異常地?zé)釋N源巖生烴的影響①——以三塘湖盆地輝綠巖侵入體為例

劉興旺 王曉鋒 史寶光 王作棟 楊 鑫 鄭建京 劉春艷

(1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000; 2.中國科學(xué)院研究生院 北京 100049;3.承德石油高等?？茖W(xué)校石油工程系 河北承德 067000)

異常地?zé)釋N源巖生烴的影響①
——以三塘湖盆地輝綠巖侵入體為例

劉興旺1,2王曉鋒1史寶光1王作棟1楊 鑫1,2鄭建京1劉春艷3

(1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000; 2.中國科學(xué)院研究生院 北京 100049;3.承德石油高等?？茖W(xué)校石油工程系 河北承德 067000)

為了探討異常地?zé)釋N源巖沉積有機質(zhì)熱演化的影響,采集了三塘湖盆地大黑山東剖面附近一輝綠巖侵入體南側(cè)石炭系哈爾加烏組上部黑色泥巖層系的8塊樣品(W008～W015),其與輝綠巖巖體的距離分別是20 cm、50 cm、100 cm、180 cm、300 cm、500 cm、1 000 cm和1 700 cm,通過分析這八塊樣品的有機質(zhì)成熟度Ro、H/C原子比、O/C原子比和氯仿瀝青“A”與總烴含量變化等基礎(chǔ)地球化學(xué)特征,同時有選擇地分析了其中5塊樣品的飽和烴色質(zhì)總離子流特征可以看出,當(dāng)泥巖樣品距巖體的距離大于180 cm時,Ro基本保持不變,而當(dāng)樣品距巖體的距離小于180 cm時,Ro開始明顯增高,且增高幅度很大;W008和W009號樣品的H/C原子比相對較小,分別是0.385和0.404,而W011～W015五塊樣品的H/C原子比在0.5左右,而且基本保持一致;O/C原子比的變化范圍相對較小,集中在0.1左右,W008和W009號樣品的O/C比相鄰樣品(W010、W011)略小一些;W008號樣品的總烴和氯仿瀝青“A”略高于W009～W012號樣品;從有機質(zhì)飽和烴參數(shù)來看,W008、W009和W010三個樣品的CPI值相對較小,與W012和W014兩塊樣品存在明顯的差別。通過以上分析說明該烴源巖整體成熟度較高,同時靠近巖體1～1.8 m距離范圍內(nèi),有機質(zhì)的各項成熟度指標(biāo)具有異常增高的趨勢,說明侵入巖體與直接接觸的烴源巖的烘烤作用的范圍相對較小,大約在1.8 m以內(nèi)。

輝綠巖 異常地?zé)?沉積有機質(zhì) 成熟作用

關(guān)于異常地?zé)?主要是指巖漿活動。異常地?zé)釋N源巖有機質(zhì)熱演化的影響自20世紀80年代以來在國內(nèi)外受到廣泛的重視[1～13],在認識到火成巖熱力對烴源巖和先存油氣藏破壞作用的同時,更多地強調(diào)的是其對烴源巖有機質(zhì)演化起到有利的作用。王有孝等發(fā)現(xiàn)異常地?zé)釋N源巖有機質(zhì)的生烴過程和烴類成熟作用有明顯影響[1];馮喬等認為侵入體余熱可以使生油層早熟,并使其附近圍巖中的有機質(zhì)豐度降低[2];李亞輝也提出輝綠巖侵人體能加速有機質(zhì)的成熟[3];萬從禮等認為基性巖漿帶來大量的熱量和地幔物質(zhì),并產(chǎn)生極高的壓力,加速了周圍烴源巖的成熟演化,且促使其排烴[4]。研究表明,火成巖的異常熱作用對烴源巖的影響主要表現(xiàn)在使鏡質(zhì)體反射率出現(xiàn)明顯的異常,使得有機質(zhì)成熟度增加[5],促使烴類的成熟、生成及排出[6],其影響程度與源巖同火成巖體的距離和火成巖體的厚度有關(guān)[7],尤其是當(dāng)火成巖與烴源巖直接接觸時,對有機質(zhì)的成熟演化和烴類的生成、排出更能起到加速的作用[8];同時,火成巖本身攜有大量的Pd、Fe、熱流體等物質(zhì),對烴類的生成可起到催化作用,能成倍快速地生成油氣[9];火成巖在促生排烴的同時,往往產(chǎn)生異常壓力,既可以在一定程度上改善火成巖儲集性能,也可以成為油氣進入火成巖的儲集空間的動力[10]。

