大民屯凹陷中—新元古界潛山油藏油源探析

仇勁濤

（中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦124010）

在世界范圍內(nèi)，中—新元古界具有最古老而又未變質(zhì)的沉積層系。自1977年以來，在遼西地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量中—新元古界原生的液體油苗以及相當數(shù)量固體瀝青，從而證明中—新元古界是中國一個值得關注的重要勘探新領域。由于中—新元古界原生油氣資源的研究剛剛起步，故尚未引起中外石油地質(zhì)界的足夠關注。20世紀90年代以來，在石油地質(zhì)家們發(fā)表的全球油氣資源地層分布中，中—新元古界油氣所占的比例極少，僅為1%～2%，可見中—新元古界原生油氣藏具有較大的勘探潛力。

在大民屯凹陷中—新元古界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油氣藏，前人研究認為該區(qū)元古界潛山的高蠟油油源基本上都來自古近系沙四段油頁巖，平面分布特征上也與頁巖油密切相關［1-3］，對于中—新元古界的生烴潛力及油源一直沒有深入研究。近年來對冀北和遼西地區(qū)中—新元古界的生烴問題做了許多探討，確認中—新元古界具備良好的生油條件，只要有良好的圈閉條件，就可以形成原生油氣藏［4-10］。目前在遼西地區(qū)中—新元古界中發(fā)現(xiàn)了近100多處油苗，油源對比研究證實其來自中—新元古界，說明中—新元古界具備“自生自儲”的條件，可以形成原生油氣藏。2013年在遼西地區(qū)實施了2口預探井，在中—新元古界見到油氣顯示，但是沒有形成工業(yè)油氣流，因此尋找原生油氣藏對中—新元古界的勘探具有重要意義。大民屯凹陷是否有中—新元古界油源，對中—新元古界勘探具有實際意義。近年來通過對大民屯凹陷中—新元古界潛山的油氣分布規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，油氣的分布與潛山地層層位關系密切，中—新元古界的主要含油層段以碳酸鹽巖為主，多數(shù)高產(chǎn)井一般也是位于碳酸鹽巖潛山中，大民屯凹陷沈253井區(qū)火山巖厚度最大達到331 m，基本覆蓋了整個潛山，而沙四段油頁巖（主生烴層段）上下的砂巖儲層中并未見較好的含油層，那么，油氣是如何運聚到潛山的呢？為此，從研究中—新元古界生烴能力入手，對大民屯凹陷中—新元古界潛山的油源問題開展研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大民屯凹陷位于遼河坳陷東北部，呈南寬北窄的不規(guī)則三角形，四周被邊界斷層所限，主要被巨厚的古近系覆蓋，自下而上依次為太古宇、中—新元古界、古生界、中生界及上覆新生界［11-12］。基底主要為前新生界。太古宇結(jié)晶基底主要分布在大民屯凹陷的中南部；位于太古宇結(jié)晶基底之上的以碳酸鹽巖為主的地臺蓋層，主要分布在凹陷的北部，古近系分布面積約為800 km2，新生界底界最大埋深為7 200 m，是中國東部著名的“小而肥”的含油氣凹陷，目前已發(fā)現(xiàn)5套含油氣儲層，其中前古近系潛山和沙三段砂巖是最重要的產(chǎn)層，在元古界潛山中油氣也十分豐富。大民屯凹陷既有含蠟量小于20%的正常油，又有含蠟量大于20%的（特）高蠟油，在元古界潛山中基本為高蠟油。大民屯凹陷的主力生烴洼陷有榮勝堡洼陷、安福屯洼陷和勝東洼陷，油氣分布較為復雜。

