侯仔明 徐宏節(jié) 胡志方 袁桂林 劉明慧

(1.中國地質大學海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室,北京100083;2.中國石化東北石油局,長春 130011)

三江盆地位于佳木斯隆起與那丹哈達嶺褶皺造山帶的銜接部位,面積約33 730 km2,屬元古界、古生界和下中生界拼合基底之上發(fā)育起來的中、新生代斷坳疊置型盆地。依據盆地基底性質、蓋層特征、主干斷裂的分布,結合重磁異常特征,將三江盆地可分為四個一級構造單元,自西向東依次為佳木斯隆起、綏濱坳陷、富錦隆起和前進坳陷(圖1)。其中綏濱坳陷面積為6 440 km2,蓋層厚度達3～6 km,地層自下而上發(fā)育有中侏羅統(tǒng)綏濱組、上侏羅統(tǒng)東榮組、下白堊統(tǒng)城子河組、穆棱組和東山組[1,2]。該坳陷的烴源巖、儲集層和蓋層前人做了一些研究工作[3～7],確認下白堊統(tǒng)穆棱組和城子河組含煤巖系和下白堊統(tǒng)滴道組、上侏羅統(tǒng)東榮組泥質巖是主要的烴源巖;上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)為兩套低孔低滲儲集層。蓋層發(fā)育良好,主要分為兩種：一是區(qū)域性蓋層,即下白堊統(tǒng)穆棱組蓋層、城子河組蓋層和上侏羅統(tǒng)東榮組蓋層;二是局域性蓋層,即下白堊統(tǒng)東榮組蓋層。該區(qū)具備兩種生儲蓋組合：自生自儲自蓋型和下生上儲他蓋型。

圖1 綏濱坳陷構造分區(qū)圖Fig.1 The map of tectonic units in Suibin depression

本文以下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系烴源巖為目的層,結合最新采集的煤系烴源巖樣品的巖石熱解分析數據和氯仿瀝青“A”測試數據,系統(tǒng)地對綏濱坳陷下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系烴源巖進行綜合評價,對該區(qū)油氣資源潛力評價和有利含油氣遠景區(qū)預測具有一定的指導意義。

1 沉積演化過程和沉積相分布

1.1 沉積演化過程

綏濱坳陷巨厚的充填沉積過程始于中侏羅世。這一時期該坳陷處于強烈的裂陷作用下,形成裂陷盆地,古鄂霍茨克海南侵,沉積了海相和海陸交互相。晚侏羅世東榮期古鄂霍茨克海海侵范圍最大,此時研究區(qū)與虎林、雞西等地形成了統(tǒng)一的近海盆地。在早白堊世城子河期開始發(fā)生海退;穆棱期地殼隆升,盆地萎縮,海水退出。早白堊世東山期,研究區(qū)發(fā)生抬升并遭受大面積剝蝕,中生代的沉積結束[8]。

1.2 煤系烴源巖沉積相分布

城子河組和穆棱組煤系烴源巖在綏濱坳陷內都有大面積的分布。其在區(qū)內的分布范圍受控于沉積相分布特征[9,10]。

城子河組在坳陷內分布廣,現今地層呈北北東向的長條形分布。主要為一套湖泊三角洲相含煤沉積,湖相分布區(qū)偏向于西部邊界一側,濱淺湖相區(qū)分布面積占坳陷一半左右?？傮w發(fā)育三支(扇)三角洲水系。三角洲相大面積發(fā)育于坳陷的東部,坳陷東北部則發(fā)育了河流相,表明物源來源于坳陷的東部和東北部?？v向上城子河組時期存在四次規(guī)模較大的湖泛,從下向上水體變深,總體上綏濱坳陷為(扇)三角洲-濱淺湖沉積(圖2)。

穆棱組沉積時期水體進一步擴大,縱向上存在三次大的湖泛,水體逐漸變深。穆棱組沉積地層現今呈近南北向的狹長條狀分布,濱淺湖沉積占優(yōu)。發(fā)育南北兩套物源,一套位于濱1井以北,自北向南注入湖盆;另一套位于湖盆東南端,濱參1井附近,向西和西北注入湖盆。在濱1井附近,濱參1井東北和西南,發(fā)育有相當規(guī)模的半深湖沉積。并且在濱1井附近發(fā)現湖底扇沉積。總體上綏濱坳陷在此時期為(扇)三角洲-濱淺湖-半深湖沉積(圖3)。

2 煤系烴源巖評價

圖2 綏濱坳陷城子河組沉積相圖Fig.2 Sedimentary facies map of Chengzihe Formation in the Suibin depression