關(guān)于輝綠巖侵入對烴源巖的影響范圍,很多學(xué)者都分別做過討論[5,11～13],在肯定輝綠巖侵入加速有機質(zhì)成熟方面作用的同時,對于其影響范圍的認識差異較大.ow根據(jù)德克薩斯州特拉華盆地鉆井的H-Ro關(guān)系圖認為接觸作用對于圍巖成熟度影響的最大范圍相當(dāng)于侵入體厚度的兩倍左右[11];Simoneit根據(jù)大西洋深海鉆探計劃(DSDP)41-368鉆孔中輝綠巖侵入體上、下黑色頁巖巖心的系統(tǒng)地球化學(xué)研究認為其影響范圍僅相當(dāng)于侵入體厚度的1/3～2/ 3[12];陳榮書在對冀中葛漁城-文安地區(qū)蘇401井和蘇8井輝綠巖巖床對上下圍巖的影響的研究中,認為其影響范圍均超過巖床厚度的兩倍[5];李亞輝認為高郵凹陷北斜坡輝綠巖侵入體對圍巖的有機質(zhì)的熱演化影響在縱向上大約為侵入體厚度的四倍以內(nèi)[3];曹學(xué)偉等在對臨盤油田夏38井區(qū)輝綠巖熱效應(yīng)的研究中,認為其影響范圍大致與巖床厚度相當(dāng)[13]。本文為了探討異常地?zé)釋N源巖有機質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化過程以及對烴類成熟作用的影響,采集了三塘湖盆地大黑山東剖面附近石炭系哈爾加烏組上部距一輝綠巖侵入體距離不等的8塊黑色泥巖樣品,分析了其各項有機地球化學(xué)特征。

1 三塘湖盆地火成巖發(fā)育特征

三塘湖盆地是由不同構(gòu)造演化時期的原型盆地疊加形成的展布范圍較小的復(fù)合型含油氣盆地,發(fā)育以中上三疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)蘆草溝組、石炭系至下二疊統(tǒng)三套地層為烴源巖的含油氣系統(tǒng)[14],中、下部兩套主力烴源巖中發(fā)育有巨厚(最大疊加厚度超過4 000 m)廣布的火山巖系地層,是油氣勘探重點層系。其中,下部的石炭系-下二疊統(tǒng)火山巖系勘探程度很低,但已揭示良好的油氣顯示和儲蓋組合。上二疊統(tǒng)條湖組厚度超過1 500 m,發(fā)育大套厚層中-基性火山巖夾以薄層泥巖為主的碎屑巖,一些地區(qū)發(fā)育大量的基性淺成輝綠巖,凝灰?guī)r也比較發(fā)育;上二疊統(tǒng)蘆草溝組以泥巖、白云質(zhì)泥巖為主,夾凝灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r和白云巖,為中含油氣系統(tǒng)主力烴源巖,少量發(fā)育火成巖;上石炭統(tǒng)卡拉崗組厚約900 m,為大套火山巖、火山碎屑巖,火山巖以溢流相玄武巖、安山巖為主,中間夾有泥巖、碳質(zhì)泥巖和凝灰質(zhì)粉砂巖等碎屑巖,碎屑巖的厚度不大,一般小于百米;上石炭統(tǒng)哈爾加烏組也以大套火山巖、火山碎屑巖為主,無規(guī)律發(fā)育泥質(zhì)烴源巖。這些火成巖往往與可能的烴源巖呈互層特征分布。烴源巖演化過程中最為重要的影響因素是溫度,而火成巖的侵入無疑會改變烴源巖所處環(huán)境的溫度特征,從而影響烴源巖的演化。

