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珠江口盆地西部文昌B凹陷文昌組優(yōu)質烴源巖再評價*

2018-07-09 00:39張迎朝胡高偉陳亞兵
中國海上油氣 2018年3期
關鍵詞:干酪根烴源文昌

周 剛 張迎朝 陸 江 李 輝 胡高偉 陳亞兵

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

文昌B凹陷是珠江口盆地西部最富油的凹陷,自20世紀80年代以來相繼發(fā)現(xiàn)了X19-1、X19-1N、X19-6及X19-1S等油田或含油構造,其主力生油層系為始新統(tǒng)文昌組二段(簡稱文二段)中深湖相泥頁巖。長期以來,研究認為該套優(yōu)質烴源巖分布范圍較小,主要集中在凹陷中心部位[1],而在凹陷東北緣不發(fā)育[2]。2016年在文昌B凹陷東北緣珠三南斷裂上升盤鉆探X4井,在2 336~2 354 m井段文二段中發(fā)現(xiàn)了11.8 m厚的灰褐色頁巖,具有質純、性硬、較脆、頁理面光滑細膩的特征,初步判斷與珠三南斷裂下降盤凹陷中心部位X1、X2井鉆遇的文二段中深湖相優(yōu)質烴源巖特征相似。這一發(fā)現(xiàn)引起了勘探家的極大關注,但其地球化學特征如何,生烴潛力怎樣,是否屬于優(yōu)質烴源巖,這些問題均急需回答。本文通過Rock-Eval巖石評價、分子地球化學分析、地震與測井解釋及盆地模擬等技術,深入剖析X4井鉆遇的文二段灰褐色頁巖特征,旨在摸清文昌B凹陷文昌組中深湖相優(yōu)質烴源巖的展布范圍,評價其生烴潛力,為下一步勘探目標優(yōu)選提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

珠江口盆地是南海北部大陸架和陸坡上發(fā)育的新生界為主的大型沉積盆地,沉積巖厚度超過10 000 m,面積約26×104km2[3-6]。文昌B凹陷位于盆地西部的珠三坳陷,其北西以瓊海凸起為界,南東與文昌C 凹陷相鄰(圖1)。文昌B凹陷自新生代以來主要經(jīng)歷了斷陷(湖相)-斷拗轉換(半封閉濱海潮坪)-拗陷(開闊的淺海)的構造-沉積演化過程,具有典型的“下斷上坳”的半地塹結構[7-10]。其中,始新世裂陷期珠江口盆地西部構造應力以NW—SE向拉張伸展為主,形成了NE—SW向控凹的珠三南斷裂,該斷裂強烈的裂陷作用使湖盆水體范圍擴大,水體急劇加深,發(fā)育了文昌組河流、三角洲、濱淺湖—中深湖相沉積;特別是文二段沉積時期沉降幅度大,沉降速率達250 m/Ma,形成欠補償沉積,發(fā)育中深湖相泥頁巖,這是盆地內最主要的烴源巖,為珠江口盆地西部新生界油氣田的形成奠定了良好的物質基礎。

圖1 珠江口盆地西部文昌B凹陷及周緣構造區(qū)劃Fig.1 Tectonic units division in Wenchang B sag and its peripheral,western Pearl River Mouth basin

2 已證實的文二段優(yōu)質烴源巖特征

所謂“優(yōu)質烴源巖”是指有機質豐度高、類型好、對油氣藏有較大貢獻的烴源巖[11-12],通常將有機碳含量(TOC)等于2.0%作為其下限標準[13-16]。目前文昌B凹陷及周緣鉆遇文昌組的探井及評價井共6口,其中位于主凹中心的X1井最具代表性,該井在3 223.7~3 403.0 m井段文二段鉆遇179.3 m厚的優(yōu)質烴源巖,巖性以大套深灰色、灰褐色泥巖、頁巖為主,質純、性硬、層理較發(fā)育。分析表明,X1井文二段烴源巖有機質豐度高,TOC為1.75%~4.02%,平均值為2.98%;生烴潛量(S1+S2)為7.18~25.63 mg/g,平均值為16.07 mg/g;氫指數(shù)(IH)為332.34~682.58 mg/g,平均值為470.45 mg/g,達優(yōu)質烴源巖級別。干酪根碳同位素偏重,δ13C值為-22.13‰~-25.82‰;顯微鏡下可見大量的藻類體與無定形體,干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型為主[17-18]。鏡質體反射率(Ro)為0.63%~0.68%,平均值為0.65%,處于成熟演化階段。埋藏史-熱史模擬研究表明,該套烴源巖在埋深2 800 m左右開始進入生油門限,在珠江組二段沉積末期達到生油高峰,現(xiàn)今仍處于生油窗范圍[2,19]。生物標志化合物中可檢測到豐富的C30-4甲基甾烷(C30-4M /∑C29值為0.65~1.41,平均值為0.82),基本不含“W、T”等樹脂化合物[17-18],指示生烴母質主要來自低等水生生物。該套優(yōu)質烴源巖電測曲線與上、下巖層不同,呈現(xiàn)“三高”的特征,即高自然伽馬、高電阻率和高聲波時差;地震剖面上具有低頻、連續(xù)、強反射的特征。通過地震相類比識別追蹤,初步圈定該套優(yōu)質烴源巖的面積為60 km2,主體厚度為250~800 m[20]。

