吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩风化校正及生排烃潜力_缪欢.pdf
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1、大庆石油地质与开发 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing2023 年 4 月 第 42 卷第 2 期Apr.,2023Vol.42 No.2DOI:10.19597/J.ISSN.1000-3754.202204016吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩风化校正及生排烃潜力缪欢1 王延斌1 国建英2 付媛3 李建红1(1.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;2.中国石油天然气集团有限公司天然气成藏与开发重点实验室,河北 廊坊065007;3.国核电力规划设计研究院有限公司,北京100095)摘要:吐哈盆地台北凹陷桃
2、东沟群地层钻井较少,而野外露头往往因风化作用导致地化参数失真。为探明桃东沟群烃源岩受风化影响程度和生排烃潜力,基于岩石热解、总有机碳、镜质体反射率等实验数据,应用风化校正法、生烃潜力法对烃源岩进行了风化校正和生排烃潜力计算。结果表明:风化作用对照壁山、坎尔其和恰勒尔剖面的样品影响较大,对塔尔朗沟剖面样品的影响较小;风化作用对生烃潜量的影响最大,其次是w(氯仿沥青“A”)的影响,对w(TOC)的影响最小;桃东沟群烃源岩有机质类型主要为型和2型,部分为型和1型,有机质丰度较高,为中等很好烃源岩,Ro为0.53%1.49%,平均为1.03%,处于成熟阶段;台北凹陷桃东沟群烃源岩在Ro为0.62%时达
3、到排烃门限,最大生烃潜力指数为615.88 mg/g,生烃中心位于连木沁次洼北部;桃东沟群烃源岩常规油气地质资源量为2.46 108 t,具有良好的勘探前景。研究成果可为吐哈油田中二叠统桃东沟群油气资源的勘探部署提供理论指导。关键词:吐哈盆地;台北凹陷;桃东沟群;风化校正;地球化学特征;生烃潜力法中图分类号:TE122.1+13 文献标识码:A 文章编号:1000-3754(2023)02-0022-11Weathering correction and hydrocarbon generation and expulsion potential of Taodonggou Group sou
4、rce rocks in Taibei Sag in TurpanHami BasinMIAO Huan1,WANG Yanbin1,GUO Jianying2,FU Yuan3,LI Jianhong1(1.School of Geosciences and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China;2.CNPC Key Laboratory of Natural Gas Accumulation and Development,Langfang
5、065007,China;3.State Nuclear Electric Power Planning Design&Research Institute Co Ltd,Beijing 100095,China)Abstract:There are few wells drilled in Taodonggou Group of Taibei Sag in Turpan-Hami Basin,and geochemical parameters of field outcrops are often distorted due to weathering.In order to ascert
6、ain the weathering influence degree and hydrocarbon generation and expulsion potential of source rocks in Taodonggou Group,based on experimen收稿日期:2022-04-07 改回日期:2022-09-15基金项目:国家科技重大专项“大型气田形成条件、富集规律及目标评价”(2016ZX05007);国家科技重大专项“深部煤储层精细描述及甜点区预测”(2016ZX05066001-002);中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“天然气成藏与开发重点
7、实验室实验新方法研究”(2020D-5006-81);中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“高过成熟天然气成因鉴别与气源示踪技术研究”(2021DJ0602)。第一作者:缪欢,男,1997年生,在读硕士,从事常规油气与非常规油气地质研究。E-mail:通信作者:王延斌,男,1958年生,博士,教授,从事常规油气与非常规油气地质研究。E-mail:第 42 卷 第 2 期缪欢 等:吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩风化校正及生排烃潜力tal data of rock pyrolysis,organic carbon and vitrinite reflectance,weathering
8、 correction method and hydrocarbon generation and expulsion potential method are used to correct weathering of source rocks and calculate hydrocarbon generation and expulsion potential.The results show that weathering has much impact on the samples of Zhaobishan,Kanerqi and Qialaer sections,and less
