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上扬子地台北缘重点剖面沉积相及其烃源岩特征研究

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扬子 台北 重点 剖面 沉积相 及其 烃源岩 特征 研究
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成都理工大学硕士学位论文上扬子地台北缘重点剖面沉积相及其烃源岩特征研究姓名:宋华颖申请学位级别:硕士专业:沉积学指导教师:伊海生20100501摘 要 I 上扬子地台北缘重点剖面沉积相及其 烃源岩特征研究 作者简介:宋华颖,女,1982 年 9 月生,师从成都理工大学伊海生教授,2010 年 6 月毕业于成都理工大学沉积学专业,获得理学硕士学位。 摘 要 上扬子区包括四川、贵州省大部分、云南省东部和湖南省西部,是我国沉积岩最发育的地区之一。上扬子地台北缘地跨川、陕、渝边界一带,地处四川盆地东北部,北邻东西向秦岭造山带,西接松潘 —甘孜造山带和北东向龙门山推覆构造带,东侧为大巴山北西 —南东向弧形推覆构造带,南侧为四川盆地缓变形区。研究区位于上扬子地台北缘, 区域构造在川北大巴山前陆盆地与川中隆起之间的斜坡带上,北邻米仓山冲断隆起带和旺苍南江构造带,东接川东高陡构造带,南为仪陇平昌平缓构造带。本文对区内晚震旦世灯影组三四段及古生界 16 条沉积剖面的沉积相及不同时代,不同构造性质的烃源岩地层进行了系统采样,烃源岩特征分析。主要工作、认识和成果概括如下: 1、收集、分析整理了扬子地台研究的大量前 人资料,在此基础上对上扬子地台北缘地质背景、沉积、构造、地层分析整理和综合并进行了再认识。 2、收集、整理、对比了上扬子地台北缘重要 区域古生界地层与研究区的地层。 3、研究区古生界地层是一套以碳酸盐岩为主 的地层,其中又以石灰岩占绝对优势,白云岩较少。石灰岩按照其结构组分和某些特殊成因,可进一步划分为颗粒 —泥晶灰岩、礁灰岩、龟裂纹灰岩、瘤状灰岩和重力流石灰岩等。白云岩按晶粒大小可分为泥晶白云岩和粉晶白云岩两种。另外出露的岩石还有碎屑岩,可进一步划分为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥(页)岩;硅质岩大部分出现于下寒武统中下部及上二叠统,以黑色、黑灰色薄 —中层状为主。 4、研究区寒武纪主要为陆棚、台地沉积环境 。碳酸盐潮坪相以大巴山前缘明庙坝剖面为典型代表;开阔台地相以米仓山前缘旺苍地区剖面为代表。台缘斜坡亚则以大巴山前缘万源地区剖面为代表; 奥陶系上统五峰组 —志留系下统龙马溪组的下部,均属陆棚内盆地沉积相;晚奥陶世五峰期之前主要发育碳酸盐台地相;志留系以正常滨浅海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积为主,上志留统缺失。龙马溪组(双河场组)主要是深水陆棚或者陆棚内盆地沉积,罗惹坪组(徐家坝组)主要为浅水陆棚和滨岸相沉积;二叠系主要沉积相可包括:滨岸沼泽相、局限台地成都理工大学硕士学位论文 阔台地相、台地边缘礁滩相、碳酸盐岩缓坡相和台盆相。 5、结合区内烃源岩均处于高 —过成熟的特点及前人的认识,本文选用泥质岩 量 碳酸盐岩 量 为有效烃源岩下限值,即区内烃源岩生气下限值。据此得出上扬子地台北缘烃源岩地层有下二叠统茅口组( ,下志留统龙马溪组( ,上奥陶统五峰组( ,上奥陶统临湘组( ,下寒武统郭家坝组(∈1g)及下寒武统水井沱组(∈1s) 。 6、根据干酪根碳同位素特征及干酪根镜鉴显 微组分特征综合分析,上扬子地台北缘烃源岩主要为生烃能力较强的Ⅰ型、Ⅱ1型。镜质体反射率、热解峰值温度 H/C 原子比及干酪根颜色表明,区内烃源岩均处于高 —过成熟阶段,以过成熟烃源岩为主,但并未达到陈建平等人提出的 “生气死亡线 ” 仍具有生气能力。 