鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段埋藏期热液活动对页岩油储层的影响.pdf
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1、第 44 卷 第 4 期2023 年 8 月OIL&GAS GEOLOGY鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段埋藏期热液活动对页岩油储层的影响王梓毅1,付金华2,3,刘显阳2,3,李士祥3,4,张昌虎1,梁新平1,5,董琳1(1.北京大学 地球与空间科学学院,北京 100871;2.中国石油 长庆油田公司,陕西 西安 710018;3.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安 710018;4.中国石油 长庆油田公司 勘探开发研究院,陕西 西安 710018;5.北京大学 能源研究院,北京 100871)摘要:目前针对鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段(长7段)热液作用的研究较多,主要聚焦于长7期
2、的热水沉积作用。长7段在埋藏期也可能受到热液作用的影响,但相关的研究极为有限。为揭示长7段埋藏期热液活动的期次、时代及其对页岩油储层的影响,利用光学/电子显微镜观测、电子探针分析、显微激光拉曼光谱分析及包裹体均一温度测试等手段,对长7段热液黄铁矿以及固相和流体包裹体开展研究。结果表明,长7段发育多种类型的黄铁矿,其中脉状或团块状、透镜状、他形-半自形晶散布状和半自形-自形晶斑块状黄铁矿的Co/Ni元素含量比值均大于1,指示其为热液成因。根据显微观测结果及区域构造史和埋藏史-热演化史模拟,推断长7段埋藏期至少存在两期热液活动,其中一期发生于早白垩世。与黄铁矿包裹体伴生的盐水包裹体均一温度表明,注
3、入瑶页1井区长7段的热液温度最高可达270.5 以上;基于Easy%Ro动力学模型的计算结果表明,热液注入后地层经历了较快的降温过程,这可能是页岩有机质热演化程度较低(Ro=0.70%)的重要原因之一。关键词:热液活动;热液黄铁矿;有机质热演化;埋藏期;页岩油储层;长7段;鄂尔多斯盆地中图分类号:TE122.2 文献标识码:AThe influence of hydrothermal activities on shale oil reservoirs during the burial period of the Upper Triassic Chang 7 Member,Ordos Bas
4、inWANG Ziyi1,FU Jinhua2,3,LIU Xianyang2,3,LI Shixiang3,4,ZHANG Changhu1,LIANG Xinping1,5,DONG Lin1(1.School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 100871,China;2.Changqing Oilfield Company,PetroChina,Xi an,Shaanxi 710018,China;3.National Engineering Laboratory for Exploration and Deve
5、lopment of Low-Permeability Oil&Gas Fields,Xi an,Shaanxi 710018,China;4.Research Institute of Exploration and Development of Changqing Oilfield Company,PetroChina,Xi an,Shaanxi 710018,China;5.Institute of Energy,Peking University,Beijing 100871,China)Abstract:The hydrothermal activity of the Upper T
6、riassic Chang 7 shale in the Ordos Basin has been extensively studied in previous studies,with a focus on hydrothermal sedimentation during the depositional period of Chang 7 Member.However,there is limited research on the impact of hydrothermal activities during the corresponding burial stage.This
7、study aims to investigate the stages and ages of hydrothermal activities and their impact on shale oil reservoirs during the burial stage of the Chang 7 shale.An integration of multiple techniques,including optical/electronic microscopy,electronic probe,micro-laser Raman spectrum and inclusion homog
8、enization temperature analysis is applied to study the hydrothermal pyrite and solid phases and fluid inclusions in the Chang 7 Member.The results reveal that there contains many types of pyrite with Co/Ni greater than 1 exhibiting a variety of morphologies,including veins,lumps,lenticular shape as
