下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖地球化學特征分析

張飛燕

(中國石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，南京 210011)

下?lián)P子區(qū)經(jīng)過近60年的勘探，除在蘇北新生界陸相地層及黃橋地區(qū)上古生界龍?zhí)督M獲得工業(yè)油氣流外，區(qū)內(nèi)海相油氣勘探迄今未獲實質(zhì)性突破。

近期，上揚子地區(qū)相繼在磨溪、高石梯龍王廟組、震旦系燈影組取得了重大突破，同屬揚子塊體的下?lián)P子地區(qū)是否具備與上揚子下古生界相似的沉積條件、氣源物質(zhì)基礎是否優(yōu)越、有利勘探方向在哪里等一直是地質(zhì)學家長期以來關心的問題，本文在前人研究的基礎上系統(tǒng)收集下?lián)P子下古生界大量的露頭、鉆井資料，對下寒武統(tǒng)荷塘組的氣源條件進行了分析，為后期科學勘探提供基礎依據(jù)[1-3]。

1 地質(zhì)背景

下?lián)P子區(qū)中、古生界屬于保存下來的晉寧期—印支期揚子邊緣海盆地的一部分，其構造運動方式以振蕩運動為主，水平運動相對較弱，使該區(qū)始終保持著持續(xù)沉降的狀態(tài)，早寒武世，是繼震旦系沉積之后海侵規(guī)模進一步擴大的海相沉積；下?lián)P子地區(qū)主要發(fā)育臺地相、斜坡相和陸棚-盆地相，宣城地區(qū)處于陸棚-盆地相之內(nèi)，泥頁巖厚度主要在100～600m之間，整體呈中心往四周遞減趨勢，存在2個北東向沉積中心(石臺-涇縣沉積中心與淳安-德清沉積中心)。中寒武世，在早寒武世海侵高峰之后，海水略有退卻，除皖南、浙西部分地區(qū)為深色泥巖，仍保持了盆地相外，早寒武世盆地相區(qū)大部分轉變?yōu)殛懪锃h(huán)境。晚寒武世，繼續(xù)海退趨勢，臺地區(qū)進一步擴大。整體上下?lián)P子的沉積環(huán)境為下寒武統(tǒng)的烴源巖發(fā)育提供了較好的條件[4]。

2 烴源巖地球化學特征[5-6]

2.1 有機質(zhì)豐度

針對39個樣品進行的熱裂解測試結果統(tǒng)計結果顯示TOC含量平均為5.01%， 但具有不均一性，最高值為16.86%，最少僅為0.08%。

表1 下?lián)P子地區(qū)巖石熱裂解測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖1 柘林壩剖面荷塘組氣源巖氣源條件柱狀圖Figure 1 Zhelinba section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

宣城以東地區(qū)的柘林壩、羅村、太蔡嶺、劉家橋等剖面荷塘組TOC含量范圍為0.33%～13.48%，平均為5.76%，有機質(zhì)豐度最高；其中，柘林壩剖面TOC均值最高，達到7.61%，劉家橋剖面次之，可以達到5.15%。典型的剖面是柘林壩剖面，該剖面上TOC的高值都集中在下部的炭質(zhì)頁巖發(fā)育層段。

黃栗樹、幕府山兩個剖面的TOC含量范圍為0.14%～3.95%，平均為1.13%，有機質(zhì)豐度相對較低，但其中幕府山剖面屬于有機質(zhì)高的剖面(圖2)。

表2 柘林壩剖面巖石熱裂解測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖2 幕府山剖面荷塘組氣源巖氣源條件柱狀圖Figure 2 Mufushan section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

圖3 藍田剖面荷塘組氣源巖氣源條件柱狀圖Figure 3 Lantian section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

藍田、洪村、巖寺村、紅桃村等剖面TOC含量范圍為0.08%～16.85%，平均值為4.5%，略低于東部剖面，有機質(zhì)豐度較高，生烴潛力為0.01～0.04mg/g?？傮w上有機質(zhì)豐度值較高。藍田剖面是西部區(qū)比較完整的一條剖面，是有機質(zhì)最高的剖面，有機質(zhì)豐度最好的是紅桃村剖面，平均值可以達到7.31%(圖3)。

圖4 早寒武世黑色巖系不同巖石類型有機碳含量特征圖Figure 4 Organic carbon content characteristic patterns of early Cambrian black rock series different rock types

根據(jù)野外采集的巖石樣品所測試的有機碳數(shù)據(jù)對黑色巖系不同類型巖石有機質(zhì)豐度做出對比分析，可以看出炭質(zhì)頁巖的有機質(zhì)豐度(TOC含量2.63%～12.77%)要明顯的高于其他類型巖石；另外，灰?guī)r有機質(zhì)豐度(TOC含量0.01%～0.22%)極低，TOC平均值僅為0.12%；泥頁巖、硅質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖及硅質(zhì)巖有機質(zhì)豐度變化不大，TOC平均值為0.8%(表3，圖4)。

表3 早寒武世黑色巖系巖石樣品有機碳含量表

2.2 有機質(zhì)類型

本次研究主要利用干酪根鏡檢的方法，共送樣29份，實測26份，結果如表4所示。干酪根類型全部為Ⅰ型，有機質(zhì)組分主要為腐泥組，平均比重為95.7%，另含少量固體瀝青，平均比重為4.3%，幾乎不含殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰性組。其中腐泥組中以藻類體為主，具藻類結構，黑色無熒光； 另含少量腐泥無定形體，云霧、團塊狀，黑色無熒光。固體瀝青一般為塊狀，黑色無熒光(圖5)。

