騰格爾

中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所

中國海相烴源巖研究進(jìn)展及面臨的挑戰(zhàn)

騰格爾

中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所

中國海相烴源巖研究成果豐富,在形成環(huán)境、生排烴機(jī)制、評價(jià)技術(shù)和勘探指導(dǎo)等方面都取得了顯著進(jìn)展,上述成果不僅發(fā)展了中國海相油氣勘探理論和技術(shù)方法,也提出了更多的挑戰(zhàn)。為利于今后深入研究和有效評價(jià)海相烴源巖,從中國海相烴源巖的形成環(huán)境、生排烴機(jī)制、綜合識別和動態(tài)評價(jià)技術(shù)、勘探理論等方面著重討論了近10 a來的主要研究進(jìn)展,包括多元生烴和分散可溶有機(jī)質(zhì)等相關(guān)概念的提出、地球化學(xué)綜合判識和地球生物學(xué)評價(jià)體系等新方法及其地質(zhì)應(yīng)用、海相有機(jī)質(zhì)富集的動力學(xué)模式和不同類型烴源的多元生烴動態(tài)演化模式的建立等,并探討了傳統(tǒng)生烴理論面臨的挑戰(zhàn)、疊合盆地油氣勘探對成烴成藏理論的更高要求及能夠解決相關(guān)問題的基本思路或技術(shù)方法。

中國 海相 優(yōu)質(zhì)烴源巖 形成機(jī)制 多元生烴 生物演化 地球化學(xué) 動態(tài)分析 勘探理論

21世紀(jì)以來,中國海相烴源巖研究在形成環(huán)境、生排烴機(jī)制、評價(jià)技術(shù)和勘探指導(dǎo)等方面取得了顯著進(jìn)展,提出了多元生烴、分散可溶有機(jī)質(zhì)等新概念,建立了主要含油氣盆地海相烴源巖的形成模式及主控因素、地球化學(xué)綜合判識、地球生物學(xué)評價(jià)體系及測井識別、不同類型烴源的動態(tài)生排烴演化模式等,認(rèn)識到優(yōu)質(zhì)烴源巖(TOC≥2.0%)對油氣成藏的重要貢獻(xiàn)、對疊合盆地油氣分布的控制作用及對勘探指導(dǎo)意義更具內(nèi)涵。這些成果不僅發(fā)展了海相油氣勘探理論和技術(shù)方法,也提出了更多的挑戰(zhàn)。為此,筆者對近10 a來國內(nèi)海相烴源巖的研究進(jìn)展及面臨的問題進(jìn)行著重討論,旨在對海相烴源巖更深入研究和有效評價(jià)起到借鑒作用。

1 海相烴源巖研究進(jìn)展

1.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)制研究

近10 a來,烴源巖形成機(jī)制研究成果顯著,發(fā)育環(huán)境、控制因素、成烴生物和判識指標(biāo)等均有新進(jìn)展:①海相碳酸鹽巖發(fā)育環(huán)境和構(gòu)造演化對優(yōu)質(zhì)烴源巖的控制作用、形成條件及發(fā)育模式[1-4];②宏觀底棲藻類對生烴母質(zhì)的重要作用[5];③新的分子地化指標(biāo)在烴源巖沉積環(huán)境研究中的應(yīng)用[6];④恢復(fù)烴源巖發(fā)育環(huán)境的若干無機(jī)地化指標(biāo)[2,7]等,使對烴源巖評價(jià)從靜態(tài)描述、單一有機(jī)地化判識逐漸向主控因素與形成模式、有機(jī)與無機(jī)、正演與反演、地質(zhì)與生態(tài)學(xué)等多項(xiàng)指標(biāo)、不同學(xué)科的多層次綜合判識和動態(tài)分析發(fā)展,初步揭示了塔里木、南方中古生界優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)理和時空分布。可見,優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成和分布并不是單一的以缺氧環(huán)境為主的保存模式或者以高生物產(chǎn)率為主的生產(chǎn)力模式[8],而是不同層次、不同時期的地質(zhì)環(huán)境和生物演化協(xié)同控制的結(jié)果。

