漠河盆地漠河組天然氣水合物潛在氣源巖評(píng)價(jià)

鄧 磊，文志剛，劉 蘊(yùn)，董紋希，劉 聰

(1.長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020;2.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100; 3.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

漠河盆地漠河組天然氣水合物潛在氣源巖評(píng)價(jià)

鄧 磊1，2，文志剛2，劉 蘊(yùn)3，董紋希3，劉 聰3

(1.長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020;2.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100; 3.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

通過(guò)對(duì)鉆井及露頭剖面樣品的分析，基于烴源巖的分布及有機(jī)質(zhì)的豐度、類(lèi)型、成熟度等指標(biāo)，對(duì)漠河盆地漠河組天然氣水合物潛在氣源巖進(jìn)行了深入剖析與有效評(píng)價(jià)，以期為該區(qū)天然氣水合物的勘探提供理論依據(jù)。結(jié)果表明:漠河組分布穩(wěn)定且連續(xù)，暗色泥巖沉積厚度大，由西至東逐漸減薄;總有機(jī)碳含量平均為1.85%，其中71.38%的樣品被評(píng)價(jià)為中等及以上烴源巖;有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1、Ⅱ2型為主，少量為Ⅰ型;有機(jī)質(zhì)熱演化程度均已達(dá)到高成熟—成熟階段。結(jié)合烴源巖厚度、豐度、類(lèi)型及演化程度等特征將天然氣水合物有利區(qū)劃分為3類(lèi)，龍河林場(chǎng)一帶烴源巖沉積厚度大、豐度高、類(lèi)型好、熱演化程度高，可作為下一步勘探的首選目標(biāo)區(qū)。

漠河盆地;漠河組;天然氣水合物;烴源巖;有機(jī)質(zhì)

0 引言

漠河盆地位于大興安嶺北部地區(qū)，北與俄羅斯毗鄰，分屬漠河、呼瑪、塔河3縣管轄，地理坐標(biāo)為:東經(jīng)121°07＇～125°45＇，北緯5°20＇～53°03＇。屬大陸高寒氣候，結(jié)冰期長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月左右，年平均氣溫為-4.9℃，為中國(guó)三大多年凍土分布區(qū)之一［1-2］。國(guó)外學(xué)者在俄羅斯、美國(guó)和加拿大等國(guó)的環(huán)北冰洋凍土區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了9處天然氣水合物產(chǎn)地，中國(guó)也于2009年在祁連山木里地區(qū)鉆獲天然氣水合物實(shí)驗(yàn)樣品，但與之同屬多年凍土區(qū)的漠河盆地在天然氣水合物的勘探上卻鮮有突破［3-6］。究其原因，主要在于前人對(duì)漠河盆地研究程度較低，基礎(chǔ)地質(zhì)資料匱乏，未能有效研究區(qū)內(nèi)潛在氣源巖層。在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，深入剖析了漠河盆地潛在氣源巖的有機(jī)地球化學(xué)特征，并對(duì)其進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以期對(duì)漠河盆地天然氣水合物的勘探及戰(zhàn)略選區(qū)提供一定指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

漠河盆地區(qū)域構(gòu)造上位于興蒙造山帶額爾古納地塊東北部，興安—布列亞中間地塊的西側(cè)，蒙古—額霍次克中生代褶皺帶的南緣，呈東西向展布，長(zhǎng)約300 km，寬約80 km，在中國(guó)境內(nèi)面積約為21 500 km2，與北部俄羅斯境內(nèi)的烏舒蒙盆地相連為同一盆地［6］。

漠河盆地為一中生代陸相盆地，中侏羅世為其主要的形成時(shí)期，在整個(gè)大興安嶺地區(qū)北部發(fā)育了巨厚的陸源碎屑沉積。中侏羅統(tǒng)由下至上依次發(fā)育繡峰組(J2x)、二十二站組(J2e)、漠河組(J2m)和開(kāi)庫(kù)康組(J2k)［6］。

