柴西北区新近系湖相细粒沉积岩油气富集条件.pdf

第4 5 卷第8 期 2 0 2 0 年8 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5N o ．8 A u g ． 2 0 2 0 移动阅读 张旭，刘成林，郭泽清，等．柴西北区新近系湖相细粒沉积岩油气富集条件[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 8 2 8 2 4 2 8 3 7 ． Z H A N GX u ，L I UC h e n 9 1 i n ，G U 0Z e q i n g ，e t a 1 ．H y d r o c a r b o n a c c u m u l a t i o nc o n d i t i o n so fn e o g e n el a c u s t r i n ef i - n e - g r a i n e ds e d i m e n t a r yr o c k si nn o r t h w e s t e mQ a i d a mB a s i n [ J ] ．J o u m a lo fc h i n ac o a ls o c i e l y ，2 0 2 0 ，4 5 8 2 8 2 4 2 8 3 7 ． 柴西北区新近系湖相细粒沉积岩油气富集条件 张旭1 ’2 ⋯，刘成林1 ，郭泽清4 ，桂和荣2 ，田继先4 ，吴小平5 ，洪唯宇1 ，班东师1 ，徐思渊1 ，张蔚1 ，张智辉1 1 ．中国石油大学 北京 地球科学学院，北京1 0 2 2 4 9 ；2 ．宿州学院国家煤矿水害防治工程技术研究中心，安徽宿州2 3 4 0 0 0 ；3 ．安徽省勘查 技术院，安徽合肥2 3 0 0 4 1 ；4 ．中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊0 6 5 0 0 7 ；5 ．中国科学技术大学地球和空间科学学院，安徽合肥 2 3 0 0 2 6 摘要柴西北区是柴达木盆地重要的油气资源接替区，新近系湖相细粒沉积岩沉积厚度大，有较 好的非常规油气资源潜力。然而，由于成化沉积环境、粒度小、岩石致密等条件的限制，细粒沉积岩 成烃与成储机制复杂，油气富集条件尚不明确，勘探程度较低。以柴西北区新近系主力烃源岩上干 柴沟组为研究对象，采集1 9 口代表性钻井岩芯样品，分析样品有机质丰度、类型和成熟度，结合x 衍射、岩石薄片、高压压汞、低温液氮吸附实验和扫描电镜，系统分析了其烃源岩特征、矿物组成、储 集条件及影响因素，并优选出有利勘探区。研究表明柴西北区上干柴沟组细粒沉积岩厚度普遍 5 0 0m ；烃源岩有机碳含量不高，有5 7 ％样品T O c 含量 o ．4 ％，2 0 ％样品T o c 含量高于o ．6 ％，少量 样品7 r O c 含量超过1 ．0 ％；有机质以Ⅱ，型和Ⅲ型为主，少量I 型有机质；样品尺。为o ．5 4 ％一 1 ．2 4 ％，处于低成熟一成熟阶段。样品非均质性强，孔隙结构复杂，介孔较发育，介孔孔隙体积增量 为0 ．0 0 1o 一0 ．0 1 52c m 3 ／g ，平均为o ．0 0 75c m 3 ／g 。样品中氯仿沥青“A ”含量与T o c 含量、介孔体 积均呈正相关性，与L ⋯B E T 比表面积及宏孔体积均无明显相关性。样品孔隙体积受到T o c 含 量、矿物含量及热成熟度控制。综合细粒沉积岩烃源岩及储集条件，初步优选干柴沟一油泉子一南 翼山地区为柴西北区上干柴沟组致密油／页岩油勘探有利区。 关键词致密油／页岩油；细粒沉积岩；柴西北区；孔隙结构；咸化湖盆 中图分类号P 6 1 8 ．1 1 ；P 6 1 8 ．1 3 文献标志码A 文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 0 0 8 2 8 2 4 1 4 H y d r o c a r b o na c c u m u l a t i o nc o n d i t i o n so fn e o g e n el a c u s t r i n e6 n e - g r a i n e d s e d i m e n t a r yr o c k si nn o r t h w e s t e r nQ a i d a mB a s i n Z H A N GX u 1t 2 一，L I U C h e n g l i n1 ，G U OZ e q i n 9 4 ，G U IH e r o n 9 2 ，T I A NJ i x i a n 4 ，W UX i a o p i n 9 5 ， H O N GW e i y u l ，B A ND o n g s h i l ，X US i y u a n l ，Z H A N GW e i l ，Z H A N GZ h i h u i l 1 ．