王曉梅,張水昌,王華建,蘇勁,何坤,王宇,王曉琦
(1.中國石油天然氣股份有限公司油氣地球化學重點實驗室,北京 100083;2.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)
烴源巖非均質(zhì)性及其意義
——以中國元古界下馬嶺組頁巖為例
王曉梅1,2,張水昌1,2,王華建1,2,蘇勁1,2,何坤1,2,王宇1,2,王曉琦2
(1.中國石油天然氣股份有限公司油氣地球化學重點實驗室,北京 100083;2.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)
以中國元古界下馬嶺組頁巖為例,基于野外露頭、鏡下觀察和地球化學特征分析,對不同尺度的烴源巖非均質(zhì)性及烴類的微觀賦存特征進行研究。巖石圈板塊運動和古緯度位置導致烴源巖宏觀旋回性和非均質(zhì)性,天文軌道力控制的氣候變化可能是導致烴源巖微觀非均質(zhì)性的最主要原因。因此,烴源巖非均質(zhì)性是恒定存在的,不僅體現(xiàn)為有機質(zhì)含量的差異,還包括碎屑物來源和孔隙度的差異。在油氣資源評價,尤其是非常規(guī)油氣資源評價時需要充分考慮烴源巖的非均質(zhì)性。烴源巖非均質(zhì)性特征為油氣生成、排驅(qū)和儲集提供了良好的“源儲組合”,為估算非常規(guī)油氣經(jīng)濟可采儲量提供了新的參考指標。因此烴源巖非均質(zhì)性的定量化研究對非常規(guī)油氣形成機理及資源量預測具有重要意義。圖7參28
頁巖;烴源巖;非均質(zhì)性;有機質(zhì)紋層;源儲組合;非常規(guī)油氣資源評價;元古界;下馬嶺組
引用:王曉梅,張水昌,王華建,等.烴源巖非均質(zhì)性及其意義:以中國元古界下馬嶺組頁巖為例[J].石油勘探與開發(fā),2017,44(1):32-39.
WANG Xiaomei,ZHANG Shuichang,WANG Huajian,et al.Significance of source rock heterogeneities:A case study of Mesoproterozoic Xiamaling Formation shale in North China[J].Petroleum Exploration and Development,2017,44(1):32-39.
石油工業(yè)誕生100多年以來,烴源巖曾2次引起學術界和工業(yè)界的廣泛關注和聚焦研究。第1次為20世紀70年代干酪根成烴理論的出現(xiàn),富有機質(zhì)泥頁巖被認為是油氣生成的主力源巖[1],由此形成了“源控論”的勘探理念。第2次為20世紀末—21世紀初美國非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術的重大突破,富有機質(zhì)泥頁巖被認為是頁巖油氣的有效儲集體[2-3],由此形成了“源儲一體”的新認識。近十幾年來,世界范圍內(nèi)的深層和古老海相地層不斷獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)[4-7],突破對油氣勘探地層極限、深度極限以及潛力極限的傳統(tǒng)認識。因此,勘探家和科學家們的視角再次聚焦于烴源巖,從其形成所經(jīng)歷的生物地球化學過程出發(fā),從“大氣、陸地、海洋”綜合一體和相互作用的角度,討論有機質(zhì)富集、烴源巖形成和生儲組合的控制因素[8-11]。
