岩性油气藏  2023, Vol. 35 Issue (3): 51-65       PDF    
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鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长7段烃源岩地球化学特征及形成环境
薛楠1,2, 邵晓州1,2, 朱光有3, 张文选4, 齐亚林1,2, 张晓磊1,2, 欧阳思琪5, 王淑敏1,2    
1. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室, 西安 710018;
2. 中国石油长庆油田公司 勘探开发研究院, 西安 710018;
3. 中国石油勘探开发研究院, 北京 100083;
4. 中国石油长庆油田公司 勘探事业部, 西安 710018;
5. 中国石油大学 (北京)地球科学学院, 北京 102249
摘要: 通过对鄂尔多斯盆地西南缘平凉北地区三叠系长7段15口井的暗色泥岩样品进行地球化学分析, 结合测井解释成果, 推断出其古沉积环境, 总结了烃源岩质量的主控因素及发育模式。研究结果表明: ①平凉北地区三叠系长7段烃源岩有机质丰度自下而上逐渐减小, 长73亚段有机质丰度最大, 长72亚段次之, 长71亚段最小。长73亚段烃源岩有机碳质量分数最高可达12.4%, 生烃潜力大, 有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主, 是一套处于成熟阶段的好-优质湖相烃源岩。②平凉北地区长73亚段沉积期气候潮湿温暖, 为陆相淡水环境。较高的古生产力、缺氧还原水体为有机质的生长、繁殖和保存创造了有利条件。③平凉北地区长73亚段发育火山-热液型烃源岩。火山活动与热水沉积共同影响着长73亚段的水体环境, 其较高的古生产力是有机质大量生成的基础, 缺氧还原环境是有机质完整保存的关键因素。
关键词: 地球化学    古生产力    潮湿温暖气候    缺氧还原环境    火山-热液型烃源岩    长7段    三叠系    平凉北地区    鄂尔多斯盆地    
Geochemical characteristics and formation environment of source rocks of Triassic Chang 7 member in northern Pingliang area, Ordos Basin
XUE Nan1,2, SHAO Xiaozhou1,2, ZHU Guangyou3, ZHANG Wenxuan4, QI Yalin1,2, ZHANG Xiaolei1,2, OUYANG Siqi5, WANG Shumin1,2    
1. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil & Gas Fields, Xi'an 710018, China;
2. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi'an 710018, China;
3. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China;
4. Department of Exploration, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi'an 710018, China;
5. College of Geosciences, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China
Abstract: Through geochemical analysis of dark mudstone samples of Triassic Chang 7 member from 15 wells in northern Pingliang area, southwest margin of Ordos Basin, combined with logging interpretation results, the paleosedimentary environment was inferred, and the main controlling factors and development model of hydrocarbon source rocks were summarized. The results show that: (1)The organic matter abundance of Triassic Chang 7 source rocks in northern Pingliang area gradually decreased from bottom to top, with the highest organic matter abundance in Chang 73 sub-member, followed by Chang 72 sub-member, and the lowest in Chang 71 submember. The organic carbon mass fraction of the hydrocarbon source rock of Chang 73 sub-member is up to 12.4%, with great hydrocarbon generation potential. The organic matters are mainly typeⅠand type Ⅱ1. It is a set of good to high-quality lacustrine source rocks in mature stage.(2)The climate was moist and warm during the sedimentary period of Chang 73 sub-member in northern Pingliang area, and it was a terrestrial freshwater environment. High paleo-productivity and anoxic reduction water created favorable conditions for the growth, reproduction and preservation of organic matters.(3)Volcanic-hydrothermal source rocks are developed in Chang 73 submember in northern Pingliang area. Volcanic activity and hydrothermal deposition jointly affect the water environment of Chang 73 sub-member. The high paleo-productivity is the basis for the formation of large amounts of organic matters, and the anoxic reduction environment is the key factor for the complete preservation of organic matters.
Key words: geochemistry    paleo-productivity    moist and warm    anoxic reduction environment    volcanic-hydrothermal source rocks    Chang 7 member    Triassic    northern Pingliang area    Ordos Basin    
0 引言