9、 impact on the samples of Taerlanggou section.Weathering has the most impact on hydrocarbon generation potential,secondly w(chloroform asphalt“A”),and the least w(TOC).The source rocks of Taodonggou Group in Taibei Sag are mainly Type and Type 2,and partially Type and Type 1,being medium to good sou
10、rce rocks with high organic matter abundance.Ro is 0.53%1.49%,averagely 1.03%,being in mature stage.The source rocks of Taodonggou Group in Taibei Sag reached hydrocarbon expulsion threshold when Ro=0.62%,with maximum hydrocarbon generation potential index of 615.88 mg/g,and hydrocarbon generation c
11、enter is located in the north of Lianmuqin subsag.The source rocks of Taodonggou Group in Taibei Sag have conventional oil and gas resource-in-place of 2.46108 t,showing much exploration prospect.The research are expected to provide theoretical guidance for exploration deployment of oil and gas reso
12、urces in Taodonggou Group of Middle Permian in Turpan-Hami Oilfield.Key words:Turpan-Hami Basin;Taibei Sag;Taodonggou Group;weathering correction;geochemical characteristics;hydrocarbon generation potential method0引言自 20世纪 50年代对吐哈盆地开展油气勘探工作以来,目前已探明吐哈盆地可采油气资源量为2.26108 t,剩余可采资源量为 1.29108 t,其中天然气储量为 1
13、207.79108 m3,已动用 1 062.75108 m3,动用率达88%,接替资源严重不足13。但目前已发现的天然气资源主要分布在上含油气系统,以桃东沟群为代表的下含油气系统发现较少23。因此,明确桃东沟群烃源岩特征及生烃潜力,对实现吐哈油田持续稳产具有重要意义。吐哈盆地台北凹陷构造稳定,烃源岩埋藏较深,热演化程度高,生烃潜力巨大,发育多组良好的生储盖组合,一直为吐哈盆地上含油气系统和下含油气系统勘探的主战场34。桃东沟群暗色泥岩虽已被证实为有效烃源岩,但其在台北凹陷埋藏较深,钻井揭露较少,且地震资料受中下侏罗统水西沟群煤系烃源岩屏蔽作用的影响,烃源岩分布难以准确预测46。另外,以往关于
14、台北凹陷桃东沟群烃源岩地化特征和生烃潜力的认识主要来源于野外地质露头,由于受到风化作用影响,导致野外露头样品的地化参数失真79,对烃源岩生烃潜力认识出现偏差,进而影响吐哈盆地内中二叠统油气资源前景的认识。本文基于桃东沟群地层的钻井岩心资料,开展了烃源岩有机碳含量测定、岩石热解和镜质体反射率测定等实验,并应用风化校正方法和生烃潜力法,分析吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩受风化程度、有机地化特征和生烃潜力。1区域地质概况吐哈盆地位于新疆维吾尔自治区东部,东西长约 660 km,南北宽 60130 km,总面积约为 5.35104 km2。吐哈盆地共经历伸展裂陷盆地发育阶段、挤压型前陆盆地发育阶段、伸
15、展型断超盆地发育阶段和挤压型再生前陆盆地发育阶段4个阶段,最终形成了中、新生代叠合型的复式内陆盆地的现今格局1013。依据吐哈盆地的构造演化特征,吐哈盆地自东向西可划分为哈密坳陷、了墩隆起和吐鲁番坳陷3个一级构造单元。台北凹陷是吐哈盆地吐鲁番坳陷的次一级凹陷1415,也是吐哈盆地最大的沉积单元(图1)。台北凹陷油气资源丰富,是吐哈盆地油气勘探的重点区域14。多年的勘探表明,吐哈盆地可依据油气、烃源岩的分布及其配置关系划分为上含油气系统、下含油气系统34(图2)。上含油气系统主要包括侏罗系、白垩系、新生界,烃源岩为中、下侏罗统煤系烃源岩和上侏罗统湖相泥岩。下含油气系统主要包括石炭系、二叠系和三叠
16、系,其烃源岩主要为中二叠统桃东沟群泥岩,另外,三叠系克拉玛依组湖相泥岩也可以生成少量的油气。232023 年大庆石油地质与开发依据最新钻井和地震资料,本次研究的目的层中二叠统的桃东沟群泥质烃源岩主要分布在研究区西部,烃源岩层埋藏深度为 4 0006 500 m,平均厚度约为 100 m,北部山前带厚度整体大于 200 m,南部火北次洼和连木沁次洼部分地区厚度小于50 m,具有“北厚南薄”的特征(图3)。2风化作用本文所用的 30 块泥岩样品来自塔尔朗沟野外剖面(4 块)、玉探 1 井(16 块)和连 30 井(10块),具体位置见图 1。为了揭露风化作用对桃东沟群烃源岩有机地球化学参数的影响,
17、设计并完成了 w(TOC)、S1+S2、Ro测试,结果见参考文献15和表1。前人68研究发现,经受风化的露头样品中的总有机碳、氯仿沥青“A”含量的风化丢失量为原始含量的 36%80%;魏建设等8发现强烈风化图1吐哈盆地台北凹陷构造位置Fig.1 Structural location of Taibei Sag in Turpan-Hami Basin图2吐哈盆地含油气系统划分Fig.2 Petroleum system division of Turpan-Hami Basin图3台北凹陷桃东沟群烃源岩厚度Fig.3 Source rock thickness of Taodonggou G