2 烴源巖分布特征

受沉積相及巖相古地理控制，區(qū)內(nèi)J2m分布范圍廣，發(fā)育一套灰黑—黑色中細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖夾砂礫巖及煤層，其暗色泥巖沉積厚度大，分布穩(wěn)定，為區(qū)內(nèi)潛在的供氣源巖層。實(shí)測(cè)剖面分析表明:研究區(qū)J2m暗色泥巖厚度最大為1 300 m，最小處亦超過(guò)200 m;西部廣泛分布于北極村—二道河一線，暗色泥巖沉積厚度均超過(guò)400 m;中部地區(qū)暗色泥巖整體沉積厚度較西部小，其中北紅村一帶沉積厚度最大，約700 m;東部地區(qū)則由于地殼抬升，地層遭受大面積剝蝕沉積厚度相對(duì)較小(圖1)。

圖1 漠河盆地J2m暗色泥巖厚度等值線

3 烴源巖地球化學(xué)特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

J2m烴源巖整體表現(xiàn)為高總有機(jī)碳含量，低生烴潛量、氯仿瀝青“A”及總烴含量，其中生烴潛量為0.02～9.76 mg/g，平均為0.35 mg/g;氯仿瀝青“A”為0.003 9%～0.044 1%，平均為0.014 0%;總烴含量為43.00～161.64 μg/g，平均為46.10 μg/ g。低氯仿瀝青“A”與總烴含量可能為早期排烴過(guò)程中的液態(tài)產(chǎn)物在后期演化過(guò)程中大量氣化所致，而低生烴潛量則可能為烴源巖在生烴后，部分烴類(lèi)排出，導(dǎo)致生烴量急劇減少所致［7-10］。故研究主要選取總有機(jī)碳含量作為有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，并結(jié)合生烴潛量、氯仿瀝青“A”及總烴含量等參數(shù)輔助判斷。

圖2 漠河盆地J2m烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度綜合評(píng)價(jià)

圖3 漠河盆地J2m烴源巖總有機(jī)碳等值線

J2m暗色泥巖總有機(jī)碳含量為 0.09%～17.73%，均值達(dá)到1.56%，中等烴源巖的樣品約占總數(shù)的19.47%，好烴源巖的樣品約占26.34%，達(dá)到最好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的樣品占25.57%(圖2)。結(jié)合總有機(jī)碳含量平面分布圖(圖3)認(rèn)為，研究區(qū)西部泥巖厚度大，分布連續(xù)，但遭受動(dòng)力變質(zhì)作用影響強(qiáng)烈，暗色泥巖已趨于板巖化，導(dǎo)致其熱演化程度過(guò)高，各項(xiàng)指標(biāo)偏低，總有機(jī)碳含量均小于0.4%;中部地區(qū)總有機(jī)碳含量較西部地區(qū)明顯升高，平均為1.69%;東部地區(qū)剝蝕廣泛，風(fēng)化嚴(yán)重，且多為植被覆蓋。綜合判斷，J2m烴源巖為中等—好的烴源巖。

3.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

3.2.1 有機(jī)質(zhì)顯微組分

由有機(jī)質(zhì)顯微組分的觀察與統(tǒng)計(jì)(表1)可以看出:漠河盆地J2m烴源巖樣品中腐泥組含量較高(43.0%～82.3%，平均為61.5%)，其次為鏡質(zhì)組(17.7%～47.0%，平均為34.5%)，而殼質(zhì)組與惰質(zhì)組含量普遍較低，基本沒(méi)有顯示，在一定程度上指示了該層位有機(jī)質(zhì)保存較好，氧化程度較低，同時(shí)也反映區(qū)內(nèi)沉積壞境為水體較深，較封閉的還原環(huán)境［11-12］。J2m烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為Ⅱ1、Ⅱ2型，二者所占比例相近，而Ⅰ型有機(jī)質(zhì)僅占7%。

表1 漠河盆地J2m烴源巖有機(jī)質(zhì)顯微組分統(tǒng)計(jì)

3.2.2 巖石熱解參數(shù)

對(duì)262塊露頭及巖心樣品熱解參數(shù)研究顯示: J2m烴源巖氫指數(shù)(IH)為1.0～113.0 mg/g，平均為18.7 mg/g，降解潛率(D)為0.06%～9.49%，平均為1.76%，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為Ⅲ型，少量為Ⅱ2型;其西部地區(qū)有機(jī)質(zhì)類(lèi)型相對(duì)較好，Ⅱ2、Ⅲ型均有分布，中部地區(qū)有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要以Ⅲ型為主，有少量Ⅱ2型，東部地區(qū)樣品較少，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為Ⅲ型(圖4)。

