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  中国地质 2020, Vol. 47 Issue (1): 220-235  
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白静, 徐兴友, 陈珊, 刘卫彬, 刘畅, 张昌盛. 2020. 松辽盆地长岭凹陷乾安地区青山口组一段沉积相特征与古环境恢复——以吉页油1井为例[J]. 中国地质, 47(1): 220-235.  
Bai Jing, Xu Xingyou, Chen Shan, Liu Weibin, Liu Chang, Zhang Changsheng. 2020. Sedimentary characteristics and paleo-environment restoration of the first member of Qingshankou Formation in Qian'an area, Changling sag, Songliao Basin: A case study of Jiyeyou 1 Well[J]. Geology in China, 47(1): 220-235. (in Chinese with English abstract).  

松辽盆地长岭凹陷乾安地区青山口组一段沉积相特征与古环境恢复——以吉页油1井为例
白静1,2, 徐兴友1, 陈珊1, 刘卫彬1, 刘畅1, 张昌盛3    
1. 中国地质调查局油气资源调查中心, 北京 100083;
2. 中国石油天然气股份公司石油勘探开发研究院, 北京 100083;
3. 中国石油天然气股份公司吉林油田分公司勘探开发研究院, 吉林 松原 138000
摘要:松辽盆地上白垩统青山口组一段富有机质泥页岩岩发育,层系内部滞留烃富集,具有可观的页岩油资源潜力。沉积古环境控制了泥页岩的分布、有机质发育特征及滞留烃富集程度。因此,恢复青一段泥页岩沉积古环境,明确沉积特征,对揭示青一段泥页岩中页岩油富集规律具有重要意义。本文基于长岭凹陷乾安地区青一段取心井——吉页油1井的岩心观察及测井曲线组合特征,划分了青一段泥页岩沉积微相,应用自然伽马能谱测井、岩性扫描测井数据,选取环境评价参数,对青一段沉积古环境及其演化过程进行了恢复,分析了古环境参数与泥页岩中滞留烃含量的相关性。结果表明:松辽盆地长岭凹陷乾安地区青一段泥页岩是在三角洲外前缘-浅湖-半深湖-深湖沉积体系中形成的,主要发育半深湖-深湖泥、浅湖泥沉积微相。青一段泥页岩沉积古环境经历了水深由浅变深,气候由半潮湿到潮湿,水体由淡水-微咸水,还原性由弱到强,水动力条件由中等到弱的演化,在青一段地层中存在明显的沉积环境变化界面,上下层段沉积环境不同。青一段泥页岩中滞留烃含量主要受沉积古气候、古氧化还原条件控制,潮湿气候还原条件下形成的泥页岩有机质类型好,以腐泥质为主,生油能力强,滞留烃含量高。
关键词页岩油    长岭凹陷    青一段    泥页岩    沉积相    古环境恢复    油气勘查工程    松辽盆地    
中图分类号:P618.13            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2020)01-0220-25
Sedimentary characteristics and paleo-environment restoration of the first member of Qingshankou Formation in Qian'an area, Changling sag, Songliao Basin: A case study of Jiyeyou 1 Well
BAI Jing1,2, XU Xingyou1, CHEN Shan1, LIU Weibin1, LIU Chang1, ZHANG Changsheng3    
1. Oil & Gas Survey, China Geological Survey, Beijing 100083, China;
2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, CNPC, Beijing 100083, China;
3. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, CNPC Jilin Branch, Songyuan 13800, Jilin, China
Abstract: The first member of Upper Cretaceous Qingshankou Formation (K2qn1) in Songliao Basin has considerable shale oil resource potential because of the wide development of dark mudstone and high residual hydrocarbons. The paleo-sedimentary environment directly controls the dark mudstone distribution, organic matter development, and residual hydrocarbon content. Therefore, analyzing the sedimentary features and restoring the paleo-environment of K2qn1 are of great significance for revealing the regularity of shale oil enrichment. Based on the core observation and logging data of well Jishanyou 1 in Qian'an area of Changling Sag, the authors analyzed the sedimentary characteristics of K2qn1. According to the element data obtained by natural gamma ray spectrometry logging and lithologic scanning logging, the evolution of the paleo-environment of K2qn1 was restored by using suitable parameters. Furthermore, the correlation of paleo-environment parameters and residual hydrocarbon content in mudstone shale was also studied. The results show that the dark mudstone of K2qn1 in the study area was developed in the outer Delta front to shallow lake-semi-deep lake sedimentary system. The palaeo-environment of K2qn1 underwent a change of water depth from shallow to deep, climate from semi-humid to humid, salinity from fresh to brackish, reduction conditions from weak to strong, and sedimentary hydrodynamics from moderate to weak. There is an obvious interface of sedimentary environment within K2qn1. The content of residual hydrocarbon in the mudstone is mainly controlled by paleo-climate and paleo-reduction conditions. The oil-bearing organic matter was formed in a wet and reducing environment, with strong oil-generating capability and high content of residual hydrocarbon.
Key words: shale oil    Changling Sag    Qingshankou Formation    mudstone    sedimentary facies    paleo-enviroment restoration    oilgas exploration engineering    Songliao Basin    

