寧蒗—鹽源盆地泥盆系油氣地質(zhì)特征及勘查方向

張子亞 ，石砥石，蘭志勤，張聰，覃英倫，陳榕，康海霞

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，北京 102249

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

3 山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，濟(jì)南 250104

0 引言

寧蒗—鹽源盆地位于松潘—甘孜褶皺系與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西緣的銜接部位，屬上揚(yáng)子地塊西緣鹽源—麗江臺(tái)褶帶的組成部分，西部與三江構(gòu)造帶相鄰，東部與康滇古陸毗連(圖1)。寧蒗—鹽源盆地整體勘探程度很低，1:20 萬(wàn)區(qū)調(diào)報(bào)告曾指出在云南寧蒗與四川鹽邊交界地區(qū)發(fā)育泥盆系油頁(yè)巖[1]，而后又在盆地的東北、東南及東部泥盆系地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)有瀝青及油苗分布，展現(xiàn)出泥盆系具有良好的油氣勘探前景[2-5]。但前期工作以野外地表調(diào)查、重磁電及二維地震勘探為主，鉆井工作很少，且研究重點(diǎn)關(guān)注志留系[6-7]，對(duì)泥盆系研究十分薄弱，導(dǎo)致對(duì)寧蒗—鹽源盆地泥盆系油氣基礎(chǔ)地質(zhì)條件和資源潛力認(rèn)識(shí)不清。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，收集分析了泥盆系區(qū)域地質(zhì)資料，通過(guò)野外剖面實(shí)測(cè)、有機(jī)地化測(cè)試以及鄰區(qū)鉆井對(duì)比等研究方法，優(yōu)選出寧蒗—鹽源盆地中泥盆統(tǒng)沉積有利區(qū)。結(jié)合該區(qū)部署的二維地震資料，選擇構(gòu)造保存有利部位(李子河背斜)部署實(shí)施一口地質(zhì)調(diào)查井云寧地1 井，鉆獲了泥盆系穩(wěn)定天然氣流[8]。本文以云寧地1 井單井評(píng)價(jià)為出發(fā)點(diǎn)，開(kāi)展了泥盆系目的層系烴源巖地化特征、儲(chǔ)層物性特征以及保存成藏等方面研究，取得了第一手較為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料，分析了寧蒗—鹽源盆地泥盆系油氣地質(zhì)條件，成果對(duì)于四川盆地外復(fù)雜構(gòu)造區(qū)天然氣勘查提供了重要啟示。

1 地質(zhì)背景

寧蒗—鹽源盆地大地構(gòu)造位置屬于上揚(yáng)子地塊西南緣的一部分，主要由金河—箐河斷裂、小金河斷裂、麥架坪斷裂、稗子地—永勝斷裂所圍陷[9]。區(qū)域研究表明，寧蒗—鹽源盆地是古生代的原型盆地[10-13]。加里東期為裂谷—穩(wěn)定被動(dòng)大陸邊緣盆地，以升降運(yùn)動(dòng)為主，未見(jiàn)強(qiáng)烈的褶皺運(yùn)動(dòng)；海西期為被動(dòng)大陸邊緣間歇拉張階段，以拉張、斷陷作用為主；晚三疊世的印支運(yùn)動(dòng)使盆地進(jìn)入前陸盆地階段，擠壓作用導(dǎo)致分割寧蒗—鹽源盆地的國(guó)寶山—巖風(fēng)斷裂開(kāi)始活動(dòng)；古近紀(jì)開(kāi)始褶皺造山，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)中期階段(始新世晚期)是盆地定型期，強(qiáng)烈的擠壓造山運(yùn)動(dòng)形成了山間拗拉盆地—寧蒗—鹽源盆地。區(qū)域地層對(duì)構(gòu)造活動(dòng)有明顯的沉積響應(yīng)特征，表現(xiàn)為盆地基底為元古界地層，在該基底之上，沉積了震旦系—下寒武統(tǒng)、下奧陶統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)、古近系沉積地層，缺失中上寒武統(tǒng)和侏羅系中統(tǒng)—白堊系和新近系，沉積地層厚5000～10000 余米。

