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下扬子逆冲推覆构造后缘凹陷油气富集关键要素及有利勘探方向.pdf
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1、第 36 卷 第 3 期2024 年 5 月岩性油气藏LITHOLOGIC RESERVOIRSVol.36 No.3May 2024收稿日期:2023-03-15;修回日期:2023-05-15;网络发表日期:2024-03-28基金项目:中国地质调查局项目“下扬子地区油气页岩气调查评价”(编号:DD20221662)和“苏皖赣地区页岩油气战略选区调查”(编号:DD20190565)联合资助。第一作者:邵威(1988),男,硕士,工程师,主要从事石油与天然气地质研究工作。地址:(210016)南京市中山东路 534 号南京地质调查中心。Email:。通信作者:周道容(1983),男,硕士,高
2、级工程师,主要从事石油与天然气地质研究。Email:。文章编号:1673-8926(2024)03-0061-11DOI:10.12108/yxyqc.20240306引用:邵威,周道容,李建青,等.下扬子北缘逆冲推覆构造后缘凹陷油气富集关键要素及有利勘探方向 J.岩性油气藏,2024,36(3):61-71.Cite:SHAO Wei,ZHOU Daorong,LI Jianqing,et al.Key factors and favorable exploration directions for oil and gas enrichment inback margin sag of th
3、rust nappe in Lower Yangtze J.Lithologic Reservoirs,2024,36(3):61-71.下扬子逆冲推覆构造后缘凹陷油气富集关键要素及有利勘探方向邵威,周道容,李建青,章诚诚,刘桃(中国地质调查局 南京地质调查中心,南京 210016)摘要:通过开展系统的构造特征、沉积环境、油气富集规律分析,在钻探新发现的新资料基础上,对下扬子北缘逆冲推覆构造后缘凹陷油气富集规律和有利勘探方向进行了研究。研究结果表明:下扬子北缘逆冲推覆构造后缘凹陷中油气显示表现为“三气两油”特征,即二叠系大隆组和孤峰组页岩气、龙潭组煤层气和致密砂岩气、大隆组页岩油和三叠系殷坑组
4、灰岩裂隙油。以宣城凹陷为代表的下扬子北缘逆冲推覆构造后缘凹陷带油气富集受3个关键要素控制,即后缘凹陷块体稳定,已形成的油气体系具有较好的保存环境;该地区二叠系大隆组(P3d)和孤峰组(P2g)沉积环境属深水陆棚环境,是有利的沉积相带,发育2套富有机质的烃源岩层系;顶、底板有效封存条件均较好,烃源岩上部有三叠系泥灰岩地层覆盖,下部有栖霞组生物碎屑灰岩为垫层,顶、底地层控制了纵向油气的散逸。研究区下三叠统上二叠统自上而下依次富集泥灰岩裂隙油、页岩油、页岩气、煤层气、致密砂岩气,整体呈“上油下气”多种非常规油气同生共存的特征,形成了特殊的油气富集模式。宣城凹陷与南陵凹陷、句容凹陷和常州凹陷具有相似的
5、地质条件,是下一步页岩油气勘探的首选有利区。关键词:逆冲推覆构造;三元富集模式;页岩油气;煤层气;致密砂岩气;油气富集要素;非常规油气;二叠系;下扬子北缘中图分类号:TE122.2;P613.8文献标志码:AKey factors and favorable exploration directions for oil and gas enrichment inback margin sag of thrust nappe in LowerYangtzeSHAO Wei,ZHOU Daorong,LI Jianqing,ZHANG Chengcheng,LIU Tao(Nanjing Cent
6、er,China Geological Survey,Nanjing 210016,China)Abstract:Through systematic analysis of structural characteristics,sedimentary environment and hydrocarbonenrichment law,on the basis of newly discovered drilling data,the oil and gas enrichment law and favorable exploration direction of the back margi
