邱 振,王清晨,賈望魯,韋恒葉,彭平安
(1.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京100083;2.中國科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室,北京100029;3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室,廣東廣州510640;4.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,江西南昌330013)
圖1 晚二疊世華南古地理示意圖[1]a)及研究區(qū)地質(zhì)簡圖[18]b)Fig.1 The Late Permian paleogeographic map[1](a)and geological map of the study area[18](b)
揚子北緣元壩、普光等一系列氣田的發(fā)現(xiàn),是我國南方海相碳酸鹽巖層系油氣勘探的重大突破。晚二疊世時期,揚子北緣發(fā)育為臺盆相間的沉積環(huán)境(圖1a)[1],其臺間盆地內(nèi)所沉積的泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r及硅質(zhì)泥巖等是重要的烴源巖[2-7],而臺地邊緣的淺灘及生物礁沉積是較好的儲集體[8-12]。位于揚子南緣的黔桂盆地(或右江盆地或南盤江盆地等)在晚二疊世時期也為臺、盆相間的沉積環(huán)境(圖 1a)[13-14],且在臺地邊緣上發(fā)育的生物礁普遍含有瀝青[15-17],但該地區(qū)碳酸鹽巖層系的油氣勘探一直未取得較大突破。馮慶來等[18]報道了廣西崇左柳橋地區(qū)上二疊統(tǒng)礁灰?guī)r含有較多瀝青質(zhì)充填物,并認為該地區(qū)代表深水沉積的上二疊統(tǒng)大隆組是好的烴源巖層。因此,如果能夠確定本區(qū)生物礁灰?guī)r中的瀝青是來自大隆組,那么這一發(fā)現(xiàn)對黔桂盆地的油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。
邱振和王清晨[19]對廣西崇左柳橋地區(qū)東攀剖面大隆組的硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖的有機碳含量(TOC)進行測定,TOC整體偏低(0.10% ~0.19%,平均值為0.15%),因而認為氧化的沉積水體是限制本區(qū)大隆組成為烴源巖的主控因素。但這仍不能排除本區(qū)上二疊統(tǒng)生物礁灰?guī)r中的瀝青是來自大隆組的可能性。因此,本文擬通過對上二疊統(tǒng)生物礁灰?guī)r中的瀝青,以及大隆組的硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖等進行有機地球化學(xué)特征的對比研究,來判別它們之間是否具有成因聯(lián)系。
研究區(qū)位于廣西崇左市東南柳橋鎮(zhèn)附近(圖1b)。晚二疊世時期,柳橋地區(qū)位于湘黔桂盆地的東南部,為孤立臺地向盆地過渡的沉積環(huán)境。研究區(qū)內(nèi)出露地層主要有石炭系、二疊系及三疊系等(圖1b),其中二疊系出露最好。中二疊統(tǒng)棲霞組為深灰-灰色灰?guī)r,茅口組為淺灰-灰色生屑灰?guī)r、白云巖;上二疊統(tǒng)合山組為含生物屑灰?guī)r、泥巖及粉砂巖,大隆組為深灰-黑色硅質(zhì)巖及硅質(zhì)泥巖等,而在合山組與大隆組之間發(fā)育了生物礁灰?guī)r(圖1b)。這些生物礁平面上呈近東西向展布,延伸達25 km以上,最大厚度約500 m,主要由礁前塌積礫屑巖、海綿障積巖及藻粘結(jié)巖等組成[18]。
研究區(qū)內(nèi)上二疊統(tǒng)生物礁灰?guī)r中的瀝青主要出露于柳橋、東攀、岜隴、岜料、渠多等地(圖1b),其中以柳橋鎮(zhèn)西北的瀝青分布最廣,含量最高。瀝青主要充填于生物礁內(nèi)的溶蝕孔洞和裂隙中(圖2a—e,l),其次為生物體腔內(nèi)(圖2h)。孔洞內(nèi)充填的瀝青含量差異很大,主要與孔洞大小有關(guān),被充填孔洞直徑大者可達5 cm以上(圖2a),小者不到1 cm(圖2e)。另外,充填瀝青的孔洞或生物體腔內(nèi)普遍含有方解石,且瀝青與方解石接觸界線較為平直,多分布于方解石的外圍(圖2f—k),這是高溫、高壓下原油裂解成氣后的焦瀝青的典型特征。因為在深埋藏過程中古油藏的油裂解形成的天然氣常常出現(xiàn)超壓,使得孔隙內(nèi)流體壓力高于局部封存油的壓力,從而流體內(nèi)某些礦物質(zhì)出現(xiàn)重結(jié)晶(如方解石等),其晶體的形態(tài)就控制了瀝青的邊界形態(tài)[15,17,20-21]。
圖2 柳橋地區(qū)瀝青特征Fig.2 Characteristics of the bitumen in Liuqiao area
