徐志堯,李福來,2,劉紅艷,徐新德,楊希冰

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580; 2.海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071；3.大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠,黑龍江大慶 163517;4.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057)

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北部灣盆地烏石凹陷東部地區(qū)流沙港組烴源巖孢粉相特征及其意義

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580; 2.海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071；3.大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠,黑龍江大慶 163517;4.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057)

根據(jù)孢粉相研究方法,在明確有機(jī)碎屑組成的基礎(chǔ)上,對(duì)烏石凹陷古近系流沙港組烴源巖的有機(jī)質(zhì)來源、形成環(huán)境進(jìn)行研究,并對(duì)烴源巖生烴潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:流沙港組烴源巖形成于具有一定礦化度的微咸水湖至半咸水湖,流二段底部和頂部油頁巖層段對(duì)應(yīng)著湖泊發(fā)育的鼎盛時(shí)期;從流三段到流一段生源特征在垂向上表現(xiàn)為從混源到水生生物為主,再到混源,最后變?yōu)橐躁懴喔叩戎参镉袡C(jī)質(zhì)為主;流沙港組烴源巖的生烴潛力受無定形有機(jī)質(zhì)的含量影響最大,流二段尤其是其上下兩套油頁巖段無定形有機(jī)質(zhì)含量最高,生烴潛力最大,流三段次之,流一段生烴潛力最差。關(guān)鍵詞:烏石凹陷; 流沙港組; 孢粉相; 浮游藻類; 生烴潛力

引用格式:任擁軍，徐志堯，李福來,等.北部灣盆地烏石凹陷東部地區(qū)流沙港組烴源巖孢粉相特征及其意義[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,40(2):34-42.

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孢粉相的概念最早由Combaz[1]于1964年提出,是指用HCl和 HF孢粉分析技術(shù)從沉積物或沉積巖中獲得的在顯微鏡下可觀察的所有抗酸有機(jī)質(zhì)。自此之后許多學(xué)者對(duì)孢粉相的概念和應(yīng)用進(jìn)行了討論與研究[2-15],現(xiàn)今孢粉相主要可用在研究古環(huán)境[4-8]、生油母質(zhì)類型和生油潛力評(píng)價(jià)[9,16-22]中。烏石凹陷是北部灣盆地的次級(jí)凹陷,位于北部灣盆地中部坳陷的西北部,是潿西南凹陷之后,北部灣盆地又一被證實(shí)的富油氣凹陷[23-24]。北部灣盆地經(jīng)歷了古近紀(jì)斷陷演化和新近紀(jì)坳陷演化兩個(gè)時(shí)期,斷陷期是主要生儲(chǔ)蓋組合的形成期。烏石凹陷在斷陷期自下而上對(duì)應(yīng)形成了3套沉積層序:古新統(tǒng)長流組形成于初始斷陷階段、始新統(tǒng)流沙港組形成于強(qiáng)烈斷陷階段、漸新統(tǒng)潿洲組形成于晚期斷陷階段。初步研究表明,流沙港組泥巖、頁巖是烏石凹陷的主要烴源巖[24]。目前還沒有深入探討烏石凹陷烴源巖的形成條件,尚無評(píng)價(jià)生烴潛力的相關(guān)研究,因此筆者依據(jù)烴源巖的孢粉相分析,并結(jié)合有機(jī)地球化學(xué)特征,在明確有機(jī)質(zhì)組成的基礎(chǔ)上對(duì)有機(jī)質(zhì)來源、烴源巖形成環(huán)境和生烴潛力等進(jìn)行研究,為深入評(píng)價(jià)凹陷的資源潛力奠定基礎(chǔ)。

1　樣品與分析方法

本次分析樣品分別取自烏石凹陷不同構(gòu)造單元的6口探井,分布位置見圖1,包括中央隆起帶烏石17-2構(gòu)造的WS17-2-2井、WS17-2-1井,烏石16-1構(gòu)造的WS16-1-4井和烏石17-1構(gòu)造的WS17-1-1井;南部洼陷帶的WS22-2-1井、WS22-5-1井,共計(jì)200份,均為巖屑(表1)。烏石凹陷斷陷期自下而上對(duì)應(yīng)形成了3套沉積層序,新生界地層年代劃分見圖2。

圖1　烏石凹陷構(gòu)造位置Fig.1　Tectonic setting of Wushi Sag

地層鉆井及分析樣品數(shù)WS17-2-1WS17-2-2WS16-1-4WS17-1-1WS22-2-1WS22-5-1流沙港組一段00081035流沙港組二段94418111822流沙港組三段11140100合計(jì)205818192857

