中国华南地区下寒武统烃源岩沉积环境、发育模式与分布预测

早寒武世是地史中生命爆发的重要时期，海侵作用导致全球广泛发育富含有机质的黑色页岩，将其成就为全球油气最为重要的勘探层系之一。中国华南地区虽然也广泛发育下寒武统黑色页岩，但是由于受古地貌、沉积相、后期构造变动等因素影响，导致烃源岩空间分布差异大、非均质性强，给油气勘探带来风险。在前人大量基础研究工作的基础上，通过对华南地区11个露头剖面和3口钻孔资料的调研收集、以及新观察采集1个剖面的样品测试分析，综合运用主微量元素、铁组分、有机碳含量、古生物等分析资料，系统研究了华南地区寒武系烃源岩的地质地球化学特征与成因机制。发现下寒武统烃源岩在纵向上具有自下而上水体从硫化到还原再到弱氧化、TOC逐渐降低、烃源岩质量逐渐变差的特点，微量元素和铁组分数据揭示了古海洋环境演变对优质烃源岩形成的控制作用；平面上自西向东烃源岩质量变好、TOC逐渐增高、厚度增大，表明沉积相对烃源岩分布具有控制作用，揭示了斜坡相和台地相裂陷槽内烃源岩的质量最好。基于大量分析资料和剖面对比，认为烃源岩厚度和质量明显受控于古裂陷和沉积环境。结合露头和钻井资料，对华南地区下寒武统烃源岩厚度分布开展预测，明确了深层油气和页岩气富集的有利地区。     

塔里木盆地下寒武统烃源岩沉积相研究及其油气勘探指导意义

塔里木盆地内多区块、多层系含油气,油气资源十分丰富。下寒武统烃源岩是塔里木盆地内非常重要的烃源岩,然而其分布研究十分薄弱,严重制约着有利勘探区带的选择。通过野外露头、钻孔资料与地震资料的综合研究,认为塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组沉积期沉积模式主要为缓坡模式,烃源岩优势发育在中下缓坡与深水陆棚相带。建立在资料点分析、地震剖面追踪基础上,识别出下寒武统烃源岩2个分布中心:其一位于北部坳陷内;其二位于塔西南坳陷的南缘,呈NW向条带展布。关于烃源岩的分布与已发现油气田/藏的平面分布吻合,为回答主力烃源岩问题提供了支撑性证据;同时结合继承性古隆起的分布,指明了满西低凸起、巴东地区与塔西南坳陷内烃源岩分布区是下一步原生油气藏勘探的有利区带。     

下寒武统优质烃源岩的地球化学特征与形成机制——以鄂西地区天柱山剖面为例

全球范围下寒武统发育的黑色泥岩是一套重要的优质烃源岩。该套烃源岩分布广，但在不同地区厚度和质量差异大，重建其沉积与发育模式对预测优质烃源岩的分布具有重要意义，并可为页岩气勘探提供指导。通过对鄂西地区天柱山剖面下寒武统烃源岩样品开展有机碳、主量元素、微量元素等地球化学分析测试，探讨古气候、古生产力和古海洋环境等对优质烃源岩形成的控制作用，分析下寒武统优质烃源岩的沉积模式、发育机制以及生物活动和海洋环境变化与优质烃源岩形成的耦合关系，结果表明，天柱山剖面下寒武统优质烃源岩段具有高TOC含量（2.63%~8.76%）、高化学蚀变指数（68~76）和高生物来源Ba （平均含量为1 392×10^-6）的特点，且高度富集氧化-还原敏感元素（Mo、U和V）。V/Cr比值、U/Th比值和V/Sc比值指示天柱山剖面下寒武统的水体经历了从硫化缺氧环境到次氧化环境再到氧化环境的变化，与Mo、U富集因子之比指示的氧化-还原环境变化特征相一致。TOC含量与Al、Si、生物来源Ba含量的相关性表明陆源输入对烃源岩有贡献。δ¹³C的变化反映了海平面升降对生物生存环境有影响。研究认为，鄂西地区早寒武世海水的硫化缺氧和表层海洋生产力高是导致有机质大量埋藏、形成优质烃源岩的关键。     

