在锦州25-1地区分布三套生油岩系,分别为沙河街组沙三段、沙一段及东营组东三段。此次研究通过对该区多口钻井的三套层系烃源岩进行地球化学特征研究,从有机碳含量、干酪根有机显微组分、镜质体反射率Ro以及生物标志化合物特征等方面,讨论了辽西低凸起三套泥/页岩地球化学特征及生烃潜力。研究认为该区烃源岩有机质丰度高,有机质显微组分显示为含壳质组组分占优势的Ⅱ1型有机质类型,为生烃能力强的油型有机质;该区Es3段烃源岩的成熟度处于成熟~生油高峰阶段,Ed3~Es1烃源岩成熟度处于未成熟阶段,可见该区主力烃源岩为Es3段,次要烃源岩层为Ed3、Es1段;该区生物标志物特征总体上表现为“4-甲基甾烷含量高,甲藻甾烷丰富”,规则甾烷为不对称V型,淡水、富沟鞭藻类沉积有机相,以低等水生生物和藻类占优势,陆源有机质为辅的混合型的母源特征。 Three sets source rocks are distributed in the Jinzhou 25-1 region, namely, the third member of Shahejie formation, the first member of Shahejie Formation and the three member of Dongying formation. This study based on the study of three sets source rocks of the drilling wells from geochemistry, from the aspects of organic carbon content, kerogen macerals, vitrinite reflectance Ro and features of biomarkers, discusses three sets mud/shale geochemical characteristics and hydrocarbon generation potential in Liaoxi low uplift. Study shows that the hydrocarbon source rocks in this region have high abundance of organic matter, organic macerals show II1 type organic matter of containing dominant exinite components , hydrocarbon generation ability for oil type organic matter; the maturity of the source rocks in the Es3 section is in the mature to oil generating peak stage, and the maturity of source rocks in the Ed3 - Es1 is in immature stage, it can be seen that the main source rocks in this area are Es3, and the secondary hydrocarbon source rocks are Ed3 and Es1; the characteristics of biomarkers in this area are characterized by “high content of 4- methyl steroids and abundance of dinoflagellate", the regular steroids are asymmetric V type, and the organic compounds are dominated by fresh water and dinoflagellate, which are dominated by lower aquatic organisms and algae, and are characterized by a mixed source parent.
高耀1,郑晶1,梁杰2,林雪梅1,王旭1
1成都理工大学油气地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都
2中国石油天然气集团公司大庆油田井下作业分公司修井一大队,黑龙江 大庆