7、n sag of thrust nappe in northern margin of Lower Yangtze were studied.Theresult shows that:(1)The oil and gas in the sag is characterized by“three gas and two oil”,namely,shale gas62岩性油气藏第 36 卷第 3 期of Permian Dalong Formation and Gufeng Formation,coalbed methane and tight sandstone gas of Longtan F
8、ormation,shale oil of Dalong Formation and limestone fracture oil of Triassic Yinkeng Formation.(2)The oil andgas enrichment in the sag,represented by Xuancheng Sag,is controlled by three key factors:The sag is a stableblock and the formed oil and gas system has a good preservation environment;The s
9、edimentary environment ofDalong Formation(P3d)and Gufeng Formation(P2g)in this area is a deep-water shelf environment,which is afavorable sedimentary facies zone,with two sets of organic matter rich source rock series developed;The effective sealing conditions of the top and bottom are good,with the
10、 upper part of the source rocks covered byTriassicmarl formation,and the lower part being of bioclastic limestone of Qixia Formation,controlling the longitudinaloil and gas escape.(3)The Lower Triassic to Upper Permian strata in the study area are enriched in marl fractureoil,shale oil,shale gas,coa
11、lbed methane and tight sandstone gas from top to bottom,showing the characteristics of“upper oil and lower gas”multiple unconventional oil and gas coexisting together,forming a special oiland gas enrichment pattern.(4)Xuancheng sag has similar geological conditions to Nanling sag,Jurong sag andChang
12、zhou sag,making it the preferred favorable area for next shale oil and gas exploration.Key words:thrust nappe;ternary enrichment model;shale oil and gas;coalbed methane;tight sandstone gas;hydrocarbon enrichment factors;unconventional oil and gas;Permian;northern margin of Lower Yangtze0引言上扬子地区页岩气和东