“十三五”油气资源及经济、环境评价结果表明,鄂尔多斯盆地中生界石油资源量为169×108 t。盆地内三叠系延长组长7段暗色泥页岩具有较高的有机质丰度,最高可达29.9%,有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主,处于生烃高峰期,具有极好的生烃潜力,被认为是中生界含油层系的主力烃源层[1-3]。以往学者[4-5]对长7段烃源岩的研究主要集中在鄂尔多斯盆地中部及东南部,以伊陕斜坡为主,为了不断扩大勘探范围,亟待寻找下一步勘探有利区块。近年来,天环坳陷表现出良好的油气勘探前景,鄂尔多斯盆地西北缘盐池—定边地区及冯75井的有机、无机地球化学分析显示,天环坳陷北部长7段烃源岩具有规模生烃的潜力[6-7]。天环坳陷南部平凉北地区,相继在长8段发现M20,M22,M52和M105等高产油气流井,形成了具有规模开采的油气区块,显示出良好的油气勘探前景。作为陇东油气勘探的重要接替区,平凉北地区的勘探显得尤为重要。通过众多学者对平凉北地区的研究发现,该区烃源岩具备一定的生烃条件,但对于该地区长8段的油藏特征、油藏类型及油气来源却存在一定分歧。部分学者认为是本地供烃[8-10];白青林等[11]则认为是混源供烃;SU等[12]认为是盆地内部侧向运移供烃。归根结底是对于研究区烃源岩认识不够深入,仅从单井的角度分析,对本地烃源岩的生烃潜力、生烃规模等缺乏系统认识,也缺乏对其面上的控制,未达到落实平凉北地区规模生烃的效果。

火山活动及湖底热液对鄂尔多斯盆地长7段成烃生物的繁盛、有机质的富集与保存均具有重要影响[13-15]。鄂尔多斯盆地平凉北地区长7段烃源岩位于湖盆边部,远离湖盆中心,对于该区烃源岩发育环境和控制因素缺乏清晰认识,其能否大量生烃为油藏提供充足的油气需要进一步研究。通过有机碳分析、岩石热解、镜质体反射率以及微量元素测定,系统分析鄂尔多斯盆地平凉北地区长7段烃源岩的有机质丰度、类型、成熟度等地化特征,明确长73亚段烃源岩的生烃潜力及沉积环境,构建出相应的发育模式,以期进一步深化对盆地西南缘低勘探区的地质认识,并为下一步勘探开发提供一定理论依据。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地是发育于华北克拉通浅海台地之上的多旋回大型叠合盆地,面积达37×104 km2,根据盆地的基底性质、构造演化及现今地貌特征,被划分为6个二级构造单元[16]图 1a)。鄂尔多斯盆地含有丰富的油气资源,主要分布在古生代(奥陶系马家沟组和石炭系—二叠系含气层系)和中生代(三叠系延长组和侏罗系延安组含油层系),具有“上油下气”的特征。晚三叠世受印支运动影响,盆地内部形成持续沉降的大型陆相坳陷湖盆。该湖盆经历了形成、扩张、全盛、萎缩及消亡的演化过程,形成了厚层的延长组沉积(厚度为1 000~1 500 m),延长组自上而下可划分为长1段—长10段,长7段厚度为100~120 m,沉积期为湖盆最大湖泛期,发育一套优质的黑色泥页岩(图 1b[17]

下载原图 图 1 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段与长8段构造叠合图(a)、岩性地层综合柱状图(b)及北西—南东向地震剖面(c) Fig. 1 Superimposed map of Chang 73 sub-member and top structure of Chang 8(a), stratigraphic column(b) and NW-SE seismic section(c) of Triassic in northern Pingliang area, Ordos Basin

平凉北地区处于天环坳陷与西缘冲断带两大构造单元的过渡带,受2种不同性质的构造单元共同控制,形成其特有的构造特征。根据研究区多口钻井的钻揭情况可知,长7段及以下地层保存较全,埋藏深度为2 120~2 520 m,延长组中上部地层受西缘冲断带及古河下切冲蚀作用双重影响,剥蚀严重。井震对比发现,研究区长7段处于半深湖相,稳定发育一套富有机质暗色泥岩,厚度向北西向有所减小(图 1c)。