1 引言

松辽盆地上白垩统青山口组一段泥页岩分布广泛,有机质丰度高,母质类型好,成熟程度高,是松辽盆地最主要的烃源岩(高瑞祺,1997张君峰,2018)。该套烃源岩中滞留烃含量高,油气显示丰富,具备了良好的页岩油勘探潜力(柳波,2014黄文彪,2014),但滞留烃的富集规律尚不明确,有利分布区预测难度大,制约了页岩油勘探。泥页岩的岩石学特征及有机质富集程度受古气候、古水深、古氧化还原条件及古水体盐度等古沉积环境控制,泥页岩内部滞留烃的含量受岩性特征及有机质富集程度控制,进而指示滞留烃的含量与古环境因素具有一定的相关性(卢双舫等,2008张小龙,2013罗曦,2015)。因此,查明青一段泥页岩形成时期的沉积体系类型及古环境特征,对查明泥页岩中滞留烃富集层段及其宏观分布特征具有重要的指导意义。

前人针对长岭凹陷青一段烃源岩有机地球化学特征及生烃潜力等进行了详尽的研究(霍秋立,2012冯子辉等,2015),尤其是近年来,由于页岩油、页岩气等非常规资源的勘探热潮,部分学者针对青一段泥页岩储层特征及页岩油形成条件进行了分析(卢双舫等,2012黄振凯等,2013刘招君等,2014李占东等,2015白静等,2017)。但是从宏观角度详细分析青一段沉积相类型及其古沉积环境演化过程,尤其是沉积古环境对滞留烃富集的影响等方面的研究鲜有开展。因此,本文应用青一段系统取心井-吉页油1井的岩心及测井资料对青一段沉积相进行了划分,确定了研究区青一段泥页岩发育的沉积体系;基于该井自然伽马能谱测井、岩性扫描测井(Litho Scanner)方法测得的元素含量数据,通过元素及元素组合的变化特征建立了青一段地球化学剖面,依据环境指示参数,对长岭凹陷乾安地区青一段泥页岩形成的沉积环境及其演化过程进行了恢复;结合有机地化分析测试数据,分析了泥页岩中滞留烃的含量与反映沉积环境的各参数的相关性,明确了控制泥页岩滞留烃富集程度的沉积环境因素,为研究页岩油富集规律及有利区评价预测提供了可靠依据。