7、从岩性特征,烃源岩有机质丰度、有机质 类型、有机质成熟度等有机地球化学研究,对烃源岩进行初步评价。下寒武统黑色泥岩及下二叠统碳酸盐岩在上扬子地台北缘一带分布广泛,厚度较大,有机质丰度高,有机质类型好,是区内的主力烃源岩地层;下志留统及上奥陶统黑色泥页岩虽厚度不大,但其有机质丰度很高,局部地区可能存在有利的烃源岩发育段;上奥陶统临湘组分布不广,有机质丰度不高,生烃潜力不大。综合评价认为下寒武统及下二叠统是区内的主力烃源岩地层;下志留统及上奥陶统在局部地区可能存在有利的烃源岩发育段。 8、一定的沉积环境只能出现一定的沉积物组 合,而这些沉积物中的有机质则是油气形成的物质基础。因此,烃源岩分布的先天条件取决于沉积相的特征。据研究区下寒武统、上奥陶统、下志留统、下二叠统四套古生代海相烃源岩的研究,得出研究区内 5 种有利烃源岩发育的沉积相:即深水泥质陆棚相、深水碳酸盐岩陆棚相、深水硅磷质台盆相、海湾泻湖相、近海湖盆沼泽相。 关键词: 上扬子地台北缘 古生界 沉积相 烃源岩of of in of of 982, i of in 2010. s of of is in to o to of is on of in of In of 6 of a as 1、 of of a of in on of of a 2、 of of 3、 in is a of in in be be to be . 都理工大学硕士学位论文 in 4、 is to in in to On of of to is or is 5、 In in of a OC of as of in is on of 6、 to of on of , Ⅱ1H / C of of at to in of Ro to 7、 of on of in of of of is s of in be a of of is be in of 8 、 of of in is of of is by of to of in of of 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果, 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。本人授权 成都理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名: 学位论文作者导师签名: 年 月 日 第 1 章 引 言 1 第 1 章 引 言 究历史与现状 础地质研究历史与现状 上扬子地台北缘地跨川、陕、渝边界一带,地处四川盆地东北部,秦岭 —大别山造山带以南,米仓山、大巴山前缘地区,地理上属于四川盆地北部和北东部的中、高山区(图 1。 图 1研究区位置图(据李岩峰,2008,修改) 早在上世纪六七十年代, 地质工作者对川西和川西北地区海相沉积进行过大量的研究,地质研究阶段细分为路线与矿产普查和区调阶段,地质调查阶段以赵亚曾和黄汲清( 1866—1949)比较系统研究为代表,经大量的地质调查及造山带基础地质研究后积累了大量区域地质资料;区域地质调查成果以 1: 20 万 —l:50 万全区地质图为代表。 1958 年四川省地质局石油普查大队,从研究石油出发,对米仓山前缘南江地区进行了 1: 20 万草测; 1956,西南煤炭局及原省局 141 队,对包括四川省旺苍县、南江县大部分,苍溪、广元、巴中县及陕西省的一小部分地区,进行了系统普查; 1958四川省地质局达县队对南江幅东半幅作了系统大比例尺综合地质普查工作; 1958四川省物探局 301 队配合达县队及测区分队对米仓山前缘地区进行了 1: 25 万 20 万的磁法、放射成都理工大学硕士学位论文 2性、金属量测量等工作。 1970四川省地质局第二区域地质测量队对大巴山前缘地区包括四川省城口县、巫溪县、开县,陕西及湖北的部分地区进行了 1:20 万的区域地质测量(据四川省 1:20 万南江幅区域地质报告) 。 