中国南方海相优质烃源岩超显微有机岩石学与生排烃潜力

通过选取中国南方不同层系优质烃源岩样品,综合运用全岩X-衍射、扫描电镜+能谱及生排烃模拟实验方法,对南方海相优质烃源岩矿物组成特征、有机质与矿物组成关系、有机质赋存形式、成烃生物及生排烃特征进行了研究。结果表明,海相优质烃源岩中石英、方解石、白云石等矿物主要是生物成因或与生物成因有关,烃源岩残余有机碳含量与石英含量具有正相关性,而与粘土矿物含量呈负相关。分析认为,南方海相优质烃源岩有机质主要有3种赋存状态:①有机质多与硅质相伴生,是南方海相优质烃源岩中最重要的赋存形式;②有机质与钙质相伴生,是部分二叠系优质钙质烃源岩的主要赋存形式;③有机质与粘土相伴生或被片状粘土颗粒包裹与硅质及钙质生屑一起共生,有机质赋存主要受沉积环境、沉积相控制。海相优质烃源岩成烃生物主要有藻类、底栖生物和菌类3种,同一烃源岩层位样品中往往含有“多重母质”分布。模拟实验表明,浮游藻类的生烃潜力与Ⅰ型干酪根生烃潜力相当,底栖藻类生烃潜力与Ⅱ型干酪根生烃潜力相当。富有机质硅质或钙质超微薄层容易使早期重质油排出,可以形成巨型重质油藏;而片状粘土之间包裹的有机质很难使早期生成的稠油排出,则形成轻质油气藏。     

羌塘盆地白垩系黑色岩系生烃母质研究

羌塘盆地白垩系是该区域新近发现的潜在烃源层系,通过有机岩石学和地球化学相结合的方法研究了其生烃母质。结果表明,根据观测到的各类生烃母质形状、大小、聚集形式以及荧光等特征综合分析,其成烃生物组合由高到低主要包括底栖生物、细菌、浮游藻类和高等植物4大类,并以底栖藻类占主要地位。这种以底栖藻类为主的烃源岩系与国内外其他同类烃源岩特征类似,在地球化学特征上表现为有机质丰度高(TOC大于2.0%,达到好烃源岩质量标准)、有机质类型较差(Ⅱ₂型),据此认为这套黑色岩系形成于海相环境。结合其在区域上的热演化特征,认为其具有良好的生烃潜力,特别是生气潜力,值得在今后的油气勘探和地质研究中加以重视。      

南方海相优质页岩的成烃生物研究

在以往海相优质烃源岩研究的基础上,利用扫描电镜结合能谱元素分析方法对优质页岩进行成分、成烃生物、形成环境和生烃潜力等综合研究,认为海相优质页岩成烃生物主要有3种类型:1)浮游藻类,包括硅质鱼鳞藻、疑源类(硅质光面球藻、原始硅藻及有机小刺藻等)、蓝藻类(钙质色球藻等)及钙质塔斯马尼亚藻等;2)底栖生物,包括硅质(或钡质或铁质等)藻席、硅质藻孢子囊、硅质藻丝体残片、硅质海绵及原始线叶植物(含粘土)等;3)菌类,包括钙质真菌菌丝(含有机质)、硅质细菌(含有机质)、硫细菌(可不含有机质)、铁细菌(含有机质)及纳米钙质细菌等。通过对不同层位成烃生物组合特征结合能谱元素数据,初步分析了优质页岩形成时的水体环境。现代藻类热压模拟实验和含单一成烃生物的实际油页岩样品热解实验研究表明,浮游藻类相当于Ⅰ型干酪根生烃潜力,底栖藻类相当于Ⅱ型干酪根生烃潜力。     

四川盆地二叠系烃源岩类型与生烃潜力

通过野外和岩心样品系统采集,对四川盆地二叠系烃源岩元素组成、Rock-Eval、碳同位素组成等地球化学参数分析,确立了二叠系烃源岩干酪根类型以Ⅱ型为主,局部存在Ⅰ型或Ⅲ型;利用烃源岩TOC和热解生烃参数探讨了其生烃潜力,泥岩有机碳含量一般高于灰岩,生烃潜力大。同时,对于高演化海相泥岩和灰岩生烃潜力进行了恢复,提出了高演化泥岩和灰岩生烃潜力的恢复对客观评价我国南方高演化碳酸盐岩具有一定必要性。四川盆地二叠系烃源岩热演化程度普遍高,已达到高-过成熟阶段;在早白垩世二叠系烃源岩进入生气高峰有利于后期天然气聚集成藏,为我国南方海相上组合天然气勘探提供了雄厚的物质基础。     

