黔南坳陷下奧陶統(tǒng)油苗與瀝青特征及其成藏史

康建威，余　謙，田晶春，閆劍飛，門玉澎，戚明輝

黔南坳陷下奧陶統(tǒng)油苗與瀝青特征及其成藏史

康建威1，2，余謙2，田晶春1，閆劍飛2，門玉澎2，戚明輝3，4

（1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都610051；2.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都610081；3.頁巖氣評價(jià)與開采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610091；4.四川省煤田地質(zhì)局，成都610072）

應(yīng)用GC-MS和IRMS測試技術(shù)，對黔南坳陷下奧陶統(tǒng)紅花園組油苗及瀝青進(jìn)行分析，對其成熟度及油源進(jìn)行了分析對比，并探討油氣成藏史。研究表明，紅花園組瀝青為氧化成因，主要分布于研究區(qū)南部的丹寨—麻江地區(qū)；研究區(qū)北部的凱里地區(qū)以油苗顯示為主，以下寒武統(tǒng)牛蹄塘組為主力烴源巖，以中下志留統(tǒng)翁項(xiàng)群頁巖為次要烴源巖，具混源特征。受多期次構(gòu)造活動的影響，研究區(qū)內(nèi)的成藏史較為復(fù)雜，具多旋回的成藏-破壞特點(diǎn)，其中以晚燕山運(yùn)動期的破壞活動最為強(qiáng)烈。

黔南坳陷；下奧陶統(tǒng)；紅花園組；油苗；瀝青；油源分析；成藏史

黔南坳陷夾持于黔中隆起與雪峰隆起之間（圖1），古生界成藏條件優(yōu)越，包括下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（Э1n）在內(nèi)的多套烴源巖為研究區(qū)提供了雄厚的成藏物質(zhì)基礎(chǔ)；上寒武統(tǒng)、下奧陶統(tǒng)紅花園組（O1h）及中下志留統(tǒng)翁項(xiàng)群（S1-2w）砂巖儲集層較為發(fā)育，是烴類的有效儲集體。在地史上曾發(fā)生大規(guī)模的油氣成藏事件，麻江古油藏就位于此［1］。十分活躍的構(gòu)造運(yùn)動，是影響研究區(qū)油氣保存條件的最主要因素。下寒武統(tǒng)牛蹄塘組烴源巖沉積之后，主要經(jīng)歷了以升降為主的加里東運(yùn)動期的都勻運(yùn)動和廣西運(yùn)動，海西及印支運(yùn)動期在研究區(qū)內(nèi)表現(xiàn)相對較弱，而燕山運(yùn)動晚期強(qiáng)烈的造山運(yùn)動，基本奠定了研究區(qū)的構(gòu)造面貌。

研究區(qū)油氣顯示豐富［1-2］，下奧陶統(tǒng)紅花園組油氣顯示復(fù)雜，固、液態(tài)烴類并存，反映了復(fù)雜的油氣充注系統(tǒng)和改造過程。前人雖已對研究區(qū)的油氣顯示做了較多的研究工作，并取得了不少新的認(rèn)識［3-9］，但仍相對缺乏對下奧陶統(tǒng)紅花園組的針對性地研究。紅花園組作為研究區(qū)的主要儲集層段，蘊(yùn)藏著烴源巖及成藏等方面的重要信息，有必要對紅花園組的油苗及瀝青顯示做進(jìn)一步的深入分析。作者較為系統(tǒng)地對凱里、麻江及丹寨等地區(qū)的紅花園組油苗及瀝青顯示點(diǎn)進(jìn)行樣品采集和資料收集，經(jīng)過綜合研究，對其成熟度及油源進(jìn)行了分析對比，并探討了其油氣成藏史。