20 世纪 90 年代以来,很多学者对大巴山、米仓山开展了造山带及其前陆冲断带与前陆盆地较为详细的研究,阐述了大巴山弧形构造形成的几何学、运动学和动力学机制,米仓山推覆构造及前陆盆地的形成演化机理等(孙树林, 1994;何建坤等, 1997;魏显贵等, 1997;杜思清等, 1998;乐光禹, 1998;贾承造等,2000;张国伟等, 2001;汪泽成, 2006;刘殊, 2007;李岩峰, 2008;井向辉,2009) 。 由于上扬子地台北缘地处米仓山、大巴山造山带的结合部,而造山带盆地沉积常被同造山的岩浆活动或变质作用不同程度的改造破坏, 沉积相带展布易受区域构造应力场和基地构造格局的控制,详细研究尚存在一定的困难,所以对米仓山 —大巴山前缘沉积学、地层学方面的研究成果较少。赵兵( 1999)描述了米仓山南缘南江杨坝震旦纪地层剖面,首次将灯影组细分为四个岩性段,同时查明了各组段的岩石组合及空间变化规律;文华国,郑荣才等( 2005)通过基准面旋回结构、叠加样式的沉积动力学分析,结合地表露头、钻井岩芯、测井资料的综合研究, 运用高分辨率层序地层学理论和技术方法对米仓山 —大巴山前陆盆地下沙溪庙组进行了高分辨率层序地层学研究;张廷山等( 2005) ,大巴山、米仓山南缘早寒武世礁滩发育特征;冯仁蔚( 2007)李蔚洋( 2009)分别对川西北广旺地区飞仙关组及旺苍双汇下二叠统地层的沉积岩石学特征和沉积环境进行了分析。这些研究都对本文更深入了解上扬子地台北缘 地质特征及油气勘探前景提供了可靠的依据。 气地质研究历史与现状 龙门山,米仓山及其前缘共钻探 36 个构造,钻井 216 口。其中上个世纪 50、60 年代以地面构造为主共钻探 14 个构造, 75 口井, 4 个构造分别在寒武系、二叠系、侏罗系见较好油气显示,但未获工业气流。上个世纪 60 年代后期至 70 年代初,大规模引人地震勘探技术,以及加强综合研究,至今 24 口探井,钻探 22个圈闭,发现 10 个气田,探井成功率 圈闭钻探成功率 共计钻探各类井 141 口,获工业气井 73 口,综合钻井成功率 发现二叠系气藏、三叠系飞仙关组气藏、雷口坡组气藏、须家河组气藏、中下侏罗统气藏; 2 个构造分别在二叠系、雷口坡组和沙溪庙组见良好油气显示。此外四川浅气层公司在高家场构造投人 2 口探井,其中火 3 井获得工业油流(王一刚, 2001;汪泽成2002;倪新峰, 2007) 。 大巴山及其前缘 1997 年以前,根据地面构造,钻探 2 个构造,共计 3 口井,第 1 章 引 言 3 均未获工业气流,或见良好显示。 1998 10 月,投入 7 口探井,钻探 6个地腹构造,获得 2 个气田, 3 口气井,构造钻探成功率 其中以地震储层预测为主要依据钻探 5 个构造, 1 口探井获得工业气流,成功率仅 20%,发现飞仙关组气藏(倪新峰, 2007) 。 上世纪八十年代中期,国家重点科技攻关项目 “扬子海相碳酸盐岩地区油气勘探技术和评价研究 ”,曾设专题 “扬子板块北缘(中段)古生代盆地构造演化及油气远景 ”,研究内容涉及大巴山、米仓山及前缘地区。 2001东北高陡构造带上普光大型气藏的发现, 促使川东北山前带及其山前盆地的地质研究深入广泛的展开。原中石油新区勘探事业部南方经理部,中国石油开发公司区域勘察项目经理部,中石化南方项目经理部及南方分公司,结合南方海相油气勘探,做了大量的研究、勘探工作(倪新峰, 2007) 。 20 世纪 90 年代以来,随着四川盆地油气资源的不断发现和突破,很多学者也对上扬子台地北缘(米仓山、大巴山)地区开展了不同性质的油气勘查和评价工作(王顺玉等, 2000;韩应钧,丁玉兰, 2002;蔡开平, 2003;刘光祥,吴世祥, 2005;谢邦华等, 2007;翟常博等, 2009) 。 题依据、研究目的及意义 题依据 本论文以中国地质科学院地质研究所承担的《大巴山 目为依托。