西烏珠穆沁旗地區上二疊統北大山組油氣地質特征

朱常偉

長江大學地球科學學院，湖北武漢430100

中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037

張永生　(中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037)

李艷　(中石油長慶油田分公司第三采氣廠， 內蒙古 鄂爾多斯 017300)

于華泰

長江大學地球科學學院，湖北武漢430100

中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037

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西烏珠穆沁旗地區上二疊統北大山組油氣地質特征

朱常偉

長江大學地球科學學院，湖北武漢430100

中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037

張永生(中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037)

李艷(中石油長慶油田分公司第三采氣廠， 內蒙古 鄂爾多斯 017300)

于華泰

長江大學地球科學學院，湖北武漢430100

中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037

[摘要]通過野外實地剖面測量，將西烏珠穆沁旗地區上二疊統北大山組(P3b)劃分為4種沉積相帶，從下到上依次發育前緣陡坡、盆地-陡坡過渡帶、裂陷盆地、前緣陡坡、礁灘，具有良好的生儲蓋組合關系。在上述研究基礎上，結合有機地球化學以及巖石學等方法，對P3b烴源巖有機質豐度、有機質類型、有機質成熟度和泥頁巖礦物組成進行評價。結果表明，西烏珠穆沁旗地區P3b烴源巖屬于較好烴源巖，泥、頁巖硅質含量高，排烴能力強，利于油氣的富集和成藏，可作為好的油氣勘探選區。

[關鍵詞]北大山組;沉積環境;烴源巖;油氣勘探

東北-興蒙地區分布有大慶、吉林、遼河、二連等多個重要油氣田，經過半個多世紀的開采之后，目前正面臨擴大油氣遠景的艱巨任務。近年來的調查表明，松遼盆地及外圍地區上古生界石炭系-二疊系除部分地區發生動力接觸變質以外，并未發生區域變質作用[1～4]，從而使得對該地區上古生界進行油氣地質調查成為可能。張永生等[5,6]對該地區上二疊統進行野外地質考察，首次提出晚二疊世屬于海相沉積環境，促使對東北-興蒙地區晚二疊世油氣以及其他礦產勘查研究思路發生重大轉變。在該基礎上，筆者通過對內蒙古東北部西烏珠穆沁旗地區上二疊統北大山組(P3b)北大山剖面野外實地測量，并進行詳細的剖面描述和采樣分析，依據巖性特征劃分出沉積相帶。結合有地機球化學、巖石學方法，對P3b烴源巖的有機質豐度、類型、成熟度和泥頁巖礦物組成等4個主要指標進行分析，研究其有機巖石學特征，為內蒙古東北部尋找有利的油氣遠景區提供一定的指導意義。

1區域地質背景

圖1　采樣剖面位置圖

西烏珠穆沁旗地區大地構造位于溫度爾廟-西拉木倫縫合帶以北，屬于大興安嶺增生帶和松遼-錫林浩特地塊的結合部位，二連-黑河縫合帶在早-中泥盆世閉合后，在石炭紀-二疊紀期間發生大規模的裂陷，而研究區所處的裂陷盆地正是該時期形成的[7,8]。P3b于1987年內蒙古地質調查局進行1∶200000區域地質調查時建組，為該地區晚二疊世晚期的產物，與林西組、陶海營子組為同期異相沉積，廣泛分布于西烏珠穆沁旗圖幅東南部的巴音烏拉、密透、北大山、合頁壩、王蓋溝至白瑪哈頁烏拉和前氈鋪、齊家營子一帶[9]。通過野外踏勘，該次選取巖層出露齊全、構造簡單、地層連續的剖面進行實測采樣(剖面位置見圖1)。

2沉積環境

圖2　北大山組沉積構造及古生物

該次實測剖面共分35個小層。剖面下部和上部以較粗粒屑的雜砂巖和同生泥礫巖為主，中部以細粒的泥、頁巖沉積為主，頂部可見有造礁生物格架苔蘚蟲化石，整體粒度由上而下具有“粗-細-粗”的變化規律，反映水體經歷淺-深-淺的變化過程。依據沉積特征自下而上將P3b劃分為5個巖性段，4種沉積相帶。

一段(1～10層)：灰色、灰綠色厚層塊狀凝灰質膠結同沉積礫巖、雜砂巖(圖2(a))。局部夾有凝灰質膠結角礫巖，礫石具有弱定向構造，呈現塊體滑塌狀(圖2(b))，為前緣陡坡沉積相帶，厚541.4m，未見底。

