三江盆地生烴特征與勘探方向

張明學(xué),　栗宗明,　王　超

(1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163318;2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院, 黑龍江 大慶 163712)

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三江盆地生烴特征與勘探方向

張明學(xué)1,栗宗明1,王超2

(1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163318;2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院, 黑龍江 大慶 163712)

三江盆地是一個(gè)復(fù)雜殘留疊合盆地,勘探程度較低。在系統(tǒng)總結(jié)已有地質(zhì)認(rèn)識和勘探成果的基礎(chǔ)上,分析盆地內(nèi)地層的分布情況和特點(diǎn),結(jié)合盆地構(gòu)造背景及沉積演化特征,統(tǒng)計(jì)分析有機(jī)碳、生烴潛量等盆地各項(xiàng)石油地質(zhì)參數(shù),確定三江盆地?zé)N源巖的生烴特征及潛力。結(jié)果表明:三江盆地具有較大的勘探潛力,三江盆地西部綏濱坳陷以穆棱組、城子河組為主要的烴源巖,且進(jìn)入成熟階段,發(fā)育煤層氣,油氣勘探應(yīng)以找氣為主,找油為輔;前進(jìn)坳陷淺層生物氣具有較大的勘探潛力。該研究為三江盆地勘探與開發(fā)提供了參考。

石油地質(zhì); 構(gòu)造背景; 勘探方向; 淺層生物氣

三江盆地地質(zhì)情況復(fù)雜,經(jīng)過30多年的勘探工作,許多學(xué)者針對沉積地層單元、斷裂構(gòu)造特征、構(gòu)造演化特征、油氣成藏條件等方面進(jìn)行了研究,并取得了很多成果。盆地經(jīng)歷前陸、準(zhǔn)克拉通等六個(gè)演化階段,形成了三坳二隆多構(gòu)造層錯(cuò)置疊合的復(fù)雜構(gòu)造格局,并控制了形成油氣的地質(zhì)條件。普陽坳陷為有利生烴區(qū)[1]。濃江凹陷主力烴源巖分布于達(dá)連河組中下部低水位體系域的泥巖,厚度穩(wěn)定,有機(jī)質(zhì)豐富,以Ⅱ1、Ⅱ2型干酪根為主,處于低成熟演化階段[2]。西大林子凹陷古近系烴源巖有機(jī)碳含量較高,烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2, 少量Ⅱ1型和III型,烴源巖熱演化程度較低,具有一定的生物氣和石油勘探潛力[3]。此外,在三江地區(qū)中湯原、方正斷陷獲得了高產(chǎn)工業(yè)油流,證實(shí)了三江盆地的油氣勘探潛力。但是三江盆地未取得重大的油氣突破,說明對于研究區(qū)的認(rèn)識尚不夠深入。目前,缺乏針對三江盆地生烴特征的系統(tǒng)分析。為此，筆者結(jié)合盆地構(gòu)造背景、沉積演化特征,統(tǒng)計(jì)分析有機(jī)碳、生烴潛量等盆地石油地質(zhì)參數(shù),以研究三江盆地?zé)N源巖的生烴特征及勘探潛力。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

三江盆地位于黑龍江、松花江與烏蘇里江“三江”匯合之處,向北延伸到俄羅斯部分稱中阿穆爾盆地,它是位于佳木斯地塊之上的中、新生代盆地,西側(cè)與天山—興安褶皺造山帶的張廣才嶺古生代褶皺造山帶相鄰,東側(cè)為中生代那丹哈達(dá)嶺褶皺造山帶。盆地西側(cè)受依—舒斷裂控制,東南側(cè)受敦—密斷裂控制,同江—迎春斷裂貫穿盆地南北,三江盆地具有較強(qiáng)的構(gòu)造活動(dòng)性[4]。

盆地基底由性質(zhì)不同的西部、中部和東部三部分組成,盆地西部主要由下元古界的變質(zhì)巖系(麻山群)及其侵入的花崗巖構(gòu)成;盆地中部屬于古生代華力西期褶皺基底;盆地東部基底鉆探證實(shí)為早、中侏羅世的海相硅質(zhì)巖系及其海底噴發(fā)的輝綠巖[5]。

三江盆地地層在縱橫向上共有九套(含第四系)沉積充填序列,識別出五套勘探層系,各套序列間均以不整合或假整合面為界。東榮組是主要的生油氣目的層,為一套濱淺海相沉積物,淺海相泥巖發(fā)育在該組的中部;城子河組以生氣為主,屬于一套河流沼澤相沉積,發(fā)育砂巖夾泥巖和較多的煤層[6]。生、儲(chǔ)、蓋組合以自生自儲(chǔ)式為主,其次是下生上儲(chǔ)。

