中扬子地区寒武系烃源岩研究

张天君 (中石油青海油田分公司涩北作业公司,青海海西 817000)

孙巍 (长江大学工程技术学院,湖北荆州 434020)

刘路 (中石油玉门油田分公司老君庙油田作业区,甘肃玉门 735200)

中扬子地区寒武系烃源岩研究

张天君 (中石油青海油田分公司涩北作业公司,青海海西 817000)

孙巍 (长江大学工程技术学院,湖北荆州 434020)

刘路 (中石油玉门油田分公司老君庙油田作业区,甘肃玉门 735200)

以沉积岩石学及石油地质学为理论指导,以地质分析为基础,充分利用中扬子地区现有的露头、钻井及试验分析资料,对中扬子地区寒武系烃源岩进行了研究。结果表明,中扬子地区早寒武世早期,低等(水生)植物及动物群发育,沉积了一套富含黑色碳质泥岩、页岩及石煤的地层,为该区古生界最好的烃源岩层系之一;中上寒武统也有一定的暗色石灰岩烃源岩发育,估计中扬子地区寒武系烃源岩的总体积至少可达4000×104km3;烃源岩有机质丰度高,属好-较好烃源岩,虽然烃源岩热演化程度普遍较高,属成熟-过成熟,但仍具有较大的生烃能力;如果有较好的保存条件,中扬子地区寒武系则具有较好的勘探远景。

中扬子地区;寒武系;烃源岩;生烃潜力

中扬子地区位于东秦岭褶皱系以南,江南台隆以北,万县复向斜以东,郯庐-广济断裂以西的广大地区,总面积约15×104km2。中扬子从晚震旦世至早三叠世,在盆地沉降至盆地转化消失过程中主要经历了澄江运动、惠亭运动、宜昌运动、广西运动、柳江运动、云南运动、东吴运动及苏皖运动共8次构造运动,沉积了厚近万米的中-古生界海相地层,其中发育多套烃源岩。下寒武统为研究的主要目标。

1 烃源岩的岩性特征

中扬子地区寒武系碳质泥岩、页岩主要发育在下寒武统下部,中、上寒武统的烃源岩主要是暗色石灰岩。下寒武统下部烃源岩的沉积环境,以滨海沼泽及滨浅海、盆地环境为主[1]。

1.1 下寒武统

下寒武统包括水井沱组、石牌组、天河板组和石龙洞组。

1)水井沱组(∈1sh)厚39.62m,上部为灰色、灰绿色含粉砂质钙质泥岩与深灰色薄层泥质灰岩,顶为一套厚55cm的浅灰色生屑灰岩与上覆石牌组分界。中部为深黑色薄层灰岩与灰色薄层泥岩互层,近似比例为2∶1,灰黑色灰岩风化后为瘤状、疙瘩状和豆荚状。下部以黑色碳质页岩、深灰色、灰绿色粉砂质泥岩为主,夹少量灰色、灰黑色中-薄层粉晶灰岩。灰黑色“锅底状”灰岩呈层状或透镜状产出。与下伏震旦系灯影组呈平行不整合接触。

2)石牌组(∈1sp)厚149.04m,下部为灰色、深灰色厚至块状泥质灰岩,风化后显“似豹皮状”,偶见砾屑灰岩。中部为浅紫红色、灰绿色薄层泥岩、粉砂质泥岩、页岩夹同色薄层粉砂岩,即“石牌页岩段”。上部为浅紫色泥岩夹深灰色鲕粒灰岩,偶见斜层理。

3)天河板组(∈1t)厚76.86m,岩性以深灰色薄、厚层泥质条带灰岩、纹层状灰岩为主,夹少数泥岩。底部为深灰色厚至块状鲕粒灰岩。顶部为核形石灰岩、生屑灰岩,与石龙洞组底部浅灰色白云岩分界。

4)石龙洞组(∈1sl)厚82.59m,下部灰色、浅灰色厚层至块状泥粉晶云岩夹少量薄层黄色泥岩,针孔及溶蚀孔、洞发育,方解石充填或半充填,泥岩夹层横向不稳定,局部为透镜体。中上部为浅灰色块状云岩,孔洞极发育,局部富集成孔洞层,偶见核形石。与上覆中寒武统覃家庙组底部薄层云岩、泥质云岩分界,2者呈整合接触[2]。

