朱常偉

長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037

張永生　(中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

李艷　(中石油長慶油田分公司第三采氣廠， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

于華泰

長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037

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西烏珠穆沁旗地區(qū)上二疊統(tǒng)北大山組油氣地質(zhì)特征

朱常偉

長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037

張永生(中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

李艷(中石油長慶油田分公司第三采氣廠， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

于華泰

長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037

[摘要]通過野外實地剖面測量，將西烏珠穆沁旗地區(qū)上二疊統(tǒng)北大山組(P3b)劃分為4種沉積相帶，從下到上依次發(fā)育前緣陡坡、盆地-陡坡過渡帶、裂陷盆地、前緣陡坡、礁灘，具有良好的生儲蓋組合關(guān)系。在上述研究基礎(chǔ)上，結(jié)合有機(jī)地球化學(xué)以及巖石學(xué)等方法，對P3b烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度和泥頁巖礦物組成進(jìn)行評價。結(jié)果表明，西烏珠穆沁旗地區(qū)P3b烴源巖屬于較好烴源巖，泥、頁巖硅質(zhì)含量高，排烴能力強(qiáng)，利于油氣的富集和成藏，可作為好的油氣勘探選區(qū)。

[關(guān)鍵詞]北大山組;沉積環(huán)境;烴源巖;油氣勘探

東北-興蒙地區(qū)分布有大慶、吉林、遼河、二連等多個重要油氣田，經(jīng)過半個多世紀(jì)的開采之后，目前正面臨擴(kuò)大油氣遠(yuǎn)景的艱巨任務(wù)。近年來的調(diào)查表明，松遼盆地及外圍地區(qū)上古生界石炭系-二疊系除部分地區(qū)發(fā)生動力接觸變質(zhì)以外，并未發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用[1～4]，從而使得對該地區(qū)上古生界進(jìn)行油氣地質(zhì)調(diào)查成為可能。張永生等[5,6]對該地區(qū)上二疊統(tǒng)進(jìn)行野外地質(zhì)考察，首次提出晚二疊世屬于海相沉積環(huán)境，促使對東北-興蒙地區(qū)晚二疊世油氣以及其他礦產(chǎn)勘查研究思路發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。在該基礎(chǔ)上，筆者通過對內(nèi)蒙古東北部西烏珠穆沁旗地區(qū)上二疊統(tǒng)北大山組(P3b)北大山剖面野外實地測量，并進(jìn)行詳細(xì)的剖面描述和采樣分析，依據(jù)巖性特征劃分出沉積相帶。結(jié)合有地機(jī)球化學(xué)、巖石學(xué)方法，對P3b烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度和泥頁巖礦物組成等4個主要指標(biāo)進(jìn)行分析，研究其有機(jī)巖石學(xué)特征，為內(nèi)蒙古東北部尋找有利的油氣遠(yuǎn)景區(qū)提供一定的指導(dǎo)意義。

1區(qū)域地質(zhì)背景

圖1　采樣剖面位置圖

西烏珠穆沁旗地區(qū)大地構(gòu)造位于溫度爾廟-西拉木倫縫合帶以北，屬于大興安嶺增生帶和松遼-錫林浩特地塊的結(jié)合部位，二連-黑河縫合帶在早-中泥盆世閉合后，在石炭紀(jì)-二疊紀(jì)期間發(fā)生大規(guī)模的裂陷，而研究區(qū)所處的裂陷盆地正是該時期形成的[7,8]。P3b于1987年內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查局進(jìn)行1∶200000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時建組，為該地區(qū)晚二疊世晚期的產(chǎn)物，與林西組、陶海營子組為同期異相沉積，廣泛分布于西烏珠穆沁旗圖幅東南部的巴音烏拉、密透、北大山、合頁壩、王蓋溝至白瑪哈頁烏拉和前氈鋪、齊家營子一帶[9]。通過野外踏勘，該次選取巖層出露齊全、構(gòu)造簡單、地層連續(xù)的剖面進(jìn)行實測采樣(剖面位置見圖1)。

2沉積環(huán)境

圖2　北大山組沉積構(gòu)造及古生物

該次實測剖面共分35個小層。剖面下部和上部以較粗粒屑的雜砂巖和同生泥礫巖為主，中部以細(xì)粒的泥、頁巖沉積為主，頂部可見有造礁生物格架苔蘚蟲化石，整體粒度由上而下具有“粗-細(xì)-粗”的變化規(guī)律，反映水體經(jīng)歷淺-深-淺的變化過程。依據(jù)沉積特征自下而上將P3b劃分為5個巖性段，4種沉積相帶。

一段(1～10層)：灰色、灰綠色厚層塊狀凝灰質(zhì)膠結(jié)同沉積礫巖、雜砂巖(圖2(a))。局部夾有凝灰質(zhì)膠結(jié)角礫巖，礫石具有弱定向構(gòu)造，呈現(xiàn)塊體滑塌狀(圖2(b))，為前緣陡坡沉積相帶，厚541.4m，未見底。