圖1 采樣點地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological diagram of the Sampling sites

綜合來看,三塘湖盆地石炭紀和二疊紀的火成巖主要包括玄武巖、安山巖和凝灰?guī)r,另外有部分的輝綠巖、流紋巖等,玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r主要都是噴發(fā)巖,沉積時溫度已經(jīng)很低或沉積后溫度很快降低,由此提供的熱能很有限,對巖石有機質(zhì)的演化基本沒有影響或者影響很小。輝綠巖為淺成的基性侵入巖,多形成巖床、巖墻,或小型巖體等,熱量相對散失要慢,可以在較長時間保持一定的溫度,如果附近有含有機質(zhì)的巖石存在,必然會對其有機質(zhì)的演化產(chǎn)生影響[15]。另外,火成巖發(fā)育地區(qū),巖漿活動必將造成該區(qū)大地?zé)崃髋c地溫梯度的增高,這種區(qū)域性的變化對該區(qū)烴源巖有機質(zhì)的熟化產(chǎn)生積極的作用。本次研究采集的樣品為大黑山東剖面輝綠巖侵入體南側(cè)的石炭系哈爾加烏組上部黑色泥巖層系的樣品。該侵入體走向近東西,呈透鏡體狀侵入到石炭系當(dāng)中,長約40 km,平均寬度約2 km,分布面積約80 km2(圖1)。其與圍巖呈急變侵入接觸,接觸面傾向圍巖,且侵入體中有大量的泥巖捕虜體和同化混染現(xiàn)象,圍巖與侵入體接觸的地方有不同程度的熱變質(zhì)。

表1 樣品基礎(chǔ)地球化學(xué)參數(shù)Table1 Basic geochem ical parameter table of the samples

2 輝綠巖侵入體對烴源巖生烴的影響

為了探討異常地?zé)釋Τ练e有機質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化過程以及對烴類成熟作用的影響,本文采集了三塘湖盆地大黑山東剖面附近一輝綠巖侵入體南側(cè)哈爾加烏組上部黑色泥巖層系的8塊樣品(W008～W015),其與輝綠巖巖體的距離分別是20 cm、50 cm、100 cm、180 cm、300 cm、500 cm、1 000 cm和1 700 cm,從基礎(chǔ)有機地球化學(xué)(表1)和生物標(biāo)志物等方面探討了輝綠巖侵入體熱作用對有機質(zhì)的影響。

從8塊樣品的Ro數(shù)據(jù)來看,整體均較高(Ro> 2%),處于過成熟階段,這可能與該區(qū)巖漿活動頻繁,區(qū)域上整體地溫較高有關(guān)。隨著泥巖樣品距巖體的距離變小,W015、W014、W013、W012和W011五塊樣品的Ro分別為2.05%、2.14%、2.11%、2.06%和2.06%,基本保持不變。而W010、W009和W008三塊樣品隨著距巖體的距離變小,Ro分別為2.87%、 3.45%和3.84%,明顯增高,而且增高幅度很大(圖2)。所以,從泥巖的熱演化程度Ro的特征來看,侵入巖體與直接接觸的烴源巖的烘烤作用的范圍大約在1.8 m以內(nèi)。

干酪根H/C原子比和O/C原子比是劃分烴源巖有機質(zhì)類型和判識烴源巖有機質(zhì)熱演化程度的重要參數(shù),從八塊泥巖樣品的干酪根H/C原子比和O/ C原子比來看,H/C原子比分布在0.385～0.651之間,O/C原子比分布在0.092～0.144之間(表1),總體均相對較小,說明有機質(zhì)成熟度較高。從圖3來看,干酪根H/C原子比和O/C原子比相對應(yīng)的熱演化程度Ro大約在2%左右,與Ro實測值比較接近。

