中国南方志留系油气地质特征与勘探方向.pdf
第 2 9 卷第 1 1 期 天然气工业 中国南方 志留系 油气地质特征与勘探方 向* 肖 开 华 中国石化石油勘探开发研究院 肖开华. 中国南方志 留系油气地质特征 与勘探方向. 天然气工业, 2 0 0 9 , 2 9 1 1 1 4 . 摘 要 中国南方志 留系勘探程度较低, 制约 了对 志留系自身油气成藏特 点的研究和认 识。从烃源岩 的时空 分布、 优质烃源岩 的发育环境 、 生烃史 3个方面分析 了中国南方上奥陶统一志 留系的烃源条件 ; 分析 了志留系发育 碎屑岩、 碳酸盐岩两类储层的条件 , 对 中国南方 志 留系油 气成藏 的基本 特点进行 了总结 。该 区上 奥陶统一志 留系 优质烃源岩主要发育于上奥陶统五峰组和下志 留统龙马溪组底部 , 以好一最好烃源岩为主, 川东南一鄂西渝东区上 奥 陶统一下志留统烃源条件最好 。上述两类储层均 以低孔低 渗一特低孔低渗为特征 , 其中, 碎 屑岩是主要的储集岩 类。下志留统龙马溪组为优势盖层发育层位 , 是 一套 良好 的区域性盖层。扬子 区志 留系泥岩具有较低孔隙度、 较低 渗透率、 高突破压力、 以超微孔为主的物性和孔 隙结构特征, 现今演化程度 虽高 , 但仍具有 良好 的封盖能力。志 留系 天然气具油型气特征, 并可能与储层 中原油裂解成气有关, 至少具有 2期油气生成和运聚过程。结论认为 川东南一 鄂西渝东区为志留系天然气勘探最有利 区, 江汉平原南部冲断褶皱 区和下扬子海安地 区则为勘探有利区。 关键词 成藏条件 烃源岩 成藏特点 勘探方 向 中国南方 志留系 油型气 D0I 1 0 . 3 7 8 7 / j . i s s n . 1 0 0 0 0 9 7 6 . 2 0 0 9 . 1 1 . 0 0 1 1 成藏条件 1 . 1 烃源条 件 中 国南方上 奥陶统一 志 留系优质 烃源 岩 主要 发 育 于上 奥 陶统 五峰 组 和下 志 留统底 部 , 其 岩性 以碳 质页岩和碳硅质 页岩等 黑色 泥页 岩系 为主 。有机 碳 含量 一般大 于 0 . 5 % , 以好一 最好烃源岩 为主 。 1 . 1 . 1 烃 源岩 的 时空分 布 上 奥 陶统 五峰 组烃 源岩 厚 度不 大 , 一般 为 几米 至 十多米 , 但分 布几乎遍及 整个 扬 子 区。上 、 中扬子 区五峰组 沉积厚度很 小 , 主体呈北 东 向 的带状 分布 , 具多个 烃源岩发 育 中心 图 1 。下扬 子 区 五峰 组烃 源岩沉 积厚度 相对 较大 , 厚度一 般 为 5 0 ~2 0 0 m; 可 进一 步分 为北 部 和南 部 2个 烃 源岩 发育 中心 , 北 部 烃源岩发 育 中心 分 布于 淮 阴一高 邮 一 带 , 最 大厚 度 超过 1 0 0 m; 南 部 烃 源岩 发 育 中心 分 布 于 常 山一 苏 州一带 , 最 大厚 度超过 2 0 0 m。 下志 留统 烃 源 岩集 中分 布 于龙 马溪 组 高 家 边 组 底部 , 厚 度 一 般 为 3 0 ~ i 0 0 m, 分 布 几乎 遍 及 整 个扬 子 区 。有机 碳 含 量较 高 , 多 属 最 好 的烃 源 岩 , 为 中 国南 方 最重要 的烃源层 之 一 。 