鄂爾多斯盆地南部中生界烴源巖分布特征及油氣分布

1新生代伊斜坡鄂爾多斯盆地是一個(gè)大型克拉通重疊盆地。目前的構(gòu)造特征相對(duì)簡(jiǎn)單，周邊地區(qū)的斷裂發(fā)育，內(nèi)部緩緩穩(wěn)定，東部高西部低。盆地經(jīng)歷了早古生代克拉通邊緣拗陷、晚古生代—中三疊世邊緣碰撞的克拉通拗陷、中生代大型內(nèi)陸拗陷、新生代周緣斷陷4個(gè)時(shí)期,北跨烏蘭格爾凸起與河套盆地為鄰,南越渭北撓褶帶與渭河盆地相望,東接晉西撓褶帶與呂梁隆起呼應(yīng),西經(jīng)沖斷構(gòu)造帶與六盤山、銀川盆地對(duì)峙,盆地整體輪廓大致呈矩形。東翼構(gòu)成盆地的主體,為一個(gè)西傾的大單斜,傾角不足1°,稱為伊陜斜坡。鄂爾多斯盆地南部指北緯38°以南,跨越伊陜斜坡、渭北隆起、天環(huán)坳陷及西緣沖斷構(gòu)造帶(圖1),中生界地層蘊(yùn)藏著豐富的石油資源。研究區(qū)中生界油藏根據(jù)烴源巖成油時(shí)間、儲(chǔ)層特征、油氣運(yùn)移通道和過程、成藏主要控制因素等,可以劃分為下層三疊系原生油藏、上層侏羅系次生油藏等。2湖盆及湖盆階段研究表明,鄂爾多斯盆地南部中生界的主力烴源巖是上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組(長(zhǎng)4+5—長(zhǎng)8),沉積環(huán)境為湖泊。從長(zhǎng)10—長(zhǎng)1沉積期均有湖泊發(fā)育,只是各油層組沉積時(shí)湖盆的范圍及湖水的深淺有所不同,其中長(zhǎng)7期沉積的暗色泥巖是研究區(qū)最有利的烴源巖。長(zhǎng)7沉積期湖盆急劇下沉,為延長(zhǎng)組最大湖進(jìn)期,湖盆范圍較長(zhǎng)8期明顯擴(kuò)大,水體變深。該時(shí)期湖盆形態(tài)不對(duì)稱,西陡東緩。在湖水覆蓋區(qū),長(zhǎng)7下部沉積了巨厚的深灰—灰黑色的油頁巖、碳質(zhì)泥巖、黑色泥巖等,泥巖中動(dòng)物化石豐富;黑色泥巖厚80~120m,泥巖百分比為60%~90%,區(qū)域上稱之為“張家灘頁巖”,為湖泊沉積的典型代表;具自然電位曲線低平、高電阻、高伽馬、高聲波時(shí)差的特征(圖2)。3泉巖的有機(jī)地球化學(xué)特征3.1疊紀(jì)末印支運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)了盆地的基本特征鄂爾多斯盆地中生界生油巖有機(jī)質(zhì)豐度受控于沉積環(huán)境,還原—弱還原環(huán)境中湖相暗色泥頁巖發(fā)育的層段和地區(qū),有機(jī)質(zhì)豐度都較高。長(zhǎng)7有機(jī)質(zhì)豐度最高,有機(jī)碳含量平均值大于2%,氯仿瀝青“A”平均值大于0.3%,個(gè)別達(dá)1.0178%,烴含量平均值一般大于1500×10-6,為本區(qū)最優(yōu)質(zhì)生油巖;長(zhǎng)8和長(zhǎng)6其次,為好—較好生油巖;長(zhǎng)1—長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)9—長(zhǎng)10為差生油巖。三疊紀(jì)末印支運(yùn)動(dòng)使盆地全面抬升,沉積間斷,延長(zhǎng)組廣遭剝蝕。至延安組沉積中期在盆地東部(吳旗、太白之東至延安一帶)又形成了新的湖盆中心,湖水較淺,其外圍則為大片沼澤,普遍含煤線及薄煤層,不利于烴源巖的發(fā)育。3.2水質(zhì)類型及長(zhǎng)度按照三類五型分類法劃分,長(zhǎng)7有機(jī)質(zhì)類型最好,富縣地區(qū)以Ⅰ型為主,部分為Ⅱ1型;鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)以及西峰油田為Ⅱ1—Ⅱ2型。