该项目以 “开展扬子地块北缘,即米仓山前缘和大巴山前缘古生界(寒武系、 奥陶系、志留系和二叠系) 、上元古界(震旦系灯影组)等不同时代、不同构造性质盆地的潜在烃源岩地层、储集岩地层等的有机地化分析研究 ”为技术目标,分析研究不同时代、不同构造环境地层或烃源岩和储集岩的有机地球化学特征。 旨在为中国南方上扬子地台海相油气勘探战略规划、战略部署提供翔实的理论指导资料和科学依据,并为中国南方特别是四川盆地油气资源开发利用与可持续发展战略等问题的研究, 提供重要的科学基础及决策参考。 究目的及意义 能源是国家社会、经济发展的的命脉,是国家安全的有力保障。目前我国能源供应形式不容乐观, 如何实现中国油气勘探的更大进展和突破, 备受各界关注。中国陆上石油勘探经过 50 年勘探,盆地内的油气田的规模逐渐变小,数量增多,油气藏勘探的大发现已经过去。勘探的对象正在转向复杂构造带,如前陆盆地褶成都理工大学硕士学位论文 4皱冲断带,储层也以低渗透性岩性体、超致密的碳酸盐岩为主。前陆褶皱冲断带蕴藏着丰富的油气资源,其中众多复杂的构造对油气聚集提供了良好的圈闭。 90年代后,安第斯山前冲断带发现一系列油气田,再次掀起了造山带前缘冲断构造研究高潮。 1999 年克拉 2 大型油气田的发现, 2001川东北普光气田的发现,都表明复杂构造带油气藏仍然具有重要的勘探前景。在能源资源极度紧缺的国际环境中,山前构造带成为目前油气勘探的热点。 在此背景下,龙门山前、米仓山 —大巴山前褶皱冲断带成为国内油气勘探的热点地区,引起众多地质学家的关注。上世纪 50、 60 年代,受勘探技术限制,在引入地震勘探技术前,钻探主要在龙门山、米仓山、大巴山断褶带(或推覆体上盘)进行,由于地面、地腹构造的不协调,缺乏清晰的地震剖面,未能取得成效。 2000 年以来,中石油、中石化在山前带投入巨资进 行油气勘探,采集大量的地震剖面, 2003 年以来,中石化南方勘探公司投入巨 资在川东北山前带采集大量的地震剖面,清晰的展现盆山过渡关系,对这些地震剖面的分析,将深入了解米仓山、大巴山川东北构造演化过程。 但同时应注意到,上世纪 80 年代龙门山地区进行了地震普查一详查,并钻探了 6 口井,均未获得油气,一些勘探突破和油气发现也多出自于上古生界(含下三叠统) 。相对而言,下古生界油气地质勘 探与研究程度低,基本上没有取得重大的油气突破, 以及近年大巴山前缘带以地震储层预测为主要依据钻探效益也欠佳,说明要在上述三大领域实施低投人高效益勘探,还需要针对地质任务,恢复龙门山、米仓山、大巴山地区主要地质时期沉积建造,再造沉积史、构造史、烃源史,查明油气富集有利区带等地质任务。 鉴于上述原因,本文基于区域地质、烃源岩形成环境、有机地球化学和有机岩石学等综合研究,参与了大巴山 在此基础上重点探讨上扬子地台北缘海相烃源岩地质、地球化学特征及生烃潜力,旨在查明扬子陆块北缘古生界沉积环境特征、烃源岩的发育程度,并从有机地球化学角度出发对其烃源岩进行初步评价,完成硕士论文的编写。 究内容及技术路线 究内容 本文以沉积学、石油地质学、有机地球化学的原理、基本方法为指导,以上扬子地台北缘(米仓山前缘旺苍县正源乡 —双汇剖面;大巴山前缘万源县梨树 —皮窝剖面, 城口县明月 —岔溪口 —庙坝 —黄桷园剖面, 城口县明通 —大塘口剖面)为研究对象, 采用由点到线的研究思路, 在收集整理吸收前人研究成果的基础上,第 1 章 引 言 5 充分利用野外实测剖面, 对重点剖面进行沉积相分析以及烃源岩评价等基础地质工作,内容如下: ( 1)沉积相分析 应用沉积学理论,在前人研究成果的基础上,选择具有代表性的露头剖面,研究岩石的成分、沉积构造、古生物、剖面结构等,对所测剖面进行沉积相的划分及对比,初步建立起沉积格局;同时结合区域性对比,提出研究区的岩相演化模式。 ( 2)烃源岩分析 通过实测剖面露头烃源岩有机地球化学特征:有机质丰度,有机质类型,有机质成熟度等进行分析研究,对研究区烃源岩进行初步分析评价;通过烃源岩分布规律的研究, 初步探讨沉积相对烃源岩分布的控制, 对潜在烃源岩区进行预测。 术路线 根据本文的研究内容和目标,结合本次研究工作实际情况,采用以下技术路线(图 1: 图 1究思路及技术路线 ( 1)室内收集整理区调报告、文献资料; ( 2)野外实测米仓山前缘旺苍县正源乡 —双汇剖面;大巴山前缘万源县梨树 —皮窝剖面,城口县明月 —岔溪口 —庙坝 —黄桷园剖面,城口县明通 —大塘口成都理工大学硕士学位论文 6剖面及样品的系统采集; ( 3)室内对实测剖面进行编图,制备测试分析样品; ( 4)利用华北油田勘探开发研究院生油实验 室具有的先进有机地化测试技术设备对 45 块样品展开有机碳丰度、干酪根 素、沥青反射率(碳酸盐岩)等 8 项有机地球化学测试分析、进行显微荧光薄片照相,后对测试数据进行统计分析。 文主要工作量 本人于 2009 年 3 月加入《大巴山 题研究组,系统收集分析上扬子地台北缘(大巴山-米仓山前缘地区)基础地质、油气地质等资料成果,进行野外考察和剖面实测,开展地层、构造、沉积及油气地质调查,并有重点的采样,分析,开展室内地球化学分析、薄片分析鉴定等工作,初步评价工区古生界油 气地质远景。具体工作量见下表1 表 1主要工作量统计表 第 2 章 区域地质背景 7 第 2 章 区域地质背景 究区交通位置及构造背景 究区交通位置 研究区位于上扬子地台北缘, 区域构造在川北大巴山前陆盆地与川中隆起之间的斜坡带上, 北邻米仓山冲断隆起带和旺苍南江构造带, 东接川东高陡构造带,南为仪陇平昌平缓构造带。包括米仓山前缘旺苍地区旺苍县双汇乡剖面,大巴山前缘的万源万源县皮窝乡剖面,城口 明通地区城口县庙坝乡剖面、明月乡剖面及明通剖面,共计 16 条剖面。旺苍、万源、城口等主要城镇与广元、重庆有公路相连,主要集镇及矿区有支线公路相通,长江及汉水各支系均循此作南北分流,交通较为便利。 (图 2。 图 2究区交通位置图 成都理工大学硕士论文 域构造背景 上扬子区包括四川、贵州省大部分、云南省东部和湖南省西部,是我国沉积岩最发育的地区之一。上扬子地台北缘地跨川、陕、渝边界一带,地处四川盆地东北部,北邻东西向秦岭造山带,西接松潘 侧为大巴山北西 侧为四川盆地缓变形区(姚根顺等, 2004;李智武等, 2006;沈传波等, 2007) (图 2。 图 2域大地构造位置图(据刘树根,2005,修改) 米仓山地区位于四川盆地北部,所处大地构造地理位置十分引人注目,它位于扬子板块北缘,北邻东西向秦岭造山带,南为四川盆地,东西两侧分别为北西向大巴山推覆构造带,北东向龙门山推覆构造带包绕,实际上就是三个造山带中的一个构造结。在区域上,米仓山推覆构造带是汉南 —米仓山推覆构造的组成部分,主体走向近东西。北部汉南东西向构造带的活动始于三叠纪末的印支运动,南部米仓山东西向构造带的活动始于晚白垩世的燕山运动。 新生代以来发展成东西向推覆构造并被北东向推覆构造叠加,形成现今构造格局(李智武等, 2006) 。 大巴山构造地理位置是位于扬子地块北缘, 现今四川盆地与秦岭造山带的过渡部位,是秦岭 —大别山造山带中出露最宽的部位,大巴山的突出特征是巨大的并且指向 不对称弧形,东翼长,西翼短,呈近 ,安康碰撞推覆构造与武当弯窿构造就是在南秦岭印支期勉略带碰撞造山中形成的, 大巴山的逆冲推覆是在中新生代的秦岭陆内造山过程中,大规模向南推覆,再加上东西两第 2 章 区域地质背景 9 汉南与黄陵地块的不均一阻挡而碰撞形成向 移的逆冲推覆构造 (张国伟,2003;李三忠, 2002) ,大多数观点认为大巴山弧形构造带是一个具多成因、多期构造弧形逆冲推覆构造带,呈不对称扇形分布,北秦岭为厚皮构造,南秦岭为薄皮构造(张国伟, 2003;李岩峰, 2007) 。 究区基底与盖层 四川盆地
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