本文關鍵詞：四川盆地震旦系—下寒武統大氣藏高演化烴源對比無機地球化學研究　出處：《南京大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：高演化烴源對比是油氣地質地球化學領域長期以來最難解決的前緣問題之一,但隨高演化油氣勘探的不斷推進,這一問題迫切需要解決。本文以最近勘探取得重大突破,但烴源對比存在巨大困難和爭議的四川盆地震旦系燈影組和下寒武統龍王廟組大氣藏為例,開展了無機地球化學的探索研究,目的一方面是為研究區(qū)存在的烴源爭議提供新的參考信息,加深對油氣成藏規(guī)律和理論的認識,為生產部署提供依據,另一方面為油氣成藏無機地球化學這一前緣研究領域提供新的高演化階段的實例,因此可望兼具基礎理論與實踐應用意義。首先通過傳統的有機巖石學和有機地球化學分析評價了研究區(qū)的2類5套潛在烴源巖,以初步明確烴源巖質量及其發(fā)育背景,2類是指巖性上包括泥頁巖和碳酸鹽巖,5套是指由下至上包括震旦系陡山沱組泥巖、燈影組藻云巖、燈影組三段泥巖,以及下寒武統麥地坪組泥質白云巖、筇竹寺組泥頁巖。結果發(fā)現,這5套潛在烴源巖均具有一定的有機質豐度,現今殘余有機碳含量分布在0.03%～2.36%,并具有地區(qū)和層位差異,以威遠—資陽地區(qū)和川中地區(qū)下寒武統筇竹寺組為最佳。相比而言,有機質類型和成熟度的地區(qū)和層位差異不大,其中,有機質類型均以還原環(huán)境低等菌藻類來源的Ⅱ型干酪根為主,而有機質的成熟度均為高—過成熟演化。因此5套潛在烴源巖當前皆以生氣為特征,生烴能力的差異主要受控于烴源巖的有機質豐度與厚度和分布。據此通過對比,發(fā)現從層位上看,筇竹寺組泥頁巖最好,燈影組藻云巖其次,而其余3套烴源巖生烴能力相對一般,故筇竹寺組泥頁巖是研究區(qū)最為有利和現實的烴源。從區(qū)域上看,威遠—資陽地區(qū)與川中地區(qū)相對較好,而川西南地區(qū)整體生烴能力較弱,因此前兩個地區(qū)仍是今后天然氣勘探的主要目標。在初步明確烴源巖質量及其發(fā)育背景的基礎上,考慮到高演化階段烴源巖的評價因有機質的損耗而使得傳統的有機地球化學參數逐漸失效,而烴源巖形成和演化過程中發(fā)生了復雜的有機—無機相互作用,進一步應用無機(主量、微量和稀土元素)地球化學方法,從烴源巖發(fā)育的三大控制因素(古生產力、沉積環(huán)境和沉積速率)分析了烴源巖,以拓展高演化烴源巖評價研究的新方法。結果表明,古生產力分析揭示研究區(qū)陡山沱組與筇竹寺組古生產力最高,其次為燈三段與麥地坪組,而燈影組古生產力最低,并且區(qū)域特征差異不明顯。沉積環(huán)境分析發(fā)現,除了燈影組屬于氧化—次氧化環(huán)境沉積外,其余層位烴源巖均為非靜水和H2S受限的還原環(huán)境,并且川中與威遠—資陽地區(qū)的筇竹寺組最為還原。沉積速率分析發(fā)現,燈影組藻云巖、麥地坪組泥質白云巖、燈三段泥巖與陡山沱組泥巖、筇竹寺組泥頁巖的沉積速率依次增加,并且不同地區(qū)差異并不明顯。據此,認為研究區(qū)的烴源巖質量以川中與威遠—資陽地區(qū)的筇竹寺組為最佳,這從無機地球化學角度豐富完善了傳統有機巖石學和地球化學的研究認識,成功建立了高演化烴源巖評價和研究的無機地球化學方法。對比有機碳含量,發(fā)現沉積環(huán)境是控制有機質富集的主要因素,而古生產力與沉積速率可能為次要因素,這可能是震旦系—寒武系古老海相優(yōu)質烴源巖的一個普遍特征。