中马格达雷纳盆地北部Simiti层烃源岩地质地球化学特征

宋新武，赵伯宇，李陶涛，段麦伦，曹健志，彭元怀

(中化石油勘探开发有限公司，北京 100031)



中马格达雷纳盆地北部Simiti层烃源岩地质地球化学特征

宋新武，赵伯宇，李陶涛，段麦伦，曹健志，彭元怀

(中化石油勘探开发有限公司，北京 100031)

哥伦比亚中马格达雷纳盆地前期的油气发现主要为上白垩统及古近系储层，2012年首次在下白垩统Simiti层钻遇商业油流，为该盆地新储层的综合研究拉开序幕。在总结前人研究基础上，使用Simiti层钻井岩屑采样进行岩石热解分析和气相色谱-质谱分析，研究其烃源岩地球化学特征及沉积环境。研究表明，该地层为良好的烃源岩层，有机碳含量高，有机母质构成呈现出水生生物和高等植物来源的有机质并存格局，沉积环境为低盐度、还原环境。

中马格达雷纳盆地；烃源岩；地球化学特征；沉积环境

1　地质概况

中马格达雷纳盆地位于哥伦比亚境内，总面积4×104km，盆地位于中、东科迪勒拉山之间，属狭长型陆上盆地，平行于安第斯山(图1)。该盆地曾是次安第斯山前陆盆地的一部分，随着古近纪和新近纪期间东科迪勒拉山脉的隆升，与主要的前陆盆地分开。盆地内呈明显的不对称形式，主要沉积中心位于盆地东部[1-3]。

图1　中马格达莱纳盆地区域构造位置

研究区位于首都波哥大西北部，地表为丛林；构造上位于中马格达雷纳盆地东北部(图1)。早白垩世末期，加勒比板块向南美西部俯冲，岛弧拼贴，原科迪勒拉山脉扩大，中科迪勒拉山脉形成。强烈挤压使南美整体进入受挤压或热衰减控制的坳陷阶段。中生代断层拉伸和热沉降作用使得东科迪勒拉地区发育大套海相沉积，晚白垩世土伦阶海侵达到最大范围，缺氧环境下海相页岩发育，为烃源岩的大规模展布提供了基本地质条件(图2)。

中阿尔布阶-上阿尔布阶时期，在区域性宽缓的构造斜坡背景上，海平面上升，浅海环境下沉积Simiti页岩，该套沉积物为灰黑色钙质泥页岩，含海绿石，磷灰岩，厚度达250～650 m，分布范围广，与上下岩组整合接触。其岩性单一，白垩系沉积大多均为碳酸盐岩沉积，陆源碎屑矿物少。薄片中可以观测到藻类生长，个头大，说明沉积环境安静，为浅海半深海的沉积环境。岩心分析表明，该套地层为低孔特低渗储层，经后期热液作用，Simiti层灰岩发育晶间孔、层间缝，有方解石、黄铁矿充填。测井响应主要表现为低伽马、低电阻、自然电位负异常等特点。

2　烃源岩特征分析

选取F区P-2井Simiti层的7个生油岩样品，这些样品深度范围为2 697～2 917 m，岩性主要以页岩为主。进行岩石热解分析和气相色谱-质谱(GC/MS)分析，得到地球化学分析数据(图3)。

图2　综合柱状图

2.1页岩主要地化特征

烃源岩生烃潜力评价是油气地球化学的重要研究内容，主要包含三个因素：有机质丰度和数量；有机质类型和性质；有机质的成熟度。围绕这三个因素展开分析，评价其烃源岩特征。

2.1.1有机质丰度

烃源岩的有机质丰度评价有不同的标准，即在不同沉积环境下具有不同的丰度下限。研究表明[4-6]，页岩有效烃源岩中有机碳含量下限为0.5%。研究区内白垩系阿尔布阶Simiti层主要发育海相沉积，从岩心与测井曲线分析为陆鹏相沉积环境，符合有效烃源岩评价标准。研究区内Simiti层总有机碳含量较高，为1.02%～3.26%，均值为1.66%；生烃潜量均值(S1+S2)为3.07 mg/g，烃源岩热解分析得出的有机质生烃潜量(S1+S2)与有机碳含量相关性较好(图4)，表明有机质质量好。综合来看，该套烃源岩可划分为“好”烃源岩。

