敦化盆地?zé)N源巖地球化學(xué)特征及生烴潛力

敦化盆地?zé)N源巖地球化學(xué)特征及生烴潛力

敦化盆地位于鼎米地溝的中部，西望嬌河盆地，東至凌山老嶺，南鄰樺甸盆地，北鄰寧安盆地（圖1）。行政隸屬吉林省敦化市和黑龍江省寧安市。盆地呈東西走向，長(zhǎng)約160公里，寬約50公里，面積5770公里。它與伊通縣是一樣的。這是印西-燕山脈東部的一個(gè)典型樣本，受到太平洋系統(tǒng)和東部印支-蘆葦沼澤運(yùn)動(dòng)的影響，以及?？死?怒海盆地的影響。1957—2003年,該盆地除開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和煤田勘探外,僅完成了部分重磁力普查和30多口煤田鉆孔,2004年以來中石化先后完成了1∶100000、面積約4760km2的高精度重、磁力測(cè)量,5條266km的大地電磁測(cè)量和19條450.82km的二維地震。然而,該盆地?zé)N源巖分布、有機(jī)地球化學(xué)特征及資源潛力均處于未知狀態(tài),因此研究其烴源巖、評(píng)價(jià)盆地的生烴潛力對(duì)該區(qū)的油氣勘探非常重要。1盆地地質(zhì)特征根據(jù)敦化盆地沉積充填特征、基底與蓋層構(gòu)造形成與演化過程,結(jié)合地震地質(zhì)剖面發(fā)育史研究表明:敦化盆地的形成經(jīng)歷了早白堊世敦密斷裂左旋走滑背景下的裂陷—晚白堊世隆升剝蝕、古近紀(jì)再次拉張斷陷、新近紀(jì)坳陷及喜馬拉雅山晚期強(qiáng)烈的基性火山噴溢等多個(gè)演化階段。據(jù)重、磁、電、震等資料研究表明,盆地具有“兩凹一凸”的構(gòu)造格局,自南而北劃分為南部凹陷、中央凸起和北部凹陷,其中,北部凹陷自西而東進(jìn)一步劃分為黑石斷階帶、鏡泊湖次凹和大溝斜坡帶3個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元;盆地自下而上可劃分為前中生界、下白堊統(tǒng)、古近系和新近系等4個(gè)構(gòu)造層;盆地基底為新太古界夾皮溝群、古生界寒武系—奧陶系青龍村群、二疊系廟嶺組、柯島組、青溝子組以及中生界三疊系托盤溝組,其上主要發(fā)育下白堊統(tǒng)、古近系、新近系3套沉積蓋層。下白堊統(tǒng)呈條帶狀殘存于盆地的北中部,最大厚度1600m,主要為一套湖相暗色細(xì)碎屑巖。其下部可能為一套火山碎屑巖,上部為一套湖相砂泥巖,部分湖沼相含煤。古近系琿春組在全盆地都有發(fā)育,其沉積保存較厚區(qū)主要分布于北部凹陷,最大沉積厚度1050m,主要為一套湖相細(xì)碎屑巖。盆內(nèi)黑石、官地等地煤田淺鉆揭示,該套地層巖性主要為灰色砂礫巖與泥頁(yè)巖不等厚互層夾褐煤,淺鉆揭示最大厚度581m,可分為上下兩段:上段(粗碎屑巖段)厚度30～254m,主要為灰白色含礫砂巖、細(xì)粉砂巖和深灰色泥巖不等厚互層,含2層褐煤;下段(細(xì)碎屑巖段)ZK904鉆孔(圖1)揭示最大厚度200.24m,巖性為灰白色含礫砂巖、細(xì)粉砂巖與灰色、深灰色、灰黑色泥巖、碳質(zhì)泥巖及頁(yè)巖、油頁(yè)巖。新近系全盆分布,現(xiàn)今在北部凹陷保存較厚,最大厚度2200m,頂部為基性玄武巖及現(xiàn)代沉積物,中下部主要為湖相暗色細(xì)碎屑巖沉積。2沉積特征對(duì)比在研究區(qū)周緣露頭地質(zhì)調(diào)查、煤田淺鉆巖心觀測(cè)描述和地震地質(zhì)綜合研究基礎(chǔ)上,分析了敦化盆地自上而下所主要發(fā)育的第三系和下白堊統(tǒng)烴源巖的分布特征。2.1第三系泉巖2.1.1新舊系、古近系烴源巖厚度對(duì)比盆內(nèi)敦化縣、黑石—官地地區(qū)煤田鉆孔揭示第三系烴源巖厚度約80～517m,烴源巖與地層厚度比約為20%～50%,揭示的暗色泥巖厚度和含量從凹陷邊緣到半深凹區(qū),在新近系和古近系厚度均表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢(shì)。