遼寧省紅廟子盆地?zé)N源巖特征與生烴潛力研究
——來(lái)自紅地1井的證據(jù)

王丹丹，張文浩，李世臻，周新桂，劉衛(wèi)彬

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 油氣資源調(diào)查中心，北京 100083)

紅廟子盆地位于遼寧省新賓縣境內(nèi)，是近年來(lái)公益性油氣地質(zhì)調(diào)查工作在松遼外圍東南部新確定的中生代沉積盆地。盆地北部與柳河、通化盆地相鄰，南部與桓仁盆地相接，總面積為795 km2(圖1)。紅廟子盆地油氣勘探程度極低，盆地內(nèi)烴源巖層位和組成、有機(jī)質(zhì)類型及生烴潛力等石油地質(zhì)條件均未知，影響了通化地區(qū)整體油氣資源潛力評(píng)價(jià)和后續(xù)的勘探部署。為查明紅廟子盆地深部油氣地質(zhì)特征，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心于2016年在紅廟子盆地部署1口地質(zhì)調(diào)查井——紅地1井。

本文在紅廟子盆地詳細(xì)野外地質(zhì)調(diào)查和露頭剖面實(shí)測(cè)及巖心觀測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合紅地1井鉆探成果和巖心樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)下樺皮甸子組烴源巖組成和發(fā)育特征、有機(jī)質(zhì)豐度與類型、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、烴源巖礦物組成等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并據(jù)此進(jìn)行了紅廟子盆地?zé)N源巖生烴潛力評(píng)價(jià)，以期為紅廟子盆地及鄰區(qū)的油氣基礎(chǔ)地質(zhì)研究提供指導(dǎo)，為后續(xù)資源勘查和部署提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

紅廟子盆地的大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)東北緣[1-3]，其北端以敦(化)—密(山)斷裂帶與興安地槽褶皺區(qū)相接；地層劃分上屬于華北地層大區(qū)，盆地的基底主要是太古界和中下元古界變質(zhì)巖系[4]，盆內(nèi)中生界發(fā)育較齊全，自下而上為中侏羅統(tǒng)侯家屯組，下白堊統(tǒng)果松組、鷹嘴砬子組、林子頭組、下樺皮甸子組、亨通山組及第四系。

圖1 紅廟子盆地及紅地1井位置

依據(jù)詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和重磁電勘探工作初步揭示：研究區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)構(gòu)造以NE向?yàn)橹鳎璧鼗鬃畲笊疃燃s2.4 km，盆地的東北、西北、西南緣均被斷裂所控制(圖1)。地表出露主要為第四系黏土和礫石及果松組和林子頭組火山巖，沉積地層主要有下白堊統(tǒng)下樺皮甸子組、鷹嘴砬子組和中侏羅統(tǒng)侯家屯組。紅地1井鉆穿了亨通山組(厚189.45 m)和下樺皮甸子組(厚669.74 m)，揭示與下伏林子頭組呈整合接觸[5]，并在下樺皮甸子組發(fā)育油氣顯示50層(圖2)。

2 樣品特征和實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法

本文樣品采自紅地1井下樺皮甸子組巖心。下樺皮甸子組井深范圍為202.45～872 m，樣品巖性主要為黑色泥巖，少量為黑灰色粉砂質(zhì)泥巖，單層最厚為24.85 m，累計(jì)厚度為101.16 m。為了減小誤差，巖心均用清水沖洗干凈再進(jìn)行取樣，共采集烴源巖樣品151件。整個(gè)下樺皮甸子組均進(jìn)行了系統(tǒng)取樣，對(duì)較好的泥巖段進(jìn)行加密取樣，以保證所測(cè)數(shù)據(jù)具有代表性。對(duì)烴源巖樣品進(jìn)行了總有機(jī)碳含量的系統(tǒng)測(cè)試分析，并有選擇性地進(jìn)行巖石熱解、氯仿瀝青“A”、干酪根碳同位素、鏡質(zhì)體反射率及礦物組成等多項(xiàng)測(cè)試分析，所有的測(cè)試分析均在長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。詳細(xì)的各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比見圖3所示。

圖2 紅廟子盆地紅地1井下樺皮甸子組巖心油氣顯示與熒光對(duì)比

a.321 m處灰色細(xì)砂巖斷面油斑；b. 467 m處灰白色細(xì)砂巖中裂縫含油；c.523 m處灰黑色粉砂巖裂隙含油；d.577 m處灰白色細(xì)砂巖裂縫含油

Fig.2 Oil and gas shows and fluorescence of core samples collected from the Xiahuapidianzi Formation,well Hongdi 1, Hongmiaozi Basin

