發布時間：2021-09-06所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 內容提要：尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶油氣苗來源不清極大地影響了該區油氣勘探。在地質-地球物理綜合調查的基礎上，利用油氣地球化學、碳同位素及生烴史模擬對尼泊爾代萊克地區油源和成藏過程進行了研究。結果表明：①尼泊爾代萊克地區油苗產于Padukasthan斷裂
內容提要：尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶油氣苗來源不清極大地影響了該區油氣勘探。在地質-地球物理綜合調查的基礎上，利用油氣地球化學、碳同位素及生烴史模擬對尼泊爾代萊克地區油源和成藏過程進行了研究。結果表明：①尼泊爾代萊克地區油苗產于Padukasthan斷裂，可分兩期，第一期呈含油斷層泥產出，氯仿瀝青“A”為149～231μg/g，Ro為0.81%，氯仿瀝青“A”的δ13C相對較重(-26.24‰～-27.10‰)，族組分具有正碳同位素序列，發黃綠色熒光，為典型的低熟煤成油，第二期呈液態油產出并遭受微生物降解，金剛烷IMD指數為0.33～0.45，Ro為1.24%～1.53%，3，4-DMD含量46%～47%，全油δ13C為-29.50‰～-29.45‰，族組分碳同位素趨于一致，發藍色熒光，為海相成因高熟油;②第一期油來源于Surkhet群的Melpani組和Gondwana群煤系烴源巖，為Ⅲ型有機質低熟階段的產物，第二期來源于Surkhet群的Swat組淺海陸棚相黑色頁巖，為Ⅱ1型有機質生油高峰的產物，兩期油與Lakharpata群過成熟黑色泥巖和Siwalik群未熟泥巖沒有親緣關系;③尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶具有“多源多期、推覆增熟、砂體控儲、披覆控聚”的油氣成藏模式，油氣成藏過程可劃分為沉積淺埋、構造圈閉形成、深埋油藏形成、氣藏形成和晚期改造定型5個演化階段;④尼泊爾低喜馬拉雅推覆有利于Gondwana群、Surkhet群深埋增溫、持續快速生烴和晚期成藏，對比鄰區巴基斯坦的含油氣盆地，尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶及相鄰類似地區具備良好的油氣成藏條件。
關鍵詞：推覆帶;油氣地球化學;碳同位素;油源對比;成藏模式;尼泊爾
喜馬拉雅推覆帶由于其構造樣式的獨特性一直以來就是地學研究的熱點(WangChengshanetal，2003;XuZhiqinetal.，2011，2016)，世界上許多推覆帶之下發育大型油氣田。20世紀70年代以來，當北美阿巴拉契亞-阿欽塔造山帶的逆沖推覆帶被揭示之后，在推覆體之下的早古生代碳酸鹽巖中相繼發現了多個高產油氣田，阿巴拉契亞-阿欽塔推覆帶和落基山推覆帶油氣勘探的重大突破使美國油氣勘探潛力區增加了幾十萬平方千米(LiangChuanmaoetal，1992，2011)。喜馬拉雅造山帶前緣發育許多油氣田，如西段巴基斯坦境內的科哈特-博德瓦爾(Kohat-Potwar)、印度河(Indus)等盆地發育前寒武系、古生界及中新生界多套地層(Wandreyetal.，2004;Vermaetal.，2012;Aamiretal.，2017)，在這些盆地已經發現許多白堊系和古近系油氣藏(HuangZuxietal.，2005;LinWeidong，2008;Ahmadetal.，2010)，相關研究表明形成這些油氣藏的烴源巖主要為白堊系和古近紀始新統海相頁巖(Asifetal，2011;ChenXuetal.，2017)。