近年來,一些專家學者逐漸意識到優(yōu)質(zhì)烴源巖往往是富有機質(zhì)泥頁巖與貧有機質(zhì)硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖等的互層沉積。如中國華北中元古界下馬嶺組[11]、中國華南下二疊統(tǒng)大隆組[12]、英格蘭西南部下侏羅統(tǒng)Blue Lias組[13],以及全球各地均廣泛發(fā)育的白堊系Campanian階富有機質(zhì)頁巖[14]等。進一步研究表明,烴源巖非均質(zhì)性并不是雜亂無章的,而是有著明確的規(guī)律可循。地球歷史以來的沉積記錄顯示烴源巖具有明顯的空間和時間分布性。其空間分布特征被認為與巖石圈板塊運動的威爾遜旋回有關[15],同時也與古緯度地理位置有關[11];而時間分布特征則被認為與天文軌道力驅(qū)動的氣候旋回有關[11]。Wagner等人對大西洋兩側(cè)白堊系烴源巖的研究證實,烴源巖非均質(zhì)性明顯受控于古氣候變化和米氏旋回[9,14,16]。近期對下馬嶺組的研究證實,這種控制作用同樣適用于14億年前的中元古代[11]。從時間尺度上來講,大旋回可達1×106~1×107年,表現(xiàn)為不同地質(zhì)歷史時期的烴源巖發(fā)育;中旋回可達1×104~1×105年,表現(xiàn)為富有機質(zhì)泥頁巖與貧有機質(zhì)沉積物的互層;小旋回在1×103年以下,為鏡下可見的富有機質(zhì)紋層和碎屑層的交互。因此,烴源巖的宏觀旋回性和非均質(zhì)性與巖石圈板塊運動、天文軌道力和古緯度位置等密切相關。而與有機質(zhì)紋層發(fā)育有關的微觀非均質(zhì)性特征則被認為與氣候冷暖干濕的周期性變化有關。近64萬年以來的記錄顯示,這種控制海洋及陸地初級生產(chǎn)力的古氣候變化多為季風型,是一種多周期疊加的準周期變化,既有幾十年的短周期變化,也存在幾百年至幾萬年的較長周期變化,其控制因素同樣與太陽輻射和洋流變化有關[11]。因此,這些宏觀和微觀的非均質(zhì)性特征可能都受控于恒定存在的地球本身的作用力。這些不同尺度上的控制作用最終導致了非均質(zhì)性烴源巖的發(fā)育。
這些前期研究是定量認識烴源巖非均質(zhì)性及變化尺度的基礎,超出了早期從初級生產(chǎn)力、保存環(huán)境和沉積速率等少量參數(shù)進行定性研究的范疇[17]。但這些不同尺度烴源巖非均質(zhì)性(尤其是在非常規(guī)油氣勘探領域)的定量研究,其油氣成藏意義如何,還少有人討論。本文以中國元古界下馬嶺組烴源巖為例,從有機巖石學、地球化學和烴類運移的角度描述烴源巖非均質(zhì)性及其在油氣成藏中的意義。
下馬嶺組主要分布于中國華北的燕遼坳陷[18](見圖1)。最新測得下馬嶺組凝灰?guī)r和斑脫巖的鋯石年齡分別為(1 384.4±1.4)Ma和(1 392.2±1.0)Ma,表明是元古代沉積的一部分,并由此推算當時的沉積速率大約為(6.6±1.4)mm/103a[11]。張家口下花園地區(qū)下馬嶺組與下伏鐵嶺組和上覆侏羅系不整合接觸,厚度約為470 m,其中總有機碳含量(TOC值)大于1%的富有機質(zhì)頁巖累計厚度超過200 m,而成熟度(等效Ro值)僅為0.6%,處于低成熟階段。
圖1 中國華北下馬嶺組露頭分布圖(據(jù)文獻[18]修改)
下馬嶺組中下部發(fā)育厚約50 m的硅質(zhì)巖與黑色頁巖交互沉積,其中黑色紙片狀頁巖的TOC值最高可達24%,氯仿瀝青“A”含量最高可達8 800 μg/g以上,含油率超過10%,達到油頁巖標準[19]。
1.1 露頭特征
下馬嶺組低成熟度的厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖在露頭上表現(xiàn)出非常明顯的非均質(zhì)性沉積特征,這種非均質(zhì)性主要體現(xiàn)在大、中2種尺度上。在大尺度上,自上而下依次表現(xiàn)為貧有機質(zhì)與富有機質(zhì)間互(1段)、富有機質(zhì)(2段)、貧有機質(zhì)與富有機質(zhì)間互(3段)、貧有機質(zhì)(4段及以下)4個沉積單元,據(jù)此將下馬嶺組上部350 m的沉積物分為4段(見圖2)。