13、北地区页岩油勘探开发取得的成功,极大地带动和促进了其他地区非常规油气资源勘探的步伐。资源评价表明扬子地块油气资源潜力巨大1,下扬子地区与上扬子地区同属扬子地块,但前者非常规油气资源勘探程度明显滞后。下扬子地区上二叠统广泛发育暗色页岩,是中国上古生界页岩油气一个重要远景区2。因此,加强下扬子地区二叠系暗色页岩发育特征和油气保存条件的研究,查明页岩油气富集关键要素非常必要。早期地矿部门、后期油气公司和现今中国地质调查局针对下扬子地区古生界中生界海相地层分布区,相继开展了一系列研究、评价和勘探工作,取得了一些重要的油气发现,如句容盆地三叠系发现工业性油流3和宣城凹陷港地 1 井二叠系“三气一油”钻探
14、发现等4,证实下扬子地区海相地层具备发育页岩油气和常规油气成藏的地质条件5。然而,这些油气发现并未被充分总结而形成针对复杂构造区清晰的地质认识和明确的勘探思路,使得后续勘探过程中常常达不到预期,整个勘探局面并未得到实质性改善。20162020 年在系统梳理和分析以往工作和研究成果的基础上,结合最新物探、钻井和地质调查取得的认识,针对逆冲推覆构造后缘凹陷部署实施了港地 1 井(GD1)、皖油地 1 井(WYD1)、皖泾地 1 井(WJD1)等地质调查井,在下扬子宣城凹陷上二叠统和下三叠统发现了多套含页岩气、页岩油的地层,取得了“三气两油”的新发现。通过这些新发现,梳理总结下扬子地区油气富集关键因
15、素至关重要,对指导下一步油气勘探和部署具有重大意义。以 GD1 井、WYD1 井、WJD1 井 3 口地质调查井的钻探发现为基础,从多个方面探讨下扬子逆冲推覆构造后缘凹陷带油气成藏的关键要素,并利用这些成藏关键要素在区域上的配置关系,提出下扬子沿江凹陷带油气勘探的新思路和有利勘探方向,以期为下扬子地区页岩油气勘探提供借鉴。1地质概况下扬子地区位于扬子地块东北缘,包括陆域和海域中的南黄海盆地,范围包括长江下游被郯庐断裂带和江绍断裂所限制的大片海相沉积区域,位于大别山苏鲁造山带与江绍断裂之间,整体上呈南西较窄、北东开阔的喇叭形地带,跨越苏、浙、皖、赣、沪四省一市,面积约 22.5104km2。下扬
16、子区域构造演化和统一盆地基底形成与整个扬子板块构造演化过程密切关联,整个演化过程受华夏块体、华北块体和太平洋板块等构造活动的制约6,沉积了多套海相、陆相地层,形成了多种不同的原型盆地。现今的下扬子地区表现为沉积地层强烈变形、挤压-推覆-滑脱复杂构造叠合、岩浆活动频繁等多期改造、多旋回叠合的地质特征7-9。在苏皖沿江地区现今主要形成多个北东走向的坳陷盆地群,如潜山凹陷、望江凹陷、无为凹陷、南陵凹陷、句容凹陷、宣城凹陷、郎溪凹陷和常州凹陷(图 1a)。研究区三叠世早期主要发育殷坑组泥灰岩夹暗色富有机质泥岩,中晚二叠世以深水陆棚陆棚凹陷沉积相为主,主要发育孤峰组(P2g)、龙潭组(P3l)和大隆组(
17、P3d)富有机质泥页岩,其中龙潭组主要发育灰黑色泥岩、炭质泥岩和灰色细砂岩、泥质粉砂岩互层,夹煤层;大隆组主要发育炭质泥岩、硅质泥岩、邵威等:下扬子逆冲推覆构造后缘凹陷油气富集关键要素及有利勘探方向2024 年63黑色泥岩(图 1b)。二叠系大隆组和孤峰组泥页岩富含有机质,有机质成熟度适中,总体页岩气静态评价条件好,是下扬子地区页岩气勘探的重点目标,其上、下围岩均为巨厚的海相碳酸盐岩地层。2宣城凹陷“三气两油”特征宣城凹陷是下扬子地区较早开展页岩气地质调查的地区之一,针对二叠系页岩目标层先后实施钻探了多口页岩气调查井,截至目前已取得了“三气两油”的重要发现。20152016 年 GD1 井和2
18、018 年 WYD1 井揭示了二叠系大隆组和孤峰组页岩气、龙潭组煤层气、龙潭组致密砂岩气及大隆组页岩油;2019 年 WJD1 井揭示了三叠系殷坑组灰岩裂隙油。GD1 井位于下扬子皖南地区宣城凹陷东南缘,在该凹陷的边部,该井取得了“三气一油”的新进展,主要在二叠系大隆组发现了页岩油和页岩气,在二叠系龙潭组发现煤层气和致密砂岩气(图 2a)。GD1 井二叠系大隆组发育一套 5070 m 厚的暗色富有机质页岩,该组上部油气显示非常活跃,含油地层厚度约为 30 m。含油段下部黑色富有机质页岩地层(厚度约 40 m)岩心现场解吸实验表明,大隆组下部硅质页岩层具有良好的含气性,通过密集的现场含气性试验(
19、间隔 35 m)分析,大隆组下段富有机质页岩平均总含气质量体积为 0.51.5 m3/t。宣城凹陷二叠系大隆组下伏地层为海陆交互相的龙潭组,该组上部是一套厚约 24 m 的煤层。该煤层发育较稳定,是区域较好的标志层,通过现场解吸实验,测得该煤层含气质量体积约 7.2 m3/t,是煤层气显示活跃层段。该煤层下部为一套厚度约为 6 m 的灰白色致密粉砂岩,通过现场解吸测得龙潭组致密砂岩段平均含气质量体积约 0.5 m3/t。WYD1 井位于宣城凹陷东南水东次凹核部。WYD1 井钻遇二叠系大隆组暗色泥页岩连续厚度达 40.3 m,孤峰组黑色含炭硅质页岩连续厚度为29.2 m(图 2b)。对该井二叠系