3 新鉆遇的文二段烴源巖特征

3.1 有機地球化學特征

3.1.1有機質豐度

有機質豐度是評價烴源巖優(yōu)劣的重要依據(jù),常用的有機質豐度評價指標包括TOC、S1+S2、氯仿瀝青“A”和總烴含量(HC)等[21]。X4井在2 344~2 348 m井段文二段鉆遇的灰褐色頁巖有機質豐度高,TOC為9.32%~9.44%,平均值為9.38%;S1+S2為59.72~60.18 mg/g,平均值為59.95 mg/g;IH為617.80~620.28 mg/g,平均值為619.04 mg/g??傮w來看,該井鉆遇的文二段烴源巖各項有機質豐度指標均明顯優(yōu)于其他井揭示的文二段中深湖相泥頁巖,綜合評價為優(yōu)質烴源巖(圖2)。

圖2 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖TOC和 S1+S2關系圖版Fig.2 Cossplot of TOC and S1+S2 of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

3.1.2有機質類型

有機質類型也是評價烴源巖質量的關鍵參數(shù)之一[22],目前常用的有機質類型劃分方法有干酪根鏡鑒法、干酪根穩(wěn)定碳同位素分析法、元素分析法及紅外光譜分析、巖石熱解色譜分析等[23-25]。

干酪根鏡鑒發(fā)現(xiàn), X4井文二段灰褐色頁巖薄片在反射光下可見大量棉絮狀、云霧狀或團粒狀無定形體,呈褐色—深褐色,半透明—透明狀。經(jīng)統(tǒng)計,X4井干酪根顯微組分中腐泥質含量高達93%,而陸源高等植物碎屑成分含量極少(圖3a—c),與X1、X3等井證實的文二段優(yōu)質烴源巖干酪根結構組分特征極為相似(圖3d—i),表明其母質來源主要為低等水生生物,生油潛力大。

巖石熱解分析得出的IH、氧指數(shù)(IO)和有機質最高熱解峰溫(Tmax)等參數(shù)可以快速有效地判定有機質類型。從烴源巖IH-Tmax關系圖版(圖4)可以看出,文昌B凹陷文一段烴源巖干酪根類型較差,主要為Ⅱ2—Ⅲ型;文二段烴源巖干酪根類型較好,為Ⅰ—Ⅱ1型。相比較而言,X4井新鉆遇的文二段烴源巖干酪根類型更佳,為Ⅰ型,這與干酪根鏡鑒結果一致,表明其生烴母質為低等水生生物,以生油為主。

圖3 文昌B凹陷及周緣文二段烴源巖干酪根鏡下顯微組分特征Fig.3 Microscopic characteristics of kerogen of E2w2 source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

圖4 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖有機質類型判別圖版Fig.4 Identification charts of organic matter types of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

3.1.3有機質成熟度

有機質成熟度是表征有機質向油氣轉化的熱演化程度,目前常用的有機質成熟度指標包括:①光學指標,包括Ro、瀝青反射率(Rb)、孢粉顏色、熱變指數(shù)(TAI)、牙形石色變指數(shù)(CAI)和生物碎屑反射率;②化學指標,包括Tmax、甲基菲指數(shù)(MPI)、H/C原子比值、碳同位素指標和生物標志化合物指標;③譜學指標,包括干酪根的自由基濃度、干酪根芳核平均結構尺寸和有機碳激光拉曼光譜[26-28]。其中,Ro被認為是研究有機質熱演化程度的最佳參數(shù)之一,根據(jù)Ro值可將有機質熱演化劃分為4個階段:Ro小于0.5%,為未成熟階段;Ro介于0.5%~1.3%,為成熟階段;Ro介于1.3%~2.0%,為高成熟階段;Ro大于2.0%為過成熟階段[29]。

對X4井2 344.6~2 347.1 m井段文二段灰褐色頁巖壁心樣品分離出的干酪根進行鏡質體反射率測定,結果顯示其Ro值較小,僅為0.48%~0.53%,平均值為0.51%;巖石熱解最高峰溫偏低,Tmax值為432~438 ℃,平均值為435 ℃。另外,孢粉色變指數(shù)分析結果顯示其孢粉顏色主要呈黃—深黃色,TAI值為2.5。綜合判斷該井鉆遇的文二段烴源巖處于未熟—低熟演化階段,較已證實的文二段優(yōu)質烴源巖熱演化程度低,這可能與烴源巖埋藏較淺有關。

