三江盆地綏濱坳陷下白堊統(tǒng)煤系烴源巖評(píng)價(jià)

侯仔明 徐宏節(jié) 胡志方 袁桂林 劉明慧

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100083;2.中國(guó)石化東北石油局,長(zhǎng)春 130011)

三江盆地位于佳木斯隆起與那丹哈達(dá)嶺褶皺造山帶的銜接部位,面積約33 730 km2,屬元古界、古生界和下中生界拼合基底之上發(fā)育起來(lái)的中、新生代斷坳疊置型盆地。依據(jù)盆地基底性質(zhì)、蓋層特征、主干斷裂的分布,結(jié)合重磁異常特征,將三江盆地可分為四個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元,自西向東依次為佳木斯隆起、綏濱坳陷、富錦隆起和前進(jìn)坳陷(圖1)。其中綏濱坳陷面積為6 440 km2,蓋層厚度達(dá)3～6 km,地層自下而上發(fā)育有中侏羅統(tǒng)綏濱組、上侏羅統(tǒng)東榮組、下白堊統(tǒng)城子河組、穆棱組和東山組[1,2]。該坳陷的烴源巖、儲(chǔ)集層和蓋層前人做了一些研究工作[3～7],確認(rèn)下白堊統(tǒng)穆棱組和城子河組含煤巖系和下白堊統(tǒng)滴道組、上侏羅統(tǒng)東榮組泥質(zhì)巖是主要的烴源巖;上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)為兩套低孔低滲儲(chǔ)集層。蓋層發(fā)育良好,主要分為兩種：一是區(qū)域性蓋層,即下白堊統(tǒng)穆棱組蓋層、城子河組蓋層和上侏羅統(tǒng)東榮組蓋層;二是局域性蓋層,即下白堊統(tǒng)東榮組蓋層。該區(qū)具備兩種生儲(chǔ)蓋組合：自生自?xún)?chǔ)自蓋型和下生上儲(chǔ)他蓋型。

圖1 綏濱坳陷構(gòu)造分區(qū)圖Fig.1 The map of tectonic units in Suibin depression

本文以下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系烴源巖為目的層,結(jié)合最新采集的煤系烴源巖樣品的巖石熱解分析數(shù)據(jù)和氯仿瀝青“A”測(cè)試數(shù)據(jù),系統(tǒng)地對(duì)綏濱坳陷下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系烴源巖進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),對(duì)該區(qū)油氣資源潛力評(píng)價(jià)和有利含油氣遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 沉積演化過(guò)程和沉積相分布

1.1 沉積演化過(guò)程

綏濱坳陷巨厚的充填沉積過(guò)程始于中侏羅世。這一時(shí)期該坳陷處于強(qiáng)烈的裂陷作用下,形成裂陷盆地,古鄂霍茨克海南侵,沉積了海相和海陸交互相。晚侏羅世東榮期古鄂霍茨克海海侵范圍最大,此時(shí)研究區(qū)與虎林、雞西等地形成了統(tǒng)一的近海盆地。在早白堊世城子河期開(kāi)始發(fā)生海退;穆棱期地殼隆升,盆地萎縮,海水退出。早白堊世東山期,研究區(qū)發(fā)生抬升并遭受大面積剝蝕,中生代的沉積結(jié)束[8]。

1.2 煤系烴源巖沉積相分布

城子河組和穆棱組煤系烴源巖在綏濱坳陷內(nèi)都有大面積的分布。其在區(qū)內(nèi)的分布范圍受控于沉積相分布特征[9,10]。

城子河組在坳陷內(nèi)分布廣,現(xiàn)今地層呈北北東向的長(zhǎng)條形分布。主要為一套湖泊三角洲相含煤沉積,湖相分布區(qū)偏向于西部邊界一側(cè),濱淺湖相區(qū)分布面積占坳陷一半左右?？傮w發(fā)育三支(扇)三角洲水系。三角洲相大面積發(fā)育于坳陷的東部,坳陷東北部則發(fā)育了河流相,表明物源來(lái)源于坳陷的東部和東北部。縱向上城子河組時(shí)期存在四次規(guī)模較大的湖泛,從下向上水體變深,總體上綏濱坳陷為(扇)三角洲-濱淺湖沉積(圖2)。