下寒武统优质烃源岩的地球化学特征与形成机制——以鄂西地区天柱山剖面为例

全球范围下寒武统发育的黑色泥岩是一套重要的优质烃源岩。该套烃源岩分布广,但在不同地区厚度和质量差异大,重建其沉积与发育模式对预测优质烃源岩的分布具有重要意义,并可为页岩气勘探提供指导。通过对鄂西地区天柱山剖面下寒武统烃源岩样品开展有机碳、主量元素、微量元素等地球化学分析测试,探讨古气候、古生产力和古海洋环境等对优质烃源岩形成的控制作用,分析下寒武统优质烃源岩的沉积模式、发育机制以及生物活动和海洋环境变化与优质烃源岩形成的耦合关系,结果表明,天柱山剖面下寒武统优质烃源岩段具有高TOC含量（2.63%~8.76%）、高化学蚀变指数（68~76）和高生物来源Ba （平均含量为1 392×10^-6）的特点,且高度富集氧化-还原敏感元素（Mo、U和V）。V/Cr比值、U/Th比值和V/Sc比值指示天柱山剖面下寒武统的水体经历了从硫化缺氧环境到次氧化环境再到氧化环境的变化,与Mo、U富集因子之比指示的氧化-还原环境变化特征相一致。TOC含量与Al、Si、生物来源Ba含量的相关性表明陆源输入对烃源岩有贡献。δ¹³C的变化反映了海平面升降对生物生存环境有影响。研究认为,鄂西地区早寒武世海水的硫化缺氧和表层海洋生产力高是导致有机质大量埋藏、形成优质烃源岩的关键。     

塔里木盆地下寒武统烃源岩分布

塔里木盆地下寒武统烃源岩是近年来诸多学者研究的热点,对于其分布的认识还存在一定的分歧,并成为制约寒武系勘探及区带优选的重要因素。基于野外露头及盆地内钻井资料的认识,分析下寒武统烃源岩的沉积环境;通过正演模拟下寒武统玉尔吐斯组烃源岩的地震反射特征,结合模拟结果,刻画下寒武统玉尔吐斯组烃源岩沉积边界;基于震旦系与寒武系地震解释与成图研究,分析寒武系沉积前古地貌特征及寒武系的沉积环境,探讨下寒武统烃源岩的主要控制因素,旨在解决下寒武统生烃源岩的生烃中心,指导寒武系有利勘探区带的优选。研究认为,玉尔吐斯组为寒武纪早期持续海侵背景下、分布稳定的烃源岩;正演模拟结果及地震资料表明,玉尔吐斯组表现为寒武系底部强波峰—强波谷的地震反射特征,在盆地内可追踪对比;根据塔里木盆地震旦纪与早寒武世古地理格局认识,认为寒武系台缘斜坡—盆地一带为下寒武统烃源岩厚度加厚区,是台盆区烃源岩最富集的地区。     

塔里木盆地寒武系玉尔吐斯组优质烃源岩的发现及其基本特征

塔里木盆地古生界海相油气资源丰富,已发现了塔河、哈拉哈塘、塔中等多个亿吨级的大型油气田,探明海相油气储量超过25×10~8t当量,并已建成年产海相油气超过1 400×10~4t当量产能,但是对主力烃源岩的认识,不同学者和勘探家们各持己见,寒武系还是奥陶系哪套是主力烃源岩一直存在争议。虽然诸多地球化学家做了大量卓有成效的工作,并有效指导了塔里木盆地油气勘探工作;但是由于盆地的复杂性和样品的限制,制约了一些研究工作的开展和精细对比,油气来源的观点未能得到勘探家们的充分认可和共识。通过对塔里木盆地寒武系野外详细踏勘和实验分析,在阿克苏地区10余个露头点发现了玉尔吐斯组优质烃源岩,岩性为黑色页岩,有机碳(TOC)值主要分布在2%~16%之间,特别是在于提希、什艾日克沟等剖面,黑色页岩层有机碳值高达4%~16%,是中国目前发现的有机碳值最高的海相烃源岩。这套优质烃源岩在阿克苏一带分布稳定,厚度在10~15m之间,主要形成于中缓坡至下缓坡沉积环境,有机质的富集受上升洋流控制。玉尔吐斯组之上的肖尔布拉克组发育厚层白云岩,野外露头未发现烃源岩,台内滩和微生物礁滩发育,储层较好;中寒武统发育厚层膏岩和泥岩,是一套良好的盖层;下寒武统玉尔吐斯组优质烃源岩与肖尔布拉克组微生物礁滩相储层和中寒武统膏泥岩盖层构成一套良好的生储盖组合,成藏条件优越,具有较大勘探潜力。     