2 潛山油氣藏存在中—新元古界油源的可能

根據(jù)2002年第3次資源評價結(jié)果，大民屯凹陷資源量為5.7×108t。已發(fā)現(xiàn)太古界、中—新元古界及古近系沙四段、沙三段、沙一段等多套含油層系。截至2013年底，已上報探明石油地質(zhì)儲量約為3.8×108t，天然氣地質(zhì)儲量為69.34×108m3。其中，潛山的探明石油地質(zhì)儲量約為2.0×108t。大民屯凹陷是遼河油區(qū)勘探重點領域，勘探程度高達67%，但每年都有新的發(fā)現(xiàn)，明顯與沙河街組烴源巖資源量不匹配，是否存在其他油源的注入是目前最為關注的問題。在大民屯凹陷鉆探的沈299井在4 200～4 300 m井段見到了良好油氣顯示，而該區(qū)的洼陷深度僅為4 200 m，沒有發(fā)現(xiàn)沙河街組的供油窗口，因此可能是元古界油源起到了重要作用。沈288井在鉆進潛山200 m沒有見到良好油氣顯示，潛山200 m以下見到良好油氣顯示，并獲得高產(chǎn)，由于不存在沙河街組供油窗口，認為可能具有中—新元古界油源的注入。

大民屯凹陷中—新元古界潛山原油具有凝固點高（普遍大于40℃）、含蠟量高（含蠟量普遍大于20%）、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量低的特征，與下覆太古界潛山原油性質(zhì)基本相似，而與沙三段原油存在明顯的差異。孟衛(wèi)工研究表明，中—新元古界潛山油藏基本為高蠟油，而沙三段基本為正常油，主要原因是沙三段原油來自自身烴源巖，潛山油源則來自沙三段以下地層，并且沙四段泥巖厚度大、分布廣，覆蓋了整個大民屯凹陷，形成了整體的區(qū)域蓋層，有效封蓋了潛山油氣藏［13］，也可以說大民屯凹陷是元古界油氣藏保存條件最好的凹陷之一，而在遼西地區(qū)元古界油氣藏保存條件較差，大部分被破壞了。

大民屯凹陷中—新元古界碳酸鹽巖同上覆沙四段、沙三段暗色泥巖存在一定的差異性，通過對比Pr/nC17與Ph/nC18相關性（圖1）可以發(fā)現(xiàn)，中—新元古界原油絕大多數(shù)位于低值區(qū)，中—新元古界烴源巖也都表現(xiàn)出低值特征。這與沙三段原油差別明顯，中—新元古界原油和本層位烴源巖之間應該存在成因聯(lián)系，但這一認識目前還缺乏其他生油指標的進一步驗證。

圖1 大民屯凹陷不同層位原油—烴源巖Pr/nC17—Ph/nC18相關性

大民屯凹陷中—新元古界原油和烴源巖的成熟度較高，從Pr/Ph與OEP值相關性（圖2）可以看出，中—新元古界潛山樣品OEP值約為1.1～1.2，與沙四段、沙三段成熟烴源巖和沙三段成熟油基本相當，而埋深小于2 400 m的3塊沙四段烴源巖樣品OEP值偏高，大于1.4，說明成熟度較低。大民屯凹陷靜北地區(qū)原油—烴源巖碳同位素對比結(jié)果（圖3）也揭示中—新元古界原油碳同位素低于古近系原油，與中—新元古界碳酸鹽巖同位素相當，說明二者存在一定的親緣關系。

