松遼盆地南部九佛堂組烴源巖特征及與油氣富集的關(guān)系

程 建，段鐵軍，向 洪，宋在超，韋慶亮

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；2.中國石油 吐哈油田分公司 工程技術(shù)研究院 壓裂酸化研究所，新疆 吐魯番 838202)

松遼盆地南部下白堊統(tǒng)斷陷群具有相似的盆地結(jié)構(gòu)、沉積充填特征和油氣成藏條件[1-2]，下白堊統(tǒng)九佛堂組烴源巖有機質(zhì)豐度普遍較高、類型較好，且具有低演化程度背景。該區(qū)斷陷群分割性強，油氣成藏條件復(fù)雜，油氣富集程度差異性很大，歷經(jīng)多年油氣勘探，已實現(xiàn)多點突破，在陸家堡、奈曼、張強、錢家店和彰武等斷陷已發(fā)現(xiàn)并建成中小型油氣田，但廣大低勘探程度地區(qū)雖偶見油氣流，卻始終未取得實質(zhì)性進(jìn)展，油氣勘探近乎停滯。

本文重點分析彰武、昌圖2個斷陷九佛堂組烴源巖的地球化學(xué)特征，結(jié)合其他斷陷烴源巖特征對比分析，旨在進(jìn)一步分析總結(jié)松南地區(qū)油氣差異富集的影響因素，為該地區(qū)油氣勘探提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地南部發(fā)育多個中、新生代斷陷盆地，受NE向嫩江—八里罕斷裂、依蘭—伊通斷裂和EW向赤峰—開源斷裂、西拉木倫河斷裂4條大斷裂控制，具有“南北分區(qū)、東西分帶”的特征(圖1)：西部斷陷走向近NNE，多為箕狀，規(guī)模較大，如陸家堡、莽漢和奈曼斷陷；東部斷陷走向近SN，多表現(xiàn)為雙斷或多邊界斷層控制的特征，規(guī)模相對西部較小，如張強和昌圖斷陷；南部斷陷規(guī)模小、走向不一致，缺失下白堊統(tǒng)上部—上白堊統(tǒng)地層，與其他斷陷形成顯著差異，如彰武斷陷。彰武斷陷為東斷西超的箕狀斷陷，面積約150 km2，主要發(fā)育斷陷層地層，坳陷層基本缺失[3-6]；昌圖斷陷面積2 500 km2，具有斷坳雙層結(jié)構(gòu)[7-10]。

前期研究和勘探實踐表明，松南斷陷群發(fā)育阜新組、沙海組和九佛堂組3套有效烴源巖，九佛堂組為全區(qū)主力生油層系。

2 九佛堂組烴源巖地球化學(xué)特征

2.1 有機質(zhì)豐度

前人研究認(rèn)為，松南地區(qū)九佛堂組烴源巖生烴能力明顯優(yōu)于沙海組及阜新組，是該區(qū)油氣成藏的主要貢獻(xiàn)者[11]。因此本文只針對九佛堂組烴源巖特征開展研究。

針對松南地區(qū)陸相湖盆背景，根據(jù)陸相烴源巖劃分標(biāo)準(zhǔn)[12-14]，選取有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和“氯仿瀝青“A”作為評價有機質(zhì)豐度的指標(biāo)。統(tǒng)計結(jié)果顯示幾個重點斷陷烴源巖有機質(zhì)豐度均較高，已達(dá)到好—很好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)(表1)。其中陸家堡斷陷TOC為全區(qū)最高，陸參1井TOC達(dá)到了3.42%，張強斷陷和昌圖斷陷TOC分別為1.99%和2.2%，彰武斷陷TOC達(dá)到3.5%；氯仿瀝青“A”值高低不一，低氯仿瀝青“A”值應(yīng)是受有機質(zhì)低演化程度影響。

