三江盆地绥滨坳陷下白垩统煤系烃源岩评价

侯仔明 徐宏节 胡志方 袁桂林 刘明慧

(1.中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;2.中国石化东北石油局,长春 130011)

三江盆地位于佳木斯隆起与那丹哈达岭褶皱造山带的衔接部位,面积约33 730 km2,属元古界、古生界和下中生界拼合基底之上发育起来的中、新生代断坳叠置型盆地。依据盆地基底性质、盖层特征、主干断裂的分布,结合重磁异常特征,将三江盆地可分为四个一级构造单元,自西向东依次为佳木斯隆起、绥滨坳陷、富锦隆起和前进坳陷(图1)。其中绥滨坳陷面积为6 440 km2,盖层厚度达3～6 km,地层自下而上发育有中侏罗统绥滨组、上侏罗统东荣组、下白垩统城子河组、穆棱组和东山组[1,2]。该坳陷的烃源岩、储集层和盖层前人做了一些研究工作[3～7],确认下白垩统穆棱组和城子河组含煤岩系和下白垩统滴道组、上侏罗统东荣组泥质岩是主要的烃源岩;上侏罗统、下白垩统为两套低孔低渗储集层。盖层发育良好,主要分为两种：一是区域性盖层,即下白垩统穆棱组盖层、城子河组盖层和上侏罗统东荣组盖层;二是局域性盖层,即下白垩统东荣组盖层。该区具备两种生储盖组合：自生自储自盖型和下生上储他盖型。

图1 绥滨坳陷构造分区图Fig.1 The map of tectonic units in Suibin depression

本文以下白垩统城子河组和穆棱组煤系烃源岩为目的层,结合最新采集的煤系烃源岩样品的岩石热解分析数据和氯仿沥青“A”测试数据,系统地对绥滨坳陷下白垩统城子河组和穆棱组煤系烃源岩进行综合评价,对该区油气资源潜力评价和有利含油气远景区预测具有一定的指导意义。

1 沉积演化过程和沉积相分布

1.1 沉积演化过程

绥滨坳陷巨厚的充填沉积过程始于中侏罗世。这一时期该坳陷处于强烈的裂陷作用下,形成裂陷盆地,古鄂霍茨克海南侵,沉积了海相和海陆交互相。晚侏罗世东荣期古鄂霍茨克海海侵范围最大,此时研究区与虎林、鸡西等地形成了统一的近海盆地。在早白垩世城子河期开始发生海退;穆棱期地壳隆升,盆地萎缩,海水退出。早白垩世东山期,研究区发生抬升并遭受大面积剥蚀,中生代的沉积结束[8]。

1.2 煤系烃源岩沉积相分布

城子河组和穆棱组煤系烃源岩在绥滨坳陷内都有大面积的分布。其在区内的分布范围受控于沉积相分布特征[9,10]。

城子河组在坳陷内分布广,现今地层呈北北东向的长条形分布。主要为一套湖泊三角洲相含煤沉积,湖相分布区偏向于西部边界一侧,滨浅湖相区分布面积占坳陷一半左右。总体发育三支(扇)三角洲水系。三角洲相大面积发育于坳陷的东部,坳陷东北部则发育了河流相,表明物源来源于坳陷的东部和东北部。纵向上城子河组时期存在四次规模较大的湖泛,从下向上水体变深,总体上绥滨坳陷为(扇)三角洲-滨浅湖沉积(图2)。

穆棱组沉积时期水体进一步扩大,纵向上存在三次大的湖泛,水体逐渐变深。穆棱组沉积地层现今呈近南北向的狭长条状分布,滨浅湖沉积占优。发育南北两套物源,一套位于滨1井以北,自北向南注入湖盆;另一套位于湖盆东南端,滨参1井附近,向西和西北注入湖盆。在滨1井附近,滨参1井东北和西南,发育有相当规模的半深湖沉积。并且在滨1井附近发现湖底扇沉积。总体上绥滨坳陷在此时期为(扇)三角洲-滨浅湖-半深湖沉积(图3)。

2 煤系烃源岩评价

图2 绥滨坳陷城子河组沉积相图Fig.2 Sedimentary facies map of Chengzihe Formation in the Suibin depression

图3 绥滨坳陷穆棱组沉积相图Fig.3 Sedimentary facies map of Muleng Formation in the Suibin depression