中上 扬 子 区龙 马 图 1 中国南方上奥陶统五峰组烃源岩厚度等值线 图 溪组 以黑色 笔石泥页岩为 主 , 呈 现多个烃源岩发 育中 心 图 2 。下扬子区与龙 马溪组对应 层段被称为 高家 边 组 , 主要 为浅海相黑 色硅质 泥岩 、 灰色 泥岩 , 存 在扬 州一 兴化和石台一 广德 2个烃 源岩发育中心 。 从上 奥 陶统顶 部一下志 留统底 部 烃源 岩整 体上 看 , 在 中下 扬子地 区形成 了 3个烃 源岩 发育 区 ①下 扬 子烃 源岩 发育 区 , 烃 源 岩厚 5 O ~3 0 0 m; ② 中扬 子 *本 文 受 到 中 国石 油 化 工股 份 有 限 公 司科 研 项 目 编 号 P 0 5 0 4 0 的 资助 。 作者简介 肖开华 , 1 9 6 3年生 , 高级工程师 ; 主要从事石 油天 然气地质勘探 和科研 工作。地址 1 0 0 0 8 3 北京 市海淀区花 园路 2 号牡丹园科技大厦 B座 6 1 0 1 室。电话 0 1 0 8 2 2 8 2 4 6 0 , 1 3 5 2 2 9 6 9 6 5 3 。E - ma i l x i a o k h p e p r i s . c o rn 1 天然气工业 2 0 0 9 年 1 1 月 图 2 中国南方下志留统烃源岩厚度等值线 图 烃源岩 发育 区 , 烃 源岩 厚 5 0 ~ 1 5 0 m; ③ 上扬 子 烃源 岩发育 区 , 烃 源 岩 厚 1 0 0 ~ 2 0 0 m。从 层 系 上 看 , 中 上扬 子 区下 志 留统 烃 源 岩优 于 五 峰组 , 下 扬 子 区五 峰组 烃源岩 优 于 下 志 留统 。根 据 烃源 层 优 劣 、 阶段 生烃 量 、 构造 改造程度 与 阶段生 烃量 的匹 配关 系 , 认 为川 东南鄂 西渝东 区五 峰组 一下 志 留统 烃源 条件 最好 , 其 次 为 中扬 子 的江 汉 平原 区和下 扬 子 的 苏南 滑脱 推覆 区。 1 . 1 . 2 优质 烃 源岩的发 育环境 通过 V/ V Ni 、 Ni / Co 、 8 Ce 、 8 Eu和 Co r g 等地 球化学 指标 与有机碳 含量 变化 的对 应 关 系研 究 表 明 , 彼此 间均具 有 良好 的相关 性 , 这些 指 标 的异 常 均表 明上 奥陶统一 下志 留统优 质 烃源 岩发 育 于缺 氧 环境口 。从 古气候 和古 海洋 洋 流 的研 究 结 果看 , 上 奥 陶统 五峰组 烃源岩 与下志 留统 龙 马溪组 烃 源 岩 的 发育 因素有 明显 的不 同[ 4 ] , 五 峰 组 优 质 烃 源 岩发 育 的主要 控制 因素 为上 升 洋流 , 龙 马溪 组优 质 烃 源 岩 发育 的主要 因素 为有 利 的滞 流 缺氧 环境 和 海侵 初 期 对 陆源碎 屑的抑制作 用_ 5 ] 。 1 . 1 . 3 生 烃 史 烃 源 岩 现 今 主 体 处 于 高 成 熟一 过 成 熟 演 化 阶 段 。五峰组一 下 志留统烃 源岩 生 烃史 研究 表 明 , 上 、 中 、 下 扬 子 区烃 源 岩 生 油 、 生 气 高 峰期 存 在 显 著 差 异 上扬 子 区生 油 、 生气 高 峰主要 发 生 于晚 印 支早 燕 山期 , 该 阶段 生烃量 超过 总生烃量 的 6 O ; 中扬子 区烃源 岩生油 高峰发 生于 印支 期 和 晚印支 期一 早燕 山期 , 生气高 峰则 主要发生 于燕 山期 和 喜 山期 , 下扬 子 区烃 源岩 生油高 峰时期 最早 , 为 海西 期 , 生气 高 峰 时期跨 度最 长 海 西期一 晚燕 山期 。 