洛伊盆地上三疊統沉積相與油氣成藏特征

陳 司，陳尚斌，2，左兆喜，韓宇富，司慶紅

(1.中國礦業大學，江蘇 徐州 221116；2.煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇 徐州 221116；3.天津地質調查中心，天津 300170)

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洛伊盆地上三疊統沉積相與油氣成藏特征

陳 司1，陳尚斌1，2，左兆喜1，韓宇富1，司慶紅3

(1.中國礦業大學，江蘇 徐州 221116；2.煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇 徐州 221116；3.天津地質調查中心，天津 300170)

洛伊盆地上三疊統埋深適中、厚度大，鉆井顯示出較好的油氣資源潛力。通過粒度分析和沉積相重建，分析洛伊盆地上三疊統沉積相及油氣成藏特征。結果表明：洛伊盆地上三疊統以河流相和湖泊相為主，深湖相、淺湖相、沼澤化湖相和三角洲平原相等沉積亞相有利于油氣形成；上三疊統有效烴源巖厚度約為900 m，以暗色泥巖為主；椿樹腰組泥巖有機碳含量平均為0.82%；譚莊組有機碳含量平均為1.83%，有機質成熟度平均為0.69%，接近成熟生油階段，有機質類型主要為Ⅱ1和Ⅱ2型。深湖相發育泥巖與砂巖互層，具有形成自生自儲型油氣藏的沉積條件，表現出相控油氣特征；另因上三疊統頂部剝蝕，部分油氣運移至古近系，可形成古生新儲型油氣藏；上三疊統烴源巖演化經歷2個階段，三疊紀末期進入生烴門限，但后期構造抬升使得生烴活動停止，在早古近紀末期燕山期埋深增加，再次生烴；椿樹腰組與譚莊組深湖相面積約為3 700 km2，淺湖相面積約為4 100 km2，估算生烴總量約為4.47×108t，具有開采潛力。洛伊盆地上三疊統為油氣藏遠景區，有進一步開發研究的意義。

沉積相重建；粒度分析；油氣成藏特征；椿樹腰組；譚莊組；洛伊盆地

0 引 言

近年來，洛伊盆地中牟1井試井成功，表明該盆地三疊系具有較好的油氣潛力。研究區上三疊統埋深較大，椿樹腰組與譚莊組保存較完整，在上三疊統深凹區到斜坡的過渡段，可能發育巖性油氣藏、砂巖上傾尖滅油氣藏和地層超覆油氣藏等諸多隱蔽類油氣藏，但因埋藏深、勘探成本高、風險大，該區上三疊統勘探尚無突破[1]。為了更好地了解該區油氣潛力，從沉積相控制生、儲、蓋的角度，分析洛伊盆地上三疊統椿樹腰組和譚莊組的沉積環境及烴源巖特征，為油氣聚集遠景區勘探提供依據。

1 地質背景

洛伊盆地處于華北地臺中部豫西隆起，位于中國大陸中部NNE向的呂梁—太行造山帶與近EW向的東秦嶺造山帶所夾持的三角地帶，其斷裂系統呈現出明顯的“南北分帶、東西分區”特點，以NW—近EW向斷裂為主，NE向斷裂為輔，且后者大都被前者所切割，NW—近EW向斷裂基本呈現向西收斂的特點。洛伊盆地處于伏牛山隆起北側，呂梁隆起和太行山隆起南側[1]，主要包括洛伊凹陷、濟源凹陷、白沙—禹州向斜、周口坳陷西北部的臨汝盆地、襄城凹陷西北部和太康隆起西部(圖1)。

研究區由老至新發育薊縣系、青白口系、震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系地層，其中，三疊系發育有劉家溝組(T1l)、和尚溝組(T1h)、二馬營組(T2e)、油房莊組(T2y)、椿樹腰組(T3ch)及譚莊組(T3t)；區內上三疊統椿樹腰組底界為厚層灰綠色長石砂巖與紫色泥巖，頂部為黃色厚層長石砂巖。因后期構造抬升，上三疊統譚莊組遭受剝蝕，殘余地層主要分布于濟源、伊川、洛陽、登封等地區，在宜陽—伊川一帶主要發育灰黃、黃綠、灰綠、灰黑色泥巖和粉砂巖，夾數層黑色泥巖和煤線[2]。

