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(duì)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(bào)規(guī)模儲(chǔ)量、N13塊獲工業(yè)油流外，其余探井僅見到油氣顯示或?yàn)楦删⒑退Ｖ袊鴮W(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(dá)到低熟—成熟演化階段，生排烴時(shí)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(chǔ)層提供充足的油源，形成自生自儲(chǔ)型、下生上儲(chǔ)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(yùn)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(chǔ)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(duì)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(gè)次級(jí)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?yàn)镹NE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(gè)二級(jí)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(dá)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(shì)，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(shí)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(cè)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(bǔ)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(cè)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(cè)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(bǔ)償中子略大，地層密度略小，底部安山巖段呈低補(bǔ)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(bǔ)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(shí)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(cè)井特征對(duì)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(jī)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(duì)鉆遇沉積碎屑巖的N10井進(jìn)行取樣測(cè)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(jī)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(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]，義縣組烴源巖已經(jīng)達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 N10井有機(jī)質(zhì)豐度參數(shù)

3.3 奈曼凹陷北部N10井有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)中國中、新生代油(氣)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，N10井義縣組烴源巖的有機(jī)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(jī)質(zhì)熱演化程度

N10井1 881.20、1 882.15、1 883.05 m處實(shí)測(cè)Ro平均值為0.505%，根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)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(jī)質(zhì)基本達(dá)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(shí)測(cè)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(shí)，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(dá)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(gè)烴源巖樣品進(jìn)行飽和烴氣相色譜分析測(cè)試。研究認(rèn)為，3個(gè)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(shì)，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(qiáng)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(xiàn)稍大。碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)為1.42～1.79，奇偶優(yōu)勢(shì)比為1.14～1.29，有一定的奇偶優(yōu)勢(shì)，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(gè)烴源巖樣品，進(jìn)行飽和烴色譜-質(zhì)譜分析。3個(gè)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(gè)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(duì)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(qiáng)還原沉積環(huán)境。在該區(qū)3個(gè)烴源巖樣品的m/z125質(zhì)量色譜圖上可檢測(cè)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(duì)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(duì)下白堊統(tǒng)九佛堂組的研究資料進(jìn)行對(duì)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(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(duì)油氣貢獻(xiàn)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(shí)期已進(jìn)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(jìn)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(yùn)移，已生成的油氣進(jìn)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(duì)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(jìn)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(chǔ)層、九佛堂組砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行運(yùn)移，形成自生自儲(chǔ)型、下生上儲(chǔ)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(yùn)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(chǔ)型油氣藏，從而彌補(bǔ)了凹陷北部九佛堂組下段烴源巖生烴不足的問題，對(duì)促進(jìn)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(cè)井特征對(duì)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(jī)碳含量平均為3.40%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ、Ⅱ1型，深度為1 880.00 m左右實(shí)測(cè)Ro平均值為0.5%，已達(dá)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(qiáng)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(shí)期已進(jìn)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(bǔ)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)。