1.1.1 有機(jī)質(zhì)富集動力學(xué)的探索性研究

優(yōu)質(zhì)烴源巖是量豐質(zhì)優(yōu)的特殊沉積物(巖),有機(jī)質(zhì)富集程度取決于有機(jī)質(zhì)輸入量和保存因子,前者又受控于初級生產(chǎn)力。初級生產(chǎn)力是控制太平洋沉積物有機(jī)質(zhì)含量的所有因素中的首要因素[9]。而原始產(chǎn)率與沉積物中有機(jī)質(zhì)富集程度之間并不總是存在穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系,因?yàn)槌练e物中有機(jī)碳含量是初級生產(chǎn)力和沉積速率的函數(shù),20～80 m/Ma的沉積速率最有利于有機(jī)質(zhì)大量富集[2,4]。全新世不同沉積環(huán)境的有機(jī)碳堆積率與初級生產(chǎn)力和保存因子之間存在一個定量關(guān)系,但海洋沉積物中有機(jī)碳的保存因子變化大(0.001%～10%),與沉積環(huán)境密切相關(guān),如缺氧條件下保存因子超過2%[10]。可見,“什么樣的地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)特征才是形成優(yōu)質(zhì)烴源巖的控制因素呢?”,這是個關(guān)鍵問題。為此,筆者將以“生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系”為核心的生態(tài)學(xué)理念引入到烴源巖研究中,提出海相有機(jī)質(zhì)富集的動力學(xué)模式(圖1),認(rèn)為優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的實(shí)質(zhì)是在自然界有機(jī)碳循環(huán)過程中有機(jī)碳儲存于沉積物的速率(埋藏速率),即單位時間單位面積內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的埋藏量,是一個動力學(xué)問題,嘗試運(yùn)用下面動力學(xué)總方程式和示意圖概念性表示出有機(jī)碳埋藏速率與生物、環(huán)境之間復(fù)雜關(guān)系:

圖1 海相有機(jī)質(zhì)富集的動力學(xué)模式示意圖

顯然,要揭示優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)理,需要解決2個基本問題:有機(jī)碳埋藏速率和各種因素對其影響(即保存因子)。有機(jī)質(zhì)積聚和保存過程中,可能存在一臨界速率,使得系統(tǒng)發(fā)生物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換并形成富有機(jī)質(zhì)沉積物,這個過程發(fā)生在較低的溫度和壓力條件下,主要受控于生物演化(如時空上初級生產(chǎn)力的異常增減),以及環(huán)境轉(zhuǎn)化作用(如區(qū)域上盆地性質(zhì)轉(zhuǎn)化、古地理變遷和氣候變化等,點(diǎn)上為沉積速率、氧化還原狀態(tài)的轉(zhuǎn)變等)。

1.1.2 地質(zhì)環(huán)境對優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的綜合控制作用

長期以來,烴源巖形成機(jī)理研究一直存在“保存條件”與“生產(chǎn)力”間的爭論[8-9],前者強(qiáng)調(diào)缺氧環(huán)境對有機(jī)質(zhì)保存的重要性,后者則認(rèn)為有機(jī)質(zhì)富集的關(guān)鍵是高生產(chǎn)力。實(shí)質(zhì)上,生產(chǎn)力和缺氧條件共同控制烴源巖形成[1-4]。目前,國內(nèi)外海相烴源巖形成機(jī)制研究已由單一盆地內(nèi)古環(huán)境恢復(fù)向宏觀和微觀2種尺度發(fā)展。宏觀上,以志留紀(jì)烴源巖為例,該套烴源巖主要發(fā)育在華南和北非、阿拉伯早志留世盆地,華南志留紀(jì)烴源巖發(fā)育受板塊運(yùn)動、板內(nèi)活動、3大古隆起、4個轉(zhuǎn)換期、沉積—生物相等5個因素的控制[3],北非、阿拉伯盆地志留紀(jì)烴源巖形成則主要與全球氣候變化引起的海平面升降有關(guān)[11]。而微觀上主要表現(xiàn)為薄層級沉積組分分析及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理探討,查明沉積物中有機(jī)質(zhì)賦存形式明顯具有多樣性,有機(jī)質(zhì)與黏土礦物結(jié)合并不完全是簡單的表面吸附或者靠氫鍵、靜電作用等鍵合方式相互結(jié)合,而是部分有機(jī)質(zhì)進(jìn)入黏土礦物層間,形成了更為穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)黏土復(fù)合體[12]。