1.2 中寒武统

覃家庙组(∈2q)厚605.51m,顶部为浅灰色中-厚层泥粉晶云岩与上覆三游洞组大套块状粉晶云岩分界,2者为整合接触。上部为浅灰色中-厚层粉晶云岩夹灰黄色泥岩,见1.45m长石石英砂岩,砂岩分布稳定,为邻区横向可对比标志层,局部云岩与泥岩呈互层状,普见黑色硅质条带或硅质结核,见大型溶洞。中部浅灰色、灰白色薄层泥粉晶云岩为主,夹少量灰岩薄层。下部灰色、浅灰色薄-中层泥粉晶云岩为主,夹薄层泥质白云岩及薄层泥岩,局部见角砾状云岩,节理发育,底部云岩中孔洞缝发育。

1.3 上寒武统

三游洞组(∈3s)厚491.21m,纵向上分成3段:上部与峡东剖面西陵峡组相当,岩性为灰色、浅灰色厚层硅质团块、硅质条带及含硅质云岩与灰质云岩、云质灰岩间互,见同生角砾状云岩及砾屑云岩,发育方解石晶洞、方解石脉;顶部为灰色粉晶灰质云岩与上覆奥陶系下统南津关组深灰色生屑灰岩分界明显,两者为整合接触。中部为灰色、浅灰色厚层至块状泥粉晶云岩,夹少数深灰色灰岩及黄色泥岩,云岩中局部见黑色硅质条带,大波纹状叠层藻云岩,发育锯齿状缝合线构造,缝合线多被泥、铁质充填。下部以灰色、深灰色厚层至块状细粉晶灰岩,含云质灰岩为主,夹灰色厚层泥粉晶云岩及少许黄色泥岩,灰岩中发育大型溶洞。

2 烃源岩的分布

2.1 寒武系烃源岩的纵向分布

对寒武系水井沱组采样的剖面点有宜昌晓峰剖面、长阳王子石剖面、吉首龙鼻嘴剖面和通山珍珠口剖面。因此,讨论下寒武统烃源岩的分布在采样剖面有机碳含量标定的基础上进行[3]。

图1 宜昌晓峰剖面寒武系水井沱组烃源岩分布图

图2 长阳王子石剖面寒武系水井沱组烃源岩分布图

1)宜昌晓峰下寒武统水井沱组烃源岩。从该剖面烃源岩的纵向分布看(见图1),高有机质丰度烃源岩全部发育于剖面下部,由底部向上逐渐降低,下部泥页岩TOC(总有机碳含量) 在1.0%～3.0%,厚度约12m;中部灰岩、上部泥灰岩TOC小于0.5%,属于非烃源岩。全剖面上有机碳含量大于0.5%以上烃源岩的厚度在12m左右。

2)长阳王子石下寒武统水井沱组烃源岩。从该剖面烃源岩的纵向分布看(见图2),高有机质丰度烃源岩全部发育于剖面下部[4]。下部泥灰岩与泥页岩TOC绝大多数大于0.5%;中部泥页岩、上部灰岩TOC全部小于0.5%,属于非烃源岩。全剖面上TOC大于1.0%中等级别以上的烃源岩的厚度约10m,TOC在0.5%以上的烃源岩的厚度约30m。

3)吉首龙鼻嘴寒武系烃源岩。从该剖面烃源岩的纵向分布看(见图3),TOC较高的烃源岩也主要发育在剖面下部。TOC在3.0%以上的极好烃源岩厚度约33m,主要发育在牛蹄塘组(∈1n)下部;TOC大于2.0%的好烃源岩级别以上烃源岩厚度约41m;TOC在1.0%以上的中等级别以上烃源岩厚度约132m。全剖面上TOC在0.5%以上的有效烃源岩的厚度在206m左右。

4)通山北区寒武系烃源岩。从该剖面烃源岩的纵向分布看(见图4),下部泥岩有机质丰度最高,由寒武系下部向上有机碳含量逐渐降低。全剖面上TOC在2.0%以上的好烃源岩厚度约4m, TOC大于1.0%的中等以上烃源岩厚度约21m,大于0.5%的有效烃源岩的厚度约60m。

