張飛燕

(中國(guó)石化華東油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，南京 210011)

下?lián)P子區(qū)經(jīng)過(guò)近60年的勘探，除在蘇北新生界陸相地層及黃橋地區(qū)上古生界龍?zhí)督M獲得工業(yè)油氣流外，區(qū)內(nèi)海相油氣勘探迄今未獲實(shí)質(zhì)性突破。

近期，上揚(yáng)子地區(qū)相繼在磨溪、高石梯龍王廟組、震旦系燈影組取得了重大突破，同屬揚(yáng)子塊體的下?lián)P子地區(qū)是否具備與上揚(yáng)子下古生界相似的沉積條件、氣源物質(zhì)基礎(chǔ)是否優(yōu)越、有利勘探方向在哪里等一直是地質(zhì)學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)心的問(wèn)題，本文在前人研究的基礎(chǔ)上系統(tǒng)收集下?lián)P子下古生界大量的露頭、鉆井資料，對(duì)下寒武統(tǒng)荷塘組的氣源條件進(jìn)行了分析，為后期科學(xué)勘探提供基礎(chǔ)依據(jù)[1-3]。

1 地質(zhì)背景

下?lián)P子區(qū)中、古生界屬于保存下來(lái)的晉寧期—印支期揚(yáng)子邊緣海盆地的一部分，其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方式以振蕩運(yùn)動(dòng)為主，水平運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱，使該區(qū)始終保持著持續(xù)沉降的狀態(tài)，早寒武世，是繼震旦系沉積之后海侵規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大的海相沉積；下?lián)P子地區(qū)主要發(fā)育臺(tái)地相、斜坡相和陸棚-盆地相，宣城地區(qū)處于陸棚-盆地相之內(nèi)，泥頁(yè)巖厚度主要在100～600m之間，整體呈中心往四周遞減趨勢(shì)，存在2個(gè)北東向沉積中心(石臺(tái)-涇縣沉積中心與淳安-德清沉積中心)。中寒武世，在早寒武世海侵高峰之后，海水略有退卻，除皖南、浙西部分地區(qū)為深色泥巖，仍保持了盆地相外，早寒武世盆地相區(qū)大部分轉(zhuǎn)變?yōu)殛懪锃h(huán)境。晚寒武世，繼續(xù)海退趨勢(shì)，臺(tái)地區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大。整體上下?lián)P子的沉積環(huán)境為下寒武統(tǒng)的烴源巖發(fā)育提供了較好的條件[4]。

2 烴源巖地球化學(xué)特征[5-6]

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

針對(duì)39個(gè)樣品進(jìn)行的熱裂解測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示TOC含量平均為5.01%， 但具有不均一性，最高值為16.86%，最少僅為0.08%。

表1 下?lián)P子地區(qū)巖石熱裂解測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖1 柘林壩剖面荷塘組氣源巖氣源條件柱狀圖Figure 1 Zhelinba section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

宣城以東地區(qū)的柘林壩、羅村、太蔡嶺、劉家橋等剖面荷塘組TOC含量范圍為0.33%～13.48%，平均為5.76%，有機(jī)質(zhì)豐度最高；其中，柘林壩剖面TOC均值最高，達(dá)到7.61%，劉家橋剖面次之，可以達(dá)到5.15%。典型的剖面是柘林壩剖面，該剖面上TOC的高值都集中在下部的炭質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育層段。

黃栗樹(shù)、幕府山兩個(gè)剖面的TOC含量范圍為0.14%～3.95%，平均為1.13%，有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低，但其中幕府山剖面屬于有機(jī)質(zhì)高的剖面(圖2)。

表2 柘林壩剖面巖石熱裂解測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖2 幕府山剖面荷塘組氣源巖氣源條件柱狀圖Figure 2 Mufushan section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

圖3 藍(lán)田剖面荷塘組氣源巖氣源條件柱狀圖Figure 3 Lantian section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