1　紅花園組概況

受加里東運(yùn)動期都勻運(yùn)動的影響，研究區(qū)內(nèi)紅花園組與上覆中下志留統(tǒng)翁項(xiàng)群呈平行不整合接觸。紅花園組為臺地邊緣淺灘沉積，以高能生物碎屑灰?guī)r為主，其重結(jié)晶作用強(qiáng)烈，原生孔隙不發(fā)育，儲集空間以次生孔隙為主。分析表明，紅花園組為低孔特低滲儲集層，孔隙度為0.48%～5.93%，平均為1.77%，其中75%的樣品孔隙度小于2.00%；滲透率為0.001 0～0.050 0 mD，平均僅為0.007 5 mD.成巖后期的溶蝕［10］及裂縫改造作用，是紅花園組儲集層發(fā)育的主控因素。

2　油苗與瀝青的基本特征

野外調(diào)查資料表明［1-11］，研究區(qū)下奧陶統(tǒng)紅花園組的瀝青與油苗均產(chǎn)于溶洞或裂縫中，其產(chǎn)出部位受志留系與奧陶系不整合面控制，位于古風(fēng)化殼巖溶區(qū)及淺埋深溶蝕帶。此外，油氣顯示具有明顯的地區(qū)性差異，如圖1所示，在麻江—?jiǎng)P里以北多為液態(tài)的油苗，如虎47井即位于此；而在麻江—?jiǎng)P里以南則均為固體瀝青顯示。研究區(qū)的瀝青呈渣狀、粉末狀，能污手并具一定的黏性，與熱蝕變焦瀝青存在明顯差異。一般而言，焦瀝青多呈棱角狀和鑲嵌狀賦存于縫洞中，如川東北飛仙關(guān)組固體瀝青［12］及金沙巖孔燈影組瀝青［13］。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造區(qū)劃及紅花園組油氣顯示點(diǎn)

有機(jī)地球化學(xué)方面，紅花園組油苗及瀝青的飽和烴均具單峰—前峰型分布特征（表1），主峰碳數(shù)多為nC15或nC16，飽和烴輕重比（ΣnC21-/ΣnC21+）多大于2，以輕質(zhì)烴組分占絕對優(yōu)勢。油苗（瀝青）有機(jī)碳同位素組成明顯偏輕，均小于-30‰，反映出海相烴類的特點(diǎn)。類異戊二烯烷烴中姥植比表明烴類形成于氧化—還原交替的環(huán)境。

表1　黔南坳陷下奧陶統(tǒng)紅花園組油苗及瀝青部分有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)

3　油苗與瀝青的成熟度

瀝青的宏觀特征表明，其受熱程度并不是太高；熱解分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示瀝青仍具有較高的熱解烴（S2）產(chǎn)出（表1），相對低的瀝青鏡質(zhì)體反射率（0.464%～0.966%）也證實(shí)其具較低的成熟度（表1），而熱蝕變焦瀝青往往難有熱解烴產(chǎn)出。因此，研究區(qū)內(nèi)的瀝青是油苗受暴露氧化所致，應(yīng)為氧化瀝青。

一般認(rèn)為，原油族組成中飽和烴含量、非烴含量的高低與原油成熟度密切相關(guān)，原油成熟度越高，飽和烴含量越高，非烴含量越低；相反，則飽和烴含量越低，非烴含量越高。研究區(qū)瀝青及油苗的飽和烴含量在50%～80%，飽和烴與芳烴之比大于3；反映成熟度特征的奇偶優(yōu)勢為0.95～1.10，奇偶優(yōu)勢不明顯。紅花園組油苗的C29αββ/C29（ααα+αββ）為0.67，與平衡值（0.67～0.71）［14］相仿。這些有機(jī)地球化學(xué)特征表明，油苗與瀝青已具成熟特征。

4　油苗與瀝青的烴源巖分析

前人的研究成果表明，研究區(qū)紅花園組的瀝青及油苗主要來源于下寒武統(tǒng)牛蹄塘組［1，3，6］。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，紅花園組油苗具有偏輕的碳同位素組成（-32.2‰～-30.6‰）。而牛蹄塘組烴源巖的干酪根碳同位素值為-33.72‰～-31.63‰，平均為-32.19‰，同具偏輕的特點(diǎn)。由此可見，紅花園組油苗與牛蹄塘組烴源巖的碳同位素組成相仿，二者具親緣關(guān)系，與前人的認(rèn)識一致。此外，根據(jù)文獻(xiàn)［15］的研究成果，研究區(qū)還存在多套烴源巖系，通過對比下二疊統(tǒng)棲霞組（P1q）烴源巖碳同位素值（-28.67‰），與紅花園組油苗及瀝青存在明顯差別。