圖2 巖體一側(cè)泥巖有機質(zhì)熱演化程度R o變化特征Fig.2 The variation characteristics of organic mattermaturity in the rock side

圖3 不同類型干酪根熱演化特征變化圖(Tissot等,1984[16])Fig.3 Thermal evolution characteristics variation diagram of different types of kerogens(after Tissot,et al.,1984)

從圖3可以看出,處于高演化階段干酪根的H/C原子比隨著熱演化程度的進一步增高,變化幅度較大,而此時有機質(zhì)中O元素基本消耗殆盡,所以O(shè)/C原子比的變化相對較小。從8塊泥巖樣品干酪根的H/C原子比來看(圖4),W008和W009號樣品的H/ C原子比相對較小,分別是0.385和0.404,而W011 ～W015五塊樣品的H/C原子比在0.5左右,而且基本保持一致,W010樣品的H/C原子比為0.651,相對較高,可能與測試誤差有關(guān)./C原子比的變化范圍相對較小,集中在0.1左右,W008和W009號樣品的O/C比相鄰樣品(W010、W011)略小一些。這些結(jié)果與Ro分析得出的結(jié)論基本一致,即侵入巖體與直接接觸的烴源巖的烘烤作用的范圍相對較小。

圖4 泥巖有機質(zhì)H/C、O/C原子比變化特征Fig.4 The variation characteristics of atomic ratio of H/C and O/C of themudstone organic matter

圖5 泥巖有機質(zhì)氯仿瀝青“A”與總烴變化特征Fig.5 The variation characteristics of chloroform asphalt“A” and total hydrocarbon of themudstone organic matter

圖5是巖體一側(cè)泥巖有機質(zhì)氯仿瀝青“A”含量與總烴變化特征,從圖中可以看出,W008號樣品的總烴和氯仿瀝青“A”含量略高于相鄰的W009～ W012號樣品,但是總體而言,規(guī)律性不是很明顯。

除了基礎(chǔ)有機地球化學(xué)分析之外,我們有選擇地進行了幾個樣品飽和烴的有機地球化學(xué)色質(zhì)分析。選擇樣品為W008、W009、W010、W012和W014,飽和烴的總離子流圖見圖6。

圖6 巖體一側(cè)泥巖有機質(zhì)飽和烴總離子流圖Fig.6 Saturated hydrocarbon total lon chromatogram of organicmattermaturity in the rock side

表2 巖體一側(cè)泥巖有機質(zhì)飽和烴參數(shù)Table2 Saturated hydrocarbon parameter table of organic matter maturity in the rock side

從圖6可以看出,五個樣品的飽和烴總離子流圖特征基本一致,差別不大。巖體一側(cè)系列樣品的正構(gòu)烷烴均呈雙峰分布,碳數(shù)分布范圍為C13～C33,前、后峰的主峰碳為C18和C27,隨著距巖體距離的增加,后峰的相對豐度在增加,表明熱作用越強烈,高碳數(shù)部分(后峰)的消耗越多。表2列舉了巖體一側(cè)5個樣品的有機質(zhì)飽和烴參數(shù),其中碳優(yōu)勢指數(shù)(CPI)是成熟度的良好參數(shù),該參數(shù)越接近1,說明樣品的成熟度越高。雖然樣品CPI值比較高,W012和W014甚至大于1.2,但從表2中仍然可以看出,距離巖體的距離越近,CPI越趨近于1,W008、W009和W010三個樣品的CPI值相對較小,與W012和W014兩塊樣品存在明顯的差別,同樣說明侵入巖體與直接接觸的烴源巖的烘烤作用的范圍相對較小,在1.8 m以內(nèi)。同時,表明過成熟階段的CPI值可能不適于衡量有機質(zhì)成熟度。

