松辽盆地青一段与北美鹰滩组致密油特征对比

松辽盆地青一段与北美鹰滩组致密油特征对比吕洲;张文旗;顾斐;张洋【摘要】松辽盆地和南德克萨斯地区均发育白垩系富含有机碳的暗色泥岩沉积.基于青山口组缺氧事件层与鹰滩组森诺曼期-土伦期界限缺氧事件层对比,证实了青山口组一段与鹰滩组下段在地质年代的一致性与沉积环境上的相似性.从岩性特征、有机地球化学特征、储集条件等方面,对比松辽盆地青山口组一段与南德克萨斯地区鹰滩组下段的致密油地质特征.结果显示:松辽盆地青山口组一段相对富集脆性矿物,有机碳含量在1.2％～6.6％,储层特低孔特低渗,发育纳米级孔隙,这些特征与南德克萨斯地区鹰滩组下段致密油地质特征相似.据此认为,松辽盆地青山口组一段具有较好的致密油勘探开发前景,在未来的致密油勘探开发中可以借鉴鹰滩致密油成功开发的经验.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】5页(P217-221)【关键词】致密油;地质特征对比;松辽盆地;青山口组一段;鹰滩组下段【作者】吕洲;张文旗;顾斐;张洋【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】P618.13我国松辽盆地作为致密油勘探的有利远景区,发育具备致密油勘探潜力的白垩系青山口组富有机质泥岩层系,但对其致密油勘探开发的研究尚处于起步阶段。

美国南德克萨斯地区作为近年来全球致密油产量最高的地区,其致密油产层也为白垩系泥页岩层系。

两者在地质年代上基本相同,在全球海平面上升的背景下,均经历了森诺曼期-土伦期全球规模的大洋缺氧事件,形成了广泛分布的富有机质泥页岩。

本文对松辽盆地取心井白垩系青山口组一段泥岩样品的矿物组分、有机地球化学特征和储集物性进行了实验分析,类比松辽盆地青山口组一段泥岩和墨西哥湾南德克萨斯地区鹰滩组泥页岩在岩性特征、有机地球化学特征和储集物性三方面的异同,为松辽盆地青山口组致密油的勘探开发提供参考依据。

1 区域地质背景1.1 松辽盆地松辽盆地位于我国东北地区中部,盆地长约750 km, 宽330～370 km, 面积约26×104 km2, 是叠置于古生代基底上的大型中、新生代沉积盆地,盆地类型属于大陆边缘裂谷盆地,具有典型的断陷-坳陷双重结构。

该盆地可分为6个一级构造单元,分别是西部斜坡带、西南隆起区、北部倾没区、东北隆起区、南部隆起区和中央坳陷带[1],沉积地层自下而上为侏罗系、白垩系、古近系和新近系。

其中青山口组地层沉积于上白垩统中,地层主要分布于中央坳陷带,展布面积约为26×104 km2,埋深2 500～3 000 m,地层厚度260～500 m。

该时期松辽盆地处于坳陷期,盆地整体快速热沉降,并在盆地中心形成典型的大型湖盆,沉积范围分布广泛,青山口组一段地层以深湖相和半深湖相的泥岩为主,局部夹有钙质粉砂岩、生物碎屑灰岩及灰质泥岩[2]。

1.2 南德克萨斯地区南德克萨斯地区位于美国南部,墨西哥湾以北。

鹰滩组地层展布区域自南西至北东依次为:Maverick盆地、San Marcos背斜、东德克萨斯盆地和Sabine隆起[3]。

该区域长约650 km,宽约80 km, 面积约为5×104 km2, 地层埋深自南东至北西逐渐减小, 直至奥斯丁市-达拉斯市一带地层出露, 其中具有工业产能的地层埋深在1 200～3 600 m。

南德克萨斯地区发育在元古界基底上, 经历了三叠纪晚期到侏罗纪晚期的裂谷阶段、白垩纪稳定陆棚阶段和新生代的前陆挤压阶段, 自下而上沉积了三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和新近系[4]。