圖4 漠河盆地J2m烴源巖IH-Tmax(最高熱解峰溫)及D-Tmax有機(jī)質(zhì)類(lèi)型劃分

3.2.3 生物標(biāo)志化合物

研究區(qū)J2m烴源巖樣品中孕甾烷與升孕甾烷含量較高，規(guī)則甾烷多呈現(xiàn)V字型或偏L字型分布，指示了以低等水生生物為主的混合母源特征。而在C27-C28-C29相對(duì)組成三角圖(圖5)中［13］，樣品點(diǎn)集中分布于Ⅱ1—Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)區(qū)間，僅有個(gè)別樣品落入Ⅲ型有機(jī)質(zhì)區(qū)間，與有機(jī)質(zhì)顯微組分分析結(jié)果一致。

圖5 漠河盆地J2m烴源巖甾烷C27-C28-C29相對(duì)組成

綜上，利用巖石熱解參數(shù)、有機(jī)質(zhì)顯微組分、生物標(biāo)志物等方法分析區(qū)內(nèi)烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型，其結(jié)果存在一定差異，究其原因主要為動(dòng)力變質(zhì)作用導(dǎo)致的熱演化差異所致。而巖石熱解參數(shù)、生物標(biāo)志物等分析方法中使用的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，均受熱演化程度影響較大，不能準(zhǔn)確、有效地反映最終結(jié)果，故綜合判斷區(qū)內(nèi)烴源巖類(lèi)型為Ⅱ1—Ⅱ2型，少量為Ⅰ型。

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

3.3.1 鏡質(zhì)體反射率

通過(guò)對(duì)研究區(qū)露頭及巖心樣品的分析統(tǒng)計(jì)表明:區(qū)內(nèi) J2m樣品的鏡質(zhì)體反射率為0.80%～3.54%，平均為2.02%，整體處于高—過(guò)成熟階段;研究區(qū)東部地區(qū)樣品Ro為0.99%～1.54%，平均為1.27%，烴源巖演化程度偏低，處在成熟階段;中西部地區(qū)樣品 Ro為0.80%～3.54%，平均為1.80%，有機(jī)質(zhì)演化程度逐漸增高，普遍處于高—過(guò)成熟階段。由此判斷，研究區(qū)烴源巖樣品有機(jī)質(zhì)成熟度由東至西逐漸增加，熱演化程度逐漸變高。而在研究區(qū)中部，通過(guò)對(duì)三零干線—小丘古拉河剖面的連續(xù)采樣發(fā)現(xiàn)，由南至北、由深至淺烴源巖Ro也呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，越靠近北部構(gòu)造帶，動(dòng)力變質(zhì)作用越強(qiáng)，熱演化程度越高。

3.3.2 生物標(biāo)志化合物

盧雙舫等［14］認(rèn)為，正構(gòu)烷烴碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI)與奇偶優(yōu)勢(shì)(OEP)可作為成熟度參數(shù)，當(dāng)其值大于1.20時(shí)樣品未成熟，研究區(qū)J2m烴源巖對(duì)應(yīng)參數(shù)平均值分別為1.07和0.90，均小于1.20 (表2);Huang D F等［15-21］將甾烷成熟度參數(shù)B1(C29甾烷αββ含量與C29甾烷αββ、C29甾烷ααα含量之和的比)和B2(C29甾烷ααα20S含量與C29甾烷ααα20S、C29甾烷ααα20R含量之和的比)的低熟至成熟邊界分別定為 0.25～0.43，0.27～0.42，而區(qū)內(nèi) J2m烴源巖對(duì)應(yīng)參數(shù)的平均值為0.45和0.50(表2)。結(jié)合上述生物標(biāo)志化合物特征，表明區(qū)內(nèi)J2m烴源巖均已進(jìn)入成熟階段。

表2 漠河盆地J2m烴源巖生物標(biāo)志物成熟度參數(shù)統(tǒng)計(jì)

