阜新盆地遼阜地2井沙海組烴源巖地球化學(xué)特征及油源對(duì)比

趙洪偉, 張德軍, 陳樹旺, 肖 飛

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽(yáng) 110034)

21世紀(jì)以來(lái),全球油氣勘探難度越來(lái)越大,勘探對(duì)象日益復(fù)雜，加強(qiáng)油氣勘探基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),有望在新、老探區(qū)發(fā)現(xiàn)更多油氣資源[1]。阜新盆地屬于地質(zhì)勘探老區(qū)，油氣調(diào)查勘探自1936年開(kāi)始，已歷經(jīng)八十余年。長(zhǎng)期以來(lái)，阜新盆地構(gòu)造高點(diǎn)找油氣是該盆地勘探的主要思路，東梁、清河門、小胡家屯3個(gè)構(gòu)造帶是油氣勘探重點(diǎn)區(qū)帶[2]。

阜新盆地淺層勘探(1936—1971年)到中深層勘探(1980—1996年)以油氣突破為主，三維地震及阜參1、阜參2井等鉆井都部署在東梁構(gòu)造帶高部位，參數(shù)井遠(yuǎn)離九佛堂組、沙海組沉積中心。到目前為止，尚無(wú)鉆井鉆遇九佛堂組穩(wěn)定深湖相暗色泥巖段；鉆穿沙海組的煤田鉆孔以發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)煤層為主，鮮有沙海組烴源巖系統(tǒng)評(píng)價(jià)的相關(guān)報(bào)道。

1 地質(zhì)概況

阜新盆地位于遼寧省西部，大地構(gòu)造位置屬于華北地臺(tái)的東北端燕山褶皺帶東部，郯廬斷裂帶和赤峰-開(kāi)原斷裂交匯處，受西界松嶺斷裂和東界醫(yī)巫閭山斷裂控制，盆地具有雙斷結(jié)構(gòu)，呈北北東向狹長(zhǎng)帶狀展布，東西方向?qū)?～20 km，南北方向長(zhǎng)130 km，面積約 2 000 km2。盆地基底主要由太古界變質(zhì)巖和中、上元古界淺變質(zhì)砂巖、碳酸鹽巖組成；自下而上發(fā)育下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組、孫家灣組，缺失上白堊統(tǒng)及第三系。阜新盆地經(jīng)過(guò)初始裂陷、穩(wěn)定沉降、抬升剝蝕、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)晚期定型等4期演化成盆，演化規(guī)律有自西向東、自南向北成盆期由老變新的特點(diǎn)，根據(jù)基底起伏、沉積厚度、斷裂活動(dòng)及物源等情況，從北到南依次劃分為海州洼陷、東梁構(gòu)造帶、伊嗎圖洼陷、艾友構(gòu)造帶、民家吞洼陷等構(gòu)造單元[11-16]。

遼阜地2井的地質(zhì)任務(wù)是評(píng)價(jià)阜新盆地淺層沙海組油氣資源潛力，借鑒下洼找油的勘探思路[17]，以沙海組自生自儲(chǔ)型原生藏為目標(biāo)，部署在阜新盆地海州洼陷中部構(gòu)造帶，該井完鉆深度1.2 km，完鉆層位沙海組下段，在沙海組下段鉆遇了2套油層，取心段見(jiàn)油浸6.55 m、油斑3.81 m，測(cè)井解釋油層1層7.4 m(圖1)。沙海組下段(718～930 m)裸眼段進(jìn)行中途測(cè)試及抽汲求產(chǎn)，日產(chǎn)油15.3 m3，實(shí)現(xiàn)阜新盆地油氣勘探重大突破[18]。本次系統(tǒng)采集遼阜地2井沙海組下段暗色泥巖樣品，為開(kāi)展沙海組烴源巖地球化學(xué)特征及油源對(duì)比研究提供支撐。

