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      遼寧凌源牛營子盆地遼凌地1井北票組生烴潛力分析

      2021-06-22 09:33:16宗文明孫求實(shí)李曉海郜曉勇李永飛
      地質(zhì)與資源 2021年3期
      關(guān)鍵詞:組烴北票營子

      宗文明,孫求實(shí),李曉海,郜曉勇,李永飛,石 蕾,熊 荃

      1.中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心,遼寧 沈陽110034;

      2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/長江大學(xué),湖北 武漢430100

      牛營子盆地是松遼外圍南部盆地群油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查的重點(diǎn)盆地,位于遼西凌源市南部,呈NNE走向,長約20 km,寬約6 km,面積約120 km2(圖1),大地構(gòu)造劃分上屬于燕山陸內(nèi)造山帶的東延,北為內(nèi)蒙地軸,南為華北地臺(tái)[1-3].盆地內(nèi)主要分布有長城系、薊縣系、寒武系、奧陶系、侏羅系和白堊系,地表零星見待建系下馬嶺組、二疊系石盒子組.牛營子盆地以前的勘探目的層系為中新元古界,包括薊縣系高于莊組、洪水莊組和待建系下馬嶺組[4-9].

      圖1 牛營子盆地地質(zhì)略圖(據(jù)文獻(xiàn)[16]修改)Fig.1 Geological sketch map of Niuyingzi Basin(Modified from Reference[16])

      侏羅系北票組作為遼西地區(qū)油氣勘探的主要目的層系[10-15],廣泛出露于金羊盆地、北票盆地等中生代盆地.以往的地質(zhì)調(diào)查認(rèn)為牛營子盆地不發(fā)育北票組.2017年中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)施遼凌地1井(圖1),在中元古界厚層碳酸鹽巖推覆體之下鉆遇北票組[16].本文在遼凌地1井巖心樣品采集的基礎(chǔ)上,對(duì)北票組暗色泥巖有機(jī)地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,查明北票組泥巖地球化學(xué)特征,對(duì)牛營子盆地北票組烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià),為下一步油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作提供依據(jù).

      1 鉆井地質(zhì)概況

      遼凌地1井自上而下鉆遇地層分別為第四系(0~25 m)、中侏羅統(tǒng)海房溝組(25~272 m)、薊縣系楊莊組(272~889 m)、薊縣系高于莊組(889~1527.91 m)、下侏羅統(tǒng)北票組(1527.91-1722.78m).第四系為含礫石腐殖土;海房溝組為灰色復(fù)成分礫巖局部夾砂巖、粉砂質(zhì)泥巖;楊莊組為灰紅色、灰色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r;高于莊組為灰色、灰黑色白云巖,局部夾灰黑色白云質(zhì)灰?guī)r;北票組(未見底)巖性組合為砂泥巖互層,包括黑色、灰黑色碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰色中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫粗砂巖,局部夾薄煤線,其中泥巖累計(jì)總厚度102.58 m,砂巖累計(jì)厚度92.42 m,泥地比59.79%,包括黑色、灰黑色碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰色中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫粗砂巖,見多段氣測異常(圖2).

      地層接觸關(guān)系上,海房溝組角度不整合覆蓋于楊莊組之上,楊莊組整合于高于莊組之上,中元古界薊具系推覆體逆沖于北票組之上.該逆沖斷層應(yīng)屬于張長厚等[17]認(rèn)為的牛營子到瓦房店東部一帶逆沖系統(tǒng).

      2 樣品測試與分析方法

      遼凌地1井巖心中共采集北票組暗色泥巖樣品12件,相關(guān)分析測試在長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.對(duì)所有樣品均進(jìn)行了巖石熱解、總有積碳、干酪根元素、干酪根同位素、鏡質(zhì)組反射率、飽和烴色譜和飽和烴氣相色譜-質(zhì)譜等分析.

      圖2 遼凌地1井北票組綜合柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[16]修改)Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Beipiao Formation in LLD1 well(Modified from Reference[16])

      烴源巖的可溶烴分析方法及實(shí)驗(yàn)儀器簡介如下:稱取巖樣200 g,粉碎為粒徑小于0.09 mm的粉末,裝入濾紙筒中包扎好,置于脂肪抽取器中,加入不超過2/3容積的氯仿,在75~82℃的水浴中連續(xù)抽提72 h,獲得氯仿瀝青“A”.用正己烷沉淀氯仿瀝青“A”的瀝青質(zhì)后,將其可溶物通過中性氧化鋁和硅膠層析柱,依次用正己烷、二氯甲烷+正己烷、無水乙醇+氯仿沖洗,分離出飽和烴、芳香烴和膠質(zhì)(非烴).