油苗、瀝青及烴源巖中Pr/nC17和Ph/nC18，通常用來研究母質(zhì)類型、形成環(huán)境和成熟度［16-18］。瀝青的Pr/ nC17和Ph/nC18偏小，分布范圍相對集中，為0.1～0.4；而油苗的Pr/nC17和Ph/nC18分布范圍變化較大，為0.3～1.1.通過對比可以看出（圖2），翁項(xiàng)群油苗與丹寨和麻江紅花園組瀝青的Pr/nC17和Ph/nC18相當(dāng)，可能為同源，而凱里落棉及凱里凱棠的紅花園組部分油苗則與牛蹄塘組烴源巖明顯具親緣關(guān)系。此外，尚有部分油苗的參數(shù)介于上述二者之間，反映出混源的信息。由此可見，瀝青與油苗的烴源巖存在一定的差異。

圖2　黔南坳陷下奧陶統(tǒng)油苗、瀝青中Pr/nC18與Ph/nC17相關(guān)性（其中凱里凱棠油苗參數(shù)引自文獻(xiàn)［8］）

圖3　黔南坳陷紅花園組瀝青、油苗和烴源巖單體碳同位素曲線（WY-SY1，WY-SY2，KL-Y2數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［19］）

紅花園組瀝青的單體碳同位素組成則明顯偏重于油苗（圖3），與牛蹄塘組烴源巖具可比性。而紅花園組油苗則與牛蹄塘組烴源巖的差異性較大，明顯偏輕，差值在3‰以上，與翁項(xiàng)群油苗具較好的相關(guān)性。紅花園組油苗的單體碳同位素組成及其曲線分布形態(tài)與翁項(xiàng)群油苗一致（圖3），反映出紅花園組油苗與翁項(xiàng)群油苗具同源關(guān)系，均源于同層系的翁項(xiàng)群頁巖［11］。與上述認(rèn)識一致，即紅花園組油苗也在一定程度上受翁項(xiàng)群頁巖的影響，具混源特征。此外，瀝青的單體碳同位素組成由丹寨往麻江具逐漸偏輕的趨勢（圖3），反映出受翁項(xiàng)群頁巖的影響逐漸增強(qiáng)。由此可見，紅花園組油苗和瀝青在研究區(qū)南部為牛蹄塘組單源供烴，往北翁項(xiàng)群頁巖則參與其中，且具逐漸加強(qiáng)的趨勢。

5　成藏史分析

加里東運(yùn)動期發(fā)生的2次構(gòu)造運(yùn)動，對研究區(qū)的油氣成藏產(chǎn)生了重要影響。早期的都勻運(yùn)動，造成中—上奧陶統(tǒng)缺失；晚期的廣西運(yùn)動，在研究區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為缺失上志留統(tǒng)，中下志留統(tǒng)翁項(xiàng)群與上覆地層呈平行不整合接觸［20］。黔中隆起及麻江背斜雛形形成于都勻運(yùn)動，為有利的油氣聚集指向區(qū)［20］。此時(shí)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組烴源巖雖已進(jìn)入主力生油期（圖4），但奧陶系的儲集層尚未形成。正如前述，下奧陶統(tǒng)紅花園組基質(zhì)十分致密，并不具備儲集意義，其儲集能力的形成與都勻運(yùn)動密切相關(guān)。都勻運(yùn)動的抬升作用對奧陶系造成不同程度的剝蝕（剝蝕幅度一般在100～200 m）［20］，使紅花園組間接或直接暴露地表，遭受風(fēng)化淋濾，生成大量的溶蝕孔洞，形成風(fēng)化殼型巖溶儲集層，為油氣聚集提供了儲集空間。另一方面，都勻運(yùn)動的發(fā)生形成了一定規(guī)模的斷裂，如貴定—?jiǎng)P里斷裂［20］，為牛蹄塘組烴源巖生成的烴類運(yùn)移進(jìn)入紅花園組儲集層提供了通道，此斷裂也是油氣顯示差異的界限。都勻運(yùn)動后，研究區(qū)進(jìn)入相對穩(wěn)定的沉降期，沉積了潮坪相砂泥質(zhì)的中下志留統(tǒng)翁項(xiàng)群。翁項(xiàng)群下部以潮間—潮下亞相砂巖為主，具一定的儲集意義，在麻江地區(qū)有大量的瀝青發(fā)現(xiàn)［1］；上部為潮上泥坪沉積，既為紅花園組的直接蓋層，也是一套次要的烴源巖層，影響著奧陶系的油氣分布。至此，在研究區(qū)內(nèi)形成了良好生、儲、蓋組合及圈、運(yùn)匹配關(guān)系，以麻江為代表的古油藏發(fā)生了第一次油氣運(yùn)聚成藏。