二段(11～16層)：灰色、灰綠色泥巖、頁巖和混砂質泥巖互層，局部夾有同生泥礫巖和混雜礫巖透鏡體，泥、頁巖表面見有蠕蟲運動遺跡(圖2(c))，該段具有盆地相泥頁巖沉積和陡坡相的滑塌沉積，為盆地-陡坡過渡沉積相帶，厚758.9m。

三段(17～23層)：灰色、灰黑色泥巖、頁巖互層，夾有薄中層混砂質泥巖。以暗色細粒沉積物為主，沉積環境穩定，水動力條件弱，發育水平層理，為裂陷盆地沉積相帶，厚1330.5m。

四段(24～32層)：深灰色、灰黑色薄層粉砂質泥巖與同生泥礫巖互層，局部夾有砂巖透鏡體，砂巖中發育斜層理，礫石弱定向排列，為前緣陡坡沉積相帶，厚678.4m。

五段(33～35層)：深灰色、灰色粉砂質泥巖、灰巖和泥質粉砂巖互層，頂部見有鈣化苔蘚蟲化石(圖2(d))，苔蘚蟲化石具有典型的生物礁造格架，為礁灘沉積相帶，厚178.3m。頂部與燕山期花崗巖體不整合接觸。

研究區晚二疊世期間受西伯利亞板塊和華北板塊的碰撞作用，發生大規模的裂陷，形成海相裂陷槽[10]，而P3b頂部苔蘚蟲化石的發現，也很好地佐證該地區晚二疊世晚期以海相沉積為主。在盆地裂陷期，構造運動強烈，火山活動頻繁，見有大量火山碎屑凝灰質膠結物，整體以快速充填的同沉積礫巖和雜砂巖為主。裂陷盆地穩定充填期，盆地內水體較深，處于靜水條件，沉積物以暗色細粒泥、頁巖為主，有機質多，易于保存，可形成較好的生油層。盆地閉合抬升期，裂陷盆地整體開始抬升，水體逐漸變淺，粉砂質泥巖和同沉積礫巖交互沉積，反映盆地間歇性抬升的過程。盆地閉合末期，構造運動減弱，沉積環境相對穩定，以淺海陸棚礁灘相沉積以主，生物礁發育，其中礁灰巖、生物碎屑灰巖儲集空間良好，可作為好的油氣儲集地帶。而上覆燕山期花崗巖體，巖性致密、堅硬、成層分布，對下覆儲集層油氣能起到很好的封閉作用，可作為較好的封蓋層[11](圖3)。綜合來看，P3b在時空上形成良好的生儲蓋組合關系，利于油氣產出和保存。

圖3　北大山剖面綜合柱狀圖

3烴源巖特征

共采集烴源巖樣品34塊，以暗色泥頁巖、粉砂質泥巖為主，具體采樣層位見圖3。由于野外工作條件有限，所采集樣品均受到一定程度的風化污染，導致烴源巖真實的測試結果會有部分偏差，筆者盡量去除外因影響，確保選取結果誤差最小。

3.1有機質豐度

有機質豐度是衡量烴源巖生成油氣潛力的物質基礎，在烴源巖評價中起著至關重要的作用[12，13]。評價烴源巖有機質豐度的主要指標有：總有機碳質量分數(w(TOC))、氯仿瀝青“A”質量分數(w(“A”))、生烴潛量(w(S1+S2))等，該次評價指標參照SY/T 5735—1955標準，對P3b烴源巖有機質豐度進行評價。

測試結果顯示，樣品w(TOC)為0.30%～1.44%(平均為0.60%)，有機質豐度評價為中等-較好；而w(“A”)和w(S1+S2)平均值分別為0.0041%和0.03%，有機質豐度評價為較差和非烴源巖。由于受風化作用等因素影響，烴源巖可溶性有機質流失較多，對w(“A”)和w(S1+S2)測試結果影響較大，所得數據也表明該2項指標含量極低，不能真實反映區內有機質豐度，僅做參考使用[14，15]。故選取w(TOC)作為主要評價依據。綜合來看，P3b烴源巖有機質豐度達到中等-較好，為有效烴源巖。

表1　有機質類型劃分方案及標準

3.2有機質類型

不同有機質來源組成的烴源巖，在成烴潛能和生烴產物上也會有所不同，因此，還必須對有機質的類型進行評價。該次研究采用干酪根類型指數(Ti)和巖石熱裂解氫指數(IH)劃分有機質類型。評價標準及方案見表1。

33塊P3b泥頁巖樣品測試結果顯示干酪根Ti分布范圍為-48.75～72，其中有5塊樣品為Ⅱ1型，占15%，27塊樣品為Ⅱ2型，占82%，1塊樣品為Ⅲ型，占3%。