2 暗色泥巖分布特征

沙海組以湖相-湖沼相沉積為主，縱向上以一套區(qū)域上分布穩(wěn)定的底礫巖為界劃分為沙海組上段、下段兩套地層，平面上沙海組沉積主要受東部東界醫(yī)巫閭山斷裂控制，海州洼陷是沙海組沉積沉降中心。沙海組下段暗色泥巖是有效烴源巖[19]，最大厚度超過(guò)600 m。遼阜地2井揭示沙海組下段地層481 m(未穿)。沙海組下段上部發(fā)育厚層暗色泥巖；在沙海組下段中部鉆遇3層薄煤層，單層厚度1～5 m；沙海組下段底部見(jiàn)碳質(zhì)泥巖。在481 m地層中暗色泥巖占地層厚度80%以上；結(jié)合煤田大量鉆孔數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析厚度大于300 m的暗色泥巖主要分布在海州洼陷和伊嗎圖兩個(gè)洼陷(圖2)，沉積受古地貌控制，因而分布局限，具有斷陷盆地典型特征。

圖1 阜新盆地遼阜地2井綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive stratigraphic column for Well Liaofudi 2 in Fuxin Basin

圖2 阜新盆地沙海組下段暗色泥巖厚度圖Fig.2 Thickness of lower Shahai Formation dark mudstone in Fuxin Basin

3 烴源巖地球化學(xué)特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

阜新盆地下白堊統(tǒng)煤系地層形成于河流、沼澤或?yàn)I淺湖沉積，與相對(duì)閉塞的靜水環(huán)境中形成的湖相烴源巖相比，在巖石學(xué)特征、有機(jī)地球化學(xué)特征以及空間展布方面，二者存在較大差異。研究表明，當(dāng)熱解生烴潛力相近時(shí)，煤系泥巖有機(jī)碳含量一般較湖相泥巖的要高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。因此，基于遼阜地2井揭示阜新盆地沙海組下段見(jiàn)暗色泥巖、薄層煤、碳質(zhì)泥巖3種不同環(huán)境下的沉積地層，本次研究采用煤系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度標(biāo)準(zhǔn)[20]。

本次研究共采集遼阜地2井沙海組下段暗色泥巖及煤層樣品34件，其中泥巖樣品28件，碳質(zhì)泥巖樣品4件，煤層樣品2件。

28個(gè)泥巖樣品有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為 0.75%～6.04%，平均值為3.49%。參考煤系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度標(biāo)準(zhǔn)，其中7個(gè)數(shù)據(jù)分布于3%～6%，屬于好烴源巖；18個(gè)數(shù)據(jù)分布于1.5%～3%，屬于中等烴源巖。S1+S2(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為 2.02‰～38.89‰，平均值為18.25‰，其中13個(gè)數(shù)據(jù)分布于6‰～20‰，屬于好烴源巖；10個(gè)數(shù)據(jù)大于20‰，屬于很好的烴源巖。遼阜地2井沙海組下段氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wA)為 0.0376‰～0.9443‰，平均值為0.3842‰，其中7個(gè)數(shù)據(jù)分布于0.6‰～1.2‰范圍內(nèi)，屬于好烴源巖；11個(gè)數(shù)據(jù)分布于 0.3‰～0.6‰，屬于中等烴源巖；其他14個(gè)數(shù)據(jù)小于0.3‰，屬于差烴源巖。

4個(gè)碳質(zhì)泥巖樣品的氫指數(shù)(IH，質(zhì)量分?jǐn)?shù))為86‰～636‰，平均為451‰ ；S1+S2為25.54‰～50.9‰，平均為40.08‰；wTOC為7.34%～27.46%，平均為18.21%。根據(jù)煤系碳質(zhì)泥巖及煤生烴潛力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合評(píng)價(jià)為中等-好烴源巖。

2個(gè)煤樣品的IH為103‰～122‰，小于150‰，屬于非烴源巖。

從wTOC與S1+S2關(guān)系圖判斷，沙海組下段暗色泥巖主體是好烴源巖，少部分是中等烴源巖(圖3)。由此可見(jiàn)，遼阜地2井沙海組下段有機(jī)質(zhì)豐度高，具備較好的生烴基礎(chǔ)。

