建昌盆地中新元古界石油地質(zhì)條件研究

馬滿興，慕德梁，2，李正達(dá)

(1.中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010;2.南京大學(xué)，江蘇 南京 250093)

引 言

西伯利亞、非洲、東歐、印度、阿拉伯、澳大利亞等克拉通均發(fā)現(xiàn)中—新元古界至下寒武統(tǒng)原生油氣藏。1977年以來在冀北—遼西地區(qū)，發(fā)現(xiàn)40多處中—新元古界原生的液態(tài)油苗和固體瀝青，前人研究［1－2］已經(jīng)證實(shí)中新元古界具有生油潛力。本文基于有機(jī)地化、構(gòu)造演化、流體包裹體分析，探討建昌盆地中新元古界主力源巖、二次生烴、勘探潛力等問題。

1 地質(zhì)勘探概況

建昌盆地位于遼寧省西部，區(qū)域構(gòu)造上屬于燕山臺(tái)褶帶東段，是一個(gè)中生代疊合盆地，北臨朝陽—北票盆地，南至要路溝—錦西斷裂，西與叨爾登隆起為鄰，東與金羊盆地為鄰。盆地總體呈NNE向展布，東西寬為35 km，南北長為120 km，面積為4 200 km2。盆地周邊出露有太古界建平群，元古界長城系、薊縣系、青白口系，古生界寒武系、奧陶系、二疊系，中生界三疊系、侏羅系、白堊系和新生界第四系。

2 石油地質(zhì)條件

2.1 烴源巖條件

以往研究認(rèn)為遼西地區(qū)中新元古界主力源巖為霧迷山組碳酸鹽巖和洪水莊組泥巖［3－5］。通過分析建昌盆地中新元古界潛在烴源巖地化指標(biāo)(表1)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)霧迷山組絕大多數(shù)樣品的TOC含量小于0.1%，平均值為0.08%，干酪根類型為Ⅰ—ⅡA，以Ⅰ型為主，Tmax介于310～486℃，為成熟—高成熟階段。鐘寧寧等［6］通過對(duì)不同有機(jī)碳含量、不同有機(jī)質(zhì)類型烴源巖的模擬實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)平衡計(jì)算表明，地質(zhì)條件下的生排烴不會(huì)導(dǎo)致TOC的明顯降低，只有Ⅰ型有機(jī)質(zhì)在生排烴效率極高的理想條件下TOC才呈現(xiàn)比較明顯的降低。為此對(duì)霧迷山組TOC進(jìn)行恢復(fù)，恢復(fù)系數(shù)采用2.8，恢復(fù)后TOC平均值為0.22%，依然低于0.5%的有效烴源巖下限，為差烴源巖;且霧迷山組地層厚度過大，有機(jī)質(zhì)分散，不利于烴類聚集，因此，否定其作為建昌盆地中新元古界主力烴源巖的地位。

表1 建昌盆地中新元古界烴源巖評(píng)價(jià)

張水昌等對(duì)國內(nèi)外碳酸鹽巖的評(píng)價(jià)進(jìn)行了廣泛的調(diào)研［7］，認(rèn)為海相烴源巖的評(píng)價(jià)可以按照Peters等［8］提出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并指出關(guān)注古生代海相碳酸鹽巖烴源巖的同時(shí)，不能忽視其中的泥頁巖，其對(duì)油氣藏的貢獻(xiàn)可能更大。加之目前國際上海相成功勘探區(qū)主力貢獻(xiàn)油氣的源巖以海相泥巖為主，為此要更加關(guān)注研究區(qū)洪水莊組暗色泥巖。洪水莊組暗色泥巖有機(jī)碳含量平均值為1.41%，氯仿瀝青“A”含量平均值為0.014 0%，生烴潛量平均值為0.56 mg/g，干酪根類型為Ⅰ—ⅡA，以Ⅰ型為主，評(píng)價(jià)為成熟階段好烴源巖，同時(shí)洪水莊組暗色泥巖平均厚約110 m，分布穩(wěn)定且遍布整個(gè)盆地，是該區(qū)主力烴源巖。

下馬嶺組也是該區(qū)主要烴源巖，該組存在2～4層輝綠巖床侵入，受到高溫烘烤作用影響，Tmax多數(shù)在488℃左右，最高達(dá)到524℃，有機(jī)質(zhì)成熟度達(dá)到高成熟階段，但未受到侵入影響的泥巖仍為好烴源巖，與王鐵冠對(duì)龍?zhí)稖系貐^(qū)下馬嶺組的認(rèn)識(shí)相符［9－10］。