長(zhǎng)6和長(zhǎng)8有機(jī)質(zhì)類型較好,為Ⅱ1—Ⅲ型;長(zhǎng)1—長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)9—長(zhǎng)10主要為Ⅲ型,少量為Ⅱ1—Ⅱ2型;延安組主要為Ⅲ型(表1,圖3)。3.3晚白堊世—有機(jī)質(zhì)成熟度鄂爾多斯盆地中生界延長(zhǎng)組鏡質(zhì)體反射率介于0.5%~1.13%之間,從盆地邊緣向盆地內(nèi)部增高,南部區(qū)高于北部區(qū)。碳奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)(OEP)值為0.941~1.22。長(zhǎng)4+5以上地層處于生油早期,長(zhǎng)4+5以下延長(zhǎng)組地層進(jìn)入成熟階段,甚至局部為高成熟階段。藿烷中表征不成熟特征的ββ構(gòu)型沒有出現(xiàn),也說明延長(zhǎng)組生油巖已進(jìn)入成熟階段。時(shí)間—溫度指數(shù)(TTI)值計(jì)算表明,延長(zhǎng)組烴源巖早白堊世(118Ma)開始進(jìn)入生油門限,早白堊世末期(10Ma)油大量生成;晚白堊世—古近紀(jì)以來持續(xù)有油生成,部分烴源巖逐漸達(dá)到高成熟并有少量氣生成。在鄂爾多斯盆地南部中生界烴源巖的熱演化過程中,構(gòu)造熱事件對(duì)延長(zhǎng)組烴源巖生烴灶的形成和分布具有重要的控制作用,對(duì)延長(zhǎng)組油氣生成、運(yùn)移及富集成藏具有重要意義。鄂爾多斯盆地中生代地?zé)岙惓７植紖^(qū)在盆地南部的吳旗—慶陽—富縣一帶。4中生代油源的比較4.1不同結(jié)構(gòu)的烴分子碳同位素分布應(yīng)用碳同位素、生物標(biāo)記化合物作為油源對(duì)比參數(shù)普遍受到重視,因?yàn)樗鼈兗葹槟笌r與油氣共有,又具有相對(duì)的穩(wěn)定性。一般應(yīng)選取一個(gè)以上的參數(shù),以便互相補(bǔ)充和驗(yàn)證。研究區(qū)延長(zhǎng)組原油和侏羅系原油之間的同位素組成性質(zhì)十分相似,與延長(zhǎng)組烴源巖有著良好的相關(guān)性,表明它們的來源是一致的,屬于湖相原油;與延安組煤系差異很大,煤、油之間的關(guān)系并不明顯(圖4-圖7)。說明長(zhǎng)9、長(zhǎng)7、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6暗色泥巖是侏羅系油藏的生油層,侏羅系煤系地層和油氣則沒有成因上的聯(lián)系。鎮(zhèn)7井長(zhǎng)3、鎮(zhèn)8井長(zhǎng)8、鎮(zhèn)18井延9原油中正構(gòu)烷烴系列、姥鮫烷、植烷碳同位素(δ13C)值分布在-34.04‰~-30.07‰之間,輕烴單體分子的δ13C值分布在-33.33‰~-27.08‰之間,輕烴中正構(gòu)烷烴的δ13C值為-32.85‰~-32.63‰,異構(gòu)烷烴的δ13C值為-31.22‰~-30.51‰,環(huán)烷烴的δ13C值為-28.34‰~-28.25‰?？傮w上看,原油3類不同結(jié)構(gòu)的烴分子碳同位素分餾關(guān)系為:δ13C正構(gòu)烷烴<δ13C異構(gòu)烷烴<δ13C環(huán)烷烴。根據(jù)族組分的δ13C值變化曲線(圖6),進(jìn)一步分析確定鄂爾多斯盆地南部中生界原油的主力烴源巖為延長(zhǎng)組暗色泥頁巖,油、源的碳同位素組成非常接近,碳同位素分餾模式也十分相似。