圖1 洛伊地區構造

2 沉積相特征

石炭紀末期，華北地臺開始發生大規模的海退；二疊紀初期，華北板塊主體基本脫離海洋沉積；

二疊紀時期，洛伊盆地沉積環境以陸相沉積(三角洲平原、分流河道、分流間灣等)為主；三疊紀早期，大面積海退持續進行，華北板塊氣候干旱；三疊紀晚期，氣候又逐漸轉為溫暖、潮濕，華北板塊廣泛沉積了含煤地層[3-6]。

晚三疊世時期，洛伊盆地以深湖—淺湖相等陸相沉積為主。椿樹腰組在還原環境下發育了以大型坳陷淺湖—深湖相和三角洲沉積體系為主的沉積類型，在溫暖、潮濕的環境下，研究區發育了一套厚度較大的灰色—深灰色砂泥巖沉積。該階段區內發育的三角洲比淺湖—深湖相范圍小，主要分布在北西和南東2個區域，同時區內發育三角洲前緣濁積扇和湖沼相沉積，發育了諸多水下分流河道或者延伸入陡坡的濁積扇體(圖2a)。

與椿樹腰組時期相比，研究區在譚莊組時期發育的深湖相沉積的范圍明顯變大，而三角洲沉積的范圍明顯變小，靠近物源方向可見三角洲沉積。同時，研究區內發育三角洲前緣濁積扇和湖沼相沉積，區內的同沉積走滑斷裂發育了諸多水下分流河道或延伸入陡坡的濁積扇體。隨著秦嶺大別造山運動加劇和東部太平洋板塊引起的華北板塊隆升作用加強，伊川地區比四周地勢低，導致水體進一步加深，深湖相沉積范圍擴大[1](圖2b)。

圖2 洛伊盆地上三疊統沉積相

3 成藏特征與資源潛力

3.1 成藏條件與演化

不同地質時代的巖相古地理類型控制著有效烴源巖、儲層和蓋層的分布和組合，沉積演化的多樣性控制著油氣資源的分布和油氣藏類型[7]。洛伊盆地二疊系和三疊系之間沒有明顯的不整合，顯示出差異升降，沉積中心向北西遷移，二者為連續沉積，沉積厚度較大，分布在洛陽凹陷、伊川凹陷和濟源凹陷，其中，伊川凹陷最大沉積厚度在900 m以上。椿樹腰組厚度全區變化較大，一般為400～1 350 m，在義馬和洛陽2個地區出現沉積中心，厚度可達1 200 m以上，向東厚度逐漸減薄(圖3a)。譚莊組厚度一般為400～1 800 m，在澠池、洛陽、新安和鞏義4個地區出現沉積中心，厚度可達1 500 m以上，總體上由沉積中心控制(圖3b)。

洛伊盆地三疊系烴源巖有機質類型主要為Ⅱ2、

圖3 洛伊盆地上三疊統厚度等值線

Ⅱ1型，只有少量的Ⅲ或Ⅰ型。干酪根的δ13CPDB平均為-27.0‰，具有Ⅱ型有機質特點[8-9]。實測譚莊組有機碳含量為0.64%～2.86%，平均為1.83%，椿樹腰組泥巖有機碳含量為0.82%。綜合分析認為，椿樹腰組和譚莊組為良好的油氣層，該區譚莊組樣品實測Ro值為0.47%～0.91%，平均為0.69%，處于成熟生油階段。同時，洛伊盆地上三疊統Ro值為0.40%～1.27%，證明三疊系烴源巖處于成熟階段。

根據研究區烴源巖的埋藏史與成熟史模擬結果顯示，2個盆地均經歷了相似的埋藏與生烴過程，二者區別主要體現在古近系的沉積速率不同。其中，洛陽盆地在三疊紀末Ro接近生烴門限(0.36%～0.45%)，此時三疊系處于低成熟度階段。但早侏羅世地層抬升，三疊系埋深減小，洛陽盆地三疊系Ro沒有繼續增加，至新生代早期，盆地接受古近系沉積，沉積速率變大，厚度較大，三疊系埋深迅速增加，Ro增大，烴源巖開始生烴。

伊川盆地與洛陽盆地相似，三疊紀末期，烴源巖Ro>0.50%，開始進入生烴門限；因構造抬升使三疊系生烴逐漸停止，隨后古近系地層開始沉積，沉積速率比洛陽盆地略低；古近系沉積使三疊系埋深增加，烴源巖Ro再次超過0.50%而進入二次生烴階段。

由此可見，洛伊盆地三疊系烴源巖有2個重要的生烴時間：一是三疊紀末期，烴源巖Ro普遍達到0.50%后開始生烴；二是古近紀末期，由于古近系沉積，使得埋深普遍增加，烴源巖再次進入生烴門限(表1)。