形成機(jī)制的眾說紛紜顯示出海相優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的多樣性和非均質(zhì)性,也反映了這些宏觀因子間的相對獨(dú)立與相互關(guān)聯(lián)。烴源巖形成決不是某一孤立環(huán)境的產(chǎn)物,而取決于綜合環(huán)境因子,應(yīng)從全球性構(gòu)造運(yùn)動、古氣候變化到區(qū)域性構(gòu)造單元、古地理、古洋流,最后落實(shí)到盆地內(nèi)具體的環(huán)境參數(shù)來考慮,是不同時空尺度的各種環(huán)境因子間相互依賴和相互制約的耦合關(guān)系的具體體現(xiàn)。因此,如何解析這種耦合關(guān)系是烴源巖形成機(jī)理研究的關(guān)鍵。

1.1.3 生物演化對優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的控制作用

生物作為有機(jī)質(zhì)來源,其組成、數(shù)量直接控制了烴源巖發(fā)育程度。沉積巖中有機(jī)質(zhì)含量的多少與許多因素有關(guān),但生物產(chǎn)率還是首要因素。在傳統(tǒng)烴源巖研究中,主要關(guān)注正常條件下生物產(chǎn)量變化,而很少涉及重大生物演化事件所造成的生產(chǎn)力和埋藏量的突變。近年來,經(jīng)古生物學(xué)研究,在華南識別出古生代3大生物滅絕和3次大型輻射事件[13]。從生態(tài)學(xué)角度可以預(yù)測寒武紀(jì)早期生物爆發(fā)和晚奧陶世生物絕滅事件中初級生產(chǎn)者——浮游植物的發(fā)生和滅絕必將導(dǎo)致各級消費(fèi)者和分解者的滅絕和復(fù)蘇,進(jìn)而影響有機(jī)質(zhì)產(chǎn)率及其組成。據(jù)此思路,生物演化事件與優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育之間必然存在一種內(nèi)在聯(lián)系,體現(xiàn)在相應(yīng)層位的地球化學(xué)和生物地層學(xué)特征上。

生物的多樣性及生物體內(nèi)有機(jī)組成不同決定了沉積有機(jī)質(zhì)組成的差異性,這是影響烴源巖質(zhì)量的一個重要因素。其核心問題是成烴生物,包括藻類、細(xì)菌和高等植物等。古生代浮游藻類是廣泛存在的[14],甚至發(fā)生了一系列輻射事件[13],是公認(rèn)的主要成烴生物,如奧陶系烴源巖的重要生烴母質(zhì)——粘球形藻[15]。微體浮游生物的演化史表明[13-14]:全球性烴源巖發(fā)育時代往往與浮游藻類繁盛時期相對應(yīng),從寒武紀(jì)到志留紀(jì)疑源類十分繁盛。如早寒武世是以海洋微體浮游生物為主的初級產(chǎn)率,相應(yīng)的在中亞和我國廣泛發(fā)育下寒武統(tǒng)烴源巖;至早志留世時初級生產(chǎn)力組成具多樣化,除浮游生物外,還有隱孢子及其他菌藻類,這一時期國內(nèi)外同樣發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖,如北非、中東和中國南方下志留統(tǒng)烴源巖;從侏羅紀(jì)—新近紀(jì)是溝鞭藻、硅藻和顆石藻繁盛時代,也是全球性優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育時期,如中東和西西伯利亞盆地侏羅系烴源巖。這些說明海洋浮游生物演化對烴源巖發(fā)育程度及其時空分布具重要控制作用。其中,溝鞭藻是現(xiàn)代海洋浮游生物的重要成員之一,它的數(shù)量僅次于硅藻。確鑿的溝鞭藻化石記錄始于晚三疊世,但前寒武紀(jì)至泥盆紀(jì)富有機(jī)質(zhì)的沉積巖中具豐富的甲藻甾類烴,與溝鞭藻有親緣關(guān)系[16]。筆者在普光氣田普光5井的上二疊統(tǒng)吳家坪組烴源巖(PG5-280-2)抽提物中也檢測出甲藻甾烷和4α -甲基-24-乙基膽甾烷,記錄了溝鞭藻類的起源、演化及其對成烴貢獻(xiàn)。正因?yàn)樵谕矶B世,川東北發(fā)育了富含這些菌藻類的一套海相優(yōu)質(zhì)烴源巖,為普光氣田提供了主要來源,與川南龍?zhí)睹合禑N源巖形成了鮮明對照[17]。底棲藻類如紅藻、褐藻等近年來也備受關(guān)注,這些宏觀藻類被認(rèn)為一類重要成烴母質(zhì),其輸入是前泥盆紀(jì)干酪根類型偏腐殖型的主要原因[5]。細(xì)菌對生烴的貢獻(xiàn)也是公認(rèn)的,但細(xì)菌作為生態(tài)系統(tǒng)中重要的分解者對沉積有機(jī)質(zhì)也起改造作用,在成巖早期隨著埋藏深度和環(huán)境變化,微生物生態(tài)系統(tǒng)亦發(fā)生演替并形成喜氧細(xì)菌帶、硫酸鹽還原菌帶和甲烷菌帶等生物化學(xué)環(huán)境,每一環(huán)境都以一種占優(yōu)勢的代謝作用為特征,不僅控制生物氣生成[18],而且分解沉積有機(jī)質(zhì)而影響烴源巖質(zhì)量[19]。

