準噶爾盆地侏羅系烴源巖評價

準噶爾盆地侏羅系烴源巖評價

1層序地層格架中烴源巖的分布層序地層學廣泛應用于油氣儲層的勘探中，尤其是在儲層的預測和評價方面。然而,在我國,層序地層學方法應用于烴源巖的分布預測和質量評價則相對較少,這方面的理論研究也相對薄弱。其實,就湖平面升降控制沉積環(huán)境、沉積相的特征和分布而言,與控制儲層的分布一樣,層序地層也對烴源巖的沉積起著極其重要的控制作用。換句話說,高質量的源巖應有規(guī)律地分布于層序地層格架中的一定部位。因此,開展這方面的研究,探討烴源巖分布與層序地層學特征的關系,將有助于直接通過地震資料來確定源巖的分布規(guī)律,對大范圍高效地研究盆地的油氣生成有重要的意義。在此次研究工作中,我們在詳細劃分準噶爾盆地侏羅系層序地層的基礎上,從沉積學角度確定了有利烴源巖的分布層段(圖1)。然后,針對這些層段分別在野外剖面和井下巖心采集相關樣品,對其進行地球化學和有機巖石學分析研究,對該盆地侏羅系的生油氣潛力進行評價。2侏羅系露頭巖樣本次研究在準噶爾盆地南緣天山地區(qū)觀察侏羅系地質剖面5條,即郝家溝、三工河、紅溝、四棵樹和石場剖面(圖2),共采侏羅系露頭巖樣30塊,全屬下侏羅統(tǒng)八道灣組(J3侏羅系巖樣的生油特征本次研究共作有機碳(CR12碳測定儀)、氯仿瀝青“A”(電子天平衡重)、族組份(AEL-40SM型電子天平衡重)、飽和烴氣相色譜(5890Ⅱ氣相色譜儀)、干酪根顯微組分鑒定(德國Leica公司產(chǎn)的DIAPLAN生物顯微鏡)、鏡質組反射率測定(德國OPTON公司產(chǎn)的SMP-03顯微光度計)等項分析,對侏羅系巖樣進行生油特征評價。4結果與討論(1)有機豐富層序地層學劃分上的toc(A)露頭樣品:準噶爾盆地南緣的侏羅系露頭巖樣的有機碳含量變化較大,從0.26%到2.66%,多在0.4%~1.0%之間(占分析樣品總數(shù)的60.0%)。TOC大于1.0%的樣品占總數(shù)的23.3%。TOC小于0.4%的樣品較少,占16.7%,且這5塊含量小于0.4%的樣品中有3塊的含量較接近0.4%。據(jù)我國陸相泥質巖烴源巖的TOC評價標準(好烴源巖TOC>1.0%;中等烴源巖的為0.1%~0.6%;差烴源巖的為0.6%~0.4%;非烴源巖的<0.4%),就TOC豐度一項指標來看,這些侏羅系露頭樣品大多數(shù)應為差—中等的烴源巖,而且還有相當數(shù)量的好烴源巖,而非烴源巖的數(shù)量較少。5條野外剖面的TOC豐度相差較大,石場、三工河和郝家溝剖面的較高,平均分別為1.06%、0.98%和0.89%;四棵樹剖面的居中,平均0.68%;紅溝剖面的較低,只有0.54%,表明盆地南緣不同地區(qū)的侏羅系有機碳含量變化較大。八道灣組的TOC平均含量較高,17塊樣的均值為0.91%,三工河組13塊樣的均值為0.85%。值得指出的是,八道灣組和三工河組的TOC在平均為中等含量的背景上,均存在有高TOC的層段,如三工河組在郝家溝剖面有2塊樣的TOC分別為2.26%和1.04%,三工河剖面有1塊樣其值為2.66%;八道灣組在四棵樹剖面有1塊樣TOC為1.26%,在石場剖面有3塊樣的分別為1.36%、1.43%和1.54%。從野外觀察看,這些樣品所在的層厚一般由數(shù)米到十多米,特別是石場和郝家溝剖面,暗色泥巖累計厚度分別達十多米和幾十米。因此,盆地南緣地區(qū)的下侏羅統(tǒng)存在有機質豐度較高的烴源巖層段。