尼泊爾油氣地質基礎研究和勘探始于1973年，在MBT以南的西瓦里克帶(Siwalik)開展了大量的地球物理勘探，并于1989年實施了全尼泊爾境內迄今為止唯一的勘探井(Biratnagar-A)，該井鉆穿西瓦里克群后直接見到了結晶基底，未鉆遇到預期的古生界—中生界烴源巖或儲層，未獲得油氣發現。尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶發育前寒武系、古生界及中新生界等多套烴源巖，尼泊爾境內的石炭系—白堊系的Gondwana群、古近系的Surkhet群等地層可與巴基斯坦的Kohat-Potwar、Indus盆地進行對比，其經典的推覆構造樣式(ZhaoWenjinetal.，2002;Goscombeetal.，2018)與北美阿巴拉契亞-阿欽塔相似。雖然尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶的石油地質條件研究一直沒有停止過，但因地質情況復雜和研究程度薄弱，油源和油氣富集規律不清，油氣勘探一直未取得實質進展。尼泊爾主邊界逆沖斷裂(MBT)以北發育2個油氣滲漏區，一是木格蒂納特(Muktinath)天然氣滲漏區，屬于中央主斷層(MCT)以北的侏羅系特提斯域;二是MBT以北30km的代萊克(Dailekh)地區油氣滲透區，天然氣至今還在不斷滲漏。對于代萊克地區的油氣苗，Singh(1963)曾進行了考察并采集測試了樣品，飽和烴色譜顯示原油發生強烈的生物降解，加拿大石油公司在1993年采集氣苗樣品，碳同位素測試顯示該氣體為有機成因，非生物氣?，可能來源于變質巖下伏的成熟烴源巖或油氣藏(TanFuwenetal.，2020)。尼泊爾變質巖結晶基底之上由老到新發育Lakharpata、Gondwana、Surkhet和Siwalik群，這些地層均發育不同類型和成熟度的烴源巖，該油氣苗來自哪一套烴源巖至今沒有確切的結論，主要原因如下：①嚴重的生物降解造成原油大部分生物標志物消失;②隨著成熟度增高，油和烴源巖的大多數生物標志化合物已達到熱平衡特征并表現出一定的趨同性，失去作為油源對比的作用(YangPingetal.，2012;ZhuXinjianetal.，2017;LiuAnetal.，2017);③碳同位素組成作為主要的油源對比指標，影響因素主要有母質類型、沉積環境、熱演化和微生物降解(Stahletal.，1978，1980)，目前已有研究缺乏原油和烴源巖系統的碳同位素測試和必要的影響因素分析;④低喜馬拉雅推覆帶構造復雜，缺乏二維地震等地球物理資料，深部地層與構造不清，缺乏油氣生成、運移及成藏等地質歷史演化過程中的動態分析。本文在對尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶的代萊克地區開展地質-地球物理綜合調查的基礎上，對原油和可能烴源巖的油氣地球化學、碳同位素開展相關測試，選取關鍵指標進行油源對比，通過生烴史模擬和流體活動等研究對該區油氣成藏過程與模式進行了討論，該研究對尼泊爾低喜馬拉雅推覆帶及鄰區相似構造區油氣勘探具有重大意義。
1地質概況
尼泊爾位于喜馬拉雅山中段南麓，北與中國接壤，東、西、南三面均與印度接壤。構造上夾持于拉薩地塊與印度板塊之間，北以印度-雅魯藏布江縫合帶與拉薩地塊相隔，南以恒河前陸盆地與印度板塊相連。受印度板塊向歐亞板塊俯沖的影響，境內發育了一系列北傾的、北西-南東向逆沖斷裂。主要包括：藏南拆離帶(STD)、中央主沖斷帶(MCT)、邊界主沖斷帶(MBT)和前緣主沖斷帶(MFT)等(圖1)。自北向南，這些斷裂帶依次變新，MCT的活動時間距今25～15Ma之間(Copelandetal.，1991;Harrisonetal.，1998)，MBT活動時間距今約11Ma(Andrewetal.，1995)，MFT形成時間于距今約3Ma(Decellesetal.，2001)。尼泊爾地層序列和沉積演化可分為4個階段：①古元古代—中元古代哥倫比亞超大陸裂解后的大陸邊緣海沉積;②石炭紀—早白堊世Gondwana大陸裂谷和裂谷后序列，地層厚度和巖相橫向變化明顯;③古近紀大陸邊緣沉積序列，由南向北水體逐漸加深;④新近紀印度-亞洲碰撞期形成西瓦里克前陸盆地。這四個階段自下而上分別形成Lakharpata、Gondwana、Surkhet和Siwalik群。