表4 下?lián)P子地區(qū)荷塘組有機質(zhì)類型統(tǒng)計表

選取了柘林壩剖面、寧敦橋頭、羅村剖面上三個樣品進行單獨分析，會發(fā)現(xiàn)，三個剖面顯示的干酪根顯微組分都基本一致，有機質(zhì)以藻類體、腐泥無定形體為主，見少量固體瀝青，有機質(zhì)不具熒光特征，這是明顯的Ⅰ型干酪根特征(表5，表6，表7，圖5，圖6，圖7)。

表5 柘林壩剖面(ZLB-3-001)黑色巖系干酪根顯微組分析統(tǒng)計

圖5 柘林壩剖面(ZLB)黑色巖系干酪根顯微照片F(xiàn)igure 5 Zhelinba section (ZLB) black rock series kerogen micrograph

樣品號質(zhì)量類型指數(shù)干酪根類型組分含量/%透光描述ND橋頭-0010.32997Ⅰ腐泥無定形體7褐色云霧狀、團粒狀藻類體90深褐色具藻類體結構固體瀝青3黑色塊狀

圖6 寧敦橋頭黑色頁巖干酪根顯微照片F(xiàn)igure 6 Ningdunqiaotou black shale kerogen micrograph

樣品號質(zhì)量類型指數(shù)干酪根類型組分含量/%透光描述LC5-10.36295Ⅰ腐泥無定形體28褐色云霧狀、團粒狀藻類體67深褐色具藻類體結構固體瀝青5黑色塊狀

圖7 羅村剖面黑色頁巖干酪根顯微照片F(xiàn)igure 7 Luocun section black shale kerogen micrograph

2.3 有機質(zhì)成熟度分析

為了對下?lián)P子地區(qū)地層有機質(zhì)成熟度(Ro)分布情況有一個整體的認識和了解，在對下?lián)P子地區(qū)相關典型剖面所采集的樣品進行鏡質(zhì)體反射率(Ro)分析測試，結合收集和查閱到的前人資料整理得到的寒武系下統(tǒng)黑色巖系有機質(zhì)成熟度(Ro)數(shù)據(jù)資料對下?lián)P子地區(qū)地層有機質(zhì)成熟度有了整體認識。

本次研究主要對下?lián)P子地區(qū)相關剖面的28個樣品進行了測試，結果見表8。由表中可以看出，所測樣品的Ro值分布在1.67%～3.47%之間。其中灰?guī)r層的相對較低，在2%以下；其他巖性Ro值均大于2%，炭質(zhì)頁巖最高達到3.47%。

除剖面樣品外，皖寧2井的測試結果也反映了一致的演化特征。皖寧2井荷塘組共測試了9個樣品的鏡質(zhì)體反射率，其范圍在3.5%～4.1%之間，亦屬于有機質(zhì)過成熟晚期階段。類似地，宣頁1井下寒武統(tǒng)荷塘組雖然只測試了2個樣品的Ro值，其值均在5%以上，也指示了過成熟的晚期階段。

此外，熱解參數(shù)也可以幫助分析源巖成熟情況。通過對宣頁1井巖心樣品的分析，揭示下?lián)P子地區(qū)黑色巖系的干酪根熱解具有熱解峰溫高(Tmax，℃)，熱解烴(S2)和氫指數(shù)(IH)低的特點(表9)。其中荷塘組樣品的Tmax平均值為349.2°C，氫指數(shù)僅1.59mg/g，指示其處于過成熟階段。

表8 早寒武世黑色巖系巖石樣品鏡質(zhì)體反射率(Ro)數(shù)據(jù)表

表9 宣頁1井Tmax，S2和IH統(tǒng)計表

從以上鏡質(zhì)體反射率和熱解資料分析結果來看，下?lián)P子地區(qū)烴源巖有機質(zhì)的成熟度普遍偏高，屬于過成熟階段，已不具生烴能力，這對于頁巖氣的成藏而言，前期已生成烴類氣體的儲集和保存情況則成為起制約作用的關鍵因素。

3 下寒武荷塘組源巖條件評價

區(qū)內(nèi)總體上氣源條件較好。南部樣品顯示有機質(zhì)豐度較高，但是多數(shù)為過成熟且生烴潛力較低，而北部雖然有機質(zhì)略低，但是多處于高成熟階段，同時源巖厚度大，且生烴潛力優(yōu)于南部。

從層位上來說，目前發(fā)現(xiàn)的有機質(zhì)豐度比較高的層段均在剖面的下部炭質(zhì)頁巖層位，如果從層序的研究角度來說，可能屬于海進體系域晚期或者高位體系域早期。但是不利的條件是有機質(zhì)基本上都過成熟(除了南部柘林壩剖面)，所以從有機質(zhì)成熟情況來講，氣源巖潛力總體不大。

當然因收集數(shù)據(jù)點不能全部囊括整個下?lián)P子區(qū)，但可以進行面上推測，下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)有機質(zhì)成熟度整體偏高，大部分處高成熟-過成熟階段；北部地區(qū)總體上處于高成熟階段，東南部多為過成熟階段，即高值區(qū)主要集中在下?lián)P子東南部地區(qū)，往北成熟度Ro值呈降低趨勢。