（3）技術(shù)層面：跨鏈及高性能的需求日益凸顯。不同的區(qū)塊鏈適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，跨鏈技術(shù)可以讓區(qū)塊鏈適于更加復(fù)雜的場(chǎng)景，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)區(qū)塊鏈之間的價(jià)值轉(zhuǎn)移、存證和授權(quán)管理等，如金融質(zhì)押、資產(chǎn)證券化、溯源防偽和征信等。目前典型的跨鏈技術(shù)，如公證人機(jī)制（Notary schemes）、側(cè) 鏈/中 繼（Sidechains/relays）、哈希鎖定（Hash-locking）、分布式私鑰控制（Distributed private key control）。

圖3 有機(jī)碳含量與S1+S2關(guān)系圖Fig.3 Relationship between TOC and S1+S2

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

圖4 沙海組下段烴源巖族組分三角圖Fig.4 Component trigonometry of source rock group

通過(guò)干酪根穩(wěn)定碳同位素、干酪根元素組成、最高熱解溫度(tmax)和IH參數(shù)、干酪根顯微組成、可溶瀝青特征等[21]綜合識(shí)別遼阜地2井沙海組下部暗色泥巖的有機(jī)質(zhì)類型。遼阜地2井沙海組下段δ13C為-27.00‰～-25.60‰，平均為-26.30‰，其中21個(gè)數(shù)據(jù)分布在-28.00‰～-26.00‰，有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ1型；2個(gè)數(shù)據(jù)分布在 -26.00‰～-25.00‰，有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ2型。飽和烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.41%～50.75%，平均為37.29%，介于30%～40%之間；芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.58%～29.26%，平均為21.67%；非烴和瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.42%～36.45%，平均為31.8%，有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ1型(圖4)。從O/C與H/C元素關(guān)系判別有機(jī)質(zhì)類型的結(jié)果看，沙海組暗色泥巖以Ⅱ型為主；熱解tmax與IH關(guān)系圖判別有機(jī)質(zhì)類型基本屬于Ⅰ型和Ⅱ型(圖5)。6個(gè)樣品干酪根鏡檢數(shù)據(jù)：腐泥組的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%～67%，平均為 65%，腐泥組顏色為棕色；惰質(zhì)組的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，為14%～24%，平均為19%；鏡質(zhì)組的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%～20%，平均為16%；不含殼質(zhì)組。類型指數(shù)(IT)分布范圍為27.50～38.75，屬于Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)。綜合上述，沙海組下段暗色泥巖的有機(jī)質(zhì)以Ⅱ型為主。

圖5 沙海組下段tmax與IH關(guān)系圖Fig.5 Relationship between tmax and IH

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

遼阜地2井沙海組下段干酪根鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.69%～0.94%，平均值為0.87%，其中1個(gè)樣品數(shù)據(jù)處于0.50%～0.80%，5個(gè)樣品數(shù)據(jù)處于0.80%～1.00%之間，屬于成熟演化階段。熱解峰溫(tmax)為433～541 ℃，平均值為452 ℃，其中16個(gè)樣品數(shù)據(jù)在435～445 ℃之間，屬于低成熟階段；11個(gè)樣品數(shù)據(jù)在445～480 ℃之間，屬于成熟階段；4個(gè)樣品數(shù)據(jù)在 480～510 ℃之間，屬于高成熟階段；1個(gè)樣品數(shù)據(jù)>510℃，屬于過(guò)成熟階段。C29甾烷S/(S+R)參數(shù)為 0.48～0.50，平均值為 0.49，接近平衡值；Ts/(Ts+Tm)為 0.32～0.46 ，平均值為 0.38。綜合評(píng)價(jià)沙海組下段烴源巖處于低熟-成熟演化階段。

3.4 有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境

沉積物中泥巖痕量元素可判斷水介質(zhì)鹽度，如硼、鎵、銣的含量及Sr/Ba、B/Ga等含量的比值[22]。遼阜地2井沙海組Sr/Ba平均值為0.75，B/Ga值為4.02，參考前人對(duì)不同沉積環(huán)境元素特征的研究結(jié)果[23]，沙海組烴源巖的Sr/Ba和B/Ga說(shuō)明其沉積環(huán)境在淡水-微咸水之間變化，但更偏淡水環(huán)境，表明沙海組沉積時(shí)期整體湖盆較淺。

