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湘中坳陷卜古界碳酸盐岩烃源岩特征及牛烃模式

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湘中坳陷卜古界 碳酸盐 岩烃源岩 特征 模式
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第1 3卷 『{ 20()84t~理·模武 文章编号:854(2008)一01—0001 3-()05 海相油气地质 73 湘中坳陷卜古 界碳酸盐岩烃源岩特征 及牛烃模式 一 刘喜顺 刘喜顺 [火学地 : 摘要 据野外露头观察和采样分析,湘中坳陷上古生界碳酸盐岩烃源岩以泥质灰 岩、泥灰岩和石灰岩为主,生油母质以偏泥型为主,烃源岩的沉积厚度大、分布范围 广.并具有有机碳丰度高、样品达标率高、热演化程度高的“三高”特点。在对碳酸盐岩 烃源岩热演化研究的基础上总结出生烃模式,认为本区的生烃分为原始沥青解聚成 烃、干酪根降解成烃、包裹有机质释放成烃和热裂解气共四个成烃阶段。 关键词 湘中坳陷;早古生代;碳酸盐岩;生烃源岩;有机质热演化;生烃模式 中图分类号:1 文献标识码:A 刘喜顺 1973年生,1997年毕业于江汉石油学院石油地质系,现为中南大学在读博士,研究 方向为石油地质综合研究。通讯地址:410083湖南省长沙市 1 基本概况 在油气勘探过程中,特别是勘探初期,烃源岩的 评价是第一位的,即一个盆地的资源潜力对勘探部 署起决定作用,而烃源岩的成熟度和热演化史是评 价烃源岩生烃量的关键,因此,盆地内烃源岩热演 化史的差异对盆地内的油气分布具有重要影响…1。 中国南方中、古生代海相地层经历了加里东、印支、 燕山、喜马拉雅等多期构造运动的强烈改造与破坏, 因此,南方油气勘探的主要对象是改造、叠合的残留 盆地。中国南方与造山作用相伴随的岩浆活动十分 强烈,从而将南方中、古生代盆地置于较高的热背 景之上。此外,较大幅度的沉降及抬升剥蚀作用,使 得南方海相烃源岩具有高成熟度的特点。因此,确定 盆地内烃源层的热演化史具有重要意义[ 。 湘中坳陷位于雪峰古陆以南、华南褶皱系的北 部,它是以下古生界变质岩系为基底发展起来的一 个晚古生代一中三叠世的碳酸盐岩为主夹碎屑岩的 准地台型沉积坳陷。该坳陷在中泥盆世一中三叠世 这一漫长的地质历史时期沉积了厚度大于5 000 m 的碳酸盐岩夹碎屑岩,主要分布于该坳陷的涟源、邵 阳、零陵三个凹陷中(图1)。其中具有生烃潜力的 泥灰岩、泥质灰岩和石灰岩厚度达2 270 1图1 湘中坳陷构造位置图 维普资讯 ,又可作储集层,即碳酸 盐岩具生油层和储集层的双重特征。实际上作为生油 层和储集层的碳酸盐岩形成于不同的沉积相带,生油 层一般发育于低能环境,它们的泥质含量较重,而作 为储集层的碳酸盐岩常发育于潮坪的高能环境,此外 后期的风化、淋滤、改造及构造作用也可使碳酸盐岩 成为储集层,尤其是构造裂缝或微裂隙常成为油气运 移通道或重质油(包括各类沥青)的滞留空间。因此, 碳酸盐岩易被外来沥青或自身早期残留沥青所充填, 此现象在高、过成熟碳酸盐岩烃源岩中尤为普遍 。 7L ()08 I 3 1 0.28%~0.66%之间,但在不同的区域和层位有较大的 变化。以有机碳含量大于0.2%作为碳酸盐岩烃源岩 的下限 F].