2 研究区概况

长岭凹陷位于松辽盆地中央坳陷南部,凹陷整体呈大型宽缓凹陷,面积约6500 km2,向北与古龙凹陷相接,西北和东南分别被红岗阶地、华字井阶地所夹持,向东过渡到扶新隆起带。长岭凹陷内部发育黑帝庙、乾安两个次级洼陷。研究区乾安地区位于长岭凹陷乾安次洼东北部(图 1)。青山口组沉积期是该区主要的湖盆扩张期,青一段沉积一套暗色泥页岩,厚度为50~100 m,是该区主力生油岩,主要沉积相带为三角洲外前缘-半深湖-深湖相。吉页油1井位于长岭凹陷大情字井构造带东北部,为该区第一口页岩油参数井,获取了青一段完整岩心,在青一段泥页岩中见到了良好的页岩油显示。

图 1 研究区构造单元划分图 Fig. 1 Structural map of southern Songliao Basin
3 样品与数据

本文应用的铀(U)、钍(Th)、钾(K)元素数据来源于自然伽马能谱测井,取样间距为0.125 m,应用的Fe、Al、Ca、Mg、Ti等元素数据来源于斯伦贝谢公司的岩性扫描测井(LithoScanner),取样间距为0.125 m。LithoScanner高精度岩性扫描工具可以同时对地层中元素的俘获谱和非弹谱进行测量分析,从而精确测定地层中主要元素的含量。LithoScanner高精度岩性扫描可以测量Al、Ba、C、Ca、Cl、Cu、Fe、Gd、H、K、Mg、Mn、Na、Ni、O、S、Si、Ti等元素含量。岩心样品有机碳测试采用仪器为美国LECO公司的CS- 200碳硫分析仪,依据GB/ T19145-2003《沉积岩中总有机碳的测定》获得,岩心样品热解数据采用Rock-Evel仪器,依据GB/ T18602-2012《岩石热解分析方法》获得,以上测试均由长江大学地球化学重点实验室完成。

4 青一段沉积相特征

通过对吉页油1井及邻井岩心观察分析表明,乾安地区青一段地层主要发育泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩等4种岩性,同时还有少量介形虫层,整体来看,青一段主要以泥岩为主。吉页油1井青一段泥岩含量为56.64%,粉砂质泥岩含量为21.44%,泥质粉砂岩和粉砂岩含量为11.92%。青一段地层在2453 m附近显示明显的岩性组合变化界面,根据这一岩性组合变化界面可将吉页油1井青一段划分为两个层组—上层组(2416~2453 m)、下层组(2453~2525 m)。吉页油1井上层组地层岩性为泥岩(相对含量为78.27%)、泥质粉砂岩(相对含量为21.73%),不含粉砂岩,颜色主要深灰色、灰黑色和黑色,反映为潮湿环境深水还原条件下沉积的产物;下层组地层岩性为泥岩(相对含量为45.31%)、粉砂质泥岩(相对含量为36.53%)、泥质粉砂岩(相对含量为5.86%)和粉砂岩(相对含量为12.31%)的组合,泥质粉砂岩和粉砂岩的含量较上层组显著增加,颜色主要为浅灰色、灰色和灰褐色,粉砂岩分选好,磨圆度较好,泥质含量偏高(图 2),表明在青一段下层组沉积时期,水体较浅,且略动荡,局部出现砂泥交互沉积。可见,青一段地层沉积经历了沉积水体不断加深的过程,在岩性组合变化界面之上沉积水体较深且稳定,界面之下水体较浅且动荡。

图 2 吉页油1井青一段岩性分布直方图 Fig. 2 The statistical histogram of lithologic distribution of K2qn1 in Well JYY1

通过对吉页油1井及邻井岩心的详细观察,结合测井相的分析,研究区青一段主要识别出半深湖-深湖、浅湖和三角洲外前缘三类沉积亚相,可细分为三角洲外前缘水下分流河道、分流间湾、席状砂、河口坝、浅湖泥及半深湖-深湖泥五种沉积微相。