穆棱組沉積時(shí)期水體進(jìn)一步擴(kuò)大,縱向上存在三次大的湖泛,水體逐漸變深。穆棱組沉積地層現(xiàn)今呈近南北向的狹長(zhǎng)條狀分布,濱淺湖沉積占優(yōu)。發(fā)育南北兩套物源,一套位于濱1井以北,自北向南注入湖盆;另一套位于湖盆東南端,濱參1井附近,向西和西北注入湖盆。在濱1井附近,濱參1井東北和西南,發(fā)育有相當(dāng)規(guī)模的半深湖沉積。并且在濱1井附近發(fā)現(xiàn)湖底扇沉積。總體上綏濱坳陷在此時(shí)期為(扇)三角洲-濱淺湖-半深湖沉積(圖3)。

2 煤系烴源巖評(píng)價(jià)

圖2 綏濱坳陷城子河組沉積相圖Fig.2 Sedimentary facies map of Chengzihe Formation in the Suibin depression

圖3 綏濱坳陷穆棱組沉積相圖Fig.3 Sedimentary facies map of Muleng Formation in the Suibin depression

煤系烴源巖是指煤系泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤巖這三類(lèi)巖石中的幾類(lèi)或一類(lèi)。在油氣勘探中,將含有煤層或夾有煤線的沿岸平原到沼澤相沉積地層稱(chēng)為煤系地層,其一重要特點(diǎn)是有機(jī)碳分布范圍很廣。依據(jù)前人的劃分標(biāo)準(zhǔn),將煤系地層中有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜6%的泥、頁(yè)巖稱(chēng)為煤系泥巖,TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～40%的泥、頁(yè)巖稱(chēng)為碳質(zhì)泥巖,TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞40%為煤巖[11～14]。結(jié)合巖樣熱解分析數(shù)據(jù)和氯仿瀝青“A”測(cè)試數(shù)據(jù)(表1),從有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和有機(jī)質(zhì)成熟度三個(gè)方面對(duì)下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系烴源巖做出定性和定量評(píng)價(jià)。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)今存在著烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)很多,一般采用黃第藩(1991)建立的湖相碳酸鹽巖烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但是,由于包括三江盆地在內(nèi)的松遼盆地外圍東部盆地大多充填煤系地層,和一般湖相泥質(zhì)巖系不同,煤系地層泥質(zhì)巖中相對(duì)有機(jī)碳含量較高而可溶有機(jī)質(zhì)較低;因此,筆者主要采用大慶研究院針對(duì)外圍盆地中烴源巖特征提出的劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

2.1.1 煤系泥巖

根據(jù)濱參1井、綏D1井等少量鉆井樣品地球化學(xué)分析數(shù)據(jù),對(duì)城子河組和穆棱組煤系泥巖進(jìn)行了烴源巖生油潛力評(píng)價(jià)。從全坳陷看,各層組除有機(jī)碳較高外,其余可溶有機(jī)質(zhì)、巖石熱解烴量等均較低。這既與煤系地層特征有關(guān),也與熱演化的影響因素有關(guān)。

