發(fā)育扇三角洲相和濱淺湖相，濱淺湖環(huán)境下沉積的泥巖TOC和S1+S2的平均值分別為2.18%和14.02 mg/g，有機質(zhì)豐度高于扇三角洲環(huán)境下沉積的泥巖(0.49%，1.3mg/g和0.77%，3.42 mg/g).

K1n13時期同樣以發(fā)育辮狀河三角洲、濱淺湖以及深湖－半深湖相環(huán)境為主，該地層條件下以濱淺湖環(huán)境沉積的泥巖有機質(zhì)豐度較高，TOC和S1+S2分別為2.24%和9.59mg/g.其他沉積環(huán)境下的泥巖有機質(zhì)豐度與濱淺湖環(huán)境下的相差不大.

K1n2時期沉積環(huán)境仍以深湖－半深湖，濱淺湖以及辮狀河三角洲為主，該時期各環(huán)境下沉積的泥巖有機質(zhì)豐度相近(表1，2)，TOC質(zhì)量分數(shù)均在1.5%以上，生烴勢也都大于3.5mg/g.

表1 貝爾凹陷泥巖TOC統(tǒng)計結(jié)果

K1d1時期沉積環(huán)境以深湖－半深湖，濱淺湖為主.從泥巖的有機質(zhì)豐度來看，這兩個環(huán)境下沉積的泥巖有機碳含量相近，而且均大于1.8%，生烴勢含量有些差異，但差距不大.

K1d2時期從發(fā)育的沉積環(huán)境來看，無論是深湖－半深湖，濱淺湖還是辮狀河三角洲前緣，它們的泥巖TOC平均質(zhì)量分數(shù)都大于1.6%，而且數(shù)值很接近.S1+S2含量均不高，最高為深湖－半深湖環(huán)境，為2 mg/g，但各環(huán)境之間的差距不算太大.

可以看得出的是，在泥巖沉積的過程中，沉積環(huán)境對烴源巖的有機質(zhì)豐度起著一定的作用.從上文描述中我們看出，K1n11、K1n12和 K1n13各環(huán)境下沉積的泥巖有機質(zhì)豐度差距大，并且多以濱淺湖環(huán)境下沉積的泥巖有機質(zhì)豐度高.而K1n2、K1d1和K1d2各沉積環(huán)境下泥巖的有機質(zhì)豐度差異減小，從而猜測烴源巖的發(fā)育不僅與沉積環(huán)境有關(guān).

表2 貝爾凹陷泥巖S1+S2統(tǒng)計結(jié)果

2.2 有機質(zhì)類型

本次研究采用HI與Tmax作圖來說明有機質(zhì)類型，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)貝爾凹陷各個時期不同環(huán)境下沉積有機質(zhì)的類型情況.K1n11時期(圖1)，濱淺湖環(huán)境沉積的有機質(zhì)類型多為Ⅰ型－Ⅱ1型，扇三角洲環(huán)境下沉積的有機質(zhì)類型多為Ⅱ2型－Ⅲ型.能看出該時期濱淺湖環(huán)境下沉積的有機質(zhì)類型要遠好于扇三角洲環(huán)境.到了K1n12時期(圖2)，深湖－半深湖環(huán)境和辮狀河三角洲前緣環(huán)境沉積的有機質(zhì)類型較為分散，部分為Ⅰ型，部分為Ⅱ1型－Ⅱ2型.濱淺湖環(huán)境主要為Ⅱ1型－Ⅱ2型，辮狀河三角洲前緣環(huán)境沉積的有機質(zhì)類型較差為Ⅱ2型－Ⅲ型.K1n13時期(圖3)深湖－半深湖環(huán)境以及濱淺湖環(huán)境下沉積的有機質(zhì)類型極為分散，從Ⅰ型－Ⅲ型均有分布.辮狀河三角洲前緣環(huán)境下沉積的有機質(zhì)類型分布相對較為集中，主要為Ⅱ1型－Ⅱ2型.辮狀河三角洲平原環(huán)境沉積的有機質(zhì)類型為Ⅱ2型－Ⅲ型.K1n2時期(圖4)深湖－半深湖環(huán)境沉積的有機質(zhì)類型分布較為集中為Ⅱ1型－Ⅱ2型，濱淺湖環(huán)境下有機質(zhì)類型多為Ⅱ1型－Ⅱ2型，少部分為Ⅰ型.辮狀河三角洲前緣環(huán)境沉積有機質(zhì)類型較為分散，多數(shù)為Ⅱ1型，部分處于Ⅱ2型－Ⅲ型.辮狀河三角洲平原環(huán)境多為Ⅱ2型－Ⅲ型.K1d1時期與K1d2時期(圖5和圖6)沉積有機質(zhì)類型分布較為接近，各環(huán)境間差異不大，K1d1段大部分為Ⅱ1型－Ⅱ2型，K1d2段大部分為Ⅱ2型－Ⅲ型，少部分深湖－半深湖環(huán)境有機質(zhì)處于Ⅰ型.可以看出沉積環(huán)境對有機質(zhì)的類型有一定的影響，深水條件下沉積的有機質(zhì)類型往往優(yōu)于淺水環(huán)境下沉積的有機質(zhì)，這是因為深水環(huán)境下陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)少，主要以水生生物為主，并且由于水體較深，沉積下來的物質(zhì)保存較好，不容易被氧化或降解，所以往往這個環(huán)境下沉積的泥巖有機質(zhì)類型較好.但進一步觀察可以看出，有機質(zhì)類型的好壞并不單單是受到沉積環(huán)境的影響.正如剛才看到的，K1n11、K1n12和K1n13段各環(huán)境下有機質(zhì)類型分布較為分散，非均質(zhì)性較強，而 K1n2、K1d1和 K1d2各沉積環(huán)境下泥巖的有機質(zhì)類型分布差異性逐漸減弱，這與上文有機質(zhì)豐度的變化有一定的關(guān)聯(lián)性.通過分析，本文認為機質(zhì)豐度高、類型好，分布范圍廣的烴源巖不一定要求廣泛深湖—半深湖沉積環(huán)境，進而推測有烴源巖的發(fā)育不僅與沉積環(huán)境有關(guān)而且與當時的構(gòu)造活動有關(guān)聯(lián).