3.2 生物標志化合物特征

3.2.1飽和烴氣相色譜特征

X4井2 344~2 348 m井段文二段灰褐色頁巖全烴氣相色譜碳數(shù)主要為nC13~nC35,以高碳數(shù)為主,主峰碳為nC27,∑C21-/∑C21+為0.51;碳優(yōu)勢指數(shù)(CPI)為1.26,奇碳數(shù)優(yōu)勢明顯,為未熟—低成熟烴源巖特征。譜圖形態(tài)總體上與X3井文二段烴源巖相似,呈不對稱雙峰型分布,而與X1井文一、二段烴源巖單峰型特征不同(圖5);可能與其埋藏淺、成熟度較低有關。

圖5 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖飽和烴氣相色譜特征Fig.5 Characteristics of full hydrocarbon gas chromatographic of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

另外,X4井鉆遇的文二段烴源巖姥植比(Pr/Ph)較高,為3.11,反映這些有機質在沉積之前或沉積期間遭受一定程度的氧化作用[30]。

3.2.2甾、萜烷分布特征

從甾、萜烷分布特征來看,X4井文二段烴源巖與鄰區(qū)X1、X3井文二段中深湖相泥巖、頁巖相似,均表現(xiàn)為C30-4甲基甾烷含量豐富,基本不含指示陸源高等植物來源的奧利烷、樹脂化合物T,這與X1井文一段淺湖相泥巖高含量樹脂化合物T、含少量C30-4甲基甾烷的特征差別較大(圖6)。通常認為高豐度的C30-4甲基甾烷是該地區(qū)文昌組中深湖相烴源巖的典型特征化合物[31],表明該套烴源巖生烴母質中有大量的低等水生生物輸入。

為了進一步認清X4井文二段烴源巖和其他井鉆遇烴源巖之間的親緣關系,選擇了5個反映母源輸入的參數(shù)進行對比,即ααα(20R)C27/C29甾烷、ααα(20R)C28/C29甾烷、∑C30-4甲基甾烷/ααα(20R)C29甾烷、OL/C30藿烷、T/C30藿烷。對比結果顯示,X4井文二段烴源巖與X1、X3井文二段中深湖相泥(頁)巖甾、萜烷指紋特征極其相似,而與X1井文一段淺湖相烴源巖差異明顯(圖7),表明X4井文二段烴源巖與已證實的文二段中深湖相烴源巖具有親緣關系。

圖6 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖飽和烴質量色譜特征Fig.6 Mass chromatograms of saturated hydrocarbon of source rocks of E2w in Wenchang B sag and its peripheral

圖7 文昌B凹陷及周緣文昌組烴源巖抽提物甾、萜烷指紋對比Fig.7 Correlations of steranes and terpanes in extracts of E2w source rocks in Wenchang B sag and its peripheral

另外,X4井文二段烴源巖Ts/Tm值僅為0.67,表明其成熟度較低;且升藿烷C3122S/(C3122S+22R)值為0.54,為低熟烴源巖特征,該參數(shù)被認為一般在進入生油門限時達到平衡值(0.57~0.62)[32]。甾烷異構化參數(shù)αααC2920S/(20S+20R)和 C2920Rββ/(αα+ββ)都是常用的成熟度判別指標,一般認為進入生油門限時(Ro約為0.60%)參數(shù)值約為0.25,至生油高峰時(Ro約為0.80%)達到平衡值,其中前者為0.52~0.55,后者約為0.70[33]。X4井文二段烴源巖αααC2920S/(20S+20R)值為0.30,C2920Rββ/(αα+ββ)值為0.34,表明有機質成熟度較低。

3.3 地震及測井響應特征

由于X4井揭露的文二段位于珠三南斷裂上升盤,且埋藏淺、厚度較薄(遠小于該區(qū)最新三維地震資料的分辨率(約26~30 m),這可能與早漸新世裂陷期構造運動使其遭受抬升剝蝕有關),導致文二段烴源巖地震相特征與上、下層段差別不明顯,與鄰區(qū)其他井鉆遇的文二段烴源巖地震相特征無法進行橫向對比。但從過井地震剖面來看,緊臨其下降盤的文二段烴源巖層段發(fā)育,其地球物理響應與文昌B凹陷中心已證實的文二段優(yōu)質烴源巖一致,均具有低頻、連續(xù)、強反射的特點,為平行—亞平行反射結構,與上、下巖層顯著不同,這反映了低能靜水還原環(huán)境下富含有機質的泥巖類沉積。其中,平行—亞平行反射結構主要為深水環(huán)境中以水平沉積為主的湖相地層反射特征;反射密集段內無不整合,表明湖相地層連續(xù)沉積,且持續(xù)沉降,無沉降間斷或構造運動[34]。