三江盆地呈NE 向延伸, 坳隆相間,自西而東劃分為佳木斯隆起、綏濱坳陷、富錦隆起和前進(jìn)坳陷四個(gè)一級構(gòu)造單元。中部富錦隆起將西部綏繽斷陷和東部的前進(jìn)坳陷一分為二(見圖1)。綏繽斷陷為西斷東超的箕狀斷陷,具有凹陷面積大,發(fā)育時(shí)間長,地層沉積全、厚度大、保存條件較好等特征。前進(jìn)坳陷發(fā)育濃江和撓力河兩個(gè)凹陷,其中,濃江凹陷生油條件好,其在俄羅斯境內(nèi)已經(jīng)有多處油氣顯示[7]。

圖1　三江盆地區(qū)域位置及二級構(gòu)造單元區(qū)劃

2　三江盆地生烴特征

三江盆地東榮組、城子河組、穆棱組、東山組均發(fā)育有不同厚度的暗色泥巖或煤系地層。根據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,東榮組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.968%,氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.030 8%,總烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.012 0%。城子河組地層中也發(fā)育有一定厚度的暗色泥巖,含煤50余層,總厚度約30 m,并且在城子河組中常見大段砂巖夾泥巖,統(tǒng)計(jì)已有鉆井,砂巖孔隙度、滲透率平均值分別為7.3%和1 mD。暗色泥巖的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.742%,氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為0.023 8%,總烴平均為0.016 6%。按美國地球化學(xué)公司的劃分方法,東榮組級別為較好至好的生油巖,城子河組為好的生氣烴源巖。斷陷內(nèi)東榮組地層的中部發(fā)育有一套厚度較大的淺海相泥巖,它既是生油氣目的層,又是較理想的蓋層;穆棱組上部發(fā)育有一套湖相的泥巖,為一套較好的區(qū)域性蓋層。

2.1綏濱坳陷烴源巖和儲(chǔ)層特征

綏濱坳陷以中生代沉積為主,穆棱組、城子河組發(fā)育的含煤巖系和較厚暗色泥巖是主要的烴源巖。通過分析綏濱坳陷東山組等四個(gè)組段共計(jì)156塊泥巖樣品熱解數(shù)據(jù)(見表1),發(fā)現(xiàn)各層組中穆棱組、城子河組為相對較好的烴源巖。其中,穆棱組有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.198%～3.661%, 平均值為1.300%, 根據(jù)有機(jī)碳含量劃分泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖生油巖級別[8],總體來看,穆棱組達(dá)到了非-好生油層標(biāo)準(zhǔn);生烴潛量(S1+S2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為0.114%;氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布范圍為0.010 0%～0.028 1%, 平均值為0.013 3%, 達(dá)到了非-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。城子河組有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.323%～3.833%, 平均值為1.413%;城子河組總體看來達(dá)到了非-好生油層標(biāo)準(zhǔn);生烴潛量(S1+S2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為0.053%;氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布范圍波動(dòng)較大,為0.000 2%～0.284 0%,平均值為0.012 3%, 達(dá)到了非-較好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。整體來看穆棱組、城子河組有機(jī)質(zhì)類型較差,屬于ⅡB-Ⅲ腐植型,以生氣為主,有機(jī)碳含量較高,氯仿瀝青“A”、生油潛量很低,烴源巖熱演化達(dá)到成熟-高成熟甚至過成熟,大部分已經(jīng)進(jìn)入裂解氣和干氣階段。

B1井鉆遇的目的層為城子河組和穆棱組,巖性

相對比較細(xì),以暗色泥巖和粉、細(xì)砂巖為主,尤其穆棱組泥地比高,單層厚度大,暗色泥巖質(zhì)純。但有機(jī)質(zhì)豐度不是很高,評價(jià)達(dá)到中等標(biāo)準(zhǔn),有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ+Ⅲ型,有機(jī)質(zhì)成熟度較高,大部分已經(jīng)進(jìn)入裂解氣和干氣階段(見表2),儲(chǔ)層物性較差。統(tǒng)計(jì)分析B1井樣本的孔隙度和滲透率,結(jié)果如表3所示。由表3可知,穆棱組16塊樣本孔隙度平均值為1.9%,滲透率平均值為0.03 mD;城子河31塊樣本的孔隙度平均值為1.2%,滲透率平均值為0.06 mD;穆棱組和城子河組均屬于低孔低滲。

表1　綏濱坳陷有機(jī)質(zhì)豐度數(shù)據(jù)

表2　B1井烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化參數(shù)

表3　B1井物性統(tǒng)計(jì)