四川盆地震旦系、寒武系烃源岩特征、资源潜力与勘探方向

2013年四川盆地川中地区震旦系—寒武系发现了安岳特大型气田,储量规模达万亿立方米,在全球古老地层天然气勘探中尚属首次。气源研究认为,震旦系天然气来源于震旦系和寒武系烃源岩,开展震旦系及寒武系古老烃源岩系统研究,对全球古老地层油气地质领域具有重要的科学和实践意义。通过对四川盆地震旦系、寒武系钻井资料和野外剖面观察,利用28 000km地震资料解释结果和新钻井资料,结合2 315样次烃源岩地球化学分析,系统研究了下寒武统优质烃源岩中心,主要沿绵竹—长宁克拉通内裂陷分布,累计厚度可达200~450m,其他地区烃源岩厚度为50~100m,裂陷范围内烃源岩对震旦系—寒武系天然气资源贡献约占全盆地的56%~63%;系统评价了震旦系灯影组灯三段泥质烃源岩及其分布,TOC含量介于0.04%~4.73%之间,平均为0.65%,川中地区厚度在10~30m之间;首次系统研究了能够形成大气田的中国最古老震旦系烃源岩,大川中地区震旦系烃源岩总生气强度为(15~28)×10~8 m~3/km~2,具备形成大气田的气源条件。采用成因法、类比法重新评价全盆地震旦系、寒武系天然气资源量为(4.65~5.58)×10~(12) m~3,天然气资源潜力巨大。川中区块天然气资源量约占全盆地总资源量的66%,是当前勘探的首选。     

川东北地区筇竹寺组优质烃源岩分布特征及形成环境

下寒武统筇竹寺组烃源岩是四川盆地及周缘最重要的烃源岩层之一。为明确川东北地区筇竹寺组优质烃源岩分布规律及形成环境,利用测井资料、有机地球化学特征及主-微量元素分析资料等对筇竹寺组烃源岩进行研究。结果表明:筇竹寺组优质烃源岩形成于温暖潮湿、水动力相对较弱的深水陆棚及斜坡-盆地环境,具有中-高的古生产力,整体处于还原-弱氧化条件,为有机质生成及保存提供了有利的沉积环境;纵向上主要发育于地层下部,平面上存在城口-开县裂陷区、巴中-通江地区及五峰-鹤峰一带3个厚度中心,为油气来源奠定了良好的物质基础;与龙王庙组、灯影组优质储层形成良好的源-储配置关系,城口-开县地区及巴中-南江地区是油气勘探的有利区带,值得下一步积极勘探。     

塔里木盆地沙雅隆起星火1井寒武系烃源岩特征

在对塔里木盆地北部星火1井寒武系玉尔吐斯组灰黑、黑色碳质泥岩进行一系列有机地球化学特征测试分析的基础上,从有机碳、氯仿沥青"A"、生烃潜量、热解峰温、海相镜状体反射率、烃源岩可溶抽提物和饱和烃色质特征等方面着手,对该烃源岩的有机质丰度、成熟度及类型进行分析。结合前人研究成果,讨论了这套烃源岩与以往报道的寒武系烃源岩的异同,并开展了与塔河原油的油—岩对比分析。结果表明,该套烃源岩有机质丰度高,而且已达高成熟热演化阶段,与柯坪露头肖尔布拉克剖面下寒武统玉尔吐斯组烃源岩特征类似;星火1井下寒武统黑色碳质页岩有机质地化特征与塔河油田原油具亲源性。     