湖相与海相碳酸盐岩烃源岩生烃条件对比

根据分布特征、沉积环境、岩石类型、有机地球化学特征和生烃模式等方面的对比,讨论了湖相碳酸盐岩和海相碳酸盐岩两种相同岩性、不同沉积环境烃源岩生烃条件的异同。海相与湖相碳酸盐岩烃源岩,基本上都含有不同量的泥质成分;它们的干酪根类型一般以Ⅰ型或Ⅱ型为主;有机质赋存形式无太大差别,湖相碳酸盐岩烃源岩中可能存在更多的无形态有机质;海相碳酸盐岩有机碳含量普遍较低,而湖相中有机质含量则变化很大;湖相碳酸盐岩烃源岩的生烃模式相比海相研究薄弱,但其二次成烃作用不容忽视。湖相碳酸盐岩烃源岩的形成条件受到较多因素的控制,针对高有机质丰度湖相碳酸盐岩烃源岩形成的生物地球化学及沉积学等方面的研究尤其关键。另外,其晚期生烃可否为湖相深层油气勘探提供充足的烃源仍是未来工作的重要方向之一。     

早古生代烃源形成的生物组合及其意义

早古生代生物的富集和埋藏为油气资源提供了雄厚的物质基础。不同生物对烃类贡献的差异使成烃生物组合成为烃源岩研究的重要内容,也是高演化烃源岩评价的一个新手段。从地质历史生物演化来看,藻类是早古生代最主要的成烃生物先质,按照生活习性,它们可以分为底栖藻类和浮游藻类。底栖藻类主要生活在海岸带,成带状分布,主要受光的强度、基底情况等因素控制;浮游藻类主要生活在表层水体,它们在不同海域的分布主要受藻体大小和风浪强度控制。依据对塔里木盆地北缘4条下古生界露头剖面的7个地层组中成烃生物的辨识及有机质地球化学特征的研究,总体显示以底栖藻类为主的烃源岩的有机碳含量高于以浮游藻类为主的烃源岩,除形成环境的因素外,成源和生烃过程均有影响,但后者对有机质的碳同位素值影响较小。烃源岩干酪根碳同位素值（δ¹³C_干酪根）与成烃生物组合面貌对比研究发现,以底栖藻类为主的烃源岩的δ¹³C_干酪根小于-34‰;以浮游藻类为主的烃源岩的δ¹³C_干酪根大于-30‰。对比塔里木盆地已发现原油的碳同位素值（均重于-30‰）,推断其原油主要来源与浮游藻类密切相关,揭示了下古生界具有较低有机碳含量但以浮游藻类为主的源岩具有很大的生烃能力。     

准噶尔盆地南缘中二叠统烃源岩封闭体系与开放体系生烃模拟试验研究

准噶尔盆地南缘地区二叠系烃源岩生烃潜力较好,部分层段达到优质烃源岩标准,勘探前景广阔。选取了南缘东部野外妖魔山和红雁池地区的野外地质剖面中二叠统不同类型干酪根的烃源岩样品,进行了开放体系与封闭体系的生烃模拟试验的研究。密闭体系的生烃模拟试验表明,南缘二叠系烃源岩Ⅰ型干酪根生油量与生气量均较高,好于Ⅱ型。并且二者的生烃演化过程也不同,Ⅰ型干酪根的镜质体反射率Ro值在1.0%左右时,吸附油量达到高峰,Ro值在1.3%左右时,排出油量达到高峰;Ⅱ型干酪根的Ro值在1.0%左右时,排出油量与吸附油量均达到高峰。开放体系模拟试验表明,不同类型干酪根的活化能存在差异,与干酪根的显微组分有关,并且从生烃转化表明,Ⅰ型干酪根的生烃转化早、快,在Ro值为0.90%左右时达到生烃高峰,Ⅱ型与Ⅲ型干酪根依次变慢。     

