民和盆地侏羅系生烴潛力與油氣勘探方向

謝 楠,陳 果

（1.中海油研究總院,北京 100027;2.中石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院,四川成都 610051）

民和盆地侏羅系生烴潛力與油氣勘探方向

謝 楠1,陳 果2

（1.中海油研究總院,北京 100027;2.中石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院,四川成都 610051）

從有機(jī)碳含量、可溶有機(jī)質(zhì)含量及其轉(zhuǎn)化率、熱解參數(shù)、飽和烴的生物表示化合物特征、有機(jī)巖石學(xué)特征幾個(gè)方面分析了民和盆地侏羅系烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度,并進(jìn)行了地球化學(xué)特征分析和生烴潛力評(píng)價(jià)。分析認(rèn)為盆地發(fā)育湖相泥巖和煤系兩大類烴源巖,有機(jī)質(zhì)以較富含低等水生生物原始母質(zhì)的腐泥腐殖型為主,主要分布于中侏羅統(tǒng)。通過對(duì)盆地石油地質(zhì)條件的評(píng)價(jià),結(jié)合各區(qū)帶落實(shí)認(rèn)識(shí)程度和資料品質(zhì)條件認(rèn)為:武家鼻隆構(gòu)造帶是最有利的勘探區(qū)帶,萬泉堡鼻狀構(gòu)造帶具有良好勘探潛力,大莊構(gòu)造帶是尋找淺層次生油氣藏的有利區(qū)帶。永登凹陷面積大,資源豐富,勘探認(rèn)識(shí)程度低,具有良好勘探前景。

侏羅系烴源巖;生烴潛力;民和盆地

Abstract:Based on the comprehensive analysis of the organic carbon content,the content and conversion ratio of organic matter,parameters of pyrolysis,organic petrology parameters,biomarker characters of saturated hydrocarbon and stable carbon isotope composition of individual hydrocarbon,geochemical characters of Jurassic source rock samples in Minhe Basin and the organic matter’s abundance,type and maturity are studied,and hydrocarbon generation potential are evaluated.The result shows that the source rocks are coal-measure rocks and lacustrine mud,and the organic matter which is abundant in mid-Jurassic is marine inferior creatures.Most of the organic matters are of type 2 and 3,few of them are of type 1.According to the evaluation of the petroleum geology in this basin and based on the research of belts and data quality,Wujia nose-uplift structural belt is the most favorable region;Wanquan nose structural belt isof good potential;Dazhuang structural belt is one of the favorable zone for shallow secondary reservoir.Yongdeng depression is prospective because of its big enough area,abundant resource and low exploration and research degree.

Key words:Jurassic source rock;hydrocarbon generation potential;Minhe Basin

民和盆地位于甘、青兩省交界地帶 ,界于東經(jīng) 102°20′～104°00′、北緯 35°40′～36°50′之間 ,面積12 500 km2（圖1）,是一個(gè)中、新生代發(fā)育起來的山間坳陷盆地[1]。盆地自1935年開始石油勘探工作,至今發(fā)現(xiàn)了虎頭崖油田、海石灣單斜油藏和海石灣井田含油斷塊。民和盆地沉積發(fā)育有侏羅系～第四系[2-3],最大沉積巖厚度在永登地區(qū)達(dá)7 500 m,巴州地區(qū)達(dá)6 500 m。中侏羅統(tǒng)是盆地內(nèi)主要烴源層系;上侏羅統(tǒng)與下白堊統(tǒng)大通河組是已發(fā)現(xiàn)油藏和出油點(diǎn)主要成藏組合,下白堊統(tǒng)河口組鉆井見豐富油氣顯示,這兩套層系是民和盆地的主要含油氣層系。