在劃分的準噶爾盆地侏羅系露頭層序地層圖(圖1)上,本次采集的30塊露頭巖樣,除3塊外,均位于三個最大湖泛期形成的凝縮段內(nèi),即八道灣組中部(J在Ⅰ-CS凝縮段中,14塊樣的平均TOC值比較高,為0.98%,接近好烴源巖的標準。Ⅱ-CS凝縮段的6塊樣的TOC平均值中等,為0.64%,屬中等程度的烴源巖。Ⅲ-CS凝縮段的7塊巖樣的TOC平均值在所有采樣層段中最高,為1.03%,應屬好的烴源巖。Ⅱ-TST湖進體系域段的3塊樣的TOC平均值最低,為0.58%,應屬差的烴源巖之列。從這些數(shù)據(jù)可看出,所研究的三個凝縮段的平均TOC值與各段的沉積環(huán)境緊密相關,Ⅰ-CS和Ⅲ-CS凝縮段為半深湖—深湖環(huán)境沉積(圖1),平均TOC含量較高,而濱淺湖環(huán)境下沉積的Ⅱ-CS凝縮段的TOC平均值較低,曲流河和河道間及泛濫盆地環(huán)境下形成的Ⅱ-TST段的平均值則更低。很明顯,較深水的湖泊環(huán)境更有利于優(yōu)質烴源巖的形成。同時也反映出,凝縮段的TOC值比湖進體系域沉積段的確要高,即是說,本文用層序地層學方法劃分出的凝縮段是符合實際的,有機質豐度較高,應是烴源巖發(fā)育的層段。(B)井下樣品:總體上看,被分析的3口井(倫6、艾參1、三參1井)的井下侏羅系8塊樣的TOC值的變化也很大,從0.11%至1.01%。TOC含量大于1.0%的樣僅1塊,占總分析樣數(shù)的12.5%;TOC為0.4%~1.0%的4塊,占50%;而有3塊樣的TOC值小于0.4%,占37.5%。從這些數(shù)據(jù)來看,與露頭侏羅系樣品相對比,井下侏羅系樣品的有機碳豐度要偏低。究其原因,可能是因為這些井下樣品不是采自凝縮段,而是4塊采自湖進體系域層段,另外4塊則采自高位體系域層段,即它們并非是最大湖泛期形成的沉積物。這再一次證明,凝縮段確實是有機碳豐度最高、最有利于烴源巖發(fā)育的層段。在分析的3口井中,倫6和艾參1井巖心的TOC平均值稍高,均為0.66%,三參1井的稍低些,為0.45%,即橫向上不同地區(qū)的有機碳含量有變化,可能為陸相地層橫向變化較大所致。這8塊巖心有7塊采自八道灣組,1塊采自三工河組。八道灣組的TOC平均值為0.65%,三工河組的TOC僅0.11%(沒達到生油巖的標準)。八道灣組的TOC比三工河組的要高,與露頭巖樣的情況一致。井下8塊樣分別采自湖進體系域層段和高位體系域層段。湖進體系域段4塊樣的TOC均值為0.65%,稍高于高位體系域層段的數(shù)值(0.51%),可能表明水進沉積比最大湖泛面以后的水退沉積更有利于有機碳的聚集。分層序來考慮,Ⅰ-TST湖進體系域沉積的2塊樣的TOC均值為1.0%,Ⅰ-HST高位體系域的3塊樣的均值為0.65%;Ⅱ-TST湖進體系域的2塊樣的平均值較低,為0.30%,而Ⅱ-HST高位體系域1塊樣的TOC值最低,僅0.11%。因此,這些井下巖心也證明了Ⅰ層的TOC含量比Ⅱ層的要高,與露頭樣品所得的結論相一致。即是說,Ⅰ層序不僅其凝縮段的TOC比Ⅱ層序凝縮段高,而且Ⅰ層序的湖進體系域段、高位體系域段的TOC值也同樣比Ⅱ層序的湖進體系域段、高位體系域段的要高。同時,也表明了同一層序中湖進體系域段確比高位體系域段的有機碳含量高。與露頭剖面上的Ⅱ-TST湖進體系域段的3塊樣品相比,井下該段的TOC平均值較低,前者為0.58%,后者僅0.30%。露頭樣品的TOC值較高的原因是因為這3塊樣品均來自J巖心“a”含量(A)露頭樣品:盆地南緣侏羅系露頭巖樣的“A”含量較小,且變化較大,在0.022%~0.0366%范圍內(nèi)變化。