早泥盆世，在盆地西部麗江阿冷初一帶發(fā)育以灰?guī)r、生物灰?guī)r為主的碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積。中泥盆世，海侵繼續(xù)擴(kuò)大，使寒武紀(jì)—早泥盆世都處于隆起的東部華坪凸起也接受了沉積，原有的碳酸鹽巖臺(tái)地隨海進(jìn)而向東推移。晚泥盆世末，盆地逐步抬升，在盆地東側(cè)出現(xiàn)臺(tái)地邊緣淺灘相鮞狀灰?guī)r沉積。研究區(qū)泥盆紀(jì)受北西—南東方向海侵影響，逐步形成了臺(tái)地邊緣礁灘相與深水陸棚相烴源巖側(cè)向相接組合(圖2)，是油氣勘查重要目標(biāo)，下文主要針對(duì)中泥盆統(tǒng)石油地質(zhì)特征開(kāi)展論述。

圖1 寧蒗—鹽源盆地大地構(gòu)造位置和云寧地1 井位置圖Fig. 1 Tectonic location of Ninglang-Yanyuan Basin and Well Yunningdi 1

2 寧蒗—鹽源盆地泥盆系油氣地質(zhì)條件

2.1 云寧地1 井鉆遇地層

云寧地1 井完鉆井深1500.68 m，開(kāi)鉆層位為上泥盆統(tǒng)爛泥箐組，完鉆層位為下泥盆統(tǒng)大瓜坪組。依次鉆遇第四系(50 m)、上泥盆統(tǒng)爛泥箐組(570 m)、中泥盆統(tǒng)碳山坪組(480 m)、中泥盆統(tǒng)大槽子組(350 m)、下泥盆統(tǒng)大瓜坪組(50.68 m未穿)。

碳山坪組巖性大致可分為兩段：上段為白云質(zhì)灰?guī)r、致密灰?guī)r(620～830 m)，向下生物逐漸增多；下段為生物礁灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r(830～1100 m)。大槽子組巖性大致可分為三段：上段以黑色生物碎屑泥巖為主，夾少量灰黑色、深灰色泥灰?guī)r(1100～1222 m)，向下泥質(zhì)減少，灰質(zhì)增多；中段以灰黑色灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、粉砂巖為主(1222～1313 m)，向下灰質(zhì)減少，砂質(zhì)增多；下段為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖薄互層(1313～1450 m)。該井氣測(cè)顯示豐富，目的層中泥盆統(tǒng)碳山坪組和大槽子組(1007～1380 m)氣測(cè)值整體較高，錄井全烴異常值1.5%～11.95%，其中甲烷異常值1.27%～10.96%，現(xiàn)場(chǎng)解析氣可達(dá)3.25 m3/t(圖3)。

2.2 頁(yè)巖地球化學(xué)特征

2.2.1 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力的重要參數(shù)之一，評(píng)價(jià)干酪根母質(zhì)類型有兩種方法：有機(jī)地球化學(xué)與有機(jī)巖石學(xué)方法，此次選取的是有機(jī)巖石學(xué)方法。

云寧地1 井碳山坪組5 件巖心樣品干酪根顯微組分鑒定檢測(cè)結(jié)果表明顯微組分中以腐泥組為主，含量40%～55%，平均48.8%；殼質(zhì)組含量26%～44%，平均35%；鏡質(zhì)組含量10%～16%，平均14%；惰性組1%～3%，平均2%。干酪根類型指數(shù)(TI)49.8～58.8，平均為54.1，干酪根類型均為II1型。大槽子組25 件巖心樣品干酪根顯微組分鑒定檢測(cè)結(jié)果表明，顯微組分中以腐泥組為主，含量43%～62%，平均53%；殼質(zhì)組含量21%～41%，平均29.12%；鏡質(zhì)組含量10%～20%，平均15.04%；惰性組1%～5%，平均3%。干酪根類型指數(shù)(TI)44～64，平均為53.5，干酪根類型均為II1型。

圖2 研究區(qū)泥盆系綜合地層柱狀圖[5](據(jù)1:20 萬(wàn)麗江幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of devonian in Ninglang-Yanyuan Basin[5]

2.2.2 有機(jī)碳含量

一般采用有機(jī)碳含量(TOC)定量評(píng)價(jià)烴源巖優(yōu)劣，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為有效的烴源巖有機(jī)碳含量下限為0.3%～0.5%，對(duì)于海相烴源巖，評(píng)價(jià)重點(diǎn)應(yīng)該是泥巖和泥灰?guī)r[14]。