通過對BC1井薄片研究,發(fā)現(xiàn)兩處油氣顯示:第一處位于該井3 379.1 m處(K1d)，玻屑凝灰?guī)r中見瀝青縫,并有油的浸染現(xiàn)象,說明在滴道組地層中曾有過油的運(yùn)移。該點(diǎn)Ro達(dá)到2.11%,進(jìn)入過成熟階段,以生成天然氣為主。進(jìn)行有機(jī)巖石學(xué)特征分析發(fā)現(xiàn),第二處位于該井從1 160.5(K1m)～2 512.0 m(K1c)的熒光薄片中，出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)瀝青化現(xiàn)象及彌漫狀黃褐色熒光。這是石油在泥巖內(nèi)生成(有機(jī)質(zhì)的烴類轉(zhuǎn)化)并初次運(yùn)移到最近排烴空間的最好例證,該井儲(chǔ)層物性較差,屬于低孔低滲(見表4)。

表4　BC1井物性統(tǒng)計(jì)

2.2前進(jìn)坳陷烴源巖和儲(chǔ)層特征

前進(jìn)坳陷主要發(fā)育晚白堊統(tǒng)和第三系地層,截至目前,坳陷內(nèi)共有四口區(qū)域探井(見表5),生油條件不理想。DJ1井全部泥質(zhì)巖(包括泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、褐煤層),總厚度631.4 m,地溫梯度太低僅為1.7～2.9 ℃,儲(chǔ)集層比較發(fā)育,均為碎屑巖,膠結(jié)疏松,該井均為水層或含水油層。DJ2井有機(jī)碳含量極低,僅0.181%～0.386%,且連續(xù)沉積厚度小,未見黑色泥巖,即沒有見到較好的生油巖,同時(shí)埋藏深度很淺。DJ3井全井未見油氣顯示,鏡煤反射率值0.39～0.57,平均地溫梯度2.47 ℃/hm左右;儲(chǔ)集層發(fā)育,第三系砂巖、砂礫巖發(fā)育,成巖較差,膠結(jié)疏松,孔隙度29%～53%,滲透率62～691 mD。Q1井與DJ3井揭示的地質(zhì)情況相似,對Q1井進(jìn)行物性分析(見表6),在該井七星河組發(fā)育灰色細(xì)砂巖和灰色粉砂巖,孔隙度分別為17.4%、11.9%,灰色細(xì)砂巖的滲透率達(dá)到了2.25 mD,可見,七星河組地層屬于較好的儲(chǔ)集層目的層段。

表5　前進(jìn)坳陷鉆井?dāng)?shù)據(jù)

表6　Q1井物性分析

3　盆地勘探潛力與方向

3.1盆地勘探潛力分析

三江盆地屬于復(fù)雜殘留疊合盆地,綏濱坳陷具備生烴條件,早白堊世坳陷沉積,穆棱期末強(qiáng)烈擠壓抬升,遭受剝蝕[9-11]。從目前資料看,穆棱組、城子河組生油條件總體較差,有一定生氣潛力,砂巖儲(chǔ)層條件普遍較差,東山組、城子河組、東榮組火山巖是否具備儲(chǔ)集性能有待研究和探索。B1井見多層氣測異常,通過測井和錄井解釋,發(fā)現(xiàn)城子河煤層29個(gè),累計(jì)厚度44.8 m,類比分析認(rèn)為，綏濱坳陷煤層氣勘探潛力較大,煤層氣資源量為1.1×1011m3。前進(jìn)坳陷生油條件較差,但是部分層組的儲(chǔ)層條件較好。前進(jìn)坳陷內(nèi)有兩個(gè)次級凹陷:撓力河凹陷和七星河凹陷,已有研究認(rèn)為這兩個(gè)次級凹陷是油氣勘探有利區(qū)[12],但前進(jìn)坳陷的潛力評價(jià)尚需要進(jìn)一步研究。