沒有樣品的“A”值達到0.06%(即好的烴源巖標準),達到中等烴源巖標準(0.06%~0.03%)的樣品只有1塊(為0.0366%),達到差的烴源巖標準(0.03%~0.015%)的也只有1塊(為0.0260%),而絕大多數(shù)樣(28塊)的“A”含量均落在非烴源巖的范圍,即小于0.015%,占總樣品的93.3%,與TOC值的評價結果相差很遠。這些露頭樣品“A”含量低的原因顯然是由于地表樣品長期處于風化淋濾狀態(tài),可溶有機質大量散失而造成的。不同剖面的“A”值有差異,各層組的可溶有機質的散失程度也不相同。露頭樣品的“A”值在被研究的三個凝縮段和Ⅱ-TST湖進體系域段中的分布特點與這些樣品的TOC值在這些層段的分布特點相同,即Ⅲ-CS凝縮段的“A”平均值最高,為0.0131%;Ⅰ-CS凝縮段的次之,為0.0073%;然后是Ⅱ-CS凝縮段,為0.0060%;最后就是Ⅱ-TST湖進體系域段的,僅0.0029%。TOC平均值高的層段其“A”平均值也高。(B)井下樣品:雖然侏羅系井下樣品不是采自凝縮段,而是來自湖進體系域和高位體系域段,但是,由于它們不象露頭樣品那樣經(jīng)過漫長地質年代的露頭風化淋濾,故“A”保存得較好,總的來說,其“A”值比露頭樣品的要高,且變化范圍沒有露頭樣品的大。本次分析的8塊樣中,有4塊的“A”值大于0.015%,另有1塊的也較接近0.015%,為0.0118%。所分析的3口井中,艾參1和三參1井的巖心的“A”均值相對較高,分別為0.0179%和0.0144%,而倫6井的2塊樣的均值相對較低,僅0.0087%。7塊八道灣組巖心的“A”均值為0.0154%,遠高于三工河組的1塊樣的值(0.0065%),與這些巖心樣的TOC平均值在上述二個層組中的分布情況相一致。4塊高位體系域段的巖心樣的“A”平均值為0.0168%,高于4塊湖進體系域段樣品的相應值(0.0118%)。4個體系域段的“A”平均值分別為:Ⅰ-TST段為0.0135%;Ⅰ-HST段0.0202%;Ⅱ-TST段0.0101%;Ⅱ-HST段0.0065%。可以看到I層序中的巖心樣的“A”平均含量高于Ⅱ層序中的該數(shù)值,與這兩個層序中的TOC平均值的變化情況相一致,也與這二個層序中的野外露頭樣品的“A”平均值的變化情況相一致。因此,從“A”含量的角度,也暗示著I層序的生油氣條件要比Ⅱ層序的要好。與露頭的Ⅱ-TST段樣品的“A”平均值(0.0029%)相比,井下Ⅱ-TST段的2塊巖心樣的“A”平均值(0.0101%)要高得多,這是井下樣品保存條件較好的結果(盡管井下樣品不是采自凝縮段)。由此可看出,烴源巖“A”值的高低受后期保存條件影響甚大?？偀N含量的分布特征(A)露頭樣品:盆地南緣露頭樣品的總烴含量變化很大,在10.3~165.3μg/g范圍內(nèi)變化?？偀N含量大于120μg/g(中等烴源巖標準)的樣品只有1塊,在50~120μg/g范圍內(nèi)(差烴源巖標準)的8塊,占總數(shù)的26.7%。其余的21塊樣(占70%)的總烴含量均在50μg/g以下,沒有達到烴源巖標準。和“A”的含量一樣,露頭樣品的總烴含量很低,是長期風化使輕組分大量損失的結果,但總體來說又比“A”指標要好些。不同剖面之間的總烴含量相差也較大。露頭樣品的總烴含量在被研究的三個凝縮段以及Ⅱ-TST湖進體系域段中的分布特征與這些樣品的TOC平均值和“A”平均值在相應層段的分布特征完全一致,即總烴含量在Ⅲ-CS凝縮段中最高,平均61.8μg/g;在Ⅰ-CS段上次之,平均37.2μg/g;;Ⅱ-CS段的含量居第三,平均28.3μg/g;總烴含量最低的是Ⅱ-TST段,平均僅12.7μg/g。