其中鹰滩组于上白垩统中, 上覆Austin Chalk组碳酸盐岩, 呈不整合接触, 在Maverick盆地内下伏Buda组灰岩。

鹰滩组下段岩性为暗色泥页岩, 厚度一般在30 m左右。

鹰滩组上段碳酸盐岩含量逐渐增高, 一般为暗色页岩夹灰岩薄层[5]。

1.3 地质背景及对比意义松辽盆地与南德克萨斯地区都是在区域构造相对稳定的坳陷期或稳定陆棚期沉积了优质的富有机质泥页岩沉积序列,对致密油的形成与保存提供了有利的基础。

同时,相似的构造背景也为两者在晚白垩世全球大洋缺氧事件下形成的相似沉积响应提供了地质基础。

松辽盆地青山口组一段已投入开发的对象主要是富有机质泥页岩中致密砂岩储层, 属于致密油范畴。

而储存于富有机质、纳米级孔径为主泥页岩地层中的页岩油是目前正在重点研究攻关的潜在资源。

南德克萨斯地区鹰滩地区同样经历了从致密油到页岩油的勘探开发历程。

针对我国致密油和页岩油的勘探开发尚属于起步阶段[6], 因此借鉴北美鹰滩地区的研究经验对指导松辽盆地青山口组一段致密油-页岩油的勘探开发具有重要意义。

2 特征对比2.1 地质年代与沉积环境可对比性青山口组一段主要发育为深湖相和半深湖相泥岩沉积,根据松科1井南孔青山口组一段全段取心资料显示,其中暗色泥岩的厚度占到了总厚度的96.15%[7]。

地球化学指标显示,该时期松辽盆地发生了大规模的缺氧事件。

生物地层学、同位素地层学的证据显示,青山口组沉积期大致处于森诺曼期-土伦期,青山口组一段沉积期大规模的缺氧事件与全球森诺曼期-土伦期大洋缺氧事件相对应[8],以富含有机碳、13C 同位素正异常偏移的暗色泥岩出现为标志,与同样形成于森诺曼期-土伦期的南德克萨斯地区鹰滩组下段暗色泥岩层段[9]具有等时性(图1)。

根据全球海平面变化曲线, 白垩纪森诺曼晚期发生了两次较大规模海侵事件, 其中较早一期的海侵事件持续时间相对较长。

该时期, 松辽盆地的湖平面上升至相对高位, 在湖海沟通的背景下[10]与全球海平面同步上升, 并发育了青山口组底部富含有机碳的暗色泥岩沉积序列, 也使得铀元素在有机质的吸附作用下, 相对含量增高。

而较晚一期的海侵事件持续时间相对较短, 海平面快速升至高位, 发生了全球范围的大洋缺氧事件(OAE2), 该事件一般作为森诺曼阶-土伦阶分界的根据, 其重要证据即13C同位素相对含量的正异常偏移。

图1 松辽盆地青山口组和南德克萨斯地区鹰滩组地层特征对比(部分数据据文献[9])Fig.1 Stratigraphic contrast of the Qingshankou Formation in the Songliao Basin and the Eagle Ford Formation in the South Texas对比松辽盆地青山口组一段和南德克萨斯地区鹰滩组下段暗色泥岩地层, 其相似性依据有以下三方面:(1)均位于森诺曼期-土伦期界限大洋缺氧事件形成的13C同位素相对含量正异常偏移标志层之下;(2)均发育富含有机碳的暗色泥岩沉积序列;(3)均出现明显的铀富集现象。

