謝 青，江 寬，耿進(jìn)衛(wèi)

(1.西安石油大學(xué) 油氣資源學(xué)院，陜西 西安710065;2.中國(guó)石油西部管道公司，新疆烏魯木齊830012)

曾經(jīng)人們認(rèn)為碳酸鹽巖沒(méi)有生油能力，但是近年來(lái)隨著大量碳酸巖油氣田的發(fā)現(xiàn)證明，碳酸鹽巖不但能夠生油，而且還有很強(qiáng)的生油能力。碳酸鹽巖不僅是一種重要的儲(chǔ)集巖，還是一種特別重要的生油巖[1－3]。全球碳酸鹽巖覆蓋面積為沉積總面的1/5。碳酸鹽巖中含有世界上50%或50%以上的油氣儲(chǔ)量。同時(shí)，更為可觀的是全球許多大油田中約有40%的石油產(chǎn)自碳酸巖內(nèi)，其中有許多油藏都是由碳酸鹽巖所形成。尤其是近年來(lái)隨著石油需求量的增加和勘探步伐的加快，人們對(duì)碳酸鹽巖的研究更為關(guān)注。對(duì)碳酸鹽巖的研究也是未來(lái)油氣勘探發(fā)展的大趨勢(shì)。本文就碳酸鹽巖生油條件來(lái)談?wù)撎妓猁}巖的生油潛力。

1 沉積環(huán)境及富存的有機(jī)質(zhì)

一般而言，碳酸鹽巖主要形成在溫暖氣候條件下、清潔、淺海環(huán)境中。在這里化學(xué)、生物化學(xué)、機(jī)械等作用共存，有利于海洋生物的大量繁殖，尤其是在光合作用強(qiáng)的海域大量藻類生成。這些生物藻類死亡后會(huì)產(chǎn)生大量的骨骼、骨屑，這就為碳酸鹽巖的形成提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源[4]。若其盆地所處地帶氣候干燥，蒸發(fā)量大，為還原、蒸發(fā)盆地，還會(huì)形成大量的膏鹽、鹽巖等蒸發(fā)巖類，作為其有利的封蓋條件，因而在這種環(huán)境下生成碳酸鹽巖以及其生烴的條件也就相對(duì)充足。但其在半深海和深海環(huán)境中也有較廣泛分布，這里只談?wù)摐\海海洋環(huán)境(水深小于200 m，包括潮坪、潮溝、潮汐三角洲瀉湖等淺水海洋和淺海陸棚環(huán)境)的碳酸鹽巖生油。

1.1 碳酸鹽內(nèi)沉積物有機(jī)質(zhì)來(lái)源

碳酸鹽巖沉積物有機(jī)質(zhì)類型豐富多樣，主要來(lái)自于海洋，如一些灰泥、灰砂、灰粉砂、鮞粒等陸棚堆積，礁、生物礁等碎屑沉積物，但大多數(shù)都是生物成因的，這也是泥質(zhì)生油巖無(wú)法比擬的，尤其是其所含的大量生物和遺跡化石更是其獨(dú)特之處。目前研究結(jié)果表明，類脂化合物、氨基化合物、色素、碳水化合物等有機(jī)化合物是碳酸鹽巖生成石油的母質(zhì)，而一切生物都包含這些組分[4]。尤其是碳酸巖中含有豐富的藻類物質(zhì)是其良好的生油母。這也充分說(shuō)明了如果沒(méi)有充足的、豐富、質(zhì)量良好的、適于碳酸鹽巖生烴的有機(jī)物質(zhì)，全球是不會(huì)形成如此之多大型碳酸鹽巖油氣田的。也即證明了碳酸鹽巖的生油潛力是不比泥質(zhì)巖差或比其潛力更大。