c o z f 曙e ∥＆∞c ‘m 咄，c m Ⅱu n i 埘邝i ￡yQ ，飚r o f e M m ，执彬昭 l u 2 2 4 9 ，m i n o ；2 ．Ⅳo f i o M fE 昭i 聊e 一凡gR 船眦r c c e n ￡盯∥c 0 酬肘i 凡e 彤o t e r 月蚴刚c o n 。 ￡r o 比增，_ s u 抗o Ⅱ踟i 懈措妙，_ s 眦 D u2 3 4 0 0 0 ，∞加n ；3 ．＆o 如g i c n zE 印如r Ⅱ渤n 丁＆ n o f o ∥胁m 把0 ，A n “P r o ”i 聊e ，蚴i2 3 0 0 4 l ，c i n Ⅱ；4 ．R ∞e n r c ，n - 5 m “f e 矿凡￡r o z 叭mE 印如m 如n 口n d 肪“ e f o p 榭n ￡，J D e 抛c i H 。，如，蜘昭0 6 5 0 0 7 ，吼i n n ；5 ．＆ o o f 旷如疗 口凡d 印∞eS c i e n 删，‰i 卯巧妙0 ，S c i 饥∞o n d 7 k n o z 9 9 y 矿醌i n o ，盹融2 3 0 0 2 6 ，C i 舳 A b s t r a c t T h i c kN e o g e n ef i n e - g r a i n e ds e d i m e n t a r yr o c k sw e r ed e v e l o p e di nt h en o n h w e s t e mQ a i d a mB a s i n ，w h e r ei s a ni m p o r t a n tr e p l a c e m e n ta r e af o ro i la n dg a sr e s o u r c ee x p l o m t i o ni nt h eQ a i d a mB a s i na n dh a sat r e m e n d o u su n c o n V e n t i o n a lo i la n dg a sr e s o u r c ep o t e n t i a l ．H o w e v e r ，l i m i t e db yt h es a l i n i z e dd e p o s i t i o n a Ie n v i r o n m e n t ，p o o rr e s e r v o i r p r o p e r t i e s ，a n dt h e1 a r g e l yu n k n o w ne n r i c h m e n tm e c h a n i s m so fu n c o n V e n t i o n a lo i lr e s o u r c e ，t h ep r o s p e c t i o n so nt h e 收稿日期2 0 1 9 0 5 一0 5修回日期2 0 1 9 一0 8 3 1责任编辑韩晋平D o I 1 0 ．1 3 2 2 5 “c n k i j c c s ．2 0 1 9 ．0 5 7 9 基金项目国家自然科学基金资助项目 4 1 8 7 2 1 2 7 ；安徽省自然科学基金资助项目 1 9 0 8 0 8 5 M D l 0 5 ；中国博士后科学基金资助项目 2 0 1 9 M 6 6 2 2 0 0 作者简介张旭 1 9 9 0 一 ，男，安徽巢湖人，博士。E m a i l x u z h a n g c a g s 1 6 3 ．c o m 通讯作者桂和荣 1 9 6 3 一 ，男，安徽舒城人，教授，博士生导师。E m a i l h r 叫 1 6 3 ．c o m 万方数据 第8 期 张旭等柴西北区新近系湖相细粒沉积岩油气富集条件 2 8 2 5 f i n e ．g r a i n e ds e d i m e n t a I yr o c k si nn o r t h w e s t e mQ a i d a mB a s i na r e s t i l ls i t u a t e da tt h ei n i t i a ls t a g e ．