全区碳酸盐岩样品烃源岩有机碳丰度,以 下三叠统为最高,平均0.66%,达到好生油岩标准;其 次为下石炭统和上泥盆统,分别是0.57%和0.5 1%,属 较好烃源岩;再次为下二叠统、中泥盆统和中上石炭 统,依次为0.39%、0.33%、0.28%,为较差烃源岩类。 在平面上,全区有机质丰度以涟源凹陷为最高, 其碳酸盐岩有机碳平均含量为0.58%,泥质岩有机碳平 均含量为1_56%;其次为邵阳凹陷,有机碳平均含量 分别为0.52%和133%;最差为零陵凹陷,分别为0.43% 和1.37% 2。1 妊 l: 分神 2,2 2有效烃源岩平蕊分布 碳酸盐岩原生性评价包括两方面内容:一是烃源 岩有机质原生性识别,确定有效烃源岩;二是原始地 化分析数据的原生性识别,以便选取真正有代表 的 烃源岩地化特征参数 ]。湘中坳陷受构造运动的作 用,使之具多期多源叠加的特点,致使碳酸盐岩烃源岩 有机质原生性受到影响,给烃源岩生烃能力的评价带 来了。碳酸盐岩演化程度一般达到高、过成熟阶 段,表明油气经历了长时期的演化过程;风化溶蚀、溶 孑风化壳)及岩石裂隙普遍存在;沉积的碳酸 盐岩层厚度大,重质沥青或油不易排出;高、过熟天然 气沿膨胀裂隙向上运移过程中携人大量外来沥青(运 移沥青)并滞留于途中。上述因素造成碳酸盐岩烃源 岩生烃能力评价以及资源量估算的可靠性降低 。 根据前人的研究,总结 四种源岩原生陛的判识方法:①有机质的转化率和 产率与干酪根成熟度是否一致;②抽提物与干酪根 成熟度(抽提物与干酪根同 位素是否 配;④抽提物生标物与干酪根热解产生 的生标物是否相似。由于湘中坳陷烃源岩演化程度 高,故我们从岩性资料和热解数据人手来分析烃源 岩的原生 。统计结果表明,未识别前的统计值与在 去掉污染样晶后的统计结果和最初的统计结果的偏 差值相比偏高许多,最大差值可达0.079%。 2 2彳『参j【艟 譬殷分 i 2 2 1有机筷丰发 湘中地区各层系烃源岩的有机质丰度一般在 本 采用各层位烃源岩样品的有机碳含量达标 率与该层位烃源岩总厚度的乘积作为烃源岩的有效 厚度(图2)。有效烃源岩累计总厚达2270m。其中涟 源凹陷有效烃源岩的累计厚度最大,达1 890m;其次 为邵阳凹陷,累计厚1 520m;厚度最小的是零陵凹陷, 仅860 m。从层位上来看,有效烃源岩厚度最大的层位 是下石炭统,全区按面积加权的平均厚度为546 m。 ] T] f f D D C 1 C d d C P P T 、T、一J 地J 地层 图2 湘中地区烃源岩有效厚度分布直方图 D 棋梓桥组;c 矗 石磴子组 C.d 测水组;C.d 梓门桥组 维普资讯 .3 及乍 2.3,1干酪根的形态特征 经电镜扫描,本区各层位样品干酪根为泥型—偏 泥型(表1)。从表中可以看出,中泥盆统棋梓桥组 (样品,多数为腐泥型,仅零陵凹陷见有腐 殖—腐泥型,是湘中地区烃源岩有机质类型最好的层 位。本区碳酸盐岩烃源岩大多数都为混合型干酪根。 表1 湘中地区干酪根电镜形态定型一览表 注:I:腐泥型;合 (腐殖—腐泥型,Ⅱ :腐泥一腐殖型); Ⅲ:腐殖型。 2.3.2族组分特征 主要选用族组分中饱和烃/芳烃的比值来确定 烃源岩的有机质类型,一般认为,比值大于2则为I 型,小于1则为Ⅲ型,1~2之间的为Ⅱ型。以这一标 准来确定各层位烃源岩的有机质类型,其结果与上 述干酪根电镜形态定型基本吻合。 