圖2 大民屯凹陷不同層位原油—烴源巖Pr/Ph與OEP值相關性

圖3 大民屯凹陷靜北地區(qū)原油—烴源巖碳同位素對比

綜上所述，雖然目前沒有明確的證據(jù)證實大民屯凹陷潛山油源來自于中—新元古界，但是可能存在中—新元古界油源混入。

3 烴源巖地球化學特征

3.1 有機質(zhì)特征

3.1.1 有機質(zhì)豐度

目前在西伯利亞地臺里菲系、文德系和下寒武統(tǒng)已發(fā)現(xiàn)20多個油氣田，儲層主要為里菲系碳酸鹽巖和文德系砂巖，與中國中—新元古界一致，已知生油氣層系為中—新元古界里菲系碳酸鹽巖和文德系泥質(zhì)巖［14-16］。西伯利亞地臺中—新元古界屬于有機質(zhì)豐度低、演化程度高的烴源巖，但是其各項指標遠不如冀北坳陷烴源巖（表1）。方杰等認為冀北坳陷中—新元古界生烴條件優(yōu)越，生烴物質(zhì)基礎雄厚，具有良好的油氣勘探前景［8］。大民屯凹陷中—新元古界海相碳酸鹽巖的有機質(zhì)豐度明顯低于湖相泥巖，絕大多數(shù)樣品有機碳含量為0.1%～0.5%，多數(shù)集中在0.2%左右，氯仿瀝青“A”含量大多為3 850×10-6～21 780×10-6，比冀北坳陷高幾十倍到百倍（表1），表明中—新元古界可能是潛山油氣藏的重要油源。

表1 大民屯凹陷與冀北坳陷和西伯利亞地臺烴源巖對比

大民屯凹陷中—新元古界海相生油巖有機質(zhì)豐度變化較大。靜北地區(qū)碳酸鹽巖生烴潛量大于1.0 mg/g的極好生油巖占40%，0.1～0.5 mg/g的好生油巖占30%。須說明的是，生烴潛量大于1.0 mg/g的極好生油巖樣品頻率高，不排除在巖石中殘存運移瀝青導致的污染問題，在以后研究工作中需要得到足夠的重視。

3.1.2 有機質(zhì)類型

在冀北坳陷下花園地區(qū)新元古界下馬嶺組發(fā)現(xiàn)了異常豐富的底棲紅藻類化石，研究表明這些藻類是很好的生油母質(zhì)。下馬嶺組頁巖含油量高達10.3%，甚至在露天處可以直接點燃，比撫順西露天礦的計軍屯組（相當于沙四段）的含油量（6.7%）高近3.6%。這一方面說明下馬嶺組頁巖具有較強的生油潛力，同時也反映其成熟度并不高［5］。在對大民屯凹陷元古界安67等多口井的炭質(zhì)板巖取樣分析時，同樣發(fā)現(xiàn)了大量保存完好的中—新元古代紅藻類化石，可與下馬嶺組底棲紅藻類相對比。大民屯凹陷元古界的生物多數(shù)為低等菌藻類，大多是紅藻和藍藻類為代表的原核藻類，它們分布非常廣泛，有機質(zhì)類型為典型的腐泥型（表1），具有演化緩慢的特點，有利于長期生油。

3.1.3 有機質(zhì)演化程度

在大民屯凹陷中—新元古界潛山地層中，對安95、安68等多口探井碳酸鹽巖取樣50余塊，同時到野外露頭相同層位取樣16塊，進行有機碳及巖石熱解分析。分析結(jié)果表明，氫指數(shù)變化較大，而巖石熱解峰溫多集中在450℃左右。從安68、安71、安95和安96等井孢粉顏色和藻類生殖器官的保存狀況分析來看，有機質(zhì)成熟度較低，也就是說遠沒有達到過成熟，應該具備生油能力，而不是以生氣為主，這與熱解分析結(jié)果相吻合。

3.2 碳酸鹽巖族組成特征

大民屯凹陷靜北地區(qū)中—新元古界碳酸鹽巖族組成特征明顯具有“一高二低”的特點，即飽和烴含量高，而芳烴和非烴—瀝青質(zhì)含量相對較低，其族組成特征與上覆沙四段、沙三段湖相暗色泥巖差異明顯。

3.3 碳酸鹽巖飽和烴色譜特征

圖4 大民屯凹陷中—新元古界生油巖模擬前后碳數(shù)分布曲線對比

根據(jù)安86和安96井各一塊碳酸鹽巖樣品熱模擬前后飽和烴色譜分析結(jié)果（圖4）發(fā)現(xiàn)，該層系烴源巖在一定溫度條件下能夠提供一部分可溶烴類物質(zhì)，但同一塊樣品熱模擬前后碳數(shù)組成及豐度上存在明顯差異：①模擬前烴源巖樣品主峰碳靠后，在C27左右，C17前輕組分含量低，OEP值約為1.1；②模擬后烴源巖樣品主峰碳靠前，在C23左右，C17前輕組分含量明顯增大，OEP值接近1。安86井同一塊樣品熱模擬后較熱模擬前的飽和烴含量明顯增加，模擬前飽和烴含量為54%，模擬后為72%，說明中—新元古界烴源巖至今仍具有較強的生烴能力。