在中尺度上,各個沉積段表現(xiàn)出略有差異的韻律性沉積特征,上部1段(0~75 m)主要為黑色頁巖與青色泥巖、綠色粉砂質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r間互,中部2段(75~242 m)主要為黑色頁巖與薄層灰色頁巖或綠色泥巖間互,中下部3段(242~305 m)主要為黑色頁巖與硅質(zhì)巖或綠色泥巖間互,下部4段(305~350 m)主要為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖與綠色粉砂質(zhì)泥巖間互。除4段以外,黑色頁巖在下馬嶺組發(fā)育非常普遍,并與其他類型的沉積物間互沉積。根據(jù)下馬嶺組3段的沉積速率((6.6±1.4)mm/103a)進行估算,下馬嶺組4個大的沉積旋回所經(jīng)歷的時間分別為11.4 Ma、25.3 Ma、9.5 Ma和7.0 Ma,厘米級厚度的黑色頁巖和間互沉積物的沉積旋回時間分別為數(shù)千年至數(shù)萬年不等,這種大、中尺度的沉積旋回被認為是與地球軌道力控制的米氏旋回和古緯度位置控制的哈德里環(huán)流有關[11]。有效烴源巖的空間分布則更多受控于盆地結(jié)構(gòu),如下馬嶺組黑色頁巖主要分布在坳陷區(qū)內(nèi)的斜坡和盆地相(見圖1)。
圖2 張家口下花園地區(qū)下馬嶺組沉積物的非均質(zhì)性特征
1.2 顯微特征
通過正交偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),下馬嶺組沉積物中的層理和紋理結(jié)構(gòu)普遍可見。反射光下富有機質(zhì)紋層多呈黑色、棕黃色、棕褐色,單層厚度約為10~150 μm,呈連續(xù)或不連續(xù)的波紋狀和褶皺狀;而間互層貧有機質(zhì)碎屑層多呈黃色、土黃色,可見明顯的石英顆粒和黃鐵礦立方體顆粒。在富有機質(zhì)黑色頁巖中(見圖3a、圖3b),有機質(zhì)紋層多為黑色,單層厚度較大,有機質(zhì)含量明顯高于碎屑礦物層,且間互頻率很高;在貧有機質(zhì)硅質(zhì)巖(見圖3c、圖3d)、灰綠色泥巖(見圖3e)和綠色泥巖(見圖3f)中,有機質(zhì)紋層多為棕黃色和棕褐色,單層厚度略小,有機質(zhì)含量明顯高于碎屑礦物層,且間互頻率略低。鏡下結(jié)果也顯示在下馬嶺組多數(shù)沉積物中,不同巖性沉積物在有機質(zhì)紋層數(shù)量和碎屑礦物晶粒特征方面均存在明顯差異(見圖2巖石薄片照片)。上述研究表明下馬嶺組頁巖的微觀非均質(zhì)性特征體現(xiàn)為有機質(zhì)含量和碎屑物來源的差異。這種時間周期在數(shù)年至數(shù)十年之內(nèi)的微觀尺度非均質(zhì)性,可能代表了氣候的冷暖干濕交替對初級生產(chǎn)力、碎屑物來源和有機質(zhì)埋存的控制作用。
圖3 下馬嶺組烴源巖有機巖石學特征
通過掃描電鏡觀察和能譜結(jié)果鑒定,富有機質(zhì)頁巖中的有機質(zhì)條帶清晰可見,厚度約為10~20 μm(約為間互碎屑層厚度的一半)。以圖4中的a、b兩點為例,位于有機質(zhì)條帶上的a點的碳原子百分比高達70%以上,而碎屑層則在1%以下;而b點的硅原子百分比可達27.4%,硅氧原子比約為1∶2.48,低于石英顆粒的1∶2.0,但高于硅酸鹽的1∶3.0,表明該礦物可能為含硅酸鹽的黏土礦物。結(jié)果同時還顯示有機質(zhì)條帶較為致密,孔隙度較低,且多為5 μm以下的微孔隙或納米孔隙;而在間互的碎屑層孔隙和微裂縫較為發(fā)育,尺寸多在微米級(見圖4)。碎屑層的微裂縫或孔隙形態(tài)雖不規(guī)則,但可以橫向連通形成層狀孔隙和層間微縫。