生物既受制于地質(zhì)環(huán)境,又能改變地質(zhì)環(huán)境。在生物演化過程中,雖然每次大滅絕和輻射事件的原因和過程不盡相同[13],但生物與環(huán)境之間的相互制約和相互依存的因果關(guān)系的存在卻是公認(rèn)的。生物演化事件通常與地質(zhì)事件相伴發(fā)生,如奧陶紀(jì)末生物滅絕與海平面上升、氧化還原環(huán)境變化和上升流密切相關(guān)[11,13],將生物圈與地球其他圈層相互影響、相互反饋的這種關(guān)系,從理論上高度概括為“生物地質(zhì)學(xué)”[20]。海相優(yōu)質(zhì)烴源巖與重大生物演化和地質(zhì)事件在時空分布及成因上存在辯證關(guān)系,對這一關(guān)系的解析,可能為優(yōu)質(zhì)烴源巖形成機(jī)理研究和時空分布預(yù)測提供一個重要途徑。

1.2 分散可溶有機(jī)質(zhì)烴源的提出和多元生烴轉(zhuǎn)化理論

中國海相層系在多期構(gòu)造背景下普遍存在多種形式烴源共存且相互轉(zhuǎn)化、連續(xù)或疊置生烴過程及成藏貢獻(xiàn)的接替,呈現(xiàn)出“多源復(fù)合、多階連續(xù)”[18]的油氣形成演化特點(diǎn),構(gòu)成了中國特色的海相多元生烴機(jī)制,將其可歸納為來源的多樣性、轉(zhuǎn)化的接替性、過程的多期性和成因的復(fù)合性(圖2)。塔里木、四川盆地都發(fā)育多套海相烴源巖形成了現(xiàn)今大中型油氣田的主要來源。這些烴源(巖)層中,除不同類型的干酪根外,還有古油藏和源巖內(nèi)外的分散可溶有機(jī)質(zhì)等再生烴源,甚至可能存在有機(jī)酸鹽的貢獻(xiàn),體現(xiàn)出烴源類型的多樣性。接替性和多期性則表現(xiàn)為2個方面:①烴源巖演化初期干酪根是生烴主體,由不溶有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化,隨熱演化加強(qiáng),不同形式賦存的液態(tài)烴成為主要輕烴來源,由重?zé)N向輕烴,液態(tài)烴向氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化,至過成熟均趨于甲烷化和石墨化;②多期構(gòu)造作用下同一套烴源層還可發(fā)生多期次的生排烴過程,尤其二次生排烴是廣泛存在的一種生烴機(jī)制。針對這些復(fù)雜的生排烴演化特點(diǎn),提出了有機(jī)質(zhì)“接力成氣”機(jī)理,指成氣過程中生氣母質(zhì)的轉(zhuǎn)換和生氣時機(jī)與貢獻(xiàn)的接替[21];明確了分散可溶有機(jī)質(zhì)是疊合盆地重要的一類氣源灶,通過生烴模擬實(shí)驗(yàn)確定了分散可溶有機(jī)質(zhì)作為氣源的生烴潛力和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[22]。顯然,多元生烴轉(zhuǎn)化過程和可溶有機(jī)質(zhì)晚期成氣特點(diǎn)將烴源巖的生氣過程延續(xù)到更高的演化階段,有利于高熱演化烴源巖區(qū)油氣勘探,對拓展勘探領(lǐng)域有重要意義。成因的復(fù)合性,一方面體現(xiàn)在生烴機(jī)制的多樣性,如深層氣藏有干酪根熱降解、不同賦存狀態(tài)的可溶有機(jī)質(zhì)熱裂解等多種成因,還可能存在有機(jī)—無機(jī)相互作用下的復(fù)合成因,特別是外源氫的加入和硫酸鹽熱還原反應(yīng)(TSR)等都具有重要影響。研究表明,普光氣田的天然氣主要來自原油裂解,也有干酪根裂解和 TSR生成天然氣的貢獻(xiàn),與其鄰近的清溪?dú)獠貏t主要來自干酪根高溫裂解氣。另一方面體現(xiàn)在多元生烴影響因素的復(fù)雜性,認(rèn)為多元生烴機(jī)制的主控因素并不限于經(jīng)典油氣生成理論中強(qiáng)調(diào)的溫度—時間因素,而受溫度、壓力、流體和空間等多項(xiàng)因素的綜合控制,為揭示高熱演化條件下油氣生成和聚集的動力學(xué)機(jī)制提供了重要依據(jù)。