椿樹腰組和譚莊組以暗色泥巖和煤層作為烴源巖，單層厚度為3～5 m，累計厚度超過540 m，厚度大且有較強生烴潛力。同時，椿樹腰組與譚莊組多發育砂泥互層的沉積結構，砂巖可作為儲層，其上覆泥巖可作為較好的蓋層，形成具有較好封蓋條件的組合。因封蓋能力良好，椿樹腰組和譚莊組可成為較好的自生自儲型儲層[10-12]。此外，洛伊盆地上三疊統頂部遭受剝蝕，致使譚莊組與古近系不整合接觸，譚莊組中部分油氣可向上運移至三疊系與古近系的不整合面或進入古近系內部砂礫巖中，形成古生新儲式生儲蓋組合。

3.2 油氣資源潛力

富生烴凹陷油氣資源量主要取決于烴源巖品質[9]，其評價方法主要包括有機地球化學法、有機巖石學法、測井解釋和地震解釋等。由于這些方法前期投入大，需要參數多，不適合低程度的勘探，因此，選用富生烴凹陷綜合評價法對該區域進行資源評估。該方法通過“木桶”效應對各類影響因素做加權乘積，并不依賴于各類地球化學參數及物探參數，僅依賴于各項基礎參數，評估較為方便，適合該類勘探程度較低的地區。

不同沉積相生成烴源巖優劣次序依次為深湖相、中深湖相、淺湖相、濱湖相、河流相[10]，其賦值依次遞減2(深湖相為10、河流相為2)，如果凹陷跨越不同沉積相則根據面積加權；干酪根按照生烴能力依次賦值為Ⅰ型取10、Ⅱ型取7(Ⅱ1型取8、Ⅱ2型取6)，Ⅲ型取3。按照此方法，結合以往資料[9]對各影響因素進行加權計算，根據烴源指數與各控制因素的關系：

烴源指數=洼陷面積×有效烴源巖厚度×沉積相×有機質類型×(最大埋深-門限深度)×10-5

(1)

烴源指數與資源量的擬合關系：

資源量=1.7626×烴源指數1.1992×108t

(2)

由式(1)、(2)計算可知，洛伊盆地上三疊統椿樹腰組與譚莊組生烴總量為4.47×108t，按照生烴凹陷資源量等級劃分為次富水平，具有開發價值(表2)。

表2 生烴總量估算

4 結 論

(1) 洛伊盆地上三疊統椿樹腰組與譚莊組以陸相沉積為主，其中，椿樹腰組主要發育三角洲沉積相為主，并發育淺—深湖相、三角洲前緣相和三角洲平原亞相；譚莊組以淺—深湖相為主，其次，發育三角洲平原、沼澤化湖相等亞相。

(2) 上三疊統有效烴源巖的最大厚度約為900 m，分布于伊川盆地；椿樹腰組泥巖有機碳含量為0.82%；譚莊組有機碳含量平均為1.83%；上三疊統Ro值為0.40%～1.27%，譚莊組實測Ro值為0.69%，接近成熟生油階段；有機質類型主要為Ⅱ2、Ⅱ1型，生油潛力良好。

(3) 研究區三疊系烴源巖經歷了2個重要的成熟階段，早古近紀末期，伊川、洛陽和宜陽盆地進入二次生油階段。烴源巖成熟稍晚，生烴期主要為古近紀。椿樹腰組和譚莊組以暗色泥巖和煤層作為烴源巖，發育砂泥互層的沉積結構，具有較好封蓋條件，可成為自生自儲型組合；因上三疊統頂部剝蝕，油氣向上運移可形成古生新儲式生儲蓋組合。

(4) 椿樹腰組與譚莊組估算生烴總量約為4.47×108t，為次富水平，具有開發潛力。

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編輯 黃華彪

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.015

20160405；改回日期：20160710

中國博士后科學基金第八批特別資助項目“煤系頁巖氣儲層非均質性對可改造性控制的微觀機理研究”(2015T80595)

陳司(1992-)，男，2014畢業于防災科技學院資源勘查工程專業，現為中國礦業大學地質工程專業在讀碩士研究生，主要從事頁巖氣地質的學習和研究工作。

陳尚斌(1983-)，男，副教授，2006年畢業于中國礦業大學資源環境與城鄉規劃管理專業，2012年畢業于該校地質資源與地質工程專業，獲博士學位，現主要從事頁巖氣地質研究。

TE122.2

A

1006-6535(2016)05-0066-04