基于含油樣品的電子束荷電效應,利用聚焦離子束-掃描電鏡(FIB-SEM)的背散射截面二次成像法,觀測到下馬嶺組黑色頁巖中游離烴類的原位分布特征。該方法的空間分辨率可達準納米級(小于1×10-6m),檢出限可達飛摩爾以下(小于1×10-12mol),檢出效果及檢出限要求明顯優(yōu)于常規(guī)的熒光、能譜等方法,能克服樣品非均質(zhì)性導致的分析區(qū)代表性差的問題,實現(xiàn)超痕量游離烴賦存狀態(tài)的原位成像[20]。檢測結(jié)果顯示游離烴主要以條帶狀或團塊狀亮斑的形式存在(見圖5)。團塊狀亮斑尺寸多在5 μm以下,呈星散狀分布,可能代表了游離烴在有機質(zhì)條帶和碎屑層內(nèi)微孔隙的聚集。條帶狀烴類尺寸可達數(shù)十微米,且附近多見碎屑礦物顆粒,可能代表了游離烴在微裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育的碎屑層中的聚集。在近裂縫位置或者黑色頁巖與硅質(zhì)巖的過渡位置可以觀測到更為明顯的游離烴聚集情況(見圖5a、圖5c),且遠高于黑色頁巖層本身的烴類聚集量,表明有機質(zhì)生成的游離烴類已經(jīng)開始向鄰近碎屑層或裂縫位置運移,但有機質(zhì)成熟度較低,生成的烴類有限,仍處于早期運移階段。因此,游離烴和有機質(zhì)條帶的分布體現(xiàn)了烴源巖的非均質(zhì)性和烴類的生儲運特征。
圖4 下馬嶺組灰黑色頁巖(290.4 m)有機質(zhì)層和碎屑層的間互沉積和孔隙特征(a—有機質(zhì)層中能譜測定點,b—碎屑層中能譜測定點)
圖5 下馬嶺組沉積物中游離烴賦存狀態(tài)
1.3 地球化學特征
對下馬嶺組沉積物進行高精度地球化學分析,結(jié)果表明沉積物巖石類型和地球化學變化特征幾乎完全一致。以最為典型的第3段為例,沉積物從TOC值3.0%以上的黑色頁巖到1.0%以下的硅質(zhì)巖頻繁變化,表征烴類生成潛力的氫指數(shù)值與TOC值的變化趨勢一致(見圖6)。SiO2含量可以表征碎屑石英或硅酸鹽礦物組成,其變化趨勢與TOC值恰好相反,這與鏡下觀察到的碎屑礦物與富有機質(zhì)紋層互層沉積的特征是完全一致的。這種沉積特征在1 m尺度內(nèi)的旋回變化可出現(xiàn)多達30次甚至更多,富有機質(zhì)頁巖的單層厚度可在1 cm以下,單層沉積物所代表的沉積年限大約為2~5萬年,與現(xiàn)代米氏旋回的歲差(2萬年)、黃赤交角(4萬年)和偏心率半周期(5萬年)相近,可能代表了多周期疊加的準周期變化。由此也證明有機質(zhì)富集和碎屑礦物的組成變化的周期性是烴源巖非均質(zhì)性的最明顯特征。
地球化學特征同樣展示出非均質(zhì)性決定烴類生排組合特征。以圖6中1 m厚的沉積旋回為例,黑色頁巖TOC平均值為4.49%,而間互硅質(zhì)巖TOC平均值僅為0.51%。黑色頁巖氫指數(shù)值(平均值287.0 mg/g)約為硅質(zhì)巖(平均值143.6 mg/g)的2倍。然而硅質(zhì)巖的烴指數(shù)(平均值20.4 mg/g)和產(chǎn)率指數(shù)(平均值0.13)均明顯高于黑色頁巖(平均值分別為9.0 mg/g、0.03)。黑色頁巖和硅質(zhì)巖的最大熱解溫度Tmax均為440 ℃,且干酪根碳同位素(δ13Ck)組成(-33.7%、-33.8%)幾乎一致,表明這兩類沉積物的有機質(zhì)母源和所經(jīng)歷的熱演化特征并無差別,它們的產(chǎn)烴過程和產(chǎn)烴指數(shù)在理論上都應該是一致的。造成硅質(zhì)巖烴指數(shù)和產(chǎn)率指數(shù)較高的原因可能是由于黑色頁巖生成的部分游離烴經(jīng)短距離運移,進入鄰近硅質(zhì)巖層并儲存,導致所測游離烴含量高于硅質(zhì)巖的實際生成烴量。這與通過FIB-SEM觀測到的結(jié)果一致,即黑色頁巖生成的游離烴類有向近鄰硅質(zhì)巖運移的趨勢。