云寧地1 井碳山坪組下段16 件泥灰?guī)r樣品TOC在0.10%～2.41%， 平均為0.99%， 主 體 在0.62%～1.43%，達(dá)到好的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)[15]。大槽子組87件泥巖TOC在0.37%～3.77%，平均為1.18%，主體在0.69%～1.94%，達(dá)到中等-好的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)[16]?？傮w來(lái)看，大槽子組上段生屑泥巖和碳山坪組下段泥灰?guī)rTOC值較高，具備良好的生烴潛力。云寧地1 井的巖心測(cè)試結(jié)果與前期野外露頭樣品測(cè)試結(jié)果在區(qū)域分布上相吻合[17]。

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是衡量有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化程度的參數(shù)，烴源巖的有機(jī)質(zhì)成熟度直接關(guān)系到烴源巖的實(shí)際生烴能力，是評(píng)價(jià)某個(gè)地區(qū)或某一烴源巖系生烴量及資源前景的重要依據(jù)，是判斷有效油氣源巖的基本參數(shù)之一。云寧地1 井大槽子組共71 件樣品鏡質(zhì)體反射率RO值分布在1.88%～2.62%，平均為2.24%；RO值隨埋深整體上是逐漸增大的趨勢(shì)。結(jié)合前期區(qū)域調(diào)查成果[17]，總體來(lái)看，研究區(qū)有機(jī)質(zhì)熱演化程度整體較高，反映出過(guò)成熟的特征，處于生干氣階段。

圖3 云寧地1 井(620～1500 m)鉆井綜合柱狀圖Fig. 3 Comprehensive column and gas logging of Well Yunningdi 1(620～1500 m)

2.3 儲(chǔ)層物性特征

2.3.1 碳山坪組碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征

(1)儲(chǔ)集空間類型

碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間類型豐富多樣，研究區(qū)主要為成巖作用形成的次生孔隙和由成巖、構(gòu)造控制的裂縫和孔洞。云寧地1 井碳山坪組碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間類型可分為孔、洞、縫三大類，按照控制因素的不同將其進(jìn)一步劃分成原生孔隙、晶間溶孔、溶洞以及微裂縫四種類型。碳山坪組下段主要發(fā)育原生孔隙、溶蝕孔和縫合線，其中原生孔隙主要是由層孔蟲(chóng)和珊瑚等構(gòu)成的生物格架孔(圖4)。

圖4 云寧地1 井碳山坪組下段典型巖心特征Fig. 4 Core characteristics of the Tanshanping lower section,Well Yunningdi 1

(2)物性特征

孔隙度和滲透率是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層物性的兩個(gè)重要參數(shù)。云寧地1 井碳山坪組礁灰?guī)r段的孔隙度可達(dá)4.91%，滲透率可達(dá)13.99 mD，儲(chǔ)層物性較好；非礁灰?guī)r段的孔隙度和滲透率低，儲(chǔ)層物性較差，整體為致密儲(chǔ)層。

對(duì)48 件樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，碳山坪組碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度在0.47%～4.91%，平均1.56%，為低孔儲(chǔ)層。其中孔隙度大于2%的樣品為9 個(gè)，占比為15.52%；孔隙度在1%～2%的樣品為26 個(gè)，占比為44.83%；孔隙度小于1%的樣品為13 個(gè)，占比為22.41%。對(duì)42 件樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，碳山坪組碳酸鹽巖儲(chǔ)層滲透率在0.000 58～13.99 mD，平均0.0094 mD，為致密儲(chǔ)層。其中滲透率大于0.01 mD的樣品為7 個(gè)，占比為16.67%；滲透率在0.001～0.01 mD的樣品為23 個(gè)，占比54.76%；滲透率小于0.001 mD的樣品數(shù)為12 個(gè)，占比為28.57%。

圖5 云寧地1 井大槽子組上段礦物組成三角圖Fig. 5 Mineral composition of the Dacaozi upper segment,Well Yunningdi 1

2.3.2 大槽子組泥頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

(1)頁(yè)巖巖石礦物學(xué)特征

云寧地1 井大槽子組泥頁(yè)巖礦物以石英與黏土礦物為主，此外還包括方解石、白云石等碳酸鹽礦物，以及長(zhǎng)石、黃鐵礦和石膏等。39 件樣品X衍射全巖分析結(jié)果顯示，石英礦物含量分布在7%～81%，平均51.25%；長(zhǎng)石含量較低，分布在0%～12%，平均4%，以斜長(zhǎng)石為主；碳酸鹽礦物含量變化較大，分布在0%～62%，平均9%；黃鐵礦含量0%～14%，平均4%；黏土礦物含量6%～73%，平均33%。

