东营凹陷取心井es4烃源岩深层沉积环境演变及生烃潜力

东营凹陷取心井es4烃源岩深层沉积环境演变及生烃潜力

东营凹陷是济阳凹陷的一个次级构造单元。这是中国东部新世陆相沉降盆地最丰富的油气资源转移之一。在近60年的勘探历程中,先后经历了以构造油气藏和以隐蔽油气藏为主要目标的两个勘探阶段后,地质学家又把目光指向埋深超过3.5km的深部地层,以期扩大勘探领域。东营凹陷埋深超过3.5km的地层主要是Es4及其以下地层,在凹陷的中心部位也包括部分沙三段(Es3)。笔者选取民丰洼陷(东营凹陷的次级构造)内的3个钻孔取心的Es4烃源岩样品进行孢粉相及有机地球化学分析,在明确有机质组成的基础上探讨有机质来源、形成环境和生烃潜力等,为深层勘探提供新的思路。1岩盐岩石学特征东营凹陷Es4地层可三分,自下而上分别为:沙四下部(Es4L),岩性以紫红色、灰绿色泥岩为主,夹砂岩、粉砂岩、含砾砂岩及薄层碳酸盐岩,凹陷中部有数层厚度不等的岩盐及石膏夹层,厚度大于1.753km;沙四中部(Es4M),岩性以蓝灰色泥岩、灰白色岩盐、石膏层为主,夹深灰色泥质白云岩及少量灰色、紫红色泥岩,厚度约300m;沙四上部(Es4U),岩性以灰色、深灰色、灰褐色泥岩为主,夹碳酸岩盐、油页岩、砂岩,底部夹含膏泥岩,厚度为100~600m。2样本和研究方法2.1丰深2井地层岩性特征研究样品采自民丰洼陷的丰8井(3.04768~4.18339km)、丰深1井(3.215~4.3486km)、丰深2井(3.968~5.64724km)3个钻孔取心(图1),共计73件。岩性以灰色泥岩、页岩、盐泥岩或膏泥岩为主,也有少量粉砂质泥岩和泥质粉砂岩。采样密度与岩相密切相关,不同岩相均有代表,单一岩相厚度超过2m时,密度增加,因此采样间距一般不超过2m。2.2学习方法2.2.1有机质及干菇根类型分类孢粉相分析经过标准的HCl-HF分析流程处理后,将所得孢粉残留物制成薄片,在ZEISSAxioskop2型显微镜下观察各类孢粉有机质的形态、保存状况和荧光特征等,并进行颗粒计数(面积比)。有机质分类参照李建国等的方案(表1)。统计结果按以下公式计算类型指数(Ti),划分干酪根类型:Ti=(100A+50B-50C-100D)/(A+B+C+D).式中,A、B、C、D分别为腐泥组、壳质组(藻类、菌孢体、孢粉粒)、镜质组(木质、动物骨骼等)和惰质组(丝碳、黑色团块)体积分数。Ti>80为Ⅰ型,Ti=80~40为Ⅱ1型,Ti=40~0为Ⅱ2型,Ti<0为Ⅲ型。2.2.2岩石热解实验在进行孢粉分析之前,先选取部分粉碎的标本,用碳硫分析仪CS-444h和岩石热解仪ROCK-EVAl-6分别测得有机碳总量(w(TOC))、残留烃类(S1)、热解烃类(S2)和最大热解温度(Tmax)等相关参数。3关于sip相分析3.1结构有机质、植物行为因素东营深层孢粉有机质类型及分异度高,可识别的类型有:孢型包括沟鞭藻孢囊(图2(e)、(f))、孢子花粉粒(图2(h))、淡水藻类(图3(a)、(b))、真菌繁殖体、植物种子(图3(g));结构有机质包括植物屑、动物屑和无定型有机质。