2 3.3色谱特征 用色谱资料分析烃源岩有机质类型所用的指标 有:h、Pr/数分布范围、主峰碳数、低碳 与高碳之比。用这种标量的判别结果,与上述干酪根 形态和族组分的鉴定结果基本相同。 从上述三项指标所确定的各层位烃源岩有机质类 型来看,以中泥盆统棋梓桥组的为最好,主要为3有机质成熟度与热演化 3.1 }究办法 3.].1古地温恢复方法 镜质体反射率尺 作为有机质成熟度的鉴定标 志,其变化除受热作用程度的控制外,还受热作用时 间长短的控制。本文在恢复古地温时采用算法。先用现今实测静温与深度的关系曲线求出 今地温梯度,根据已知典型井的埋藏史,用现今地温 梯度计算各层底界现今埋深处的厶Ⅵ值,然后根据 ,相关关系求出尺。值。将计算出的尺 值作 尺 _ 关系曲线并与该井实测尺 。改变今地温梯度重复上述计算,直至计算出的曲 线与实测尺 _时的地温梯度即为古 地温梯度。湘中坳陷的古地温梯度为3.4~C/100m。 3.].2热演化史研究 成烃演化史是研究油气成藏过程的关键,其模 型建立在对埋藏史恢复的基础上。在研究单井各层 埋藏史的基础上,根据R —日关系求得的R。值和计 算出的,立尺。和,过此关系 式再将,,进而编制出各层在不同 时期的尺 等值线图和研究区成烃演化史(图3)。 图3涟源凹陷石炭系岩关阶凰等值线图 3.2热演化叱分析 在利用地层剥蚀厚度恢复样品古埋深后,综合 分析各项地球化学指标,得出本区R。=0.6%为有机 质的成熟门限,尺 =1.20%为生油高峰期的上限, 尺。:1.30%~2.0%为高成熟、凝析油与湿气阶段, 尺 2.0%为裂解气和干气阶段,其对应的深度分别为 1 000m、2700m,3 100m、5 100m。根据本地区各井 的现今地温数据,通过立该区 —尺..的关系式为: 0903+O.12842 据计算出的各层段不同时期的厶Ⅵ值,通过 一尺。关系式得到了该区主要层段各沉积时期的 。 维普资讯 。由这些 ..值可以了解不同层位在不同时期有机 质的热演化过程,即有机质的成烃演化史。 全区不同层位的平均 值随地层时代变老而 增高,如 。值一般都大于2.5%,已处于 过成熟阶段。P 的 。值一般在1.85%~2.29%之间, 还处在高成熟期。而T —J 的 值还仅在0.789%~ 0.963%之间,刚达生油高峰时期(图4)。 时代 D 囱c。 C P T... T J 年龄 I 3l 3 35 4() 20 S() f%r) 0 |. { \ \ 一f】 … {\ f \ \ , 0 6 —— }\ \、\/ f 一2f】(W)- 一30111)’ \ l 3 —4( '0 一S(6( 逆 \1 一701/O’ 地表温度:32 \\ 古地温梯度:3.4℃/100n \\ 图4湘中坳陷地层埋深与烃源岩演化 4生排烃模式 傅家谟、郝石生、程克明等…。 从不同的角度 研究了海相碳酸盐岩烃源岩成烃演化特征,指出碳 酸盐岩有机质具有差异演化和“_一段式”生烃的特 点,表现在成烃演化较其他岩类具有迟滞效应和不 同赋存形式有机质之间演化的差异,即原始沥青解 聚成烃、干酪根降解成烃和包裹有机质释放成烃,它 们分别主要出现于末一低成熟阶段、成熟阶段和高 成熟阶段。而天然气形成于两个方面,一足进入高成 熟阶段后干酪根热裂解;二是已形成的各类液态烃 在高温下裂解。总体称之为“热裂解气阶段”。