奈曼北部義縣組烴源巖地球化學(xué)特征及研究意義

劉海艷，裴家學(xué)，楊 雪，何紹勇，劉曉麗，崔宇晶，郝 亮

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

奈曼凹陷所在的開魯盆地為中生界殘留盆地，是否存在有效烴源巖對于該地區(qū)油氣勘探至關(guān)重要[1]。奈曼凹陷油氣勘探始于1989年，主要集中在凹陷中北部，勘探程度較低。除了N1塊九佛堂組上報規(guī)模儲量、N13塊獲工業(yè)油流外，其余探井僅見到油氣顯示或為干井、含油水井。中國學(xué)者普遍認(rèn)為，該區(qū)主力烴源巖為九佛堂組凝灰質(zhì)泥巖和油頁巖[2-5]。然而，由于奈曼凹陷北部受后期抬升作用影響，九佛堂組烴源巖成熟度偏低，無法為其提供充足的油源。但凹陷北部膏鹽巖之下發(fā)育一套厚層泥巖，已經(jīng)達到低熟—成熟演化階段，生排烴時期早于九佛堂組烴源巖，具有良好的生烴條件。該套烴源巖既可以為義縣組、九佛堂組儲層提供充足的油源，形成自生自儲型、下生上儲型油氣藏，也可以沿著斷層和不整合面向N10井北側(cè)構(gòu)造高部位運移，在古生界和中生界三疊系、侏羅系的有利圈閉中聚集，形成新生古儲型油氣藏。義縣組烴源巖的存在，極大地拓展了奈曼凹陷北部的勘探空間，對于中生界九佛堂組、義縣組乃至深層三疊系、侏羅系和古生界的油氣勘探具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

奈曼凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市奈曼旗境內(nèi)，是開魯盆地西南側(cè)的一個次級負(fù)向構(gòu)造單元，為海西期褶皺基底上發(fā)育起來的中生代凹陷[6-7]，其形成主要受紅山-八里罕和西拉木倫河斷裂控制，西北與張三園子-新廟以及陸家堡凹陷相望，東與八仙筒凹陷為鄰，構(gòu)造走向為NNE向，構(gòu)造面積為800 km2，呈狹長帶狀分布(圖1)。受邊界控盆斷裂和凹陷內(nèi)2條主干斷裂的切割和圍限，奈曼凹陷劃分為西部陡坡帶、中央洼陷帶、東部斜坡帶3個二級構(gòu)造帶。奈曼凹陷地層自下而上依次為：前中生界基底，中生界下三疊統(tǒng)哈達陶勒蓋組，中侏羅統(tǒng)海房溝組，下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組，上白堊統(tǒng)(下部地層缺失)，新生界。其中，下白堊統(tǒng)義縣組和九佛堂組、下白堊統(tǒng)阜新組和上白堊統(tǒng)為不整合接觸。

圖1 開魯盆地奈曼凹陷九佛堂組下段頂界斷裂

2 下白堊統(tǒng)義縣組特征

2.1 古生物孢粉化石特征

通過孢粉化石鑒定，N10井1 525.00～2 208.00 m深度的樣品孢粉組合中各種松柏類植物的無肋雙囊類花粉占明顯優(yōu)勢，蕨類植物孢子很少見，未見被子植物花粉。其中，原始松柏粉、原始松粉、假云杉粉、擬云杉粉等都屬于“古老型”雙囊花粉，主要見于中生代；無突肋紋孢屬孢子是在早白堊世開始出現(xiàn)的類群，存在于義縣組、九佛堂組、沙海組地層中；膜環(huán)弱縫孢屬孢子主要見于白堊紀(jì)。當(dāng)前組合中，無突肋紋孢和膜環(huán)弱縫孢的種類和數(shù)量都很少(圖2)，兩者組合與遼西義縣組及二連盆地阿爾善組的孢粉組合相近[8]，時代應(yīng)屬早白堊世早期，很可能為貝利亞斯期，相當(dāng)于早白堊世義縣期。因此，初步認(rèn)為，N10井1 459.00～2 132.00 m井段發(fā)育的膏鹽巖和厚層泥巖應(yīng)歸屬于義縣組(圖3)。