收稿日期:2017年7月28日;录用日期:2017年8月11日;发布日期:2017年8月17日
在锦州25-1地区分布三套生油岩系,分别为沙河街组沙三段、沙一段及东营组东三段。此次研究通过对该区多口钻井的三套层系烃源岩进行地球化学特征研究,从有机碳含量、干酪根有机显微组分、镜质体反射率Ro以及生物标志化合物特征等方面,讨论了辽西低凸起三套泥/页岩地球化学特征及生烃潜力。研究认为该区烃源岩有机质丰度高,有机质显微组分显示为含壳质组组分占优势的Ⅱ1型有机质类型,为生烃能力强的油型有机质;该区Es3段烃源岩的成熟度处于成熟~生油高峰阶段,Ed3~Es1烃源岩成熟度处于未成熟阶段,可见该区主力烃源岩为Es3段,次要烃源岩层为Ed3、Es1段;该区生物标志物特征总体上表现为“4-甲基甾烷含量高,甲藻甾烷丰富”,规则甾烷为不对称V型,淡水、富沟鞭藻类沉积有机相,以低等水生生物和藻类占优势,陆源有机质为辅的混合型的母源特征。
关键词 :锦州25-1,烃源岩,地球化学特征,生物标志物
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近年来,地球化学特征研究在理论和应用方面取得了迅速发展,成为近代地球化学研究不可缺少的一部分,其在揭示沉积盆地演化历史、沉积环境及沉积物物质来源等方面,越来越多应用于实际研究 [
渤海油田是中国东部一个重要的产油区,近年来随着辽东湾地区勘探深入,发现的锦州25-1油田是目前渤海最大的轻质油田,是首次在辽西凹陷发现的油气当量超过亿吨的优质油田 [
辽西低凸起位于渤海湾盆地东北部辽东湾地区,长174 km,宽4~9 km,面积1150 km2。辽西低凸起东邻辽中凹陷,西以辽西一号断层为界与辽西凹陷相邻,呈北北东向展布,具有“凹中隆”的特点,是油气聚集的有利区带。辽西低凸起被东西相邻的辽西凹陷和辽中凹陷所夹持,辽西凹陷和辽中凹陷均为东断西超,各个凹陷由北向南又均可细分为北、中、南三个次洼(图1) [
构造上辽东湾地区分为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起、辽东凹陷共5个次级构造单元。前人研究认为中生代至古近纪早期(42 Ma之前),由于扬子板块向北楔入,持续作用于华北板块,太平洋板块向北北西向俯冲,使北北东向的郯庐断裂带发生左旋走滑运动 [
图1. 辽西低凸起地区地理位置及古近纪构造区划图(修改自吕丁友,2009)
锦州25-1地区钻遇地层为新近系明化镇组、馆陶组、古近系东营组、沙河街组一段、二段、三段,基底为前第三系地层。基底前第三系主要包括太古界、中上元古界变质岩、花岗岩,古生界碳酸盐岩和中生界火成岩地层,且不同部位基底的时代和岩性不同。古近纪主要为断陷期,沉积了孔店组、沙河街组和东营组,以泥岩与碳酸盐岩互层为主,且均夹有红色岩层,总体上为干旱环境下的小型湖泊沉积和冲积扇沉积。新近系为裂后坳陷期沉积,自下而上为馆陶组和明化镇组,在全区为一套辫状河到曲流河的陆源粗碎屑沉积 [
在研究区锦州25-1地区分布三套生油岩系,分别为沙河街组沙三段、沙一段及东营组东三段。沙三段以暗色泥岩或油页岩为主,沉积环境主要为湖泊环境,边缘发育扇三角洲或水下扇,是主力烃源岩发育层段;该区的沙一段为特殊岩性段,暗色泥岩与油页岩较为广泛发育,底部为生物碎屑灰岩、碎屑云岩,为湖泊和碳酸盐生物滩环境;该区的东三段为深灰色泥岩夹砂岩透镜体,其以湖泊沉积环境为主,主要为区域盖层,但在辽中凹陷的深洼部位也可以成熟供烃。
对锦州25-1地区三套烃源岩地层的泥岩厚度统计发现,东营组地层厚度为674 m~1083 m,中、下段暗色泥岩十分发育,具有地层厚度大,泥岩单层厚度大,泥/地、暗泥/地比高,都在90%左右,该套地层在构造部位可作为区域性的盖层有较强的封盖性能,在埋藏较深的凹陷部位,埋藏深热演化高,可作为一套潜在的烃源岩。沙一段在该区地层分布相对较薄,地层厚度小于100 m,泥岩以褐灰色、灰色、浅灰色为主,泥/地、暗泥/地高,一般在80%左右。沙三段在本区大多数的钻井并未钻穿该套地层,在该区揭示厚度为200 m~800 m,在构造高部位揭示的厚度大,近洼带揭示的厚度较小,根据揭示地层来看,沙三段泥岩质纯,颜色以黑色、灰黑色、褐灰色、浅灰色为主,泥/地、暗泥/地变化较大,泥/地、暗泥/地比值在50%~60%左右。
通过对该区JZ 25-1-3 、JZ25-1-4、JZ25-1-5、JZ25-1-6、JZ25-1-8五口钻井的暗色泥岩岩屑生油岩有机地球化学参数统计,根据陈义才 [