圖3 綏濱坳陷穆棱組沉積相圖Fig.3 Sedimentary facies map of Muleng Formation in the Suibin depression

煤系烴源巖是指煤系泥巖、碳質泥巖和煤巖這三類巖石中的幾類或一類。在油氣勘探中,將含有煤層或夾有煤線的沿岸平原到沼澤相沉積地層稱為煤系地層,其一重要特點是有機碳分布范圍很廣。依據前人的劃分標準,將煤系地層中有機碳(TOC)質量分數＜6%的泥、頁巖稱為煤系泥巖,TOC質量分數為6%～40%的泥、頁巖稱為碳質泥巖,TOC質量分數＞40%為煤巖[11～14]。結合巖樣熱解分析數據和氯仿瀝青“A”測試數據(表1),從有機質豐度、有機質類型和有機質成熟度三個方面對下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系烴源巖做出定性和定量評價。

國內現今存在著烴源巖評價標準很多,一般采用黃第藩(1991)建立的湖相碳酸鹽巖烴源巖評價標準。但是,由于包括三江盆地在內的松遼盆地外圍東部盆地大多充填煤系地層,和一般湖相泥質巖系不同,煤系地層泥質巖中相對有機碳含量較高而可溶有機質較低;因此,筆者主要采用大慶研究院針對外圍盆地中烴源巖特征提出的劃分標準(表2)。

2.1 有機質豐度

2.1.1 煤系泥巖

根據濱參1井、綏D1井等少量鉆井樣品地球化學分析數據,對城子河組和穆棱組煤系泥巖進行了烴源巖生油潛力評價。從全坳陷看,各層組除有機碳較高外,其余可溶有機質、巖石熱解烴量等均較低。這既與煤系地層特征有關,也與熱演化的影響因素有關。

濱參1井的下白堊統(tǒng)發(fā)育有城子河組和穆棱組兩套煤系地層。分析城子河組59個煤系泥巖樣品熱解數據,得出有機碳(TOC)質量分數為0.60%～3.83%,平均值為1.53%,達到了非-較好生油層標準;生烴潛量(S1+S2)質量分數平均值為0.803‰,有部分樣品為一般生油層;氫指數IH的分布范圍為16‰～190‰,達到了一般-較好生油巖標準;反映可溶于氯仿的有機質含量,氯仿瀝青“A”質量分數的分布范圍為0.0078%～0.0245%,平均值為0.014%,達到了非-較好生油巖標準。分析穆棱組22個煤系泥巖樣品熱解數據,得出 TOC質量分數為 0.78%～3.66%,平均值為1.58%,達到了較好-好生油巖標準;生烴潛量平均值為1.59‰,達到了一般生油層標準;氫指數IH的分布范圍為28‰～222‰,有50%的樣品IH＞100‰,達到了較好-好生油巖標準;氯仿瀝青“A”質量分數的分布范圍為0.01%～0.028%,平均值為0.0173%,達到了非-較好生油巖標準。

表1 綏濱坳陷下白堊統(tǒng)煤系地層巖樣測試數據表Table 1 Thermal decomposition data of the Lower Cretaceous source rock samples from the Suibin depression

表2 煤系地層烴源巖生油潛力評價標準(據大慶研究院)Table 2 Evaluation standard of hydrocarbon-generating potential in coal measure strata

取自綏D1井中15個城子河組煤系泥巖樣品,分析熱解數據結果為,TOC質量分數為0.47%～2.94%,平均值為1.61%,達到一般-較好生油巖標準;S1+S2分布范圍為0.11‰～7.78‰,大都達到較好生油巖標準;氫指數IH的分布范圍為19‰～296‰,大部分為一般-較好生油層。氯仿瀝青“A”質量分數的分布范圍為0.014%～0.061%,平均值為 0.022%,大部分達到一般-較好生油巖標準。就煤系泥巖而言,下白堊統(tǒng)穆棱組和城子河組的有機質豐度大致相近;但城子河組煤系泥巖烴指數IH大于100‰和生烴潛量大于2‰的樣品要多于穆棱組,因此,城子河組煤系泥巖質量要好于穆棱組。

2.1.2 碳質泥巖

區(qū)內碳質泥巖分布較少,因此本文只對綏濱坳陷內城子河組碳質泥巖做了烴源巖熱解分析和氯仿瀝青“A”測試,根據分析數據得出如下結論：從全坳陷來看,7個樣品TOC質量分數的范圍為7.01%～24.31%,平均值為 15.4%,達到較好-好生油巖標準;測試的2個樣品的生烴潛力(S1+S2)平均值為70.66‰,達到了好生油巖標準;對4個樣品氯仿瀝青“A”進行測試,其質量分數分布范圍為0.0841%～0.2021%,平均值為0.1348%,達到了一般-較好生油巖標準。