圖1 松遼盆地南部斷陷群分布Fig.1 Depressions in the southern Songliao Basin

斷陷名稱有機質(zhì)豐度w(TOC)/%氯仿瀝青“A”/%有機質(zhì)類型代表鉆井油氣發(fā)現(xiàn)情況茫漢1.200.078II來1、圖1、哲參2、洪1有低產(chǎn)氣流東大壩3.000.014 04Ⅱ1壩參1有顯示八仙筒0.860.001 35Ⅲ仙參1有顯示東勝1.060.013 76Ⅱ東勝1有顯示昌圖2.200.164Ⅰ,Ⅱ1-Ⅱ2泉1、雙19、昌參1、2、3熒光大冷3.400.227 6Ⅱ大參1有顯示甘旗卡2.200.017 39Ⅱ1-Ⅱ2旗1有顯示彰武3.500.689 8Ⅰ,Ⅱ1-Ⅱ2彰武1、2、3低產(chǎn)油流陸家堡3.420.469 3Ⅰ,Ⅱ1-Ⅱ2陸參1、陸參2油田張強1.990.001 878Ⅱ2強1油田錢家店1.450.008 35Ⅱ1-Ⅱ2錢參1油田奈曼2.25Ⅰ-Ⅱ1奈1、奈13油田

彰武、昌圖斷陷幾口鉆井所取烴源巖樣品TOC均以大于1.5%為主。彰武斷陷九佛堂組下段(1 185～1 289 m)豐度最高，上段(1 358～1 394 m)豐度和厚度比下段差；氯仿瀝青“A”值最高達(dá)0.689 8%，平均值分布在0.194 8%～0.236 1%之間，均達(dá)到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。泉1井九佛堂組TOC為2.74%，與彰武斷陷相反，九佛堂組上段TOC比下段好：上段很好烴源巖占46%，下段很好烴源巖占30%；氯仿瀝青“A”平均值達(dá)到0.164%，有機質(zhì)高豐度區(qū)分布在九佛堂組上段。昌參1、2、3井九佛堂組TOC平均值達(dá)1.94%。

2.2 有機質(zhì)類型

烴源巖品質(zhì)的優(yōu)劣與有機質(zhì)類型密切有關(guān)，有機質(zhì)類型是評價陸相湖盆源巖生油能力的關(guān)鍵因素之一。研究區(qū)九佛堂組烴源巖有機質(zhì)類型在各斷陷變化不大，主要為Ⅱ1型和Ⅱ2型，少數(shù)為Ⅲ型，陸家堡、奈曼、彰武和昌圖斷陷鉆井中的個別樣品分析結(jié)果出現(xiàn)Ⅰ型(表1)。

彰武1、2、3井九佛堂組上段有機質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，部分Ⅲ型；下段有機質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，少量Ⅱ2型和Ⅲ型，下段烴源巖類型相對較好。泉1井九佛堂組上段有機質(zhì)類型主要為Ⅱ1型和Ⅱ2型，個別Ⅰ型和Ⅲ型；下段有機質(zhì)類型為Ⅲ型，上段類型相對較好。2個斷陷九佛堂組上、下段有機質(zhì)類型存在明顯差別(圖2)。

2.3 有機質(zhì)成熟度

松南地區(qū)斷陷群構(gòu)造演化史、沉積充填與烴源巖發(fā)育特征具有高度相似性，大體在90～75 Ma之間(晚白堊世早期到中期)九佛堂組烴源巖開始進(jìn)入生烴門限。隨著晚白堊世末—古近紀(jì)整體抬升，結(jié)束了斷陷發(fā)育史，斷陷層地層普遍遭受剝蝕，烴源巖演化也隨之結(jié)束，造成全區(qū)九佛堂組烴源巖成熟度較低，整體處于低演化階段(表2)。

圖2 松遼盆地南部彰武、昌圖斷陷烴源巖Tmax與IH關(guān)系Fig.2 Relationship between IH and Tmax of source rocks in Zhangwu and Changtu depressions, southern Songliao Basin

