宋新武，趙伯宇，李陶濤，段麥倫，曹健志，彭元懷

(中化石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100031)

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中馬格達(dá)雷納盆地北部Simiti層烴源巖地質(zhì)地球化學(xué)特征

宋新武，趙伯宇，李陶濤，段麥倫，曹健志，彭元懷

(中化石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100031)

哥倫比亞中馬格達(dá)雷納盆地前期的油氣發(fā)現(xiàn)主要為上白堊統(tǒng)及古近系儲(chǔ)層，2012年首次在下白堊統(tǒng)Simiti層鉆遇商業(yè)油流，為該盆地新儲(chǔ)層的綜合研究拉開(kāi)序幕。在總結(jié)前人研究基礎(chǔ)上，使用Simiti層鉆井巖屑采樣進(jìn)行巖石熱解分析和氣相色譜-質(zhì)譜分析，研究其烴源巖地球化學(xué)特征及沉積環(huán)境。研究表明，該地層為良好的烴源巖層，有機(jī)碳含量高，有機(jī)母質(zhì)構(gòu)成呈現(xiàn)出水生生物和高等植物來(lái)源的有機(jī)質(zhì)并存格局，沉積環(huán)境為低鹽度、還原環(huán)境。

中馬格達(dá)雷納盆地；烴源巖；地球化學(xué)特征；沉積環(huán)境

1　地質(zhì)概況

中馬格達(dá)雷納盆地位于哥倫比亞境內(nèi)，總面積4×104km，盆地位于中、東科迪勒拉山之間，屬狹長(zhǎng)型陸上盆地，平行于安第斯山(圖1)。該盆地曾是次安第斯山前陸盆地的一部分，隨著古近紀(jì)和新近紀(jì)期間東科迪勒拉山脈的隆升，與主要的前陸盆地分開(kāi)。盆地內(nèi)呈明顯的不對(duì)稱形式，主要沉積中心位于盆地東部[1-3]。

圖1　中馬格達(dá)萊納盆地區(qū)域構(gòu)造位置

研究區(qū)位于首都波哥大西北部，地表為叢林；構(gòu)造上位于中馬格達(dá)雷納盆地東北部(圖1)。早白堊世末期，加勒比板塊向南美西部俯沖，島弧拼貼，原科迪勒拉山脈擴(kuò)大，中科迪勒拉山脈形成。強(qiáng)烈擠壓使南美整體進(jìn)入受擠壓或熱衰減控制的坳陷階段。中生代斷層拉伸和熱沉降作用使得東科迪勒拉地區(qū)發(fā)育大套海相沉積，晚白堊世土倫階海侵達(dá)到最大范圍，缺氧環(huán)境下海相頁(yè)巖發(fā)育，為烴源巖的大規(guī)模展布提供了基本地質(zhì)條件(圖2)。

中阿爾布階-上阿爾布階時(shí)期，在區(qū)域性寬緩的構(gòu)造斜坡背景上，海平面上升，淺海環(huán)境下沉積Simiti頁(yè)巖，該套沉積物為灰黑色鈣質(zhì)泥頁(yè)巖，含海綠石，磷灰?guī)r，厚度達(dá)250～650 m，分布范圍廣，與上下巖組整合接觸。其巖性單一，白堊系沉積大多均為碳酸鹽巖沉積，陸源碎屑礦物少。薄片中可以觀測(cè)到藻類生長(zhǎng)，個(gè)頭大，說(shuō)明沉積環(huán)境安靜，為淺海半深海的沉積環(huán)境。巖心分析表明，該套地層為低孔特低滲儲(chǔ)層，經(jīng)后期熱液作用，Simiti層灰?guī)r發(fā)育晶間孔、層間縫，有方解石、黃鐵礦充填。測(cè)井響應(yīng)主要表現(xiàn)為低伽馬、低電阻、自然電位負(fù)異常等特點(diǎn)。

2　烴源巖特征分析

選取F區(qū)P-2井Simiti層的7個(gè)生油巖樣品，這些樣品深度范圍為2 697～2 917 m，巖性主要以頁(yè)巖為主。進(jìn)行巖石熱解分析和氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)分析，得到地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)(圖3)。

圖2　綜合柱狀圖

2.1頁(yè)巖主要地化特征

烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)是油氣地球化學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，主要包含三個(gè)因素：有機(jī)質(zhì)豐度和數(shù)量；有機(jī)質(zhì)類型和性質(zhì)；有機(jī)質(zhì)的成熟度。圍繞這三個(gè)因素展開(kāi)分析，評(píng)價(jià)其烴源巖特征。

2.1.1有機(jī)質(zhì)豐度

烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，即在不同沉積環(huán)境下具有不同的豐度下限。研究表明[4-6]，頁(yè)巖有效烴源巖中有機(jī)碳含量下限為0.5%。研究區(qū)內(nèi)白堊系阿爾布階Simiti層主要發(fā)育海相沉積，從巖心與測(cè)井曲線分析為陸鵬相沉積環(huán)境，符合有效烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。研究區(qū)內(nèi)Simiti層總有機(jī)碳含量較高，為1.02%～3.26%，均值為1.66%；生烴潛量均值(S1+S2)為3.07 mg/g，烴源巖熱解分析得出的有機(jī)質(zhì)生烴潛量(S1+S2)與有機(jī)碳含量相關(guān)性較好(圖4)，表明有機(jī)質(zhì)質(zhì)量好。綜合來(lái)看，該套烴源巖可劃分為“好”烴源巖。