      飽和烴色譜分析儀器為惠普6890氣相色譜儀.色譜柱為HP-5ms石英彈性毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm×0.25μm).溫度程序從100℃升溫到300℃,升溫速率為4℃/min,載氣為氮?dú)猓魉? mL/min),進(jìn)樣器溫度300℃,F(xiàn)ID檢測器溫度300℃,分流比30∶1.飽和烴氣相色譜-質(zhì)譜分析:儀器為惠普5890和5971氣相色譜和質(zhì)譜儀.色譜柱為HP-5ms石英彈性毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm×0.25μm).升溫程序?yàn)?0℃至100℃的升溫速率為20℃/min,100℃至310℃的升溫速率為3℃/min,310℃時(shí)恒溫15.5 min.進(jìn)樣溫度為300℃,載氣為氦氣,流速為1.04 mL/min,掃描范圍為50~550 amu,檢測方式為多離子掃描.

      3 有機(jī)地球化學(xué)特征

      3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

      有機(jī)質(zhì)豐度是衡量烴源巖生烴能力最基本的依據(jù).常見的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括有機(jī)碳含量(TOC)、熱解生烴潛量(S1+S2)、氯仿瀝青“A”、總烴(HC)等[18].遼凌地1井12件巖心樣品的有機(jī)地球化學(xué)測試結(jié)果(表1)表明,TOC分布范圍0.75%~37.90%,平均值為11.68%.生烴潛量(S1+S2)分布范圍0.96×10-3~177.6×10-3,平均為42.01×10-3.氯仿瀝青“A”分布在0.0192%~0.5282%之間,平均為0.1304%.

      參考中國湖相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[19](表2),12件烴源巖樣品中,有機(jī)碳含量在0.6%~1.0%之間的樣品有1件,占8.33%;在1.0%~2.0%之間的樣品有1件,占8.33%;大于2.0%的樣品有10件,占83.33%.表明北票組烴源巖主要處于好烴源巖范疇,非烴源巖和差烴源巖極少.生烴潛量大于20×10-3的占41.67%;在60×10-3~200×10-3的好生油巖占25%;20×10-3~60×10-3的中等生油巖占16.67%;小于20×10-3的差烴源巖占16.67%.氯仿瀝青“A”在0.015%~0.050%之間的樣品占25%;在0.050%~0.100%之間的占33.33%;在0.100%~0.200%之間的占25%;大于0.200%的占16.67%.

      表1 北票組烴源巖地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)表Table 1 Geochemical analysis data of Beipiao Formation source rocks

      從熱解生烴潛力與TOC關(guān)系可以看出,12件樣品中,2件為差烴源巖,2件為中等烴源巖,3件為好烴源巖,5件為很好烴源巖(圖3).有機(jī)質(zhì)豐度一般采用TOC為主要評(píng)價(jià)參數(shù),其余為輔助參數(shù)[20].由此可見,北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高,具有較好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ).

      3.2 有機(jī)質(zhì)類型

      圖3 北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度判別圖Fig.3 Discrimination diagram of organic matter abundance ofBeipiao Formation source rocks

      有機(jī)質(zhì)類型的優(yōu)劣實(shí)質(zhì)上就是有機(jī)質(zhì)富氫程度的高低,最終表現(xiàn)為生烴潛力的大小,是評(píng)價(jià)烴源巖的質(zhì)量指標(biāo)[21].有機(jī)質(zhì)類型不僅可以衡量有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴能力,也決定了產(chǎn)物的類型是油還是氣.常用于鑒別有機(jī)質(zhì)類型的依據(jù)包括:干酪根顯微組分組成、干酪根元素組成、干酪根穩(wěn)定碳同位素、巖石熱解特征、紅外光譜特征、可溶瀝青特征等[22].本文采用生物標(biāo)志化合物和干酩根顯微組分來確定遼凌地1井北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型.