井号 | 地层 | 深度范围,m | TOC,% | S1 + S2,mg/g | 氯仿沥青“A”,% | 总烃,ppm |
---|---|---|---|---|---|---|
JZ 25-1-3 | Es3 | 2000~2475 | 1.53(5) | 7.25(5) | 0.23(5) | 928.79(5) |
JZ 25-1-4 | Es3 | 2450~2800 | 3.21(9) | 20.15(9) | 0.94(9) | 3299.17(9) |
JZ 25-1-5 | Es3 | 2425~2850 | 1.93(14) | 9.44(14) | 0.47(14) | 1625.72(9) |
JZ 25-1-6 | Es1 | 1810~1900 | 2.44(3) | 12.5(3) | 0.25(3) | 869.83(3) |
Es3 | 2100~2910 | 3.05(22) | 16.06(22) | 0.49(22) | 2424.15(22) | |
JZ 25-1-8 | Ed | 1400~2260 | 1.90(9) | 8.53(9) | 0.16(9) | 516.83(9) |
Es1 | 2260~2370 | 3.43(5) | 21.88(5) | 0.61(4) | 2115.25(4) | |
Es3 | 2450~2756 | 2.49(10) | 8.92(10) | 0.30(9) | 1209.19(9) |
表1. 锦州25-1地区烃源岩有机质丰度统计表
沙三段单井泥岩有机碳含量(TOC)平均值范围为1.53%~3.21%,S1 + S2范围为7.25 mg/g~20.15 mg/g,氯仿沥青“A”平均含量为0.23%~0.94%,总烃含量为1209.19 ppm~3299.17 ppm,氯仿沥青“A”/TOC(油气转化率)一般在15%以上,最高达30%~40%,具有极高的转化率,可见锦州25-1地区沙三段烃源岩有机质丰度具有有机碳含量高、生油潜量高、可溶有机质含量高及有机质转化率高的特点。
沙一段仅在JZ 25-1-6 、JZ25-1-8两口井有分析资料,其中JZ25-1-6井1810 m~1900 m有3块暗色泥岩岩屑样品,其TOC的平均值为2.44%,S1 + S2平均为12.5 mg/g,氯仿沥青“A”平均为0.25%,总烃平均为869.83 ppm;JZ25-1-8井2260 m~2370 m有5块暗色泥岩岩屑样品,其TOC的平均值为3.43%,S1 + S2平均为21.88 mg/g,氯仿沥青“A”平均为0.61%,总烃平均为2115.25 ppm;两口井在沙一段均表现了为较好烃源岩。
东营组只有在JZ25-1-8井有分析资料,1400 m~2260 m深度段有9块泥岩岩屑样品,样品有机碳平均为1.90%,S1 + S2为8.53 mg/g,氯仿沥青“A”为0.16%,总烃含量为516.83 ppm,总的来看该井东营组有机碳含量高,但转化率较低。
对锦州25-1地区JZ 25-1-3 、JZ25-1-4、JZ25-1-5三口井干酪根有机显微组分鉴定,根据陈义才 [
该区沙三段烃源岩干酪根C、H、O元素分析表明(表2),干酪根具有较高的H/C比与较低的O/C比,根据蒂索有机质类型划分方案 [
该区沙三段泥岩热解氢指数(HI)在353 mg烃/g~775 mg烃/g,根据陈义才等对应用氢指数对源岩干酪根分类方法的研究 [
通过干酪根镜下鉴定、有机元素、岩石热解等地球化学资料研究表明,辽西低凸起烃源岩有机质主要类型为有机质类型以II1型为主,含少量的II2型,少见I型、III型有机质。
根据锦州25-1地区四口井镜质体反射率Ro的实测资料(表3),得出该区镜质体反射率与深度的关系图(图2)。根据陈义才对镜质体反射率演化阶段的研究 [
井号 | 地层 | 井深(m) | 热解 | 元素组成 | 干酪根显微组分,% | 类型 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
HI | H/C | O/C | 腐泥组 | 壳质组 | 镜质组 | 惰性组 | ||||
JZ 25-1-3 | Es2 | 1930.86 | 231 | 1.18 | 0.27 | 5 | 79 | 15 | 1 | Ⅱ2 |
Es3 | 2000~2025 | 453 | 1.45 | 0.27 | 13 | 82 | 5 | 0 | Ⅱ1 | |