二段(11～16層)：灰色、灰綠色泥巖、頁巖和混砂質(zhì)泥巖互層，局部夾有同生泥礫巖和混雜礫巖透鏡體，泥、頁巖表面見有蠕蟲運(yùn)動遺跡(圖2(c))，該段具有盆地相泥頁巖沉積和陡坡相的滑塌沉積，為盆地-陡坡過渡沉積相帶，厚758.9m。

三段(17～23層)：灰色、灰黑色泥巖、頁巖互層，夾有薄中層混砂質(zhì)泥巖。以暗色細(xì)粒沉積物為主，沉積環(huán)境穩(wěn)定，水動力條件弱，發(fā)育水平層理，為裂陷盆地沉積相帶，厚1330.5m。

四段(24～32層)：深灰色、灰黑色薄層粉砂質(zhì)泥巖與同生泥礫巖互層，局部夾有砂巖透鏡體，砂巖中發(fā)育斜層理，礫石弱定向排列，為前緣陡坡沉積相帶，厚678.4m。

五段(33～35層)：深灰色、灰色粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r和泥質(zhì)粉砂巖互層，頂部見有鈣化苔蘚蟲化石(圖2(d))，苔蘚蟲化石具有典型的生物礁造格架，為礁灘沉積相帶，厚178.3m。頂部與燕山期花崗巖體不整合接觸。

研究區(qū)晚二疊世期間受西伯利亞板塊和華北板塊的碰撞作用，發(fā)生大規(guī)模的裂陷，形成海相裂陷槽[10]，而P3b頂部苔蘚蟲化石的發(fā)現(xiàn)，也很好地佐證該地區(qū)晚二疊世晚期以海相沉積為主。在盆地裂陷期，構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，火山活動頻繁，見有大量火山碎屑凝灰質(zhì)膠結(jié)物，整體以快速充填的同沉積礫巖和雜砂巖為主。裂陷盆地穩(wěn)定充填期，盆地內(nèi)水體較深，處于靜水條件，沉積物以暗色細(xì)粒泥、頁巖為主，有機(jī)質(zhì)多，易于保存，可形成較好的生油層。盆地閉合抬升期，裂陷盆地整體開始抬升，水體逐漸變淺，粉砂質(zhì)泥巖和同沉積礫巖交互沉積，反映盆地間歇性抬升的過程。盆地閉合末期，構(gòu)造運(yùn)動減弱，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，以淺海陸棚礁灘相沉積以主，生物礁發(fā)育，其中礁灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r儲集空間良好，可作為好的油氣儲集地帶。而上覆燕山期花崗巖體，巖性致密、堅硬、成層分布，對下覆儲集層油氣能起到很好的封閉作用，可作為較好的封蓋層[11](圖3)。綜合來看，P3b在時空上形成良好的生儲蓋組合關(guān)系，利于油氣產(chǎn)出和保存。

圖3　北大山剖面綜合柱狀圖

3烴源巖特征

共采集烴源巖樣品34塊，以暗色泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，具體采樣層位見圖3。由于野外工作條件有限，所采集樣品均受到一定程度的風(fēng)化污染，導(dǎo)致烴源巖真實的測試結(jié)果會有部分偏差，筆者盡量去除外因影響，確保選取結(jié)果誤差最小。

3.1有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是衡量烴源巖生成油氣潛力的物質(zhì)基礎(chǔ)，在烴源巖評價中起著至關(guān)重要的作用[12，13]。評價烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)有：總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))、氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(“A”))、生烴潛量(w(S1+S2))等，該次評價指標(biāo)參照SY/T 5735—1955標(biāo)準(zhǔn)，對P3b烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行評價。

測試結(jié)果顯示，樣品w(TOC)為0.30%～1.44%(平均為0.60%)，有機(jī)質(zhì)豐度評價為中等-較好；而w(“A”)和w(S1+S2)平均值分別為0.0041%和0.03%，有機(jī)質(zhì)豐度評價為較差和非烴源巖。由于受風(fēng)化作用等因素影響，烴源巖可溶性有機(jī)質(zhì)流失較多，對w(“A”)和w(S1+S2)測試結(jié)果影響較大，所得數(shù)據(jù)也表明該2項指標(biāo)含量極低，不能真實反映區(qū)內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐度，僅做參考使用[14，15]。故選取w(TOC)作為主要評價依據(jù)。綜合來看，P3b烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到中等-較好，為有效烴源巖。

表1　有機(jī)質(zhì)類型劃分方案及標(biāo)準(zhǔn)

3.2有機(jī)質(zhì)類型

不同有機(jī)質(zhì)來源組成的烴源巖，在成烴潛能和生烴產(chǎn)物上也會有所不同，因此，還必須對有機(jī)質(zhì)的類型進(jìn)行評價。該次研究采用干酪根類型指數(shù)(Ti)和巖石熱裂解氫指數(shù)(IH)劃分有機(jī)質(zhì)類型。評價標(biāo)準(zhǔn)及方案見表1。