2 烃源岩地球化学特征 2.1 有机质丰度

鄂尔多斯盆地平凉北地区延长组长7段有机碳质量分数(TOC)为0.41%~12.40%,平均为3.42%,长71亚段TOC质量分数平均为1.91%,长72亚段TOC质量分数平均为2.27%,长73亚段TOC质量分数平均为4.61%(表 1)。长73亚段TOC质量分数最大,长72亚段次之,长71亚段最小,但均达到了生烃标准(图 2a)。热解分析显示,长7段生烃潜量(S1+ S2)为0.33~73.68 mg/g,平均值为16.86 mg/g。长71亚段S1+S2平均为6.60 mg/g,长72亚段S1+S2平均为11.42 mg/g,长73亚段S1 + S2平均为23.64 mg/g(图 2b),均达到了优质烃源岩的标准。鄂尔多斯盆地平凉北地区长7段TOCS1 + S2具有良好的线性关系,即TOC随着S1 + S2的增大而增大,表明样品未受运移烃的影响[18]。长71、长72亚段在好及以上烃源岩的体积分数相对长73亚段小,分别为50% 和67%,但仍具有良好的生烃潜力,长73亚段有机质具有较高的生烃潜力,显示为一套优质烃源岩,厚度为5~20 m(图 3)。

下载CSV 表 1 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长7段烃源岩有机地球化学数据 Table 1 Organic geochemical data of Triassic Chang 7 source rocks in northern Pingliang area, Ordos Basin
下载原图 图 2 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长7段TOC(a)和生烃潜力(b)箱状图 Fig. 2 Box diagram of TOC content(a) and hydrocarbon generation potential(b) of Triassic Chang 7 member in northern Pingliang area, Ordos Basin
下载原图 图 3 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长7段S1+S2TOC交会图 Fig. 3 Crossplot of S1+S2 and TOC of Triassic Chang 7 member in northern Pingliang area, Ordos Basin

以M53井为例,延长组45个样品数据显示,长71、长72、长73亚段TOC平均值分别为1.67%,2.27% 和2.76%,S1+S2平均值分别为7.06 mg/g,11.42 mg/g和13.36 mg/g,指示长73亚段发育最优质的烃源岩(图 4)。

下载原图 图 4 鄂尔多斯盆地平凉北地区M53井三叠系长7段有机地球化学综合柱状图 Fig. 4 Composite organic geochemistry of Triassic Chang 7 source rocks of well M53 in northern Pingliang area, Ordos Basin
2.2 有机质类型及生烃母质

有机质类型对于评价烃源岩的优劣意义重大,其主要分为3类:Ⅰ型主要来自湖泊藻类,Ⅱ型来自浮游植物、浮游动物和微生物的混合物,Ⅲ型来自陆生植物[19-20]。对于非海相烃源岩,可将Ⅱ型干酪根细分为Ⅱ1型和Ⅱ2[21]。基于热解分析结果和TOC测试结果,计算出氢指数(HI)为64~783 mg/g,平均为372 mg/g;氧指数(OI)为1.00~5.00 mg/g,平均为2.21 mg/g。根据二者的交会图可看出,几乎所有数据均落在了Ⅰ型和Ⅱ1型的范围内(图 5a)。研究区长7段大部分数据落在Ⅰ型和Ⅱ1型范围内,其中长73亚段约30% 的数据处于Ⅱ1型和Ⅲ型范围,指示长73亚段有机质以Ⅰ型和Ⅱ1型为主(图 5b)。赵彦德等[8]的研究表明,干酪根碳同位素(δ13C干酪根)与有机质母质碳同位素基本一致,这是判断有机质类型的可靠指标。δ13C干酪根 < -29‰指示为Ⅰ型干酪根,δ13C干酪根 > -26‰指示为Ⅲ型干酪根,否则为Ⅱ型干酪根[22]。平凉北地区的δ13C干酪根为-30.70‰~ -29.00‰(参见表 1),平均为-29.67‰,有机质类型以Ⅰ型为主(图 6a)。刘文汇等[23]详细讨论了δ13C干酪根与成烃生物的关系,提出由浮游藻类所形成的干酪根中δ13C偏重,δ13C干酪根>-30‰,由底栖藻类形成的干酪根中δ13C则偏轻,δ13C干酪根 < -34‰。本次样品中90% 的数据落在浮游藻类区域内(图 6b),指示平凉北地区长73亚段烃源岩母质主要来源于浮游藻类。