這些資料從總烴含量的角度也給這些層段的生烴潛量的大小作了排序,最好的是Ⅲ-CS段,然后是Ⅰ-CS和Ⅱ-CS凝縮段;而三套凝縮段均比Ⅱ-TST湖進體系域段好,與用這些露頭樣品的TOC均值和“A”均值所得的評價結果相一致。(B)井下樣品:井下侏羅系巖心樣的總烴含量明顯高于露頭侏羅系樣品的總烴含量,且變化范圍沒有那么大,為35.4~129.8μg/g?？偀N含量大于120μg/g的樣有1塊(J高位體系域的4塊樣的總烴平均含量為92.65μg/g,高于湖進體系域4塊樣的相應值(67.1μg/g)。4個體系域的總烴平均含量分別為:Ⅰ-TST段為80.3μg/g;Ⅰ-HST段91.27μg/g;Ⅱ-TST段為53.9μg/g;Ⅱ-HST段為35.4μg/g。Ⅰ層序中的巖心樣品的總烴平均含量高于Ⅱ層序中的該數(shù)值。從烴含量這一指標,可知Ⅰ層序的生油條件比Ⅱ層序的好,與前面所列資料所得的認識相吻合。與露頭的Ⅱ-TST段的總烴平均值(12.7μg/g)相比,井下的Ⅱ-TST段巖心樣的總烴平均值要高得多,為53.9μg/g。樣品總烴含量也受后期保存條件的控制。--c層序地層格架(A)所分析的侏羅系樣品大多數(shù)落在差、差—中、中的烴源巖范圍內(nèi)(66.7%的露頭樣品,62.5%的井下樣)。也有一些非—差的源巖(13.3%的露頭樣,12.5%的井下樣品)。屬中—好烴源巖的樣則很少,露頭樣中有1塊,井下樣中則沒有。除了達到烴源巖標準的樣品外,在露頭樣品中尚有5塊屬非烴源巖(占總數(shù)的16.7%),在井下樣中有2塊(占25%)。(B)不同地質剖面其源巖的評價結果有所不同。石場和郝家溝剖面總的來說相對較好,大多數(shù)樣品屬差、差—中甚至中等的烴源巖,只有極少數(shù)樣為非烴源巖;三工河和紅溝剖面次之,多數(shù)樣為差、非—差或非烴源巖,但個別樣則較好;四棵樹剖面相對較差,6塊樣中有一半為非烴源巖。從分析數(shù)據(jù)得到的這些認識與野外巖性觀察所得的認識相符。井下樣中艾參1井的相對好些,三參1和倫6井樣相對差些,表明侏羅系烴源巖特征橫向上變化較大。(C)總體上看,八道灣組樣品的生烴條件比三工河組的好些。無論是露頭樣品還是井下巖心樣品,八道灣組的TOC均高于三工河組的。對于井下樣品,八道灣組的“A”和總烴含量遠高于三工河組的,八道灣組這兩項數(shù)值均為三工河組的2.4倍左右。當然,露頭樣的三工河組的“A”和總烴含量稍高于八道灣組的,三工河組的這兩項參數(shù)均為八道灣組的1.5倍左右,可能是由于露頭樣品的保存條件差異造成的。八道灣組達到生油巖標準的共15塊,占總分析樣品的88.2%,而三工河組達到生油巖標準的只有6塊,占總數(shù)的46.2%。(D)層序地層中的凝縮段的有機碳豐度明顯高于湖進體系域段和高位體系域段,一方面證實了凝縮段有利的生油條件,同時也證實了此次的層序劃分符合客觀實際。在被研究的三個凝縮段中,露頭樣品證實,Ⅲ-CS凝縮段有機質豐度最高,生油條件最好,Ⅰ-CS段次之,Ⅱ-CS段較差。井下樣品也證實,被研究的三個層序的生烴潛力從大到小的順序為:Ⅲ層序→Ⅰ層序→Ⅱ層序,Ⅰ層序的湖進體系域段和高位體系域段的有機豐度高于Ⅱ層序的相應段。這是受沉積環(huán)境即水體深淺的控制,深水的半深湖—深湖沉積比淺水的濱淺湖沉積要好。氯仿瀝青“A”和總烴含量受后期的保存條件影響。