圖2 奈曼凹陷N10井孢粉化石鑒定

2.2 地層測井特征

N10井義縣組為一套陸相火山巖-沉積巖系建造，中下部主要由中-基性火山熔巖、火山角礫巖組成，上部主要為一套填平補齊的湖相泥巖、砂巖呈不等厚互層沉積，局部發(fā)育膏鹽巖建造(圖3)。義縣組沉積早期火山作用形成了局部高地，火山巖經(jīng)風(fēng)化作用為后期沉積作用提供了充足物源。利用測井方法建立了該井的多礦物模型，認(rèn)為N10井膏鹽巖之下的沉積碎屑巖以黏土、石英、長石(鉀長石含量高)為主，含少量方沸石，而上覆地層為九佛堂組下段，其沉積碎屑巖以黏土、石英為主，長石含量較少(局部含鉀長石)，含少量碳酸鹽礦物。這種礦物組合的差異性造成了義縣組與九佛堂組下段測井特征存在明顯差異：義縣組具有鋸齒狀高伽馬(110 API左右)、高電阻(22 Ω·m左右)特征，補償中子略大，地層密度略小，底部安山巖段呈低補償中子、大地層密度特征；而上覆九佛堂組下4段表現(xiàn)為較平緩的中高伽馬，局部呈鋸齒狀高伽馬(97 API左右)、低電阻(10 Ω·m左右)特征，補償中子略低，地層密度略大。

圖3 N10井綜合柱狀圖

2.3 地震反射特征

根據(jù)已鉆探井揭露的地層巖性，周邊N21、N27井義縣組為火山角礫巖、安山巖等巖性組合，地震軸呈丘狀、雜亂反射特征，N10井相應(yīng)等時層位為一套膏鹽巖、泥巖組合，地震同相軸連續(xù)性好，具有一定的成層性，與N21、N27井地震反射特征呈橫向上逐漸過渡(圖4)，發(fā)生相變。

圖4 奈曼凹陷N21—N10—N27井地震剖面

綜上研究可知，通過古生物化石鑒定、地層測井特征對比、地震反射特征分析，N10塊膏鹽巖和厚層泥巖應(yīng)統(tǒng)一劃歸到義縣組。

3 義縣組烴源巖地球化學(xué)特征

3.1 義縣組烴源巖分布

奈曼凹陷義縣組在火山噴發(fā)間歇期發(fā)育湖相碎屑巖沉積，泥巖和砂巖呈不等厚互層，局部發(fā)育膏鹽巖建造。烴源巖主要為灰色、深灰色、灰黑色厚層泥巖，粉砂質(zhì)泥巖，受周邊火山作用影響，局部地區(qū)含有凝灰質(zhì)泥巖、含灰泥巖等，縱向上，泥巖厚度為50.0～400.0 m，單層泥巖厚度為0.5～28.0 m，主要分布在奈曼凹陷北部、東北部(圖5)，面積約為130 km2。

圖5 奈曼凹陷義縣組烴源巖平面分布圖

3.2 奈曼凹陷北部N10井有機質(zhì)豐度

奈曼凹陷北部N1塊、N13塊等地區(qū)在義縣組鉆遇了火山巖、砂礫巖、角礫巖等，并未鉆遇沉積碎屑巖。通過對鉆遇沉積碎屑巖的N10井進行取樣測試分析可知，N10井義縣組烴源巖主要為一套灰色、灰黑色、深灰色泥巖，有機碳含量平均為3.40%，氯仿瀝青“A”平均為0.281 5%，生烴潛量平均為18.54 mg/g，總烴平均為1 405.61×10-6(表1)。根據(jù)中國陸相烴源巖有機質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)[9]，義縣組烴源巖已經(jīng)達到優(yōu)質(zhì)烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 N10井有機質(zhì)豐度參數(shù)

3.3 奈曼凹陷北部N10井有機質(zhì)類型

根據(jù)中國中、新生代油(氣)烴源巖有機質(zhì)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，N10井義縣組烴源巖的有機質(zhì)類型為Ⅰ、Ⅱ1型(表2)。