下载原图 图 5 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长7段有机质类型划分 Fig. 5 Division of organic matter types of Triassic Chang 7 member in northern Pingliang area, Ordos Basin
下载原图 图 6 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73有机质类型(a)及母质来源(b) Fig. 6 Organic matter types(a) and source of parent materials(b) of Triassic Chang 73 sub-member in northern Pingliang area, Ordos Basin
2.3 有机质成熟度

有机质成熟度可根据镜质体反射率(Ro)和最高热解峰温(Tmax)来判断,长73亚段Ro为0.63%~ 1.07%,峰值为0.80%~0.90%,平均为0.83%,Tmax为431.00~451.00 ℃,峰值为440.00~450.00 ℃,平均为444.74 ℃。根据邬立言等[21]对我国Ⅰ型干酪根为主烃源岩的热演化阶段划分标准,将Ro < 0.5% 定为未成熟阶段,0.5%~1.3% 为生油阶段,1.3%~ 1.6% 为生湿气、凝析气阶段,>1.6%为生干气阶段;Tmax < 435℃为未成熟阶段,435~460℃为生油阶段,>460℃为生湿气、凝析气阶段。研究区长73亚段烃源岩大多数已演化到成熟阶段(图 7),进入生烃门限,可大规模生烃。

下载原图 图 7 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段实测镜质体反射率(a)和最高热解峰温(b)分布 Fig. 7 Histogram of measured vitrinite reflectance(a) and maximum pyrolysis peak temperature(b) of Triassic Chang 73 sub-member in northern Pingliang area, Ordos Basin
3 古沉积环境

适宜的沉积环境对于优质烃源岩的发育具有决定性作用[24]。诸多学者已从有机地球化学方面对鄂尔多斯盆地平凉北地区的烃源岩特征及水体环境进行了分析。本次将选取鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段10块岩心样品进行微量元素分析,从无机地球化学角度分析古环境演化。

3.1 古气候

古气候控制着湖盆的生产力、陆源物质的供给作用及水体的氧化还原条件,从而影响了沉积物中的矿物组成和元素分布及其含量大小。不同气候条件下沉积物的元素富集特征具有一定差异:Fe,Cu等元素在温湿的沉积环境中相对富集,Sr元素在干热环境中更易于富集。因此,用微量元素含量的比值可有效反映其沉积时期的古气候,Sr/Cu,Rb/Sr的值与古气候具有很好的耦合关系,Sr/Cu的值为1~10时,指示温暖潮湿的气候条件,大于10时则表现为干旱炎热的气候条件[25]。此外,由于风化作用的影响,Sr元素容易发生淋失,而Rb元素则相对稳定,因此当处于温湿气候时,降水使得风化作用加强,Sr元素淋失更加严重,导致Rb/Sr值增大;反之,干旱气候下,Rb/Sr值减小[17]

研究区微量元素分析显示,Sr/Cu值为1.73~ 6.67,平均为3.38;Rb/Sr值为0.54~1.54,平均为0.94(表 2)。研究区样品均分布在温湿区域,整体呈现出低Sr/Cu值、高Rb/Sr值的特征。Sr/Cu值较小的样品普遍具有更高的Rb/Sr值,且与温湿环境较为吻合,揭示了研究区长73亚段沉积期处于温暖潮湿的气候环境,为生烃母质提供了良好的生长环境(图 8)。

