大庆油田古龙凹陷青山口组页岩油储层方解石脉中发现藻生物层

何文渊,张金友,钟建华,孙宁亮

1)中国石油国际勘探开发有限公司,北京,100032; 2) 黑龙江省陆相页岩油重点实验室,黑龙江大庆,163712;3) 东北大学秦皇岛分校,河北秦皇岛,066004; 4) 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛,266580

顺层方解石脉是页岩油储层中比较常见的一种构造,虽然它的体量不大,但是携带的地质信息很多,近年来颇受重视,取得了很多成果(何文渊等,2022,2023;杨勇等,2023)。

近期大庆油田在古龙凹陷青山口组获得了页岩油的资源量可达15.1 Gt,已引起广泛关注,但还有一些地质问题没有解决,严重地影响了页岩油的勘探开发。因此,对古龙凹陷青山口组页岩的基础地质进行深入研究具有重要意义。古龙青山口组页岩中的方解石脉的成因是一个值得关注的问题。目前对顺层方解石脉的成因研究是一个热点:一是观点认为是化学成因;另一种观点是生物成因。也有人认为这两种成因的顺层方解石脉都存在。笔者等仅讨论第二种成因。按产状古龙青山口组页岩中发育了两种方解石脉,一种是顺层方解石脉;另一种是倾斜方解石脉(何文渊等,2022)。笔者等近期对古龙青山口组页岩油储层中的顺层方解石脉的成因进行了研究,认为一些顺层方解石脉的成因主要与藻生物层或藻席有关。

古龙青山口组页岩中的顺层方解石脉中的藻有叠锥状、纤柱状或管柱状、树形状、姜块状或竹根状、颗粒状和强烈重结晶颗粒状等,本文仅介绍树形藻和强烈重结晶颗粒状。文章内容不涉及藻的生物种属和分类,仅从形态和结构上分类讨论相关问题。

图1a初步观察为叠锥构造形成的顺层方解石脉,经放大25倍后发现了是由一系列树形藻形成的,具有明显的“主干”和“侧干”,但“根”不发育。图1b中的树形藻具有发育良好的“根”,呈极细的丝发状,其可能在藻发育的早期起固定作用,并没有高等植物的根的吸收养分的功能。藻一般没有真正的根茎叶分化。

图1的方解石脉是基本没有重结晶的顺层方解石脉,其中的藻结构保存很好。重结晶会深刻地改造顺层方解石脉的原生生物结构,如果能够在重结晶很强烈的顺层方解石脉中发现藻结构就能接受顺层方解石脉的生物成因。所以有必要研究强烈重结晶的顺层方解石脉。图1c—h中的顺层方解石脉重结晶非常强烈,整个方解石脉几乎都由数毫米粒径的方解石颗粒组成,很难看出有藻结构。在显微镜下仔细地观察这种强烈重结晶方解石脉由直径数毫米的方解石晶体组成(图1c),使方解石脉几乎彻底失去了其原来的特征,但仔细观察还是可以发现一些残余的藻结构(图1d、e)。图1e是一个倒锥构造,有一系列发育了横隔的管状藻组成。通过对江77井和江79井埋深500余米的顺层方解石脉的研究发现其中也有这种构造,由于没有经历重结晶作用的改造,江77井和江79井中的顺层方解石脉可以视为沉积时的原生构造。江77井和江79井中的顺层方解石脉中的管状藻就有大量这种横隔构造。所以,通过对比研究可以确定图1c—h中的重结晶顺层方解石脉也是藻生物层形成的。除了图1d和图1e中的这种藻构造外还可以见到一些其他的藻构造。此外,在侏罗系没有经过明显重结晶的叠锥构造中也见到了这种构造。图1f是另一个含少量油和重结晶较强的顺层方解石脉,通过显微镜放大可以见到锯齿状的藻结构(图1g、h),这是不同藻管之间的接触边界,在新疆哈密淖毛湖盆地的侏罗系的叠锥构造中非常发育。重结晶使方解石脉中的碳酸盐细颗粒转变成大晶粒,但不会使黏土等其他矿物转变成方解石,所以在藻生物层形成时藻中的黏土等矿物得以保存下来,进而使藻的原生结构保存下来,使后来成为识别顺层方解石脉的藻成因成为可能。

还有一种顺层方解石脉不仅重结晶强烈,而且含油,使方解石脉呈黄褐色(图2)。这种顺层方解石脉也比较常见,由于纤柱状构造发育,很容易认为其化学成因,但其中发育了横隔构造非常发育的管柱状藻(图2a、b)和树形藻(图2)。与新疆哈密的淖毛湖盆地的侏罗系叠锥构造中发育横隔的管柱状藻非常相似(曹梦春等,2017)。这两种藻的存在揭示了图2顺层方解石脉的藻生物层成因。

图2 强烈重结晶和强烈油侵的顺层方解石脉及其藻结构残留

方解石脉是一种很致密隔层,可以对页岩油起着封闭作用,所以方解石脉也可能是页岩滞留油气的有利因素之一,值得今后详细研究。

上述3种现象表明古龙凹陷青山口组页岩中的顺层方解石是由藻生物层或藻席形成的,藻生物层和藻席是固着在盆地沉积基底上的,加上浮游藻和碎屑的不断沉降形成了较复杂的藻生物层。藻生物层或藻席一般在海水深度小于20 m的地方发育,因为藻生物层或藻席生长需要阳光。同理推测古龙凹陷青山口组页岩中的顺层方解石脉的形成深度也在20 m以内,与从风暴沉积的深度20～30 m比较接近。在经常遭受风暴作用的20 m的深度竟然能发育含有机质较高的青山口组页岩是一件值得深思的事情(图3)。黏土中富有机质揭示了当时的大气缺氧,即使水体不深,且受波浪搅拌,浪基面—还原界面被破坏,但还是能形成了富有机质的页岩,间接地揭示了当时的大气缺氧,与OAE2有关;值得今后深入研究。

图3 古龙凹陷青山口组藻生物层(藻席)的沉积模式