準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅系烴源巖特征及其生烴潛力

準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅系烴源巖特征及其生烴潛力

0南緣侏羅系烴源巖長期以來，準(zhǔn)噶爾盆地南緣被認(rèn)為是油氣最豐富的地區(qū)之一。原油和侏羅紀(jì)泉巖縱向發(fā)育。如上所述，發(fā)現(xiàn)了四種不同起源的原油和侏羅紀(jì)泉巖的天然氣源巖。前期研究表明,認(rèn)為盆地南部中—下侏羅統(tǒng)暗色泥巖、煤巖和碳質(zhì)泥巖發(fā)育,是一套有效烴源巖。在南緣前陸沖斷帶、沙灣凹陷及其周緣、阜康凹陷及其周緣以及彩南地區(qū)普遍見到了來自侏羅系烴源巖的油氣,證實(shí)該套烴源巖的有效性。但同時(shí)也存在一些問題,如前期勘探在盆地南部已發(fā)現(xiàn)豐富的來自侏羅系烴源巖的油氣,但純氣藏分布范圍局限,油藏多為混源,單個(gè)油氣藏規(guī)模小,豐度相對較低。盆地南部侏羅系烴源巖的品質(zhì)及規(guī)模如何?是否大規(guī)模成熟?是否具備形成大規(guī)模、高豐度油氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)?針對以上問題,結(jié)合鉆井—露頭—地震方法,重點(diǎn)分析了準(zhǔn)噶爾盆地南緣烴源巖地球化學(xué)資料,建立了南部鉆揭侏羅系重點(diǎn)探井的地球化學(xué)(地化)剖面,通過地震標(biāo)定,建立格架剖面,開展烴源巖厚度解釋工作,精細(xì)研究侏羅系烴源巖地球化學(xué)特征及其空間分布規(guī)律,對中—下侏羅統(tǒng)烴源巖開展了新一輪的綜合評價(jià)。1構(gòu)造-沉積演化階段準(zhǔn)噶爾盆地南緣東起阜康斷裂帶,西至四棵樹凹陷,北與昌吉凹陷相接,南鄰北天山,東西長500km,南北寬40~60km,面積21000km2(圖1)。準(zhǔn)噶爾盆地南部的構(gòu)造格局存在南北分帶、東西分塊的特征。準(zhǔn)噶爾盆地南緣經(jīng)歷了晚海西期、印支期、燕山期、喜山期等4期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。同構(gòu)造期次相對應(yīng),構(gòu)造格局的形成經(jīng)歷了4個(gè)階段,即晚石炭世—早二疊世的海相階段、殘留海相前陸盆地階段、中晚二疊世陸相前陸盆地階段、中生代振蕩型陸內(nèi)坳陷盆地階段和新生代再生前陸盆地階段。受多期復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其伴隨的沉積充填控制,該地區(qū)沉積了古生代—新生代的地層,最大沉積厚度達(dá)15km,一般厚度也在10km以上(圖2),發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和古近系等多套烴源巖。侏羅系為辮狀河三角洲-河流-湖泊沉積體系(圖1),沉積厚度超過4km,為發(fā)育多種類型的烴源巖奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。第三次資源評價(jià)(三次資評)結(jié)果表明侏羅系油氣資源豐富,其中原油資源量近2.6×1010t,占盆地總資源量的30%。天然氣資源量近6×1012m3,占盆地總資源量的28%。侏羅系的油氣資源主要分布在盆地的南緣,其中近1/3(30.7%)原油資源和近1/2的天然氣資源(45.7%)分布在準(zhǔn)噶爾盆地的南緣,可見對盆地南緣侏羅系主力烴源巖的評價(jià)具有重要的理論和實(shí)際意義。2盆地南緣侏羅系碳質(zhì)泥巖地層基礎(chǔ)侏羅紀(jì)時(shí)期,盆地處于泛盆階段,盆地范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,其沉積中心主要位于昌吉凹陷,其次是烏倫古坳陷和四棵樹凹陷。侏羅系是一套湖沼相的含煤沉積建造,在準(zhǔn)噶爾盆地分布廣,厚度大。烴源巖主要發(fā)育于中下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)和西山窯組(J2x)。其中八道灣組和西山窯組既發(fā)育暗色泥巖,又發(fā)育碳質(zhì)泥巖和煤。三次資評之后的長期勘探,為重新認(rèn)識盆地南緣侏羅系的烴源巖奠定了基礎(chǔ)。