用于孢粉相分析的單份樣品質(zhì)量大于5 g。樣品處理采用孢粉分析的常規(guī)方法。處理過程中不使用氧化劑。先用HCl去除碳酸鈣質(zhì),再用HF去除硅質(zhì),經(jīng)水洗篩選(篩布孔徑7 μm)或者重液(比重約為2.10)浮選后取得全部篩選或懸浮物質(zhì)。將所得物質(zhì)洗凈后制片作透射光顯微鏡觀察用,對(duì)孢粉、浮游藻類等有機(jī)壁微體植物化石及各種有機(jī)屑進(jìn)行系統(tǒng)鑒定。

圖2烏石凹陷新生界地層年代劃分Fig.2　Stratigraphic timetable of Cenozoic in Wushi Sag

2　分析結(jié)果

孢粉相分析的對(duì)象主要是沉積物中的有機(jī)壁微體植物化石、植物碎屑和無定形有機(jī)質(zhì)等沉積有機(jī)屑。參照李建國[25]的分類方案將有機(jī)屑組分歸納為4種類型,包括煤質(zhì)、木質(zhì)、草質(zhì)和無定形有機(jī)質(zhì),分別統(tǒng)計(jì)各組分含量。經(jīng)過孢粉學(xué)處理,絕大多數(shù)樣品獲得了較豐富的孢粉和浮游藻類等沉積有機(jī)屑(表2、3),極個(gè)別樣品有機(jī)質(zhì)太少,統(tǒng)計(jì)數(shù)量有限,未計(jì)算其含量。

表2　流沙港組烴源巖沉積有機(jī)屑組分

表3　流沙港組烴源巖孢粉和浮游藻類組分

構(gòu)造演化及沉積相研究表明,流沙港組沉積期整個(gè)烏石凹陷基本為統(tǒng)一的沉積構(gòu)造環(huán)境,WS17-2-2井所在的中央隆起帶是在流沙港組沉積后形成的。WS17-2-2井所在區(qū)域抬升遭受剝蝕,缺失了流沙港組上部部分地層,導(dǎo)致該井的樣品主要分布在流三段到流二段中部,而WS22-2-1井未鉆穿流二段,樣品主要分布在流二段頂部到流一段,根據(jù)這兩口井的沉積有機(jī)屑統(tǒng)計(jì)結(jié)果,繪制了能夠反映烏石凹陷流沙港組烴源巖總體有機(jī)質(zhì)縱向變化特征的孢粉相圖(圖3)。

流三段有機(jī)屑組成以代表陸相高等植物有機(jī)質(zhì)輸入的煤質(zhì)、降解木質(zhì)和殼質(zhì)含量占優(yōu)勢(shì),平均含量分別為17.4%、15.88%和33.65%。代表水生植物輸入的無定形有機(jī)質(zhì)含量平均值只有19.71%。孢藻組合以浮游藻類含量占優(yōu)勢(shì),淡水綠藻、球藻和非海相溝鞭藻平均含量分別為28.53%、22.86%和1.9%。

圖3　烏石凹陷流沙港組烴源巖孢粉相圖Fig.3　Palynofacies diagram of source rocks of Liushanggang Formation in Wushi Depression

流二段中部和頂?shù)子晚搸r層段的孢粉相特征有一定差異。流二段頂?shù)子晚搸r層段的沉積有機(jī)屑中無定形有機(jī)質(zhì)含量為各層段最高,孢藻組合中浮游藻類含量也為各層段最高值。流二段中部泥巖則以煤質(zhì)、木質(zhì)和殼質(zhì)為主,無定形有機(jī)質(zhì)含量急劇下降。孢藻組合中代表陸源有機(jī)質(zhì)輸入的孢粉含量明顯增加。

流一段有機(jī)屑組成以煤質(zhì)、降解木質(zhì)和殼質(zhì)含量占優(yōu)勢(shì),其中煤質(zhì)含量最高,平均含量達(dá)51.54%。無定形有機(jī)質(zhì)含量非常低,平均值只有0.47%。孢藻組合中浮游藻類含量(平均為27.91%)也是在各層段中最少。

總的來看(圖3),代表水生生物有機(jī)質(zhì)輸入的無定形有機(jī)質(zhì)和浮游藻類的含量有著相同的變化趨勢(shì)。流三段到流二段底部油頁巖段,隨著浮游藻類含量的增多,無定形體含量亦逐漸增加,到流二段底部油頁巖段,無定型體的含量達(dá)到頂峰,最大值為83.61%。流二段中部泥巖段浮游藻類的含量大大降低,無定型體含量隨之突降,含量最低為0。之后,浮游藻類含量和無定形體含量又同步升高,在流二段頂部達(dá)到又一個(gè)高值。從流一段開始浮游藻類含量又開始降低,無定形體含量也驟降,僅為零星出現(xiàn)。與此同時(shí),代表陸相高等植物輸入的煤質(zhì)、木質(zhì)和殼質(zhì)含量則表現(xiàn)為完全相反的變化趨勢(shì)。