塔里木盆地塔东地区寒武系烃源岩分布及有利区带评价优选

塔里木盆地塔东地区寒武系烃源岩是近年来诸多学者研究的热点,对其分布及认识还存在一定的分歧,已成为制约寒武系勘探及区带优选的重要因素。基于野外露头及盆地内钻井资料的认识,分析塔里木盆地寒武系烃源岩的沉积环境;根据沉积环境和形成年代,将塔东地区寒武系烃源岩分为缓坡型烃源岩和陡坡型烃源岩。缓坡型烃源岩是玉尔吐斯组同时期沉积的烃源岩,该类型烃源岩沉积主要受控于前寒武系古地貌,厚度中心位于满加尔坳陷西北侧,烃源岩厚度约为20～40 m;陡坡型烃源岩是早寒武世晚期—晚寒武世台缘斜坡—盆地沉积环境发育的烃源岩,主要发育在满西地区轮南—古城弧形条带内,最大厚度约为150 m。结合塔东地区2类烃源岩的分布特征,优选轮南地区盐下白云岩及古城低凸起北部中上寒武统台缘带为塔东地区有利勘探区带。     

东海南部中生界烃源岩地球化学特征与分布预测

为探讨东海陆架盆地南部中生界烃源岩的分布特征,充分利用海域钻井、地震资料和烃源岩地球化学数据,在综合分析中生界烃源岩发育条件和地化特征基础上,采用Trinity盆模软件,以区域沉积相研究成果、烃源岩地化指标和暗色泥岩百分含量统计数据为约束条件,预测了中生界有效烃源岩厚度和成熟度的平面分布特征。结果表明:东海南部中生界中下侏罗统福州组和下白垩统受海(或湖)侵影响的深湖.半深湖相烃源岩分布广,厚度大,生油气条件良好。其中,福州组烃源岩为钻井所证实,是海域中生界的主要烃源岩,发育有暗色泥岩和煤两类烃源岩,有机质丰度高,母质类型以Ⅲ型为主,少量为Ⅱ₂型,现今已进入成熟高成熟阶段,整体评价为较好的烃源岩;集中分布在闽江凹陷和基隆凹陷的南部,暗色泥岩厚度介于200~760 m之间,南厚北薄;成熟度R₀介于0.5%~3.5%之间,由西北向东南方向逐渐增熟。下白垩统暗色泥页岩类烃源岩是海域中生界的次要烃源岩,这一认识拓展了东海南部中生界油气勘探的新领域;有机质丰度较低,母质类型为Ⅲ型,已成熟,整体评价为中等~差烃源岩;在闽江凹陷和基隆凹陷广泛分布,暗色泥岩厚度介于50~450 m之间,东厚西薄;成熟度R₀由西向东逐渐增熟。     

塔里木盆地顺北油田油气来源研究

基于塔里木盆地顺北地区原油和天然气样品的地球化学特征分析,研究了顺北地区奥陶系中下统油气来源。通过饱和烃色谱及饱和烃、芳烃色谱—质谱、全油及族组分碳同位素检测,发现原油样品中C23三环萜烷占优势,伽马蜡烷含量低,C27-C28-C29ααα20R规则甾烷表现为不规则的"V"字形分布,规则甾烷相对重排甾烷含量高,原油碳同位素偏轻,与柯坪露头及孔探1井等下寒武统烃源岩有很好的亲缘性;天然气δ13C1值为-50.7‰^-44.7‰,天然气δ13C2值为-36.1‰^-33.1‰,干燥系数为0.520~0.883,为原油伴生气,油气同源,判断顺北油田油气主要来源于下寒武统烃源岩。通过已钻井岩相、沉积相和全盆地地震相资料,预测下寒武统烃源岩在塔里木盆地广泛分布,厚度在30 m左右,有机碳含量高,生烃潜力大,具有长期生烃、多期供烃的特点,能提供充足的油气资源,是塔里木盆地台盆区最主要的烃源岩。     