圖1 民和盆地構(gòu)造單元Fig.1 Structure units of Minhe Basin

1 盆地形成與演化的區(qū)域背景

民和盆地位于青藏高原的東北部邊緣,自盆地形成之初到現(xiàn)今定型的整個(gè)地史演化過程中一直處于南北向擠壓作用之中,造成這種受力的應(yīng)力體制主要是因?yàn)橛《劝鍓K不斷自南向北向亞洲板塊拼合所產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)。大洋的形成、消亡對(duì)祁連地區(qū)的盆地形成與演化具有深遠(yuǎn)的影響。

晚三疊世,隨著古特提斯大洋關(guān)閉,西秦嶺以及祁連地區(qū)在南北縮合擠榨作用下開始活動(dòng),祁連地區(qū)處于抬升剝蝕期,基本上沒有接受沉積。進(jìn)入早侏羅世,隨著中特提斯洋的大規(guī)模擴(kuò)張,祁連地區(qū)也由擠壓逐漸轉(zhuǎn)化為伸展環(huán)境,民和盆地及其周邊盆地在這種伸展環(huán)境下開始整體下陷,形成侏羅紀(jì)的一個(gè)匯水區(qū),為民和盆地及其周圍盆地侏羅系的沉積創(chuàng)造了條件。早侏羅世初期,盆地沉降緩慢,盆底凹凸不平,表現(xiàn)為“填平補(bǔ)齊”性質(zhì)的沉積。中侏羅世盆地仍處于南北向的伸展環(huán)境下,盆地進(jìn)一步沉降,沉積范圍在早侏羅世沉積的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)大,水體加深[4]。盆地中心沉積了一套以細(xì)粒碎屑巖為主的湖泊沼澤相沉積,發(fā)育一套以炭質(zhì)泥巖、油頁巖、煤層為特征的濱淺湖—半深湖沉積,成為民和盆地良好的烴源巖。晚侏羅世盆地在中侏羅世盆地的基礎(chǔ)上,接受沉積,同時(shí)氣候進(jìn)一步趨于干旱,水體變淺,發(fā)育一套以褐紅色為主色調(diào)的雜色碎屑巖沉積,晚侏羅世盆地表現(xiàn)為弱擠壓作用下的坳陷盆地。

2 烴源巖類型及展布

根據(jù)鉆井資料、盆地周緣露頭剖面的測(cè)量結(jié)果以及沉積環(huán)境,盆地發(fā)育湖相泥質(zhì)巖和煤系兩大類烴源巖,以湖相暗色泥巖、油頁巖、頁巖及粉砂質(zhì)泥巖為主,有機(jī)質(zhì)以較富含低等水生生物原始母質(zhì)的腐泥腐殖型為主,主要分布于中侏羅統(tǒng),在平面上廣泛分布于湖相、沼澤相沉積區(qū),預(yù)測(cè)總分布面積約4 600 km2,平均厚度為100～200 m,最厚處在永登坳陷紅城鎮(zhèn),估計(jì)在800 m以上,主體分布于永登坳陷,面積約2 700 km2,平均厚度250 m左右（圖2、表1）。

圖2 民和盆地中侏羅統(tǒng)烴源巖厚度Fig.2 Middle-Jurrasic source thickness of Minhe Basin

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

中侏羅統(tǒng)湖相泥巖巖性主要為深灰色泥巖、泥灰?guī)r及油頁巖[5]。油頁巖和湖相泥巖的平均有機(jī)碳含量分別為12.0%和3.69%,氯仿瀝青“A”的平均含量分別為0.212 2%和0.41%,總烴平均含量分別為2 163×10-6和2 201×10-6,巖石熱解生油潛量分別為6.45×10-3和54.88×10-3。以上數(shù)據(jù)表明民和盆地中侏羅統(tǒng)泥質(zhì)烴源巖的豐度較高（表2）。

民和盆地中侏羅統(tǒng)下部還有一套煤層,其平均有機(jī)碳含量為62.18%,氯仿瀝青“A”的平均含量為0.794 7%,總烴平均含量為3 070×10-6,巖石熱解生油潛量為91.41×10-3,是以生氣為主的烴源巖。