(2)層序地層格架及其沉積特征由顯微組份含量計算出的類型指數(shù)在5條剖面中,石場剖面有較多的Ⅱ型樣,占83.3%。郝家溝剖面的有機質類型也較好,Ⅱ型樣品占76.9%。而四棵樹、三工河和紅溝剖面的有機質類型則較差,Ⅲ型樣品占多數(shù),分別為66.7%、75.0%和100.0%。可以看出,侏羅系的有機質類型在不同地區(qū)有差別。井下樣品的有機質類型在不同井位也有差別,也反映了有機相的差異,倫6井的2塊樣均為Ⅱ露頭樣品中,Ⅱ-CS凝縮段有66.7%的屬Ⅱ型,Ⅱ-TST湖進體系域段也有66.7%的樣屬Ⅱ型,而Ⅰ-CS凝縮段和Ⅲ-CS凝縮段的樣品中Ⅱ型以上的樣品則相對少些,分別為64.3%和42.9%?？梢园l(fā)現(xiàn),有機質豐度較高的層段(Ⅲ-CS、Ⅰ-CS)其類型比豐度較低的層段(Ⅱ-CS、Ⅱ-TST)稍差,而且凝縮段的有機質類型不一定比湖進體系域段的好。井下巖心樣中,Ⅰ和Ⅱ層序的湖進體系域段均有50%的樣品的干酪根為Ⅱ飽和烴氣相色譜圖顯示,所分析的露頭侏羅系樣品以后高單峰型為主,占分析樣品總數(shù)的66.7%。此外,還有后高雙峰型、前高單峰型和前高雙峰型的,分別占總樣數(shù)的26.7%、3.3%和3.3%。后高峰型的共占樣品總數(shù)的93.4%,主峰碳為被分析的露頭和井下樣品的Pr/Ph比值變化較大,從0.554到2.828,反映出這些源巖的沉積環(huán)境氧化—還原性變化較大,即從還原到強氧化的沉積環(huán)境都有。其中Pr/Ph比值接近或大于1.000的樣品有29塊,占總樣品的76.3%,說明絕大多數(shù)樣品具有姥鮫烷優(yōu)勢,形成于弱還原—強氧化的地球化學環(huán)境中。另外,這些樣品的正構烷烴具有極明顯的奇數(shù)碳優(yōu)勢。相對氧化的環(huán)境造成蠟中的正構脂肪酸類、醇類以及植烷酸或植醇的脫羧作用的程度超過了還原作用的程度,從而形成了正構烷烴的奇數(shù)碳優(yōu)勢和姥鮫烷對植烷的優(yōu)勢。當然,也有部分樣品的Pr/Ph值較小(如四棵樹剖面大部分樣,郝家溝、三工河和石場剖面的少部分樣),小于0.900,有時甚至接近0.500,具植烷優(yōu)勢,表明這部分樣品形成在還原的環(huán)境中。圖3的底圖是根據(jù)我國不同沉積環(huán)境下形成的烴源巖的Pr/些認識與前面的由干酪根類型、飽和烴色譜曲線的峰型特征等得到的結論是一致的。井下多數(shù)樣品、三工河剖面的樣品、郝家溝剖面的多數(shù)樣品、四棵樹剖面的多數(shù)樣品落在Ⅱ區(qū),沉積水體應較深;而石場剖面的多數(shù)樣品和紅溝剖面的樣品落在Ⅰ區(qū),沉積水體應較淺(圖3)。侏羅系樣品的有機顯微組分以鏡質組和腐泥組含量高,而殼質組和惰質組較低。在露頭樣品中,鏡質組的含量為7%~84%,平均45%;腐泥組為6%~80%,平均35%;殼質組為2%~48%,平均17%;而惰質組的含量很低,1%~5%,平均僅2.5%(表1)。井下巖心各組份間的分布特征與露頭樣相似,鏡質組含量最高,42%~76%,平均63%;腐泥組次之,10%~50%,平均28%;殼質組為0~10%,平均5%;而惰質組含量也很低,2%~6%,平均4%(表1)。鏡質組源于高等植物的木質體或纖維素,含氫很少,對生油貢獻不大,能生成部分天然氣,是腐殖型干酪根的重要組成部分。腐泥組的原始母質主要為低等水生生物,包括藻類,富含氫,一般H/C原子比大于1.5,是優(yōu)質母源的重要組成部分。殼質組