4.1 三角洲外前缘 4.1.1 水下分流河道

水下分流河道是三角洲陆上分支河道向水下的延伸部分,沉积物以砂质为主,泥质含量很少。研究区青一段三角洲前缘水下分流河道由灰色粉砂岩及少量灰色、深灰色泥岩组成,主要反映水下的沉积环境,单砂层厚度一般1~3 m,呈现向上变细的正韵律粒序特征。吉页油1井水下分流河道分布非常局限,只在青一段中下部发育一个薄层,岩性为灰色粉砂岩,厚度1.94 m,由于水体能量较低,主要发育水平层理(图 3a),伽马测井曲线形态呈向上变细的齿化钟型状(图 4)。

图 3 吉页油1井青一段不同沉积微相岩心特征 Fig. 3 Cores characteristics of different sedimentary micro-facies of K2qn1 in Well JYY1
图 4 吉页油1井青一段沉积相划分图 Fig. 4 The sedimentary facies classification of K2qn1 in Well JYY1
4.1.2 分流间湾

分流间湾是水下分流河道之间相对低洼的泥质沉积区,水动力较弱,岩性主要为泥岩和泥质粉砂岩,含少量的粉砂岩和细砂。分流间湾微相主要发育在吉页油1井青一段下层组地层中,岩性以灰色、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩为主,见砂质条纹,砂质条纹厚3~10 cm,不均匀分布,发育水平层理、波状-透镜状层理(图 3d),泥岩中可见炭化的植物碎片,伽马测井曲线平缓仅有小幅波动。

4.1.3 河口坝

河口坝位于三角洲前缘水下分流河道的河口前方,由于流速骤减,水流携带的负载物质快速沉降堆积,在河口处形成一系列的沙坝砂体。河口坝沉积微相只在青一段底部发育,岩性组合为下部泥质粉砂岩,粒度向上变粗为粉砂岩,再向上变为泥质粉砂岩,呈现先向上变粗再变细的复合韵律层序,内部发育块状层理、透镜状层理、平行层理(图 3b),伽马测井曲线组合形态呈平滑漏斗状。

4.1.4 席状砂

席状砂是河口坝和部分水下分流河道砂体受波浪淘洗和簸选后,沉积物发生侧向迁移,重新沉积于河口沙坝前方或侧翼的薄层状砂体(包括河口沙坝侧翼沉积和远沙坝沉积),呈席状分布于三角洲前缘的前端。吉页油1井中青一段中下部席状砂沉积微相发育,岩性主要为灰色泥质粉砂岩,发育平行层理、透镜状层理,泥质条纹发育(图 3c),片状的席状砂与暗色的浅湖-半深湖泥岩互层,顶底多为突变接触,粒度韵律性不明显或略呈反韵律。测井曲线组合以指状形态为特征。

4.2 浅湖-半深湖-深湖相 4.2.1 浅湖泥

浅湖泥是指在浅湖中的泥质沉积,多为深灰色泥岩,偶尔可见夹于暗色泥岩中的砂质透镜体。浅湖泥相在吉页油1井青一段比较发育,尤其是在青一段中下部发育浅湖泥相,岩性为厚层泥岩,泥质较纯,局部见砂质条带,局部见介形虫等化石,发育水平层理层理、波状层理,见黄铁矿,部分层里面见植物碎屑(图 3e)。

4.2.2 半深湖-深湖泥

半深湖-深湖泥是指在浪基面以下半深湖-深湖还原环境沉积的泥岩。半深湖-深湖相泥岩主要发育在青一段顶部,岩性为灰黑色厚层泥岩,泥质较纯,局部见砂质条带,发育水平层理及波状层理,黄铁矿发育(图 3f)。

综合分析可见,吉页油1井青一段主要发育沉积相类型为三角洲外前缘席状砂和浅湖泥微相,纵向上可分为两个层组,下层组以浅湖泥,三角洲外前缘支流间湾泥、席状砂为主,上层组以半深湖-深湖泥岩为主,从下到上沉积水体逐渐加深,沉积相由三角洲外前缘过渡到浅湖-半深湖-深湖相(图 4)。