塔里木盆地寒武系烃源岩沉积环境再认识

寒武系烃源岩是塔里木盆地海相油气最主要的来源之一,长期以来对该套烃源岩发育的沉积环境表述多样,对于极少资料控制的烃源岩预测带来诸多不确定性。利用露头和新的钻井、地震资料,在震旦纪—寒武纪成盆作用分析的基础上,通过沉积结构及成烃生物组合研究寒武系烃源岩发育的沉积环境,进而约束下寒武统烃源岩的分布。研究认为,塔里木盆地寒武纪西“台”东“盆”的沉积格局,经历了早寒武世缓坡到中-晚寒武世弱镶边台地的演化,下寒武统泥质烃源岩主要分布于中-外缓坡。与盆地东部下寒武统西山布拉克组烃源岩一样,盆地西部下寒武统玉尔吐斯组-肖尔布拉克组下段烃源岩的成烃生物组合表现为由底栖藻类占优向浮游藻类占优的转变,与早寒武世海进-海退沉积序列相对应。塔里木盆地寒武系烃源岩主要发育于深水陆棚环境,可进一步划分为陆棚相泥质烃源岩和陆棚相碳酸盐质烃源岩,前者以底栖藻类生物相占优势,后者以浮游藻类生物相占优势,海平面升降变化导致两类烃源岩具有叠加、交错的分布特征。     

川西北古生界烃源岩特征及生烃潜力评价

川西北地区已经成为四川盆地近几年勘探的热门地区,但至今对该区烃源岩的展布和生烃潜力仍缺乏较客观的评价,从而导致该区油气资源前景不明朗,影响下一步勘探方向的选择。在野外露头和重点钻井烃源岩发育特征与有机地球化学分析的基础上,利用烃源岩展布特征和有机质丰度、类型、成熟度以及生烃强度等参数对区内海相烃源岩进行了系统评价。结果表明：研究区发育的6套烃源岩有机质丰度均较高;有机质类型好,主要为Ⅰ型、Ⅰ-Ⅱ₁型以及Ⅱ₁-Ⅱ₂型;成熟度较高,现今处于高成熟-过成熟阶段,以生气为主。下寒武统筇竹寺组烃源岩生油条件最好,是该区的主力烃源岩,平均生烃强度为67.05×10⁸m³/km²;广元朝天、旺苍以西地区以及剑阁地区为3个生烃中心。研究结果对于明确川西北地区下一步的重点勘探方向具有重要意义。     

桂中坳陷泥盆系烃源岩发育环境及潜力评价

为查明桂中坳陷油气生成物质基础及资源潜力,通过开展区域沉积相研究与典型剖面、钻井资料的系统分析,对桂中坳陷泥盆系海相优质烃源岩发育环境、时空展布及地球化学特征进行了研究。结果表明：桂中坳陷中-下泥盆统发育海相优质泥质烃源岩,主要分布在南丹-河池-宜州以南早期台盆相沉积中,优质烃源岩一般厚为40~200 m;烃源岩有机质丰度高,大多数样品 TOC 值大于2.0%,最高可达4.7%,原始生烃潜量大多大于6.0 mg/g;烃源岩干酪根显微组分主要为腐泥组,相对含量为38.7%～89.7%,干酪根碳同位素值为–27.80‰～–24.84‰,结合饱和烃色谱特征分析,表明其有机质类型主要为Ⅱ型;烃源岩热演化程度较高,总体处于高-过成熟阶段。桂中坳陷早、中泥盆世台盆相环境发育有机质含量高的海相优质烃源岩,可为桂中坳陷油气生成及聚集提供雄厚的成烃物质基础。     

海相优质烃源岩形成重质油与固体沥青潜力分析

通过中国海相烃源岩、浮游藻、底栖藻等大量热压生排烃模拟实验与南方海相碳酸盐岩层系储层固体沥青发育特征相结合,认为海相优质烃源岩具备形成大量重质油及固体沥青的潜力。主要依据为:海相烃源岩主要成烃生物——浮游藻热压生油模拟实验表明在成熟早期(R_o为0.45%~0.7%)就出现生油高峰,可以大量生成以非烃+沥青质为主的重质油,每吨TOC生成的原油最高可达1 000 kg以上,它也是形成储层固体沥青的主体;海相未成熟优质烃源岩(Ⅰ—Ⅱ₁型干酪根,TOC大于2%)在成熟早期也可以大量生成以非烃+沥青质为主的重质油,每吨TOC总生油量可达300 kg,约占最高生油量的50%以上,总生烃量的40%以上,它随干酪根类型变差、有机质丰度减小(TOC小于2%)、碳酸盐含量变低(小于5%)而逐渐减少;中国南方二叠系、下志留统龙马溪组海相优质烃源岩在成熟早期形成的重质油及在准同生至成岩作用早期呈悬浮态运移出来的沉积有机质,经后期埋深高温裂解与聚合可以大量形成储层固体沥青。      