图3 吉首龙鼻嘴剖面寒武系烃源岩分布面

图4 通山珍珠口剖面寒武系烃源岩分布图

2.2 寒武系烃源岩的平面分布

寒武系烃源岩主要发育在下寒武统下部,在鄂西地区称为水井沱组(∈1sh),在鄂东地区称为东坑组(∈1dk),在湘西地区称为牛蹄塘组(∈1n)[5]。

根据不同地区剖面大量样品有机碳含量的标定可以看出,中扬子地区下寒武统水井沱组/牛蹄塘组/东坑组烃源岩的厚度通常在70m以下。在该区西南部吉首地区可能稍厚一些。宜昌地区下寒武统水井沱组烃源岩厚度通常在30m以下。在中扬子东部通山地区,分为南北2个区,2个区烃源岩厚度相差很大,北区厚度大于60m,而南区基本没有烃源岩(见图5)。

图5 中扬子地区下寒武统烃源岩平面分布图

3 烃源岩的生烃潜力

3.1 有机质丰度

中扬子地区古生界海相烃源岩主要有下寒武统水井沱组/牛蹄塘组/东坑组、上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部、下二叠统、上二叠统大隆组4套烃源岩。从烃源岩的岩石类型来看有泥岩(页岩)、碳质泥岩和灰岩[6]。中扬子地区有机碳含量由东向西有增大的趋势,湘西是中扬子地区下寒武统烃源岩有机质丰度的高值区。总之,中扬子地区下寒武统水井沱组/牛蹄塘组/东坑组泥质烃源岩比较发育,其有机质丰度中等,目前残余生烃潜力已经很低,地质历史上曾经生成过大量烃类,是中等的烃源岩。

3.2 有机质类型

干酪根有机元素组成、岩石热解氢指数在现今有机质成熟度较高的情况下,无法准确判断原始有机质类型[7]。相比较而言,干酪根稳定同位素方法最能反映生烃母质来源,而且受成熟度的影响较小。所以根据烃源岩干酪根稳定同位素特征,中扬子地区下寒武统烃源岩的有机质以Ⅰ型为主,兼有Ⅱ型。

全岩切片分析中发现,寒武系镜质组含量在98%以上,不含腐泥组。

3.3 有机成熟度

中扬子地区各套烃源岩成熟度都较高,整体处于过成熟阶段。

4 结论

1)下寒武统水井沱组地层不全是烃源岩,其上部泥岩地层的有机碳含量通常低于0.5%,只有下部黑色泥岩段才是真正的烃源岩。

2)中扬子地区下寒武统水井沱组/牛蹄塘组/东坑组泥质烃源岩比较发育,其有机质丰度中等,是中等的烃源岩。

3)中扬子地区下寒武统烃源岩的有机质以Ⅰ型为主,兼有Ⅱ型。各套烃源岩成熟度都较高,整体处于过成熟阶段。

4)下寒武统有较大的生烃潜力,只是烃源岩演化时间长、演化阶段多、成熟度高,对目前油气藏的形成和保存都不利。尽管如此,但在保存条件较好的地区,还是有可能找到工业油气藏的。

[1]文玲,胡书毅,田海芹.扬子地区寒武系烃源岩研究[J].西北地质,2001,34(2):67-74.

[2]赵澄林,朱筱敏.沉积岩石学[M].第3版.北京:石油工业出版社,2001.

[3]张厚福.石油地质学[M].北京:石油工业出版社,1999.

[4]石宝珩,周坤,关德范.扬子海相地质与油气[M].北京:石油工业出版社,1993.

[5]王杰,陈践发.海相碳酸盐岩烃源岩的研究进展[J].天然气工业,2004,24(8):21-23.

[6]林小云.中下扬子区海相烃源岩分布与生烃潜力评价[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2007,29(3):15-19.

[7]蔡勋育,韦宝东,赵培荣.南方海相烃源岩特征分析[J].天然气工业,2005,25(3):20-22.

[编辑]辛长静

TE121.1

A

1673-1409(2014)26-0016-04

2014-02-23

张天君(1986-),男,助理工程师,现主要从事油气地质和油气开发方面的研究工作。