發(fā)生于加里東運(yùn)動末期的廣西運(yùn)動活動范圍大、時(shí)限長，對研究區(qū)內(nèi)早期形成的古油藏產(chǎn)生了重大的破壞作用，如麻江古油藏。志留系遭受不同程度的剝蝕，原先的蓋層被破壞，致使油氣散失并暴露地表遭受氧化，在下奧陶統(tǒng)紅花園組儲集層中形成氧化瀝青。來自紅花園組儲集層原生石英的流體包裹體分析數(shù)據(jù)，也支持這一認(rèn)識［4］。此時(shí)形成的氧化瀝青也為后來的油氣再次聚集形成了封堵條件，阻止奧陶系油氣發(fā)生垂向運(yùn)移進(jìn)入上覆地層中。這是在研究區(qū)發(fā)生的第一次油藏破壞事件。海西運(yùn)動期發(fā)生了多次構(gòu)造抬升事件，以緩慢沉降為主（圖4），對烴源巖熱演化起到了加速作用。此階段牛蹄塘組烴源巖熱演化進(jìn)入生油晚期，翁項(xiàng)群頁巖尚處于未成熟階段。

圖4　麻江—都勻地區(qū)寒武系—二疊系埋藏史

印支運(yùn)動期以快速沉降為主（圖4），牛蹄塘組烴源巖進(jìn)入生氣階段，翁項(xiàng)群頁巖及二疊系烴源巖也相續(xù)達(dá)到生烴門限。此時(shí)，翁項(xiàng)群頁巖生產(chǎn)油氣向下運(yùn)移進(jìn)入紅花園組，由于其分布受早期古地理格局的嚴(yán)格控制，油氣主要有限地分布于相對構(gòu)造高部位的麻江—?jiǎng)P里地區(qū)（潮上帶）。因此，主要影響著研究區(qū)北部的油氣分布，在研究區(qū)表現(xiàn)為混源特征。油源對比分析表明，二疊系烴源巖生成的油氣并未運(yùn)移進(jìn)入紅花園組，野外的宏觀調(diào)查資料也顯示研究區(qū)的泥盆系、石炭系殘余地層中至今尚未發(fā)現(xiàn)油氣顯示，而如果二疊系烴源巖生成的烴類發(fā)生向下運(yùn)移事件，那么必然會在上述地層中存在運(yùn)移痕跡。此時(shí)，麻江古油藏發(fā)生了第二次油氣運(yùn)聚事件。

燕山運(yùn)動早期，翁項(xiàng)群頁巖處于生油的高峰期。此時(shí)，紅花園組的埋深達(dá)到最大（約3 700 m），經(jīng)歷的最高地層溫度約為142℃.按照熱模擬實(shí)驗(yàn)的動力學(xué)參數(shù)推算，油藏中的原油開始裂解的溫度為160～190℃［21］。由此可見，在此地質(zhì)條件下不足以使原油發(fā)生裂解，液態(tài)烴類得以保存。燕山運(yùn)動晚期，研究區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的造山運(yùn)動，致使麻江古油藏被完全破壞。在貴定—?jiǎng)P里斷裂以南，地層整體抬升明顯，剝蝕強(qiáng)烈，形成了氧化瀝青區(qū)；而在北部，抬升作用相對較弱，并在局部形成相對穩(wěn)定的塊體，具有較好的保存條件，大量的液態(tài)油苗多發(fā)現(xiàn)于此。