中国南方海相烃源岩生烃动力学研究

利用Rock-Eval 6热解仪和Optkin动力学软件对中国南方海相烃源岩4种有机质类型样品进行了动力学分析,研究得出在相近演化阶段样品平均活化能是Ⅲ型>Ⅱ₂型>Ⅱ₁型>Ⅰ型,生烃能力是Ⅰ型>Ⅱ₁型>Ⅱ₂型>Ⅲ型,有效生烃期间(干酪根生烃转化率10%~90%)活化能跨度ΔE_Ⅰ<15kJ/mol,15kJ/mol<ΔE_Ⅱ1<20kJ/mol,20kJ/mol<ΔE_Ⅱ2<30kJ/mol,ΔE_Ⅲ>30kJ/mol,有效生烃温度跨度ΔT_Ⅰ≤65℃,65℃≤ΔT_Ⅱ1≤75℃,75℃≤ΔT_Ⅱ2≤85℃,ΔT_Ⅲ≥110℃.达到干酪根10%转化率的时间顺序是Ⅲ型最早,Ⅱ₂型早于Ⅱ₁型,Ⅰ型最晚.而完成90%干酪根转化率时间则是Ⅰ型早于Ⅱ₁型,Ⅱ₂型次之,Ⅲ型最晚.干酪根有机大分子结构特征和元素组成决定了其生烃活化能的频率分布特征,海相优质烃源岩具有快速生烃的特质.      

中国南方海相烃源岩生烃过程动力学研究

利用Rock-Eval 6热解仪和Optkin动力学软件对中国南方不同类型海相烃源岩和浮游藻进行了生烃动力学分析。研究表明,海相烃源岩的生烃平均活化能表现为EAⅠEAⅡ1EAⅡ2EAⅢ,在干酪根转化率10%~90%的有效生烃期间,生烃活化能跨度ΔE呈ΔEⅢΔEⅡ2ΔEⅡ1ΔEⅠ,最大生烃速率呈VmⅠVmⅡ1VmⅡ2VmⅢ;浮游藻生烃活化能很低,可在未熟—低熟期大量生成重质油。结合热模拟实验和模拟残样动力学分析认为,海相烃源岩的生烃动力学过程可以分为4个阶段:重质油形成阶段,Ro值在0.3%~0.6%,生烃平均活化能在220 kJ/mol左右,小于250 kJ/mol;正常原油形成阶段,Ro值在0.6%~1.2%,生烃平均活化能在250~270 kJ/mol左右;凝析油和天然气生成阶段,Ro值大于1.2%,生烃平均活化能大于270kJ/mol;干酪根生气死亡线,Ro值大于4.21%,生烃平均活化能大于320 kJ/mol。图4表4参19     

海相不同类型烃源岩生排烃模式研究

在海相烃源岩研究的基础上,筛选出青藏高原中生界和冀北地区上元古界未成熟—成熟海相不同类型烃源岩 10 个样品为代表,进行热压模拟试验,创建了海相3种类型干酪根和4种主要岩类的17种原始和再次生排烃模式。提出了海相烃源岩从Ⅰ型干酪根到Ⅱ₁型到Ⅱ₂型再到固体沥青,生排油、烃气和总生烃量逐渐变低,油质逐渐变轻,气逐渐变干,生烃速率也逐渐减小;从富烃页岩到富烃泥灰岩到富烃灰岩再到固体沥青,排油效率逐渐增加,总生排烃量和生烃速率具有逐渐减少的趋势,生烃气占总烃比例则从固体沥青到富烃页岩到泥灰岩到灰岩逐渐增加;从海相富烃源岩到低有机质含量的碳酸盐岩或随着有机质丰度的降低(TOC 0.2%到1.0%),生排油、烃气量和总生烃量及生烃速率逐渐变小,生烃气占总烃比例逐渐增加。      