据此认为, 松辽盆地青山口组一段和墨西哥湾盆地南德克萨斯地区鹰滩组下段的暗色泥岩地层均为森诺曼晚期大规模海侵事件的沉积响应。

综上所述, 白垩纪森诺曼期-土伦期全球海平面上升背景下, 松辽盆地广泛湖侵、南德克萨斯地区大规模海侵, 两者均发育了大规模分布的泥岩沉积。

同时, 温暖湿润的气候条件、沉积水体的缺氧事件、周边物源的营养物质供给等因素, 有利于生产力的提高和有机质的保存, 控制了有机质的富集。

因此, 松辽盆地青山口组一段与南德克萨斯地区鹰滩组下段暗色泥岩地层具有地质年代和沉积环境的可对比性和相似性。

这也为借鉴鹰滩致密油勘探开发的成功经验、指导松辽盆地青山口组致密油的勘探开发提供了地质基础。

2.2 岩性特征对比根据松辽盆地青山口组取心井岩心观察和常规薄片鉴定, 青山口组一段岩心主要的岩石类型包括块状层理泥岩、水平层理泥岩、纹层状泥质粉砂岩以及介形虫灰岩。

其中水平层理泥岩是青山口组一段的主要岩性, 出现的厚度大、频次高, 而其他岩石类型则较少。

鹰滩组下段的岩石类型有3种,即泥岩、泥质颗粒灰岩和颗粒质泥灰岩。

其中泥岩是鹰滩组下段的主要岩性,厚度大,分布稳定,其他岩石类型所占比例较小。

全岩X衍射分析结果显示(图2): 青山口组一段岩心的粘土矿物体积分数较高, 平均为32.1%据Mullen对南德克萨斯地区鹰滩组下段取心井和露头岩心的X衍射分析, 矿物组分(体积分数): 碎屑矿物为5%～40%, 粘土矿物2%～50%, 碳酸盐岩矿物28%～90%[11]。

图2 松辽盆地青山口组一段泥岩和南德克萨斯地区鹰滩组泥页岩矿物组分对比(部分数据据文献[11])Fig.2 Comparison of mineral composition mudstone in the first member of the Qingshankou Formation in the Songliao Basin and the Eagle Ford Formation in the South Texas(15%～43.3%), 其次为石英30.0%(17.5%～39.7%)、碳酸盐岩矿物20.5%(3.7%～59.2%)、长石11.3%(5.1%～21%)。

相对于南德克萨斯地区鹰滩组下段, 松辽盆地青山口组一段泥岩的岩石矿物组分中, 长英质含量明显偏高, 碳酸盐岩含量明显偏低, 粘土矿物含量相近。

根据矿物组分法评价泥页岩的脆性指数, 松辽盆地青一段为0.3左右, 而德克萨斯地区鹰滩组为0.25, 两者脆性指数相近。

且相较于粘土矿物, 碳酸盐岩组分的脆性较强, 也对压裂造缝能力作出了贡献。

松辽盆地青山口组致密油可以借鉴鹰滩油田大规模体积压裂的成功经验, 且需要进一步研究储层的岩石力学特征, 测定其泊松比与杨氏模量, 对储层脆性作出精确的定量评价。

2.3 有机地球化学特征对比本次研究对松辽盆地青山口组一段岩心开展了岩石热解和有机碳分析,并比较其与鹰滩组下段有机地球化学特征上的异同。

热解分析结果显示,青山口组一段有机质类型主要为Ⅰ型或Ⅱ1型,数据分布相对分散,最高热解峰温度Tmax值主要在430～457 ℃。

Ro为0.55%～1.44%,有机质热演化程度从低熟到成熟阶段均有分布。

有机碳含量分析结果显示,青山口组一段有机碳含量在1.2%～6.6%,属于优质烃源岩,氢指数主要分布在200～700 mg/g,具有较高的生烃潜力(图3、图4)。

据Miceli Romero对南德克萨斯北部地区(鹰滩油田原油主要产区)的鹰滩组下段岩心进行的热解分析, 其有机质类型主要为Ⅰ型或Ⅱ1型, 数据分布相对分散,最高热解峰温度Tmax值在415～460 ℃。

Ro介于0.50%～1.21%, 有机质热演化程度处于低熟到成熟阶段。

有机碳含量分析结果显示, 鹰滩组下段有机碳含量在1.8%～7.9%,氢指数也主要分布在200～700 mg/g,同样具有较高的生烃潜力[12]。