3　討　論

3.1有機(jī)質(zhì)來源

在A-P-E圖式(圖4)中,3個(gè)角端分別表示相應(yīng)的三類有機(jī)屑組分的最高值(100%)。A代表無定形有機(jī)質(zhì);P代表木質(zhì)和煤質(zhì)植屑及類似組分;E代表殼質(zhì)植屑和孢質(zhì)有機(jī)質(zhì)及類似組分。圖中P端到A端的變化反映水生植物源有機(jī)質(zhì)發(fā)育;P端到E端的變化反映物源區(qū)距離增加;E端到A端的變化反映從氧化到還原的變化[26]。由此可見,該圖的3個(gè)端點(diǎn)分別代表沉積有機(jī)質(zhì)物源性質(zhì)及其與沉積地點(diǎn)的距離,以及有機(jī)質(zhì)堆積、保存的條件。

圖4　烏石凹陷烴源巖沉積有機(jī)屑組分A-P-E綜合圖式Fig.4　A-P-E triangular plot of sedimentary organic detritus of source rocks in Wushi Depression

流沙港組沉積有機(jī)屑在不同段顯示了不一樣的構(gòu)成特征,表明其有機(jī)母源和沉積環(huán)境存在差異。流三段烴源巖樣品主要分布在中間位置,也有相當(dāng)部分分布在靠近P-E邊線附近,反映水生藻類與陸源高等植物都發(fā)育,且陸源高等植物略占優(yōu)勢(shì)的混合生源。流二段的數(shù)據(jù)點(diǎn)在A-P-E圖式上顯示出3個(gè)不同的點(diǎn)群,即近A端、中間區(qū)和靠近P端的P-E邊線附近。底部油頁巖段主要分布于近A端、頂部油頁巖主要分布于中間區(qū),顯示了油頁巖的形成主要與水生藻類有機(jī)質(zhì)輸入和缺氧條件的相關(guān)性。流二段中部泥巖分布與流三段相似,但有相當(dāng)樣品在靠近P端的P-E邊線附近,反映了從混源到高等植物源為主的特征。流一段樣品點(diǎn)分布在P-E邊線靠近P端區(qū)域,有機(jī)屑均以煤質(zhì)和木質(zhì)屑為主,指示了有機(jī)質(zhì)物源為近源陸生植物。從有機(jī)屑組合特征來看流二段油頁巖特別是下段油頁巖具有烴源巖形成最有利的條件,流三段和流二段泥巖次之,流一段最差。

3.2烴源巖形成環(huán)境

本次分析的大多數(shù)樣品中含有較豐富的有機(jī)壁微體植物化石,浮游藻類在孢粉、藻類組合中占一定比例。浮游藻類中既有如盤星藻、葡萄藻等淡水綠藻,也有百色藻為代表的咸水非海相溝鞭藻,尚有包含光面或粒面的反映微咸水湖泊條件的球藻類。這些浮游藻類都是中國東部包括近海新生代含油氣盆地湖相沉積地層中的常見類型[15],因此根據(jù)浮游藻類類型確定本次分析涉及的地層均形成于湖相沉積環(huán)境。

能較好反映水體鹽度的指標(biāo)是淡水綠藻、非海相溝鞭藻和球藻類的含量變化。從本次分析結(jié)果中的浮游藻類含量及縱向變化看,在流二段頂部和底部油頁巖層段球藻最為發(fā)育,淡水綠藻和非海相溝鞭藻較少。由此可見,烏石凹陷流沙港組烴源巖形成時(shí)期的湖泊為具有一定礦化度的微咸水湖至半咸水湖。湖水鹽度由下而上經(jīng)歷了升高降低再升高降低的過程,油頁巖的發(fā)育與湖水鹽度升高期相對(duì)應(yīng)。

沉積記錄中的浮游藻類化石較高豐度是水體富營養(yǎng)高生產(chǎn)力和浮游植物繁盛的重要標(biāo)志。在所分析的井中,流三段至流二段浮游藻類含量較高,只在流二段中部略有降低,而流一段浮游藻類含量較低到幾乎消失?？梢酝茢?烏石凹陷流三段至流二段形成時(shí)期古湖泊生產(chǎn)力始終較高,流一段形成時(shí)期生產(chǎn)力明顯變低。

