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三江盆地浓江凹陷古近系层序地层及主要烃源岩发育特征

2014-12-01刘玉华中石化东北油气分公司勘探开发研究院吉林长春130000

长江大学学报(自科版) 2014年31期
关键词:层序烃源泥岩

刘玉华 (中石化东北油气分公司勘探开发研究院,吉林 长春130000)

三江盆地作为东北中新生界叠合残留盆地,油气勘探程度较低,一直未取得突破性进展。根据基底性质、盖层分布以及地球物理场特征,盆地由西向东分为4个一级构造单元:佳木斯隆起、绥滨断陷、富锦隆起和前进拗陷[1]。东部前进拗陷地层的归属长期以来一直存在争议,前人研究认为三江盆地沉积演化主要始于晚中生代,白垩纪是其发展演化的高潮期[2-4],古近纪进入萎缩消亡阶段。笔者通过对前进拗陷浓江凹陷前参2井的层序地层研究证实了浓江凹陷主要沉积古近系,而非下白垩统,并且在古近系发现多套煤层。这一发现为重新认识浓江凹陷的构造、沉积演化史奠定了基础。

浓江凹陷面积2150km2,受东部断裂控制,盆地呈现两凹一凸的构造格局。根据前参2井实钻及地震资料显示,浓江凹陷自下而上钻遇地层为基底、古近系始新统达连河组 (达三段、达二段、达一段)、古近系渐新统宝泉岭组 (宝三段、宝二段、宝一段)、新近系中新统富锦组、第四系。古近系具有埋藏较深,厚度较大,保存较好的特点,其中宝泉岭组及达连河组是主要研究目的层。

1 古近系层序充填序列

始新世早期,浓江断裂的拉张作用造成断陷快速扩张,形成了以断陷作用为主的构造运动,沉积了达连河组 (Ed)河湖相碎屑岩。Ed沉积受北东向浓江断裂单断控制明显,呈近东西向的条带展布,南北延伸距离较短,地层沉积800m左右。自古近纪渐新世开始,浓江凹陷进入缓慢的单断拉张阶段,凹陷沉积范围逐渐扩大,沉积了宝泉岭组 (Eb)大套以湖相暗色泥岩和砂岩互层为主的地层,此时北部次洼被逐渐充填直至消失。

1.1 钻井层序地层划分

根据岩性岩相、测井识别标志,结合邻区地层分布特点[5-7],将浓江凹陷全区各级不整合面、主要水进面进行了追踪对比和闭合,可以看出该区古近系划分为2个Ⅲ级层序5个体系域 (见图1)。

1)层序Ⅰ低位体系域 (Ed1+Ed2) 相当于古近系Ed1和Ed2。Ed1发育辫状河三角洲前缘亚相沉积,岩性为灰色泥岩、粉砂质泥岩与灰色砂砾岩、细砂岩、粉砂岩不等厚互层,夹黑色煤层,底部见灰绿色砂砾岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩。可见保存较差的双壳类化石碎片。Ed2发育半深湖、滨浅湖亚相沉积,岩性为深灰色、灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩不等厚互层。见有孔虫化石,并伴生有腹足类及双壳类化石。从Ed1到Ed2,具有明显正旋回,反映水体能量逐渐减弱的沉积特点。层序Ⅰ低位体系域整体表现为非对称型短期旋回构成的退积层序叠加样式。

2)层序Ⅰ水进体系域 (Ed3) 相当于古近系Ed3。发育辫状河前三角洲亚相、辫状河三角洲前缘亚相沉积,岩性为深灰色泥岩、灰色粉砂质泥岩、灰褐色油页岩、灰黑色炭质泥岩与灰白色砂砾岩、灰色含砾细砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层。发育韵律层理、递变层理、滑塌构造。测井相特征为高幅钟型与中幅锯齿型,局部为高幅箱型。层序Ⅰ水进体系域整体上表现为粒度向上变细的对称型短期旋回构成的退积层序叠加样式。