濱參1井的下白堊統(tǒng)發(fā)育有城子河組和穆棱組兩套煤系地層。分析城子河組59個(gè)煤系泥巖樣品熱解數(shù)據(jù),得出有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60%～3.83%,平均值為1.53%,達(dá)到了非-較好生油層標(biāo)準(zhǔn);生烴潛量(S1+S2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為0.803‰,有部分樣品為一般生油層;氫指數(shù)IH的分布范圍為16‰～190‰,達(dá)到了一般-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn);反映可溶于氯仿的有機(jī)質(zhì)含量,氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布范圍為0.0078%～0.0245%,平均值為0.014%,達(dá)到了非-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。分析穆棱組22個(gè)煤系泥巖樣品熱解數(shù)據(jù),得出 TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.78%～3.66%,平均值為1.58%,達(dá)到了較好-好生油巖標(biāo)準(zhǔn);生烴潛量平均值為1.59‰,達(dá)到了一般生油層標(biāo)準(zhǔn);氫指數(shù)IH的分布范圍為28‰～222‰,有50%的樣品IH＞100‰,達(dá)到了較好-好生油巖標(biāo)準(zhǔn);氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布范圍為0.01%～0.028%,平均值為0.0173%,達(dá)到了非-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。

表1 綏濱坳陷下白堊統(tǒng)煤系地層巖樣測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 1 Thermal decomposition data of the Lower Cretaceous source rock samples from the Suibin depression

表2 煤系地層烴源巖生油潛力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(據(jù)大慶研究院)Table 2 Evaluation standard of hydrocarbon-generating potential in coal measure strata

取自綏D1井中15個(gè)城子河組煤系泥巖樣品,分析熱解數(shù)據(jù)結(jié)果為,TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.47%～2.94%,平均值為1.61%,達(dá)到一般-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn);S1+S2分布范圍為0.11‰～7.78‰,大都達(dá)到較好生油巖標(biāo)準(zhǔn);氫指數(shù)IH的分布范圍為19‰～296‰,大部分為一般-較好生油層。氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布范圍為0.014%～0.061%,平均值為 0.022%,大部分達(dá)到一般-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。就煤系泥巖而言,下白堊統(tǒng)穆棱組和城子河組的有機(jī)質(zhì)豐度大致相近;但城子河組煤系泥巖烴指數(shù)IH大于100‰和生烴潛量大于2‰的樣品要多于穆棱組,因此,城子河組煤系泥巖質(zhì)量要好于穆棱組。

2.1.2 碳質(zhì)泥巖

區(qū)內(nèi)碳質(zhì)泥巖分布較少,因此本文只對(duì)綏濱坳陷內(nèi)城子河組碳質(zhì)泥巖做了烴源巖熱解分析和氯仿瀝青“A”測(cè)試,根據(jù)分析數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：從全坳陷來(lái)看,7個(gè)樣品TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的范圍為7.01%～24.31%,平均值為 15.4%,達(dá)到較好-好生油巖標(biāo)準(zhǔn);測(cè)試的2個(gè)樣品的生烴潛力(S1+S2)平均值為70.66‰,達(dá)到了好生油巖標(biāo)準(zhǔn);對(duì)4個(gè)樣品氯仿瀝青“A”進(jìn)行測(cè)試,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布范圍為0.0841%～0.2021%,平均值為0.1348%,達(dá)到了一般-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。

綏D1井分析了2個(gè)城子河組碳質(zhì)泥巖樣品,TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為12.00%～24.31%,平均值為18.16%,達(dá)到了較好-好生油巖標(biāo)準(zhǔn);生烴潛量平均值為70.66‰,達(dá)到了好生油巖標(biāo)準(zhǔn);IH的分布范圍為228‰～460‰,平均值為344‰,達(dá)到了好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)僅有的1個(gè)樣品氯仿瀝青“A”進(jìn)行測(cè)試,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2071%,達(dá)到了較好生油巖標(biāo)準(zhǔn)?？梢?jiàn),區(qū)內(nèi)碳質(zhì)泥巖總體有機(jī)質(zhì)豐度較高,有利于油氣的生成。

2.1.3 煤巖

分析了2個(gè)綏D1井城子河組煤巖樣品。其生烴潛量平均值為154.4‰,達(dá)到了好生油巖標(biāo)準(zhǔn);IH平均值為270‰,達(dá)到了好生油巖標(biāo)準(zhǔn);2個(gè)樣品的TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)值分別為49.33%和66.40%,達(dá)到了好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。因此,綏D1井的煤巖屬好生油巖。