浮游藻類含量高低主要反映水體生產(chǎn)力特征,而無定形有機(jī)質(zhì)含量受制于水體生產(chǎn)力和貧氧的水底環(huán)境[7]。無定形有機(jī)質(zhì)的高含量不僅反映高生產(chǎn)力,而且指示水體底部因水體分層而造成的貧氧環(huán)境。從有機(jī)屑組分縱向分布特征來看(圖3),流三段無定形有機(jī)質(zhì)含量中等,表明其沉積時(shí)具有還原的底水條件。流二段無定型有機(jī)質(zhì)含量具有明顯的三分特性,其底部油頁巖和頂部油頁巖含量明顯偏高,而中部泥巖段偏低,表明在流二段沉積時(shí)期水體逐漸變深,湖底形成了利于無定形有機(jī)質(zhì)保存的缺氧環(huán)境,形成了富無定形有機(jī)質(zhì)沉積層?，F(xiàn)存的富無定形有機(jī)質(zhì)沉積層是該地區(qū)較大深水湖泊存在的標(biāo)志;特別是在其沉積早期和晚期應(yīng)是湖泊發(fā)育的兩個(gè)鼎盛期,對(duì)應(yīng)形成了上下兩套油頁巖。到流一段中無定形有機(jī)質(zhì)的含量急劇降低。流二段的上述深水湖標(biāo)志至流一段消失殆盡,表明從流一段形成初期起,沉積環(huán)境有了很大改變,湖泊收縮,水體變淺,湖底貧氧環(huán)境被破壞。結(jié)合生物標(biāo)志化合物的研究,流沙港組烴源巖姥鮫烷與植烷比值較高。根據(jù)姥植比判斷,流一段半數(shù)以上樣品Pr/Ph值為0.8～2.8,表明沉積介質(zhì)屬于還原至弱氧化環(huán)境;流二段烴源巖、流二段油頁巖及流三段烴源巖沉積介質(zhì)屬于還原環(huán)境。流沙港組烴源巖除流一段偏氧化環(huán)境外,流二段及流三段烴源巖沉積時(shí)總體具有缺氧還原環(huán)境的沉積條件。

3.3生烴潛力評(píng)價(jià)

沉積有機(jī)屑構(gòu)成可以反映烴源巖的有機(jī)質(zhì)母源和沉積環(huán)境特征,而有機(jī)質(zhì)母源和沉積環(huán)境特征與烴源巖的各類地球化學(xué)參數(shù)緊密聯(lián)系,因此將烴源巖沉積有機(jī)屑各組分含量與有機(jī)碳和熱解參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,探討它們之間的相關(guān)性。

沉積有機(jī)屑各組分相對(duì)含量與有機(jī)碳含量(TOC)和熱解生烴潛量(S1+S2)相關(guān)圖(圖5,6)中可以看出,有機(jī)碳含量和熱解生烴潛量總體與無定形有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān),與煤質(zhì)、木質(zhì)和草質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。這表明烏石凹陷流沙港組烴源巖高等植物有機(jī)質(zhì)輸入所占的比例越大有機(jī)質(zhì)的豐度越低,烴源巖有機(jī)質(zhì)的豐度主要受水生植物有機(jī)質(zhì)輸入控制,流二段油頁巖水生植物有機(jī)質(zhì)所占的比重大,因而其有機(jī)質(zhì)的豐度最高。

從沉積有機(jī)屑各組分相對(duì)含量與烴源巖氫指數(shù)(IH)相關(guān)圖(圖7)中可以看出,代表有機(jī)質(zhì)類型的氫指數(shù)與無定形有機(jī)質(zhì)含量也呈明顯的正相關(guān),與煤質(zhì)、木質(zhì)和草質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。同樣表明烏石凹陷流沙港組烴源巖高等植物有機(jī)質(zhì)輸入所占的比例越大有機(jī)質(zhì)的類型越差,烴源巖有機(jī)質(zhì)的類型也主要是受水生植物有機(jī)質(zhì)輸入控制,水生植物有機(jī)質(zhì)輸入比重最大的流二段油頁巖有機(jī)質(zhì)類型最好。

圖5　沉積有機(jī)屑各組分與TOC關(guān)系Fig.5　Relationship diagrams of sedimentary organic detritus and TOC