藍(lán)田、洪村、巖寺村、紅桃村等剖面TOC含量范圍為0.08%～16.85%，平均值為4.5%，略低于東部剖面，有機(jī)質(zhì)豐度較高，生烴潛力為0.01～0.04mg/g?？傮w上有機(jī)質(zhì)豐度值較高。藍(lán)田剖面是西部區(qū)比較完整的一條剖面，是有機(jī)質(zhì)最高的剖面，有機(jī)質(zhì)豐度最好的是紅桃村剖面，平均值可以達(dá)到7.31%(圖3)。

圖4 早寒武世黑色巖系不同巖石類(lèi)型有機(jī)碳含量特征圖Figure 4 Organic carbon content characteristic patterns of early Cambrian black rock series different rock types

根據(jù)野外采集的巖石樣品所測(cè)試的有機(jī)碳數(shù)據(jù)對(duì)黑色巖系不同類(lèi)型巖石有機(jī)質(zhì)豐度做出對(duì)比分析，可以看出炭質(zhì)頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度(TOC含量2.63%～12.77%)要明顯的高于其他類(lèi)型巖石；另外，灰?guī)r有機(jī)質(zhì)豐度(TOC含量0.01%～0.22%)極低，TOC平均值僅為0.12%；泥頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖及硅質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)豐度變化不大，TOC平均值為0.8%(表3，圖4)。

表3 早寒武世黑色巖系巖石樣品有機(jī)碳含量表

2.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

本次研究主要利用干酪根鏡檢的方法，共送樣29份，實(shí)測(cè)26份，結(jié)果如表4所示。干酪根類(lèi)型全部為Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)組分主要為腐泥組，平均比重為95.7%，另含少量固體瀝青，平均比重為4.3%，幾乎不含殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰性組。其中腐泥組中以藻類(lèi)體為主，具藻類(lèi)結(jié)構(gòu)，黑色無(wú)熒光； 另含少量腐泥無(wú)定形體，云霧、團(tuán)塊狀，黑色無(wú)熒光。固體瀝青一般為塊狀，黑色無(wú)熒光(圖5)。

表4 下?lián)P子地區(qū)荷塘組有機(jī)質(zhì)類(lèi)型統(tǒng)計(jì)表

選取了柘林壩剖面、寧敦橋頭、羅村剖面上三個(gè)樣品進(jìn)行單獨(dú)分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)，三個(gè)剖面顯示的干酪根顯微組分都基本一致，有機(jī)質(zhì)以藻類(lèi)體、腐泥無(wú)定形體為主，見(jiàn)少量固體瀝青，有機(jī)質(zhì)不具熒光特征，這是明顯的Ⅰ型干酪根特征(表5，表6，表7，圖5，圖6，圖7)。

表5 柘林壩剖面(ZLB-3-001)黑色巖系干酪根顯微組分析統(tǒng)計(jì)

圖5 柘林壩剖面(ZLB)黑色巖系干酪根顯微照片F(xiàn)igure 5 Zhelinba section (ZLB) black rock series kerogen micrograph

樣品號(hào)質(zhì)量類(lèi)型指數(shù)干酪根類(lèi)型組分含量/%透光描述ND橋頭-0010.32997Ⅰ腐泥無(wú)定形體7褐色云霧狀、團(tuán)粒狀藻類(lèi)體90深褐色具藻類(lèi)體結(jié)構(gòu)固體瀝青3黑色塊狀

圖6 寧敦橋頭黑色頁(yè)巖干酪根顯微照片F(xiàn)igure 6 Ningdunqiaotou black shale kerogen micrograph

樣品號(hào)質(zhì)量類(lèi)型指數(shù)干酪根類(lèi)型組分含量/%透光描述LC5-10.36295Ⅰ腐泥無(wú)定形體28褐色云霧狀、團(tuán)粒狀藻類(lèi)體67深褐色具藻類(lèi)體結(jié)構(gòu)固體瀝青5黑色塊狀

圖7 羅村剖面黑色頁(yè)巖干酪根顯微照片F(xiàn)igure 7 Luocun section black shale kerogen micrograph