圖6 下馬嶺組3段1 m厚沉積物高分辨率地球化學參數(shù)
圖7 強非均質(zhì)性黑色頁巖生排烴過程及儲集特征
烴源巖非均質(zhì)性給油氣資源評價帶來不確定性。傳統(tǒng)烴源巖評價是將與富有機質(zhì)泥頁巖互層的碎屑巖或碳酸鹽巖統(tǒng)一算作一整套烴源巖,可能掩蓋了真正的烴源巖信息,造成油氣資源量計算誤差。研究證實,真正對油氣生成有貢獻的巖層主要是那些富有機質(zhì)的泥頁巖[21],互層的貧有機質(zhì)巖層更多是提供烴類運移通道和儲集空間[9]。優(yōu)質(zhì)烴源巖層可能只是極薄層的褐色或黑色紋層,它們往往具有極高的有機碳豐度(碳原子百分比高達70%以上)和氫指數(shù),是真正的生烴單元(見圖7a)。而低有機質(zhì)豐度的碎屑巖或碳酸鹽巖的烴類生成量很低,甚至沒有,不應作為烴源巖的組成部分。一些研究還發(fā)現(xiàn),相對于大套的連續(xù)泥巖沉積,具有強非均質(zhì)性的頁巖沉積組合往往具有更高的生烴能力。以鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7段主力烴源巖為例,與凝灰?guī)r互層的黑色頁巖有效碳、氫指數(shù)、降解率等參數(shù)均大于相同厚度下非均質(zhì)性較弱的泥巖[22],其生烴潛力是泥巖的5~8倍。由此可見,若要獲得更為精確的資源量評價,需要充分考慮單層厚度、旋回尺度及各自的生烴潛力等源巖非均質(zhì)性特征。
從油氣排驅(qū)和儲集角度上來看,這種強非均質(zhì)性沉積物組合具有極好的優(yōu)勢。富有機質(zhì)紋層作為源生成大量的烴類,但因孔隙度較低,生成的烴類只能吸附在有機質(zhì)和巖石顆粒表面,或聚集在納米級的有機質(zhì)孔和礦物晶間孔中,油氣儲集能力很低?;拥乃樾紟r和碳酸鹽巖富含孔隙,可以儲集近源生成并運移過來的烴類,其儲集能力是富有機質(zhì)層的百倍以上(見圖7b),另外紋層間形成的裂縫可以作為運移通道,把油氣運移出去,由此構(gòu)成優(yōu)質(zhì)的源儲組合(見圖7c)。例如,濟陽坳陷沙三、沙四段頁巖中,上下鄰層頁巖有機質(zhì)含量高,生油窗內(nèi)的富有機質(zhì)頁巖生油能力強,所生成的原油只需經(jīng)過極短距離的運移即可進入夾層聚集或排出,所以油氣開發(fā)的關注重點應該是那些夾層[23]。因此,非常規(guī)頁巖油氣的儲集空間可能不僅限于傳統(tǒng)意義上作為儲集層的大裂縫和大孔隙,也不是前人在富有機質(zhì)層段內(nèi)發(fā)現(xiàn)的納米級有機質(zhì)微孔[24],而是具有強非均質(zhì)性烴源巖夾層中的微米級層間孔隙和裂縫,它們除了作為儲集空間外,更是作為運輸通道把生成的油氣輸送出去。
強非均質(zhì)性的頁巖組合有利于儲集層改造和頁巖油氣流的形成。一方面是由于夾層的脆性礦物或碳酸鹽含量較高,對烴類的吸附作用較小,游離烴類的比例較高;另一方面,生烴過程生成的大量水溶性有機酸陰離子和酚類通過提供氫離子和絡合金屬可以對夾層碳酸鹽和磷酸鹽礦物進行溶蝕,產(chǎn)生微孔隙、微裂縫,提高孔隙連通性(見圖7c)。研究發(fā)現(xiàn),有機碳含量約7%的頁巖在生烴演化過程中,通過消耗35%的有機碳就可使得頁巖孔隙度增加4.9%[3]。沾化凹陷沙三段有機質(zhì)豐度與孔隙度呈正相關[25],這些增加的孔隙并不全部來自于富有機質(zhì)層段的納米級有機質(zhì)孔,更可能來自于互層的碎屑巖或碳酸鹽巖層。由此也解釋了為何低有機質(zhì)含量夾層的生產(chǎn)特征往往要好于高有機碳含量的巖層[26]。
綜上所述,強非均質(zhì)性烴源巖的夾層才是頁巖油氣賦存的有利場所,夾層的分布和發(fā)育程度是影響頁巖油氣儲集量的關鍵所在。在非常規(guī)油氣勘探和開發(fā)過程中,不僅需要關注盆地的構(gòu)造分布特征[27]、后期生物改造[28],更為重要的是要尋找具有高有機碳含量和合適成熟度,并具有強非均質(zhì)性的頁巖-碎屑巖/碳酸鹽巖組合。