IH為1.07～16.01mg/g(平均3.99mg/g)，均遠小于150mg/g，指示有機質類型全部為Ⅲ型。考慮到IH極低，可能受風化作用影響較大,結果僅供參考。

綜合來看，P3b烴源巖樣品有機質類型主要為Ⅱ2型，含有少量Ⅱ1和Ⅲ型。

3.3有機質成熟度

有機質成熟度能夠反映烴源巖能否繼續大量生成油氣，在有機質向烴類轉化的過程中，鏡質體反射率(Ro)會發生不可逆的增大，由此作為評價的可靠依據[16，17]。

P3b烴源巖樣品的Ro為1.35%～2.3%，其中16塊樣品Ro介于1.3%～2.0%之間，占57.14%，12塊樣品Ro大于2.0%，占42.85%。表明P3b烴源巖有機質熱演化達到高-過成熟階段，經歷了大量的生烴、排烴之后，目前處于生成輕質油和干氣階段。

3.4烴源巖礦物組成

不同沉積環境下形成的泥頁巖礦物組成有很大差異，其中脆性礦物與黏土礦物的相對含量影響著泥頁巖的孔滲性、吸附力等物性參數，進而影響到烴源巖的排烴能力。一般富含脆性礦物泥頁巖，易形成裂縫，有利于烴類的排出[18,19]。

由全巖X射線衍射定量分析對比圖(圖4)可知，泥、頁巖礦物組成以石英、黏土為主，其次為斜長石，菱鐵礦、硬石膏及方解石等礦物含量較少。

從礦物組成三角圖(圖5)可知，礦物組分主要為脆性礦物和黏土礦物，碳酸鹽巖含量相對較低，石英等脆性礦物含量高，反映P3b泥、頁巖孔隙和微裂縫發育，排烴類能力強，利于油氣富集成藏。

4結論

1) 西烏珠穆沁旗地區P3b發育4個沉積相帶：前緣陡坡相帶、盆地-陡坡過渡帶相帶、裂陷盆地相帶、礁灘相帶，反映了水體由淺-深-淺的沉積演化過程。地層中有機質含量豐富，儲集空間發育，可與上覆燕山期花崗巖在時空上形成良好的生儲蓋組合關系。

2)研究區P3b烴源巖有機質豐度評價為中等-較好，屬于有效烴源巖；有機質類型以Ⅱ2型為主，少量Ⅱ1和Ⅲ型；有機質熱演化程度高，達到高-過成熟階段；泥頁巖脆性礦物含量較高，排烴能力強，利于油氣富集和成藏，可作為東北-興蒙地區好的油氣勘探選區。

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[編輯]鄧磊

The Reservoir Geological Characteristics of the Upper Permian Beidashan Formation in the Western Ujimqin Banner

Zhu Changwei, Zhang Yongsheng, Li Yan, Yu Huatai

(FirstAuthor’sAddress：SchoolofGeosciences,YangtzeUniversity,Wuhan430100,Hubei,China;InstituteofMineralResourcesofChinaUniversityofGeosciences,Beijing100037,China)

Abstract:Based on field profile detection, the upper Permian Beidashan Formation(P3b)is divided into 4 sedimentary facies bands, from the bottom up, there develop a front steep slope, basin-slope transition band, rift basin, frontier steep slope and reef beach, where there exists a good relationship of source-reservoir-caprock assemblage. Based on the study mentioned above, and combined with the methods of geochemistry and petrology, the characteristics of the source rock abundance, type of organic matter, maturity of organic matter and the composites of mud shale of the P3b source rock are evaluated. Results indicate that the P3b source rock in the Western Ujimqin Banner belongs to a better source rock with high silicon content of mud and shale rocks, its hydrocarbon expulsion capacity is high, it is beneficial for hydrocarbon accumulation and formation, it can be a candidate area for oil and exploration.

Key words:Beidashan Formation; sedimentary environment; source rock; oil and gas exploration

[中圖分類號]TE122.1

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)8-0001-05

[作者簡介]朱常偉(1988-)，男，碩士生，現從事油氣地質、沉積學方面研究工作；通信作者：張永生，zys_601@126.com。

[基金項目]中國地質調查局項目(12120115001401)。

[收稿日期]2015-11-20

[引著格式]朱常偉，張永生，李艷，等.西烏珠穆沁旗地區上二疊統北大山組油氣地質特征[J].長江大學學報(自科版),2016,13(8):1～5.