圖2 南方天然氣藏多元成烴轉(zhuǎn)化過程示意圖

1.3 海相烴源巖的綜合識別和動態(tài)評價(jià)技術(shù)

針對我國海相層系高演化多套烴源的客觀地質(zhì)條件,多項(xiàng)指標(biāo)的綜合應(yīng)用和動態(tài)分析是解決多元生烴轉(zhuǎn)化和多期成藏過程示蹤分析的重要途徑。

1.3.1 綜合識別

近年國內(nèi)學(xué)者從不同學(xué)科,采用多種技術(shù)手段開展了海相烴源巖的綜合研究,例如,基于“地質(zhì)環(huán)境與生物演化協(xié)同控制烴源巖形成”的觀點(diǎn),建立了采用有機(jī)與無機(jī)的綜合參數(shù)結(jié)合地質(zhì)實(shí)際來重塑烴源巖形成環(huán)境,進(jìn)而預(yù)測烴源巖品質(zhì)及分布的地球化學(xué)綜合評價(jià)方法[2];充分發(fā)揮地球生物學(xué)的特色,建立了優(yōu)質(zhì)烴源巖的地球生物學(xué)評價(jià)體系[23],其核心是地球生物相的半定量評估方案,推薦出地球生物相的二維命名法。包括生境型、生物組成和生產(chǎn)力、古氧相以及埋藏效率等確定一個地球生物相的主要參數(shù);烴源巖的測井識別一直是備受關(guān)注的技術(shù),隨著測井技術(shù)的迅速發(fā)展,識別烴源巖層段和有機(jī)質(zhì)豐度的研究已有突破性的進(jìn)展,也認(rèn)識到對有機(jī)質(zhì)類型及成熟度預(yù)測中可能發(fā)揮其獨(dú)特的作用。這些方法的提出,從形成機(jī)理和正演角度評價(jià)深埋烴源巖提供了一個新的理論思維,拓展了烴源巖的評價(jià)技術(shù)方法,是傳統(tǒng)的有機(jī)地球化學(xué)評價(jià)的重要補(bǔ)充。

1.3.2 動態(tài)分析

對于烴源巖的動態(tài)評價(jià)而言,有機(jī)質(zhì)豐度下限值、熱演化史及生烴產(chǎn)率都是關(guān)鍵參數(shù)。碳酸鹽烴源巖有機(jī)碳含量下限值,經(jīng)過前幾年的熱烈討論認(rèn)識上趨于統(tǒng)一,認(rèn)識到工業(yè)性烴源巖不必很厚,但總有機(jī)碳含量(TOC)應(yīng)大于等于0.4%～0.5%[24]。近年來,基于大量的生排烴實(shí)驗(yàn)研究,建立了海相烴源巖及再生烴源的多元生烴動態(tài)演化模式[25],發(fā)現(xiàn)不同類型古油藏及分散可溶有機(jī)質(zhì)的再生烴氣能力有差異,其與巖性、賦存形式、物性及演化程度等密切相關(guān),并證實(shí)了可溶有機(jī)質(zhì)再生烴過程是干酪根生烴的延續(xù),當(dāng)其達(dá)到高過成熟時,是輕烴的主要來源。

有機(jī)質(zhì)熱史能否有效恢復(fù)關(guān)系到烴源(巖)的成烴成藏過程及潛力分析的有效性,是動態(tài)分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié),但各種古溫標(biāo)的地質(zhì)應(yīng)用一直存在缺陷。如何將記錄不同溫度的古溫標(biāo)有效組合,綜合反演復(fù)雜的溫度史,是目前復(fù)原盆地?zé)崾芬粋€可行途徑,如選出鏡質(zhì)體/瀝青反射率、伊利石結(jié)晶度、包裹體均一溫度和(U-Th)/He年齡等古溫標(biāo),以及 H/C原子比、生烴活化能等輔助指標(biāo),建立了烴源巖熱史恢復(fù)指標(biāo)體系,開展了川東北地區(qū)熱史恢復(fù)、剝蝕量計(jì)算和普光氣田成藏過程分析,取得了良好效果[26]。