煤系烃源岩是指煤系泥岩、碳质泥岩和煤岩这三类岩石中的几类或一类。在油气勘探中,将含有煤层或夹有煤线的沿岸平原到沼泽相沉积地层称为煤系地层,其一重要特点是有机碳分布范围很广。依据前人的划分标准,将煤系地层中有机碳(TOC)质量分数＜6%的泥、页岩称为煤系泥岩,TOC质量分数为6%～40%的泥、页岩称为碳质泥岩,TOC质量分数＞40%为煤岩[11～14]。结合岩样热解分析数据和氯仿沥青“A”测试数据(表1),从有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度三个方面对下白垩统城子河组和穆棱组煤系烃源岩做出定性和定量评价。

国内现今存在着烃源岩评价标准很多,一般采用黄第藩(1991)建立的湖相碳酸盐岩烃源岩评价标准。但是,由于包括三江盆地在内的松辽盆地外围东部盆地大多充填煤系地层,和一般湖相泥质岩系不同,煤系地层泥质岩中相对有机碳含量较高而可溶有机质较低;因此,笔者主要采用大庆研究院针对外围盆地中烃源岩特征提出的划分标准(表2)。

2.1 有机质丰度

2.1.1 煤系泥岩

根据滨参1井、绥D1井等少量钻井样品地球化学分析数据,对城子河组和穆棱组煤系泥岩进行了烃源岩生油潜力评价。从全坳陷看,各层组除有机碳较高外,其余可溶有机质、岩石热解烃量等均较低。这既与煤系地层特征有关,也与热演化的影响因素有关。

滨参1井的下白垩统发育有城子河组和穆棱组两套煤系地层。分析城子河组59个煤系泥岩样品热解数据,得出有机碳(TOC)质量分数为0.60%～3.83%,平均值为1.53%,达到了非-较好生油层标准;生烃潜量(S1+S2)质量分数平均值为0.803‰,有部分样品为一般生油层;氢指数IH的分布范围为16‰～190‰,达到了一般-较好生油岩标准;反映可溶于氯仿的有机质含量,氯仿沥青“A”质量分数的分布范围为0.0078%～0.0245%,平均值为0.014%,达到了非-较好生油岩标准。分析穆棱组22个煤系泥岩样品热解数据,得出 TOC质量分数为 0.78%～3.66%,平均值为1.58%,达到了较好-好生油岩标准;生烃潜量平均值为1.59‰,达到了一般生油层标准;氢指数IH的分布范围为28‰～222‰,有50%的样品IH＞100‰,达到了较好-好生油岩标准;氯仿沥青“A”质量分数的分布范围为0.01%～0.028%,平均值为0.0173%,达到了非-较好生油岩标准。

表1 绥滨坳陷下白垩统煤系地层岩样测试数据表Table 1 Thermal decomposition data of the Lower Cretaceous source rock samples from the Suibin depression

表2 煤系地层烃源岩生油潜力评价标准(据大庆研究院)Table 2 Evaluation standard of hydrocarbon-generating potential in coal measure strata

取自绥D1井中15个城子河组煤系泥岩样品,分析热解数据结果为,TOC质量分数为0.47%～2.94%,平均值为1.61%,达到一般-较好生油岩标准;S1+S2分布范围为0.11‰～7.78‰,大都达到较好生油岩标准;氢指数IH的分布范围为19‰～296‰,大部分为一般-较好生油层。氯仿沥青“A”质量分数的分布范围为0.014%～0.061%,平均值为 0.022%,大部分达到一般-较好生油岩标准。就煤系泥岩而言,下白垩统穆棱组和城子河组的有机质丰度大致相近;但城子河组煤系泥岩烃指数IH大于100‰和生烃潜量大于2‰的样品要多于穆棱组,因此,城子河组煤系泥岩质量要好于穆棱组。

2.1.2 碳质泥岩

区内碳质泥岩分布较少,因此本文只对绥滨坳陷内城子河组碳质泥岩做了烃源岩热解分析和氯仿沥青“A”测试,根据分析数据得出如下结论：从全坳陷来看,7个样品TOC质量分数的范围为7.01%～24.31%,平均值为 15.4%,达到较好-好生油岩标准;测试的2个样品的生烃潜力(S1+S2)平均值为70.66‰,达到了好生油岩标准;对4个样品氯仿沥青“A”进行测试,其质量分数分布范围为0.0841%～0.2021%,平均值为0.1348%,达到了一般-较好生油岩标准。