其中,盆內(nèi)至今最深的一口煤田鉆孔DH1-1孔(圖1)揭示新近系、古近系烴源巖厚度分別為257m和260m,依次占相應(yīng)地層的40%和45%。結(jié)合依蘭—伊通地塹古近系烴源巖/地層厚度比與敦化盆地的地震地質(zhì)綜合研究成果,推測(cè)敦化盆地北部凹陷主體部位烴源巖/地層厚度比約為50%～60%,邊緣斜坡區(qū)烴源巖/地層比約為30%～50%。2.1.2密斷裂與鏡泊湖南斷裂之間的關(guān)系古近系琿春組和新近系土門子組暗色泥巖主要分布于北部凹陷敦密斷裂與鏡泊湖南斷裂之間,其中,新近系和古近系烴源巖一般厚度分別為100～400m和150～600m,在鏡泊湖次凹沉積中心最大厚度分別可達(dá)800m和1000m。2.2長(zhǎng)財(cái)—下白堊統(tǒng)烴源巖下白堊統(tǒng)主要?dú)埓嬗诒辈堪枷葭R泊湖次凹內(nèi),最大地層厚度1600m;其中,帽兒山組厚500～700m,長(zhǎng)財(cái)—大砬子組最大厚度約900m。據(jù)延吉盆地鉆井揭示下白堊統(tǒng)烴源巖/地層厚度比介于40%～84%,結(jié)合地震地質(zhì)研究成果,推測(cè)敦化盆地?zé)N源巖/地層厚度比應(yīng)在30%～65%以上,據(jù)此推算敦化盆地下白堊統(tǒng)烴源巖厚度為100～650m。3dh1—烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征本次研究,樣品均采集于盆地周緣露頭、盆內(nèi)煤田或煤礦淺鉆巖心,如DH1—1孔、L1孔、黑石—官地的其它煤田淺井,以及敦化東北的春陽(yáng)煤礦和敦化南部的賢儒煤礦。研究的基礎(chǔ)是地震地質(zhì)綜合研究成果,研究采用的方法主要是系統(tǒng)分析化驗(yàn)法及地震地質(zhì)生烴史模擬法相結(jié)合。3.1第三系泉巖3.1.1有機(jī)質(zhì)豐度的特征盆地內(nèi)煤田巖心樣品分析揭示,新近系土門子組和古近系琿春組暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤的有機(jī)質(zhì)豐度較高。其中,黑石地區(qū)DH1—1的古近系與新近系暗色泥巖有機(jī)碳分析樣品數(shù)分別為22塊、18塊,氯仿瀝青“A”的分析統(tǒng)計(jì)樣品數(shù)分別為8塊、1塊,總烴分析樣品數(shù)分別為6塊、1塊。DH1—1樣品分析統(tǒng)計(jì)表明:新近系與古近系暗色泥巖有機(jī)碳平均值分別為1.18%和3.63%,氯仿瀝青“A”平均值分別為0.0044%和0.1770%,總烴平均值分別為22.5μg/g和340μg/g(圖2)。L1孔樣品分析統(tǒng)計(jì)表明:古近系暗色泥巖有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”、總烴平均值分別為0.97%,0.282%和242μg/g;黑石—官地地區(qū)的鉆孔樣品分析統(tǒng)計(jì)表明:古近系暗色泥巖有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”和總烴平均值分別為3.97%,0.259%和494μg/g;新近系暗色泥巖有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”和總烴平均值分別為1.25%,0.221%和485μg/g(表1)。根據(jù)湖相泥巖有機(jī)質(zhì)豐度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)煤田淺井第三系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度綜合評(píng)價(jià)為好—很好烴源巖。