下载CSV 表 2 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段古环境指示数据 Table 2 Paleo-environmental indicator data of Triassic Chang 73 sub-member in northern Pingliang area, Ordos Basin
下载原图 图 8 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段古沉积环境参数散点图 Fig. 8 Scatter diagrams of paleo-sedimentary environmental paraments of Triassic Chang 73 sub-member in northern Pingliang area, Ordos Basin
3.2 古生产力

烃源岩形成的前提是要有充足的物质基础,古生产力就是评价这一物质基础的重要指标。邓宏文等[26]与Lyons等[27]发现Mo元素易与硫离子结合并沉淀,其沉积速率与有机碳沉积速率呈正相关关系,因此Mo元素的含量高低可以侧面反映水体初级生产力的大小。本次样品Mo元素的质量分数为(3.0~15.0)×10-6,平均为6.8×10-6,北美页岩中Mo元素的质量分数为2.0×10-6,地壳中Mo元素的质量分数为1.5×10-6[28],本次样品Mo元素的富集程度是北美页岩与地壳中的3~4倍,因此可推测研究区具有较高的古生产力。

生源元素(Ba,Zn,Cu)含量的大小可反映古生产力水平的高低,通常采用Al或Ti来消除生源元素中陆源碎屑的影响,校正后的Baxs,Znxs,Cuxs等的质量分数均大于零,说明古生产力高[29-30]。本次研究测得Ba的质量分数为(388.0~1 104.0)×10-6,平均为547.8×10-6,由于缺乏部分主量元素,故结合盆地中南部长7段张家滩烃源岩64个样品的测试数据拟合出w(Ba)与w(Baxs)之间的线性关系(图 9)。

$ w\left(\mathrm{Ba}_{\mathrm{XS}(\mathrm{Al})}\right)=0.9187 w(\mathrm{Ba})-374\left(R^2=0.8012\right) $ (1)

$ w\left(\mathrm{Ba}_{\mathrm{Xs}(\mathrm{Ti})}\right)=0.845 w(\mathrm{Ba})-331.62 \quad\left(R^2=0.5205\right) $ (2)

下载原图 图 9 鄂尔多斯盆地中南部三叠系延长组张家滩页岩w(BaXS)与w(Ba)的拟合关系[30-32] Fig. 9 Fitting relationship between BaXS and Ba contents in Zhangjiatan Shale of Triassic Yanchang Formation in central-southern Ordos Basin

式中:w(BaXS(Al))为采用Al元素校正后的Ba的质量分数,10-6w(BaXS(Ti))为采用Ti元素校正后的Ba的质量分数,10-6

经计算,鄂尔多斯盆地平凉北地区10个样品的BaXS(Al)质量分数均为(-17.89~639.25)×10-6(其中有2个负值),平均值为128.77×10-6;BaXS(Ti)的质量分数均为(-3.76~601.26)×10-6(其中有1个负值),平均值为131.27×10-6,整体呈自生富集,指示该时期古生产力水平较高。

3.3 古氧化还原环境

古氧化还原环境对于烃源岩的发育至关重要,是决定有机质保存与否的关键因素,缺氧环境有利于有机质的保存[24]。在缺氧环境中,沉积物普遍富集Mo,U,V等氧化还原敏感的微量元素,因此,微量元素含量的比值V(/ V+Ni)可作为识别沉积水体氧化还原条件的重要指标。V(/ V+Ni)小于0.45时指示富氧环境,V(/ V+Ni)为0.45~0.60时指示贫氧环境,大于0.60时指示厌氧环境[33-34]。氧化还原环境控制着金属元素Mo的迁移与沉淀,Mo元素富集通常指示水体为缺氧环境[35]。此外,稀土元素Ce的异常也可作为判识氧化还原条件的重要指标。研究表明,Ce元素显示负异常,即δCe < 1,指示缺氧环境;Ce元素显示正异常,即δCe>1,则指示富氧环境[36]

本次研究基于上述3个指标,对研究区长73亚段烃源岩的氧化还原环境进行了判断。V(/ V+Ni)值为0.76~0.83,平均为0.79;δCe为0.89~0.95,平均为0.91,可以看出,所有数据均指示长73亚段沉积期处于缺氧还原环境。Mo元素的相对富集进一步证实了长73亚段的缺氧环境。