綏D1井分析了2個城子河組碳質泥巖樣品,TOC質量分數范圍為12.00%～24.31%,平均值為18.16%,達到了較好-好生油巖標準;生烴潛量平均值為70.66‰,達到了好生油巖標準;IH的分布范圍為228‰～460‰,平均值為344‰,達到了好生油巖標準。對僅有的1個樣品氯仿瀝青“A”進行測試,其質量分數為0.2071%,達到了較好生油巖標準?？梢?區(qū)內碳質泥巖總體有機質豐度較高,有利于油氣的生成。

2.1.3 煤巖

分析了2個綏D1井城子河組煤巖樣品。其生烴潛量平均值為154.4‰,達到了好生油巖標準;IH平均值為270‰,達到了好生油巖標準;2個樣品的TOC質量分數值分別為49.33%和66.40%,達到了好生油巖標準。因此,綏D1井的煤巖屬好生油巖。

在有機質豐度評價圖上(圖4),煤系泥巖中屬非生油巖和好生油巖均很少(在城子河組中各約占 5%),而以差生油巖所占比例最大(約占50%),屬中等生油巖的約占14%。從煤巖樣品統(tǒng)計結果看,相對可溶有機質豐度,熱解烴量更高些,均主要屬好生油巖級別。這與用巖石熱解氫指數、TOC的質量分數、生烴潛量和氯仿瀝青“A”的質量分數來判斷綏濱坳陷生油巖的有機質豐度的結果相吻合。

圖4 綏濱坳陷熱解(S1+S2)與有機碳判斷源巖質量圖Fig.4 Evaluation of source rocks according to thermal decomposition S1+S2and organic carbon

2.2 有機質類型

綏濱坳陷城子河組和穆棱組源巖有機質類型以Ⅲ型干酪根為主,少量為Ⅱ2型干酪根。依據鉆井巖心地球化學分析數據得出,穆棱組的H/C原子比為0.45～0.72,O/C原子比為0.08～0.15,因此,有機質類型為Ⅲ型。城子河組的H/C原子比為0.54～0.79,O/C原子比為0.07～0.12,有機質類型為-Ⅲ型[2]。濱參1井城子河組H/C原子為0.49～0.75,O/C原子為0.07～0.12。顯微鑒定結果表明有機質以鏡質組和惰質組為主,分別占20%～55%和40%～47%;富氫組分的腐泥無定形和殼質組較少,一般低于15%：應以產氣為主。

2.3 有機質成熟度

確定煤化作用階段的最佳參數鏡煤反射率(Ro)已作為重要參數被廣泛地應用于有機質成熟度評價和演化階段劃分[11]。

濱參1井揭示了多層火成巖夾層,相應在鏡質反射率值上也出現異常高值點。說明本區(qū)火山活動(巖漿侵入和噴發(fā))所形成的局部高值地熱場對有機質熱演化有了一定的影響。除去這種局部地熱場的因素,從濱參1井-H的關系看,區(qū)域地熱場的影響仍是有規(guī)律的。按照一般熱成熟階段的劃分,結合樣品的有機巖石學特征,以大約0.5%為生油門限,相應深度400 m;至1.2 km(≈0.7%)到1.8 km(≈1.0%),為生油高峰階段;至2.5 km(≈1.30%)為成熟階段晚期;更深處為高成熟-過成熟天然氣生成階段。由上述分析可得,綏濱坳陷油氣共生(圖5)。

圖5 濱參1井Ro隨深度變化圖Fig.5 The relation between depth and Roin Well Bincan 1

3 結論

a.綏濱坳陷巨厚的充填沉積過程始于中侏羅世,城子河組和穆棱組煤系烴源巖在綏濱坳陷內都有大面積的分布。城子河組沉積時期,綏濱坳陷為(扇)三角洲-濱淺湖沉積;穆棱組沉積時期,綏濱坳陷為(扇)三角洲-濱淺湖-半深湖沉積。

b.綏濱坳陷下白堊統(tǒng)煤系烴源巖主要分布在下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組。城子河組烴源巖在質量上要好于穆棱組烴源巖。但總體上烴源巖有機質豐度較高,烴源巖質量好,熱演化程度相對較高,有利于油氣的生成。

c.綏濱坳陷下白堊統(tǒng)城子河組和穆棱組煤系地層主要為兩套成熟-高成熟煤系烴源巖,有機質類型以Ⅲ型為主,少量為Ⅱ2型,以產氣為主。所以,綏濱坳陷下白堊統(tǒng)煤系地層具有良好的油氣勘探前景。

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