對燈影組和龍王廟組儲層瀝青的成因及其與天然氣的關系進行了研究,以明確是否可以通過對儲層瀝青進行分析而開展高演化烴源對比。結果發(fā)現,燈影組和龍王廟組儲層中的瀝青存在差異,其中,燈影組中僅發(fā)現有高演化的固體瀝青,相比而言,龍王廟組儲層中的固體瀝青成熟度要低一些,并且還發(fā)現了一期較低演化程度的油質瀝青,熒光顯微鏡下發(fā)強烈的黃綠色。結合天然氣的地球化學特征分析結果,燈影組和龍王廟組中的天然氣皆為油裂解氣成因,并且燈影組天然氣的成熟度要稍高一些,認為燈影組中的瀝青為油裂解成氣的殘留產物,而龍王廟中的瀝青成因相對要復雜一些,部分為原油裂解形成,部分為燈影組天然氣沿斷裂運移進入后發(fā)生氣侵作用而形成,而油質瀝青可能為下志留統龍馬溪組來源。據此,提出通過分析燈影組儲層瀝青可確定燈影組與龍王廟組天然氣的烴源,這為高演化氣源對比成功建立了 "橋梁",實際研究工作中,需首先明確瀝青的成因及其與油氣的關系。據此,借助于儲層瀝青,開展了高演化烴源對比的無機地球化學探索研究,首先是微量和稀土元素地球化學方法。烴源巖的分析發(fā)現,稀土元素可以有效區(qū)分5類烴源巖,包括稀土元素配分圖與典型參數特征,而微量元素特征復雜,無法有效區(qū)分,反映其成因與影響因素復雜。利用稀土元素特征分析瀝青的來源,包括元素配分圖、聚類分析對比、相關性對比、典型參數分析等這4種方法,發(fā)現了研究區(qū)烴源的差異。具體而言,威遠—資陽地區(qū)的瀝青主要來源于筇竹寺組泥頁巖,少量受陡山沱組泥巖的影響;相比而言,川中地區(qū)瀝青來源非常復雜,筇竹寺組泥頁巖、燈三段泥巖、燈影組藻云巖與陡山沱組泥巖均有影響,但仍然以筇竹寺組為主;川西南地區(qū)瀝青主要來源于麥地坪組泥質白云巖與燈影組藻云巖,筇竹寺組貢獻很少,這與該區(qū)烴源巖的發(fā)育背景一致。高演化烴源對比的Re-Os同位素地球化學研究獲得了兩個瀝青的Re-Os同位素定年數據,分別是414±44Ma(Os同位素初始值187Os/188Osi=1.36±0.19)、78±37Ma(Os同位素初始值1870s/1880si=3.21±0.17)。對比地層埋藏—熱演化史,提出414 Ma和78 Ma分別代表烴源巖初次生油和原油裂解為天然氣及瀝青形成的時間,這明確了油氣成藏的關鍵時刻。Re-Os同位素對比結果顯示瀝青以筇竹寺組泥頁巖為主要來源,進一步補充印證了前述稀土元素地球化學的研究結果。Re-Os同位素地球化學行為分析發(fā)現,Re-Os同位素體系的穩(wěn)定性可能受油氣成藏過程影響,但不受/少受熱成熟度演化和生物降解等次生變化影響,這深化了對油氣形成與演化過程中Re-Os同位素行為及其應用的認識,Re-Os同位素可有效應用于高演化烴源對比與成藏年代研究中,實際工作中應盡量選擇成藏過程相對簡單的實例展開。最后綜合成藏地質背景,重建了油氣成藏演化過程,發(fā)現其過程復雜,可能經歷了古油藏形成、古油藏裂解、氣藏調整與定型三個階段,并且不同地區(qū)的油氣藏成藏機制與成藏過程存在差異,主要包括三種模式:原位裂解—異位成藏、原位裂解—混合成藏、原位裂解—原位成藏。其中,原位裂解—原位/混合成藏可能是氣藏形成與保存的最有利模式,未來盆地的高演化天然氣勘探應著力圍繞這種模式展開,這對類似于研究區(qū)這種高演化階段的深層碳酸鹽巖氣藏可能具有普適意義。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P618.13

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