表1 民和盆地中侏羅統(tǒng)烴源巖厚度統(tǒng)計(jì)Tab.1 Middle-Jurrasic source rock thickness of Minhe Basin

表2 民和盆地中侏羅統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)Tab.2 Middle-Jurrasic source rock organic abundance of Minhe Basin

中侏羅統(tǒng)油頁巖和湖相泥巖的平均有機(jī)碳含量分別為3.69%和12.0%,氯仿瀝青“A”的平均含量分別為0.212 2%和0.41%,總烴平均含量分別為2 163×10-6和2 201×10-6,巖石熱解生油潛量分別為 6.45×10-3和 54.88×10-3（表2）。因此,民和盆地這套中侏羅統(tǒng)湖相泥巖、油頁巖從豐度的角度來看,其質(zhì)量列西部地區(qū)侏羅系中小盆地之首。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)衛(wèi)平生[6]對(duì)民和盆地煤層的顯微組分研究,煤層的有機(jī)質(zhì)類型較多,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型均有分布。海石灣的煤一層,顯微組分以腐泥組為主要組分;窯街的煤一層和部分煤二層,顯微組分主要是類脂組和腐泥組,為Ⅱ型有機(jī)質(zhì);炭山嶺、大灘、大有及部分窯街的煤二層,有機(jī)質(zhì)顯微組分較復(fù)雜,以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主,并含有一定量殼質(zhì)組 ,Ⅲ型。

根據(jù)中侏羅統(tǒng)窯街組煤礦、地面露頭及巴參1井烴源巖干酪根的分析資料[7],氫碳原子比和氧碳原子比圖表明:窯街、天祝煤礦煤二層和阿干鎮(zhèn)煤層的有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型,黑色碳質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ～Ⅲ型,油頁巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主（圖3）。

生物標(biāo)記物甾烷 C27、C28、C29的分布特征,可反映有機(jī)質(zhì)的類型,一般來說,以低等水生生物、藻類為原始有機(jī)物的有機(jī)質(zhì),富含C27規(guī)則甾烷,而C29、C28甾烷豐度低;以高等植物為原始母質(zhì)的有機(jī)質(zhì),則富含C29、C28規(guī)則甾烷,而C27甾烷豐度低。從甾烷C27、C28、C29三角圖上可以看出,煤層和碳質(zhì)頁巖與油頁巖、泥巖分布在不同的區(qū)域,表現(xiàn)出煤層和碳質(zhì)頁巖富含C29、C28規(guī)則甾烷,油頁巖、泥巖則具有較高的C27甾烷（圖4）。

圖4 民和盆地窯街組烴源巖生物標(biāo)記物甾烷C27、C28、C29的分布特征Fig.4 The distribution of gonane C27、C28and C29biological marker in Yaojie Formation of Minhe Basin

總之,民和盆地窯街組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ、Ⅲ型為主,煤層為Ⅲ型有機(jī)質(zhì),以生氣為主。根據(jù)前人對(duì)窯街煤礦鉆孔煤層氣的研究,在成熟早期階段（Ro為0.8%～0.9%）產(chǎn)出大量的煤層氣。勘探和開采證明,煤層氣（瓦斯）在該區(qū)各煤田均有不同程度的分布,涌出量一般為5～10 m3/t,局部地區(qū)高達(dá)18.66 m3/t。海石灣的煤一層、窯街的煤一層和部分煤二層,顯微組分主要是類脂組和腐泥組,可生成一定的原油;窯街組黑色碳質(zhì)頁巖、油頁巖以油為主,氣為輔。