目前研究區(qū)內(nèi)7個主要斷陷(彰武、昌圖、大冷、茫漢、八仙筒、東勝和東大壩斷陷)九佛堂組烴源巖Ro值大體在0.43%～1.35%之間(表2)，基本處于低成熟演化階段，局部達(dá)到成熟演化階段。彰武、昌圖斷陷成熟度演化相對較高：彰武斷陷3口井Ro平均值分布在0.56%～1.1%之間，九佛堂組上段烴源巖處于低熟階段，下段進(jìn)入成熟演化階段；九佛堂組下段OEP值接近1.0，上段大部分OEP值接近1.20，這與用Ro值判斷的成熟演化程度基本一致。泉1井九佛堂組烴源巖Ro為0.53%～0.85%，平均0.65%；昌參3井Ro為0.80%～0.93%；昌參2、3井Ro平均值分別為0.71%和0.86%。源巖飽和烴色—質(zhì)譜中C29甾烷異構(gòu)化比值指示彰武1、2、3井的九佛堂組上段大多處于未熟—低成熟階段；九佛堂組下段處于低熟—成熟階段，個別樣品成熟度較高。此外，西部斷陷區(qū)陸家堡斷陷Ro在0.52%～0.54%，處于低熟階段。據(jù)資料反映，南部斷陷區(qū)奈曼斷陷九佛堂組烴源演化也處于低熟—成熟階段[15]。

3 烴源巖特征對油氣富集的影響

九佛堂組為松南斷陷群主力烴源基本已成共識。前人研究曾指出，九佛堂組優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育層位具有“遷移”特征：自西向東，由陸家堡的全段發(fā)育至張強、昌圖變?yōu)閮H上段發(fā)育[16]，烴源品質(zhì)由好變?yōu)檩^好至一般，說明九佛堂組下段和上段烴源的品質(zhì)和生烴能力在不同斷陷存在一定差別。對研究區(qū)內(nèi)7個主要斷陷(彰武、昌圖、大冷、茫漢、八仙筒、東勝和東大壩斷陷)再次進(jìn)行重新分析和深度研究，認(rèn)為九佛堂組下段穩(wěn)定泥巖段是主力生油巖段。利用目前較為成熟的碳同位素對比和生物標(biāo)志化合物分析技術(shù)[17-18]，通過幾口出油井的油—源對比也證實，除昌圖斷陷2口鉆井外，原油與九佛堂組下段具有更好的親緣性。

表2 松遼盆地南部重點斷陷九佛堂組烴源巖成熟度統(tǒng)計Table 2 Maturity of Jiufotang source rocks in main depressions in southern Songliao Basin

注：Ro欄數(shù)據(jù)表示區(qū)間值，括號內(nèi)表示平均值。

圖3 松遼盆地南部彰武1、2、3井烴源巖Ro與埋深關(guān)系Fig.3 Relationship between “Ro” and burial depth of source rocks from wells Zhangwu 1, 2 and 3 in southern Songliao Basin

3.1 彰武3井

彰武3井碳同位素特征圖譜的對比關(guān)系最為清楚，原油與九佛堂組下段1 868～1 874 m對應(yīng)度最好，其次是1 705～1 710 m和1 820 m曲線，與九佛堂組上段烴源巖的曲線對應(yīng)關(guān)系很差(圖4a)，說明彰武3井原油與九佛堂組下段，特別是1 800 m深度左右的這套油頁巖具有同源性。

3.2 彰武2井

彰武2井2個原油樣品碳同位素曲線形態(tài)基本相似(圖4b)，證明兩者是同源的，大致與1 311～1 315 m、1 530～1 537 m和1 472～1 488 m3個層段的烴源巖具有較高相似性，曲線形態(tài)基本一致，說明彰武2井原油與九佛堂組下段烴源巖的親緣性更好。此外，彰武1、2、3井原油和烴源巖的C27-C28-C29規(guī)則甾烷相對含量關(guān)系(圖5a)也顯示，原油與九佛堂組下段烴源巖的親緣性較高。

3.3 泉1井

從原油(2 277.5～2 283.1 m)和烴源巖生物標(biāo)志物對應(yīng)關(guān)系(圖5b)可以看出，泉1井原油與九佛堂組上段烴源巖的親緣性更好。