3 結(jié)論

本文通過分析三塘湖盆地大黑山東剖面附近一輝綠巖巖體一側(cè)不同距離的石炭系哈爾加烏組的8塊烴源巖樣品的干酪根Ro、H/C原子比、O/C原子比和巖石氯仿瀝青“A”與總烴含量變化等基礎(chǔ)有機地球化學(xué)特征,同時有選擇地分析了其中5塊樣品的飽和烴色質(zhì)總離子流特征,說明該烴源巖整體成熟度較高,同時靠近巖體1.8 m距離范圍內(nèi),有機質(zhì)的各項成熟度指標(biāo)具有異常增高的趨勢,說明侵入巖體與直接接觸的烴源巖的烘烤作用的范圍相對較小,大約在1.8 m以內(nèi)。

雖然侵入巖體與直接接觸的烴源巖的烘烤作用的影響范圍相對較小,但是三塘湖盆地石炭紀-二疊紀廣泛發(fā)育的火成巖,必將造成該區(qū)大地?zé)崃髋c地溫梯度的增高,有助于局部或一定范圍內(nèi)烴源巖的生烴,進而對油氣的運移、聚集以及成藏都會產(chǎn)生有利的影響。

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Influence of Abnormal Geothermal on Hydrocarbon-Generation: Case study on the diabase intrusion of the Santanghu Basin

LIU Xing-wang1,2WANG Xiao-feng1SHIBao-guang1WANG Zuo-dong1YANG Xing1,2ZHENG Jian-jing1LIU Chun-yan3
(1.Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academ y of Sciences,Lanzhou 730000; 2.Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049; 3.Department of Petroleum Engineering,Chengde Petroleum College,Chengde,Hebei 067000)

In order to probe into abnormal geothermal's influence on hydrocarbon-generation,we collected eight source rock samples(W008-W015)from the black mudstone series of strata of Carboniferous upper Haerjiawu group on the south side of the diabase intrusion of the East Daheishan Profile in the Santanghu Basin,whose distance to the diabase rock is 20 cm,50 cm,100 cm,180 cm,300 cm,500 cm,1 000 cm,and 1 700 cm,respectively.Through analysis of the basic geochemical characteristics such as the atomic ratios of Roto H/C and to O/C,the change of the chloroform bitumen“A”and total hydrocarbon of the eight samples,along with selective analysis of the chromatographic characteristics of the saturated hydrocarbon of five of them,we found thatwith the distance to the diabase rock greater than 180 cm,the content of Roremains almost unchanged,however,the content of Rosignificantly increases with the distance less than 180 cm;the atomic ratio of H/C in W008 and W009 is relatively small,which is 0.385 and 0.404,while from W011 toW015,the atomic ratio of H/C is about0.5,which remains the same on thewhole; the range of variation in the atomic ratio of O/C is relatively small concentrating around 0.1,and the atomic ratio of O/C in W008 and W009 is slightly smaller than adjacent samples(W010,W011);the chloroform bitumen“A”and total hydrocarbon ofW008 is slightly higher than that ofW009～W012;from the pespective of organic saturated hydrocarbon parameters,CPI in W008,W009 and W010 is relatively small,which is obviously different from that of in W012,and W014.rom the above analysis,we can conclude that the overallmaturity of this source rock is rather high,and near the diabase intrusion with the distance range of 1～1.8 m,itsmaturity index has the trend of exceptional increase which shows the source rocks directly exposed to the intrusive rocks has a relative smaller scope of baking effectwhich is less than about1.8 m.

diabase;abnormal geothermal;hydrocarbon-generating;maturation

劉興旺 男 1983年出生 博士 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué) E-mail:liuxingwang@foxmail.com

TE122.1+13

A

1000-0550(2011)04-0809-06

①國家自然科學(xué)基金項目(批準號:40703001,41072106)資助。

2010-11-05;收修改稿日期:2011-01-15