它們的碳同位素曲線都表現(xiàn)為δ13C芳烴<δ13C飽和烴>δ13C非烴,具有一定共性,但δ13C值的大小也存在一些小差別,親緣關(guān)系明顯。再通過δ13Cnc17和δ13CPr關(guān)系(圖7)可見,中生界原油屬于湖相成因,與石炭系、二疊系煤成油截然不同,完全處于2個(gè)不同的區(qū)域內(nèi),也排除了煤成油的可能性。4.2生物化合物的特征的比較4.2.1長(zhǎng)武區(qū)塊武3井-nc21延長(zhǎng)組烴源巖、原油以及延安組原油之間的飽和烴色譜特征均非常相似,主峰碳數(shù)為nC17-nC21,呈“前峰態(tài)”,說明它們之間的親緣關(guān)系。其中,長(zhǎng)武區(qū)塊武3井例外,長(zhǎng)8油砂主峰碳數(shù)為nC20,與本井主峰碳數(shù)為nC25的長(zhǎng)7、長(zhǎng)8泥巖都不相同,推測(cè)油氣應(yīng)該來自其他地區(qū)。這與長(zhǎng)武地區(qū)延長(zhǎng)期一直處于遠(yuǎn)離生油凹陷的盆地南緣的地質(zhì)條件相一致。4.2.2油烷不能確定樣品取自鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)DK8井1891~1899m井段原油,紅河1井和紅河2井延長(zhǎng)組源巖?？傮w上,原油和源巖的生物標(biāo)志化合物具有極相似的分布特征。(1)三環(huán)萜烷。三環(huán)萜烷豐度都很低,三環(huán)萜烷/五環(huán)萜烷比值平均僅為0.15,三環(huán)萜烷主峰碳為C23,C21、C23、C24三環(huán)萜烷呈現(xiàn)不對(duì)稱的倒“V”字型,(C19+C20+C21)/(C23+C24)平均值為0.83。C24四環(huán)萜烷含量相對(duì)較低,C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷平均為0.62。(2)五環(huán)萜烷。C29降藿烷/C30藿烷為0.49~0.55,C29降莫烷和C30莫烷豐度較低,C29降莫烷/C30藿烷為0.07~0.08,C30莫烷/C30藿烷為0.11~0.16;C31藿烷(22S/22S+22R)為0.57~0.58,已接近異構(gòu)化的終點(diǎn),表明源巖及原油都已進(jìn)入成熟階段;伽馬蠟烷指數(shù)僅為0.07~0.08,表明源巖沉積于富含粘土礦物的弱氧化淡水環(huán)境。(3)甾烷。樣品的孕甾烷和升孕甾烷豐度較高,孕甾烷/升孕甾烷值為2.42~2.90。源巖重排甾烷發(fā)育,總重排甾烷/總規(guī)則甾烷值為0.30~0.33,表明源巖形成于相對(duì)偏酸性的弱氧化環(huán)境。規(guī)則甾烷C27、C28、C29ααα20R構(gòu)型呈“V”字型分布,即C27>C28<C29,表明該原油母質(zhì)具有低等浮游生物和高等植物雙重來源,且低等水生生物的貢獻(xiàn)較大。5有利烴源巖的分布、沉積條件1)鄂爾多斯盆地南部中生界原油與烴源巖的三環(huán)萜烷、五環(huán)萜烷和甾烷分布特征的相似性極好,反映了它們之間的親緣關(guān)系。結(jié)合穩(wěn)定碳同位素分布及族組成分析,確定上延長(zhǎng)組暗色泥頁巖為中生界的主力烴源巖。其主體分布在慶陽、正寧、直羅、吳旗、鹽池及環(huán)縣地區(qū)的40000~50000km2范圍內(nèi),又以長(zhǎng)7期沉積的暗色泥巖為研究區(qū)最有利的烴源巖,其分布廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高,提供了包括自身儲(chǔ)集層以及侏羅系富縣組、延安組、直羅組儲(chǔ)集層的油氣。2)鄂爾多斯盆地南部中生界地層平緩、陜北斜坡傾角一般