圖3 紅廟子盆地紅地1井下樺皮甸子組地球化學(xué)綜合柱狀圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)地球化學(xué)測(cè)試分析結(jié)果表明：下樺皮甸子組151個(gè)巖心樣品中有機(jī)碳含量(TOC)為0.15%～5.31%，平均值1.02%(圖3,圖4a)，其中，49個(gè)樣品TOC為0.6%～1.0%，占總樣品個(gè)數(shù)的32.5%，59個(gè)樣品TOC 為1.2%～2.0%，占樣品總數(shù)的39.1%；27個(gè)暗色泥巖巖心樣品的氯仿瀝青“A”含量為0.002 2%～0.305 9%，平均值0.071%；29個(gè)巖心樣品總烴(HC)為(6～1 966)×10-6，平均值為322×10-6；65個(gè)巖心樣品生烴潛力(S1+S2)分布在0.02～9.17 mg/g之間，平均值為0.89 mg/g (圖4a、4b)，綜合評(píng)定為中等的生油巖。

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是確定烴源巖生烴特性的重要參數(shù)[6-7]，有機(jī)質(zhì)類型不同，生烴潛力、產(chǎn)烴類型及門限深度(溫度)也都有一定的差異[8-11]。如經(jīng)典的Tmax-HI有機(jī)質(zhì)類型圖版能很好地劃分有機(jī)質(zhì)的類型，但在有機(jī)質(zhì)成熟度較高時(shí)，烴源巖熱解Tmax的測(cè)量具有一定的誤差，特別是在熱解烴S2<0.2 mg/g的情況下，測(cè)得的Tmax數(shù)據(jù)一般不具有實(shí)際意義，此時(shí)用Tmax-HI圖版劃分有機(jī)質(zhì)類型可靠性不強(qiáng)[12]。

圖4 紅廟子盆地紅地1井下樺皮甸子組有機(jī)質(zhì)分布頻率(a)和生烴潛量分布頻率(b)

為準(zhǔn)確判別烴源巖有機(jī)質(zhì)類型，結(jié)合烴源巖成熟度，本文通過(guò)干酪根鏡檢法、姥鮫烷/植烷的比值法和碳同位素法等來(lái)確定有機(jī)質(zhì)類型。

3.2.1 干酪根鏡檢法

紅地1井下樺皮甸子組13個(gè)巖心樣品干酪根鏡檢分析結(jié)果(表1)中，除1個(gè)黑色泥巖的類型指數(shù)為86(反映干酪根指數(shù)為Ⅰ型)外，其他樣品干酪根以腐泥組和惰質(zhì)組占優(yōu)勢(shì)，二者含量之和大于87%，類型指數(shù)為3～78，屬Ⅱ1-Ⅱ2型干酪根。

3.2.2 姥鮫烷/植烷比值法

姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)主要反映烴源巖的沉積環(huán)境，同時(shí)也與生物來(lái)源有關(guān)，亦可反映有機(jī)質(zhì)類型[13-14]。紅地1井3個(gè)黑色泥巖樣品中，1個(gè)樣品的Pr/Ph值為0.93，具有較弱的植烷優(yōu)勢(shì)，指示為Ⅱ型干酪根；另外2個(gè)樣品的Pr/Ph值分別為1.08和1.3，具有姥鮫烷優(yōu)勢(shì)，為Ⅲ型干酪根。

3.2.3 干酪根碳同位素法

紅地1井46個(gè)巖心樣品的干酪根碳同位素分析結(jié)果(表2)表明：下樺皮甸子組干酪根碳同位素值(δ13C干(PDB))有2個(gè)樣品小于-28‰，反映為Ⅰ型干酪根；7個(gè)樣品分布在-28‰～-26.5‰之間，反映為Ⅱ1型干酪根；有17個(gè)樣品分布在-26.5‰～-25‰之間，反映為Ⅱ2型干酪根；有19個(gè)樣品大于-25‰，反映為Ⅲ型干酪根。綜合研究認(rèn)為，紅地1井下樺皮甸子組干酪根類型以Ⅲ型和Ⅱ2型為主，含有Ⅱ1型和Ⅰ型。

3.3 有機(jī)質(zhì)熱演化程度

3.3.1 鏡質(zhì)體反射率(Ro)

紅地1井下樺皮甸子組13個(gè)巖心樣品測(cè)試結(jié)果表明，烴源巖的鏡質(zhì)體反射率在1.309%～1.842%之間，平均值1.53%，并有隨深度增加鏡質(zhì)體反射率增大的趨勢(shì)。按照我國(guó)烴源巖的評(píng)價(jià)規(guī)范[15]，屬于高成熟凝析氣生成階段。

3.3.2 生物標(biāo)志化合物

通過(guò)對(duì)下樺皮甸子組黑色泥巖生物標(biāo)志化合物分析(表3)表明：直鏈烷烴CPI值為1.03～1.07，正烷烴的奇偶優(yōu)勢(shì)已消失，表明有機(jī)質(zhì)已達(dá)到成熟階段；甾烷成熟度參數(shù)C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)值分別為0.35～0.57和0.31～0.44，nC21-/nC22+分布在1.30～1.46之間，均表明有機(jī)質(zhì)處于成熟階段。