1.2 碳酸鹽巖內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量

據(jù)有關(guān)資料和實(shí)驗(yàn)研究證明碳酸鹽巖中的有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低，這是因?yàn)樽鳛橛袡C(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)之一的有機(jī)碳含量(TOC)相對(duì)較低。通過(guò)大量實(shí)踐和資料可知，全球范疇內(nèi)的碳酸鹽巖有機(jī)碳含量都相對(duì)較低，且碳酸鹽巖烴源巖的有機(jī)碳下限值比泥頁(yè)巖還要低[5]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳酸鹽巖中的有機(jī)碳含量的下限值爭(zhēng)論較多。但我國(guó)大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其下限值為0.05% －0.12%。我國(guó)海相碳酸鹽巖多數(shù)屬于高－過(guò)成熟階段，我國(guó)學(xué)者(陳丕濟(jì)等)通過(guò)大量研究，認(rèn)為高－過(guò)成熟碳酸鹽烴源巖的有機(jī)碳下限值應(yīng)采用0.1% －0.2%[6]。國(guó)外許多學(xué)者曾經(jīng)提出碳酸鹽巖有機(jī)碳含量下限要遠(yuǎn)低于泥巖，例如J.M.亨特曾出某地區(qū)灰?guī)r“即使只有0.19%的平均有機(jī)碳含量也比得上含有 1.5% 有機(jī)碳的頁(yè)巖”[7－8]，筆者認(rèn)為碳酸鹽巖內(nèi)的有機(jī)碳含量相對(duì)較低這是共識(shí)，但是對(duì)于此的定義不能一概而論，還要結(jié)合某地區(qū)的具體情況而定。雖然碳酸鹽巖中的有機(jī)碳含量相對(duì)較低，但是已有實(shí)驗(yàn)研究證明其生烴潛力要比粘土、泥頁(yè)高，這是因?yàn)樘妓猁}巖內(nèi)干酪根的催化生烴效率相對(duì)高，碳酸鹽巖吸附有機(jī)質(zhì)的能力比泥巖低，而排烴效率比泥巖要高[5，9]。也就是說(shuō)，在其它條件相同的情況下，碳酸鹽巖比其它生油鹽更有利于形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的油氣藏。尤其是隨著熱演化程度的升高，碳酸鹽巖油氣源巖在過(guò)成熟階段時(shí)，產(chǎn)烴率增加，烴類產(chǎn)物由油相液態(tài)烴向濕氣和干氣相氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化，它的有機(jī)碳含量下限值一定低于其作為油源巖的，因而此時(shí)也更有利于形成大的氣藏。這也是碳酸鹽巖比泥頁(yè)巖等粘土巖生烴的優(yōu)越之處。

氯仿瀝青“A”含量也是其有機(jī)質(zhì)含量衡量指標(biāo)之一，J.M.亨特 分析了大量的數(shù)據(jù)，碳酸巖內(nèi)的氯仿瀝青“A”含量400 PPm，而頁(yè)巖平均瀝青含量為600 PPm，我國(guó)西南地區(qū)較好的碳酸巖生油層“A”含量在50－500 PPm，考慮到地表樣品比地下樣品含量一般要低，因此湖北石油地質(zhì)研究大隊(duì)提出碳酸巖的“A”含量達(dá)到10－100 PPm時(shí)，即認(rèn)為有一定的生油潛力，周天駒、黃醒漢等學(xué)者分析華北碳酸巖可能有利的生油層的樣品其“A”含量均在20 PPm以上(如表1)。

表1 碳酸巖與泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比表(據(jù)周天駒，黃醒漢)Tab.1 The contrast table of the organic matter content between carbonate rock and shale rock(according to ZhouTian－ju，Huang Xing－h(huán)an)

2 有機(jī)質(zhì)生烴作用及轉(zhuǎn)化條件

碳酸鹽巖相對(duì)于其它巖類固結(jié)成巖早，這難免很多人認(rèn)為在其早期，碳酸鹽巖內(nèi)的有機(jī)質(zhì)(尤其是蛋白質(zhì))在結(jié)晶時(shí)發(fā)生水解，有機(jī)質(zhì)大部分被散失…如果是這樣的話世界上也就不會(huì)有碳酸鹽巖大油氣田了。其實(shí)大多數(shù)有機(jī)質(zhì)烴類是可以產(chǎn)生在碳酸鹽中，并由早期的成巖作用保存封閉起來(lái)[10]。這是因?yàn)樘妓猁}巖早期成巖作用主要包括膠結(jié)和重結(jié)晶作用，其成巖作用相對(duì)較快，如沉積水由石灰?guī)r沉積物運(yùn)移時(shí)間應(yīng)相對(duì)早，深度間距也較小，這就使得水流攜帶部分烴類有機(jī)質(zhì)到圈閉中去，加之早期的成巖作用就使得大部分的烴類就被封存在碳酸鹽巖內(nèi)(Holl－mann，1962)。尤其在干旱氣候條件下，會(huì)有大量的蒸發(fā)巖產(chǎn)生，形成一種“巖帽”覆蓋其上，其保存條件就可想而知了。碳酸鹽巖沉積物的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是沉積速度相對(duì)較慢，這主要是因?yàn)闇\海碳酸鹽巖多數(shù)形成于高能環(huán)境中，水體受到動(dòng)蕩，沉積物沉積速度較慢。例如沉積在廣闊陸棚淺海地區(qū)的碳酸鹽巖，由于沉積速度較慢，海洋生物有機(jī)質(zhì)的肉質(zhì)部分受到長(zhǎng)時(shí)間的破壞，后來(lái)在其殼體內(nèi)留下的有機(jī)質(zhì)多數(shù)是蛋白質(zhì)。在不太普遍的蒸發(fā)盆地內(nèi)，多數(shù)的有機(jī)質(zhì)保存下來(lái)。