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度分析

為了對(duì)下?lián)P子地區(qū)地層有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)分布情況有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)和了解，在對(duì)下?lián)P子地區(qū)相關(guān)典型剖面所采集的樣品進(jìn)行鏡質(zhì)體反射率(Ro)分析測(cè)試，結(jié)合收集和查閱到的前人資料整理得到的寒武系下統(tǒng)黑色巖系有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)數(shù)據(jù)資料對(duì)下?lián)P子地區(qū)地層有機(jī)質(zhì)成熟度有了整體認(rèn)識(shí)。

本次研究主要對(duì)下?lián)P子地區(qū)相關(guān)剖面的28個(gè)樣品進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表8。由表中可以看出，所測(cè)樣品的Ro值分布在1.67%～3.47%之間。其中灰?guī)r層的相對(duì)較低，在2%以下；其他巖性Ro值均大于2%，炭質(zhì)頁(yè)巖最高達(dá)到3.47%。

除剖面樣品外，皖寧2井的測(cè)試結(jié)果也反映了一致的演化特征。皖寧2井荷塘組共測(cè)試了9個(gè)樣品的鏡質(zhì)體反射率，其范圍在3.5%～4.1%之間，亦屬于有機(jī)質(zhì)過(guò)成熟晚期階段。類(lèi)似地，宣頁(yè)1井下寒武統(tǒng)荷塘組雖然只測(cè)試了2個(gè)樣品的Ro值，其值均在5%以上，也指示了過(guò)成熟的晚期階段。

此外，熱解參數(shù)也可以幫助分析源巖成熟情況。通過(guò)對(duì)宣頁(yè)1井巖心樣品的分析，揭示下?lián)P子地區(qū)黑色巖系的干酪根熱解具有熱解峰溫高(Tmax，℃)，熱解烴(S2)和氫指數(shù)(IH)低的特點(diǎn)(表9)。其中荷塘組樣品的Tmax平均值為349.2°C，氫指數(shù)僅1.59mg/g，指示其處于過(guò)成熟階段。

表8 早寒武世黑色巖系巖石樣品鏡質(zhì)體反射率(Ro)數(shù)據(jù)表

表9 宣頁(yè)1井Tmax，S2和IH統(tǒng)計(jì)表

從以上鏡質(zhì)體反射率和熱解資料分析結(jié)果來(lái)看，下?lián)P子地區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)的成熟度普遍偏高，屬于過(guò)成熟階段，已不具生烴能力，這對(duì)于頁(yè)巖氣的成藏而言，前期已生成烴類(lèi)氣體的儲(chǔ)集和保存情況則成為起制約作用的關(guān)鍵因素。

3 下寒武荷塘組源巖條件評(píng)價(jià)

區(qū)內(nèi)總體上氣源條件較好。南部樣品顯示有機(jī)質(zhì)豐度較高，但是多數(shù)為過(guò)成熟且生烴潛力較低，而北部雖然有機(jī)質(zhì)略低，但是多處于高成熟階段，同時(shí)源巖厚度大，且生烴潛力優(yōu)于南部。

從層位上來(lái)說(shuō)，目前發(fā)現(xiàn)的有機(jī)質(zhì)豐度比較高的層段均在剖面的下部炭質(zhì)頁(yè)巖層位，如果從層序的研究角度來(lái)說(shuō)，可能屬于海進(jìn)體系域晚期或者高位體系域早期。但是不利的條件是有機(jī)質(zhì)基本上都過(guò)成熟(除了南部柘林壩剖面)，所以從有機(jī)質(zhì)成熟情況來(lái)講，氣源巖潛力總體不大。

當(dāng)然因收集數(shù)據(jù)點(diǎn)不能全部囊括整個(gè)下?lián)P子區(qū)，但可以進(jìn)行面上推測(cè)，下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)有機(jī)質(zhì)成熟度整體偏高，大部分處高成熟-過(guò)成熟階段；北部地區(qū)總體上處于高成熟階段，東南部多為過(guò)成熟階段，即高值區(qū)主要集中在下?lián)P子?xùn)|南部地區(qū)，往北成熟度Ro值呈降低趨勢(shì)。