2.2 儲(chǔ)層條件

2.2.1 碳酸鹽巖類

霧迷山組儲(chǔ)層，以白云巖為主，疊層石、硅質(zhì)巖發(fā)育，野外露頭見油苗顯示。該類儲(chǔ)層具有比較發(fā)育的原生孔隙，雖后期被充填，仍具有一定的粒間、晶間孔隙，加之次生溶蝕孔、洞。溶蝕孔洞形狀不規(guī)則，孔徑大小不等，孔喉半徑較大，孔隙度為0.0% ～4.7%，平均為1.82%，露頭巖樣滲透率最大為8.04×10－3μm2，屬特低孔低滲碳酸鹽巖儲(chǔ)層。霧迷山組頂部溶蝕現(xiàn)象比較明顯，面孔率達(dá)4.70%，可以作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層;鐵嶺組各段的儲(chǔ)層主要為白云巖、灰?guī)r，泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r，孔隙度為0.1% ～3.2%，面孔率為2.07%，露頭巖樣滲透率最大為0.202×10－3μm2，屬特低孔特低滲碳酸鹽巖儲(chǔ)層。碳酸鹽巖在構(gòu)造應(yīng)力的作用下極易產(chǎn)生構(gòu)造裂縫，縱橫交叉成網(wǎng)狀(圖1 a)，雖然后期被部分充填、全充填，依然會(huì)大大增加滲透率，冰溝地區(qū)鐵嶺組灰?guī)r裂縫發(fā)育，有黑色液態(tài)瀝青滲出(圖1 b)。

2.2.2 砂巖類

下馬嶺組粉砂質(zhì)頁巖夾粉砂巖、細(xì)粒含鐵石英砂巖(圖1 c)，原生孔隙，粒間溶孔、殘余粒間溶孔發(fā)育，孔隙度為15% ～25%;龍山組下部為灰白、灰黃色中厚層、薄層含礫中粗粒長石石英砂巖、海綠石石英砂巖，夾粉砂質(zhì)頁巖、細(xì)礫巖，具有交錯(cuò)層理，顯示高能水動(dòng)力環(huán)境，儲(chǔ)集類型為孔隙型(圖1 d)，23個(gè)露頭樣品薄片分析，孔隙度為0.03% ～18.2%，平均孔隙度為3.83%，最大孔隙半徑為41.54 ～200.32 μm，平均孔隙半徑為 11.6 μm，屬特低孔儲(chǔ)層。

2.3 生儲(chǔ)蓋組合

建昌地區(qū)中新元古界野外剖面觀察和丈量過程中，曾在許多剖面的不同層系中見到各種級(jí)別的油氣顯示，主要集中分布于霧迷山組白云巖、鐵嶺組底部砂巖、鐵嶺組白云巖及龍山組石英砂巖中。根據(jù)研究區(qū)源巖、儲(chǔ)層、蓋層分布，認(rèn)為可以構(gòu)成4個(gè)完整的生儲(chǔ)蓋組合，即洪水莊組—霧迷山組生儲(chǔ)蓋組合、洪水莊組—鐵嶺組—下馬嶺組生儲(chǔ)蓋組合、下馬嶺組自身頁巖、砂巖生儲(chǔ)蓋組合及下馬嶺組—龍山組生儲(chǔ)蓋組合。其中洪水莊組—霧迷山組生儲(chǔ)蓋組合與洪水莊組—鐵嶺—下馬嶺生儲(chǔ)蓋組合分布廣泛，從西南部的老莊戶到北部喀左、玉皇廟均有出露，推測(cè)其在研究區(qū)中生界覆蓋區(qū)之下分布極為穩(wěn)定，是主要勘探目標(biāo)。

圖1 建昌盆地中新元古界露頭儲(chǔ)層特征

2.4 構(gòu)造條件

2.4.1 構(gòu)造特征

通過分析區(qū)域地質(zhì)圖件和解釋二維地震資料，編制了建昌盆地中新元古界頂界斷裂展布圖(圖2)。認(rèn)為九佛堂逆斷層、楊樹溝逆斷層和建昌斷層持續(xù)活動(dòng)，在其之間形成了一系列北西向、近東西向調(diào)節(jié)斷層，在盆地西側(cè)主要發(fā)育與收縮構(gòu)造有關(guān)的牽引背斜、斷鼻等圈閉，在盆地東側(cè)發(fā)育與伸展構(gòu)造有關(guān)的滾動(dòng)背斜、斷鼻等圈閉。