X4井揭露的文二段頁巖層自然伽馬、電阻率等測井值高于上、下巖層,測井曲線呈箱狀,與文昌B凹陷中心已證實的文二段優(yōu)質烴源巖相似(圖8)。分析認為,這種測井響應特征與富有機質頁巖中含有大量的鈾和導電性較差的干酪根及部分生成的烴類有關。

另外,X4井揭露的文二段頁巖層在地震速度譜上發(fā)生“階梯狀倒轉”,速度值明顯小于上、下巖層,與文昌B凹陷中心已證實的文二段優(yōu)質烴源巖極其相似。深湖相泥巖往往存在欠壓實帶,通常具有相對較高的孔隙度和較低的密度及地震傳播速度,所以在疊加速度譜上有一個速度基本保持不變的等速臺階,并且臺階兩端的速度比臺階平均速度要高[35]。

圖8 文昌B凹陷X4井有機地球化學綜合剖面Fig.8 Organic geochemical profile of Well X4 in Wenchang B sag

4 優(yōu)質烴源巖展布范圍及生烴潛力的再評價

在總結已證實優(yōu)質烴源巖典型特征的基礎上,采用基于地震-沉積-測井-地化等資料聯(lián)合反演的方法,對文昌B凹陷文二段中深湖相優(yōu)質烴源巖進行了識別追蹤。首先,根據(jù)構造-沉積演化控制烴源巖發(fā)育的關系,確定優(yōu)質烴源巖主要發(fā)育在珠三南斷裂下降盤文二段,其沉積環(huán)境為中深湖相;其次,通過對該區(qū)中深層低信噪比區(qū)地震資料進行重處理,資料品質、地層成像得到明顯改善,根據(jù)本區(qū)已揭示優(yōu)質烴源巖地震識別特征,對比追蹤本區(qū)優(yōu)質烴源巖橫向展布范圍;第三,利用已知優(yōu)質烴源巖與上、下巖層的巖電特征差異,快速識別未知優(yōu)質烴源巖的厚度;第四,根據(jù)有機相與優(yōu)質烴源巖發(fā)育的關系,剔除優(yōu)質烴源巖里的砂巖夾層及有機質豐度低(TOC<2.0%)、未熟(Ro<0.6%)的非優(yōu)質烴源巖,從而進一步圈定有效優(yōu)質烴源巖的范圍及厚度。結果顯示,文昌B凹陷文二段優(yōu)質烴源巖的展布范圍向東北方向擴展延伸,分布面積達105 km2,比前人預測的范圍擴大了45 km2,整體沿著珠三南斷裂呈長條狀分布(圖9);仍以主凹中心區(qū)最厚,預測最大厚度可達800 m。通過應用Trinity盆地模擬軟件,選取X4井文昌組頁巖最新巖石熱解數(shù)據(jù)、干酪根鏡鑒結果及參考研究區(qū)實鉆文昌組中深湖相泥頁巖厚度作為有效烴源巖厚度值等設置烴源巖參數(shù)條件,對文昌B凹陷東北緣新落實的文昌組優(yōu)質烴源巖進行生烴動力學模擬,結果顯示該部分新增的烴源巖以生油為主,生油量比前人預測結果增加了約40%,從而大大提升了整個文昌B凹陷及周緣的勘探潛力。

圖9 文昌B凹陷及周緣文昌組二段中深湖相烴源巖等厚圖Fig.9 Isopach map of deep lacustrine source rocks of E2w2 in Wenchang B sag and its peripheral

5 結論

1) X4井在文昌B凹陷東北緣首次鉆遇11.8 m厚的文二段灰褐色頁巖,其有機質豐度高,有機碳含量大于9.0%,達優(yōu)質烴源巖級別;有機質類型好,為Ⅰ型干酪根,以生油為主;飽和烴中富含C30-4甲基甾烷,基本不含樹脂化合物“W、T”;具有低頻、連續(xù)、強反射的地震響應及高伽馬、高電阻率和高聲波時差的測井特征,總體上與文昌B凹陷中心部位已證實的文昌組中深湖相優(yōu)質烴源巖典型特征一致,表明文昌B凹陷東北緣也發(fā)育優(yōu)質烴源巖,改變了以往優(yōu)質烴源巖分布較局限的認識。

2) 與前人預測結果相比較,重新落實后的文昌B凹陷文昌組優(yōu)質烴源巖分布面積擴大了約75%,生油量增加了約40%,大大提升了整個文昌B凹陷及周緣的勘探潛力,拓寬了勘探領域,對整個珠江口盆地西部油氣勘探具有重要意義。

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