2.3 有機(jī)質(zhì)熱演化及生烴期次

根據(jù)盆地模擬結(jié)果,民和盆地絕大多數(shù)侏羅系烴源巖現(xiàn)今已成熟,其中巴州地區(qū) Ro值變化介于0.7%～1.4%之間,在盆地主體生烴地區(qū)周家臺(tái)地區(qū),現(xiàn)今 Ro值在1.2%～4%之間,平均在2%左右,侏羅系烴源巖的成熟度很高。由烴源巖的熱演化狀況分析可知,民和盆地在燕山期和喜山期分別有一次成烴過程,由于埋藏史的變化,不同地區(qū)的成烴有一定差異。盆地模擬的結(jié)果表明,盆地有兩個(gè)大的生烴期次:早白堊世和新近紀(jì)。其中以蘇家峽地區(qū)為代表在早白堊世中期約120百萬年時(shí)就已經(jīng)開始大規(guī)模生油,由于早白堊世的沉積速率非常高,該地區(qū)迅速進(jìn)入生氣階段,因而生油的時(shí)間相對(duì)較短,對(duì)成藏不利。早白堊以后,該地區(qū)進(jìn)入長(zhǎng)期隆升階段,基本停止生烴。

2.4 生烴強(qiáng)度分析

盆地模擬結(jié)果表明:民和盆地侏羅系生烴中心只有兩個(gè),位于古鄯和永進(jìn)次凹,平均生油強(qiáng)度達(dá)147.9×104t/km2?，F(xiàn)今生油強(qiáng)度在古鄯次凹中央最大達(dá)260×104t/km2,在永進(jìn)次凹最大達(dá)200×104t/km2;65百萬年時(shí)生油強(qiáng)度在永進(jìn)次凹達(dá)3 800×104t/km2,在古鄯次凹最大達(dá)2 600×104t/km2;95百萬年時(shí)在永進(jìn)次凹生油強(qiáng)度最大為3 400×104t/km2,在古鄯次凹最大達(dá)2 600×104t/km2;120百萬年時(shí),生油中心位于周家臺(tái)和觀音廟之間最大為3 800×104t/km2。民和盆地生氣中心只有一個(gè),位于周家臺(tái)一帶,平均生氣強(qiáng)度為1 280×106m3/km2。現(xiàn)今生氣強(qiáng)度最大為900×106m3/km2;65百萬年時(shí)最大為7 600×106m3/km2;95百萬年時(shí)最大為8 000×106m3/km2;120百萬年時(shí),生氣強(qiáng)度相對(duì)較小,為2 600×106m3/km2。

3 資源量分析

烴源巖分布研究結(jié)果表明:民和盆地?zé)N源巖主要分布在永巴坳陷。根據(jù)民和盆地中侏羅統(tǒng)烴源巖的分布和地化參數(shù),計(jì)算民和盆地永巴坳陷各次凹油頁巖和暗色泥巖提供石油生烴量71.84×108t,資源量3.02×108t（表3）,資源豐度5.83×104t/km2。其中古鄯次凹資源量0.70×108t,占主力凹陷資源量的23.18%;蘇家峽次凹資源量1.41×108t,占主力凹陷資源量的46.7%;永進(jìn)次凹資源量0.92×108t,占主力凹陷資源量的30.1%。盡管古鄯次凹資源量相對(duì)少些,但該次凹勘探認(rèn)識(shí)程度較高,并已發(fā)現(xiàn)工業(yè)油流井,因此應(yīng)首選圍繞該次凹供油范圍構(gòu)造帶進(jìn)行勘探;蘇家峽次凹資源潛力大,勘探前景廣闊。用氯仿“A”法計(jì)算了盆地泥巖、油頁巖類生油量49.08×108t,資源量2.45×108t,兩類方法較接近。

民和盆地是一個(gè)煤、油氣共生的盆地,據(jù)煤巖生烴條件,民和盆地煤巖顯微組分特征與吐哈、準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅系煤巖相似,有較高生烴潛力,并進(jìn)入成熟階段（表4）。因此,煤巖亦可能是重要的生烴源巖,計(jì)算煤巖提供天然氣的資源量（表5）。民和盆地石油資源量3.02×108t,天然氣資源量493.83×108m3,合計(jì)油當(dāng)量3.51×108t。