图3　P-2井Simiti层有机地球化学剖面

相比于有机碳含量，热解烃含量较低，其原因可能由于成熟阶段初期、经历强烈的排烃作用或有机质类型差。

2.1.2有机质类型

干酪跟的类型是衡量有机质产烃能力的参数，决定了有机质热演化的产物特性。从干酪根的H/C对O/C的原子比关系图上可以看出(图5)：页岩有机质类型主要为Ⅱ-Ⅲ混合型。2 704～2 765 m段，热解烃S2大于4 mg/g，有机质主要为偏腐泥混合型，生油潜力大；2 765～2 917 m段热解烃S2为2～4 mg/g，属腐植型(Ⅲ型)(图3、图5)。最高热解峰温也指示相同的有机质类型，即以偏腐泥型和腐植型为主。表明这些烃源岩中的有机质呈现出水生生物和高等植物来源的有机质并存的格局。

2.1.3有机质成熟度

成熟度是描述有机质向油气转换的热力反应程度，镜质体反射率是可靠的成熟度指标。F区烃源岩镜质体反射率为0.6～0.8[1]，达到成熟生烃阶段。最高热解峰温为438 ℃～445 ℃，均值为441 ℃，处于生油窗内(图6)。由于干酪跟类型为Ⅱ、Ⅲ型混合型，镜质体反射率结果表示Simiti层处于深成作用生油阶段。

图4　有机质生烃能力与有机质含量交汇图

图5　氢指数与氧指数交汇图

图6　氢指数与Tmax交汇图

生物标志化合物随着成熟度的增加会发生立体异构化作用。样品分析测验指示该烃源岩达到成熟作用阶段。C29ααα甾烷20S/(20S+20R)值为0.44，C29甾烷ββ/(αα+ββ)值为0.52。通过上述参数分析，页岩接近于平衡状态，有机质处于成熟阶段。

2.2生物标志化合物特征及沉积环境分析

2.2.1族组分特征

烃源岩的族组分中饱和烃含量高，为49.6%，其次为芳烃和胶质，沥青质含量低，表现出成熟原油的特征，具有较高含量的烃类组分和较低含量的极性组分(表1)。

表1　族组分质量分数

2.2.2类异戊二烯型烷烃

Simiti层油源岩饱和烃馏分的气相色谱分析结果显示，饱和烃色谱呈单峰型(图7)，主峰碳为nC12-nC19，呈奇偶均势，表明地层沉积时主要为菌藻类生源输入。姥鲛烷和植烷比值(Pr/Ph)为0.71；较低的Pr/nC17和Ph/nC18值，显示沉积环境为还原环境，且具有一定植烷优势。

图7　烃源岩样品甾烷和萜烷质量色谱

2.2.3伽马蜡烷

伽马蜡烷指示沉积时的盐度条件，相对丰度可以指示沉积环境古盐度的高低，但并非所有高盐度环境和蒸发岩序列中都含伽马蜡烷，还与水体密度分层有关。烃源岩样品中含伽马蜡烷，但相对含量低，Gar/C30藿烷值为0.08，说明没有出现异常的高盐度(图8)。

2.2.4萜类化合物

三环萜烷系列是地质体中常见的生物标志物，其含量高低与烃源岩的沉积环境密切相关。三环萜烷，特别是高碳数三环萜烷主要来自藻类，四环萜烷的含量高低反映陆源高等植物的烃源岩多少。从Simiti层抽提物中均检测出丰富的萜烷。三环萜、四环萜分布特征显示(图8)，碳数分布为C19～C29(缺C27)，并以C23最高为特征，C24四环萜烷含量仅次于C23，表明海相原油特征，主要来源为低等水生生物，其次为陆源高等植物。这与烃源岩有机质类型相吻合。