图1 三江盆地浓江凹陷前参2井层序地层格架综合柱状图

3)层序Ⅰ高位体系域 (Eb1) 相当于古近系Eb1。发育滨浅湖、半深湖亚相沉积,岩性为灰色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩与灰色砂砾岩、含砾细砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩呈不等厚互层,夹薄层炭质泥岩。发育交错层理、波纹层理、波痕和植物根、茎痕。该段湖泊相沉积与下伏达连河组灰褐色油页岩不整合接触,为一明显的层序界面。电性特征为低幅泥岩基线锯齿型,也是良好的区域盖层。层序Ⅰ高位体系域自下而上为粒度逐渐变粗的数个非对称型短期反旋回构成的进积层序叠加样式,为一次水退体系域。

4)层序Ⅱ水进体系域 (Eb2) 相当于古近系Eb2。为一套辫状河前三角洲亚相和辫状河三角洲前缘亚相沉积,岩性为灰色泥岩、粉砂质泥岩与灰色砂砾岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩呈略等厚~不等厚互层。发育均质层理。与下伏宝一段地层不整合接触,电性特征以齿状箱型为主。层序Ⅱ水进体系域整体上表现为自下而上粒度逐渐变细的数个非对称型短期正旋回构成的退积层序叠加样式。

5)层序Ⅱ高位体系域 (Eb3) 相当于古近系Eb3。发育滨浅湖、半深湖亚相沉积,岩性主要为灰色泥岩,夹薄层粉砂质泥岩、灰色中砂岩、细砂岩、含砾细砂岩、泥质粉砂岩、黑灰色炭质泥岩,底部为一套浅灰色砂砾岩,与下伏Eb2地层不整合接触。电性特征由中幅指型或锯齿型过渡为低幅平直泥岩基线类型,局部低幅基线锯齿型,为一水退体系域。

1.2 层序界面地震响应特征

通过井震标定,根据地震剖面上指示层序底界面的上超、下超反射终止类型及指示层序顶界面的顶超、削截反射终止等类型,识别出各层序界面的地震响应特征。

1)层序Ⅰ低位域 (Ed1) 地震界面为一明显不整合面,常见与下部地层削蚀接触关系。外形楔状、内部不连续发散状与杂乱状反射,反射波组起伏不平,断陷盆地初期受构造控制明显的断块沉降、充填的粗碎屑近源沉积。Ed2外形板状,内部较连续亚平行反射,属于湖相沉积。层序Ⅰ水进域 (Ed3)内部反射结构为2~3个中强相位靠下双相位强反射波组,属于三角洲前缘亚相。层序Ⅰ高位域 (Eb1)地震反射波组为板状,振幅强、内部反射亚平行-平行反射。下部为半深湖亚相,上部为半深湖-浅湖亚相。

2)层序Ⅱ水进域 (Eb2) 地震剖面上显示外形板状的特点,内部上部平行-亚平行反射,下部较弱的斜反射,主要为三角洲前缘亚相沉积。层序Ⅱ高位域 (Eb3)地震波组反射特征外形板状,内部连续好,平行-亚平行反射,属于深湖亚相沉积。

通过反复对比,地震剖面识别出的反射界面与测井信息间存在较好的对应关系 (见图2)。

图2 三江盆地浓江凹陷地震剖面特征

2 主要烃源岩特征

浓江凹陷前参2井古近系暗色泥岩发育,泥岩、煤层累计厚度1665.3m,占全井段地层厚度的60.5%。其中Eb暗色泥岩厚1172m,占地层厚度的71.4%,岩性为灰色泥岩、粉砂质泥岩和灰黑色炭质泥岩。Ed暗色泥岩厚493m,岩性为灰色泥岩、油页岩、粉砂质泥岩,还发育11.1m煤层,占地层厚度的69.6%。

从烃源岩有机质丰度指标来看,除层序Ⅱ水域 (Eb2)部分井段外,层序Ⅰ(Ed3、Ed2和Eb1)泥岩总有机碳 (TOC)最高值达15.03%,最低值为1.39%,均达到中等~最好的烃源岩标准,由上到下有机质丰度渐变好。

从9个干酪根镜检样品分析结果表明,显微组分主要以壳质组为主(62%~78%),其次为镜质组(19%~29%)、惰质组(3%~9%),没有腐泥组,有机质类型指数TI在16~31.5,总体显现为腐殖型干酪根的特点,干酪根元素共分析了4个样品,H/C原子比1.05~1.17,O/C原子比0.14~0.22,在范氏图上落入Ⅱ1、Ⅱ2型范畴,综合上述判断有机质类型以Ⅱ1~Ⅱ2为主。