應該重新審視烴源巖非均質(zhì)性對油氣生成和成藏的影響,尤其是對油氣資源評價的參數(shù)選擇和計算方法,更需要做出一定的修訂。傳統(tǒng)的資源評價是把各種與富有機質(zhì)泥頁巖互層的巖性組合算作一整套烴源巖,在一定程度上掩蓋了真正的烴源巖信息,造成資源量計算偏差。同時又忽視了互層硅質(zhì)巖和碳酸鹽巖的油氣運移和儲集能力,給油氣資源評價的結(jié)果帶來很大的不確定性,也在一定程度上降低了對非常規(guī)油氣經(jīng)濟可采儲量的估算值。本文研究認為,強非均質(zhì)性的頁巖-碎屑巖/碳酸鹽巖互層構(gòu)成了很好的源儲組合。富有機質(zhì)層作為源巖生成大量烴類,夾層的層間孔隙和裂縫提供儲集空間和排烴通道,互層的硅質(zhì)巖和灰?guī)r等作為最終儲集層形成有效的油氣層單元。在非常規(guī)油氣勘探開發(fā)中,應對烴源巖的非均質(zhì)性特征和夾層改造作用給予更多的重視。及時開展烴源巖非均質(zhì)性的定量研究和夾層改造的技術方法研究,將會有助于油氣資源評價和非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)。
[1]TISSOT B P,WELTE D H.Petroleum formation and occurrence:A new approach to oil and gas exploration[M].New York:Springer-Verlag,1978.
[2]BOWKER K A.Barnett shale gas production,Fort Worth Basin:Issues and discussion[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):523-533.
[3]JARVIE D M,HILL R J,RUBLE T E,et al.Unconventional shale-gas systems:The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):475-499.
[4]鄒才能,杜金虎,徐春春,等.四川盆地震旦系—寒武系特大型氣田形成分布、資源潛力及勘探發(fā)現(xiàn)[J].石油勘探與開發(fā),2014,41(3):278-293.ZOU Caineng,DU Jinhu,XU Chunchun,et al.Formation,distribution,resource potential and discovery of the Sinian-Cambrian giant gas field,Sichuan Basin,SW China[J].Petroleum Exploration and Development,2014,41(3):278-293.
[5]GROSJEAN E,LOVE G,STALVIES C,et al.Origin of petroleum in the Neoproterozoic-Cambrian South Oman Salt Basin[J].Organic Geochemistry,2009,40(1):87-110.
[6]CRAIG J,THUROW J,THUSU B,et al.Global Neoproterozoic petroleum systems:The emerging potential in North Africa[J].Geological Society London Special Publications,2009,326(1):1-25.