表1 紅廟子盆地紅地1井下樺皮甸子組干酪根類型鏡檢結(jié)果

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)字代表樣品個(gè)數(shù)。

表2 紅廟子盆地紅地1井下樺皮甸子組干酪根碳同位素測(cè)試結(jié)果

表3 紅廟子盆地紅地1井下樺皮甸子組烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度參數(shù)

4 油氣成藏條件分析

4.1 生烴潛力

從有機(jī)質(zhì)豐度看，TOC含量較高，具有一定的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)，但氯仿瀝青“A”及生烴潛量數(shù)值較低，屬于差的烴源巖，其原因推測(cè)是有機(jī)質(zhì)成熟度較高，很可能是液態(tài)烴已經(jīng)排出所致。結(jié)合有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”、總烴以及生烴潛量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮有機(jī)質(zhì)類型以及有機(jī)質(zhì)成熟度等因素[16-17]，并按照我國(guó)烴源巖的評(píng)價(jià)規(guī)范[15]，紅廟子盆地下樺皮甸子組烴源巖屬于中等的烴源巖。本文用干酪根鏡檢法、碳同位素法、姥鮫烷/植烷的比值法劃分有機(jī)質(zhì)類型則稍有不同，但總體上顯示該地區(qū)下樺皮甸子組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型和Ⅱ2型為主，局部含有Ⅱ1型和Ⅰ型；而鏡質(zhì)體反射率和生物標(biāo)志化合物數(shù)據(jù)分析顯示下樺皮甸子組烴源巖處于成熟—過(guò)成熟階段，推測(cè)應(yīng)與烴源巖下伏林子頭組火山巖侵位后的烘烤作用有關(guān)，巖漿活動(dòng)所攜帶的高熱流可以提高古地溫，加速生油巖的演化，亦可導(dǎo)致與巖漿巖毗鄰的生油巖達(dá)到高成熟或過(guò)成熟。從紅地1井實(shí)鉆巖心觀察和描述分析，發(fā)現(xiàn)多層油氣顯示(圖2)，表明紅廟子盆地存在具有較好生烴潛力的烴源巖，至少發(fā)生過(guò)油氣的生成和運(yùn)移。

4.2 泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性能

黏土礦物的含量對(duì)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的孔隙類型、孔喉結(jié)構(gòu)和含氣性具有一定的影響[18-22]。紅廟子盆地下樺皮甸子組烴源巖通過(guò)X射線衍射法(XRD)揭示，這套黑色富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的礦物成分主要為石英和黏土。8個(gè)樣品黏土礦物含量較高，在30%～71%之間，平均值58.4%，脆性礦物總體含量為27%～70%，平均值41.4%，這對(duì)改善儲(chǔ)層的特性具有一定的作用。

泥頁(yè)巖本身結(jié)構(gòu)較致密，但是泥頁(yè)巖之間的微裂縫能極大地改善泥頁(yè)巖的滲透能力，為油氣運(yùn)移提供通道，同時(shí)泥頁(yè)巖中發(fā)育的泥晶間微孔隙也為頁(yè)巖油氣提供儲(chǔ)集空間[23]。紅地1井下樺皮甸子組泥巖掃描電鏡分析結(jié)果顯示，泥晶間微孔隙較多(圖5)，一般小于1 μm，少量1～15 μm，這些微裂縫有利于后期的人工造縫，對(duì)改善儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道具有重要意義。

4.3 蓋層及生儲(chǔ)蓋組合特征

下樺皮甸子組泥巖發(fā)育厚度大，可作為區(qū)域性蓋層，阻止油氣向上運(yùn)移，起到良好的蓋層作用。

圖5 紅廟子盆地紅地1井下樺皮甸子組泥巖掃描電鏡照片

下樺皮甸子組中夾有沉凝灰?guī)r、砂巖、粉砂巖，具備儲(chǔ)集條件，泥頁(yè)巖中微裂縫、泥晶間微孔隙對(duì)改善儲(chǔ)層也有一定的貢獻(xiàn)，構(gòu)成自生自儲(chǔ)組合；與下樺皮甸子組整合接觸的林子頭組主要巖性為凝灰?guī)r、粉砂巖，可作為儲(chǔ)層，構(gòu)成頂生式組合。

5 結(jié)論

(1)紅廟子盆地下白堊統(tǒng)下樺皮甸子組暗色泥巖中發(fā)育多層油氣顯示，暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度中等，具有一定的生油氣物質(zhì)基礎(chǔ)；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2-Ⅲ為主，局部含有Ⅱ1和Ⅰ型；Ro分布在1.31%～1.84%之間，平均值1.53%，有機(jī)質(zhì)演化程度高，處于高成熟階段，具有較好的生烴潛力，并發(fā)生過(guò)油氣生成和運(yùn)移。

(2)下樺皮甸子組暗色泥巖脆性礦物含量高，泥晶間微孔隙發(fā)育，有利于油氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移，泥巖厚度大可阻止油氣向上運(yùn)移，且具有利的生儲(chǔ)蓋組合，具備油氣生成、聚集、運(yùn)移和保存的成藏條件。