1.4 海相烴源巖的勘探理論

一個國家油氣工業(yè)的儲量主要取決于探明的大中型油氣田的多少,而優(yōu)質(zhì)烴源巖的存在與否則是一個盆地能否形成大中型油氣田的物質(zhì)基礎(chǔ)。早在20世紀(jì)50—60年代,我國學(xué)者就提出了“陸相生油”理論、“源控論”和“選凹定帶”的勘探方法,發(fā)現(xiàn)了大慶、勝利等一批大中型油田,證實(shí)了陸相地層能夠形成大油田。步入21世紀(jì)以來,海相油氣勘探也取得重大突破,塔河油田、靖邊氣田和普光氣田等相繼發(fā)現(xiàn)都證實(shí)了該領(lǐng)域的巨大潛力。毋庸置疑,這些油氣田的形成密切受優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育及分布控制。在塔里木,寒武系—奧陶系的優(yōu)質(zhì)烴源巖是塔河、塔中等大中型油氣田的主要來源[24,27-28]。下寒武統(tǒng)、下志留統(tǒng)和二疊系的優(yōu)質(zhì)烴源巖為四川盆地眾多天然氣田的形成提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)[3,29]。

國外富油氣的區(qū)域分布同樣受制于優(yōu)質(zhì)烴源巖的時空展布。在伏爾加—烏拉爾油區(qū),羅馬什金、阿爾蘭等大油田都產(chǎn)在 TOC≥2.0%的上泥盆統(tǒng)烴源巖范圍內(nèi),西西伯利亞盆地巨大石油儲量的80%來自侏羅系的Bazhenov組烴源巖(TOC為7%～11%,厚度介于20～25 m)[30];下志留統(tǒng)底部富有機(jī)質(zhì)“熱”頁巖(TOC達(dá)17%,厚度小于等于25 m)是北非古生界烴類的80%～90%的來源[11]。顯然,富油氣區(qū)的大油氣田主要來自幾米至數(shù)十米厚的異常富有機(jī)質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源巖貢獻(xiàn)。全球中、古生界海相烴源巖構(gòu)成了全球80%以上油氣儲量,其中油氣富集區(qū)主力烴源巖多以這種富有機(jī)質(zhì)層段出現(xiàn),厚度一般小于30 m[31]?；跓N源巖的控制作用,國外學(xué)者提出了以“源”為核心的含油氣系統(tǒng)[32],其在預(yù)測含油氣區(qū)帶和油氣藏分布等方面顯示出良好效果,現(xiàn)已成為國外一項(xiàng)重要的勘探方法。從強(qiáng)調(diào)“烴源巖的關(guān)鍵作用——決定一個地區(qū)有沒有油氣的根本前提”而言,此勘探理論較其早10 a提出的“源控論”并無本質(zhì)上的區(qū)別。這一切皆表明優(yōu)質(zhì)烴源巖研究對富含油氣盆地的重要性,優(yōu)質(zhì)烴源巖層及其“生烴灶”控制著大中型油氣田的形成與分布,又是各國非常規(guī)油氣的主要勘探目標(biāo)。這也同樣表明,源控論或含油氣系統(tǒng)并不存在“海相與陸相”之分和“適與不適”之爭,關(guān)鍵是否與地質(zhì)實(shí)際相符。與國內(nèi)外中新生代盆地不同,我國中古生界海相層系在多期構(gòu)造和高過成熟等地質(zhì)背景下普遍存在烴源巖形成環(huán)境的多樣性、沉積(沉降)與生烴中心的差異性、成烴轉(zhuǎn)化的多元性和成藏改造的多期性之特點(diǎn),這就要求在源控論或含油氣系統(tǒng)的區(qū)域勘探思路上賦予更多的內(nèi)涵和特色,得以更加完善和升華,達(dá)到各成藏條件的綜合、動態(tài)分析效果,如油氣成藏體系[33]等跳出傳統(tǒng)含油氣系統(tǒng)的局限,更適合于中國海相油氣地質(zhì)的特殊性,對油氣地質(zhì)理論的完善和勘探指導(dǎo)更具現(xiàn)實(shí)意義。