同時(shí)，碳酸鹽巖沉積物多數(shù)是在原地沉積的，或很少被短距離搬運(yùn)，不像粘土碎屑沉積物被長(zhǎng)距離搬運(yùn)后再固結(jié)成巖，這就降低了其由于長(zhǎng)距離的搬運(yùn)而造成沉積物有機(jī)質(zhì)的損失。沉積物在原地產(chǎn)生在原地沉積，也即是說(shuō)碳酸鹽巖中烴類是在原地生成的，這也是許多大型碳酸鹽巖油氣田得已形成的有利證據(jù)，這也是眾多學(xué)者所說(shuō)的碳酸鹽巖的“自生性”多數(shù)油氣田勘探實(shí)踐也已經(jīng)表明，歐文(Owen，1964)提出根據(jù)許多碳酸鹽巖油氣田的地層、構(gòu)造特征證明其內(nèi)的烴類確實(shí)是原地生成的。例如，中東地區(qū)伊朗、沙特阿拉伯國(guó)家、美國(guó)的威利斯頓、中國(guó)的塔里木盆地、四川盆地等碳酸鹽巖油氣田等。

碳酸鹽巖中含有很少或不含有粘土物質(zhì)，因而催化作用對(duì)碳酸鹽巖烴類的產(chǎn)生沒(méi)有影響或影響很弱，這就很明顯地降低了其內(nèi)有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化成烴類的強(qiáng)度。然而通過(guò)眾多學(xué)者的研究可知，溫度在碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化中擔(dān)當(dāng)了非常重要的角色。要使溫度發(fā)揮作用，其沉積物就需要適當(dāng)?shù)穆癫厣疃群拖鄬?duì)較長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)間。但是溫度很高也不行，因?yàn)楫?dāng)溫度升高超過(guò)油氣保存溫度上限時(shí)，油氣生成作用就會(huì)停止，且已經(jīng)形成的油氣也將遭到破壞[11]。根據(jù)世界多數(shù)學(xué)者通過(guò)對(duì)大量油田的研究認(rèn)為，即碳酸鹽巖中油氣生成需要的溫度在60℃ －150℃之間，這也是其烴類產(chǎn)生晚的重要原因[12](如圖 1)。

碳酸鹽巖的有機(jī)質(zhì)分布呈分散狀態(tài)，其狀態(tài)分為均一和不均一兩類。這里只說(shuō)不均一的分散有機(jī)質(zhì)。此種不均一性在成巖過(guò)程中表現(xiàn)的尤其明顯，碳酸鹽巖成巖過(guò)程中，由于其特有的晶析作用，可使 80% 以上的有機(jī)質(zhì)在原產(chǎn)地?fù)p失[3，13]。這些析出的有機(jī)質(zhì)，富集于鄰近的裂縫、孔洞帶，或富含泥質(zhì)的隱晶、微晶質(zhì)泥灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r中。這種晶析作用使碳酸鹽巖中的一部分有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成非源巖，同時(shí)使碳酸鹽源巖內(nèi)的有機(jī)質(zhì)不均一地富集。碳酸鹽巖源巖有機(jī)質(zhì)這種特殊富集過(guò)程和賦存狀態(tài)是其高效成烴、排烴的基本有利條件[5]。

雖然壓實(shí)作用對(duì)碳酸鹽巖產(chǎn)生的作用影響不大，但壓溶作用對(duì)其產(chǎn)生的影響卻是非常重要的，壓溶作用可以使碳酸鹽巖產(chǎn)生縫合線[14]?？p合線縫可能被碳酸鹽巖碎屑物所充填，這就使得本來(lái)有機(jī)碳含量很低的碳酸鹽有機(jī)質(zhì)在縫合線內(nèi)集中起來(lái)，形成了相對(duì)高的有機(jī)質(zhì)豐度的填隙物。其中有機(jī)質(zhì)和泥質(zhì)含量要明顯高于純碳酸鹽巖，因而縫合線縫隙物具有很強(qiáng)的排烴動(dòng)力和較高排烴效率，使其生成的烴類大部分被排出。這也是碳酸鹽巖生油潛力高的重要條件之一。

3 結(jié)論

1)淺海碳酸鹽巖沉積環(huán)境適宜，沉積物有機(jī)質(zhì)類型多樣、充足、且多以生物成因具多，生油母質(zhì)豐富質(zhì)優(yōu)。作為碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)含量指標(biāo)之一的有機(jī)碳含量和氯仿瀝青A含量相對(duì)較低。

2)促使碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)生烴的作用很多，如膠結(jié)、重結(jié)晶、壓溶、晶析等作用。尤其是晶析和壓溶作用。

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