鄂尔多斯盆地南缘寒武纪铜川裂陷的发现及油气地质意义

随着鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩勘探不断深入,新的认识认为盆地南缘寒武系存在构造分异,并发现一个NE向裂陷,即铜川裂陷。综合利用地震、测井、钻井岩心以及露头等资料,结合区域构造背景,对铜川裂陷边界断裂、沉积充填和演化特征开展的研究表明:①铜川裂陷受寒武纪伸展断裂控制,总体呈NE向;裂陷呈南宽北窄、西陡东缓,裂陷内地层厚度由NE向SW不断增加,具有SW厚、NE薄的特征。②裂陷内部与裂陷周缘寒武系的沉积差异明显。裂陷周缘下寒武统发育不全,以高能沉积为主;而裂陷内部下寒武统发育齐全,以低能沉积为主;裂陷内部中—下寒武统厚度显著增加,其中以徐庄组和毛庄组增厚最明显。③铜川裂陷的演化分为蓟县纪—震旦纪的裂陷隐伏阶段,辛集组—朱砂洞组沉积期的裂陷雏形形成阶段,馒头组—徐庄组沉积期的裂陷充填阶段以及张夏组—三山子组沉积期的裂陷萎缩消亡4个阶段。铜川裂陷控制了鄂尔多斯盆地南缘寒武系烃源岩、礁滩相带和有利储层的分布。在紧邻裂陷边缘的微古地貌高部位,其成藏条件优越,是鄂尔多斯盆地南缘寒武系的有利勘探区。     

塔西南坳陷南华纪-震旦纪裂谷分布及其与下寒武统烃源岩的关系

塔西南坳陷南华纪-震旦纪裂谷分布与烃源岩发育关系密切。综合西昆仑露头资料、钻井信息和地震剖面信息,分析了南华纪-震旦纪裂谷形成的大地构造背景和展布特征,探讨了裂谷发育与下寒武统烃源岩分布的关系。研究认为,塔西南坳陷发育南华纪-震旦纪裂谷,处于塔里木地块南缘,形成于Rodinia超大陆裂解初期,由昆仑山前的莎车、叶城和皮山地区延伸至麦盖提斜坡,呈NE向展布,边界为正断层控制,南华系-震旦系发育断陷转向坳陷、陆相转向海相的构造沉积组合。南华纪-震旦纪裂谷发育控制着上覆寒武系底部烃源岩分布,寒武系烃源岩的沉积与震旦纪末古地貌关系密切。钻井证实有上震旦统白云岩沉积的区域往往有玉尔吐斯组发育,上震旦统白云岩地震反射特征为连续层状中强振幅,地震剖面上较好识别,有助于间接反映玉尔吐斯组烃源岩分布范围。塔西南坳陷寒武系玉尔吐斯组烃源岩主要分布在昆仑山前带和坳陷中部裂谷发育区内。     

四川盆地寒武系沉积前震旦系顶界岩溶地貌特征及其地质意义

受桐湾运动的影响,四川盆地震旦系灯影组发育2期大规模风化壳岩溶作用,岩溶识别标志明显。为探寻岩溶作用与震旦系灯影组油气成藏的关系,综合应用野外剖面、新钻井以及地球物理勘探资料,通过分析不整合面上、下地层的补偿关系,根据灯影组"残余厚度"和下寒武统"印模厚度"的特征,依据地层厚度组合关系恢复了该区寒武系沉积前震旦系顶界的岩溶地貌,并将其分为岩溶高地、岩溶坡地、岩溶谷地和岩溶盆地4个二级地貌单元,认为寒武系沉积前四川盆地震旦系顶界具有大型近南北向侵蚀谷地和大面积分布的岩溶坡地并存的地貌特征。在此基础上,研究了桐湾期的表生岩溶作用对灯影组储层形成和油气成藏的重要意义:①大面积分布的岩溶坡地与灯影组丘滩体叠合形成了连片叠置发育的优质储层;②近南北向大型侵蚀谷地充填下寒武统巨厚的优质烃源岩,形成了古隆起高部位下寒武统生烃中心;③优质烃源岩与储层大面积对接有利于油气侧向运聚成藏。     