大槽子組上段泥頁(yè)巖礦物成分以長(zhǎng)英質(zhì)礦物為主，黏土礦物次之，含少量碳酸鹽礦物(圖5)。脆性礦物平均值為63.1%，黏土礦物的平均值32.59%，脆性礦物值高，有利于儲(chǔ)層改造。黏土礦物成分以伊利石為主，含綠泥石、伊/蒙混層、高嶺石(圖6)。伊利石含量在80%～94%，平均88%；綠泥石含量在2%～11%，平均6%；伊/蒙混層含量在0%～9%，平均6%，有利于頁(yè)巖氣富集[18]。

(2)頁(yè)巖物性特征

目前商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖儲(chǔ)層要滿足一定的物性條件，美國(guó)頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度一般在2%～9%，高者介于10%～14%，國(guó)內(nèi)威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧地區(qū)孔隙度大多在3.3%～8.4%[19-21]。云寧地1 井大槽子組16 件樣品孔隙度、滲透率測(cè)定結(jié)果表明：孔隙度在0.66%～3.33%，平 均1.85%； 滲透率在0.0042～0.0336 mD， 平均0.0108 mD，為低孔特低滲儲(chǔ)層。進(jìn)一步對(duì)孔隙度和滲透率的分析得出，兩者之間呈較強(qiáng)的正相關(guān)性，孔隙度越高，滲透率越大。

(3)儲(chǔ)集空間類型

泥頁(yè)巖中發(fā)育的微觀孔隙主要分為有機(jī)孔隙和無(wú)機(jī)孔隙。微觀孔隙是頁(yè)巖氣吸附儲(chǔ)集的重要空間，對(duì)頁(yè)巖氣的富集具有重要的意義，也是目前頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究的熱點(diǎn)[22-27]。通過(guò)對(duì)大槽子組上段頁(yè)巖進(jìn)行氬離子拋光和掃描電鏡試驗(yàn)觀察表明，大槽子組泥頁(yè)巖發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔、溶蝕孔、粒間孔、晶間孔、層間孔和微裂縫等多種類型(圖7)，可見(jiàn)微米-納米級(jí)孔隙，具備良好的頁(yè)巖氣賦存儲(chǔ)集空間。

圖6 云寧地1 井大槽子組上段X衍射黏土礦物分析Fig. 6 Clay minerals of the Dacaozi upper segment measured by X-ray diffraction,Well Yunningdi 1

2.4 保存條件

2.4.1 天然氣組分分析

云寧地1 井經(jīng)簡(jiǎn)易測(cè)試點(diǎn)火成功，火焰高0.6～1 m，現(xiàn)場(chǎng)折算為2000 m3/d的穩(wěn)定天然氣流。根據(jù)井口收集氣樣的化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)(表1)，得到以下結(jié)論：①天然氣組分特征顯示，甲烷含量高于99.3%，為超干氣，與烴源巖RO實(shí)測(cè)值進(jìn)入生干氣階段認(rèn)識(shí)一致；②根據(jù)碳同位素特征，利用天然氣中甲烷-乙烷同位素交互圖分析，為Ⅱa-高成熟油型氣[28]，與干酪根類型Ⅱ1型相匹配；③代入油型甲烷回歸方程[29]δ13C1(‰)≈15.80lgRO-42.201，計(jì)算出天然氣熱成熟度在2.23%左右，與實(shí)測(cè)烴源巖RO平均值2.24%相吻合。綜合上述分析，筆者認(rèn)為氣體來(lái)源是中泥盆統(tǒng)大槽子組烴源巖。

2.4.2 蓋層分析

天然氣保存成藏研究是一個(gè)“實(shí)踐-理論-再實(shí)踐”的系統(tǒng)性過(guò)程，需要大量的油氣鉆井資料支撐。目前研究區(qū)勘查認(rèn)識(shí)程度很低，根據(jù)現(xiàn)有資料筆者認(rèn)為云寧地1 井的天然氣具有頁(yè)巖氣和致密氣的特點(diǎn)，為近源成藏的巖性油氣藏。該井揭示了烴源巖與儲(chǔ)層在空間上緊密相鄰，有利于油氣運(yùn)移和保存，且同期沉積環(huán)境中所伴生的泥頁(yè)巖或致密灰?guī)r可封閉礁體[30]。