      生物標(biāo)志化合物包含了豐富的有機(jī)質(zhì)來源信息.Shanmugam[23]提出用Pr/nC17與Ph/nC18的相關(guān)關(guān)系來指示有機(jī)質(zhì)來源和成熟度.通過12件北票組樣品投點(diǎn)(圖4),1件樣品落在Ⅱ2型,其余11件樣品落在III型.

      不同類型的干酪根顯微組分具有不同的生烴能力.因此,根據(jù)干酪根的主要顯微組分類脂組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組分的含量可劃分不同類型[24].目前主要采用2種方法對(duì)干酪根進(jìn)行分類,一種是根據(jù)干酪根的類脂組與鏡質(zhì)組的相對(duì)含量,另一種是同時(shí)考慮干酪根類脂組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組4種組分的含量,采用類型指數(shù)(TI)來劃分干酪根類型:TI=(腐泥組×100+殼質(zhì)組×50-鏡質(zhì)組×75-惰質(zhì)組×100)/100.

      表2 有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria for organic matter abundance of source rocks

      圖4 北票組烴源巖Pr/nC17與Ph/nC18的相關(guān)關(guān)系Fig.4 The Pr/nC17-Ph/nC18 diagram of Beipiao Formation source rocks

      本文采用曹慶英[25]提出的TI指數(shù)干酪根四分法(表3).

      表3 干酪根類型指數(shù)分類表Table 3 Classification of kerogen types

      經(jīng)計(jì)算北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)以III型為主,部分為II2型(圖5).

      圖5 北票組烴源巖干酪根類型分布直方圖Fig.5 Distribution histogram for kerogen types of Beipiao Formation source rocks

      3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

      有機(jī)質(zhì)成熟度是衡量有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的程度.反映有機(jī)質(zhì)成熟度的參數(shù)較多,如干酪根演化特征的元素組成的變化、官能團(tuán)構(gòu)成的變化、自由基含量的變化、顏色及熒光性的變化、熱失重的變化、碳同位素組成的變化、鏡質(zhì)體反射率的變化及反映熱解產(chǎn)物演化的可溶有機(jī)質(zhì)的含量和組成、烴類的含量和組成均可成為成熟度指標(biāo)[26].

      鏡質(zhì)組反射率(Ro)是最為有效的參數(shù).根據(jù)烴源巖成熟階段劃分標(biāo)準(zhǔn)[27],可分為未熟階段(Ro<0.5%);成熟階段(Ro:0.5%~1.3%,其中Ro介于0.5%~1.0%為重油生烴高峰,1.0%~1.3%為輕質(zhì)油生烴高峰);凝析氣—濕氣生烴階段(Ro:1.3%~2.0%);過熟階段(Ro>2.0%,干氣階段).

      遼凌地1井北票組12個(gè)烴源巖的鏡質(zhì)體反射率值均為0.57%~0.62%,平均值為0.60%,為低成熟特征(圖6).

      圖6 北票組烴源巖R o分布圖Fig.6 R o distribution of Beipiao Formation source rocks

      生物標(biāo)記化合物異構(gòu)化參數(shù)、奇偶優(yōu)勢參數(shù)等也可以作為成熟度指標(biāo).分析北票組12件烴源巖樣品甾烷異構(gòu)化成熟度參數(shù)C2920S/(20S+20R)和C29αββ/(ααα+αββ)相關(guān)關(guān)系(圖7),3件處于未成熟演化階段,其余9件均處于低成熟演化階段.

      4 結(jié)論

      (1)牛營子盆地遼凌地1井侏羅系北票組烴源巖有機(jī)碳分布在0.75%~37.9%之間,平均值為11.68%.綜合判斷其有機(jī)質(zhì)豐度高,具備良好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ).

      (2)根據(jù)Pr/nC17與Ph/nC18的相關(guān)關(guān)系判斷,北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型和Ⅱ2型.鏡質(zhì)組反射率研究表明有機(jī)質(zhì)處于低成熟演化階段.

      圖7 甾烷成熟度參數(shù)相關(guān)圖Fig.7 The C2920S/(20S+20R)-C29αββ/(ααα+αββ)diagram of Beipiao Formation source rocks

      (3)綜合分析認(rèn)為,牛營子盆地侏羅系北票組具有一定的生烴潛力.

      致謝:吉林大學(xué)實(shí)習(xí)生姜洋參加了鉆孔巖心編錄與取樣工作,在此表示感謝.

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