9、well as xenomorphic-hypidiomorphic scattered and hypidiomorphic-euhedral massive forms,indicating hydrothermal origin.Based on the analyses of microscopic observation,regional tectonic history,as well as the simulation of burial-thermal evolution history,it is inferred that there were at least two 文
10、章编号:0253-9985(2023)04-0899-11doi:10.11743/ogg20230408收稿日期:2023-06-09;修回日期:2023-06-20。第一作者简介:王梓毅(1991),男,博士、助理研究员,石油与天然气地质。E-mail:ziyi-。通信作者简介:董琳(1980),女,博士、副教授,沉积地球化学与非常规油气。E-mail:。基金项目:国家自然科学基金项目(42090021);中国石化科技攻关项目(P20049-1)。第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质phases of hydrothermal activities during the burial
11、 period of the Chang 7 Member,with one of them occurring in the Early Cretaceous.The maximum temperature of the hydrothermal fluid injected into the Chang 7 shale in well Yy1 may reach up to 270.5 based on the homogenization temperatures of aqueous inclusions associated with pyrite inclusions.The ca
12、lculation based on the Easy%Ro kinetic model indicates that the Chang 7 shale underwent a rapid cooling process after hydrothermal injection,which may be one of the important reasons for the lower-degree thermal evolution of shale organic matter(Ro=0.70%).Key words:hydrothermal activity,hydrothermal
13、 pyrite,organic thermal evolution,burial stage,shale oil reservoir,Chang 7 Member,Ordos Basin引用格式:王梓毅,付金华,刘显阳,等.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段埋藏期热液活动对页岩油储层的影响 J.石油与天然气地质,2023,44(4):899-909.DOI:10.11743/ogg20230408.WANG Ziyi,FU Jinhua,LIU Xianyang,et al.The influence of hydrothermal activities on shale oil reservoi
14、rs during the burial period of the Upper Triassic Chang 7 Member,Ordos Basin J.Oil&Gas Geology,2023,44(4):899-909.DOI:10.11743/ogg20230408.热液通常指来自于地壳深部或地幔的高温流体,主要经断裂等通道涌至浅部,其温度显著高于围岩的成岩域背景温度1-3。众多研究表明,热液活动对沉积盆地中的油气资源有不可忽视的影响,例如,热液流体带来的深部物质可以促进沉积有机质的富集4-5,热液提供的热能可以促进烃源岩演化和油气运移2,6,热液的溶蚀作用和热液矿物的沉淀可以改变储
15、层的储集性能3,7等。鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段(长7段)是中国最重要的页岩油储层之一,具有重大油气勘探开发潜力,目前已实现页岩油的规模化效益开发8。近年来,长7段页岩的热液作用受到了越来越多的关注,众多学者对延长期火山活动和深部热液注入导致的“肥沃效应”开展了广泛研究4-5,9-10。研究表明,湖底热液的注入是触发生物勃发的关键因素之一,热液流体不仅为沉积水体输送了生物所需的营养物质,还将水体温度提高到更适宜生物生长的水平,进而促进了生物的繁盛和古生产力的提高;此外,热液带来的还原性物质促进了湖底缺氧还原环境的形成,有利于沉积有机质的保存4-5,9-10。目前这些研究主要聚焦于沉积期热液
16、作用,而热液则主要来源于晚三叠世延长期的火山活动11。事实上,除晚三叠世延长期外,鄂尔多斯盆地在早侏罗世延安期、中侏罗世直罗期和早白垩世东胜期也发生了火山活动12,因此,长7段在埋藏期同样可能受到深部热液的影响。埋藏阶段的热液活动对有机质、成岩和孔隙演化均可能发挥关键作用2-3,6-7。然而,目前针对长7段埋藏期热液作用的研究非常有限,对于热液活动的期次、时代及其对页岩油储层的影响等方面,认识还不够深入。本文聚焦长7段页岩油储层中的热液黄铁矿以及固相和流体包裹体,采用光学和电子显微镜观测、电子探针分析、激光拉曼光谱分析、包裹体均一温度分析、埋藏史-热演化史模拟等手段,针对埋藏期热液活动特征及其
17、对页岩油储层的影响开展了研究,旨在为热液成岩演化史和有机质热演化史的恢复提供依据。1地质背景鄂尔多斯盆地位于中国华北板块西部,是一个历经多旋回沉积-构造演化的叠合盆地,也是中国最重要的含油气盆地之一13。鄂尔多斯盆地发育于太古宙麻粒岩和古元古代绿片岩之上,中-新元古代断裂活动强烈,盆地表现为裂谷盆地特征;古生代演化为稳定克拉通盆地,沉积地层以海相碳酸盐为主;中生代晚三叠世早白垩世演化为残延的内克拉通盆地,发育碎屑岩沉积地层;晚白垩世新生代,鄂尔多斯盆地周边断陷发育,盆地进入整体隆升的阶段,最终形成了现今的构造格局 13-15。鄂尔多斯盆地可分为伊盟隆起、西缘逆冲带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶
18、带和渭北隆起共6个次级构造单元(图1a)16-17。鄂尔多斯盆地发生多次构造热事件,这主要受控于岩石圈深部强烈的热活动,地幔的底侵作用、岩浆的侵入与喷发以及热液活动促进了异常地温场的形成15。鄂尔多斯盆地在中生代的热液活动主要受4期火山活动的影响,分别发生于晚三叠世延长期、早侏罗世延安期、中侏罗世直罗期和早白垩世东胜期11-12。野外和钻井资料表明,中生代4期火山活动均发生于900第 4 期王梓毅,等.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段埋藏期热液活动对页岩油储层的影响盆地边缘的造山带附近;相比于盆缘,盆地内部比较稳定,其刚性的基底未发生火山活动12。盆地边缘广泛发育深大断裂,沟通了中-下地壳与沉积
19、盖层,为深部热液的垂向上涌提供了通道12,18-19。尽管盆地内部相对稳定,但其基底和盖层也并非完全刚性的整体,也有断裂分布12。这些断裂与遍布盆地的不整合面为热液流体的横向运移提供了通道19。鄂尔多斯盆地在晚三叠世演化为大型内陆坳陷湖盆,在来自盆地周围造山高地的物源供给下,盆内形成了一套河湖-三角洲相沉积,即延长组建造14,20。延长组自上而下可分为长1段长10段共10个地层单元(图1b),其中长7段为本文的主要研究层段。长7段沉积于鄂尔多斯盆地中生代最大湖泛期,该期湖泊热流体作用强烈,藻类和浮游生物繁盛,古生产力高,盆内沉积了一套以黑色页岩和暗色泥岩为主的富有机质生油岩系21。长7段自上而
20、下可进一步分为长71、长72和长73亚段,其中长71亚段和长72亚段主要为粉-细砂岩与泥页岩互层,长73亚段以黑色页岩为主,部分层段夹有薄层砂岩16。2实验样品与方法本文中的实验样品为鄂尔多斯盆地长7段岩心,采自图1a所示的10口井中,并由岩心样品制备岩石薄片 600 余张。薄片的显微观测基于光学和电子显微镜。电子显微镜型号为FEI Quanta 650 FEG,观测时,采用25 kV的加速电压对样品进行二次电子和背散射电子成像,并通过能谱分析关键组分的元素组成,推断岩石组分类型。包裹体均一温度测试基于 Linkam THMS600型冷热台,设备测温范围为-196 600,测试精度为1;在实验
21、过程中,当流体包裹体接近均一时,升温速率控制在1/min以内。碎屑颗粒中的不透明固相包裹体鉴定基于显微激光拉曼光谱分析,设 备 型 号 为 Renishaw inVia Reflex,激 发 波 长 为532 nm,物镜放大倍数为100倍。有机质成熟度的测定基于 TIDAS MSP400分光光度计,测试方法遵循中国石油天然气行业标准SY/T 51242012。为确定长7段页岩中各类黄铁矿的成因,本次还采用JXA 8100型伊起盟隆晋西挠褶带伊陕斜坡天环坳陷西缘逆冲带起隆北渭银川马家滩苏里格鄂托克前旗鄂托克旗乌审旗榆林横山米脂子洲靖边定边新安边吴起志丹安塞延安华池铁边城姬塬环县庆城合水庆阳镇原平
22、凉正宁富县白522午336瑶页1庄233正70正8正40里211耿347黄26901020304040040 km烃源岩厚度/mab统 组地层段岩性剖面长1长2长3长4+5长6长7长8长9延长组上三叠统地层岩性描述泥岩细砂岩泥岩黑色页岩黑色页岩泥岩泥岩含中粒细砂岩泥岩GR/API0200长6长73长81 9802 0202 0602 080黑色页岩夹薄层砂岩粉-细砂岩夹薄层泥岩粉-细砂岩夹薄层泥岩含中粒细砂岩安塞油田庆城油田西峰油田含中粒细砂岩岩性剖面代表油田厚度/m下侏罗统富县组纸坊组长1021035030010000 2400 2401201509011080 90110130100120
23、75 9080 110深度/m2 0002 040长72长71地层剥蚀线地名页岩泥岩粉砂岩细砂岩断层延安井位白522一级构造单元界线含中粒粉砂质 泥岩细砂岩图1 鄂尔多斯盆地长7段烃源岩和取样井分布(a)以及延长组地层特征(b)(修改自文献 16-17)Fig.1 The distribution of source rocks and sampling wells for the Chang 7 Member(a)and the stratigraphic column of the Yanchang Formation(b),Ordos Basin(modified after refer
24、ences 16-17)901第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质电子探针对黄铁矿进行了显微元素分析,加速电压为25 kV,束流为60 nA,分析束斑直径为1 m。3结果与讨论3.1热液黄铁矿形态、分布特征和地球化学证据前人研究表明,鄂尔多斯盆地长7段页岩油储层中发育多种热液矿物,如萤石、重晶石和闪锌矿等22-24,证明了长 7 段确实曾受到热液作用的影响。值得注意的是,储层中还发育了多种类型的黄铁矿,其中有些黄铁矿也可能是在热液作用下的产物,它们的形态和分布特征可能为热液活动的研究提供重要依据,因此,本次对长7段页岩中的热液黄铁矿进行了系统研究。光学和电子显微镜观测结果表明,长7段页岩
25、油储层中的黄铁矿主要为草莓状黄铁矿(图2a)和自形微晶黄铁矿(图2b),这两类黄铁矿在富有机质泥页岩中非常发育,前人对此已有较多的研究,认为其形成主要与硫酸盐还原细菌的活动有关25-27。除草莓状和自形微晶黄铁矿外,长7段中还可观察到其他类型的黄铁矿,包括脉状或团块状黄铁矿(图2c)、透镜状黄铁矿(图2d)、他形-半自形散布状黄铁矿(图2e)和半自形-自形斑块状黄铁矿(图2f)等。为确定其成因,本文对其形态、分布和地球化学特征进行了分析。脉状或团块状黄铁矿主要充填于溶蚀孔缝,其形态受原始孔隙空间限制,自形程度较低(图2c),这类黄铁矿常见于碳酸盐矿物含量较高的层段,表明热液流体对储层具有强烈的
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