排替壓力是指蓋層最大連通孔隙具有的毛細(xì)管力，是評(píng)價(jià)蓋層封閉能力最重要的參數(shù)，排替壓力與蓋層封閉能力成正比[31]。此外，孔隙度、滲透率等評(píng)價(jià)參數(shù)也是蓋層封閉能力最直接的反映[32]。選取碳山坪組上段781 m和816 m兩個(gè)致密灰?guī)r樣品進(jìn)行測(cè)試，得到孔隙度分別為0.35%和0.75%，滲透率分別為0.0021 mD和0.0011 mD，排替壓力值分別為5.72 MPa和5.38 MPa，證實(shí)了致密灰?guī)r具有良好的封蓋能力。

圖7 云寧地1 井大槽子組上段泥頁(yè)巖孔隙發(fā)育特征Fig. 7 Pore development characteristics of the shale in Dacaozi upper segment,Well Yunningdi 1

表1 云寧地1 井井口氣樣分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Laboratory data of the gas from the drilling mouth of Well Yunningdi 1

3 寧蒗—鹽源盆地油氣勘查方向

寧蒗—鹽源盆地與四川盆地和黔桂地區(qū)不同，具有獨(dú)特的沉積建造和構(gòu)造演化特征。四川盆地由于加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得盆地內(nèi)大部分區(qū)域隆升剝蝕，泥盆系僅在川西地區(qū)沿龍門山造山帶有少量殘留[33]；而黔桂地區(qū)受海西期拉張影響發(fā)育北西和北東向兩組斷裂，同時(shí)由于海侵規(guī)模擴(kuò)張，泥盆系演變?yōu)榕_(tái)盆相間的沉積格局[34-35]。單井綜合分析表明云寧地1 井大槽子組所在沉積相整體是近岸的淺水環(huán)境，這與前人對(duì)臨近大槽子剖面的研究結(jié)論一致[36-37]。結(jié)合區(qū)域研究成果，筆者認(rèn)為大槽子組沉積符合威爾遜沉積相模式，其深水區(qū)沿古海侵方向向北西擴(kuò)展，具體相帶分布有待進(jìn)一步深入研究。

云寧地1 井在泥盆系鉆獲穩(wěn)定的天然氣流，揭示了康滇古陸西緣寧蒗—鹽源盆地良好的勘探潛力。電磁勘探資料解釋泥盆系在區(qū)域上穩(wěn)定連續(xù)沉積，且具有一定的厚度(1000～3000 m)和分布面積(大于10 000 km2)。過(guò)井二維地震資料顯示，黃色體為生物礁反射，橙色體為生物丘反射，TD1大致代表大槽子組底界線，TD3大致代表碳山坪組頂界線，TD1和TD3之間綠色拉平線為二者地層分界線，中泥盆統(tǒng)廣泛發(fā)育了大槽子組陸棚相烴源巖和碳山坪組臺(tái)地邊緣礁灘相組合(圖8)。根據(jù)寧蒗—鹽源盆地區(qū)域油氣地質(zhì)特征，結(jié)合云寧地1 井單井評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)，研究區(qū)泥盆系具備形成常規(guī)天然氣藏與頁(yè)巖氣藏的油氣地質(zhì)條件。建議優(yōu)選成藏保存有利區(qū)，向盆地內(nèi)部(西北方向)甩開(kāi)進(jìn)行常規(guī)和非常規(guī)兼探，部署實(shí)施油氣參數(shù)井和含氣性測(cè)試工程，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)油氣勘查重大突破。

圖8 過(guò)云寧地1 井二維地震解釋剖面Fig. 8 Two-dimensional seismic interpretation section with Well Yunningdi 1

4 結(jié)論

(1)泥盆系大槽子組上段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度大，總體表現(xiàn)為：有機(jī)質(zhì)含量和成熟度較高，類型偏腐泥型；巖石脆性礦物含量高，物性一般，含氣量較高，具備良好的頁(yè)巖氣富集基礎(chǔ)。從巖石學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)、儲(chǔ)層物性及含氣性等頁(yè)巖基本特征來(lái)看，與志留系龍馬溪組差異較大，亟待開(kāi)展進(jìn)一步深入研究。

(2)云寧地1 井首次在寧蒗—鹽源盆地發(fā)現(xiàn)泥盆系大槽子組頁(yè)巖氣，拓展了我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣調(diào)查新區(qū)新層系。上覆碳山坪組廣泛發(fā)育礁灘相沉積，和大槽子組泥頁(yè)巖構(gòu)成良好的生儲(chǔ)蓋組合。優(yōu)選成藏保存有利區(qū)，進(jìn)行常規(guī)和非常規(guī)天然氣兼探，是該區(qū)下一步勘查重點(diǎn)方向。