從尼泊爾各地層分布來看，Siwalik群僅分布于MBT以南，屬于MBT推覆以來的前陸盆地的形成與沉積響應，Lakharpata群、Gondwana群和Surkhet群在尼泊爾出露于MBT以北，Lakharpata群相當于印度的古元古界下Vindhyan群(Sakaietal.，1999;Martinetal，2011;Lanetal.，2020)，在尼泊爾該套巨厚海相地層中發育Sangram組、Khara組和Katwa組海相黑色頁巖為主的烴源巖，具有厚度大、有機質含量高、類型好等特點，屬于哥倫比亞古大陸裂解后被動陸緣盆地的海相沉積物。在Lakharpata群頂部泛非運動晚期形成的大型不整合面(Valdiyaetal.，1995)之上發育陸內裂谷和坳陷沉積的Gondwana群，該群下部為石炭系含煤地層，上部為中生界白堊系海相頁巖和灰巖。Surkhet群主要出露于尼泊爾中西部地區，為古近紀北印度海沉積的產物(YuanJetal.，2020;Neupaneetal.，2021)，由下向上分別發育Melpani組、Swat組和Suntar組。Melpani組發育濱岸-沼澤相石英砂巖、煤和頁巖，沉積相與Gondwana群相似，Swat組頁巖中發育時代為始新世的海相化石貨幣蟲(Sakai，1983)，尼泊爾西部Swat組黑色碳質頁巖厚達100m(Matsumaruetal.，1989;DeCellesetal.，1998)，在喜馬拉雅山西北部印度出露的Subathu組淺海相黑色頁巖厚20～35m，有機碳為2.6%～11.8%(Craigetal.，2018)。
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對比Subathu組的沉積時限(Vermaetal.，2012)，尼泊爾Swat組沉積時限大致為53～41Ma(DeCellesetal.，1998)。Suntar組為淺湖-三角洲相灰色—綠灰色中粒砂巖與紅紫色和綠色泥巖互層組成(Decellesetal.，2004)，區域上一般厚800～1200m，代萊克地區最厚處可達1600m，沉積時限大致介于MCT和RMT形成之間。大量研究表明印度-亞洲大陸主碰撞期為60～50Ma(Garzantietal.，1987;Rowley，1996;WangChengshanetal.，2003;XuZhiqinetal.，2011，2016)，尼泊爾Surkhet群的Melpani組、Swat組和Suntar組三者均呈低角度不整合接觸(DeCellesetal.，1998)，這些低角度不整合可能為印度-亞洲大陸碰撞期的構造-沉積響應，其中Swat組代表了該區古近系海相沉積或最高海相層位，指示印度大陸北緣陸-陸碰撞形成的海陸沉積轉換(Searleetal.，1987;Rowley，1998)。尼泊爾代萊克地區位于低喜馬拉雅推覆帶，處于MBT和MCT斷裂之間(圖2)。在RMT以北，LesserHimalayaMetasediments淺變質巖以低角度逆沖在Surkhet群之上，相關研究表明RMT近水平逆沖推覆距離可達100km(Goscombeetal.，2018)，RMT逆沖推覆地面傾角為20°～30°，二維地震顯示RMT呈水平推覆，推覆體之下發育穩定的碎屑巖為主的低速沉積巖。尼泊爾代萊克地區油氣苗產于Nabhisthan組絹云母千枚巖中，沿Padukasthan背形軸部和Padukasthan斷裂(PT)分布，主要見于Padukasthan、Nabhisthan和Shreesthan三個寺廟建筑區及附近的小河中，天然氣從泄露點用簡易設備導出作為神火供奉，長明不滅，已有上百年的歷史。油苗點位于Padukasthan廟前的Padukasthan斷裂中，可見黑色含油斷層泥，敲開新鮮面有油味，呈液態油苗產出。