沉積有機(jī)屑構(gòu)成可以直接用以進(jìn)行烴源巖評(píng)價(jià)。總的來說,具有較豐富無定形有機(jī)質(zhì)的流二段油頁巖及部分流三段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高,類型好,生烴潛力大;流二段中部泥巖層段生烴潛力處于中等水平,雖然部分碳質(zhì)泥巖樣品顯示了異常高的總有機(jī)碳含量和S1+S2值,但是無定形有機(jī)質(zhì)含量甚微,氫指數(shù)值比較低,這部分樣品孢藻組合以孢粉占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),浮游藻類含量較低,有機(jī)質(zhì)類型較差;流一段幾乎不含無定形有機(jī)質(zhì),總有機(jī)碳含量、IH和S1+S2值也比較低,生烴潛力最差。

圖6　沉積有機(jī)屑各組分與(S1+S2)關(guān)系Fig.6　Relationship diagrams of sedimentary organic detritus and S1+S2

圖7　沉積有機(jī)屑各組分與IH關(guān)系Fig.7　Relationship diagrams of sedimentary organic detritus and IH

4　結(jié)　論

(1)烏石凹陷流沙港組烴源巖孢粉相構(gòu)成在縱向上具有明顯的演變規(guī)律?？梢苑譃榱魅文鄮r、流二段下油頁巖、流二段中部泥巖、流二段上油頁巖和流一段泥巖5種組合類型。流二段油頁巖中孢粉含量低,藻類和無定形有機(jī)碎屑含量高;流三段和流二段泥巖中孢粉含量較高,藻類和無定形有機(jī)碎屑含量中等;流一段泥巖孢粉含量高,藻類和無定形有機(jī)碎屑含量很低。

(2)烏石凹陷流沙港組烴源巖總體上顯示水生藻類與陸源高等植物的混合生源。流二段油頁巖有機(jī)母源更富含水生藻類,流三段和流二段泥巖為典型的混合生源,而流一段泥巖主要有機(jī)質(zhì)主要來源于近源陸生植物。烏石凹陷流沙港組烴源巖形成于具有一定礦化度的微咸水湖至半咸水湖。特別是流二段油頁巖沉積時(shí)期是湖泊發(fā)育的兩個(gè)鼎盛期,水體一直保持著較高的生產(chǎn)力,具有有機(jī)質(zhì)保存的缺氧環(huán)境,是烏石凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的主要時(shí)期。

(3)烏石凹陷烴源巖孢粉相的構(gòu)成與有機(jī)質(zhì)的豐度和類型明顯相關(guān),特別是無定形有機(jī)質(zhì)的含量越高烴源巖的有機(jī)質(zhì)的豐度越高,有機(jī)質(zhì)的類型越偏向腐泥型,烴源巖的生烴潛力越大。孢粉相分析是研究烴源巖有機(jī)質(zhì)來源、形成環(huán)境和進(jìn)行生烴潛力評(píng)價(jià)的有效手段。

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(編輯徐會(huì)永)

Palynofacies of source rocks of Liushagang Formation in East Wushi Depression,Beibuwan Basin and its significance

(1.School of Geosciences in China University of Petroleum,Qingdao 266580,China;2.Laboratory for Marine Mineral Resources,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071,China；3.No.7 Oil Extraction Factory,Daqing Oil Field Company Limited,Daqing 163517,China;4.Zhanjiang Branch,CNOOC China Limited,Zhanjiang 524057,China)

Using the palynofacies analyzing method,this article first studied the origin and formation environment of organic matter of the source rocks in Liushagang Formation of Paleogene,Wushi Depression,and then evaluated the hydrocarbon generation potential of the region.The results show that the source rocks originated from low salinity lakes,and the bottom and top of the El2oil shale formation correlate with the culmination of the lakes.For the El3and the mudstone of the middle part of El2,the biogenic origin is mixed.For the oil shale of El2,the biogenic origin is the aquatic organisms.Lastly for the El1,the biogenic origin is the higher plants.The hydrocarbon generation potential of the source rocks is mainly influenced by the amorphous organic matter(AOM) content of the oil shale of El2,whose AOM content is the highest,has the greatest hydrocarbon generation potential,the E13takes the second place,while the El1has the least potential.

Wushi Depression; Liushagang Formation; palynofacies; phytoplankton; hydrocarbon generation potential

2015-01-11

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41202075)

任擁軍(1968-2015),男,教授,博士,研究方向?yàn)橛蜌獾刭|(zhì)及勘探。E-mail:Renyongjun126@126.com。

李福來(1978-),男,講師,博士,研究方向?yàn)橛蜌獾刭|(zhì)及勘探。E-mail:liful@upc.edu.cn。

1673-5005(2016)02-0034-09doi:10.3969/j.issn.1673-5005.2016.02.004

TE 122.113

A