三江盆地在地史演化过程中经历了复杂的多期构造运动,形成了各自独立的断陷[8]。受区域地温场的不均衡性影响,各断陷烃源岩在演化过程中形成各自独立的演化特征和变化规律。与该区其他断陷相比,浓江凹陷生烃门陷较深。根据镜质体反射率(Ro)实测数据及岩石热解色谱分析和现场地化分析资料,浓江凹陷泥质烃源岩在埋深达1900m左右时的Ro为0.5%,进入生烃门限。烃源岩有机质演化程度较低,层序Ⅱ烃源岩有机质处于未成熟热演化阶段,层序Ⅰ水进域 (Ed3)以下处于低成熟演化阶段。

从烃源岩生物标志物特征来看 (见表1),前参2井正构烷烃主峰碳数Eb1为C27~C29,Eb1~Ed2为C23~C25,演化程度渐变高。奇碳优势明显,奇偶优势 (OEP)指数分布范围1.28~3.465,平均2.68,反映有机质主要来源于陆源高等植物,且有机质成熟度较低。奇碳优势随着深度增加而减小,(C21+C22)/ (C28+C29)和C2-1/C2+2也有随着深度增加而变大的趋势,表明前参2井上部陆源有机质的输入相对较为丰富,而其下部低等水生生物相对较为丰富。

表1 前参2井源岩可溶有机质饱和烃色谱参数

前参2井Ed的原油密度0.9043g/cm3,黏度27.12mPa·s,属于高黏度的正常原油,油源对比结果表明,原油和烃源岩藿烷和甾烷系列化合物色谱特征具有很好的相似性,总体上C30藿烷占绝对优势,C31以上化合物较低,且随碳数增高呈递减型分布,伽马蜡烷含量也较低,C30αααR甾烷明显高于C27αααR、C28αααR甾烷 (见图3),证明油气来源于低熟的层序Ⅰ低位域的烃源岩,并且烃源岩成熟度很大程度控制了该区油气资源的分布。

图3 前参2井Ed原油和烃源岩甾萜烷色谱图

综合上述研究,浓江凹陷泥质烃源岩主要发育在层序Ⅰ (Ed中下部),其中Ed2滨浅湖亚相及半深湖亚相沉积地震响应特征为较连续和中~强振幅特征,代表优质烃源岩发育段,横向相对连续。而Ed3和Ed1三角洲沉积地震响应特征为低频不连续、杂乱地震相,代表泥岩中含砂量较高,有机质富集程度相对较低的烃源岩反射特征。结合地震资料解释结果,计算出浓江凹陷有效生油岩面积为98km2。

3 结语

三江盆地复杂的演化过程造成浓江凹陷烃源岩生烃演化史也非常复杂。前参2井在Ed获得少量油流。通过油源对比发现,油气来自Ed自身烃源岩,表明古近系烃源岩已发生过油气生成、运聚成藏的过程。由于三江盆地埋藏深度有较大差异,不同凹陷烃源岩有机质热演化差异明显,浓江凹陷的生烃范围有限。结合地震资料解释结果,预测出盆地的有效生油岩面积98km2,认为浓江凹陷前参2井北部浓桥次凹是油气成藏的有利区域。

[1] 黄桂雄 .三江盆地西大林子凹陷古近系烃源岩特征及勘探潜力 [J].石油天然气学报 (江汉石油学院党报),2011,33(5):47-50.

[2] 邹艳荣 .东北三江盆地演化分析 [J].中国煤田地质,1997,33(1):19-21.

[3] 童亨茂 .伊通地堑边界断裂的性质与演化 [J].地质力学学报,2002,8(1):35-42.

[4] 马金龙,高春文 .绥滨拗陷早白垩世末逆冲褶皱构造的形成机制 [J].大庆石油地质与开发,2007,26(5):9-13.

[5] 黄清华,黄福堂,张莹 .汤原断陷第三纪地层研究新进展 [J].地层学杂志,1998,22(1):73-80.

[6] 黄清华,孔惠,金玉东 .依兰-伊通地堑方正断陷孢粉组合及其地层层序 [J].微体古生物学报,2002,19(2):193-198.

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