研究區(qū)瀝青的反射率Rb值為1.7% ~3.5%,換算的鏡質(zhì)體反射率Ro值為1.5% ~2.7%(折算方法見文獻[22])(表1),Ro平均值為2.0%,表明這些瀝青的成熟度可能相對偏高,但也可能是由于折算方法引起的結(jié)果偏高。具體的成熟度判別還需結(jié)合下文生物標志物的分析數(shù)據(jù)。
研究區(qū) C含量變化較大,為 0.44% ~64.04%,H/C原子比一般小于0.10(僅兩個樣品為0.25和2.57)(表1)。它們明顯低于南盤江地區(qū)二疊系古油藏中瀝青的C含量(42.50%~86.54%)和 H/C 原子比(0.30 左右)[15,17]。這說
明崇左柳橋地區(qū)上二疊統(tǒng)瀝青的演化程度總體上高于南盤江地區(qū)二疊系古油藏瀝青。
表1 崇左柳橋地區(qū)上二疊統(tǒng)生物礁灰?guī)r中瀝青的反射率及元素組成Table 1 Reflectivities and elementary compositions of the bitumen in the Upper Permian reef limestone in Liuqiao area
圖3 崇左柳橋地區(qū)瀝青樣品與大隆組樣品飽和烴總離子流分布特征Fig.3 TIC distribution of saturated hydrocarbons extracted from the bitumen samples and from the Dalong Formation in Liuqiao area
對崇左柳橋地區(qū)上二疊統(tǒng)11件瀝青樣品和6件大隆組樣品進行色譜-質(zhì)譜分析,結(jié)果表明:
1)瀝青樣品總離子流圖上“鼓包”較為普遍,姥鮫烷、植烷等類異戊二烯烴相對含量較高,可能指示了一定程度的生物降解作用(圖3)。正構(gòu)烷烴分布在C14至C31之間,主峰碳均為C18。大隆組硅質(zhì)泥巖樣品正構(gòu)烷烴分布在C14至C31之間(圖3),其主峰碳與瀝青樣品一樣,均為C18。從總離子流圖上看,瀝青和硅質(zhì)泥巖樣品具有較好的相似性,母質(zhì)來源均為低等水生生物。
圖4 崇左柳橋地區(qū)瀝青樣品與大隆組樣品飽和烴萜烷分布特征Fig.4 Terpane distribution of saturated hydrocarbons extracted from the bitumen samples and from the Dalong Formation in Liuqiao area
表2 崇左柳橋地區(qū)瀝青樣品與大隆組樣品飽和烴生物標志物參數(shù)Table 2 Biomakers of saturated hydrocarbons extracted from the bitumen samples and from the Dalong Formation in Liuqiao area
2)在瀝青樣品萜烷分布圖(圖4)上,岜料地區(qū)樣品和岜隴地區(qū)部分樣品萜烷化合物保存較為完整,萜烷以五環(huán)萜烷為主;Ts含量大于Tm,Ts/(Ts+Tm)分布在0.48~0.54(表2);γ-蠟烷含量較低,γ-蠟烷/C30藿烷分布在0.09~0.21(表2);升藿烷系列 C31,C32,C33,C34含量依次降低,且C31升藿烷22S/(22S+22R)分布在0.55~0.66(表2)。而在硅質(zhì)泥巖樣品的萜烷分布圖(圖4)上,東攀和岜隴地區(qū)的樣品萜烷化合物保存較為完整。東攀樣品萜烷以五環(huán)萜烷為主,三環(huán)萜烷含量較低;Ts含量大于Tm,Ts/(Ts+Tm)分布在0.49~0.57(表2);γ-蠟烷含量較低,γ-蠟烷/C30藿烷分布在0.12~0.15(表2);升藿烷系列C31,C32,C33,C34含量依次降低,且 C31升藿烷 22S/(22S+22R)分布在0.55~0.62(表2)。岜隴樣品萜烷以三環(huán)萜烷為主,五環(huán)萜烷含量較低;Ts含量稍小于Tm,Ts/(Ts+Tm)比值為0.50(表2);γ-蠟烷含量較低,γ-蠟烷/C30藿烷比值為0.16(表2);升藿烷系列 C31,C32,C33,C34含量依次降低,且C31升藿烷22S/(22S+22R)比值為0.61(表2)。東攀地區(qū)硅質(zhì)泥巖樣品的萜烷分布特征與瀝青樣品的萜烷分布特征較為相似。