[7]BHAT G M,CRAIG J,HAFIZ M,et al.Geology and hydrocarbon potential of Neoproterozoic-Cambrian Basins in Asia:An introduction[J].Geological Society London Special Publications,2012,366(1):1-17.
[8]CRAIG J,BIFFI U,GALIMBERTI R F,et al.The palaeobiology and geochemistry of Precambrian hydrocarbon source rocks[J].Marine and Petroleum Geology,2013,40(1):1-47.
[9]WAGNER T,HOFMANN P,FL?GEL S.Marine black shale deposition and Hadley Cell dynamics:A conceptual framework for the Cretaceous Atlantic Ocean[J].Marine and Petroleum Geology,2013,43:222-238.
[10]ZHANG S C,WANG X M,WANG H J,et al.Sufficient oxygen for animal respiration 1,400 million years ago[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2016,113(7):1731-1736.
[11]ZHANG S C,WANG X M,HAMMARLUND E U,et al.Orbital forcing of climate 1.4 billion years ago[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2015,112(12):1406-1413.
[12]WU H C,ZHANG S H,HINNOV L A,et al.Time-calibrated Milankovitch cycles for the late Permian[J].Nature Communications,2013,4(9):2452-2459.
[13]RUHL M,DEENEN M,ABELS H,et al.Astronomical constraints on the duration of the early Jurassic Hettangian stage and recovery rates following the end-Triassic mass extinction (St Audrie’s Bay/East Quantoxhead,UK)[J].Earth and Planetary Science Letters,2010,295(1):262-276.
[14]BECKMANN B,FLOGEL S,HOFMANN P,et al.Orbital forcing of Cretaceous river discharge in tropical Africa and ocean response[J].Nature,2005,437(7056):241-244.
[15]TRABUCHOALEXANDRE J,HAY W W,BOER P L.Phanerozoic environments of black shale deposition and the Wilson Cycle[J].Solid Earth and Discussions,2012,3(1):29-42.
[16]HOFMANN P,WAGNER T.ITCZ controls on Late Cretaceous black shale sedimentation in the tropical Atlantic Ocean[J].Paleoceanography,2011,26(4):4223.
[17]CHOUGH S,KIM S,CHUN S.Sandstone/chert and laminated chert/black shale couplets,Cretaceous Uhangri Formation (southwest Korea):Depositional events in alkaline lake environments[J].Sedimentary Geology,1996,104(1):227-242.
[18]范文博.華北克拉通中元古代下馬嶺組地質(zhì)特征及研究進展:下馬嶺組研究百年回眸[J].地質(zhì)論評,2015,61(6):1383-1406.FAN Wenbo.Geological features and research progress of the Mesoproterozoic Xiamaling Formation in the North China Craton:A review after nearly one hundred years of study[J].Geological Review,2015,61(6):1383-1406.
[19]張水昌,張寶民,邊立曾,等.8億多年前由紅藻堆積而成的下馬嶺組油頁巖[J].中國科學:地球科學,2007,37(5):636-643.ZHANG Shuichang,ZHANG Baomin,BIAN Lizeng,et al.The Xiamaling oil shale accumulated by rhodophyta over 800 Ma ago[J].SCIENCE CHINA Earth Sciences,2007,50(4):527-535.
[20]王曉琦,孫亮,朱如凱,等.利用電子束荷電效應評價致密儲集層儲集空間:以準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組為例[J].石油勘探與開發(fā),2015,42(4):472-480.WANG Xiaoqi,SUN Liang,ZHU Rukai,et al.Application of charging effects in evaluating storage space of tight reservoirs:A case study from Permian Lucaogou Formation in Jimusar sag,Junggar Basin,NW China[J].Petroleum Exploration and Development,2015,42(4):472-480.
[21]陳建平,梁狄剛,張水昌,等.泥巖/頁巖:中國元古宙—古生代海相沉積盆地主要烴源巖[J].地質(zhì)學報,2013,87(7):905-921.CHEN Jianping,LIANG Digang,ZHANG Shuichang,et al.Shale and mudstone:Essential source rocks in the Proterozoic to Paleozoic marine basins in China[J].Acta Geologica Sinica,2013,87(7):905-921.