不同沉積環(huán)境下Pr/Ph值的變化可以反映烴源巖沉積環(huán)境[24]。遼阜地2井沙海組的Pr/Ph為0.76～2.66，弱植烷優(yōu)勢(shì)，沉積環(huán)境為弱還原-弱氧化環(huán)境，根據(jù)G.Shanmugam[25]提出的Pr/nC17和 Ph/nC18相關(guān)關(guān)系判斷，有機(jī)質(zhì)屬于淡水湖相和湖沼相沉積，主要為Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)(圖6)，說(shuō)明烴源巖中有來(lái)自低等水生生物及陸源高等植物的成分。伽馬蠟烷來(lái)源于四膜蟲醇，被認(rèn)為是鹽度或水體分層的標(biāo)志[26-27]。遼阜地2井烴源巖樣品中伽馬蠟烷/C30藿烷指數(shù)為 0.04～0.10，伽馬蠟烷含量偏低，表明沉積物主要形成于弱還原-弱氧化的淡水-微咸水的沉積環(huán)境中。

4 油源對(duì)比

4.1 原油特征

遼阜地2井沙海組下段原油密度為0.90 g/cm3，20 ℃的黏度為59.35 mPa·s， 50 ℃的黏度為31.97 mPa·s，凝固點(diǎn)溫度為16 ℃，蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.01%，飽和烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.60%，芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.10%，非烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.70%，瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.50%，為低含蠟、中質(zhì)原油[28-29]。

圖6 沙海組Pr/nC17和 Ph/nC18關(guān)系圖Fig.6 Relationship between Pr/nC17 and Ph/nC18

4.2 油源對(duì)比

通過(guò)對(duì)遼阜地2井沙海組原油和巖心樣品進(jìn)行系統(tǒng)的油源對(duì)比分析(圖7)，生物標(biāo)志化合物特征測(cè)試結(jié)果顯示原油分析數(shù)據(jù)與沙海組巖心烴源巖指標(biāo)一致，均呈現(xiàn)：植烷略占優(yōu)勢(shì)，正構(gòu)烷烴單峰型分布，∑nC21-/∑nC22+為0.37～1.71，平均為1.03，主峰碳分布C21～C23，高碳數(shù)占優(yōu)勢(shì),(C21+C22)/(C28+C29)值為1.13～5.08，平均為2.7，無(wú)明顯奇偶優(yōu)勢(shì)，指示沉積環(huán)境為弱氧化-弱還原；三環(huán)萜烷含量低，藿烷含量高，指示藻類生源較少，細(xì)菌生源比例較大；孕甾烷系列含量中等，規(guī)則甾烷呈“V”字形分布，C29占優(yōu)勢(shì)，反映出有機(jī)質(zhì)生源存在水生浮游生物和高等植物的雙重貢獻(xiàn)，但以陸源高等植物生源占主導(dǎo)等特征(圖7)，證實(shí)遼阜地2井沙海組下段原油來(lái)源于沙海組下段烴源巖。

圖7 遼阜地2井沙海組油源對(duì)比分析色譜圖Fig.7 Chromatogram of oil source comparative analysis of Well Liaofudi 2

5 結(jié) 論

a.遼阜地2井沙海組下段暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐富，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為3.49%, 氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.3842‰，S1+S2平均為18.25‰，屬于好烴源巖；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主；Ro為0.69%～0.94%，處于低熟-成熟演化階段；烴源巖母質(zhì)來(lái)源主要以陸源高等植物為主，含少量低等水生生物；沉積物主要形成于弱還原-弱氧化的淡水-微咸水的沉積環(huán)境中，具備較好的生烴條件。

b.遼阜地2井原油屬含蠟、中質(zhì)原油，生物標(biāo)志化合物特征測(cè)試結(jié)果顯示原油與沙海組巖心烴源巖指標(biāo)一致，與沙海組下段烴源巖有直接親源關(guān)系。

研究工作中，得到遼河油田、東北煤田阜新107隊(duì)等單位的大力支持，得到喬德武、黃桂雄、周紹強(qiáng)、秦建義、劉曉峰等專家的指導(dǎo)和幫助，在此一并致謝。