這些烴源巖分析數(shù)據(jù)源自凹陷的邊緣煤田淺井,推測(cè)在盆地深凹區(qū),烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度會(huì)更高。敦化盆地煤田淺井第三系暗色泥巖干酪根鏡鑒表明:顯微組分以鏡質(zhì)組為主,部分殼質(zhì)組和惰質(zhì)組,無腐泥組,鏡質(zhì)組所占比例為2/3～4/5;干酪根元素H/C原子比介于0.98～1.15,平均1.07;O/C原子比介于0.20～0.35,平均0.26;飽和烴色譜奇數(shù)碳優(yōu)勢(shì)明顯,主峰碳主要為nC29,nC27所占極少,OEP值平均3.66,飽/芳比0.86～2.83,平均1.66。據(jù)陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)類型劃分標(biāo)準(zhǔn),綜合分析認(rèn)為敦化盆地新近系和古近系暗色泥巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2—Ⅲ型為主,少量Ⅱ1型。3.1.2淺井白色泥巖ro值盆地淺井DH1—1和L1第三系33塊樣品的實(shí)測(cè)烴源巖巖心鏡質(zhì)體反射率值(圖3)表明:Ro為0.27%～0.48%,氯仿瀝青“A”/TOC介于0.95%～7.27%,平均3.56%;飽和烴色譜主峰碳主要位于nC27～nC29,OEP值主要介于2.64～6.16,平均3.87,CPI值主要介于1.48～5.61,平均3.77,具有明顯的奇數(shù)碳優(yōu)勢(shì),∑nC21-～/∑nC22+值主要介于0.02～0.42,平均0.14,nC21+22/nC28+29值主要介于0.08～0.83,平均0.38,表明以高分子烴類為主,低分子烴含量較低,干酪根顏色為淺黃—棕黃色。據(jù)陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)成烴演化階段劃分標(biāo)準(zhǔn),盆地煤田鉆孔第三系暗色泥巖均未成熟。利用這2口淺井暗色泥巖Ro值進(jìn)行線性回歸,回歸方程為:H=4148Ro-776式中,H為埋深,m;Ro為烴源巖鏡質(zhì)體反射率,%。結(jié)合地震地質(zhì)研究成果,推測(cè)敦化盆地?zé)N源巖的生烴門限深度(Ro≥0.5%)約為1300m,第三系大量生油深度(Ro為0.7%～1.3%)約為1700～4600m,且主要分布在盆地沉積中心北部凹陷鏡泊湖次凹,現(xiàn)今均已進(jìn)入生烴高峰階段(Ro≥0.7%)。3.2盆地2個(gè)煤質(zhì)類型的特征據(jù)春陽(yáng)煤礦和賢儒煤礦(圖1)在下白堊統(tǒng)采集的25塊暗色、碳質(zhì)泥巖和煤巖樣品的分析統(tǒng)計(jì):春陽(yáng)煤礦暗色、碳質(zhì)泥巖有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”、總烴依次平均值為3.88%,0.0327%和180μg/g,生烴潛量(S1+S2)為6.65mg/g;盆地南部賢儒煤礦下白堊統(tǒng)暗色、碳質(zhì)泥巖有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”、總烴含量和生烴潛量分別為9.88%,0.0991%,606μg/g和24.09mg/g(表2)。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為,盆地2個(gè)煤礦所獲烴源巖樣品均為好—很好烴源巖。