33塊P3b泥頁巖樣品測試結(jié)果顯示干酪根Ti分布范圍為-48.75～72，其中有5塊樣品為Ⅱ1型，占15%，27塊樣品為Ⅱ2型，占82%，1塊樣品為Ⅲ型，占3%。

IH為1.07～16.01mg/g(平均3.99mg/g)，均遠(yuǎn)小于150mg/g，指示有機(jī)質(zhì)類型全部為Ⅲ型。考慮到IH極低，可能受風(fēng)化作用影響較大,結(jié)果僅供參考。

綜合來看，P3b烴源巖樣品有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型，含有少量Ⅱ1和Ⅲ型。

3.3有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度能夠反映烴源巖能否繼續(xù)大量生成油氣，在有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化的過程中，鏡質(zhì)體反射率(Ro)會發(fā)生不可逆的增大，由此作為評價的可靠依據(jù)[16，17]。

P3b烴源巖樣品的Ro為1.35%～2.3%，其中16塊樣品Ro介于1.3%～2.0%之間，占57.14%，12塊樣品Ro大于2.0%，占42.85%。表明P3b烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到高-過成熟階段，經(jīng)歷了大量的生烴、排烴之后，目前處于生成輕質(zhì)油和干氣階段。

3.4烴源巖礦物組成

不同沉積環(huán)境下形成的泥頁巖礦物組成有很大差異，其中脆性礦物與黏土礦物的相對含量影響著泥頁巖的孔滲性、吸附力等物性參數(shù)，進(jìn)而影響到烴源巖的排烴能力。一般富含脆性礦物泥頁巖，易形成裂縫，有利于烴類的排出[18,19]。

由全巖X射線衍射定量分析對比圖(圖4)可知，泥、頁巖礦物組成以石英、黏土為主，其次為斜長石，菱鐵礦、硬石膏及方解石等礦物含量較少。

從礦物組成三角圖(圖5)可知，礦物組分主要為脆性礦物和黏土礦物，碳酸鹽巖含量相對較低，石英等脆性礦物含量高，反映P3b泥、頁巖孔隙和微裂縫發(fā)育，排烴類能力強(qiáng)，利于油氣富集成藏。

4結(jié)論

1) 西烏珠穆沁旗地區(qū)P3b發(fā)育4個沉積相帶：前緣陡坡相帶、盆地-陡坡過渡帶相帶、裂陷盆地相帶、礁灘相帶，反映了水體由淺-深-淺的沉積演化過程。地層中有機(jī)質(zhì)含量豐富，儲集空間發(fā)育，可與上覆燕山期花崗巖在時空上形成良好的生儲蓋組合關(guān)系。

2)研究區(qū)P3b烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價為中等-較好，屬于有效烴源巖；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，少量Ⅱ1和Ⅲ型；有機(jī)質(zhì)熱演化程度高，達(dá)到高-過成熟階段；泥頁巖脆性礦物含量較高，排烴能力強(qiáng)，利于油氣富集和成藏，可作為東北-興蒙地區(qū)好的油氣勘探選區(qū)。

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[編輯]鄧?yán)?/p>

The Reservoir Geological Characteristics of the Upper Permian Beidashan Formation in the Western Ujimqin Banner

Zhu Changwei, Zhang Yongsheng, Li Yan, Yu Huatai

(FirstAuthor’sAddress：SchoolofGeosciences,YangtzeUniversity,Wuhan430100,Hubei,China;InstituteofMineralResourcesofChinaUniversityofGeosciences,Beijing100037,China)

Abstract:Based on field profile detection, the upper Permian Beidashan Formation(P3b)is divided into 4 sedimentary facies bands, from the bottom up, there develop a front steep slope, basin-slope transition band, rift basin, frontier steep slope and reef beach, where there exists a good relationship of source-reservoir-caprock assemblage. Based on the study mentioned above, and combined with the methods of geochemistry and petrology, the characteristics of the source rock abundance, type of organic matter, maturity of organic matter and the composites of mud shale of the P3b source rock are evaluated. Results indicate that the P3b source rock in the Western Ujimqin Banner belongs to a better source rock with high silicon content of mud and shale rocks, its hydrocarbon expulsion capacity is high, it is beneficial for hydrocarbon accumulation and formation, it can be a candidate area for oil and exploration.

Key words:Beidashan Formation; sedimentary environment; source rock; oil and gas exploration

[中圖分類號]TE122.1

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)8-0001-05

[作者簡介]朱常偉(1988-)，男，碩士生，現(xiàn)從事油氣地質(zhì)、沉積學(xué)方面研究工作；通信作者：張永生，zys_601@126.com。

[基金項目]中國地質(zhì)調(diào)查局項目(12120115001401)。

[收稿日期]2015-11-20

[引著格式]朱常偉，張永生，李艷，等.西烏珠穆沁旗地區(qū)上二疊統(tǒng)北大山組油氣地質(zhì)特征[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版),2016,13(8):1～5.