2 海相烴源巖研究面臨的挑戰(zhàn)和展望

烴源問題是海相烴源巖研究的核心問題。干酪根晚期成烴理論是常規(guī)油氣生成演化規(guī)律的核心,以此衍生的油氣潛力評價(jià)方法成為近代油氣勘探的主要指導(dǎo)思想和準(zhǔn)則,也取得了重要成效。長期以來,我國海相油氣勘探中,烴源巖評價(jià)、油氣源對比及資源評價(jià)等主要集中在“巖”上,均以干酪根為主的生烴理論基礎(chǔ)上,致使:①發(fā)育多套烴源巖仍不能確定其有效性;②找到了大油氣田還不清楚其主要來源;③資源潛力有較大不確定性和認(rèn)識上的分歧等,這給干酪根晚期生烴理論提出了挑戰(zhàn)。

近年來的研究揭示南方、塔里木盆地的多元生烴轉(zhuǎn)化過程,認(rèn)識到干酪根晚期成烴理論模式忽略了可溶有機(jī)質(zhì)對油氣田形成的貢獻(xiàn),已證實(shí)再生烴源是中國高演化海相層系油氣富集成藏的重要來源之一,無論分散型還是聚集型都可成為油氣成藏的主要來源,如普光氣田有原油裂解氣的重要貢獻(xiàn)是基本共識。

對傳統(tǒng)理論更多的質(zhì)疑主要來自國內(nèi)外深層油氣田(藏)的發(fā)現(xiàn),尤其是塔里木盆地塔深1井深入地底8 000 m左右處仍存在液態(tài)烴,傳統(tǒng)理論對類似深層油氣的埋藏深度和烴類相態(tài)分布無法合理解釋,包括生烴演化過程及其影響因素、生烴死亡線等關(guān)鍵問題。顯然,深層油氣的形成與分布較中淺層更加復(fù)雜,所涉及參數(shù)并不“主要是有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)和溫度對時間的關(guān)系”,還受深層流體壓力、相態(tài)和空間因素的影響。目前,對深層多元生烴機(jī)制及其示蹤技術(shù)仍處于探索階段,對再生烴烴源的生排烴過程、運(yùn)聚機(jī)理和天然氣富集規(guī)律等尚不清楚,跳出傳統(tǒng)的源巖及其干酪根研究向多元生烴轉(zhuǎn)化和動態(tài)示蹤轉(zhuǎn)變是海相烴源(巖)研究的一項(xiàng)重要任務(wù),也是勘探所需的必然發(fā)展趨勢。

有關(guān)烴源巖評價(jià)方面,同樣需要突破常規(guī)研究思路和評價(jià)方法,加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)烴源巖形成機(jī)理和動態(tài)、綜合分析研究。海相優(yōu)質(zhì)烴源巖形成機(jī)理研究雖已取得一些進(jìn)展,但仍處在探索階段,還存在發(fā)育層位時代不清,沉積環(huán)境不清,母質(zhì)不清和控制因素層次不清等眾多科學(xué)問題。烴源巖動態(tài)分析技術(shù)中,熱史恢復(fù)技術(shù)還存在不確定性,有些古溫標(biāo)如(U-Th)/He、自由基濃度和聲發(fā)射的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用研究等剛剛起步,再生烴源的多元生烴動態(tài)演化模式尚需勘探實(shí)踐的檢驗(yàn),高過成熟和碳酸鹽巖烴源巖的測井識別技術(shù)的理論假設(shè)有待完善。

因此,從不同的時空尺度上,從動力學(xué)背景、地質(zhì)環(huán)境與生物演化的耦合關(guān)系以及有機(jī)質(zhì)富集動力學(xué)分析,深入研究海相優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)理,提出發(fā)育模式,并借助于當(dāng)前先進(jìn)的質(zhì)譜、激光和電子顯微等分子級或微區(qū)原位分析技術(shù),深化優(yōu)質(zhì)烴源(巖)層中有機(jī)質(zhì)類型及其賦存狀態(tài)、礦物組成和沉積微觀結(jié)構(gòu)等研究,探索具有特殊生源、環(huán)境意義的生物標(biāo)記物,既有助于追溯生烴母質(zhì)的來源和演化,又對進(jìn)一步揭示海相烴源巖質(zhì)量的控制因素和形成機(jī)理可能是一個重要突破口,也對非常規(guī)油氣藏的勘探研究提供更豐富的地球化學(xué)信息。通過某一套烴源(巖)的不同地區(qū)同一時期或同一地區(qū)不同時期熱史、生烴成藏史的有效恢復(fù)及多元生烴動態(tài)演化模式的合理應(yīng)用,進(jìn)而按照活動論的觀點(diǎn)從形成機(jī)理、多元生烴轉(zhuǎn)化到多期聚集成藏進(jìn)行動態(tài)、綜合評價(jià),這對我國海相層系中預(yù)測烴源巖的有效性、資源潛力及豐富成烴成藏理論等方面將產(chǎn)生重要影響。