T h i sr e s e a I ℃hf b _ c u s e do nt h eS h a n g g a n c h a i g o uF o r m a t i o no fN e o g e n e ，t h a ti s ap r i m a r yh y d m c a r b o ns o u r c er o c ki nt h en o r t h w e s t e m O a i d a mB a s i n ．C o r es a m p l e sf r o m19r e p r e s e n t a t i v ed r i l l i n gw e l l sw e r ec o l l e c t e dt oa n a l y z et h ea b u n d a n c e ，t y p e ，a n d m a t u r i t yo fo r g a n i cm a t t e r ．B a s e do nX r a yd i f l ．r a c t i o n ，r o c kt h i ns e c t i o n ，h i g h p r e s s u r em e r c u r yi n t m s i o n ，1 0 w ‘t e m p e r a t u r el i q u i dn i t r o g e na d s o 叩t i o n ，a n dS E M s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y d a t a ，t h eh y d r o c a r b o ns o u r c er o c kc h a r a c t e 卜 i s t i c s ，m i n e r a lc o m p o s i t i o n ，a c c u m u l a t i o nc o n d i t i o n sa n dt h e i rc o n t r 0 1 l i n gf a c t o r si nt h e6 n e - g r a i n e dm c k so ft h eS h a n g g a n c h a g o uF o 瑚a t i o nw a ss y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d ．M o r e o v e r ，t h i sr e s e a r c ha l s o i d e n t i f i e dt h ef a V o r a b l eh o r i z o n sf b r h v d r o c a r b o ne x p l o r a t i o n ．T h er e s u l ts h o w st h et h i c k n e s so ft h e6 n e ．g r a i n e dr o c k so ft h eS h a n g g a n c h a i g o uF o m a t i o ni n t h es t u d va r e ai sg e n e r a l l vm o r et h a n5 0 0m ．R e l a t i v e l yl o wT O C c o n t e n t sp r e s e n ti nt h ea Us t u d i e ds a m p l e s ，w i t h5 7 ％ s a m p l e sa r el e s st h a n0 ．4 ％，2 0 ％s a m p l e sa r em o r et h a n0 ．6 ％，a n daf e wm o r et h a n1 ．O ％．0 唱a n i cm a t t e ri nt h e s e r o c k ss a m p l e si sm a i n l yt y p e Ⅱl ，Ⅲa n df e wt y p eI ．T h ev i t r i n i t er e n e c t a n c e R 。， i sr a n g i n gf r o m0 ．5 4 ％一1 ．2 4 ％ e x h i b i t i n gt h e r m a l l yl o wm a t u r et om a t u r es t a g e ．