圖1 K 1 n11段有機質(zhì)θmax與HI關(guān)系圖

圖2 K 1 n12段有機質(zhì)θmax與HI關(guān)系圖

圖3 K 1 n13段有機質(zhì)θmax與HI關(guān)系圖

圖4 K 1 n2段有機質(zhì)θmax與HI關(guān)系圖

圖5 K 1 d1段有機質(zhì)θmax與HI關(guān)系圖

圖6 K 1 d2段有機質(zhì)θmax與HI關(guān)系圖

2.3 沉積有機質(zhì)的分布

通過選取了霍5—霍12—德2—貝19—希5—希8進行了連井剖面，通過剖面可以直觀清晰的看到不同層位不同環(huán)境下泥巖的沉積情況.如圖7所示，從左到右以此為沉積環(huán)境、地層、深度、巖性，TOC含量以及評價結(jié)果.從圖上可以看出，貝爾凹陷烴源巖是以砂泥互層為主，局部亦有大段厚層泥巖，如希5井K1n2段.從各層段來看，K1n2和K1n13是主要的烴源巖層段，大部分烴源巖達到了好－很好;K1n11總體較差，但局部也存在薄層的優(yōu)質(zhì)烴源巖，如霍5、貝19井等;K1d1，K1d2段烴源巖大部分以中等為主.

3 分析與討論

影響烴源巖有機質(zhì)豐度的因素主要為有機質(zhì)來源、生物生產(chǎn)率以及沉積環(huán)境，礦物巖石作用和沉積速率，微量元素，物理化學(xué)作用，保存條件和演化程度等［4－7］，但最主要的因素是初始生產(chǎn)力，即生物產(chǎn)率，以及保存條件.根據(jù)國內(nèi)外大量的文獻調(diào)研，一般情況下，可以用烴源巖中的Pr/Ph幫助了解源巖的沉積環(huán)境.普遍認為，Pr/Ph＜0.8，烴源巖屬于咸水還原環(huán)境，而Pr/Ph＞2.8，屬于沼澤偏氧化環(huán)境.有學(xué)者研究計算了貝爾凹陷的水體的Pr/Ph值，認為貝爾凹陷的水體為淡水到微咸水環(huán)境，該環(huán)境下利于藻類等水生生物的大量生長.另外，水動力作用以及光合作用都會促使沉積有機質(zhì)發(fā)生再循環(huán)，刺激水生生物的生長從而促進初始生產(chǎn)力［8－9］.

圖7 貝爾凹陷有機碳連井剖面

實際上，考慮其地質(zhì)因素來說，構(gòu)造和沉積特征對烴源巖的控制更為明顯和顯著.海拉爾盆地為斷陷型盆地，經(jīng)歷了斷陷期、斷坳期及坳陷期3個構(gòu)造活動期.受斷層的影響，在靠近邊界斷層附近，烴源巖比較發(fā)育，形成的烴源巖質(zhì)量好，豐度大.成為生成油氣的主力和烴源灶.這種特征在海塔盆地比較常見.此外，隨著可容空間增大、可容空間形成速率較高時，盆地處于欠補償狀態(tài)，有利于形成良好的生油巖［10－13］.K1n11時期處于盆地的被動裂陷時期，該時期盆地是在平緩古地貌背景下，研究區(qū)整體緩慢下沉，水體環(huán)境比較穩(wěn)定，這一過程一直持續(xù)到K1n12段.K1n13時期進入盆地的主動裂陷期，此時盆地沉降速率大于被動裂陷期，整個過程持續(xù)到K1n2段.K1d1段開始進入斷陷坳陷過渡期，此時盆地沉降速率增加，沉積地層較陡，發(fā)育水體較深，整個過程延續(xù)到和K1d2段.總結(jié)發(fā)現(xiàn)，有機質(zhì)豐度高的地層為K1n1段地層.該地層沉積時期，盆地緩慢下降，沉積物及時得到保存，說明盆地的構(gòu)造活動對有機質(zhì)的發(fā)育和分布起到重要作用.

4 結(jié)語

按照目前的行業(yè)規(guī)范，通過劃分貝爾凹陷不同沉積環(huán)境下烴源巖的有機碳值和S1+S2值，發(fā)現(xiàn)有機質(zhì)豐度高的烴源巖不一定是深湖－半深湖沉積環(huán)境下.沉積水體環(huán)境決定了烴源巖的質(zhì)量，貝爾凹陷當時沉積的環(huán)境以淡水環(huán)境為主，適合藻類大量生長，保證了較高的生物產(chǎn)率，另外由于構(gòu)造活動，使得沉積的有機質(zhì)能夠迅速堆積埋藏，使得沉積的泥巖有較高的有機質(zhì)豐度.構(gòu)造和沉積特征控制了烴源巖的發(fā)育與分布，有機質(zhì)的分布主要受凹陷內(nèi)湖水的流動作用以及盆地構(gòu)造作用的控制，湖水的流動決定了有機質(zhì)的二次沉積，構(gòu)造作用形成的斷層控制了沉積后有機質(zhì)的分布.

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