东部盆地群下白垩统烃源岩特征与页岩气勘探潜力

为了研究中国东北地区东部盆地群下白垩统烃源岩的特征与页岩气勘探潜力,对三江盆地、鸡西盆地、通化盆地、柳河盆地和红庙子盆地进行了野外样品采集、烃源岩地球化学与岩矿测试,同时统计了其他盆地烃源岩的地球化学参数。结果表明,东部盆地群下白垩统的烃源岩有机质丰度和类型主要受沉积相的控制,有机质成熟度受莫霍面埋深的影响。下白垩统沉积时研究区北部水体较浅,泥岩累积厚度大、粉砂质含量高,有机质丰度达到了差-中的标准,干酪根主要为Ⅱ₂-Ⅲ型,目前处于成熟-高熟阶段。研究区南部水体相对较深,泥岩平均累计厚度为233~446 m,但泥岩质纯,有机质丰度较高,主要发育Ⅰ-Ⅱ₂型干酪根,目前处于低熟-成熟阶段。东部盆地群下白垩统烃源岩脆性矿物含量较高,脆性较大,主要发育粘土矿物间孔缝、粒内孔和有机孔,具有微孔-中孔的孔喉结构,常规油气和页岩气勘探均具有良好的前景。     

皖南地区下寒武统页岩气成藏地质条件

以野外剖面观测和室内薄片及扫描电镜分析为基础,结合地质与钻井等资料,提出皖南地区下寒武统沉积相的具体划分方案。认为盆地相的深水还原环境是形成页岩气藏的最佳相带,而碳酸盐缓坡不利于页岩气勘探;对储层贡献最大的储集空间类型为裂缝,其次为次生溶蚀微孔,而晶间孔相对不发育,对储层的贡献则十分有限。从富含有机质页岩的空间展布、地化特征、保存条件等方面出发,采用页岩气目标优选评价综合分析方法,对皖南地区下寒武统页岩气成藏条件进行了研究,着重定量评价了页岩厚度、有机碳含量、镜质体反射率、脆性矿物含量等指标。皖南地区下寒武统页岩平均厚度大于50 m,石台县-南陵县一带达页岩厚度最大值为200～600 m;有机碳含量较高,平均值达2.37%;镜质体反射率平均值大于2%,页岩气藏处于干酪根裂解气的成熟-高熟阶段;脆性矿物含量较高,平均值为46.89%,有利于压裂形成网络裂缝。通过与美国主要页岩气藏的地化参数进行对比分析,认为皖南地区下寒武统页岩具备非常优越的页岩气成藏条件,可选为我国非常规能源首选的有利区之一。     

南海西部深水区天然气地质与大气田重大发现

为加快我国深海油气勘探的步伐,"十一五"以来,综合利用大面积三维地震、测井、钻井岩心(屑)和地球化学分析等资料,系统研究了南海西部琼东南盆地深水区的沉积过程、烃源岩形成和生排烃过程,取得了"烃源条件优越""储集条件良好""大型勘探目标成群成带分布"3个创新性认识。研究结果表明:①该深水区位于琼东南盆地的中南部,其形成受印支欧亚板块碰撞与喜马拉雅隆升、南海扩张等多重构造事件控制,经历了古近纪裂陷和新近纪坳陷期;②始新世断裂活动强烈并伴有湖泊沉积,早渐新世裂陷继续发育,沉积环境为海陆过渡相和滨浅海相;③以生油为主的始新统湖相泥岩和以生气为主的下渐新统海陆过渡相煤系地层为两套主力烃源岩;④根据对热演化程度、生烃量及生烃强度指标的分析结果认为,乐东、陵水、宝岛和长昌等4大凹陷属于潜在富生烃凹陷,其中乐东和陵水凹陷的良好生烃潜力已得到钻探证实;⑤深水沉积学和成藏动力学研究成果表明,该区纵向上发育古近系和新近系两大成藏组合,横向上发育中央峡谷岩性圈闭带(群)、长昌环凹圈闭带(群)和宝岛南部断阶带等有利成藏区带;⑥中央峡谷岩性圈闭带成藏条件优越,油气勘探潜力巨大,应作为首选目标实施钻探,南海北部最大天然气田——中央峡谷气田的发现验证了上述观点的正确性。