大慶油田古龍凹陷青山口組頁巖油儲層方解石脈中發(fā)現(xiàn)藻生物層

何文淵,張金友,鐘建華,孫寧亮

1)中國石油國際勘探開發(fā)有限公司,北京,100032; 2) 黑龍江省陸相頁巖油重點實驗室,黑龍江大慶,163712;3) 東北大學秦皇島分校,河北秦皇島,066004; 4) 中國石油大學(華東)地球科學與技術學院,山東青島,266580

順層方解石脈是頁巖油儲層中比較常見的一種構造,雖然它的體量不大,但是攜帶的地質(zhì)信息很多,近年來頗受重視,取得了很多成果(何文淵等,2022,2023;楊勇等,2023)。

近期大慶油田在古龍凹陷青山口組獲得了頁巖油的資源量可達15.1 Gt,已引起廣泛關注,但還有一些地質(zhì)問題沒有解決,嚴重地影響了頁巖油的勘探開發(fā)。因此,對古龍凹陷青山口組頁巖的基礎地質(zhì)進行深入研究具有重要意義。古龍青山口組頁巖中的方解石脈的成因是一個值得關注的問題。目前對順層方解石脈的成因研究是一個熱點:一是觀點認為是化學成因;另一種觀點是生物成因。也有人認為這兩種成因的順層方解石脈都存在。筆者等僅討論第二種成因。按產(chǎn)狀古龍青山口組頁巖中發(fā)育了兩種方解石脈,一種是順層方解石脈;另一種是傾斜方解石脈(何文淵等,2022)。筆者等近期對古龍青山口組頁巖油儲層中的順層方解石脈的成因進行了研究,認為一些順層方解石脈的成因主要與藻生物層或藻席有關。

古龍青山口組頁巖中的順層方解石脈中的藻有疊錐狀、纖柱狀或管柱狀、樹形狀、姜塊狀或竹根狀、顆粒狀和強烈重結晶顆粒狀等,本文僅介紹樹形藻和強烈重結晶顆粒狀。文章內(nèi)容不涉及藻的生物種屬和分類,僅從形態(tài)和結構上分類討論相關問題。

圖1a初步觀察為疊錐構造形成的順層方解石脈,經(jīng)放大25倍后發(fā)現(xiàn)了是由一系列樹形藻形成的,具有明顯的“主干”和“側干”,但“根”不發(fā)育。圖1b中的樹形藻具有發(fā)育良好的“根”,呈極細的絲發(fā)狀,其可能在藻發(fā)育的早期起固定作用,并沒有高等植物的根的吸收養(yǎng)分的功能。藻一般沒有真正的根莖葉分化。

圖1的方解石脈是基本沒有重結晶的順層方解石脈,其中的藻結構保存很好。重結晶會深刻地改造順層方解石脈的原生生物結構,如果能夠在重結晶很強烈的順層方解石脈中發(fā)現(xiàn)藻結構就能接受順層方解石脈的生物成因。所以有必要研究強烈重結晶的順層方解石脈。圖1c—h中的順層方解石脈重結晶非常強烈,整個方解石脈幾乎都由數(shù)毫米粒徑的方解石顆粒組成,很難看出有藻結構。在顯微鏡下仔細地觀察這種強烈重結晶方解石脈由直徑數(shù)毫米的方解石晶體組成(圖1c),使方解石脈幾乎徹底失去了其原來的特征,但仔細觀察還是可以發(fā)現(xiàn)一些殘余的藻結構(圖1d、e)。圖1e是一個倒錐構造,有一系列發(fā)育了橫隔的管狀藻組成。通過對江77井和江79井埋深500余米的順層方解石脈的研究發(fā)現(xiàn)其中也有這種構造,由于沒有經(jīng)歷重結晶作用的改造,江77井和江79井中的順層方解石脈可以視為沉積時的原生構造。江77井和江79井中的順層方解石脈中的管狀藻就有大量這種橫隔構造。所以,通過對比研究可以確定圖1c—h中的重結晶順層方解石脈也是藻生物層形成的。除了圖1d和圖1e中的這種藻構造外還可以見到一些其他的藻構造。此外,在侏羅系沒有經(jīng)過明顯重結晶的疊錐構造中也見到了這種構造。圖1f是另一個含少量油和重結晶較強的順層方解石脈,通過顯微鏡放大可以見到鋸齒狀的藻結構(圖1g、h),這是不同藻管之間的接觸邊界,在新疆哈密淖毛湖盆地的侏羅系的疊錐構造中非常發(fā)育。重結晶使方解石脈中的碳酸鹽細顆粒轉變成大晶粒,但不會使黏土等其他礦物轉變成方解石,所以在藻生物層形成時藻中的黏土等礦物得以保存下來,進而使藻的原生結構保存下來,使后來成為識別順層方解石脈的藻成因成為可能。

還有一種順層方解石脈不僅重結晶強烈,而且含油,使方解石脈呈黃褐色(圖2)。這種順層方解石脈也比較常見,由于纖柱狀構造發(fā)育,很容易認為其化學成因,但其中發(fā)育了橫隔構造非常發(fā)育的管柱狀藻(圖2a、b)和樹形藻(圖2)。與新疆哈密的淖毛湖盆地的侏羅系疊錐構造中發(fā)育橫隔的管柱狀藻非常相似(曹夢春等,2017)。這兩種藻的存在揭示了圖2順層方解石脈的藻生物層成因。

圖2 強烈重結晶和強烈油侵的順層方解石脈及其藻結構殘留

方解石脈是一種很致密隔層,可以對頁巖油起著封閉作用,所以方解石脈也可能是頁巖滯留油氣的有利因素之一,值得今后詳細研究。

上述3種現(xiàn)象表明古龍凹陷青山口組頁巖中的順層方解石是由藻生物層或藻席形成的,藻生物層和藻席是固著在盆地沉積基底上的,加上浮游藻和碎屑的不斷沉降形成了較復雜的藻生物層。藻生物層或藻席一般在海水深度小于20 m的地方發(fā)育,因為藻生物層或藻席生長需要陽光。同理推測古龍凹陷青山口組頁巖中的順層方解石脈的形成深度也在20 m以內(nèi),與從風暴沉積的深度20～30 m比較接近。在經(jīng)常遭受風暴作用的20 m的深度竟然能發(fā)育含有機質(zhì)較高的青山口組頁巖是一件值得深思的事情(圖3)。黏土中富有機質(zhì)揭示了當時的大氣缺氧,即使水體不深,且受波浪攪拌,浪基面—還原界面被破壞,但還是能形成了富有機質(zhì)的頁巖,間接地揭示了當時的大氣缺氧,與OAE2有關;值得今后深入研究。

圖3 古龍凹陷青山口組藻生物層(藻席)的沉積模式