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        南襄盆地泌陽凹陷烴源巖成熟度厘定及其意義

        2013-11-01 01:29:00李志明余曉露謝小敏仰云峰羅家群朱景修
        石油實驗地質(zhì) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:泌陽質(zhì)體烴源

        李志明,張 雋,余曉露,鮑 芳,謝小敏,仰云峰,羅家群,朱景修

        (1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所,江蘇無錫 214151;2.中國石油化工股份有限公司河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,河南南陽 473132)

        泌陽凹陷是南襄盆地的一個次級凹陷,面積1 000 km2,凹陷內(nèi)發(fā)育的地層自下而上為古近系玉皇頂組、大倉房組、核桃園組、廖莊組,新近系鳳凰鎮(zhèn)組及第四系。其中,古近紀(jì)核桃園組沉積時期是凹陷湖盆發(fā)育的全盛時期,深凹區(qū)既是沉降中心,也是沉積中心,沉積了一套巨厚的生油巖系,最厚達(dá)3 000 m,分布面積635 km2。該凹陷是典型的富油凹陷,以“小而肥”著稱[1],核三段湖相泥巖為泌陽凹陷的主要烴源巖,有機質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主,具有很高的生油潛力[2]。鏡質(zhì)體反射率是衡量烴源巖成熟度的最有效指標(biāo),尤其是對于腐殖型(Ⅲ型)有機質(zhì)烴源巖及含腐殖型有機質(zhì)烴源巖而言,鏡質(zhì)體反射率的可靠性較高。然而,對于有機質(zhì)類型為Ⅰ、Ⅱ1和Ⅱ2型的烴源巖,其鏡質(zhì)體反射率存在明顯的抑制作用,并且有機質(zhì)類型越好,其鏡質(zhì)體反射率受抑制程度越大[3-5]。泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率0.5%所對應(yīng)的現(xiàn)今埋藏深度為2 600 m左右[6],而據(jù)鉆井測溫資料確定的泌陽凹陷現(xiàn)今地溫梯度一般在36~54℃/km[7]。顯然,泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率分析結(jié)果不能真實地反映其成熟度特征。為此,本文采用能有效解決鏡質(zhì)體反射率抑制問題的方法——FAMM(fluorescence alteration of multiple macerals)技術(shù)[8-11]來重新厘定泌陽凹陷有效烴源巖的成熟度,為合理評價泌陽凹陷石油資源潛力等奠定基礎(chǔ)。

        1 樣品與分析方法

        19件研究樣品取自泌陽凹陷15口鉆井鉆遇的核桃園組烴源巖巖心,其中17件樣品歸屬于核三段,2件樣品歸屬于核二段,取樣深度最淺者為974.31 m,最深為3 372.00 m,各取樣井的分布位置如圖1所示。為了揭示不同類型烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)的抑制程度,對進(jìn)行FAMM分析的樣品也進(jìn)行有機質(zhì)類型與鏡質(zhì)體反射率分析,其中11件烴源巖樣品的有機質(zhì)類型屬Ⅱ1型,3件屬Ⅱ2型,5件屬Ⅰ型(表1)。

        樣品的FAMM和鏡質(zhì)體反射率分析均在中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所實驗研究中心完成。進(jìn)行FAMM分析的樣品先碎至略小于1 mm的顆粒,然后用環(huán)氧樹脂膠結(jié),并以鏡質(zhì)體反射率測定的要求進(jìn)行拋光,拋光后的樣品盡快進(jìn)行FAMM分析,否則置于真空密閉干燥器中保存,以避免有機質(zhì)顆粒發(fā)生氧化。利用Renishaw激光拉曼光譜儀進(jìn)行FAMM分析的條件為:利用氬離子激光器激發(fā)的488 nm藍(lán)色激光對顯微組分顆粒(尤其是鏡質(zhì)體)進(jìn)行612~638 nm波長段間斷定態(tài)光譜掃描,掃描次數(shù)為140次、曝光時間1.0 s/次,激光功率設(shè)置在30%,間隔時間 0.5 s,樣品表面激光功率為(75±5)μW。每個測點掃描結(jié)束后,提取625 nm的檢測波長下測定鏡質(zhì)體隨激光束輻射時間而變化的熒光強度變化曲線,再根據(jù)熒光強度變化曲線,提取初始熒光強度、400 s時的熒光強度,并計算熒光變化比[11]。把所測鏡質(zhì)體的FAMM分析結(jié)果落到圖2,就可以確定烴源巖等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR)和獲知鏡質(zhì)體反射率值的抑制程度,結(jié)果見表1。為了對比分析,對FAMM分析的樣品也進(jìn)行了鏡質(zhì)體反射率分析,結(jié)果也列于表1。