P o r e sw i t hc o m p l e xs t l l l c t u r ea n ds t r o n gh e t e r o g e n e i t ya r ed e V e l o p e d i nt h es a m p l e s ．T h ei n c r e m e n t a lp o r ev o l u m eo fm e s o p o r e si s0 ．0 0 l0 0 ．0 1 52c m ’／g ，a n dt h em e a nm e s o p o r eV o l u m e i s0 ．0 0 75c m 3 ／g ．T h ec h l o r o f o r mb i t u m e n “A “ c o n t e n to ft h es a m p l e sh a sap o s i t i v er e l a t i o n s h i pw i t hT O Cc o n t e n t a n dm e s o p o r ev o l u m e ，w h i l ei th a sn oo b v i o u sc o r r e l a t i o nw i t hL 。。，B E Ts u a c ea r e a ，a n dm a c m p o r eV 0 1 u m e ．T h ep o r e v o l u m eo ft h es a m p l e si sc o n t r o l l e db yT O Cc o n t e n t ，m i n e r a lc o m p o s i t i o n ，a n dt h et h e 珊a lm a t u r i t y ．B a s e do nt h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fh y d r o c a r b o ng e n e r a t i o na n da c c u m u l a t i o nc o n d i t i o n so ft h eS h a n g g a i c h a i g o u6 n e g m i n e d r o c k s ，i ti sf b u n dt h a tt h e r ei sg r e a tt i g h to i l ／s h a l eo i lp o t e n t i a li nt h eG a n c h a i g o u Y o u q u a n z i N a n y i s h a na r e ai nt h e n o r t h w e s t e mQ a i d a mB a s i n ． K e yw o r d s t 唔h to i L ／s h a l eo i l ；f i n e - g r a i n e ds e d i m e n t a r yr o c k s ；N o n h w e s t e mQ a i d a mB a s i n ；p o r es t m c t u r e ；s a l i n e l a c l l s t n ef a c i e s 国内外对细粒沉积物一直有相关研究，但究其 具体定义还比较模糊，一般是指岩石粒径 6 2 ．5 斗m 的黏土、粉砂级沉积物，主要包括黏土矿物、粉砂、 碳酸盐、有机质等。J 。随着页岩油气、致密油气等 非常规油气资源研究的迅速发展，中国学者针对细 粒沉积岩油气的研究也在不断深入H ‘10 | 。近年来， 国内研究多集中在泥页岩的沉积演化、空间展布、生 烃条件、储层物性特征、含气特征、吸附机理、成藏规 律研究，并且在南方扬子地区古生代海相地层中已经 取得了页岩气勘探突破，在海陆过渡相泥页岩中也逐 步深入研究0 。MJ 。随着勘探的不断进行，中国陆相 盆地泥页岩热成熟度相对海相泥页岩而言较低，也表 现出了良好的油气资源潜力Ⅲ。2 1 | 。中国新生界咸化 湖盆沉积研究认为具有高的初始生成率和良好的聚 集、保存条件，烃源岩中的有机质含量中等一较高、干 酪根类型好和有机质向烃转化率高，有利于油气生 成，具有形成大型油田的条件旧2 | 。朱德燕等口列在济 阳坳陷新生界沙河街组研究时发现在咸水阶段发育 的纹层状 层状 泥质灰岩／灰质泥岩具有生烃能力 强、储集性好、含油性高、可动性好的特征，是页岩油 气富集的甜点岩性。张林晔等Ⅲ1 在研究东营凹陷新 生界沙河街组咸化湖相泥页岩中发现在生烃与溶蚀 叠合作用下形成的丰富的有机质一矿物混合体内储 集空间对陆相页岩油气赋存具有重要意义。 