表2 N10井氯仿瀝青“A”族組分

3.4 奈曼凹陷北部N10井有機質(zhì)熱演化程度

N10井1 881.20、1 882.15、1 883.05 m處實測Ro平均值為0.505%，根據(jù)烴源巖有機質(zhì)成熟度評價標(biāo)準(zhǔn)[9]，該井段成熟度為低成熟演化階段。然而，N10井1 881.20～1 884.10 m處孢粉顏色為深黃色，顏色指數(shù)為2.48～2.67，平均值為2.57，說明有機質(zhì)基本達到成熟演化階段，因此認(rèn)為1 881.20～1 883.05 m深度的烴源巖實測Ro值偏低。偏低的原因可能與該套地層壓力大、存在鏡質(zhì)體反射率抑制現(xiàn)象有關(guān)，也可能與干酪根中溶解有油的成分有關(guān)；同時，N10井干酪根類型為Ⅰ、Ⅱ1型，類型較好，Ro值也容易偏低。因此，N10井義縣組烴源巖基本達到低成熟—成熟演化階段。

3.5 飽和烴色譜特征

N10井在義縣組1 881.65、1 883.70、2 050.00 m處分別采集3個烴源巖樣品進行飽和烴氣相色譜分析測試。研究認(rèn)為，3個樣品正構(gòu)烷烴表1、表2分布完整，碳數(shù)范圍為nC12—nC35，呈雙峰態(tài)分布，偏前鋒，主峰碳為nC23(或nC21)，次主峰碳為nC32。植烷占有明顯優(yōu)勢，Pr/Ph低，為0.25～0.42，Pr/nC17為0.92～1.28，Ph/nC18高，為2.03～2.91，表明義縣組烴源巖形成于強還原沉積環(huán)境，成熟度偏低?！?C21-)/∑(C22+)為0.59～0.72，(C21+C22)/(C28+C29)為2.04～2.67，表明在成烴母質(zhì)中低等水生生物的貢獻稍大。碳優(yōu)勢指數(shù)為1.42～1.79，奇偶優(yōu)勢比為1.14～1.29，有一定的奇偶優(yōu)勢，表明義縣組烴源巖成熟度較低，處于低成熟—成熟演化階段。

3.6 甾烷、萜烷類化合物特征

甾烷、萜烷為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定的碳骨架，能夠反映原始生油母質(zhì)中先驅(qū)化合物的基本面貌[10-11]，可作為可靠的生物標(biāo)志化合物。

分別在N10井埋深為1 881.20、1 882.15、1 883.05 m處采集了3個烴源巖樣品，進行飽和烴色譜-質(zhì)譜分析。3個烴源巖樣品甾烷均以規(guī)則甾烷為主，孕甾烷、升孕甾烷以及重排甾烷含量都很低。規(guī)則甾烷C27含量大于C28，C29含量也大于C28，呈“V”型分布的特征，表明烴源巖母質(zhì)既有低等水生生物、湖相藻類，又有高等植物，具有混源特征。甾烷異構(gòu)化參數(shù)C29(20S)/(20S+20R)、(ββ)/(αα+ββ)是判別油氣成熟程度的重要參數(shù)[12-13]，N10井烴源巖樣品規(guī)則甾烷的異構(gòu)化程度較低，其中，C29(20S)/(20S+20R)為0.23，(ββ)/(αα+ββ)為0.18～0.20，反映成熟度較低。

N10井3個烴源巖樣品的萜類生物標(biāo)志物比較相似，以五環(huán)萜烷為主，其中又以17α(H)藿烷系列為主要成分。三環(huán)萜烷比較發(fā)育，碳數(shù)分布范圍為C19—C29，缺失C27，C21/(C23-Tri)約為0.92～1.20。升藿烷系列C31—C35相對含量呈逐漸降低的梯狀分布，重排藿烷含量低，伽馬蠟烷含量高。該區(qū)烴源巖樣品的γ/H為0.31～0.50，指示母源形成于咸水的強還原沉積環(huán)境。在該區(qū)3個烴源巖樣品的m/z125質(zhì)量色譜圖上可檢測出含量較高的β-胡蘿卜烷，指示咸水—半咸水沉積環(huán)境，是湖相環(huán)境的特征標(biāo)志。Ts和Tm相對豐度較低，且Ts