3)岜料地區(qū)瀝青樣品的甾烷化合物保存較為完整(圖5),以規(guī)則甾烷為主,重排甾烷和孕甾烷含量較低;規(guī)則甾烷 ααα20R - C27,ααα20R -C28和 ααα20R -C29含量呈“V”字型分布,其中C27>C29>C28,ααα20R -C27/C29分布在 0.67 ~0.99(表 2),αααC29- 20S/(20S+20R)分布在0.24~0.39。而在硅質(zhì)泥巖樣品中,以東攀地區(qū)樣品的甾烷化合物保存較為完整,以規(guī)則甾烷為主,重排甾烷和孕甾烷含量較低(圖5);規(guī)則甾烷ααα20R -C27,ααα20R - C28和 ααα20R - C29含量呈“V”字型分布,其中 C27>C29>C28,ααα20R -C27/C29分布在0.57 ~0.82,αααC29-20S/(20S+20R)分布在0.32~0.38。瀝青樣品的甾烷分布特征與(東攀和岜隴地區(qū))大隆組硅質(zhì)巖及硅質(zhì)泥巖樣品的甾烷分布特征均相似。
瀝青和大隆組硅質(zhì)巖及泥巖干酪根的有機碳同位素組成測定結(jié)果如表3所示。
研究區(qū)內(nèi)瀝青的有機碳同位素值為-27.8‰~-28.6‰,平均值為-28.2‰,與貴州冊亨、望謨及廣西隆林上二疊統(tǒng)生物礁內(nèi)瀝青的有機碳同位素值相似(-26.5‰ ~ -29.7‰,平均值為 -28.2‰)[13]。本區(qū)大隆組硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖中干酪根的有機碳同位素值為-23.1‰~-25.6‰,平均值為-24.8‰,明顯高于上二疊統(tǒng)瀝青的有機碳同位素值。
圖5 崇左柳橋地區(qū)瀝青樣品與大隆組樣品飽和烴甾烷分布特征Fig.5 Sterane distribution of saturated hydrocarbons extracted from the bitumen samples and from the Dalong Formation in Liuqiao area
表3 崇左柳橋地區(qū)瀝青和大隆組樣品的有機碳同位素組成Table 3 Organic carbon isotopic compositions of the bitumen samples and that of samples from the Dalong Formation in Liuqiao area
崇左柳橋地區(qū)上二疊統(tǒng)瀝青樣品與東攀和岜隴地區(qū)硅質(zhì)泥巖樣品的正構(gòu)烷烴及甾烷分布均較為相似;而從萜烷的分布特征上看,瀝青樣品的萜烷與東攀地區(qū)硅質(zhì)泥巖樣品的萜烷分布較為相似。據(jù)此推測,崇左柳橋地區(qū)上二疊統(tǒng)的瀝青可能來自東攀地區(qū)大隆組。然而,瀝青和大隆組硅質(zhì)泥巖樣品規(guī)則甾烷αααC29-20S/(20S+20R)值較低,在0.24~0.39分布范圍之內(nèi),反映熱成熟度為低熟階段。這與瀝青的鏡質(zhì)體反射率Ro指示的高成熟-過成熟階段相矛盾。這可能是由于過高的熱成熟度會造成甾烷分布趨于相同所致[16,23]。因此,利用生物標志物來判斷瀝青來源還要結(jié)合其他的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。
本區(qū)大隆組中干酪根的有機碳同位素值為-23.1‰~ -25.6‰(平均為 -24.8‰),明顯高于本區(qū)上二疊統(tǒng)瀝青的有機碳同位素值(-27.8‰~-28.6‰,平均為-28.2‰)及鄰區(qū)相同層位瀝青的有機碳同位素值(-26.5‰ ~ -29.7‰,平均為-28.2‰)[15]。而且,本區(qū)大隆組的 TOC 整體偏低(0.10% ~0.19%,平均為0.15%)[17]。這些說明,本區(qū)大隆組的硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖作為其上二疊統(tǒng)礁灰?guī)r中瀝青物質(zhì)的主要來源的可能性不是很大。進一步的研究有待于大隆組地球化學(xué)垂向剖面數(shù)據(jù)的分析。已報道的本區(qū)所在的黔桂盆地內(nèi)二疊系烴源巖干酪根的有機碳同位素值為-22.4‰~-24.7‰(平均為-23.6‰)[15],與本區(qū)二疊系大隆組的值相差不大,但明顯低于上二疊統(tǒng)瀝青的有機碳同位素值。而據(jù)前人研究,與二疊系相比,黔桂盆地內(nèi)泥盆系烴源巖干酪根的有機碳同位素值相對偏輕,為-24.6‰~-27.6‰(平均為 - 26.6‰)[15,17,24]和 - 24.8‰ ~-27.8‰[25-26]。這與上二疊統(tǒng)瀝青的有機碳同位素值較接近。據(jù)此,本區(qū)泥盆系烴源巖可能是黔桂盆地內(nèi)古瀝青的主要來源[15,17,25-26]。進一步的確認還需做更多的地球化學(xué)研究。
綜上所述,本區(qū)大隆組作為上二疊統(tǒng)瀝青的主要來源的可能性較小,而泥盆系烴源巖可能是它們的主要來源。
致謝:本文的野外工作得到中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所朱井泉研究員的協(xié)助,在此表示衷心感謝!
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