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柴西北区新近系湖相细粒沉积岩油气富集条件

2019-10-12 15:23
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<62.5 μm 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。 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。近年来,中 国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。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,也表现出了具有良好的油气资源潜力。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-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。 朱德燕等(2015)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 (2015)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-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-新近系)。 柴西地区在古近纪-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 3 均与咸化湖盆的演化有着紧密联系。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、较高的有机质转换率,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。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。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,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。已有研究表明 上干柴沟组是柴西地区的主力生油岩,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。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
柴达木盆地位于中国青海省青藏高原 北部,盆内海拔为 2600~3000 m,周边为阿 尔金山、祁连山和昆仑山所环绕,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。

2 样品测试分析
本次采集研究区柴 7 井、南 8 井、油 6 井等(图 1)新近系上干柴沟组泥岩、粉砂 质泥岩和泥质粉砂岩岩心样品,分析了其有 机质丰度、类型和成熟度、矿物组成等特征, 并对 12 块样品进行高压压汞、低温液氮吸 附、扫描电镜等系列分析测试。 本次样品 TOC 含量、有机质类型和热 解实验均在中国石油大学(北京)分别按照 《 沉 积 岩 中 总 有 机 碳 的 测 定 》( GB/T 19145-2003)、《陆相烃源岩地球化学评价方 法》(SY/T 5735-1995)和《岩石热解分析》 (GB/T 18602-2012)进行测定。由于岩石 颗粒细小,发育孔裂隙多为微纳米级,因此 选择高压压汞法、液氮吸附法和扫描电镜来 系统观测样品中孔隙结构及其分布特征。压 汞实验和液氮吸附实验在北京市理化分析 测 试 中 心 进 行 , 按 照 国 家 标 准 GB/T 21650.1-2008 和 GB/T 21650.2-2008 分别上海昌吉地质仪器 用 POREMASTER GT60 压汞仪和 NOVA 4200e 全自动比表面积及孔径分布分析仪进 行测试。由于不同方法测试精度有差异,常 通过压汞法和液氮吸附法对孔隙体积进行 联合表征,文中孔径大于 50 nm 的宏孔 体积主要采用压汞法测试数据,2~50 nm 孔径的介孔体积为液氮吸附法 BJH 模型测 定结果,孔隙比表面积为液氮吸附法 BET 模型测定结果(在上海昌吉地质仪器有限公司进行)。扫描电镜观测在中国石油大 学(北京)进行,观测仪器型号为 Quanta 200F。

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。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, l)。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 13 口钻井共 49 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 40%;而咸 8、梁 3、油 14 及南 8 井样品石英含量均较低,黏 土矿物含量较高,多大于 20%(图 3,表 1)。

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 57%样品 TOC 含量小于 0.4%,有 20%样品TOC 含量高于 0.6%,少量样品 TOC 含量超 过 1.0%。有机质类型以Ⅱ1 型和Ⅲ型 为主,含有少量Ⅰ型有机质(图 5)。镜质体 反射率测定表明,Ro 为 0.54%~1.24%,样 品多处于低成熟-成熟阶段,埋深超过3500m 时基本达到成熟阶段。南翼山、油泉子、开 特米里克地区上干柴沟组烃源岩成熟度相 对较高,多处于成熟阶段;小梁山、咸水泉 地区上干柴沟组烃源岩成熟度相对较低,处 于低成熟阶段(图 6)。

结论
(1)柴西北区上干柴沟组细粒沉积岩厚度普 遍大于 500 m,在油泉子、开特米里克地区可达 900 余米,由此往外厚度逐渐减小;有机碳含量不高, TOC>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Ⅱ1-Ⅲ型为主,少量Ⅰ型 有机质;烃源岩多处于低成熟-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 TOC 含量、介孔体积均有正相关性,与 Tmax、BET 比表面积及宏孔体积均无明显相关性;孔隙体积受 到 TOC 含量、矿物含量及热成熟度控制。
(3)干柴沟-油泉子-南翼山地区上干柴沟组细 粒沉积岩发育厚度大、有机质演化成熟、TOC 含量 较高、储集空间发育,可以作为柴西北区致密油/ 页岩油下一步勘探有利区。

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