4 烴源巖生排烴作用與油氣成藏特征

通過與趙興齊等[2]對下白堊統(tǒng)九佛堂組的研究資料進行對比可知，義縣組的烴源巖和九佛堂組下段烴源巖、九佛堂組下段原油都具有類似的飽和烴氣相色譜、甾烷、萜烷生物標(biāo)志化合物特征，因此，認(rèn)為奈曼凹陷北部的油氣既可能來自于九佛堂組烴源巖，也可能來自于義縣組烴源巖，從而證實了奈曼凹陷北部存在2套烴源巖，具有良好的油源條件。

由于N10井沙海組和九佛堂組地層被剝蝕嚴(yán)重，恢復(fù)地層厚度難度大，選取了N10塊東南側(cè)的N23井進行埋藏史和熱史研究(圖6)，認(rèn)為研究區(qū)的低熟門限(Ro=0.5%)為1 000.00 m，成熟門限(Ro=0.7%)為1 480.00 m。在沙海組中期—阜新組沉積時期(約115～104 Ma)，凹陷北部發(fā)生大規(guī)模抬升作用，導(dǎo)致北部九佛堂組地層埋深變淺，大部分暗色泥巖埋藏深度小于烴源巖低熟生油門限深度，為未成熟—低成熟烴源巖。而且，九佛堂組烴源巖于阜新組沉積末期大量排烴，正是抬升作用活躍時期，排出的油氣很難聚集，大部分沿著斷裂散失，所以，N10塊及其北部的九佛堂組烴源巖生烴能力有限，且對油氣貢獻小。

圖6 N23井埋藏史與熱史

通過借鑒松遼盆地和二連盆地的研究，認(rèn)為義縣組烴源巖在九佛堂組沉積時期已進入生排烴期，早于九佛堂組烴源巖的生排烴期。九佛堂組沉積中期，斜坡區(qū)的N23井義縣組烴源巖埋藏深度已超過1 000.00 m(洼陷中心的烴源巖埋深則大于1 200.00 m)，進入低成熟—成熟演化階段，并開始生排烴，在義縣組和九佛堂組的有利圈閉中聚集成藏。沙海組沉積之后，凹陷北部發(fā)生構(gòu)造抬升作用，促使義縣組生成的油氣大規(guī)模運移，已生成的油氣進入到新的圈閉中，形成油氣藏。相比九佛堂組下段烴源巖，受到的破壞作用小。而上覆膏鹽巖的存在又對油氣藏起到了很好的保存作用。

義縣組烴源巖的發(fā)現(xiàn)，極大地促進了奈曼凹陷北部深層油氣勘探。義縣組烴源巖既可以向義縣組火山巖和砂巖儲層、九佛堂組砂巖儲層進行運移，形成自生自儲型、下生上儲型油氣藏，也可以沿著斷層和不整合面向N10井北側(cè)構(gòu)造高部位運移，在古生界、中生界三疊系、侏羅系的有利圈閉中聚集，形成新生古儲型油氣藏，從而彌補了凹陷北部九佛堂組下段烴源巖生烴不足的問題，對促進奈曼凹陷北部深層油氣勘探具有非常重要的意義。

5 結(jié) 論

(1) 通過古生物化石鑒定、地層測井特征對比、地震反射特征分析，N10塊膏鹽巖和厚層泥巖應(yīng)統(tǒng)一劃歸到義縣組。

(2) 奈曼凹陷北部N10塊發(fā)育大套義縣組烴源巖，有機碳含量平均為3.40%，有機質(zhì)類型為Ⅰ、Ⅱ1型，深度為1 880.00 m左右實測Ro平均值為0.5%，已達到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 義縣組烴源巖主要來源于咸水深湖相強還原沉積環(huán)境；成油母質(zhì)既有低等水生生物，又有陸生高等植物，母質(zhì)類型為混合型；烴源巖成熟度較低，主要處于低成熟—中等成熟的演化階段。

(4) 義縣組烴源巖在九佛堂組沉積時期已進入生排烴期，早于九佛堂組烴源巖的生排烴期。該套烴源巖的發(fā)現(xiàn)，彌補了九佛堂組下段烴源巖生烴不足的問題，極大地拓展了奈曼凹陷北部的深層勘探空間。

致謝：感謝中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院勘探綜合所的王延山專家、韓霞博士的悉心指導(dǎo)。