3.4 昌參2井

梁文華[19]根據(jù)昌參2井2 010.8 m和2 015 m2個含油樣品及各組段油、巖族組分,飽和烴色譜,甾、萜生物標(biāo)志物,碳同位素等項資料數(shù)據(jù)對比，結(jié)果認(rèn)為原油與阜新組、沙海組及九佛堂組下部烴源巖不相關(guān)，而與九佛堂組上部湖相烴源巖有良好的親緣關(guān)系,屬于自生自儲,短距離運移聚集而成。

3.5 奈1井

趙興齊[15]利用奈曼斷陷3個原油及4個源巖樣品，對原油與烴源巖芳烴組成及沉積環(huán)境和油—源對比研究，結(jié)果表明奈1井原油來自于九佛堂組下段烴源巖。

圖4 松遼盆地南部彰武2、3井原油和烴源巖碳同位素對比Fig.4 Carbon isotopes of crude oil and source rocks from wells Zhangwu 2 and 3 in southern Songliao Basin

圖5 松遼盆地南部彰武、昌圖斷陷原油和烴源巖C27-C28-C29R甾烷對比Fig.5 C27-C28-C29R steranes in crude oil and source rocks from Zhangwu and Changtu depressions, southern Songliao Basin

松南地區(qū)斷陷層埋深差異大、后期抬升地層剝蝕厚度大，有效烴源展布范圍局限，多數(shù)斷陷烴源巖剛進(jìn)入生烴門限深度，造成整體烴源低熟。實驗分析測試數(shù)據(jù)以及烴源巖區(qū)域?qū)Ρ确治龀醪阶C明，九佛堂組下段烴源巖生烴潛力相對上段都具有優(yōu)勢，下段烴源巖比上段烴源巖對油氣成藏的貢獻(xiàn)更大。下段烴源巖作為主力生烴層段更符合目前對油氣差異富集現(xiàn)象的認(rèn)識。

松南地區(qū)發(fā)育多套烴源，多套儲蓋組合和多類型圈閉，油氣潛力不容小覷。但資源分布和油氣發(fā)現(xiàn)狀況不均衡，油氣富集差異性大，少數(shù)規(guī)模較大的深斷陷如陸家堡、張強、錢家店和奈曼斷陷已發(fā)現(xiàn)并建成中小型油田。外圍斷陷一般規(guī)模小、目的層埋深淺，優(yōu)質(zhì)烴源巖面積小，穩(wěn)定性和連續(xù)性相對較差，一直難有實質(zhì)性突破，烴源巖問題是制約該地區(qū)油氣勘探的主要問題，而斷陷規(guī)模和優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定分布的烴源巖及良好的圈閉配置共同決定了能否形成規(guī)模油氣藏。

4 結(jié)論

(1)松南斷陷群斷陷結(jié)構(gòu)、沉積充填和烴源發(fā)育情況各不相同，發(fā)育九佛堂組高有機質(zhì)豐度烴源為斷陷群的共同特征。以陸家堡斷陷、昌圖斷陷和彰武斷陷為代表，TOC分別達(dá)到了3.42%，2.2%，3.5%；有機質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，少數(shù)斷陷出現(xiàn)Ⅰ型干酪根。烴源巖整體處于低演化階段，成熟度較低。

(2)九佛堂組上、下段烴源巖品質(zhì)和生烴潛力在不同地區(qū)存在明顯差別。西部斷陷區(qū)上、下段均發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，東部斷陷區(qū)上段烴源比下段烴源豐度更高但成熟度不及下段，南部斷陷區(qū)下段烴源對成藏貢獻(xiàn)更大。

(3)受盆地構(gòu)造演化和沉積相、沉積環(huán)境控制，九佛堂組烴源巖一般埋深較淺，穩(wěn)定、連續(xù)分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖展布范圍小，后期剝蝕厚度大。烴源巖品質(zhì)的優(yōu)劣和分布規(guī)模直接影響了油氣資源的富集與成藏。針對此類盆地的資源預(yù)測和油氣勘探，應(yīng)重點刻畫有效烴源巖的分布及確定其關(guān)鍵影響因素。在近生烴中心尋找良好的源—儲配置和保存條件較好的多種類型圈閉，是這類小型斷陷下一步勘探的有利方向。

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