綜上所述，研究區(qū)以下寒武統(tǒng)牛蹄塘組為主力烴源巖，以翁項(xiàng)群頁巖為輔，發(fā)生了2次液態(tài)烴類聚集、1次氣態(tài)烴類聚集、2次破壞事件，其中以晚燕山運(yùn)動期的破壞最為強(qiáng)烈，并形成現(xiàn)今的古油藏面貌。多期次的構(gòu)造抬升活動，造成下奧陶統(tǒng)紅花園組埋深未達(dá)到油型裂解氣的門限，油氣地球化學(xué)特征也指示了研究區(qū)內(nèi)油苗及瀝青的受熱程度并不太高，因此，研究區(qū)并不具備形成焦瀝青的條件。

6　結(jié)論

（1）多期次的構(gòu)造活動使黔南坳陷下奧陶統(tǒng)紅花園組埋深未達(dá)到油型裂解氣的門限，紅花園組瀝青為氧化瀝青。

（2）研究區(qū)存在下寒武統(tǒng)牛蹄塘組和中下志留統(tǒng)翁項(xiàng)群2套烴源巖，以牛蹄塘組為主力烴源巖，翁項(xiàng)群頁巖生成的油氣主要影響北部麻江—?jiǎng)P里一帶的油氣分布。

（3）研究區(qū)分別在都勻運(yùn)動和印支運(yùn)動時(shí)期發(fā)生了2次液態(tài)烴類聚集事件，在燕山運(yùn)動早期發(fā)生氣態(tài)烴類聚集事件。經(jīng)歷燕山運(yùn)動晚期的強(qiáng)烈構(gòu)造活動后形成現(xiàn)今古油藏面貌。

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（編輯顧新元）

Characteristics of Oil Seepages and Bitumen of Lower Ordovician and Its Hydrocarbon Accumulation History in Southern Guizhou Depression

KANG Jianwei1，2，YU Qian2，TIAN Jingchun1，YAN Jianfei2，MEN Yupeng2，QI Minghui3，4
（1.Research Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610051，China；2.Chengdu Geological Survey Center，China Geological Survey，Chengdu，Sichuan 610081，China；3.Sichuan Key Laboratory of Shale Gas Evaluation and Exploitation，Chengdu，Sichuan 610091，China；4.Sichuan Coalfield Geology Bureau，Chengdu，Sichuan 610072，China）

Using GC-MS and IRMS testing technologies，the paper analyzes oil seepages and bitumen，correlates their maturity and oil sources，and discusses hydrocarbon accumulation history in Lower Ordovician Honghuayuan formation in southern Guizhou depression.The result shows that the oxidized bitumen in Honghuayuan formation is mainly found in Danzhai-Majiang area in the southern study area；while the Kaili area in the northern study area with oil shows occuing widely，oil shows occur widely，and is of mixture source characteristics by the fact that the major source rocks appear in Niutitang formation of the Lower Cambrian，the secondary hydrocarbon source rocks are found in Wengxiang shale of the Middel-Lower Silurian.Under the influence of multi-stage tectonic activities，the hydrocarbon accumulation history is relatively complex and featured with accumulation-destruction of multicycles，among which the destruction is the strongest during the late Yanshan Movement period.

southern Guizhou depression；Lower Ordovician；Honghuayuan formation；oil seepage；bitumen；oil-source analysis；hydrocarbon accumulation history

TE112.114

A

1001-3873（2016）05-0507-05DOI：10.7657/XJPG20160502

2016-04-20

2016-07-07

中國地質(zhì)調(diào)查局“四川盆地下古生界海相頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查”（121201010000150004）

康建威（1980-），男，河南鄢陵人，博士研究生，沉積與油氣地質(zhì)，（Tel）13880968098（E-mail）best_kang@163.com