3.2研究方向

生物氣是一種重要的能源,其探明儲(chǔ)量占世界天然氣探明儲(chǔ)量的20%以上。大型生物氣主要位于白堊系至第四系,氣藏埋深數(shù)十米至1 000多米,國內(nèi)外學(xué)者對埋藏較深的生物氣比較重視,但對埋藏在200 m以內(nèi)的淺層生物氣研究程度較低[13]。這是因?yàn)殚L期以來人們認(rèn)為,淺層生物氣雖易在淺層沉積物中生成,但也易于散失,難以聚集成具有工業(yè)價(jià)值的氣藏;缺乏經(jīng)濟(jì)有效的勘探開發(fā)技術(shù),投入大于產(chǎn)出。近幾年來,隨著勘探技術(shù)的提高及國際油氣價(jià)格的不斷上升,淺層生物氣藏的勘探開發(fā)呈現(xiàn)出投資少、見效快的特點(diǎn),逐漸引起了人們的重視。研究和勘探成果表明,生物氣藏的形成主要受溫度、還原—強(qiáng)還原環(huán)境、礦化度、水介質(zhì)pH 值、有機(jī)質(zhì)的類型和豐度、快速沉積、迅速埋藏、良好蓋層、有利圈閉等眾多的化學(xué)和地質(zhì)條件控制,這些因素的有利組合可促進(jìn)豐富的生物氣資源的形成[14]。一般把生物氣成氣的下限確定為80 ℃,主生氣帶為25～60 ℃,主峰為35 ℃。當(dāng)生物氣生存環(huán)境中氧的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.11%時(shí),其生長就會(huì)受到明顯抑制,適合產(chǎn)甲烷菌發(fā)育的氧化還原電位為-540～-590 mV。生物模擬實(shí)驗(yàn)表明,產(chǎn)甲烷菌在水礦化度不超過2 g/L 的鹽水介質(zhì)中發(fā)育良好,超過此值甲烷菌產(chǎn)率降低。同時(shí)產(chǎn)甲烷菌適于在中性的水中生長繁殖,適合生長的pH范圍為5.9～8.4,最佳pH為6.5～8.0。在水生草本植物發(fā)育地區(qū)和有陸源草本有機(jī)質(zhì)供給的三角洲、湖灘和河流沖積平原上,陸源有機(jī)質(zhì)豐度和甲烷產(chǎn)率高,是生物氣藏形成的有利地區(qū)。

三江盆地第三系發(fā)育兩套好的含煤及油頁巖層。從現(xiàn)今三江盆地的地貌特征來看,大面積第四為系覆蓋,且由于三江匯流、水系發(fā)育,地表多為河道砂體、河漫灘地。從整個(gè)沉積情況來看,三江盆地西部較厚,東部較薄,基底由元古界變質(zhì)巖和花崗巖組成。第三紀(jì)時(shí)期,整個(gè)盆地以沉降為主,沉積了一套沼澤相碎屑巖,應(yīng)用有效且經(jīng)濟(jì)的勘探淺層氣技術(shù)——靜力觸探技術(shù)，可以識別出這一地區(qū)古近紀(jì)及新近紀(jì)古河流及河道的發(fā)育史,這對進(jìn)一步勘探識別淺層生物氣有更加深遠(yuǎn)的意義。

4　結(jié)　論

(1)三江盆地西部綏濱坳陷以穆棱組、城子河組為主要的烴源巖,且進(jìn)入成熟階段,發(fā)育煤層氣,油氣勘探應(yīng)以找氣為主、找油為輔。

(2)鉆井揭示三江盆地的烴源巖分布廣且厚度較大,生烴潛力大,蓋層條件較好,具有良好的石油地質(zhì)條件,進(jìn)一步的構(gòu)造與沉積細(xì)化有利于各凹陷內(nèi)的有利區(qū)帶優(yōu)選與油氣尋找。

(3)前進(jìn)坳陷具有較大的勘探潛力,建議在下一步的勘探部署中,應(yīng)用有效且經(jīng)濟(jì)的勘探淺層氣方法——靜力觸探技術(shù),為三江盆地東部前進(jìn)坳陷淺層生物氣的勘探提供更加詳實(shí)的勘探資料。

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(編輯荀海鑫)

Characteristics of hydrocarbon generation and exploration direction of Sanjiang basin

ZHANGMingxue1,LIZongming1,WANGChao2

(1.School of Geosciences, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China; 2.Exploration & Development Research Institute, Daqing Oilfield Limited Company of PetroChina, Daqing 163712, China)

This paper is focused on the study of Sanjiang basin occurring as a complex superimposed basin of low degree of prospecting. The study identifies the characteristics and hydrocarbon generation potential of hydrocarbon source rock of Sanjiang basin by the systematic summarization of the existing geological understanding and the exploration results, the analysis of the stratigraphic distribution and characteristics, combination of basin tectonic background and depositional evolution characteristics and the statistical analysis of organic carbon， hydrocarbon generating potential and other petroleum geological parameters of the basin. The results show that the presence of a greater exploration potential in Sanjiang basin is due to the fact that Suibin depression, located in the western region of Sanjiang basin, consists of the main hydrocarbon source rocks dominated by Muling group and Chengzihe group and is at the mature stage for the development of coal-seam gas, requiring that an oil-gas exploration be dominated by gas search; and the shallow biogenic gas of Qianjin depression boasts a greater exploration potential. This study may provide a reference for the exploration and development of Sanjiang basin.

petroleum geological; tectonic setting; exploration targets; shallow biogenic gas

2015-04-13

國家重大科技專項(xiàng)(2011ZX05001-001-04)

張明學(xué)(1961-),男,遼寧省建平人,教授,博士,研究方向:層序地層學(xué)與石油地質(zhì),E-mail:hyszmx001@yahoo.com.cn。

10.3969/j.issn.2095-7262.2015.04.014

P618.13

2095-7262(2015)04-0421-05

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