5 吉页油1井青一段古沉积环境恢复

古气候、古水体盐度、古氧化还原条件及古水体深度和水体能量直接影响了沉积物中矿物元素的分异,从而造成了不同沉积环境矿物元素分布的差异,为元素地球化学特征恢复古沉积环境提供了依据(Jones et al., 1994; Yan et al., 2015; 袁选俊等,2015)。基于吉页油1井元素扫描测井及自然伽马能谱测井获得的元素数据,本文建立了青一段连续的地球化学剖面(图 5),对沉积时期的古气候、古盐度、古氧化还原条件、古水深及水体能量进行了分析。

图 5 吉页油1井青一段古环境演化剖面图 Fig. 5 The evolution section of paleo-environment of K2qn1 in Well JYY1
5.1 古气候

前人研究认识到,在潮湿气候条件下,沉积岩中Fe、Al、V、Vi、Ba、Zn、Co等元素含量较高;干燥气候条件下由于水分的蒸发,水介质的碱性增强,Na、Ca、Mg、Cu、Sr、Mn被大量析出形成各种盐类沉积在水底,所以它们的含量相对增高,对应为低湖面期,反映的气候则为暖干或干寒期(王良忱和张金亮,1996)。Al/Ti、Mg/Ca可作为判别古气候的有效指标,低Al/Ti值、低Mg/Ca值表示潮湿环境,高Al/ Ti值、高Mg/Ca值表示干旱环境(宋明水,2005Ratcliffe,2010熊小辉,2011)。

吉页油1井青一段Al/Ti值主要分布在2~15,平均值为5.8,Mg/Ca值较低,主要分布在0.5~2.5,平均值0.9,表明研究区青一段地层整体沉积时处于潮湿环境(图 5)。从青一段纵向分布来看,由下到上气候潮湿程度逐渐增加,在2453 m出现变化界面(图 6),与沉积相组合变化界面一致,上层组(2417~ 2453 m)Al/Ti、Mg/Ca值低且稳定,Al/Ti值稳定在3.0附近,Mg/Ca值稳定在0.6附近,显示古气候条件为相对稳定的潮湿环境;下层组(2453~2516 m)Al/ Ti、Mg/Ca值相对较高且波动明显,Al/Ti总体在4~ 15波动,偶超过30,平均值7.8,Mg/Ca总体在0.5~ 2.5波动,偶超过5,平均值1.1,显示古气候条件整体潮湿,但在短期内出现半潮湿-干旱气候波动(表 1)。可见,在青一段沉积时期,从早期到晚期气候逐渐潮湿,青一段晚期潮湿气候较稳定。

图 6 青一段上下层组Al/Ti值分布对比图 Fig. 6 The comparative histogram of Al/Ti of the upper and lower bed sets of K2qn1
表 1 青一段上下层组反映古环境参数对比 Table 1 The parameters of paleo-environment of the upper and lower bed sets of K2qn1
5.2 盐度

沉积水体盐度影响生物种类与繁殖程度,进而影响优质烃源岩的形成(Couch, 1971; Roy et al., 2013)。一般通过Sr/Ba、Ca/(Fe+Ca)、K/Na比值判别水体盐度(赵俊青,2004)。Ca/(Fe+Ca)判断水体盐度的原理主要是基于元素Fe和Ca在水中迁移习性不同(Nelson, 1967),Ca/(Ca+Fe)值越高,指示水体盐度越高,一般Ca/(Ca+Fe) < 0.4为淡水环境,Ca/(Ca+ Fe) >0.6为咸水环境(蓝先洪,1987;文国华等,2008)。K/Na值越大,介质盐度越高,主要原理是水体盐度越高,钾和钠就越易被黏土吸附或进入伊利石晶格,且钾相对钠的吸附量亦越大(焦养泉,2004)。本文主要通过Ca/(Ca+Fe)、K/Na值作为青一段沉积古盐度的分析参数。