9 。 1 . 2储层 条件 志 留系 发育 碎 屑 岩 和碳 酸 盐岩 两 类储 集 岩 , 其 中前者是主要储集岩类 。碎屑岩储层除下志留统下 部不 发育外 , 其余 层 段 均 较 发育 , 主要 分 布 于 中、 下 扬子 区 的下 志 留统 小河 坝组 和 中志 留统 的韩 家店 组 及贵 州地 区 的翁 项 组 二 、 三段 。碳 酸盐 岩 储 层 主 要发 育于川 南一 黔北地 区下 志 留统 石牛 栏 组 。上 述 两类 储层均 以低 孔低渗特低 孔低渗 为特征 。 1 . 2 . 1 碎 屑岩储 层 志 留系碎 屑岩表 现为低 孔 、 低渗 、 孔 喉直 径小 的 特点 。扬 子 区 6条地 面 剖 面 的 1 6块 砂 岩样 品常 规 物性分析表明, 其孔隙度 为 0 . 9 3 ~1 4 . 9 4 , 平均 为 4 . 3 7 ; 渗透 率 为 0 . 0 1 4 ~ 2 3 5 . 0 0 1 0 “ m , 平 均为 1 5 . 7 2 N 1 0 ff m 。其 中 , 中、 下 扬 子 区物性 相对较 差 , 1 2块 样 品的孔 隙度为 0 . 9 3 ~5 . 7 3 % , 平 均 为 3 . 2 3 ; 渗透率 为 0 . 0 1 4 ~ 0 . 2 0 6 1 0 _ m。 , 平 均 为 0 . 0 5 1 X 1 0 m 。而上 扬 子凯 里 地 区翁项 组 物 性 则 相对 较 好 , 3块 样 品 的孔 隙 度 为 4 . 4 0 ~ 1 4 . 9 4 , 平均 为 8 . 4 4 % ; 渗 透率为 O . 0 9 6 ~2 3 5 . 0 0 1 0 m , 平均为 7 8 . 4 0 41 0 _ m 。 储 集 空 间 主要 为 粒 间孔 、 溶 蚀 孔 、 裂 缝 等 , 孔 隙 结 构特 征显示 为细孔 微 喉型 。孔 隙类 型主 要 是残余 的粒 间微孑 L 隙及 粒 内溶蚀 微 孔 隙。在 裂 缝 存 在 时 , 储 层 的孔 隙度 、 渗 透率均 有所 提 高 , 如 建深 1井 志 留 系岩 心 中发 育平缝 、 直缝 和斜 缝 多类 型 的裂缝 , 有 效 地改 善 了其 储层 物性 。 1 . 2 . 2碳 酸 盐 岩 储 层 志 留系碳 酸盐 岩储 集层 主要 发 育川 南黔北 地 区的石牛栏 组 , 岩石类 型主要 为亮 晶颗 粒灰岩 和含颗 粒 泥晶灰 岩 ] 。志 留系 石 牛栏 组碳 酸 盐岩 储 层 的储 集空间为孔洞 、 裂缝 、 晶 间孔 和 晶内孔 。对 贵州 吼滩 、 乌当两条剖 面 的 6块 石灰 岩样 品进行 了常规 物性 分 析 , 其 孔隙度为 0 . 5 7 ~2 . 5 5 9 / 6 , 平均 为 1 . 4 6 ; 渗透 率为 0 . 0 0 9 o . 9 5 5 l O - m 2 , 平均 为 0 . 1 7 3 X 1 0 m 2 , 属特低孔低 渗储层 。丁 山 1 井 石牛栏 组1 1 6 5 ~ 1 1 6 5 . 7 5 m, 岩性 为深 灰色石 灰 岩 。