2050~2075 | 461 | 1.46 | 0.25 | 8 | 89 | 3 | 0 | Ⅱ1 | ||
2225~2250 | 438 | 1.4 | 0.25 | 5 | 87 | 6 | 1 | Ⅱ1 | ||
2325~2350 | 395 | 1.36 | 0.22 | 4 | 90 | 5 | 1 | Ⅱ1 | ||
JZ 25-1-4 | Es3 | 2525~2550 | 775 | 1.11 | 0.07 | 9 | 88 | 3 | 0 | Ⅱ1 |
2550~2575 | 451 | 1.13 | 0.11 | 5 | 88 | 5 | 2 | Ⅱ1 | ||
2575~2600 | 471 | 1.21 | 0.12 | 7 | 89 | 3 | 1 | Ⅱ1 | ||
2600~2625 | 508 | 1.14 | 0.1 | 7 | 87 | 4 | 2 | Ⅱ1 | ||
2650~2675 | 529 | 1.15 | 0.2 | 4 | 92 | 3 | 1 | Ⅱ1 | ||
2700~2725 | 529 | 1.14 | 0.11 | 8 | 88 | 3 | 1 | Ⅱ1 | ||
2725~2750 | 584 | 1.22 | 0.05 | 2 | 96 | 2 | 0 | Ⅱ1 | ||
2775~2800 | 667 | 1.24 | 0.04 | 4 | 93 | 2 | 1 | Ⅱ1 | ||
JZ 25-1-5 | Es3 | 2425~2450 | 395 | 1.13 | 0.31 | 32 | 52 | 15 | 1 | Ⅱ1 |
2475~2500 | 426 | 1.23 | 0.14 | 12 | 83 | 5 | 0 | Ⅱ1 | ||
2500~2525 | 531 | 1.21 | 0.1 | 12 | 86 | 2 | 0 | Ⅱ1 | ||
2525~2550 | 505 | 1.23 | 0.08 | 8 | 89 | 3 | 0 | Ⅱ1 | ||
2550~2575 | 456 | 1.21 | 0.12 | 6 | 92 | 2 | 0 | Ⅱ1 | ||
2575~2600 | 465 | 1.21 | 0.11 | 7 | 89 | 3 | 1 | Ⅱ1 | ||
2600~2625 | 374 | 1.1 | 0.27 | 4 | 88 | 7 | 1 | Ⅱ1 | ||
2675~2700 | 353 | 1.08 | 0.21 | 4 | 87 | 8 | 1 | Ⅱ1 | ||
2700~2725 | 460 | 1.11 | 0.2 | 7 | 90 | 2 | 1 | Ⅱ1 | ||
2725~2750 | 426 | 1.16 | 0.2 | 8 | 88 | 3 | 1 | Ⅱ1 |
表2. 锦州25-1地区干酪根有机显微组分统计类型划分表
图2. 锦州25-1地区烃源岩镜质体反射率(Ro)与深度关系图
井号 | 样品深度(m)/层位 | 镜质体反射率Ro (%) | 井号 | 样品深度(m)/层位 | 镜质体反射率Ro (%) |
---|---|---|---|---|---|
JZ25-1-3 | 1945/Es2 | 0.44 | JZ25-1-4 | 2480/Es3 | 0.82 |
2000/Es3 | 0.5 | 2535/Es3 | 0.79 | ||
2046/Es3 | 0.5 | 2582/Es3 | 0.7 | ||
2220/Es3 | 0.54 | 2655/Es3 | 0.76 | ||
2320/Es3 | 0.6 | 2720/Es3 | 0.78 | ||
JZ25-1-8 | 2403/Es2 | 0.5 | 2735/Es3 | 0.72 | |
2440/Es2 | 0.46 | 2755/Es3 | 0.71 | ||
2483/Es3 | 0.49 | JZ25-1-5 | 2435/Es3 | 0.76 | |
2510/Es3 | 0.5 | 2450/Es3 | 0.73 | ||
2542/Es3 | 0.62 | 2585/Es3 | 0.79 | ||
2552/Es3 | 0.45 | 2684/Es3 | 0.82 | ||
2610/Es3 | 0.44 | 2720/Es3 | 0.82 | ||
2653/Es3 | 0.46 | 2740/Es3 | 0.78 | ||