圖3　P-2井Simiti層有機(jī)地球化學(xué)剖面

相比于有機(jī)碳含量，熱解烴含量較低，其原因可能由于成熟階段初期、經(jīng)歷強(qiáng)烈的排烴作用或有機(jī)質(zhì)類型差。

2.1.2有機(jī)質(zhì)類型

干酪跟的類型是衡量有機(jī)質(zhì)產(chǎn)烴能力的參數(shù)，決定了有機(jī)質(zhì)熱演化的產(chǎn)物特性。從干酪根的H/C對(duì)O/C的原子比關(guān)系圖上可以看出(圖5)：頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ-Ⅲ混合型。2 704～2 765 m段，熱解烴S2大于4 mg/g，有機(jī)質(zhì)主要為偏腐泥混合型，生油潛力大；2 765～2 917 m段熱解烴S2為2～4 mg/g，屬腐植型(Ⅲ型)(圖3、圖5)。最高熱解峰溫也指示相同的有機(jī)質(zhì)類型，即以偏腐泥型和腐植型為主。表明這些烴源巖中的有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)出水生生物和高等植物來(lái)源的有機(jī)質(zhì)并存的格局。

2.1.3有機(jī)質(zhì)成熟度

成熟度是描述有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)換的熱力反應(yīng)程度，鏡質(zhì)體反射率是可靠的成熟度指標(biāo)。F區(qū)烴源巖鏡質(zhì)體反射率為0.6～0.8[1]，達(dá)到成熟生烴階段。最高熱解峰溫為438 ℃～445 ℃，均值為441 ℃，處于生油窗內(nèi)(圖6)。由于干酪跟類型為Ⅱ、Ⅲ型混合型，鏡質(zhì)體反射率結(jié)果表示Simiti層處于深成作用生油階段。

圖4　有機(jī)質(zhì)生烴能力與有機(jī)質(zhì)含量交匯圖

圖5　氫指數(shù)與氧指數(shù)交匯圖

圖6　氫指數(shù)與Tmax交匯圖

生物標(biāo)志化合物隨著成熟度的增加會(huì)發(fā)生立體異構(gòu)化作用。樣品分析測(cè)驗(yàn)指示該烴源巖達(dá)到成熟作用階段。C29ααα甾烷20S/(20S+20R)值為0.44，C29甾烷ββ/(αα+ββ)值為0.52。通過(guò)上述參數(shù)分析，頁(yè)巖接近于平衡狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)處于成熟階段。

2.2生物標(biāo)志化合物特征及沉積環(huán)境分析

2.2.1族組分特征

烴源巖的族組分中飽和烴含量高，為49.6%，其次為芳烴和膠質(zhì)，瀝青質(zhì)含量低，表現(xiàn)出成熟原油的特征，具有較高含量的烴類組分和較低含量的極性組分(表1)。

表1　族組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2.2類異戊二烯型烷烴

Simiti層油源巖飽和烴餾分的氣相色譜分析結(jié)果顯示，飽和烴色譜呈單峰型(圖7)，主峰碳為nC12-nC19，呈奇偶均勢(shì)，表明地層沉積時(shí)主要為菌藻類生源輸入。姥鮫烷和植烷比值(Pr/Ph)為0.71；較低的Pr/nC17和Ph/nC18值，顯示沉積環(huán)境為還原環(huán)境，且具有一定植烷優(yōu)勢(shì)。

圖7　烴源巖樣品甾烷和萜烷質(zhì)量色譜

2.2.3伽馬蠟烷

伽馬蠟烷指示沉積時(shí)的鹽度條件，相對(duì)豐度可以指示沉積環(huán)境古鹽度的高低，但并非所有高鹽度環(huán)境和蒸發(fā)巖序列中都含伽馬蠟烷，還與水體密度分層有關(guān)。烴源巖樣品中含伽馬蠟烷，但相對(duì)含量低，Gar/C30藿烷值為0.08，說(shuō)明沒(méi)有出現(xiàn)異常的高鹽度(圖8)。

2.2.4萜類化合物

三環(huán)萜烷系列是地質(zhì)體中常見(jiàn)的生物標(biāo)志物，其含量高低與烴源巖的沉積環(huán)境密切相關(guān)。三環(huán)萜烷，特別是高碳數(shù)三環(huán)萜烷主要來(lái)自藻類，四環(huán)萜烷的含量高低反映陸源高等植物的烴源巖多少。從Simiti層抽提物中均檢測(cè)出豐富的萜烷。三環(huán)萜、四環(huán)萜分布特征顯示(圖8)，碳數(shù)分布為C19～C29(缺C27)，并以C23最高為特征，C24四環(huán)萜烷含量?jī)H次于C23，表明海相原油特征，主要來(lái)源為低等水生生物，其次為陸源高等植物。這與烴源巖有機(jī)質(zhì)類型相吻合。