表3 民和盆地資源量計(jì)算結(jié)果Tab.3 Resource of Minhe Basin

表4 民和盆地與西北其它煤成油盆地生烴潛力比較Tab.4 Hydrocarbon generation potential contrast between Minhe Basin and other coal oil basin

表5 民和盆地煤巖提供天然氣計(jì)算結(jié)果Tab.5 G as resource from coal rock in Minhe Basin

4 油氣成藏機(jī)理

民和盆地是一個(gè)典型的改造型盆地,經(jīng)歷了早白堊世末和新近紀(jì)末兩期強(qiáng)烈的改造作用。改造不僅使盆地結(jié)構(gòu)、構(gòu)造遭受不同程度的破壞和調(diào)整,同時(shí)也使盆地內(nèi)含油氣系統(tǒng)遭到改造和調(diào)整。早白堊世末期的改造作用是燕山期構(gòu)造格局定型重要時(shí)期,周家臺(tái)地區(qū)成為燕山期構(gòu)造油氣藏形成的有利區(qū)帶,成藏組合以侏羅系自生自儲(chǔ)為主。虎頭崖、海石灣地區(qū)發(fā)現(xiàn)的殘余油氣藏就是經(jīng)過喜山期改造后殘余的燕山期古油氣藏。新近紀(jì)末,由于拉脊山北向逆沖推覆,民和盆地遭受了南北向強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造作用,盆地內(nèi)含油氣系統(tǒng)發(fā)生調(diào)整,一些燕山期和早喜山期形成的原生油氣藏在改造中形成新的次生油氣藏,成藏組合以下生上儲(chǔ)（中侏羅統(tǒng)為生油巖,上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)為儲(chǔ)集層）和上生下儲(chǔ)（中侏羅統(tǒng)為生油巖,下侏羅統(tǒng)和基底為儲(chǔ)集層）為主[8]。由于喜山期的改造作用表現(xiàn)為南強(qiáng)北弱,因此,周家臺(tái)及其以南的巴州地區(qū)成藏以改造次生型為主,而周家臺(tái)以北的永登地區(qū)則主要表現(xiàn)為改造繼承性或改造保存型為主。民和盆地具有兩期成烴、兩期成藏的基本特征。早白堊世末應(yīng)力體制和陸殼熱體制的變革性調(diào)整,使盆地沉降、埋藏和熱體制發(fā)生重大變化,是導(dǎo)致成烴、成藏間斷性和多期性的根本原因。

5 油氣勘探方向

通過對(duì)盆地石油地質(zhì)條件的評(píng)價(jià),結(jié)合各區(qū)帶落實(shí)認(rèn)識(shí)程度和資料品質(zhì)條件認(rèn)為:武家鼻隆構(gòu)造帶是最有利的勘探區(qū)帶;萬泉堡鼻狀構(gòu)造帶具有良好勘探潛力。大莊構(gòu)造帶是尋找淺層次生油氣藏的有利區(qū)帶。永登凹陷面積大,資源豐富,勘探認(rèn)識(shí)程度低,具有良好勘探前景（圖5）。

圖5 民和盆地區(qū)帶分布Fig.5 Play distribution in Minhe Basin

5.1 武家鼻隆構(gòu)造帶是最有利的勘探區(qū)帶

武家構(gòu)造帶區(qū)帶面積320 km,總體為一由東南向西北伸入巴州生烴凹陷的鼻狀隆起帶,與已獲得油氣流的萬泉堡鼻狀隆起帶對(duì)稱,受民和斷裂和武家、大莊斷層控制,地層由北西向東南抬升,發(fā)育斷鼻、斷背斜及地層圈閉。區(qū)帶地質(zhì)背景好。構(gòu)造帶發(fā)育于燕山期的凹中古鼻隆,與油氣運(yùn)聚時(shí)期匹配關(guān)系好;處于巴州生油凹陷東部,是油氣運(yùn)移的有利指向區(qū),東鄰永登凹陷生成的油氣可以通過不整合面和斷層向武家構(gòu)造帶運(yùn)移,具有雙向供油的有利條件。