吉页油1井青一段Ca/(Ca + Fe)值总体介于0.15~0.82,平均0.41,K/Na值总体介于0.9~6.4,平均3.7,表明青一段沉积时期水体环境以微咸水-淡水环境为主。与古气候变化趋势相同,Ca/(Ca+Fe)值在2453 m处存在分界面,青一段下层组Ca/(Ca+Fe)值相对较稳定,在0.3~0.5波动变化,平均为0.36;青一段上层组Ca/(Ca+Fe)值自下而上逐渐变小,从0.52下降到0.3,平均值为0.43,青一段上层组水体盐度相对下层组略微升高(图 7)。K/Na值同样存在相似变化趋势。

图 7 青一段上下层组Ca/(Ca+Fe)值分布对比图 Fig. 7 The comparative histogram of Ca/ (Ca + Fe) of the upper and lower bed sets of K2qn1
5.3 古氧化-还原条件

研究证实,Th/U、V/Cr、Ni/Co是对介质氧化还原条件判别的可靠指标(Jones and Manning, 1994; Nicolas, 2006)。当Th/U值大于30为氧化环境,Th/ U值大于10,小于30为弱氧化-弱还原环境,Th/U值大于4,小于10为还原环境,Th/U值小于4为强还原环境(代大经,1995)。Wignall(19941996)应用U和Th的关系建立δU指数评价古氧化-还原条件,关系式为δU=2×U/(U+Th/3),其中δU大于1代表还原环境,小于1代表氧化环境。

吉页油1井青一段Th/U值分布在0.87~18,平均4.2,主要介于1.9~10,δU值介于0.3~1.5,平均值为0.92,指示青一段为还原-弱氧化环境(图 5)。Th/U值、δU值在2453 m处也存在明显的界面,青一段下层组Th/U值整体较高,平均值为5.1,在纵向上变化频繁,δU值较低,小于1.0,平均值为0.83,指示为弱氧化沉积环境。研究区的乾262井在青一段下层组25个岩心样品实验室U、Th、K元素测量结果显示Th/U值介于4~10,平均值为5.6,δU值分布在0.4~1.0,平均值为0.89,也指示下层组为弱氧化的环境;青一段上层组Th/U值较低,且纵向上变化不大,在2.0附近小幅波动,δU值相对较高,大于1,平均为1.1,表明沉积环境变为弱还原-还原环境,在青一段上层组浅湖相-半深湖相泥岩中可见黄铁矿发育,也证实了青一段沉积晚期主要以弱还原-还原环境。综合来看,青一段地层从沉积早期到晚期环境条件逐渐由弱氧化变为还原环境,有利于有机质保存。

5.4 古水深

近年来现代沉积研究表明,金属元素的地球化学特征与湖盆水体深度以及离岸距离具有一定的相关性,在古代大型湖泊沉积中,这种相关性尤为明显(李浩,2017)。一般应用(Al+Fe)/(Ca+Mg)值作为指示古水深参数(张永生等,2003王春连等,2012),原理为金属元素Ca和Mg主要赋存于碳酸盐岩中,碳酸盐岩含量的增多表明陆源物质的缺乏以及离岸距离的增大。因此,随着离岸距离的增大和水深的增加,金属元素含量比(Al+Fe)/(Ca+Mg)呈现逐渐减小的趋势。

通过吉页油1井岩性扫描测井测量得到的Fe、Ca、Mg、Al元素含量分析,青一段(Al+Fe)/(Ca+Mg)值介于0.8~26,主体介于2~10,平均值为3.8。在纵向分布上(Al+Fe)/(Ca+Mg)值在2453 m依然存在变化界面,上层组(Al+Fe)/(Ca+Mg)值相对较小,均值为3.3,分布较稳定;下层组(Al+Fe)/(Ca+Mg)值整体偏高,且存在波动,均值为4.1(图 8)。表明从青一段下层组到上层组,沉积水体不断加深,上层组水体较深且稳定。