3 結(jié)束語

綜上所述,通過“十五”、“十一五”的攻關(guān)研究和勘探實(shí)踐,中國海相烴源巖的理論研究、評價(jià)技術(shù)均取得了長足的發(fā)展,認(rèn)識到地質(zhì)環(huán)境和生物演化對海相優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的協(xié)同控制作用,揭示了中國古生界海相碳酸鹽巖層系在多期構(gòu)造背景下的多元生烴轉(zhuǎn)化及其多期成藏作用機(jī)理,發(fā)展并完善了高過成熟海相烴源巖的有效識別和動態(tài)評價(jià)技術(shù)。這些成果的取得是中國特色海相碳酸鹽巖生烴成藏理論的重要補(bǔ)充和勘探技術(shù)的進(jìn)步。

然而,中國烴源巖研究仍面臨著眾多挑戰(zhàn):找到了大油氣田但其主力烴源巖尚不清楚、深層油氣生成及其保存機(jī)制尚無揭示、資源潛力預(yù)測仍存在不確定性等,未來的發(fā)展必需借助于國家能源需求和由油價(jià)高位波動等帶來的長期持續(xù)的油氣勘探高投入和穩(wěn)定發(fā)展,把握生烴成藏的核心問題和勘探開發(fā)實(shí)際需求,切實(shí)需要將成烴與成盆、成藏作為一個含油氣系統(tǒng)來動態(tài)研究烴源巖問題。

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Progress and challenges in the research of marine hydrocarbon source rocks

Tenger

(Petroleum Geology Department,W uxi B ranch of Ex ploration and Development Research Institute,Sinopec,W uxi,J iangsu214151,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME 31,ISSUE 1,pp.20-25,1/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Hydrocarbon kitchens and source rocks with high quality play such dominant roles in the formation and the distribution of middle to large hydrocarbon fields that their identification and prediction will directly influence the appraisal of resource volume and the selection of exploration strategies.This discussion focuses on the main progress achieved in the research of marine hydrocarbon source rocks in this decade from aspects of deposition environment,mechanisms of hydrocarbon generation and expulsion,evaluation methods and their contribution to petroleum exploration.Specifically,the progress includes the related concepts of multiple-source hydrocarbon generation and dispersed soluble organic matter,new methodologies and their geologic application of comprehensive geochemical recognition and geobiological evaluation system,dynamic modeling of marine organic matter enrichment,and dynamic evolution modeling of multiple source rocks.Moreover,this paper discusses the challenges facing the traditional hydrocarbon generation theories and higher requirements for hydrocarbon generation and accumulation theories adaptable for the exploration in superimposed basins.

China,marine faies,quality source rock,formation mechanism,multi-source hydrocarbon generation,dynamic analysis, exploration theory

國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目“地質(zhì)環(huán)境及生物演化與海相優(yōu)質(zhì)烴源巖形成”(編號:40839910)。

騰格爾,1967年生,高級工程師,博士;現(xiàn)主要從事油氣地質(zhì)和有機(jī)地球化學(xué)研究工作。地址:(214151)江蘇省無錫市惠錢路210號無錫石油地質(zhì)研究所。電話:(0510)83212379,13812089667。E-mail:tenger67@sina.com

騰格爾.中國海相烴源巖研究進(jìn)展及面臨的挑戰(zhàn).天然氣工業(yè),2011,31(1):20-25.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.01.004

(修改回稿日期 2010-11-15 編輯 羅冬梅)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.01.004

Tenger,senior engineer,born in 1967,holds a Ph.D degree,being engaged in research of petroleum geology and organic geochemistry.

Add:No.210,Huiqian Rd.,Wuxi,Jiangsu 214151,P.R.China

Tel:+86-510-8321 2379E-mail:tenger67@sina.com