因此, 碳酸盐岩有机质的演化过程可分为四个阶段,即 “烃和热裂解气生成。 由于下古生界海相碳酸盐岩中缺乏陆源镜质 组,因此沥青反射率成为人们关注的焦点。丰国秀、刘德汉 “ 及郝石生等 认为,镜质组 反射率(尺 )可以反映有机质的演化程度。湘中坳 陷上古生界碳酸盐岩烃源岩的成烃演化以R =0.6%, 1.30%,2.0%划分为 种成烃方式一“三段式”成烃 带和热裂解气阶段,一共四个成烃阶段(图5)。 演化 只 有机碳含量 成烃 阶段 (g) 阶段 0 25 S() 75 0 朱成熟 0 3 / 原始撕青 解聚成烃 【l 6 低成熟 +\ (】9 ≠十\ 成熟 1 2 一 + 一\ I 酪袱降 f 『5 。+ 解成烃主 带 +, 1 8 ≠\ + 斗1 高成熟 2 1 。 包裹有机 质释放成 f f 烃{:带 2 4 /十 1 7 一 l + f 过成熟 3 0 + 热裂解 e +I 卜 阶段 }J 3 3 / / 口样( 图5湘中坳陷烃源岩演化模式 第一成烃阶段为碳酸盐岩的早期成岩作用阶 段,相应 为0.20%~0.60%,有机质处于未成熟一 低成熟阶段。来源于海洋生物(主要为浮游藻类和浮 游动物1的有机质,可能由于碳酸盐矿物对类脂物 分子聚合作用的抑制,沉积一成岩早期形成的分子 量和分子交联度较低的地质大分子,可以直接通过 解聚的方式形成解聚沥青(未成熟石油)。 第二成烃阶段为碳酸盐岩成岩作用晚期, 值 约为0.60%~1.30%。碳酸盐烃源岩干酪根在热力作 用下开始大量降解生烃,属正常的干酪根热降解生 烃阶段,生烃主峰尺 为1.20%。 第三成烃阶段从兄 =1.30%开始至大约 2.0% 止,属岩石的深成岩阶段和变生作用初期,相当于高 成熟阶段。这一·阶段干酪根的生烃潜力大部分已经 耗尽,主要由包裹有机质和部分束缚有机质继续提 供烃类来源,导致碳酸盐岩在高成熟阶段仍能出现 次要液态烃生成高峰,同时在干酪根和已生液态烃 的热裂解作用下气态烃也大量形成,但可能由于包 裹有机质含量低而多呈气态烃产出。 第四成烃阶段为热裂解气阶段,主要处于过成 熟阶段,但在高成熟阶段也存在液态烃和干酪根的 维普资讯 . 7恢 f、 满 々。 4、 f【l,技 卜 f J 热裂解作用而形成湿气。过成熟阶段主要为残余干 酪根的热裂解以生成高温甲烷气为特征。 5结 论 (1)湘中坳陷碳酸盐岩烃源岩具有四个阶段的 成烃特征,即原始沥青解聚成烃、干酪根降解成烃、 包裹有机质释放成烃及热裂解气生成。 (2)作为烃源岩评价和研究工作的基础,碳酸 盐岩有机质原生性的识别直接影响着生烃能力评价 结果的可靠性。 (3)湘中坳陷具有形成大气藏的物质基础。 [2] [3] 参考文献 金春爽,乔德武.浅谈盆地热历史及烃源岩热演化研究在 中国油气资源战略选区调查评价中的意义[J].地质通 报,2006,(1 o】2:9—10. 梁狄刚,张水昌,张宝民,等.从塔里木盆地看中国海相生油 问题[J].地学前缘,2000,7(4):534—547. 田文广,姜振学,庞雄奇,等.岩浆活动热模拟及其对烃源岩 热演化作用模式研究[J].西南石油学院学报,2005,27(1): 77 [4]王东良,张君峰,刘宝泉,等.青藏高原海相烃源岩生排烃模 式[J].石油勘探与开发,2001,(28)4:14—16. 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