石灰 岩岩 心局部 溶蚀缝洞发育 , 基 质孔 隙度较 小 , 主要 为缝洞 型储 层 , 实测孔 隙度 为 1 . 5 0 ~2 . 3 9 , 平均为 1 . 8 9 。 1 . 3盖 层条件 志 留系盖层 主要 为一 套浅 海 陆棚 相一 滨 浅海相 泥岩 , 盖 层厚 度 巨大 , 分 布 稳 定 。从 纵 向上 看 , 下 志 留统 龙 马 溪 阶为 优 势盖 层 发育 层 位 , 几 乎 整套 地 层 都是 泥质 岩 , 是一 套 良好 的区域 性 盖 层 。中志 留统 韩 家店 阶 在 上扬 子 区 为较 有 利 的 盖层 发育 层 位 , 其 第 2 9 卷第 1 1 期 天然气工业 泥质岩 占地层 厚度 的比例超过 7 O 。但 后期历 经加 里东 、 海西 、 印 支和 喜 山运 动 , 局部 遭 受 了强烈 的剥 蚀 , 目前仍 保存完好 的志 留系主要 分布 于 四川盆 地 、 湘鄂 西 区各 复 向斜 的核部 、 江汉平 原 南部 及 下扬 子 区南部等地 区 。 由于中国南方不 同地 区志 留系盖层 沉 积埋藏 条 件存在 差异 , 其成岩作 用和成 岩史 也存 在一 定差 异 。 通过 6条地 面剖 面 和建深 1井 的泥 质岩 黏 土矿 物 、 伊利 石结 晶度和 有机 质 成熟 度 的分 析认 为 , 扬子 区 志 留系泥岩主体处 于 中成岩 B期一 晚成 岩期 , 其 中 , 中扬子 区成 岩演 化 程度 最 高 , 以晚 成岩 一近 变 质带 成岩 阶段 为 主 , 下 扬 子 区次 之 , 以 晚成 岩 阶段 为 主 , 上扬子 区成岩 演化 程度 相 对最 低 , 以 中成 岩 B期一 晚成 岩阶段为 主 。而建深 1 井韩家店 组获 E l 产 5 . 1 3 1 0 I T I 。 的工业 气 流表 明 , 志 留 系高 演化 泥 质 岩仍 具有 良好的封盖 能力 。 扬子区志留系盖层具有较低孔隙度、 较低渗透 率 、 高突破压 力 、 超微 孔 为 主 的特征 , 其封 盖 性 能 优 良。 从整 个 扬 子 区看 , 四 川 盆地 川 东 一 川 东 南一 黔 西北地 区现今封盖性 能最好 , 以 I类 盖层 为主 ; 中扬 子 的江 汉 平 原 南 部 以 Ⅱ类 盖 层 为 主 ; 下 扬 子 区 以 Ⅱ一 Ⅲ类 盖层 为主 。 2 成藏特点 2 . 1天然气具 油型气特征 , 并可 能与 储层 中原 油裂 解 成气 有关 川 东南 部 志 留系天 然气 属 有机 成 因气 , 具 油型 气特 征 且成 熟 度较 高 , 并 可能 与储 层 中原油 裂 解成 气有关 。主 要依 据如 下 ①根 据高 木 l 、 太 1 3井 、 丁 山 1井 和建 深 1井 志 留 系天然 气 组分 分析 , 志 留系 天然气 中以 C H 为主 表 1 , 天然气 干燥系数 大 , 为 0 . 9 4 7 ~0 . 9 9 6 , 表 明天 然气 属有 机 成 因气且 成 熟度 较高; ②正常情况下有机成因天然气碳 同位素组成 表 现为 ” C 碳同位素组成 ‰ 。 Ci C C3 。 △ ’ 。 C 2 _ l 高木 1 S 2 h 2 5 3 9 2 5 7 7 2 . 2至少具 有两期油气 生成和运 聚过程 据实测 的镜质体反射 率资料 , 志 留系烃源 岩现处 于高成熟一 过成熟 演 化 阶段 。