柴达木盆地是中国典型的中新生代陆相盆地，目 前所发现的油气资源主要分布在柴北缘 侏罗系 、 三湖坳陷 第四系 及柴西地区 古近系一新近 系 ‘2 扣26 I 。柴西地区在古近纪一新近纪为咸化湖盆 沉积，其烃源岩形成、生烃演化及油气藏形成均与咸 化湖盆的演化有着紧密联系旧7 。29 | 。其新近纪沉积形 成的细粒沉积岩独具特点咸化湖盆沉积、有机质丰 度不高、热演化程度不高、有机质转换率较高∞0 。3 lJ ， 而生烃转化率较高的烃源岩是中国陆相致密油优质 烃源岩发育的一种主要类型旧2 | 。柴西地区新近系细 粒沉积岩 泥页岩、泥质粉砂岩等 主要发育在柴西 北区，厚度大，分布范围广，具有较好的非常规油气资 源潜力旧卜3 5J 。然而，由于岩石致密、粒度小及油气理 论认识等因素的限制，在前人研究中多将细粒沉积岩 作为常规油气藏的烃源岩或盖层来单独研究，针对细 粒沉积岩中赋存的非常规油气资源勘探程度较低，缺 乏系统性研究。随着非常规油气地质理论的不断深 入，在研究区的南翼山、开特米里克、油泉子、小梁山 等多个油气田和含油气构造不断被发现之后旧卜3 6o ， 柴西北区作为柴达木盆地油气资源的重要接替区，对 研究区细粒沉积岩的油气地质条件研究越来越受关 注旧8 I 。已有研究表明上干柴沟组是柴西地区的主力 万方数据 煤炭学报2 0 2 0 年第4 5 卷 生油岩，厚度大，有机质丰度总体不高，成熟度不高， 部分已经进入生烃高峰，有机质生烃转化率高，并且 油藏可能聚集在非构造圈闭中，具有较好的页岩 致 密 油气资源潜力川’3 5 。卜4 0 。。因此，急切需要对研究 区上干柴沟组细粒沉积岩的油气富集条件进行系统 研究，为后期勘探开发研究提供参考依据。 1 地质概况 柴达木盆地位于青海省青藏高原北部，盆内海拔 为26 0 0 ～30 0 0H ，，周边为阿尔金山、祁连山和昆仑 L 【J 所环绕，大致呈北西西向不规则的三角形盆地，是 青藏高原地区面积最大的陆相中新生代含油气盆 地。1 一妯o 。复杂的地质演化过程对柴达木盆地构造、 沉积及油气成藏具有重要的控制作用【4 1 ；，在新近 纪一第四纪主要为挤压褶皱、坳陷阶段。4 1 ‘44 I 。柴达 木古湖盆在古近纪一新近纪逐渐由西往东迁移，经历 了“发生一发展一消亡”三大演化阶段。30 ；。柴西北区 分布于狮子沟一大乌斯 南乌斯和北乌斯 构造带以 北5 I ，包括茫崖凹陷、大风山凸起2 个二级构造单 元 图1 。研究区在新近纪发育地层包括上干柴沟 组 N ． 、下油砂山组 N ； 、上油砂山组 N ； 及狮子 沟组 N ，均发育有厚度较大的泥岩、粉砂岩、泥质 粉砂岩、碳酸盐岩等细粒沉积岩，最大厚度可 达20 0 0m 图1 。 L 阿玺 昆 金 山 多塞 ‘～ 5 0n m 的宏孔 体积主要采用压汞法测试数据，2 ～5 0t Ⅵn 孔径的介 孔体积为液氮吸附法B J H 模型测定结果，孔隙比表 面积为液氮吸附法B E T 模型测定结果。扫描电镜观 测在中国石油大学 北京 进行，观测仪器型号为 a fd g 3 细粒沉积岩特征 3 ．1 矿物岩石学特征 柴西北区上干柴沟组发育的细粒沉积岩主要为 浅灰色、灰色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、 粉砂岩等，块状构造，岩石致密 图2 a ， c 1 ， b e1 c 【J lk 1 1 油6 井，24 0 ln ，，泥质粉砂岩 a 为岩j 占宏观特征； 1 ， 为正交偏光，有机质颗粒分布较多，平均粒度3 0 m ．颗粒分选好．磨圆较差； c 为相应单偏光下特征 ； 2 南8 外，26 2 0m ，纹层状粉砂质泥岩 t 1 为托出宏观特征； t 为正交偏光，粉砂质1 j 泥质互层，颗粒分选、磨 圆较好，可见7 r 机质颗粒分布，粉砂质层中见云母碎片ⅢⅢ层分布； f 为卡应巾偏光F 特征 ； 3 南8 井，26 0 9m ，j j J 三彳 g 为岩芯宏观特征； 1 ， 为泥质均匀分布，可见较多有机质分布，见少鼍云母碎片 i 为相庇单偏_ 匕卜- 特征 ； 4 咸8J { 二，27 6 5m ．泥质粉砂笨 j 为岩芯宏观特征 k 为{ 『I 三质与粉砂不均匀分布，颗粒分选较好，磨圆较差； 1 为卡H 应簟片光下特征 图2柴西北区j 二干柴沟组细粒沉积岩岩石及矿物特征 F 唔．2P e t m l o g ya n 1n l i l l e l ’a l o fl h eS 1 1 a 1 1 9 9 a n 【。