        2 成熟度厘定結(jié)果及其意義

        2.1 成熟度厘定結(jié)果

        圖1 南襄盆地泌陽凹陷取樣井分布位置Fig.1 Location of sampling wells in Biyang Sag,Nanxiang Basin

        表1 泌陽凹陷烴源巖樣品基本特征與鏡質(zhì)體反射率、等效鏡質(zhì)體反射率結(jié)果Table 1 Basic characteristics of studied source rocks in Biyang sag and mature results of Roand EqVR

        圖2 顯示正常鏡質(zhì)體標(biāo)定曲線和抑制校正等值線的熒光變化圖解[9]Fig.2 Fluorescence alteration diagram showing normal vitrinite reflectance calibrated curve and corrected equivalent lines for suppression

        由表1可見,泌陽凹陷19件核桃園組烴源巖樣品的實測鏡質(zhì)體反射率(Ro)值處于0.38%~1.05%之間,其中僅6件樣品的 Ro>0.50%,鏡質(zhì)體反射率0.50%所對應(yīng)的現(xiàn)今埋藏深度為2 500 m左右(圖3),與前人的鏡質(zhì)體反射率分析結(jié)果[6]相一致,說明研究樣品實測鏡質(zhì)體反射率值是可靠的。而根據(jù)FAMM技術(shù)厘定的19件烴源巖樣品的成熟度——等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR))值介于0.58% ~1.29%之間,表明這些樣品的成熟度均已處于生油窗內(nèi),現(xiàn)今2 500 m深度段烴源巖的真實成熟度——等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR)約為0.80%(圖3);另外,F(xiàn)AMM分析獲得的各樣品鏡質(zhì)體反射率抑制校正值介于0.08% ~0.39%,平均為0.24%,反映了泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率抑制程度顯著。烴源巖有機質(zhì)類型越好,鏡質(zhì)體反射率的抑制程度越大,其中Ⅰ型烴源巖的抑制校正值一般大于0.30%,Ⅱ1型在0.17% ~0.29%之間,Ⅱ2型小于0.15%,這種特征與東營凹陷有效烴源巖的鏡質(zhì)體反射率抑制程度[3-4]相似。同時,各樣品等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR)值與鏡質(zhì)體反射率校正值(Ro校)之差的絕對值均小于等于0.05%(表1),說明利用FAMM技術(shù)厘定的成熟度值和根據(jù)FAMM分析獲得的鏡質(zhì)體反射率校正值(Ro校)是可信而正確的。

        結(jié)合圖1和表2可見,泌陽凹陷北部斜坡帶南部,現(xiàn)今埋藏深度在1 000 m左右的核桃園組烴源巖,其真實成熟度應(yīng)為0.60%左右,現(xiàn)今埋藏深度在2 000 m左右的核桃園組烴源巖,其真實成熟度應(yīng)為0.76%左右,而不是實測鏡質(zhì)體反射率(Ro)所反映的那樣均小于0.50%。在泌陽凹陷中部凹陷帶南部安棚一帶,現(xiàn)今埋藏深度在1 500 m和2 000 m左右的核桃園組烴源巖,其真實成熟度分別約為0.70%和0.75%左右;而在中部凹陷帶的中部,埋藏深度在2 500 m和3 200 m左右的核桃園組烴源巖,其真實成熟度在0.70% ~0.80%及1.00%。在泌陽凹陷南部陡坡帶,現(xiàn)今埋藏深度在1 700,2 500,3 000 m左右的核桃園組烴源巖,其真實成熟度分別在0.60%,0.80%左右及1.00%以上。泌陽凹陷不同部位相同埋藏深度的烴源巖,其成熟度不盡相同。這應(yīng)主要與不同部位廖莊組沉積后至上寺組沉積前受區(qū)域抬升而遭受的剝蝕量不同有關(guān),同時也應(yīng)與不同部位的古地溫梯度存在差異有一定關(guān)系。

        圖3 南襄盆地泌陽凹陷核桃園組烴源巖Ro和EqVR對比及與現(xiàn)今埋深的對應(yīng)關(guān)系Fig.3 Comparative diagram of Ro(a),EqVR(b)vs.present burial depth of source rocks of Hetaoyuan Formation in Biyang Sag,Nanxiang Basin

        2.2 石油地質(zhì)意義

        2.2.1 古地溫梯度、成烴門限與古埋深推算

        評價古地溫及古地溫梯度是含油氣盆地地質(zhì)研究的重要內(nèi)容。肖賢明等[12]以Arrhenius方法為理論基礎(chǔ),應(yīng)用Karweil方法,對不同古地溫梯度條件下有機質(zhì)熱成熟度作用進(jìn)行了模擬計算,并建立起了鏡質(zhì)體反射率梯度、古地溫梯度和鏡質(zhì)體反射率之間的相關(guān)圖版(圖4),詳細(xì)見文獻(xiàn)[12]。