20、大隆组和孤峰组暗色泥页岩进行了有机地球化学样品测试分析,其中大隆组泥页岩有机碳(TOC)质量分数为 1.03%6.61%,平均为 2.61%,有机质成熟度(Ro)为 1.28%1.51%,平均为 1.37%;孤峰组泥页岩 TOC 为 4.20%16.58%,平均为 9.11%,Ro为 1.47%1.67%,平均为1.57%。大隆组暗色页岩含气质量体积约为 1.07 m3/t,孤峰组暗色页岩含气质量体积约为 1.06 m3/t。同时也对 WYD1 井二叠系孤峰组大隆组的暗色泥页岩岩心样品进行了物性测试分析,通过氩离子抛光扫描电镜观察分析发现孤峰组暗色泥页岩中大多数有机质孔孔径超过 100 nm,
21、而上部大隆组的暗色页岩中有机质孔以中孔(250 nm)为主,占比约华北地块秦岭大别造山带扬子地块武夷造山带地层界中生界古生界系三叠系二叠系统下统上统中统组殷坑组大隆组龙潭组孤峰组栖霞组厚度/m16024050751001804570160120岩性江南复背斜带0 200 km大 别 造 山 带郯庐断裂张 八 岭 隆 起潜山凹陷巢湖宿松逆冲前缘带望江凹陷安庆望江江南复背斜带江南断裂泾县宁国广德长兴湖州杭州淳安江绍断裂武 夷 造 山 带江南隆起050 km铜陵无为凹陷马鞍山芜湖铜陵马鞍山逆冲前缘带南 陵 凹 陷南陵九连山茅山逆冲前缘带宣城宣城凹陷WYD1WJD1GD1郎溪凹陷句容凹陷南京宁镇褶皱冲
22、断带镇江句容常州常 州 凹 陷无锡江阴无锡滑脱褶皱带苏州AABCBC(a)(b)凹陷隆起盆内断裂煤层灰岩页岩细砂岩控盆断裂粉砂岩水系泥岩研究区粉砂质泥岩地名泥质粉砂岩钻孔剖面位置生屑灰岩图 1下扬子地区构造位置与构造纲要(a)及岩性地层综合柱状图(b)Fig.1Location and structural outline(a)and stratigraphic column(b)of the LowerYangtze region64岩性油气藏第 36 卷第 3 期70.25%,其次为宏孔(50 nm),占比约 19.35%,最少的是微孔(205 或(Fe+Mn)/Ti205 时,沉积物通常
23、被认为受热液流体影响。GD1 井大隆组底部(965 m以深)页岩的 Fe/Ti 和(Fe+Mn)/Ti 均低于 20,而大隆组中、上部(965 m 以浅)页岩的 Fe/Ti 和(Fe+Mn)/Ti 主体均大于 20,说明大隆组沉积早期热液活动不明显或者微弱,到沉积中后期热液活动变强。GD1 井大隆组中下部页岩样品的 TOC 为1.19%6.45%,平均为 3.19%,明显高于大隆组上部页岩样品的相应值(TOC 为 1.18%4.90%,平均为 2.09%),这与区域性海平面升降结果相吻合。通常情况下,海平面上升能把富营养底流带到表层,有利于有机质形成。研究人员在宣城凹陷开展野外地质调查时,在晚
24、二叠纪地层中发现了单层厚度约 3 cm 的火山灰或火山成因的斑脱岩,由于上述的裂陷槽内热液流体总是与海底火山活动相伴生,这也印证了下扬子宣城凹陷在晚二叠世伴随着强烈的火山活动,这与利用主量元素比值判别的结果一致。此外,裂陷槽呈条带状,且槽内水体深度大于深水陆棚,更容易形成滞流缺氧的古沉积环境,非常有利于优质烃源岩的生成31。3.3顶底有效封存逆冲推覆构造后缘凹陷带具有间断覆盖特点(宣城南陵句容地区),其上覆地层地质条件较为有利,下扬子地区在三叠纪处于特殊的构造-沉积环境,从而形成了巨厚的碳酸盐岩沉积(青龙群灰岩),在晚印支期以后,宣城地区虽然经历了燕山喜山期强烈的隆升构造运动,但后缘凹陷内三叠
25、系灰岩地层并未被剥蚀,很好地保护了下部的古生界海相地层,而且从白垩纪末期开始,直到古近纪初期,逆冲推覆构造后缘凹陷带包括宣城凹陷,沉积了巨厚的泥岩和泥质灰岩盖层,为油气运聚成藏提供了良好的封盖条件。这种覆盖特征使下伏古生界海相地层在沉降过程中形成的初次生烃含油气系统得以较好地保存下来,且少数被破坏的含油气系统可能会在膏岩层下重新汇聚成藏,目前已在下扬子的泰州、盐城地区古生界上组合中取得油气勘探突破32-33。在巨厚的上覆地层之下,目的层的顶底板条件也是页岩气能否构成封闭环境以防止气体逸散的一个重要因素,是页岩气保存条件的重要评价指标之一34-35。二叠系大隆组、孤峰组是下扬子地区页岩气勘探的主
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