上奥 陶统 五 峰组 和下 志留统 龙马溪组烃源岩 在早 二叠世进人 生油窗 , 中三 叠世 雷 V I 坡 期进入成烃 高峰 期 , 中晚侏罗世进入 干气 生成 阶段 , 白垩纪后 因地层抬升剥蚀而停止生烃 。 贵州省凯里 洛棉 剖面翁 三段灰 色含 油石 英砂 岩 的石英颗粒中次生包裹体发育较好。主要为气液两 相盐水包裹体和气液烃包裹体, 呈串珠状分布, 有些 沿石英次生裂纹 发育。大多形状 不规则 , 气液 比基本 相 近。烃包裹体 荧 光下发 较 强 的蓝 白色光 和蓝 绿色 光。根据显微镜下包裹体产状及均一温度分布等特 征 , 分析其流体活动大致为 2 期 ①均一温度为1 0 9 . 5 ~ 1 2 2 . 3℃ , 平均 为 1 1 5 . 4℃ ; 冰点为 一5 . 6℃ , 盐度 为 8 . 6 5 重 量分数 i 伴 生 的烃 包裹 体 的均 一 温度 为 7 6 . 5 ~ 8 3 . 2℃ , 平 均 为 7 9 7℃ ; ② 均 一 温 度 为 1 3 6 . 5℃ ; 伴生 的烃包 裹体 的均 一温 度为 1 0 5 . 6℃ 。 显示 出至少具 有 2期油 气生成和 运聚过程 。 3 天然气工业 2 0 0 9 年 l 1 月 2 . 3 志 留系油气 成藏经 历 了 4个 阶段 志 留系主要表 现为“ 早期 运聚 保存 、 晚 期调 整 成 藏 ” , 主要经 历 了以下 4 个 阶段 。 2 . 3 . 1 加 里 东一 早 海 西期 为 志 留 系岩 性 圈 闭形 成 阶段 中 国南 方 志 留系 岩性 圈 闭最 早 形成 于 沉 积 期 。 发 育于下 志 留统 石牛栏一 白沙 阶 和 中志 留统 韩家 店 组 阶碎屑岩 储 层 在 加 里东一 海 西 早 期 , 由于 埋 深 较 浅 , 砂岩 中的粒 间孔 、 粒 内孔 及溶 蚀 孔 较 发 育 , 早 期 生成的油气便会从临近的烃源岩中向砂岩孔隙中运 移 。志 留系储层 为透 镜 状 砂 岩 和碳 酸 盐 岩 , 侧 向上 相 变 为封 堵 能力 较 强 的泥 页 岩 , 有 利于 形 成 岩性 圈 闭气藏 。 因此 , 以陆 源 碎 屑沉 积 为 主 的 志 留 系油 气 藏 , 十分 有利于 油气 的保 存 。 2 . 3 . 2海西一 印 支期为 油藏形成 阶段 根 据川东地 区志 留系烃 源岩 有机 质 热演 化 特征 和志 留系一石 炭系储 层 中 自生矿 物 所含 有机 包 裹体 特征 , 推 测 川东 地 区 志 留系 和石 炭 系 大规 模 油 气运 移 聚集 的 时期 为 晚三 叠 世 至喜 山 运动 前 , 据 石 炭 系 储层 孔 隙 中发 育 的沥 青 性 质和 分 布特 点 , 认 为 是 液 态 烃在 深 埋过 程 因热 演 化 而成 的碳 质沥 青 , 说 明该 区志留系 曾发生过 液态烃 运聚过 程 。 从 宏 观 来 说 , 印支 晚 期 , 随着 上覆 地 层 不 断 沉 积 , 下志 留统龙马 溪组烃 源岩埋 深 增 大 , 先 后 进入 生 油高峰期 , 油气大 量生成 , 以生成 液 态烃 为 主 , 此 时 , 志 留系 内部 的小 河坝组 、 韩家 店组 碎 屑岩 储层 、 石 牛 栏组碳酸 盐岩就 近捕获 液态烃 , 形成 岩性 圈闭油藏 。 