图 8 青一段上下层组(Al+Fe)/(Ca+Mg)值分布对比图 Fig. 8 The comparative histogram of (Al+Fe)/(Ca+Mg) of the upper and lower bed sets of K2qn1
5.5 古水动力条件

钍钾比(Th/K)可作为评价水动力条件的参数,Th/K>6代表高能环境,Th/K < 6代表低能环境(代大经,1995;刘泽纯等,2000陈中红,2004)。本文通过吉页油1井自然伽马能谱测井测量的K、Th含量及Th/K分析青一段泥页岩沉积时期的古水体动力条件。

青一段整体Th/K分布在2~6,平均值为3.5,表明青一段地层沉积时期整体水动力条件为低能环境,水体较平静。在2453 m附近,出现较明显的水动力变化界面,上层组水动力条件变得更加低能,Th/K平均值变为3.3;下层组Th/K平均值为3.7,水动力条件较界面之上增强。

6 青一段泥页岩滞留烃含量与古环境相关性分析

青一段泥页岩是研究区主力烃源岩,有机质丰度较高,TOC分布在0.2%~5.1%,平均值为1.5%,热解S1值分布在0.1~3.5 mg/g,平均值为1.8 mg/g,整体属于中等-好烃源岩;青一段泥页岩有机质类型以Ⅰ、Ⅱ1型为主,含部分Ⅱ2型。青一段上下层组泥页岩有机质丰度存在差异,青一段上层组有机质丰度高于下层组,上层组以较好-好品质型烃源岩,下层组属于中等-较好型烃源岩,且有部分属于差烃源岩(图 9)。青一段上下层组泥页岩有机质类型也具有差异,上层组有机质类型以Ⅰ型为主,偶有Ⅱ1型;下层组泥页岩Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2型有机质类型均有(图 10),吉页油1井青一段下层组底部(2500 m以深)泥页岩有机质类型以Ⅱ2型为主,占比72.73%;下层组中部(2480~2500 m)有机质类型以Ⅱ1型为主,占比66.67%;下层组上部(2453~2480 m)有机质类型以Ⅰ型为主,占比69.44%(图 11)。

图 9 青一段泥岩有机质丰度评价图 Fig. 9 The diagram of the organic content of the mudstone of K2qn1
图 10 青一段泥岩有机质类型判别图 Fig. 10 The discrimination diagram of organic matter type of the mudstone of K2qn1
图 11 青一段不同层段泥岩有机质类型分布图 Fig. 11 The distribution siagram of organic matter types of diagram different bed sets of K2qn1

烃源岩已生成的烃除了一部分排出源岩层系,还有一部分由于干酪根的溶胀、干酪根的吸附、干酪根孔隙的容留、无机矿物的吸附以及无机孔隙的容留等滞留在源岩内部,这一部分滞留的油气将是页岩油气富集的物质基础。一般应用地球化学参数(氯仿沥青“A”和热解S1值)来衡量页岩中的滞留烃量,一般氯仿沥青“A”超过0.5%、热解S1含量超过2 mg/g指示为高滞留烃含量(Jarviel,2012卢双舫等,2012邹才能等,2013)。泥页岩中不同有机质类型滞留烃含量不同(图 12),Ⅰ型有机质泥岩滞留烃含量高,S1主要分布在1~4 mg/g,平均2.0 mg/g;Ⅱ1型有机质泥岩滞留烃含量中等,S1主要分布在1~2 mg/g,平均0.95 mg/g;Ⅱ2型有机质泥岩滞留烃含量较低,S1主要小于1 mg/g,平均0.39 mg/g,表明有机质类型越好,残留烃含量越高。