本研究在分析準(zhǔn)噶爾盆地南緣9類約4000項(xiàng)有機(jī)地化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過與三次資源評價(jià)結(jié)果對比,認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地南緣發(fā)育了一套優(yōu)質(zhì)烴源巖(J1b)和兩套中等豐度烴源巖(J1s+J2x),其規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三次資源評價(jià)的結(jié)果。盆地南部中下侏羅統(tǒng)發(fā)育4套三類烴源巖,有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型和Ⅲ型為主,發(fā)育了一套優(yōu)質(zhì)烴源巖、兩套中等豐度烴源巖和一套值得重視的烴源巖(J2t),暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖及煤層均為有效烴源巖。2.1純泥巖的確定侏羅系烴源巖以Ⅱ2型和Ⅲ型為主,有機(jī)質(zhì)的類型與泥巖的巖性、厚度和顏色密切相關(guān)。其中,純泥巖總體為Ⅱ2型,厚度大的純泥巖可能為Ⅱ1或Ⅰ型,碳質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖總體為Ⅲ型。泥巖的顏色越深,有機(jī)質(zhì)的類型越好,其中灰色和深灰色泥巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主,灰綠色和雜色泥巖以Ⅲ型為主,這一點(diǎn)與三次資源評價(jià)的結(jié)果基本一致,主要證據(jù)如下所列。2.1.1烴源巖h/c原子比分布干酪根元素分析結(jié)果表明,侏羅系不同層段、不同類型烴源巖的H/C原子比主要分布范圍為0.6~1.0,O/C原子比主要分布范圍為0.04~0.16,綜合分析認(rèn)為烴源巖的類型為Ⅱ2—Ⅲ型(圖3)。2.1.2g/g范圍內(nèi)生烴潛力多項(xiàng)烴源巖的熱解指標(biāo)對烴源巖的類型進(jìn)行評價(jià),準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅系氫指數(shù)IH主要分布在<200mg/g的范圍內(nèi),生烴潛力S1+S2主要分布在<8mg/g的范圍內(nèi),有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)多小于10;熱解產(chǎn)物族組分分析顯示,飽和烴含量主要分布在10%~40%;非烴和瀝青質(zhì)含量為40%~60%,飽芳比<3。這些指標(biāo)與不同類型的交匯圖(以烴指數(shù)和tmax為例)均說明有機(jī)質(zhì)的類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型(圖4)。2.1.3烴源巖地質(zhì)總體類型不同類型烴源巖的碳同位素主要分布在-27‰~-24‰,烴源巖總體類型為Ⅱ2—Ⅲ型。其中八道灣組局部層段的泥巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型(圖5)。2.2該產(chǎn)品有一系列優(yōu)質(zhì)和兩口優(yōu)質(zhì)泉巖2.2.1有機(jī)質(zhì)豐度的計(jì)算方法傳統(tǒng)的有機(jī)質(zhì)評價(jià)方法重點(diǎn)關(guān)注的是有機(jī)質(zhì)的豐度,受盆地沉積過程中水體深淺振蕩、物源供給的影響,烴源巖的非均質(zhì)性非常明顯。即使在同一套地層的同一烴源巖層內(nèi),烴源巖在縱向上也具有非均質(zhì)性。通常利用烴源巖地化指標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值并不能真實(shí)反映出烴源巖的實(shí)際情況。本次對烴源巖各參數(shù)的平均值采用了新的加權(quán)平均的計(jì)算方法(圖6),考慮了不同豐度的烴源巖在空間上的厚度分布。在本次研究區(qū)內(nèi)的四參1井八道灣組4238~4560m的深度段內(nèi),利用算術(shù)平均法得出平均值為1.86%,而實(shí)際上就整個(gè)八道灣組地層而言,在縱向上具有頻繁的砂泥互層。