3.4 碳同位素特征

大民屯凹陷中—新元古界飽和烴碳同位素一般較輕，δ13C值多分布在-30‰，而芳烴碳同位素則一般較重，δ13C值多分布在-25‰，不溶物干酪根樣品也具有相同特點。歐光習等研究表明，遼西-冀北坳陷中—新元古界不論是油苗還是原油的δ13C值均較輕，一般為-31‰～-26‰，多數(shù)集中在-28‰［17］。而古生界和中生界原油、煤與烴源巖樣品抽提物的δ13C值則較重，為-25‰～-22‰，與中—新元古界樣品差別明顯，也證實它們之間的成因聯(lián)系不大。

薄片分析及巖心觀察發(fā)現(xiàn)，大民屯凹陷靜北潛山鉆遇的中—新元古界碳酸鹽巖地層含有豐富的有機質(zhì)，其中以藻類和炭質(zhì)等為主，同時在多數(shù)層位上含有大量的泥質(zhì)，而含有這些成分的碳酸鹽巖無疑具備良好的生烴條件。因此，中—新元古界灰色、灰白色的白云巖、泥灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等碳酸鹽巖，尤其是泥質(zhì)巖類應該具有較強的生烴能力，具備大民屯凹陷中—新元古界烴源條件。Tege?laar用模擬實驗證實高蠟油源于陸相高等植物［15］。但是近年來高蠟油源巖的有機巖石學研究以及海相原油中沉淀蠟的高溫氣相色譜分析證實，低等水生生物和藻類也能提供豐富的蠟［18-19］。研究表明，盡管陸源高等植物的表皮和孢粉類能夠提供蠟的生源母質(zhì)，富含低等水生生物的油頁巖同樣也可以提供蠟的生源母質(zhì)。這一認識也為大民屯凹陷元古界高蠟油可以是本身油源提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

大民屯凹陷是中國在中—新元古界發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲量的重要地區(qū)，是否存在自身油源一直未能引起充分的重視，該區(qū)中—新元古界潛山原油多為高蠟油，含蠟量普遍大于20%。研究區(qū)中—新元古界原油和沙三段原油區(qū)別明顯，與遼河坳陷其他凹陷原油差別也較大，是否有中—新元古界本身油源的注入值得重視。

大民屯凹陷中—新元古界的某些層段有機質(zhì)類型好，豐度高，熱演化程度并未過高，具有較強的生烴潛力，而在安67等井中—新元古界中發(fā)現(xiàn)的紅藻類化石也提供了潛山中—新元古界生烴的佐證。該井發(fā)現(xiàn)的紅藻數(shù)量大，生油能力強，可能是中—新元古界烴源巖中最主要的生烴母質(zhì)。油源對比結(jié)果也表明大民屯凹陷潛山碳酸鹽巖與泥質(zhì)板巖和中—新元古界原油具有親緣關系，很可能是潛山油氣藏的油源。

大民屯凹陷中—新元古界具有較好的生烴潛力，可能是中—新元古界潛山油氣藏的油源，但生烴潛力有多大，對元古界潛山油氣藏的貢獻有多少，這是一個需要深入研究的問題。建議下一步要應用新的理論、技術、方法和手段對大民屯潛山中—新元古界烴源巖的生、排、聚及高蠟油形成機制進行深入系統(tǒng)地研究，主要是解決中—新元古界生烴潛力及其能否“自生自儲”成藏問題，這對中國中—新元古界下一步的勘探有重要的指導意義。

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