3.4 古盐度

古盐度是恢复古环境的重要判别指标,含盐度的高低可以很好地反映水体当时的古环境特征。Sr/Ba值是目前表征水体盐度使用最为广泛的重要指标,Sr/Ba小于0.5指示淡水沉积环境,Sr/Ba为0.5~1.0指示半咸水沉积环境,Sr/Ba大于1则为海相咸水沉积环境[37]。本次研究样品Sr/Ba值为0.14~ 0.45,平均值为0.30,所有比值均小于0.5,指示研究区长73亚段处于淡水沉积环境。

4 烃源岩质量主控因素及发育模式 4.1 主控因素

烃源岩的发育取决于生烃母质生物的生存环境和良好的有机质保存条件,这两种因素又与烃源岩形成期的古构造运动和古环境息息相关。鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段发育优质烃源岩,这是各个有利要素相互匹配的结果。对古环境特征指标与TOC的相关性进行分析,长73亚段烃源岩TOC与古生产力参数w(BaXS(Al)),w(BaXS(Ti))均呈正相关关系,相关系数R2均为0.624(图 10a),TOC与氧化还原参数w(Mo)也呈正相关,相关系数R2为0.863 6(图 10b)。研究区的相关参数表明表层水体的高古生产力为生烃母质生物提供了充足的营养物质,是优质烃源岩形成的物质基础,底部水体的缺氧还原环境为有机质的保存提供了有利场所,是优质烃源岩形成的外在保障。

下载原图 图 10 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段TOC与古生产力参数(a)、氧化还原环境参数(b)交会图 Fig. 10 Relationships of TOC with paleo-productivity parameter(a) and redox environment parameters(b) of Triassic Chang 73 sub-member in northern Pingliang area, Ordos Basin

鄂尔多斯盆地三叠系延长组发育多层凝灰岩,凝灰岩的出现能够反映地质历史时期内与其同期发生的火山活动特征[38]。傅强等[39]对鄂尔多斯盆地华庆地区延长组不同油层段的凝灰岩层的数量进行了统计,直观地反映了火山事件强度在延长期的变化规律。区域内长73亚段凝灰岩、凝灰质泥岩层数达到最多,指示此时的火山活动最强烈,规模最大,使大量的火山灰搬运至盆地内部,与深湖—半深湖相的富有机质泥岩共同沉积。凝灰岩层段在测井曲线上具有“三高一低”的特征(相对高电位、低电阻、高自然伽马、高声波时差)。对鄂尔多斯盆地平凉北地区测井曲线进行解释,发现长73亚段普遍发育凝灰岩(图 11),统计了37口井长73亚的的凝灰岩厚度,大小为0.30~3.45 m,平均为1.28 m。张文正等[40]指出,火山活动、火山喷发沉积物(凝灰岩)与长7段优质烃源岩在时间和空间上具有良好的耦合关系。Qiu等[15]发现凝灰岩的展布形态与长7段烃源岩的分布规律一致,烃源岩厚的地方凝灰岩相对较厚,并逐渐向边缘减薄(图 12)。研究表明,凝灰岩可以携带大量的Fe,P2O5,CaO等营养物质,凝灰岩沉积之后会伴随浮游生物的爆发[41-42],可提高湖盆的初级生产力。总之,凝灰岩对长73亚段富有机质泥岩的发育具有重要的促进作用。

下载原图 图 11 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段凝灰岩夹层测井曲线 注:图中绿色区域为识别出来的凝灰岩。 Fig. 11 Logging characteristics of tuff interlayer of Triassic Chang 73 sub-member in northern Pingliang area, Ordos Basin
下载原图 图 12 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长73亚段凝灰岩厚度等值线(a)及长7段烃源岩厚度等值线(b) Fig. 12 Thickness contour maps of Chang 73 tuff(a) and Chang 7 source rocks(b) of Triassic in northern Pingliang area, Ordos Basin