春陽(yáng)煤礦和賢儒煤礦下白堊統(tǒng)暗色泥巖及煤的巖石熱解氫指數(shù)IH介于16～243mg/g,H/C原子比為0.61～0.80,O/C原子比為0.13～0.37,干酪根顯微組分腐泥組0%～2%,殼質(zhì)組29%～65%,鏡質(zhì)組33%～71%(表3),各項(xiàng)類型參數(shù)顯示下白堊統(tǒng)暗色泥巖和煤的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主,含少量Ⅱ2型。春陽(yáng)煤礦和賢儒煤礦下白堊統(tǒng)暗色泥巖及煤的鏡質(zhì)體反射率值表明,煤Ro值0.57%～0.60%,Tmax值433～439℃;暗色泥巖Ro值0.47%～0.59%,Tmax值431～437℃,成熟度比延吉盆地露頭更低,處于未熟—低熟階段。由區(qū)域大地?zé)崃鲌?chǎng)對(duì)比分析(圖4)表明,敦化盆地北部凹陷的古地溫與延吉盆地基本相同,其古地溫梯度為3.2～4.0℃/hm,略低于延吉盆地的古地溫梯度(3.4～4.0℃/hm)。據(jù)此推測(cè)敦化盆地下白堊統(tǒng)暗色泥巖門限深度(Ro≥0.5%)約為1700m,大量生烴深度(Ro≥0.7%)約為2000m。3.3烴源巖分布特征綜合敦化盆地新近系、古近系及下白堊統(tǒng)暗色泥巖的分布、殘存厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度等因素,綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為:新近系土門子組成熟烴源巖分布面積較小,主要分布于北部凹陷,有機(jī)質(zhì)豐度中等—高,有機(jī)質(zhì)類型Ⅱ2—Ⅲ型,為低成熟的中等烴源巖;古近系琿春組成熟烴源巖分布面積較大,主要分布于北部凹陷鏡泊湖次凹,有機(jī)質(zhì)豐度高,類型Ⅱ2—Ⅲ型,處于成熟生油窗內(nèi),綜合評(píng)價(jià)琿春組暗色泥巖為好—很好烴源巖;下白堊統(tǒng)暗色泥巖全部處于成熟生油窗內(nèi),有機(jī)質(zhì)豐度高,類型Ⅱ2—Ⅲ型,綜合評(píng)價(jià)為很好烴源巖(表4)。4層系烴源巖的生烴量敦化盆地發(fā)育下白堊統(tǒng)、古近系、新近系3套湖相烴源巖,據(jù)地震地質(zhì)綜合研究所得的熱演化資料分析表明(圖5),區(qū)內(nèi)生烴門限為1300m(Ro=0.5%),下白堊統(tǒng)烴源巖于古近紀(jì)末期進(jìn)入生烴門限開始生烴,新近紀(jì)末期進(jìn)入生烴高峰期,推測(cè)最大Ro值約為1.4%,處于生油高峰期;古近系烴源巖于新近紀(jì)中晚期開始生烴,主要成烴期為喜馬拉雅山晚期,推測(cè)最大Ro值約為1.3%;新近系烴源巖由于埋藏淺,僅在鏡泊湖次凹部分烴源巖進(jìn)入門限,推測(cè)最大Ro值約為0.8%,處于低成熟狀態(tài)。參考湯原斷陷油氣資源評(píng)價(jià)資料,采用烴產(chǎn)率圖版和本次研究所得的各層系烴源巖成熟度及其分布,按烴產(chǎn)率法對(duì)敦化盆地各層系的生烴量進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)成熟烴源巖的分布面積和平均厚度,求得各層系烴源巖的總生烴量為31.02×108t;然后,運(yùn)用3%～5%的運(yùn)聚系數(shù),計(jì)算敦化盆地油氣遠(yuǎn)景資源量為(0.93～1.55)×108t,中值約1.24×108t(表5)。5早期成藏模式敦化盆地發(fā)育的新近系、古近系、下白堊統(tǒng)3套烴源巖中,后2套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高,類型為Ⅱ2—Ⅲ型,正處于生油窗內(nèi),是盆地的主力烴源巖,同時(shí)新近系土門子組下段暗色泥巖已進(jìn)入低成熟階段,也具有一定的生烴潛力。目前在盆地?zé)N源巖主要分布區(qū)的鏡泊湖次凹所揭示的斷塊、斷鼻圈閉形成于燕山早期,定型于喜馬拉雅中晚期,而中新生界烴源巖主力生烴期為喜馬拉雅中晚期(圖5),顯然圈