五環(huán)三萜系列化合物主要由藿烷類和其他非藿烷類組成。升藿烷系列(C31～C35)豐度較高，代表低等生物的母質(zhì)輸入，整體呈現(xiàn)出階梯狀遞減的分布形式，說(shuō)明烴源巖來(lái)自還原體鹽度小的沉積環(huán)境。

圖8　烴源巖樣品甾烷和萜烷質(zhì)量色譜圖

重排藿烷的含量特別低，DiaC30H/C30H的比值為0.04，也說(shuō)明為還原環(huán)境下的沉積。

2.2.5甾類化合物

甾烷是甾醇類化合物經(jīng)過(guò)復(fù)雜的成巖改造作用轉(zhuǎn)化而成，是判別烴源巖沉積時(shí)的水體環(huán)境的重要依據(jù)。C27、C28和C29規(guī)則甾烷相對(duì)組成常用來(lái)表征有機(jī)質(zhì)的生源構(gòu)成，以C27甾烷為主的烴源巖表示低等水生生物的貢獻(xiàn)為主，以C29甾烷為主的烴源巖則表示陸源高等植物有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)有關(guān)。

在m/z質(zhì)量色譜圖上通過(guò)規(guī)則甾烷的ααα20R構(gòu)型來(lái)判斷有機(jī)質(zhì)類型(圖8)。烴源巖樣品檢測(cè)出的樣品分析結(jié)果顯示，C27甾烷含量為33%，C29甾烷含量為38%，C27、C28和C29甾烷呈不對(duì)稱的“V”分布，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)生源構(gòu)成上具有水生生物和陸源高等植物雙重貢獻(xiàn)。

弱還原-還原的環(huán)境有利于形成重排甾烷，高重排甾烷/甾烷比值是富含黏土生油巖的典型特征。由于研究區(qū)內(nèi)重排甾烷的含量隨著埋深增加而增加，所以有機(jī)質(zhì)成熟度對(duì)重排甾烷的形成有一定影響。烴源巖中重排甾烷C27/規(guī)則C27值為0.73，含量高，說(shuō)明原油來(lái)自富含黏土、弱還原-還原的沉積環(huán)境中。

3　結(jié)論

(1)中馬格達(dá)雷納盆地早白堊統(tǒng)阿爾布階Simiti層有機(jī)碳含量平均為1.66%，屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖，在盆地中廣泛分布，累計(jì)厚度較大，可能對(duì)盆地中生界石油成藏影響較大。

(2)氫指數(shù)和生物標(biāo)志化合物等結(jié)果證明，Simiti儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ-Ⅲ混合型，即偏腐泥型和腐植型共存；Tmax等數(shù)據(jù)表明烴源巖處于成熟階段。

(3)豐富的萜類和甾類化合物呈現(xiàn)出相似的屬性特征，三環(huán)萜烷以C23最高為特征，呈不對(duì)稱的“V”分布；甾類化合物中C27、C28和C29甾烷呈不對(duì)稱的“V”分布；伽馬蠟烷指數(shù)較小、升藿烷系列呈現(xiàn)出階梯狀遞減的分布形式，高重排甾烷/甾烷比值等。均顯示沉積環(huán)境中鹽度小，均顯示該層的沉積環(huán)境為低鹽度，還原的沉積環(huán)境。

(4)頁(yè)巖的原始有機(jī)母質(zhì)構(gòu)成中，既有豐富的藻類等低等水生生物，又有一定的陸生高等植物混合輸入的特征。

[1]J C Ramon, L I Dzou.Petreleum geochemistry of Middle Magadalena Valley, Colombia[J].Organic geochemistry, 1999，30：249-266.

[2]Zumberge J E. Source rocks of the La Luna Formation (Upper Cretaceous) in the Middle Magdalena Valley, Colombia[J].Petroleum Geochemistry and Source Rock Potential of Carbonate Rocks, Palacas, J.C. (Ed.) Am. Assoc. Pet. Geol., Stud. Geol. 1984，18：127-133.

[3]J C Ramon, L I Dzou, W B Hughes, etc. Evolution of the Creataceous organic facies in Colombia: implication for oil composition[J].Journal of South American Earth Sciences, 2001, 14: 31-50.

[4]Jairo Conde-Gomez, Luis-Carlos Mantilla-Figueroa, et al.Fluid migration history form analysis of filling fractures in a carbonate formation(Lower Cretaceous, Middle Magdalena valley basin, Colombia)[J].CT&F-Ciencia, Tecnologia Y Futuro, 2011, 4(3)：21-36.

[5]Peters K E, Cassa M R. Applied source rocks geochemistry[J].The Petroleum System, from source to Trap: AAPG, Memoir, 1994, 60：93-120.

[6]饒丹, 章平瀾, 邱蘊(yùn)玉.有效烴源巖下限指標(biāo)初探[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2003, 25(E1)：578-581.

編輯：趙川喜

1673-8217(2016)05-0027-05

2016-03-14

宋新武，工程師，1982年生，2012年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)從事地質(zhì)綜合研究工作。

TE125.2

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