近年来,众多学者认为鄂尔多斯盆地三叠系长73亚段烃源岩沉积可能与热液流体相关。通过岩石学研究,在盆地内长73亚段发现了硅质岩、白铁矿- 黄铁矿-硬石膏共生体系、自生石英、铁白云石纹层等与热液流体相关的现象[43]。根据元素地球化学研究,Qiu等[44]和刘池阳等[45]分析认为鄂尔多斯盆地三叠系长7段黑色泥页岩中Mo,U,Fe,Mn等元素的显著富集也证明了湖底热液的存在。吉利明等[14]通过孢粉相分析,认为有机质丰度、类型以及生烃组分等与热液活动之间存在耦合关系,流体活动导致了湖泊藻类和浮游生物的繁盛。总之,湖底热液携带大量的营养元素,增加了湖盆的初级生产力,促进了生烃母质的繁盛,大大提高了有机质丰度,而且带来的H2S气体创造了适宜有机质保存的缺氧环境。依据热水活动识别图版,发现平凉北地区长73亚段的数据点均落在了热水沉积区及其附近(图 13),指示研究区样品绝大部分属于热水沉积,此沉积期受到了热液输入的影响,这一结果与相邻的泾川地区结果吻合[46]

下载原图 图 13 鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系延长组沉积物成因判别三角图[46-47] Fig. 13 Identification chart of sediment origin of Triassic Yanchang Formation in northern Pingliang area, Ordos Basin
4.2 火山-热液型烃源岩发育模式

晚三叠世,受印支运动影响,扬子陆块已与华北陆块碰撞、拼合,形成秦岭造山带。由于造山带的隆升导致盆地迅速下沉,接受大范围沉积,进入盆地的鼎盛发育时期[4, 16]。鄂尔多斯盆地延长组沉积期则经历了一个完整的陆相湖盆演化过程,长73亚段沉积期湖侵明显,湖盆面积最大,湖体的水体最深,为烃源岩的形成创造了优越的沉积条件。平凉北地区在长73亚段沉积期,气候环境温暖潮湿,适宜藻类、浮游生物的生存。受火山活动和热水活动共同影响,输入了丰富的营养元素,极大地提高了湖盆水体的古生产力,导致生烃母质在这一时期繁盛,生物产率得到保障,成为有机质大量生成的基础;火山活动携带的H2S,SO2等还原性气体通过与水蒸气的一系列光化学反应形成气溶胶,以酸雨的形式带入湖盆,增加了水体的SO42-浓度,增强了底部水体的还原性[13];另一方面,浮游藻类、微生物死亡后,遗体分解也消耗了大量氧气,使得水体出现分层,底部形成缺氧还原环境,成为有机质完整保存的关键因素(图 14)。基于营养物质与保存环境的双重保障,使得平凉北地区具备发育优质烃源岩的条件。

下载原图 图 14 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段烃源岩发育模式(据文献[4]修改) Fig. 14 Development model of sources rock of Triassic Chang 73 sub-member in Ordos Basin
5 结论

(1)鄂尔多斯盆地平凉北地区三叠系长7段烃源岩有机质丰度自下而上逐渐减小,长73亚段有机质丰度最大,长72亚段次之,长71亚段最小。长73亚段烃源岩TOC最高可达12.4%,有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主,母质来源于藻类和浮游生物,生烃潜力较大,是一套处于成熟阶段的好—优质湖相烃源岩。

(2)研究区三叠系长7段沉积期具备有利于有机质生长、繁殖和保存的良好条件。温暖潮湿的气候适宜浮游藻类、微生物的生存,较高的古生产力保障了有机物的大量繁殖,湖盆底部缺氧还原环境使得有机质完好地保存下来。

(3)研究区在三叠系长73亚段沉积期发育了火山-热液型烃源岩,其水体受到火山活动和热水沉积的双重影响。该沉积期输入了丰富的营养元素,提高了水体的古生产力,较高的古生产力是有机质大量生成的基础;释放的H2S等还原性气体进一步增强了水体的还原性能,缺氧还原环境是有机质完好保存的关键因素。

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