绥D1井分析了2个城子河组碳质泥岩样品,TOC质量分数范围为12.00%～24.31%,平均值为18.16%,达到了较好-好生油岩标准;生烃潜量平均值为70.66‰,达到了好生油岩标准;IH的分布范围为228‰～460‰,平均值为344‰,达到了好生油岩标准。对仅有的1个样品氯仿沥青“A”进行测试,其质量分数为0.2071%,达到了较好生油岩标准。可见,区内碳质泥岩总体有机质丰度较高,有利于油气的生成。

2.1.3 煤岩

分析了2个绥D1井城子河组煤岩样品。其生烃潜量平均值为154.4‰,达到了好生油岩标准;IH平均值为270‰,达到了好生油岩标准;2个样品的TOC质量分数值分别为49.33%和66.40%,达到了好生油岩标准。因此,绥D1井的煤岩属好生油岩。

在有机质丰度评价图上(图4),煤系泥岩中属非生油岩和好生油岩均很少(在城子河组中各约占 5%),而以差生油岩所占比例最大(约占50%),属中等生油岩的约占14%。从煤岩样品统计结果看,相对可溶有机质丰度,热解烃量更高些,均主要属好生油岩级别。这与用岩石热解氢指数、TOC的质量分数、生烃潜量和氯仿沥青“A”的质量分数来判断绥滨坳陷生油岩的有机质丰度的结果相吻合。

图4 绥滨坳陷热解(S1+S2)与有机碳判断源岩质量图Fig.4 Evaluation of source rocks according to thermal decomposition S1+S2and organic carbon

2.2 有机质类型

绥滨坳陷城子河组和穆棱组源岩有机质类型以Ⅲ型干酪根为主,少量为Ⅱ2型干酪根。依据钻井岩心地球化学分析数据得出,穆棱组的H/C原子比为0.45～0.72,O/C原子比为0.08～0.15,因此,有机质类型为Ⅲ型。城子河组的H/C原子比为0.54～0.79,O/C原子比为0.07～0.12,有机质类型为-Ⅲ型[2]。滨参1井城子河组H/C原子为0.49～0.75,O/C原子为0.07～0.12。显微鉴定结果表明有机质以镜质组和惰质组为主,分别占20%～55%和40%～47%;富氢组分的腐泥无定形和壳质组较少,一般低于15%：应以产气为主。

2.3 有机质成熟度

确定煤化作用阶段的最佳参数镜煤反射率(Ro)已作为重要参数被广泛地应用于有机质成熟度评价和演化阶段划分[11]。

滨参1井揭示了多层火成岩夹层,相应在镜质反射率值上也出现异常高值点。说明本区火山活动(岩浆侵入和喷发)所形成的局部高值地热场对有机质热演化有了一定的影响。除去这种局部地热场的因素,从滨参1井-H的关系看,区域地热场的影响仍是有规律的。按照一般热成熟阶段的划分,结合样品的有机岩石学特征,以大约0.5%为生油门限,相应深度400 m;至1.2 km(≈0.7%)到1.8 km(≈1.0%),为生油高峰阶段;至2.5 km(≈1.30%)为成熟阶段晚期;更深处为高成熟-过成熟天然气生成阶段。由上述分析可得,绥滨坳陷油气共生(图5)。

图5 滨参1井Ro随深度变化图Fig.5 The relation between depth and Roin Well Bincan 1

3 结论

a.绥滨坳陷巨厚的充填沉积过程始于中侏罗世,城子河组和穆棱组煤系烃源岩在绥滨坳陷内都有大面积的分布。城子河组沉积时期,绥滨坳陷为(扇)三角洲-滨浅湖沉积;穆棱组沉积时期,绥滨坳陷为(扇)三角洲-滨浅湖-半深湖沉积。

b.绥滨坳陷下白垩统煤系烃源岩主要分布在下白垩统城子河组和穆棱组。城子河组烃源岩在质量上要好于穆棱组烃源岩。但总体上烃源岩有机质丰度较高,烃源岩质量好,热演化程度相对较高,有利于油气的生成。

c.绥滨坳陷下白垩统城子河组和穆棱组煤系地层主要为两套成熟-高成熟煤系烃源岩,有机质类型以Ⅲ型为主,少量为Ⅱ2型,以产气为主。所以,绥滨坳陷下白垩统煤系地层具有良好的油气勘探前景。

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