2.4.2 構(gòu)造演化

圖2 建昌盆地中新元古界頂界斷裂展布

研究區(qū)在晚三疊世以前，為穩(wěn)定的地臺(tái)發(fā)展階段，發(fā)生過3次區(qū)域性沉降和2次區(qū)域性抬升;從晚三疊世開始，地臺(tái)開始活化，進(jìn)入強(qiáng)烈的造山活動(dòng)階段。對(duì)研究區(qū)構(gòu)造演化起決定作用的主要為印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)。印支運(yùn)動(dòng)主幕印支Ⅱ幕發(fā)生在中、晚三疊世之間，是該區(qū)第1次造山運(yùn)動(dòng)，以塑性褶皺為主，構(gòu)造形跡主要為近東西向;晚侏羅世末期發(fā)生的燕山Ⅱ幕是該區(qū)主要運(yùn)動(dòng)，九佛堂逆斷層、楊樹溝逆斷層等強(qiáng)烈活動(dòng)，直至消亡。從早白堊世義縣期燕山Ⅲ幕開始活動(dòng)，大地構(gòu)造發(fā)生明顯變化，由擠壓應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺箲?yīng)力場(chǎng)，形成伸展構(gòu)造，建昌斷層等正斷層開始活動(dòng)，在九佛堂期正斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，形成白堊世斷陷盆地，建昌盆地基本構(gòu)造格局開始形成，中新元古界再次深埋，部分地區(qū)開始二次生烴。同時(shí)髫髻山期和義縣期發(fā)生玄武巖、安山巖噴發(fā)活動(dòng)，對(duì)緩解建昌盆地中新元古界冷盆效應(yīng)起到了重要作用，促進(jìn)了烴源巖生排烴，即第2次大規(guī)模生排烴期。

3 油氣充注期次

圖3 冰溝剖面鐵嶺組底部砂巖和老達(dá)杖子剖面霧迷山組白云巖包裹體分析

本次研究在冰溝剖面鐵嶺組底部砂巖和老達(dá)杖子剖面霧迷山組白云巖采集樣品，進(jìn)行油氣包裹體分析。根據(jù)包裹體的類型和產(chǎn)狀，將其劃分為2期(圖3):第1期包裹體(圖3 a)為深褐色、灰褐色的富瀝青液烴包裹體，伴生的含烴鹽水包裹體均一溫度為80～120℃，主要分布于石英次生加大邊內(nèi)，液烴為主;第2期(圖3 b)為沿砂巖、白云巖微裂隙分布的包裹體，呈淡黃色，發(fā)綠色、黃綠色熒光，液烴、氣烴均有，且氣烴含量比第1期增多，包裹體均一溫度為120～140℃。根據(jù)構(gòu)造發(fā)育史，認(rèn)為第1次成藏應(yīng)在印支運(yùn)動(dòng)之前，穩(wěn)定地臺(tái)發(fā)展階段中新元古界源巖埋深曾達(dá)到2 500 m左右，有機(jī)質(zhì)開始進(jìn)入大規(guī)模生排烴階段的初期，主要以液烴產(chǎn)物為主，后因早三疊世末的印支運(yùn)動(dòng)被抬升至地表或近地表，形成的油氣藏被破壞，形成重質(zhì)油或?yàn)r青。第2次成藏期在侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)，由于中生代裂陷盆地的發(fā)育，中新元古界源巖再一次被深埋，并超過原來曾經(jīng)達(dá)到的最大埋深和溫度，烴源巖開始二次生烴，且此時(shí)烴源巖已進(jìn)入高成熟階段，生成濕氣，并在儲(chǔ)層中再次聚集成藏。因此結(jié)合冰溝、老達(dá)杖子剖面油氣包裹體資料，認(rèn)為建昌盆地中新元古界原生油氣存在多期充注，并且后期油氣充注重要，與歐光習(xí)［11－12］、張敏［13］等對(duì)冀北—遼西地區(qū)中新元古界油氣活動(dòng)期次的認(rèn)識(shí)相似。

4 勘探潛力分析

4.1 資源量估算

根據(jù)建昌地區(qū)霧迷山組、洪水莊組、鐵嶺組及下馬嶺組烴源巖等厚圖，碳酸鹽巖烴源巖和泥質(zhì)烴源巖的氫指數(shù)及其在高成熟演化階段的降解率，采用氫指數(shù)法計(jì)算中新元古界烴源巖生烴量和資源量。中新元古界總生油量為87.34×108t，總生氣量為102 870×108m3。由于中新元古界距今時(shí)代久遠(yuǎn)，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，運(yùn)聚系數(shù)取值較低，根據(jù)區(qū)塊構(gòu)造特征，油運(yùn)聚系數(shù)取值為2% ～4%，氣運(yùn)聚系數(shù)取值為0.5% ～1.0%，最終計(jì)算結(jié)果為油資源量為2.30×108t，氣資源量為660×108m3，僅洪水組生成和聚集的油資源量為0.62×108t，氣資源量為108×108m3，表明建昌盆地中新元古界資源潛力巨大，且主要勘探目的層油氣資源量可觀。