在有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)圖上(圖4),煤系泥巖中屬非生油巖和好生油巖均很少(在城子河組中各約占 5%),而以差生油巖所占比例最大(約占50%),屬中等生油巖的約占14%。從煤巖樣品統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,相對(duì)可溶有機(jī)質(zhì)豐度,熱解烴量更高些,均主要屬好生油巖級(jí)別。這與用巖石熱解氫指數(shù)、TOC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、生烴潛量和氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)判斷綏濱坳陷生油巖的有機(jī)質(zhì)豐度的結(jié)果相吻合。

圖4 綏濱坳陷熱解(S1+S2)與有機(jī)碳判斷源巖質(zhì)量圖Fig.4 Evaluation of source rocks according to thermal decomposition S1+S2and organic carbon

2.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

綏濱坳陷城子河組和穆棱組源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅲ型干酪根為主,少量為Ⅱ2型干酪根。依據(jù)鉆井巖心地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)得出,穆棱組的H/C原子比為0.45～0.72,O/C原子比為0.08～0.15,因此,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅲ型。城子河組的H/C原子比為0.54～0.79,O/C原子比為0.07～0.12,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為-Ⅲ型[2]。濱參1井城子河組H/C原子為0.49～0.75,O/C原子為0.07～0.12。顯微鑒定結(jié)果表明有機(jī)質(zhì)以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主,分別占20%～55%和40%～47%;富氫組分的腐泥無(wú)定形和殼質(zhì)組較少,一般低于15%：應(yīng)以產(chǎn)氣為主。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

確定煤化作用階段的最佳參數(shù)鏡煤反射率(Ro)已作為重要參數(shù)被廣泛地應(yīng)用于有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)和演化階段劃分[11]。

濱參1井揭示了多層火成巖夾層,相應(yīng)在鏡質(zhì)反射率值上也出現(xiàn)異常高值點(diǎn)。說(shuō)明本區(qū)火山活動(dòng)(巖漿侵入和噴發(fā))所形成的局部高值地?zé)釄?chǎng)對(duì)有機(jī)質(zhì)熱演化有了一定的影響。除去這種局部地?zé)釄?chǎng)的因素,從濱參1井-H的關(guān)系看,區(qū)域地?zé)釄?chǎng)的影響仍是有規(guī)律的。按照一般熱成熟階段的劃分,結(jié)合樣品的有機(jī)巖石學(xué)特征,以大約0.5%為生油門(mén)限,相應(yīng)深度400 m;至1.2 km(≈0.7%)到1.8 km(≈1.0%),為生油高峰階段;至2.5 km(≈1.30%)為成熟階段晚期;更深處為高成熟-過(guò)成熟天然氣生成階段。由上述分析可得,綏濱坳陷油氣共生(圖5)。

圖5 濱參1井Ro隨深度變化圖Fig.5 The relation between depth and Roin Well Bincan 1

3 結(jié)論

a.綏濱坳陷巨厚的充填沉積過(guò)程始于中侏羅世,城子河組和穆棱組煤系烴源巖在綏濱坳陷內(nèi)都有大面積的分布。城子河組沉積時(shí)期,綏濱坳陷為(扇)三角洲-濱淺湖沉積;穆棱組沉積時(shí)期,綏濱坳陷為(扇)三角洲-濱淺湖-半深湖沉積。

b.綏濱坳陷下白堊統(tǒng)煤系烴源巖主要分布在下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組。城子河組烴源巖在質(zhì)量上要好于穆棱組烴源巖。但總體上烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高,烴源巖質(zhì)量好,熱演化程度相對(duì)較高,有利于油氣的生成。

c.綏濱坳陷下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系地層主要為兩套成熟-高成熟煤系烴源巖,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅲ型為主,少量為Ⅱ2型,以產(chǎn)氣為主。所以,綏濱坳陷下白堊統(tǒng)煤系地層具有良好的油氣勘探前景。

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