图 12 不同有机质类型泥岩S1含量分布 Fig. 12 The S1 content of different organic matter types of K2qn1

泥页岩有机质丰度及类型等受沉积时期的古气候、湖泊水体的古水深、氧化还原条件、古盐度等环境因素控制(卢双舫等,2008张小龙,2013罗曦,2015),进而影响泥页岩的滞留烃富集程度。笔者应用热解S1值表征滞留烃含量,对吉页油1井青一段172个泥页岩样品热解S1值与表征古环境元素参数进行相关性分析。结果显示:(1)青一段泥页岩滞留烃含量与表征古氧化还原条件参数δU正相关(图 13a),与表征古氧化还原条件参数Th/U负相关(图 13b),相关性明显,表明在还原条件下形成的泥页岩有利于滞留烃富集;(2)青一段泥页岩滞留烃含量与表征古气候参数Al/Ti负相关(图 13c),相关性明显,表明潮湿环境下形成的泥页岩有利于滞留烃富集;(3)青一段泥页岩滞留烃含量与表征古水体盐度参数Ca/(Ca+Fe)正相关(图 13d),但相关性不明显,表明咸化水体环境下形成的泥页岩有利于滞留烃富集;(4)青一段泥页岩滞留烃含量与表征古水深参数(Al+Fe)/(Ca+Mg)负相关(图 13e),但相关性不明显,表明深水环境下形成的泥页岩有利于滞留烃富集;(5)青一段泥页岩含油性与表征古水体能量条件参数Th/K负相关(图 13f),但相关性不明显,表明安静的水体形成的泥页岩有利于滞留烃富集。综合相关性分析结果表明,青一段泥页岩滞留烃含量与反映古氧化还原参数及与反映古气候参数相关性较高,与反映古水体盐度、古水深及水体能量的参数相关性较差,由此可见,泥页岩的含油性主要受控于古气候和古氧化还原条件的影响,滞留烃含量高的泥页岩(S1>2 mg/g)层段中指示古氧化还原条件参数δU>0.8,Th/U < 6,反映古气候的参数Al/Ti < 6,表明潮湿性还原环境形成的泥页岩有机质富集,有机质类型好,以Ⅰ、Ⅱ1型为主,生烃能力强,保存条件好,易于滞留烃富集,页岩油资源潜力大。

图 13 青一段泥页岩表征古环境参数与泥页岩滞留烃含量(S1)相关性分析 Fig. 13 The charts of the correlation between the content of the residual hydrocarbon (S1) and the parameters of paleo-environment of K2qn1
7 结论

(1)松辽盆地长岭凹陷乾安地区青山口组一段地层主要发育三角洲外前缘及浅湖-半深湖相沉积,具体可划分出水下分流河道、分流间湾、席状砂、河口坝、浅湖泥及半深湖泥五种沉积微相,按沉积相组合特征青一段可划分为两个层组,下层组以浅湖泥、三角洲外前缘席状砂、支流间湾泥夹及河口坝砂和河道砂为主,上层组以浅湖-半深湖泥岩为主。

(2)青山口组一段地层沉积时古环境为潮湿型、淡水-微咸水、弱氧化-还原、低能浅水-半深水环境,经历古水深由浅变深,古气候由半潮湿到潮湿,古水体盐度由淡水-微咸水,湖泊水体由弱氧化到还原,水动力条件由中到弱的古环境演化过程。青一段内部存在明显的环境变化界面,与沉积相组合变化界面一致。

(3)青一段泥页岩滞留烃含量与反映古氧化还原参数及与反映古气候参数相关性较高,与反映古水体盐度、古水深及水体能量的参数相关性较差,古气候和古氧化还原条件是控制泥页岩的滞留烃富集的主要环境控制因素,在潮湿性还原环境形成的泥页岩有机质类型好,生油量大,滞留烃含量高。

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