2685/Es3 | 0.49 | 2780/Es3 | 0.72 | ||
2702/Es3 | 0.51 | 2810/Es3 | 0.88 | ||
2840/Es3 | 0.84 |
表3. 锦州25-1地区镜质体反射率实测数据表
甾烷C27、C28、C29相对含量能够反映烃源岩中水生生物与陆源有机质的相对大小,一般C27甾烷来源于低等水生生物和藻类,C29甾烷来源于藻类和陆源高等植物 [
图3为锦州25-1地区Es3段烃源岩Pr/Ph与γ-蜡烷/C30藿烷、αααRC27/C29甾烷对比图,从图中可以看出该取Pr/Ph在0.8~1.8,γ-蜡烷/C30藿烷为0.08~0.1、αααRC27/C29甾烷在1.2~1.8,表明烃源岩沉积时期为弱还原~还原,水体含盐度较低,有机质输入以水生生物和藻类占优势,陆源有机质为辅的混合型的母源特征(图3)。
傅家谟等认为淡水沉积物中具有4-甲基甾烷优势,并且沟鞭藻主要在淡水沉积中繁盛 [
辽西低凸起东三段烃源岩αααRC27、C28、C29规则甾烷指纹分布表现为C29略大于C27的“V”字型分布,4-甲基甾烷丰度高,伽马蜡烷含量中等,甲藻甾烷含量丰富,表现为淡水、富沟鞭藻沉积有机相的特征(图4)。
辽西低凸起沙一段仅有JZ25-1S-1井的一个代表岩样,该岩样表现为规则甾烷指纹呈C27 > C29的不对称“V”字型分布特征,4-甲基甾烷丰度高,伽马蜡烷较为丰富,甲藻甾烷含量丰富,可见沙一段源岩的沉积环境与东三段相似,但水体盐度较东三段明显增高(图4)。
图3. 锦州25-1地区烃源岩Pr/Ph,γ-蜡烷/C30藿烷与αααRC27/C29甾烷对比图
图4. 辽西低凸起Ed3段(a)、Es1段(b)、Es3段(c)烃源岩萜烷、甾烷指纹分布
辽西低凸起沙三段烃源岩规则甾烷分布呈C27 > C28 < C29 (C27 > C29)的偏“V”字型分布特征,C28含量极低,4-甲基甾烷丰度高,伽马蜡烷丰度较低,甲藻甾烷含量丰富,表现为沙三段沉积期水体盐度较低,为淡水、富沟鞭藻类沉积有机相(图4)。
辽西低凸起烃源岩有机质类型复杂,I、II、III型均有存在,但是有机质以II型为主,偶见I、III型有机质。辽西低凸起各烃源岩层有机质丰度均较高,有机碳含量绝大部分在1%以上,仅有沙二、沙三段少数几个样品有机碳含量小于1%;S1 + S2的含量也反映出同样的情况,大部分样品S1 + S2含量在6 mg/g以上,而下部沙二、沙三段少数样品S1 + S2含量在0.5~2 mg/g之间(图5)。因此,辽西低凸起烃源岩基本达到好~很好烃源岩的标准,但是不乏下部的沙二段和沙三段部分品质较差的烃源岩。在成熟度方面,辽西低凸起烃源岩主要处于一个未成熟~低成熟的演化阶段,烃源岩演化程度较低,仅下部的沙三段、沙一段以及上部的东三段的部分样品进入低成熟~成熟阶段。此外研究区在生物标志化合物上表现为“4-甲基甾烷含量高,甲藻甾烷丰富”的特点,且规则甾烷多为不对称“V”型,为淡水、富沟鞭藻类沉积有机相。
故而,通过对辽西低凸起烃源岩地球化学特征分析认为,Es3段本地烃源岩可形成一定量的原油充注圈闭,可为锦州25-1地区提供油源,是该区油气藏重要的烃源岩。
通过对辽西低凸起烃源岩地球化学特征分析认为:该区有Ed3、Es1、Es3三套烃源岩,有机质丰度高为好~极好,有机质类型为含壳质组组分占优势的II1型,为生烃能力强的油型有机质;该区Es3段烃源岩的成熟度处于成熟~生油高峰阶段,Ed3~Es1烃源岩成熟度处于未成熟阶段。因此锦州25-1地区主力烃源岩为Es3段,次要烃源岩层为Ed3、Es1段。
通过生物标志化合物综合分析,该区总体上表现为“4-甲基甾烷含量高,甲藻甾烷丰富”的特点,且规则甾烷多为不对称V型,为淡水、富沟鞭藻类沉积有机相,即在烃源岩沉积时期为弱还原~还原,
图5. 辽西低凸起地化剖面图
水体含盐度低的淡水沉积,有机质输入以低等水生生物和藻类占优势,陆源有机质为辅的混合型的母源特征。
“十二五”国家科技重大专项(2011ZX0 5023-001-014 )。
高 耀,郑 晶,梁 杰,林雪梅,王 旭. 锦州25-1地区烃源岩地球化学特征研究 Geochemical Characteristics of Source Rocks in Jinzhou 25-1 Area[J]. 自然科学, 2017, 05(04): 335-345. http://dx.doi.org/10.12677/OJNS.2017.54046