海相碳酸盐岩烃源岩的研究进展

3本文为国家重点基础研究“973”项目“中国典型叠合盆地优质烃源岩发育环境及控制因素”

(编号为G 199943306)部分成果。

作者简介:王杰,1975年生,博士;主要从事油气地质学和有机地球化学。地址:(730000)中国科学院兰州地质研究所气体地球化学重点实验室。E 2mail :wangjie751212@

Ο陈践发,张水昌,王大锐等,“中国典型叠合盆地优质烃源岩发育环境及控制因素”中期评估报告,2001。

Π刘德汉,史继杨,肖贤明,“新的碳酸盐烃源岩有机质评价方法”,全国第八届有机地球化学学术会议论文摘要汇编,2000。

海相碳酸盐岩烃源岩的研究进展

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王杰1　陈践发1,2

(1.中国科学院兰州地质研究所气体地球化学重点实验室　2.石油大学・北京)

王杰等.海相碳酸盐烃源岩的研究进展.天然气工业,2004;24(8):21～23

摘　要　文章就碳酸盐岩烃源岩有机质丰度下限标准、有机质的赋存形式、生烃机制与生烃模式等方面的研究现状、主要进展进行讨论。目前对有机质丰度下限认识不一,石油勘探部门所采用的标准也很低,应用效果不理想,进而提出以0.5%作为下限标准,现场应用效果很好。在成岩演化过程中,不同赋存形式的有机质相互转变,在不同演化阶段的生烃量和生烃类型也存在较大差异。生烃模式的研究主要采用干法、加水以及小玻管热模拟实验,提出了“三段式”生烃模式,发现不同赋存状态的有机质地球化学特征不同。文章对于一些碳酸盐岩生烃研究热点问题的讨论希冀引起人们对碳酸盐岩生烃问题的关注,进而推动我国海相碳酸盐岩的基础理论研究。

主题词　海相　碳酸盐岩　烃源岩　生烃性　研究进展

据不完全统计,碳酸盐岩分布面积占全球沉积岩总面积的20%,所蕴藏的油气储量占世界总储量的52%,世界上现已查明以碳酸盐岩为主要烃源岩的含油气盆地20多个,我国也有近300×104km 2的碳酸盐岩分布,一直被认为是重要的潜在油气领域。

一、碳酸盐岩烃源岩研究综述 人们对碳酸盐岩作为烃源岩的认识晚于泥质岩,T rask (1926)最早认为碳酸盐岩是烃源岩,之后,Hedberg (1931)、G ehman (1962)等都对碳酸盐岩作为烃源岩进行过研究。随着碳酸盐烃源岩含油气盆地的不断发现,碳酸盐烃源岩的研究更加深入和系统,国外学者Mickirdy 和Jacobs on 等〔1～4〕

的研究主要涉及碳酸盐岩的岩性、地球化学特征、油源对比及生排烃机理等方面。我国的碳酸盐岩与国外相比,存在时代偏老,有机质丰度偏低,热演化程度高,埋深大等特点,研究难度远大于国外,近20年,傅家谟〔5〕

、郝石生〔6〕、金奎励〔7〕、钟宁宁〔8〕、程克明〔9〕

、刘宝泉〔10〕等对碳酸盐岩烃源岩进行了大量卓有成效的工作,使得我国在相关方面的研究工作取得了长足的进步,尤其对低有机质丰度、埋深较大的高—过成熟碳酸盐烃源岩评价方面取得了丰富的研究成果,

特别是近年来,陈践发等Ο、梁狄刚等〔11,12〕

,夏新宇等〔13〕等通过对我国海相碳酸盐岩的研究,形成了我国碳酸盐烃源岩的相对独立的研究体系。 1.碳酸盐有效烃源岩评价标准的讨论 (1)油源岩

对碳酸盐岩烃源岩有机碳丰度的评价标准还没

有统一的认识。Hunt (1967,1972)、

T iss ot (1984)、Welte (1978,1984)提出以有机碳含量0.3%作为碳酸盐烃源岩有机质丰度的下限值。郝石生(1984)认为成熟阶段的碳酸盐岩生油岩的有机碳下限值应取0.3%～0.5%,随着成熟的增大,下限值相应降低。曹

慧缇〔

14〕等认为有机碳指标在0.1%～0.3%之间。傅家谟等(1982)提出0.1%～0.2%作为碳酸盐烃源岩有机碳的下限值,并指出当碳酸盐岩泥质含量较

高、

成熟度较低时取上限值,反之取下限值。刘德汉等Π建立了以直观的含油气性为评价标准的碳酸盐

烃源岩评价方法。刘宝泉等〔

10,15〕认为有机碳含量0.05%可以作为碳酸盐生油岩的有机碳下限值。但石油勘探部门广泛采用的碳酸盐烃源岩的有机质丰度下限值为0.1%～0.2%,采用这样的低标准,造成

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12・第24卷第8期 天　然　气　工　业 地质研究

的结果是:碳酸盐岩烃源岩无处不在,有些地区厚度在千米以上,但事实上勘探效果很不理想。

夏新宇等〔16〕

认为碳酸盐烃源岩的有机碳下限值很难由实验室模拟确定,而且在对碳酸盐岩烃源岩有机碳下限值界定时,应该考虑到二次运移的影响(特别对气源岩),有机碳下限值应在0.4%～0.