五环三萜系列化合物主要由藿烷类和其他非藿烷类组成。升藿烷系列(C31～C35)丰度较高，代表低等生物的母质输入，整体呈现出阶梯状递减的分布形式，说明烃源岩来自还原体盐度小的沉积环境。

图8　烃源岩样品甾烷和萜烷质量色谱图

重排藿烷的含量特别低，DiaC30H/C30H的比值为0.04，也说明为还原环境下的沉积。

2.2.5甾类化合物

甾烷是甾醇类化合物经过复杂的成岩改造作用转化而成，是判别烃源岩沉积时的水体环境的重要依据。C27、C28和C29规则甾烷相对组成常用来表征有机质的生源构成，以C27甾烷为主的烃源岩表示低等水生生物的贡献为主，以C29甾烷为主的烃源岩则表示陆源高等植物有机质贡献有关。

在m/z质量色谱图上通过规则甾烷的ααα20R构型来判断有机质类型(图8)。烃源岩样品检测出的样品分析结果显示，C27甾烷含量为33%，C29甾烷含量为38%，C27、C28和C29甾烷呈不对称的“V”分布，说明有机质生源构成上具有水生生物和陆源高等植物双重贡献。

弱还原-还原的环境有利于形成重排甾烷，高重排甾烷/甾烷比值是富含黏土生油岩的典型特征。由于研究区内重排甾烷的含量随着埋深增加而增加，所以有机质成熟度对重排甾烷的形成有一定影响。烃源岩中重排甾烷C27/规则C27值为0.73，含量高，说明原油来自富含黏土、弱还原-还原的沉积环境中。

3　结论

(1)中马格达雷纳盆地早白垩统阿尔布阶Simiti层有机碳含量平均为1.66%，属于优质烃源岩，在盆地中广泛分布，累计厚度较大，可能对盆地中生界石油成藏影响较大。

(2)氢指数和生物标志化合物等结果证明，Simiti储层有机质类型为Ⅱ-Ⅲ混合型，即偏腐泥型和腐植型共存；Tmax等数据表明烃源岩处于成熟阶段。

(3)丰富的萜类和甾类化合物呈现出相似的属性特征，三环萜烷以C23最高为特征，呈不对称的“V”分布；甾类化合物中C27、C28和C29甾烷呈不对称的“V”分布；伽马蜡烷指数较小、升藿烷系列呈现出阶梯状递减的分布形式，高重排甾烷/甾烷比值等。均显示沉积环境中盐度小，均显示该层的沉积环境为低盐度，还原的沉积环境。

(4)页岩的原始有机母质构成中，既有丰富的藻类等低等水生生物，又有一定的陆生高等植物混合输入的特征。

[1]J C Ramon, L I Dzou.Petreleum geochemistry of Middle Magadalena Valley, Colombia[J].Organic geochemistry, 1999，30：249-266.

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[3]J C Ramon, L I Dzou, W B Hughes, etc. Evolution of the Creataceous organic facies in Colombia: implication for oil composition[J].Journal of South American Earth Sciences, 2001, 14: 31-50.

[4]Jairo Conde-Gomez, Luis-Carlos Mantilla-Figueroa, et al.Fluid migration history form analysis of filling fractures in a carbonate formation(Lower Cretaceous, Middle Magdalena valley basin, Colombia)[J].CT&F-Ciencia, Tecnologia Y Futuro, 2011, 4(3)：21-36.

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编辑：赵川喜

1673-8217(2016)05-0027-05

2016-03-14

宋新武，工程师，1982年生，2012年毕业于中国地质大学(北京)能源地质工程专业，现从事地质综合研究工作。

TE125.2

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