2 . 3 . 3晚 印支~ 早 燕山期 为气藏 形成阶段 印支晚期一 早燕 山期 , 中 国南 方 地 层全 面 褶皱 , 形成 褶皱 强 度 大 的复 背 斜及 伴 生 的逆 断 层 , 区 域 断 层下 盘及复 向斜 内部 大量 的构 造 圈闭 形成 。随着侏 罗 系 的沉积 , 志 留系 烃源 岩 有机 质 热 演化 为 过 成 熟 早 期阶段 , 达到生气 高峰 , 液态 烃全 面 热裂 解形 成 气 态 烃 。燕 山早期气 态烃运 移 为主 、 液态 烃 为辅 , 大 量 同期 形成 的 断裂 促 进 了油 气 的纵 横 向运移 , 油 气 运 移指向高陡背斜带及其两翼的局部构造 圈闭 , 在近 源、 封闭的环境中, 可形成早期充满度较高的原生油 气 藏 。 2 . 3 . 4 晚燕山一 喜 山期为气藏调整、 改造、 定形阶段 晚燕 山期 , 大 部分 地 区志 留系 仍 然呈 现 凸 凹 相 间构造格局 , 但凸、 凹部位及 幅度与海西、 印支期及 早燕 山期相 比有 所变 化 , 即流体 势 的分 布状 态 发 生 了改变, 在流体势驱动下天然气调整、 运聚并保存。 因此 , 燕 山晚 期一喜 山期 为 气 态烃 运移 调 整 期 和 变 d 。 质沥 青残 留期 。原始油 气 聚集 经 历 了古 油气 藏 到古 气藏的演化历史 。古近纪末喜山运动使四川 I 盆地全 面抬升、 褶断, 赋存于志留系的天然气 的平衡状态被 打破 , 天然气 重新 运移 聚集 。一方 面 , 原 始古 气 藏解 体 , 部 分 天然气 重新分 配聚 集成 藏 , 或在 原地 有 利部 位形成充满度极高的残余气藏, 或在新 的有利圈闭 中聚集形成新气藏 ; 而另一部分天然气则散失 。另 一 方 面 , 由于地壳 强烈抬 升 , 原来 溶解 在 地层 水 中 的 天 然气 可 脱 溶形 成 游 离气 , 与原 来 游 离状 态 的 天然 气一起 运移 聚集 成藏 。 3 勘探方向 志 留 系泥 页 岩具 有 很强 的生 烃 能力 , 同 时又 是 良好 的盖层 , 内部普遍 存 在 多套 生 、 储 、 盖 组合 。生 、 储 层交 互 , 十分 有利 于油 气聚 集成 藏 , 志 留系 沥青 砂 岩和 钻井 油 气 显示 的普 遍存 在 便 是 有利 的证 据 , 建 深 1 井 和丁 山 1 井 的钻探 结果 也进 一 步证 明了这 一 点 。 以大地构造单元为评 价单 元 , 以各评 价 区志 留系 的烃源条件 、 储层条件 、 盖层及 保存 条件 、 圈闭形 成期 与生烃史 的配置 、 油 气藏 形 成后 的调整 与 改造 情 况 、 目的层埋深 为依 据 , 采用 “ 逐 项 分析 、 综合 评 价” 的方 法 , 对各个 区块 进 行优 选 评 价后 认 为 川 I 东南一 鄂 西 渝东 区为志 留系天然气 勘探最有 利 区, 江汉 平原南 部 冲断褶皱 区和下扬子海安地 区为有利 区 。 参 考 文 献 [ 1 ]何卫红 , 汪啸风 , 建军 , 等. 晚奥陶世五峰期扬子海盆海 平面变化旋 回与古水体深度[ J ] . 沉积学报 , 2 0 0 2 , 2 0 3 3 67 - 37 5 . 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