綜合上述分析，Ro與Tmax均反映研究區(qū)內(nèi)J2m烴源巖熱演化程度較高，普遍處于高—過(guò)成熟階段，而生物標(biāo)志化合物由于受到成熟度及異構(gòu)化反應(yīng)平衡點(diǎn)的影響，其結(jié)果與二者略有差異，但亦指示烴源巖均已成熟，故判斷漠河盆地J2m烴源巖正處于高—過(guò)成熟階段。

4 有利勘探區(qū)劃分

從烴源巖的總有機(jī)碳分布及熱演化程度入手，結(jié)合暗色泥巖展布規(guī)律及構(gòu)造發(fā)育特征，對(duì)區(qū)內(nèi)J2m天然氣水合物有利勘探區(qū)進(jìn)行了初步劃分，并按等級(jí)將其劃分為3類(lèi)。

(1)Ⅰ類(lèi)有利勘探區(qū)。位于龍河林場(chǎng)附近，區(qū)內(nèi)J2m沉積厚度大，暗色泥巖厚度普遍大于300 m，最厚處為700 m，總有機(jī)碳含量為1.00%～1.50%，烴源巖熱演化程度高，多處于高成熟階段，局部受到動(dòng)力變質(zhì)作用影響處于過(guò)成熟階段;斷裂發(fā)育，為區(qū)內(nèi)的天然氣的聚運(yùn)提供了有效通道。

(2)Ⅱ類(lèi)有利勘探區(qū)。位于小丘古拉河以西地區(qū)，構(gòu)造上位于推覆構(gòu)造中部，靠近前鋒帶。區(qū)內(nèi)J2m烴源巖厚度為300～600 m，其總有機(jī)碳含量略低于Ⅰ類(lèi)有利勘探區(qū)，集中分布于1.0%左右。

(3)Ⅲ類(lèi)有利勘探區(qū)。位于北極村及鄰近地區(qū)，J2m烴源巖雖沉積厚度大，但鉆井揭示其有機(jī)質(zhì)豐度較低，且熱演化程度過(guò)高。此外，該區(qū)地處推覆構(gòu)造帶的根部，動(dòng)力變質(zhì)較為普遍，糜棱巖化及板巖化作用發(fā)育，構(gòu)造破壞程度較高。

5 結(jié)論

(1)漠河盆地J2m暗色泥巖，總有機(jī)碳含量為0.09%～17.73%，平均為1.85%，達(dá)到中等烴源巖標(biāo)準(zhǔn)以上的樣品占總數(shù)的71.38%;有機(jī)質(zhì)生源表現(xiàn)為以低等水生生物為主的混合母源特征，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1、Ⅱ2型為主，少量為Ⅰ型;Ro與Tmax均反映出烴源巖正處于高—過(guò)成熟階段。由于其沉積厚度大、分布穩(wěn)定、有機(jī)質(zhì)豐度較高，可作為區(qū)內(nèi)潛在的有效烴源巖層。

(2)將研究區(qū)J2m天然氣水合物有利勘探區(qū)初步劃分為3類(lèi)，中部龍河林場(chǎng)一線烴源巖厚度大、豐度高、熱演化程度較高、動(dòng)力變質(zhì)發(fā)育程度較弱，可作為下一步天然氣水合物勘探的首選目標(biāo)區(qū);小丘古拉河以西則因其有機(jī)質(zhì)豐度略低于龍河林場(chǎng)而作為備選區(qū);西部北極村一線強(qiáng)烈的變質(zhì)作用導(dǎo)致烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度低且熱演化程度過(guò)高，故作為勘探的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

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編輯張 雁

TE122.1

A

1006-6535(2015)05-0033-05

20150407;改回日期:20150810

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家海洋地質(zhì)專(zhuān)項(xiàng)“東北凍土天然氣水合物資源勘查”(2014GZH-003-24-5);中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“中國(guó)中東部構(gòu)造體系控油作用研究”(1212011120965);長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究發(fā)展基金項(xiàng)目“漠河盆地中侏羅統(tǒng)天然氣水氣物氣源巖研究”(15j0101)

鄧?yán)?1983-)，男，講師，2006年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為長(zhǎng)江大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)在讀博士研究生，主要從事油氣地球化學(xué)方面的研究與教學(xué)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.006