植物屑包括木质组织(图3(c)、(d)、(e))、丝炭及其他黑色植物屑(图2(d))、角质层、其他非表皮组织,以及丝状物、毛状物(图3(h))、条形物(图3(i))等其他植物组织;动物屑主要为动物骨骼(图2(g))、外壳等;无定型有机质包括微粒状(图2(a))和海绵状(图2(b)、(c))两大类。3.23次粉相的划分根据主要显微组分的丰度及保存状况,结合岩相,东营凹陷Es4可以识别出A、B、C共3个孢粉相。3.2.1质组织和丝炭类孢粉相A发育于Es4L的顶部,以丰深2井(4.5019~5.64724km)为代表(图4),岩相为黑色块状泥岩,粉砂质泥岩,泥质粉砂岩。孢粉相:①主要由木质组织和丝炭类组成,含量分别为20.79%~82.90%和0~39.34%,两种组分合计一般占孢粉总量的60%以上,无定型含量一般小于50%,孢型少,有机质类型主要为Ⅱ2型和Ⅲ型;②无定形主要为黑色-黑棕色微粒状,保存较差,基本不具荧光现象;③孢型主要是孢粉粒和菌孢,未见藻类遗迹;④结构有机质保存状况一般较差,颜色深棕,甚至黑色,细胞结构比较模糊,但少数样品保存极好,木质组织个体巨大,保存新鲜,细胞结构清晰可辨,甚至有保存完好的丝状物、条状物、毛状物等其他植物组织。3.2.2有机质类型及分布孢粉相B主要发育于Es4M,以丰8井(3.81937~3.9478km)为代表(图5),岩相为深灰色泥岩,盐泥岩,膏泥岩。孢粉相:①无定型有机质占绝对优势,含量一般在80%以上,最高达99.33%,其他组分少,有机质类型为Ⅰ型,或Ⅱ1型;②无定型有机质主要为棕色-深棕色微粒状,荧光极其微弱;③孢型除孢子花粉以外,开始出现Bohaidina,Parabohaidina等沟鞭藻孢囊,以及淡水绿藻Botryococcus;④木质组织减少(2.2%~13%);⑤孢型和结构有机质保存都很差,颜色棕黑,细胞结构模糊,外壁多被腐蚀成空洞状;⑥孢粉有机质中含大量分散的黄铁矿颗粒。3.2.3无定型生物特征孢粉相C以丰8井(3.04768~3.40631km)为代表(图5),主要发育于Es4U,但在Es4M的顶部已经开始出现。孢粉相:①以无定型为优势,含量70.2%~98.4%,其次为木质组织(0.98%~25.06%),孢型一般较少(0.47%~7.88%);②无定型主要为海绵状,常见大面积的凝块状及少量微层状,结构比较紧密,能抗击轻度超声震荡,凝块或层状体内部含大量孢型及结构有机质;③沟鞭藻和绿藻发育,前者以德弗兰藻科(Deflandreceae)和渤海藻科(Bohaidinaceae)的属种为主,后者主要是Botryococcus;④孢型和无定型有机质荧光强烈,蓝光下孢型特别是藻类,发强烈的亮棕黄色荧光,而无定型一般发棕红色荧光,稍微弱;⑤含大量自生黄铁矿颗粒,分散保存,或密集成层。孢粉相C可以划分成两个亚相:①孢粉相C1,与灰色、褐灰色纹层泥岩,油页岩关系密切,无定型常常密集成微层,偶见微粒状,藻类繁盛;②孢粉相C2,与深灰色块状泥岩,灰色块状粉砂质泥岩相关,无定型丰度有所降低,大多为凝块状,木质组织和藻类含量增加。4讨论4.1孢粉相研究在国外的应用孢粉相(Palynofacies)是指“用HCL和HF孢粉分析技术从沉积物或沉积岩中获得的在显微镜下可观察的所有抗酸有机质”。从20世纪80年代起,孢粉相研究在国外得到了迅速而广泛的开展和应用,国内学者多有介绍,并成功应用于盆地分析、油气资源评价等各个领域。