[22]鄒才能,楊智,崔景偉,等.頁巖油形成機制、地質(zhì)特征及發(fā)展對策[J].石油勘探與開發(fā),2013,40(1):14-26.ZOU Caineng,YANG Zhi,CUI Jingwei,et al.Formation mechanism,geological characteristics and development strategy of nonmarine shale oil in China[J].Petroleum Exploration and Development,2013,40(1):14-26.
[23]宋國奇,徐興友,李政,等.濟陽坳陷古近系陸相頁巖油產(chǎn)量的影響因素[J].石油與天然氣地質(zhì),2015,36(3):463-471.SONG Guoqi,XU Xingyou,LI Zheng,et al.Factors controlling oil production from Paleogene shale in Jiyang depression[J].Oil and Gas Geology,2015,36(3):463-471.
[24]LOUCKS R G,RUPPEL S C.Mississippian Barnett Shale:Lithofacies and depositional setting of a deep-water shale-gas succession in the Fort Worth Basin,Texas[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):579-601.
[25]姜在興,張文昭,梁超,等.頁巖油儲層基本特征及評價要素[J].石油學報,2014,35(1):184-196.JIANG Zaixing,ZHANG Wenzhao,LIANG Chao,et al.Characteristics and evaluation elements of shale oil reservoir[J].Acta Petrolei Sinica,2014,35(1):184-196.
[26]魏威,王飛宇.頁巖油氣資源體系成藏控制因素與儲層特征[J].地質(zhì)科技情報,2014,33(1):150-155.WEI Wei,WANG Feiyu.The controlling factors of shale resource system and reservoir characteristics[J].Geological Science and Technology Information,2014,33(1):150-155.
[27]CURTIS J B.Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin,2002,86(11):1921-1938.
[28]MARTIN R,BAIHLY J D,MALPANI R,et al.Understanding production from Eagle Ford-Austin Chalk System[R].SPE145117,2011.
(編輯 王暉)
Significance of source rock heterogeneities:A case study of Mesoproterozoic Xiamaling Formation shale in North China
WANG Xiaomei1,2,ZHANG Shuichang1,2,WANG Huajian1,2,SU Jin1,2,HE Kun1,2,WANG Yu1,2,WANG Xiaoqi2
(1.Key Laboratory of Petroleum Geochemistry,China National Petroleum Corporation,Beijing 100083,China; 2.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development,Beijing 100083,China)
Taking Mesoproterozoic Xiamaling Formation,Northern China as an example,the heterogeneities of source rock in different scales and hydrocarbon microscopic occurrence are studied based on observation of outcrops and observation with microscopy,and geochemical analysis.The large scale heterogeneities of source rocks are considered to be controlled by the plate movement and paleo-latitude location,while the micro-scale might be controlled by climate changes driven by the astronomical orbit.The constant existence of heterogeneities includes the differences of organic matter,debris sources and porosities.The heterogeneities of source rock should be seriously treated during the evaluation of oil and gas resources,especially the unconventional oil and gas.This kind of heterogeneous source rocks provides excellent source-reservoir assemblage of oil and gas generation,expulsion and accumulation,and new reference indexes for the economic evaluation of unconventional oil and gas.Therefore,quantitative study of the heterogeneity of source rock is of great significance for investigating formation mechanism and resource estimation of unconventional oil and gas.
shale; source rock; heterogeneity; organic laminae; source-reservoir assemblage; unconventional oil and gas resources evaluation; Mesoproterozoic; Xiamaling Formation
國家科技重大專項(2016ZX05004);國家自然科學基金(41530317)
TE122.2
:A
1000-0747(2017)01-0032-08
10.11698/PED.2017.01.04
王曉梅(1977-),女,山東濰坊人,博士,中國石油勘探開發(fā)研究院高級工程師,主要從事油氣地球化學研究。地址:北京市海淀區(qū)學院路20號,中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實驗研究中心,郵政編碼:100083。E-mail:wxm01@petrochina.com.cn
2016-07-04
2016-12-19