青藏高原羌塘盆地有机相展布与成烃模式

青藏高原羌塘盆地中生界海相J_3s,J_3x,J₃b和J_3x4套主要烃源层的成烃生物主要为宏观藻类。J_3s和J₃b烃源层主要发育Ⅱ₁和Ⅱ₂有机相,J_3x烃源层主要发育Ⅱ₁,Ⅱ₂和木本有机相,均从盆地或坳陷中部向盆地东北部逐渐变差;T_3x烃源层各类有机相均有发育,从盆地或坳陷南、北部的Ⅰ或Ⅱ₁有机相向中央隆起区逐渐过渡为木本有机相。羌塘盆地中部多正处于成熟中晚期,侏罗系Ⅱ₁有机相是最有利的生油相带区;北羌塘坳陷中西部多处于高成熟阶段,侏罗系Ⅱ₁有机相是有利的凝析油或轻质油气相带区;羌塘盆地T_3xⅡ₁有机相已经处于过成熟,是有利的生气相带区。      

烃源岩中不溶有机质:源于生物体的骨壁壳有机大分子

结合超显微有机岩石学等技术的实验分析数据,从生物细胞分子构成及其稳定性的角度来探讨不同类型生物体骨壁壳有机碎屑与优质烃源岩中不溶有机质的关系。烃源岩中有机骨壁壳及其碎屑包括浮游藻类、疑源类、底栖藻类、真菌类和细菌类的细胞壁壳及其碎屑;浮游动物结缔组织的壳骨皮毛腱韧及其碎屑;水生植物及陆生高等植物的细胞壁和细胞骨架及其碎屑。对生物体起支持或保护作用的有机骨壁壳及其有机碎屑主要是由纤维素、几丁质、果胶、肽聚糖等无效碳水化合物和硬蛋白等非活性蛋白质构成,这些生物高分子化学结构稳定,不溶于有机溶剂和水,在优质烃源岩形成过程中以非脂类的不溶有机质形式保存下来,不具备生油能力,高成熟—过成熟早期可具有一定的生烃气能力,烃气转化率一般低于15%,约与Ⅲ型有机质或镜质组生烃能力相当。      

“大埋深、高压力”条件下塔里木盆地超深层油气勘探前景

随着塔里木盆地超深层油气勘探技术日益完善，烃源岩在高压力下的热演化已成为超深层油气资源评价及成烃理论研究的焦点。通过对国内外温压控制下烃源岩生烃模拟实验和成果的研究，结合塔里木盆地顺托果勒低隆"大埋深、高压力"的地质条件，探讨了塔里木盆地海相烃源岩高压生烃演化抑制模式。顺托果勒低隆寒武系烃源岩在燕山期以来仍具有形成高成熟液态烃的地质条件，其热演化受抑制的边界条件为:①构造长期稳定的封闭体系；②烃源岩埋深大于6 500 m，流体压力长时间持续大于60 MPa，晚期低地温场背景（地温梯度小于2.0℃/hm）；③烃源岩母质类型为Ⅰ、Ⅱ₁型。塔里木盆地超深层寒武系海相烃源岩以Ⅰ型、Ⅱ₁型干酪根为主，在高压条件下抑制程度更明显，其生油窗范围及潜力远高于传统的理论计算值，因此超深层油气勘探潜力巨大。      

海相优质烃源层评价与形成条件研究

在对全球范围内不同类型海相烃源岩对比分析的基础上,通过筛选出百余块不同类型烃源岩和含油储集岩的热压加水生排油气模拟实验,结合大中型油气田形成的地质条件,对我国海相优质烃源岩的形成条件进行了综合研究,认为海相优质烃源岩主要形成条件有:1)台内盆地及近滨潟湖、台地斜坡、前缘斜坡及前礁等沉积相带,浮游生物发育,水体稳定且较深,处于还原-强还原环境;2)较高的有机质含量,总有机碳含量TOC≥2%;3)Ⅰ-Ⅱ型干酪根,低成熟阶段形成的大量稠油可以沿富有机质页理面以油相网状传递式连续不断地长距离运移,很容易形成大油田;4)烃源转化过程中古油藏及分散在烃源岩和储集岩中的可溶有机质也是优质再生气源,高成熟-过成熟储集岩中的TOC>0.20%时就属优质气源岩,由其原始"油"生成的总生气量与TOC>2%且为Ⅰ-Ⅱ₁型干酪根的烃源岩生成的总生气量基本相当.