孢粉相的物质组成及其保存状况不仅取决于物质来源,还受到沉积环境、成岩作用的严格控制,因此孢粉相分析蕴藏着丰富的地质学信息,是研究沉积环境乃至油气资源评价的最直观最有效的手段之一[7,8,9,10,11,12,13,14,15]。4.1.1古地理环境分析孢粉相A以丰富多样的植物碎屑为优势,无定型含量低。在沉积物中所保存的植物碎屑大多是植物的木质、丝炭及角质层(表皮组织),其他组织很少,它们大多数都堆积于陆相河-湖体系及河口湾、近岸等环境。丝炭具有很好的漂浮特性,可以经历长时间的浮选,因此可以在河流、湖泊及近岸的海相沉积物中大量堆积。相对丰富的“黑色木质”或“不透明植物碎屑”与古代高能环境有关,如水道、边滩、天然堤及各种三角洲前缘、河口及近岸环境。民丰洼陷北面面临边界大断层形成的陡坡带,其底部发育一系列坡积、浊积、扇三角洲等边缘堆积,Es4L发育巨厚的灰色、深灰色块状砾岩、含砾砂岩、砂岩等地层。受其影响,孢粉相以陆地输入的高等植物碎屑为主,并呈现多样化特性,在坡积发育的层段有机质保存状况良好,细胞结构清晰,表面的刺(毛)状物(图3(c))都保存了下来,同时被保存的还有丝状物、毛状物,以及长度很大的条形物(图3(i))。但是,由于气候干燥,湖水蒸发大于淡水补给,湖泊逐步演化为超咸水浅湖,岩盐、石膏开始沉积,环境闭塞,水体循环不畅,有机质长期遭受低温降解,颜色深棕,甚至为黑色,表面空洞状(图2(h)、(e))。总之,孢粉相沉积时为闭塞的浅水超盐湖,但边缘浊积、扇三角洲沉积发育。由于受浊积、扇三角洲沉积,以及超咸水湖泊沉积的联合影响,孢粉相A的物质组成比较复杂,A、P、S三角图上的分布极其分散(图6)。4.1.2湖泊中心部位孢粉质分布孢粉相B以微粒状无定形有机质占优势、木质组织显著减少为特征。无定形有机质通常是缺氧海盆环境沉积物中的主要有机质成分,在非海相地层中有时也会占据优势,但同样也与厌氧或缺氧环境有关。因此,孢粉相B可能来自缺氧环境。MartinClosas等在研究陆相盆地孢粉相分布时也发现在湖泊的中心部位孢粉物质组成比较简单,常常以无定形有机质为主,别的物质一般并不丰富,而湖泊周围的沼泽相孢粉有机质高度分化,并以结构有机质和孢型为主。孢粉相B代表湖泊中心缺氧环境。层序地层学研究也证实,Es4M沉积时,随着湖泊面积进一步扩大,浊积、扇三角洲沉积退向湖泊边缘,但由于干旱气候加剧了湖水的蒸发浓缩,岩盐、石膏大量析出,民丰洼陷变成一个封闭型咸水、超咸水湖泊。在封闭缺氧环境下,孢型和结构有机质经过长期的低温降解,保存状况欠佳,细胞结构模糊不清,颜色变为深棕色至黑色,表面空洞状,反映一种闭塞的、持久分层的超盐湖环境。在A、P、S三角图上,孢粉相B的分布比较集中,但部分样品比较分散(图6),表明仍存在浊积、扇三角洲沉积。4.1.3有机相变化的物质孢粉相C以海绵状无定型为主,并有一定数量的木质组织和藻类体为特征。孢粉相C的面貌与上述组合不同:无定型有机质已经从分散的微粒状变为具海绵结构的凝块状,或微层状;颜色由黑色-黑棕色变为橙色-棕色;孢型和无定型一般发较强烈棕黄色-棕红色荧光。海绵状与微粒状的转变可能与有机质丰度有关,丰度高时无定型凝结为团块状或层状,反之,有机质保存分散,为微粒状,但颜色的变化可能与原始物质成分有关。