5%以上。梁狄刚等〔12〕

和陈践发等做了大量卓有成

效的工作,认为碳酸盐有效烃源岩T OC 含量应大于0.5%,在高—过成熟区可略微降低到0.4%,到目前为止,这个标准在勘探实际中是可行的。 (2)气源岩

国内碳酸盐岩作为气源岩的有机碳含量下限标

准研究不多。梁狄刚〔12〕和夏新宇〔16〕

认为气比油虽然更易从烃源岩中排出,但在二次运移和成藏中散失的也多,故碳酸盐有效气源岩的T OC 含量并不比

油源岩低。李延钧等〔17〕

认为碳酸盐岩气源岩有机质丰度下限值应为0.2%,高—过成熟阶段为0.1%

～0.06%。李景贵等〔18〕

提出碳酸盐岩气源岩有机碳下限值可确定为0.04%。笔者认为我国碳酸盐岩热演化程度高、有机质类型较好,只要有机质丰度达到

一定值,则较适合作为气源岩。对碳酸盐岩作为气源岩的有效性的研究,应结合有机质类型以及热演化程度,由于生气的范围大于生油范围,再者我国碳酸盐岩多处于高—过成熟阶段,在不能作为有效油源岩情况下,可以作为有效的气源岩。

2.碳酸盐岩中有机质的赋存形式 碳酸盐岩烃源岩中有机质呈聚集状态和分散状态存在,成岩过程中晶析、胶结、交代、重结晶、压实和压溶作用能显著的改变其中有机质的赋存形式。傅家谟等〔19〕

从宏观有机质聚集状态,根据产状和性质的差异将碳酸盐岩分散有机质主要分为三类:一是吸附有机质,主要吸附于矿物岩石表面,主要来源于充填类、无定形类及碎屑类形式赋存的有机质,属游离沥青。二是晶包有机质,主要包裹于隐晶质或细晶质矿物内,为未运移的原生有机质,结合在碳酸盐岩盐酸不溶物中,特别是粘土矿物中的有机质,在岩石中以被束缚的晶间结合型、絮团型和浸染型有机

质形式存在,解启来等〔20〕

则称之为碳酸盐矿物结合有机质。三是包体有机质,主要产于结晶矿物的包裹体内,具有一定的形态,属于运移过的次生有机质。

由于晶包有机质和包体有机质在常规地球化学分析中难以区分,郝石生〔21〕

等建议将二者合称为包裹体有机质。钟宁宁等〔22〕和程克明等〔23〕

则从宏观、微观和可抽提三个层次论述碳酸盐岩有机质赋存形式,以岩石和有机质“主—客”之间的关系为主线描

述岩石中容留有机质的空间分布特征与矿物晶体的相互关系、有机质的物质组成、相态及残余生物结构

特征。王飞宇等〔24〕

认为碳酸盐岩中有机质组成上包括干酪根、可溶有机质和气态烃,赋存形式包括以下四个层次:宏观层次,显微层次,超微层次,分子级

层次。程克明等〔23〕

认为在成岩演化过程中,各种赋存形式的有机质发生相互转变,而且这种转变是和

特定的地质条件相联系的。王兆云等〔25〕

认为在碳酸盐活跃的成岩过程中,碳酸盐的溶解—结晶—溶解—再结晶过程中反复发生,使不同赋存状态的有机质相互转化,不同赋存形式的有机质在不同演化阶段的生烃量和生烃类型存在较大的差异。 3.生烃机制与生烃模式 对碳酸盐岩生烃机制与生烃模式的研究较晚,并且不如泥质岩烃源岩研究得透彻。郝石生等和程

克明〔23〕

认为碳酸盐岩生烃机制主要为碳酸盐岩中有机质赋存状态不同存在的差异成熟作用和生烃滞

后效应。郭占谦等〔26〕

则根据生烃物质的来源不同,认为生烃机制应分为有机生烃、无机生烃及合成生烃。 有关碳酸盐岩生烃模式的研究主要通过热模拟实验进行。郝石生等(1984)通过干法热模拟实验提出了我国最早的碳酸盐岩成烃模式,此后,不少学者也做过类似的工作,但均因方法和样品问题使得结果不理想。黄第藩等(1994)、程克明等(1994)以及王兆云等(1997)采用加水热模拟实验新技术,并结合

自然演化剖面和实际碳酸盐岩研究,提出了目前为大多数学者所接受的碳酸盐岩“三段式”生烃模式,

即第一阶段为早期生物大分子解聚(解聚沥青)所形成的未成熟油阶段;第二阶段为干酪根大量热解生烃阶段;第三阶段就是深成作用后期和变质阶段包裹体有机质的释放成烃阶段。强调了早期生烃和高过成熟阶段包裹体有机质生烃的重要性,并指出了碳酸盐岩的生烃范围(尤其是生油范围)宽于泥质岩

烃源岩。曾凡刚〔27〕

认为碳酸盐岩高—过成熟阶段生烃的贡献者除了包裹体有机质,还有干酪根及其丝沥青、固体沥青(原生同层沥青,后生储层沥青)和缝合线有机质;还认为上述碳酸盐岩生烃过程具有“多源复合,多期连续,多阶交叉,主峰滞后”的特点,

应该重视二次生烃过程。

金奎励等(1994,1997)采用小玻管热模拟方法对

不同类型现代生物生烃进行模拟,结果发现动物成油早于藻类,动物成烃的演化途径为脂肪烃缩合作・

22・地质研究 天　然　气　工　业 2004年8月