18、roup in Taibei Sag in Turpan-Hami Basin24第 42 卷 第 2 期缪欢 等:吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩风化校正及生排烃潜力作用的影响深度可达 50 m。因此,明确风化作用对台北凹陷桃东沟群烃源岩的有机质丰度的影响,对吐哈盆地桃东沟群烃源岩的认识乃至该区油气资源评价具有重要的意义。目前,国内外学者79常通过对比钻井新鲜样品与受风化后样品的有机地球化学特征,得出风化因子,进而校正受风化样品的有机地化参数。风化因子的计算公式为:KTOC=w(TOC0)w(TOC)(1)KS=w(S0)w(S1+S2)(2)KA=w(A0)w(A)(3)式中:KTOC有机碳
19、风化因子;w(TOC0)风化前烃源岩有机碳的质量分数,%;w(TOC)风化后有机碳的质量分数,%;KS生烃潜量风化因子;S0风化前烃源岩的生烃潜量,mg/g;S1+S2风化后烃源岩的生烃潜量,mg/g;KA氯仿沥青“A”风化因子;w(A0)风化前烃源岩氯仿沥青“A”的质量分数;w(A)风化后烃源岩氯仿沥青“A”的质量分数,%。基于前人对桃东沟群烃源岩有机地球化学特征方面的研究,收集台北凹陷照壁山、坎尔其等露头剖面的有机质丰度,利用风化校正作用,计算各个露头的风化因子(图4、表2)。从图 4、表 2 可以看出各个露头剖面的 KS远大于 KTOC、KA,且 KA大于 KTOC,这表明风化作用对生烃
20、潜量的影响最大,其次是 w(氯仿沥青“A”),最小的是 w(TOC)。此外,塔尔朗沟的 KS、KTOC、KA均低于其他露头和剖面,这表明风化作用对照表1桃东沟群烃源岩有机地化数据Table 1 Organic geochemical data of Taodonggou Group样品玉探11玉探12玉探13玉探14玉探15玉探16玉探17连301连302连303连304连305连306连307塔尔朗沟1塔尔朗沟2塔尔朗沟3塔尔朗沟4深度/m6 1226 1406 1516 1546 1616 1456 1455 0135 0195 0305 0605 0645 0765 080野外露头野外露
21、头野外露头野外露头w(TOC)/%0.715.370.920.830.581.2131.802.010.804.174.394.513.533.330.663.292.435.13S1/(mgg-1)0.320.800.350.280.370.139.673.150.670.310.260.360.230.220.191.130.490.75S2/(mgg-1)1.683.972.121.641.660.6460.543.201.523.112.293.572.662.442.0013.9613.4930.10(S1+S2)/(mgg-1)2.004.772.471.922.030.7770.
22、216.352.193.422.553.932.892.662.1915.0913.9830.85IH/(mgg-1)236.4573.93230.43197.55286.3453.14190.38159.02189.8874.6252.1679.1175.2373.24303.11424.29555.00586.69Tmax/422465438393389468464329343445443445444444446445448455Ro/%0.941.320.941.071.051.261.491.121.140.990.821.171.131.000.530.650.550.62w(氯仿沥
23、青“A”)/%0.140.340.160.130.100.880.710.340.190.340.190.210.060.130.050.150.190.24图4台北凹陷露头风化因子Fig.4 Weathering factors of outcrops of Taibei Sag252023 年大庆石油地质与开发壁山、坎尔其和恰勒尔剖面样品的影响较大,对塔尔朗沟剖面样品的影响较小或没有影响。3烃源岩特征3.1有机质丰度有机质丰度是烃源岩成烃的物质基础,也是评价烃源岩质量的最基本参数,常用 w(TOC)、S1+S2和w(氯仿沥青“A”)等参数评价1516。由台北凹陷桃东沟群泥岩样品的 w(TO
24、C)、S1+S2、w(氯仿沥青“A”)频率分布(图5)可以看出,桃东沟群烃源岩 w(TOC)主要为 0.6%1.0%和大于 2%;S1+S2主要为 26 mg/g;w(氯仿沥青“A”)主体大于0.1%。由 w(TOC)与 S1+S2交会(图 6(a)可以看出,吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩主要为中很好烃源岩;依据 w(TOC)与 w(氯仿沥青“A”)交会(图 6(b)可以看出,吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩主要为好很好烃源岩。综合分析认为吐哈盆地台北凹陷桃东沟群烃源岩整体为中等很好烃源岩。基于实测数据和前人研究成果16,利用测井曲线反演预测总有机碳含量结果1718,绘制了吐哈盆地台北凹陷中二叠
25、统桃东沟群烃源岩 w(TOC)等 值 线(图 7)。由 图 7 可 以 看 出 桃 东 沟 群w(TOC)整体大于1%,具有四周低、中间高的分布特点。3.2有机质类型有机质丰度决定了烃源岩生烃的物质基础,但一套烃源岩最终到底能生成多少油气,也与有机质的类型有关1922。有机质类型可由岩石热解氢指数IH和最高热解峰温度 Tmax的交会获得(图 8)。由图8看出,台北凹陷桃东沟群泥岩有机质类型主要为型、2型,部分为型、1型,这表明桃东沟群烃源岩的生气能力较强,生油能力一般。3.3有机质成熟度前人研究发现对于陆相泥岩来说,镜质体反射率 Ro是用于表征有机质成熟度应用效果最好的指标,其次为最高热解峰温
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