Tribovillard等在研究法国最北部白垩纪有机相变化时发现:橙色无定型的典型热解产物是硫化物,为脂类的硫化物;棕色无定型的典型产物是烷基腈,为藻类遗迹;黑色无定型的典型热解产物是烷基酚,为蚀变的木质素。Bombardiere1等认为:热不成熟的沉积物,发荧光的无结构有机质(AOM)来源于藻类、细菌和典型的低能、缺氧环境;无荧光的AOM可能来源于降解海洋和陆地两种物质。孢粉相C的无定型为棕色-橙色,主要来源于藻类物质,并保存于缺氧环境。孢粉相C沉积时,湖泊达到最大洪泛期,湖水几乎覆盖整个凹陷。这次湖泛显然与淡水注入有关,可从孢粉相中具有大量Botryococcus得到证实。大量淡水冲淡湖水盐度,湖泊由闭塞的咸水到超咸水湖,逐步转变为封闭型具季节分层的半咸水湖,进而转变为封闭-开放型分层-混合半咸水湖。(1)灰色纹层组成黄铁矿纹层季节分层可以从岩相和孢粉相中纹层状结构得到启发。前人的研究证明,Es4纹层具有双层或者三层式结构,即白色纹层主要由颗石和碳酸钙组成、灰色纹层富含有机质,或者发育黑色纹层,主要由黄铁矿晶簇组成。这是一个典型的季节性纹层,即春、夏季,颗石藻、沟鞭藻等各类微体浮游生物交替勃发,颗石藻鳞片或生物诱发碳酸钙快速沉淀形成白色钙质纹层;当秋季湖水分层被破坏时,有机质大量沉淀形成灰色纹层;冬季生物生长停滞,黏土矿物中的铁在还原条件下转换成黄铁矿,单独组成黄铁矿纹层。最大洪泛期沉积的有机质组成十分简单,在A、P、S三角图上分布十分集中(图6)。(2)矿物质的分层结构孢粉相C2沉积时湖水有变浅的趋势,湖水分层被破坏,底层水缺氧情况有所改善,底栖生物开始发育,生物搅动作用破坏沉积纹理,地层变为以灰色-深灰色块状泥岩,无定型有机质随之减少,木质组织和孢型含量有所增加。但是,在局部层段有纹层式结构以及有机质内部黄铁矿纹层的出现(图2(c)),表明湖水分层现象并未完全消失,湖水的开放受到一定限制。综合以上分析,Es4沉积期间东营古湖泊先后经历边缘浊积发育的闭塞型咸水-超咸水湖、闭塞型咸水至超咸水盐湖、封闭型分层半咸水湖、封闭-开放型分层-混合半咸水湖等几个沉积阶段,期间湖泊生产率越来越高,沉积有机质丰度和质量也随之提高。4.2孢粉相b与未固体质结构将孢粉相与w(TOC)和热解数据对比(表2,其中括号内为相应的平均值)可以看出,反映有机质生烃潜力的S1和S2参数与孢粉相密切相关,而反映有机质丰度的w(TOC)参数则与孢粉相相关性较差,其对生烃潜力的影响似乎并不是决定性的。在孢粉相A中木质有机质极其丰富,w(TOC)变化大,有时值较高,但S1和S2绝对值几乎为零,生烃潜力极低。造成这种现象的根本原因是陆源输入的木质组织和丝炭等结构有机质可降解能力低,另外埋深加大(大于5km),残留的可降解组分降低,也会影响生烃潜力评价。在孢粉相B中,微粒状无定型占绝对优势,其w(TOC)、S1和S2数值均较高,反映了良好的生烃潜力。在孢粉相C中海绵状无定型占绝对优势,其w(TOC)、S1和S2数值极高,反映了极好的生烃潜力,说明海绵状无定型比微粒状无定型具有更高的生烃潜力。其中,孢粉相C1与孢粉相C2相比,前者的S1和S2较低,而后者的S2最高,生烃潜力近似。5凹陷es4沉积过