本文關(guān)鍵詞：四川盆地震旦系—下寒武統(tǒng)大氣藏高演化烴源對(duì)比無機(jī)地球化學(xué)研究　出處：《南京大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高演化烴源對(duì)比是油氣地質(zhì)地球化學(xué)領(lǐng)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(jìn),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(duì)比存在巨大困難和爭(zhēng)議的四川盆地震旦系燈影組和下寒武統(tǒng)龍王廟組大氣藏為例,開展了無機(jī)地球化學(xué)的探索研究,目的一方面是為研究區(qū)存在的烴源爭(zhēng)議提供新的參考信息,加深對(duì)油氣成藏規(guī)律和理論的認(rèn)識(shí),為生產(chǎn)部署提供依據(jù),另一方面為油氣成藏?zé)o機(jī)地球化學(xué)這一前緣研究領(lǐng)域提供新的高演化階段的實(shí)例,因此可望兼具基礎(chǔ)理論與實(shí)踐應(yīng)用意義。首先通過傳統(tǒng)的有機(jī)巖石學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)分析評(píng)價(jià)了研究區(qū)的2類5套潛在烴源巖,以初步明確烴源巖質(zhì)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(tǒng)麥地坪組泥質(zhì)白云巖、筇竹寺組泥頁巖。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這5套潛在烴源巖均具有一定的有機(jī)質(zhì)豐度,現(xiàn)今殘余有機(jī)碳含量分布在0.03%～2.36%,并具有地區(qū)和層位差異,以威遠(yuǎn)—資陽地區(qū)和川中地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組為最佳。相比而言,有機(jī)質(zhì)類型和成熟度的地區(qū)和層位差異不大,其中,有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)的成熟度均為高—過成熟演化。因此5套潛在烴源巖當(dāng)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(jī)質(zhì)豐度與厚度和分布。據(jù)此通過對(duì)比,發(fā)現(xiàn)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(duì)一般,故筇竹寺組泥頁巖是研究區(qū)最為有利和現(xiàn)實(shí)的烴源。從區(qū)域上看,威遠(yuǎn)—資陽地區(qū)與川中地區(qū)相對(duì)較好,而川西南地區(qū)整體生烴能力較弱,因此前兩個(gè)地區(qū)仍是今后天然氣勘探的主要目標(biāo)。在初步明確烴源巖質(zhì)量及其發(fā)育背景的基礎(chǔ)上,考慮到高演化階段烴源巖的評(píng)價(jià)因有機(jī)質(zhì)的損耗而使得傳統(tǒng)的有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)逐漸失效,而烴源巖形成和演化過程中發(fā)生了復(fù)雜的有機(jī)—無機(jī)相互作用,進(jìn)一步應(yīng)用無機(jī)(主量、微量和稀土元素)地球化學(xué)方法,從烴源巖發(fā)育的三大控制因素(古生產(chǎn)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(píng)價(jià)研究的新方法。結(jié)果表明,古生產(chǎn)力分析揭示研究區(qū)陡山沱組與筇竹寺組古生產(chǎn)力最高,其次為燈三段與麥地坪組,而燈影組古生產(chǎn)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(xiàn),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(yuǎn)—資陽地區(qū)的筇竹寺組最為還原。沉積速率分析發(fā)現(xiàn),燈影組藻云巖、麥地坪組泥質(zhì)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(jù)此,認(rèn)為研究區(qū)的烴源巖質(zhì)量以川中與威遠(yuǎn)—資陽地區(qū)的筇竹寺組為最佳,這從無機(jī)地球化學(xué)角度豐富完善了傳統(tǒng)有機(jī)巖石學(xué)和地球化學(xué)的研究認(rèn)識(shí),成功建立了高演化烴源巖評(píng)價(jià)和研究的無機(jī)地球化學(xué)方法。對(duì)比有機(jī)碳含量,發(fā)現(xiàn)沉積環(huán)境是控制有機(jī)質(zhì)富集的主要因素,而古生產(chǎn)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(zhì)烴源巖的一個(gè)普遍特征。對(duì)燈影組和龍王廟組儲(chǔ)層瀝青的成因及其與天然氣的關(guān)系進(jìn)行了研究,以明確是否可以通過對(duì)儲(chǔ)層瀝青進(jìn)行分析而開展高演化烴源對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn),燈影組和龍王廟組儲(chǔ)層中的瀝青存在差異,其中,燈影組中僅發(fā)現(xiàn)有高演化的固體瀝青,相比而言,龍王廟組儲(chǔ)層中的固體瀝青成熟度要低一些,并且還發(fā)現(xiàn)了一期較低演化程度的油質(zhì)瀝青,熒光顯微鏡下發(fā)強(qiáng)烈的黃綠色。結(jié)合天然氣的地球化學(xué)特征分析結(jié)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(rèn)為燈影組中的瀝青為油裂解成氣的殘留產(chǎn)物,而龍王廟中的瀝青成因相對(duì)要復(fù)雜一些,部分為原油裂解形成,部分為燈影組天然氣沿?cái)嗔堰\(yùn)移進(jìn)入后發(fā)生氣侵作用而形成,而油質(zhì)瀝青可能為下志留統(tǒng)龍馬溪組來源。據(jù)此,提出通過分析燈影組儲(chǔ)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(duì)比成功建立了 "橋梁",實(shí)際研究工作中,需首先明確瀝青的成因及其與油氣的關(guān)系。據(jù)此,借助于儲(chǔ)層瀝青,開展了高演化烴源對(duì)比的無機(jī)地球化學(xué)探索研究,首先是微量和稀土元素地球化學(xué)方法。烴源巖的分析發(fā)現(xiàn),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(shù)特征,而微量元素特征復(fù)雜,無法有效區(qū)分,反映其成因與影響因素復(fù)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(duì)比、相關(guān)性對(duì)比、典型參數(shù)分析等這4種方法,發(fā)現(xiàn)了研究區(qū)烴源的差異。具體而言,威遠(yuǎn)—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(fù)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(zhì)白云巖與燈影組藻云巖,筇竹寺組貢獻(xiàn)很少,這與該區(qū)烴源巖的發(fā)育背景一致。高演化烴源對(duì)比的Re-Os同位素地球化學(xué)研究獲得了兩個(gè)瀝青的Re-Os同位素定年數(shù)據(jù),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(duì)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(shí)間,這明確了油氣成藏的關(guān)鍵時(shí)刻。Re-Os同位素對(duì)比結(jié)果顯示瀝青以筇竹寺組泥頁巖為主要來源,進(jìn)一步補(bǔ)充印證了前述稀土元素地球化學(xué)的研究結(jié)果。Re-Os同位素地球化學(xué)行為分析發(fā)現(xiàn),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(duì)油氣形成與演化過程中Re-Os同位素行為及其應(yīng)用的認(rèn)識(shí),Re-Os同位素可有效應(yīng)用于高演化烴源對(duì)比與成藏年代研究中,實(shí)際工作中應(yīng)盡量選擇成藏過程相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)例展開。最后綜合成藏地質(zhì)背景,重建了油氣成藏演化過程,發(fā)現(xiàn)其過程復(fù)雜,可能經(jīng)歷了古油藏形成、古油藏裂解、氣藏調(diào)整與定型三個(gè)階段,并且不同地區(qū)的油氣藏成藏機(jī)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(yīng)著力圍繞這種模式展開,這對(duì)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(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P618.13

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