不同深度段不同厚度的泥巖TOC含量相差很大,采用算術(shù)平均值評價(jià)泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度不能真實(shí)地反映該套地層烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度,而采用加權(quán)平均法得出平均值為4.14%,這一數(shù)值更接近八道灣組下部作為非常好的烴源巖共48m的暗色泥巖有機(jī)碳含量(TOC>4.75%)。有機(jī)質(zhì)的豐度可以采用總烴、氯仿瀝青“A”、生烴潛力S1+S2和總有機(jī)碳(TOC)等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析。在綜合對比的基礎(chǔ)上,本文重點(diǎn)展示TOC的分析結(jié)果。綜合評價(jià)表明,準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅系不同烴源巖的豐度均高于前人的認(rèn)識,特別是高于三次資評所采用的有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)獲得的結(jié)果。2.2.2工河組和私家車酒組烴源巖的評價(jià)結(jié)果侏羅系八道灣組泥質(zhì)烴源巖近200個(gè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,有機(jī)質(zhì)的TOC主要分布在0.6%~1.6%的范圍內(nèi),總體評價(jià)為中等—好的烴源巖。從不同有機(jī)質(zhì)豐度烴源巖的分布厚度和分布頻率特征來看,有機(jī)質(zhì)豐度總體表現(xiàn)為好—極好的烴源巖。這一評價(jià)結(jié)果優(yōu)于三次資評所采用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),即烴源巖主體(60%)TOC<1.5%(圖7)。三工河組和西山窯組泥質(zhì)烴源巖的評價(jià)結(jié)果出現(xiàn)了與八道灣組相似的情況。三工河組有機(jī)質(zhì)的TOC主要分布在<1.2%的范圍內(nèi),西山窯組泥質(zhì)烴源巖的TOC<1.0%,按照傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),兩者總體評價(jià)為差—中等。這與三次資評的結(jié)果一致,即大于60%的烴源巖的TOC分布在<1.0%的范圍內(nèi)。但是如果我們關(guān)注不同豐度烴源巖的厚度和分布頻率,可以發(fā)現(xiàn)這兩套烴源巖評價(jià)為中等—好,無論是從厚度上還是從所發(fā)現(xiàn)頻率上均占了絕對優(yōu)勢。這一評價(jià)結(jié)果同樣優(yōu)于三次資評及其之前對這兩套烴源巖的認(rèn)識(圖8,圖9)。2.3分布、厚度侏羅紀(jì)沉積時(shí)期盆地的沉積中心與沉降中心吻合,主體位于準(zhǔn)噶爾盆地的昌吉凹陷區(qū),其源巖分布廣,厚度大。通過統(tǒng)計(jì)自2000年以來所有鉆遇南緣侏羅系的探井中暗色泥巖的厚度,與三次資評結(jié)果進(jìn)行對比,認(rèn)為南緣侏羅系烴源巖的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三次資評所采用的標(biāo)準(zhǔn)。其中南緣沖斷帶為烴源巖最發(fā)育區(qū),霍瑪吐背斜帶厚度最大,其次為四棵樹背斜帶及齊古斷褶帶。2.3.1沉積相及層序地層在南緣的地位在表現(xiàn)受印支運(yùn)動(dòng)影響,八道灣組的沉積范圍擴(kuò)大到準(zhǔn)噶爾盆地南緣西部包括四棵樹凹陷的廣大地區(qū)。盆地構(gòu)造的總體特征由北向南下傾,構(gòu)造走向近東西向;沉積中心主要位于中央坳陷內(nèi),包括昌吉凹陷、達(dá)巴松凸起、盆1井西凹陷、莫北凸起和馬橋凸起的大部分及東道海子北凹陷的一部分,沉積中心范圍廣。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明八道灣組泥質(zhì)烴源巖的最大厚度發(fā)現(xiàn)于南緣的南安1井,達(dá)到909m。將單井統(tǒng)計(jì)結(jié)果投點(diǎn)至三次資源評價(jià)所采用的烴源巖厚度平面分布圖上,可見暗色泥巖厚度在南緣沖斷帶、四棵樹凹陷、莫索灣凸起、阜東—五彩灣地區(qū)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了三次資評所采用的結(jié)果(圖10)。