5.2 萬泉堡鼻狀構(gòu)造帶具有良好勘探潛力

萬泉堡鼻狀構(gòu)造帶發(fā)育于巴州凹陷西北斜坡帶,是一個(gè)向生油凹陷內(nèi)延伸的鼻狀隆起,區(qū)帶面積68 km2,資源規(guī)模1 120×104t。依附于一組北東走向逆斷層發(fā)育斷鼻、斷背斜構(gòu)造,形成斷背斜、斷鼻控制的油氣藏,成藏條件好。構(gòu)造帶中部鐵家斷鼻圈閉面積較大,是有利的預(yù)探目標(biāo)。圈閉位于巴州含油斷鼻西北上傾方向,由北東向延伸的逆斷層控制的上盤發(fā)育的圈閉,圈閉類型及形成機(jī)制與巴州斷鼻相同,構(gòu)造較可靠。

5.3 大莊構(gòu)造帶是尋找淺層次生油氣藏的有利區(qū)帶

該區(qū)帶是盆地南緣逆掩推覆形成,屬燕山、喜山多期疊置的構(gòu)造帶,區(qū)帶面積130 km2。下白堊統(tǒng)～侏羅系發(fā)育斷鼻圈閉,上白堊統(tǒng)～新近系發(fā)育斷背斜、斷鼻圈閉。該構(gòu)造帶優(yōu)勢(shì)是處于生油凹陷,油源充足,發(fā)育多套儲(chǔ)蓋組合;分析侏羅系、下白堊統(tǒng)以形成斷鼻油氣藏為主;預(yù)測(cè)上白堊統(tǒng)～新近系可形成次生油氣藏和喜山期生成聚集的晚期油氣藏。

5.4 永登凹陷面積大,資源豐富,勘探認(rèn)識(shí)程度低,具有良好勘探前景

凹陷內(nèi)油氣顯示豐富,西部邊緣發(fā)現(xiàn)有海石灣井田區(qū)中侏羅統(tǒng)油藏;西南部民深6井于河口組氣顯示好,氣苗可燃,說明永登凹陷也是一個(gè)生烴凹陷。侏羅系、下白堊統(tǒng)分布面積4 000 km2,占主體凹陷面積的2/3;凹陷周邊露頭出露良好烴源巖,地震資料反映凹陷中部發(fā)育中侏羅統(tǒng)烴源巖層系,預(yù)測(cè)凹陷石油資源量達(dá)2.33×108t,占盆地石油資源量的3/4;勘探潛力大。經(jīng)過幾年的勘探,初步發(fā)現(xiàn)有紅古城、錢家寺、黑喇嘛、青寺堡4個(gè)構(gòu)造帶,9個(gè)構(gòu)造圈閉,以壓扭斷背斜、逆沖斷鼻為主,面積233 km2,圈閉資源量6 690×104t。紅古城、錢家寺、青寺堡是燕山期壓扭反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶;黑喇嘛構(gòu)造帶是燕山、喜山期擠壓沖斷構(gòu)造帶。地質(zhì)條件研究分析認(rèn)為:永登凹陷中北部觀音廟一帶地層埋藏相對(duì)淺,構(gòu)造變形弱,地層齊全,是油氣運(yùn)移的有利方向。

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Evaluation on hydrocarbon generation potentials and exploration in Jurassic Minhe Basin

Xie Nan1,Chen Guo2

1.CNOOC Research Institute,Beijing100027;2.Geological Exploration and Development Reasearch Institute of Chuanqing Drilling Engineering Limited Company,Chengdu610501）

TE121.1;TE122.1+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.04.039

1008-2336（2010）04-0039-07

2010-08-03;改回日期:2010-08-20

謝楠,女,1980年生,工程師,碩士,2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）并獲碩士學(xué)位,主要從事儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)和沉積學(xué)研究工作。E-mail:xienan@cnooc.com.cn。