4.2 勘探方向

根據(jù)建昌盆地中新元古界石油地質(zhì)條件，認(rèn)為最有利勘探區(qū)域?yàn)榕璧刂心喜康貐^(qū)(圖2)，北部成藏條件略差，主要是因?yàn)榕璧乇辈康貙勇癫剌^淺，雖然早期可能成藏，但中新元古界的二次生烴范圍較小，無法提供足夠的油氣。應(yīng)首先勘探盆地東南部湯神廟斷塊區(qū)，該地區(qū)烴源巖埋深大，有利于二次生烴和保存，且斷塊圈閉緊鄰生烴洼陷，油氣運(yùn)聚距離短，有利于就近成藏;其次探索西部楊樹溝逆沖斷裂、九佛堂逆沖斷裂的上盤，此處牽引背斜發(fā)育，且主動(dòng)盤裂縫發(fā)育，能夠形成良好儲(chǔ)集空間，是油氣聚集的有利場(chǎng)所，但存在蓋層條件變差的風(fēng)險(xiǎn);再次可以探索東北部木頭城子斷塊和老爺廟斷鼻，此處存在二次生烴概率降低的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

(1)建昌盆地中新元古界洪水組暗色泥巖是主力烴源巖，洪水莊組—霧迷山組生儲(chǔ)蓋組合及洪水莊組—鐵嶺—下馬嶺生儲(chǔ)蓋組合是重要勘探目標(biāo)，勘探潛力巨大。

(2)中新元古界存在不少于2期的油氣充注，且后期油氣充注對(duì)現(xiàn)今油氣勘探較重要。

(3)依據(jù)建昌盆地中新元古界構(gòu)造特征，尋找原生油氣藏，應(yīng)該選擇盆地內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定，在烴源巖第2次大規(guī)模生烴之前或同時(shí)形成并且后期沒有受到破壞的圈閉，同時(shí)考慮到斷裂對(duì)儲(chǔ)層的改造作用，依照“一占三沿(占高點(diǎn)、沿長軸、沿扭曲、沿?cái)嗔?”的原則，認(rèn)為湯神廟斷塊、九佛堂逆斷層上盤具有良好油氣勘探前景。

［1］王鐵冠.燕山地區(qū)震旦亞界油苗的原生性及其石油地質(zhì)意義［J］.石油勘探與開發(fā)，1980，7(2):34－52.

［2］王杰，陳踐發(fā).華北中上元古界烴源巖沉積環(huán)境及生烴潛力研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2001，12(3):27－33.

［3］張亞明，陳振東，周秀艷.遼西地區(qū)中上元古界生烴量評(píng)價(jià)［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，21(1):22－24.

［4］周秀艷.遼寧西部石油地質(zhì)條件綜合評(píng)價(jià)［M］.沈陽:東北大學(xué)出版社，2006，24(3):351 －353.

［5］劉巖，鐘寧寧，宋濤，等.燕山地區(qū)中元古界洪水莊組烴源巖開放體系生烴動(dòng)力學(xué)［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，32(5):17 －21.

［6］鐘寧寧，盧雙舫，黃志龍，等.烴源巖生烴演化過程TOC值的演變及其控制因素［J］.中國科學(xué)，2004，34(增刊):120－126.

［7］張水昌，梁狄剛，張大江.關(guān)于古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29(2):8－12.

［8］Peters K E，Cassa M R.Applied source rock geochemistry.in:Magoon L B，Dow WG，eds.the petroleum system－from source to trap［M］.The American Association of Petroleum Geologists，Memoir 60:93－120.

［9］王鐵冠，黃光輝，徐中一.遼西龍?zhí)稖显沤缦埋R嶺組底砂巖古油藏探討［J］.石油天然氣地質(zhì)，1988，9(3):278－280.

［10］李金有，等.南海沉積盆地石油地質(zhì)條件研究［J］.特種油氣藏，2007，14(2):23 －26.

［11］馬明俠，歐光習(xí)，張敏，等.冀北坳陷中上元古界中的油氣活動(dòng)——以雙洞背斜為例［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2009，28(1):61 －64.

［12］歐光習(xí)，李林強(qiáng).遼西－冀北坳陷中－上元古界油源及成藏期分析［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2006，25(1):87－91.

［13］張敏，歐光習(xí)，李林強(qiáng)，等.遼西－冀北地區(qū)中新元古界儲(chǔ)層油氣特征及運(yùn)聚史分析［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2009，28(1):19 －23.