從八道灣組煤層的分布上看,在南緣沖斷帶、四棵樹凹陷和車排子地區(qū)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了三次資評所采用的厚度(圖10)。2.3.2水體厚度變化早侏羅世晚期,三工河組與八道灣組的沉積范圍相當(dāng)。全盆地構(gòu)造總體由北向南下傾,構(gòu)造走向近東西向,地層厚度變化不大。在昌吉凹陷內(nèi)有一個(gè)厚度不大、范圍很廣的沉積中心。對比暗色泥巖統(tǒng)計(jì)結(jié)果與三次資評結(jié)果,發(fā)現(xiàn)暗色泥巖的厚度在南緣沖斷帶、四棵樹凹陷和盆地腹部都大幅度地超過了三次資評所采用的評價(jià)參數(shù)。在盆1井西凹陷、昌吉凹陷的南部可能存在規(guī)模更大的烴源巖厚度中心,最大厚度分別達(dá)到770m和184m(圖10)。2.3.3不同層系的烴源巖分布三次資評結(jié)果認(rèn)為西山窯組沉積時(shí)期昌吉凹陷內(nèi)的沉積中心有明顯向東遷移的特點(diǎn),新的暗色泥巖統(tǒng)計(jì)結(jié)果對這一認(rèn)識有明顯的修正,主要表現(xiàn)在南緣沖斷帶上發(fā)現(xiàn)了厚度可觀的泥質(zhì)和煤烴源巖,分別達(dá)到了402m和60m。同時(shí)四棵樹凹陷的烴源巖厚度有增加的趨勢,在艾2井和四參1井分別發(fā)現(xiàn)了最大厚度為96m的泥質(zhì)烴源巖和最大厚度為6m的煤,說明四棵樹凹陷的烴源巖規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。東部阜東—五彩灣地區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,該區(qū)存在一個(gè)明顯的生烴中心,統(tǒng)計(jì)所得的最大泥質(zhì)烴源巖厚度為215m,最大煤層厚度為30m。這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果拓展了南緣昌吉凹陷烴源巖的分布范圍和縱向分布厚度,并有可能對東部油氣勘探產(chǎn)生質(zhì)的影響(圖11)。上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明傳統(tǒng)認(rèn)識為優(yōu)質(zhì)的八道灣組烴源巖分布范圍和規(guī)模進(jìn)一步拓展,三工河組烴源巖大幅度向盆地腹部拓展,西山窯組烴源巖同時(shí)在東、西兩個(gè)方向上拓展,同時(shí)南緣沖斷帶的烴源巖規(guī)模進(jìn)一步得到了確認(rèn),導(dǎo)致總體烴源巖規(guī)模評價(jià)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三次資評的結(jié)果。2.4侏羅紀(jì)系的泉巖成熟高度成熟中—下侏羅統(tǒng)烴源巖在新近紀(jì)中晚期已達(dá)到成熟和高成熟演化階段,均為主力烴源巖。2.4.1烴源巖干結(jié)構(gòu)鑒定綜合分析反映烴源巖熱演化歷史的不同類型的溫標(biāo)和有機(jī)地化參數(shù),認(rèn)為盆地南緣的烴源巖已經(jīng)達(dá)到了成熟和高成熟的演化階段。鏡下鑒定表明烴源巖干酪根顏色以淺棕色及更深顏色為主,干酪根H/C原子比總體位于0.6~1.0,熱解峰溫tmax總體大于436℃,峰值位于436~445℃。鏡質(zhì)體反射率總體位于0.5%~1.0%,并隨著埋藏深度的增加而逐漸增加。這些指標(biāo)均表明盆地南緣的烴源巖已經(jīng)達(dá)到了成熟—高成熟演化階段,是有效的烴源巖(圖12)。2.4.2盆地南緣溫度場演化準(zhǔn)噶爾盆地的地溫場及其演化歷史得到了長期的關(guān)注和研究[19,20,21,22,23,24,25],總體認(rèn)為自侏羅紀(jì)以來盆地南緣經(jīng)歷了相同的演化歷史,地溫梯度經(jīng)歷了由高(2.15~2.75℃/100m)至低(1.8~2.7℃/100m)逐漸冷卻的過程。受前陸沖斷作用的影響,盆地南緣經(jīng)歷了快速埋藏升溫的過程。模擬結(jié)果表明,烴源巖在白堊紀(jì)末期進(jìn)入生油高峰,在新近紀(jì)末期進(jìn)入生氣高峰,顯示與構(gòu)造匹配關(guān)系良好。3