h a i g o u “n e g r a i n e 1 s P d i m e l l t a l 了1 ’f 1 - k si n1 1 0 r t } 1 w e s l P I l lQ a i 1 a n lb a s i n 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 g ， i 。岩石中矿物颗粒细小，光学显微镜下观 察主要为混合状和纹层状，矿物类型主要为石英、 长石、黏土矿物等 图2 b ， c ， e ， f ， k ， 1 。纹层状粉砂质泥岩为砂质纹层与泥质 纹层互层，泥质纹层中见有机质分布，砂质纹层中 见云母、石英等矿物定向排列 图2 e ， f ，泥岩 中有机质分布较多，砂质颗粒相对含量少且粒度更 小 图2 h ， i 。对研究区1 3 口钻井共4 9 块样 品进行x 衍射分析，结果表明上干柴沟组细粒沉积 岩主要发育石英、长石、方解石、白云石、铁白云石、 黄铁矿、黏土矿物及部分盐类等矿物。不同样品中 矿物含量差别较大，表现出强非均质性。柴7 、柴 8 、风3 、风4 、碱1 、油8 、油6 、油南1 井样品石英和 长石含量较高，多大于4 0 ％；而咸8 、梁3 、油1 4 及 南8 井样品石英含量均较低，黏土矿物含量较高， 多大于2 0 ％ 表1 ，图3 。 表1 柴西北区上干柴沟组细粒沉积岩综合参数 T a b l e1 C o m p r e h e n s i V ep a r a m e t e r so ft h eS h a n g g a n c h a i g o u6 n e - g r a i n e ds e d i m e n t a r yr o c k si nn o r t h w e s t e r nQ a i d a mB 嬲i n 石英 长石 其他／％ 图3 柴西北区上干柴沟组细粒沉积岩矿物组成 F i g ．3 M i n e r a Ic o m p o s i t i o no ft h eS h a n g g a n c h a i g o u6 n e g r a i n e d s e d i m e n t a r ym c k si nn o r t h w e s t e mQ a i d a mB a s i n 3 ．2 有机地球化学特征 对咸7 井等岩芯样品分析表明，有机碳含量总体 不高，有5 7 ％样品T O c 含量 1 0 0n m 的孑L 隙优势发育 、后峰型 1 0 0n m 的孔隙， 0 ．6 ％的烃源岩主要分布在干柴沟、油泉子和 南翼山等地区；有机质以Ⅱ．一Ⅲ型为主，少量I 型有 机质；烃源岩多处于低成熟一成熟阶段。 2 柴西北区上干柴沟组细粒沉积岩非均质性 强，介孔较为发育。样品氯仿沥青“A ”含量与T O C 含量、介孔体积均有正相关性，与丁。。，B E T 比表面积 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]A P u NAc ，M A c Q u A K E RJHs ．M u d s t o n ed i v e r s i t y 0 r i g i na n d i m p l i c a 【i o n sf o rs o u r c e ，s e a l ，a n dr e s e r v o i 。p r o p e n i e si np e t m l e u m s y s t e m s [ J ] ．A A P GB u l l e t i n ，2 0 1 1 ，9 5 1 2 2 0 3 卜2 0 5 9 ． [ 2 ]姜在兴，梁超，吴靖，等．含油气细粒沉积岩研究的几个问题 [ J ] ．石油学报，2 0 1 3 ，3 4 6 1 0 3 卜1 0 3 9 ． J I A N GZ a i x i “g ，L 1 A N CC h a 0 ，W UJ i n g ，e ta 1 ．S e v e r a li s s u e si ns e d i m e n t o l o g i c a ls t u d i e so nh y d r o c a r b o n - b e a r i n gn n e F a i n e ds e d i m e n t a - r ym c k s [ J ] ．A c t aP e t m l e iS i n i c a ，2 0 1 3 ，3 4 6 1 0 3 I 1 0 3 9 ． [ 3 ] c H A