        圖4 南襄盆地泌陽凹陷4口鉆井區(qū)核三段古地溫梯度圖解底圖據(jù)文獻(xiàn)[12]。Fig.4 Paleotemperature gradient diagram of Eh3 of 4 wells in Biyang Sag,Nanxiang Basin

        根據(jù)文獻(xiàn)[12]所述的方法,利用泌143、泌215、泌296和泌334井2個深度段核三段烴源巖樣品的等效鏡質(zhì)體反射率值對4口鉆井區(qū)的古地溫梯度進(jìn)行了恢復(fù)(表2,圖4)。泌334井、泌215井、泌143井和泌296井核桃園組古地溫梯度分別約為 45,39.5,40,36 ℃ /km(圖4)??梢?,泌陽凹陷不同部位的古地溫梯度差異較大,4口鉆井區(qū)平均古地溫梯度為40℃/km。泌陽凹陷的古地溫梯度與現(xiàn)今地溫梯度基本相近,這符合中新生代年輕凹陷的地溫特征。

        同時,據(jù) Suggate[13]的研究結(jié)果,烴源巖埋藏深度、鏡質(zhì)體反射率與古地溫梯度之間的關(guān)系如圖5所示。那么,據(jù)泌陽凹陷4口鉆井核桃園組烴源巖古地溫梯度為36~45℃/km推斷,泌陽凹陷的成烴門限深度介于1 800~1 400 m。

        另外,由于烴源巖有機質(zhì)的成熟度是不可逆的,其代表了烴源巖所遭受的最高古地溫,也即代表了烴源巖經(jīng)歷的最大古埋藏深度(在無異常熱流體和巖漿活動或構(gòu)造作用影響下)。因此,根據(jù)圖5,結(jié)合泌334、泌296、泌143和泌215井核桃園組的古地溫梯度和成熟度,對4口井取心段所經(jīng)歷的古埋藏深度進(jìn)行了推斷,結(jié)果如表2所示。

        2.2.2 對資源潛力評價的意義

        一個凹陷油(氣)資源潛力的大小主要與烴源巖的有機質(zhì)類型、有機質(zhì)豐度、分布規(guī)模以及成熟度密切相關(guān)[14]。當(dāng)烴源巖有機質(zhì)類型和豐度明確的情況下,烴源巖成熟度評價正確與否,除直接影響產(chǎn)烴能力和產(chǎn)烴類型外,還影響到進(jìn)入生烴門限的烴源巖規(guī)模,從而影響凹陷油(氣)資源潛力的評價結(jié)果。前面的研究結(jié)果表明,泌陽凹陷的實測鏡質(zhì)體反射率值抑制程度顯著,19件研究樣品的抑制校正值平均為0.24%,烴源巖成烴門限深度不是現(xiàn)今鏡質(zhì)體反射率所反映的2 500 m,而是古埋深1 800~1 400 m左右,這意味著以前主要根據(jù)烴源巖鏡質(zhì)體反射率確定的未成熟烴源巖,實際上均已進(jìn)入生油窗內(nèi),如凹陷內(nèi)核二段烴源巖和核三上部分烴源巖。所以,原來以鏡質(zhì)體反射率為基礎(chǔ)確定的泌陽凹陷有效烴源巖的規(guī)模將顯著偏低,結(jié)果必然導(dǎo)致原來的油(氣)資源潛力評價結(jié)果也偏低。本研究厘定的核桃園組烴源巖成熟度成果,為合理評價泌陽凹陷石油資源潛力奠定了基礎(chǔ)。

        表2 南襄盆地泌陽凹陷4口鉆井古地溫梯度與古埋深Table 2 Paleotemperature gradient and paleo-burial depth of 4 wells in Biyang Sag,Nanxiang Basin

        圖5 埋深、鏡質(zhì)體反射率及地溫梯度之間的關(guān)系[13]Fig.5 Relationship among burial depth,vitrinite reflectance and paleotemperature gradient

        3 結(jié)論

        1)泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率抑制程度顯著,抑制校正值介于0.08% ~0.39%,烴源巖有機質(zhì)類型越好,鏡質(zhì)體反射率抑制程度越高。

        2)泌陽凹陷19件烴源巖樣品的成熟度均已處于生油窗內(nèi)(等效鏡質(zhì)體反射率值介于0.58%~1.29%),而非鏡質(zhì)體反射率結(jié)果所反映的處于0.38% ~1.05%。

        3)泌334井、泌215井、泌143井和泌296井核桃園組古地溫梯度分別約為 45,39.5,40,36℃/km,成烴門限深度為1 800~1 400 m,而非鏡質(zhì)體反射率結(jié)果揭示的2 500 m。

        4)本研究厘定的核桃園組烴源巖成熟度成果,為合理評價泌陽凹陷石油資源潛力奠定了基礎(chǔ)。

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