2樣品采集與實驗
本研究采集了尼泊爾代萊克地區4個原油和11個烴源巖樣品(表1)。1、2號原油樣品來自尼泊爾礦產局(DMG)，該樣品采集于尼泊爾代萊克Padukasthan地區，對該油樣開展了族組分分析、族組成碳同位素、飽和烴GC-MS分析。3、4號樣品為含油斷層泥，采集于尼泊爾代萊克Padukasthan地區的PT斷裂中，開展了氯仿瀝青“A”抽提、族組分分析、TOC、巖石熱解、干酪根顯微組分、有機巖石學、成熟度(Ro)、族組成碳同位素、飽和烴GC-MS分析、熒光薄片和流體包裹體分析。對Lakharpata群、Gondwana群、Surkhet群和Siwalik群中發育的代表性的烴源巖進行了樣品采集，其中Siwalik群為下Siwalik組(Ms)灰黑色碳質泥巖(5、6號樣品)，Surkhet群為7～12號樣品，主要地層有Melpani組和Swat組，巖石類型有含瀝青的石英砂巖、黑色頁巖和煤，Lakharpata群為Khara組黑色泥巖(13～15號樣品)。Gondwana群煤系在尼泊爾代萊克地區沒有出露，鑒于Gondwana群煤與Melpani組的煤在有機類型和沉積環境方面相似，主要為陸相高等植物形成，且與Melpani組層位相鄰，兩者具有相似的油氣化學特征。對上述烴源巖開展了氯仿瀝青“A”抽提、族組分分析、TOC、干酪根顯微組分、有機巖石學、成熟度(Ro)、族組成碳同位素和飽和烴GC-MS等分析。
3實驗結果討論
1、2號原油樣品具有極高的飽芳比。2號樣飽和烴含量85.39%，芳烴含量1.84%，非烴+瀝青含量4.22%。1號和2號樣的全油δ13C分別為-29.50‰和-29.45‰，其中2號樣族組分(飽、芳、非、瀝)δ13C分別為-29.34‰、-29.2‰、-29.62‰和-29.18‰(表2)。1、2號樣飽和烴GC-MS分析顯示原油遭受強烈的微生物降解，飽和烴中缺乏正構烷烴，在飽和烴中檢測豐富的金剛烷，主要包括甲基系列的單金剛烷(MA)、甲基雙金剛烷(MD)和二甲基雙金剛烷(DMD)，同時在芳烴中檢測出少量聯苯、二苯并呋喃及芴等化合物。金剛烷具有較強的熱穩定性和抗生物降解能力，通過金剛烷IMD指數(ChenHongjunetal.，1996;GuoXiaowenetal.，2007)計算1號和2號樣成熟度(Ro)分別為1.24%和1.53%，屬于高熟油(圖3a、c)。1號和2號樣的3，4-DMD的質量分數分別為47%和46%，均小于50%，按照相關判別圖版(Schulzetal.，2001;ChenZhilinetal.，2008)顯示來源于腐泥型有機質(圖3b、d)。
3、4號樣品均檢測出Padukasthan斷層泥中含有少量低熟油，TOC為3.47%和0.95%，氯仿瀝青“A”含量為231μg/g和149μg/g，飽芳比分別為2.50和0.87。3號樣品抽提物的δ13C為-26.24‰，族組分δ13C為-27.94‰、-26.86‰、-24.44‰和-25.85‰，瀝青反射率0.67%，計算的Ro為0.81%，族組分δ13C具有較明顯的正碳同位素序列，與實測較低的瀝青反射率吻合。4號樣品抽提物的δ13C為-27.10‰，族組分δ13C為-29.00‰、-24.40‰、-28.60‰和-27.40‰，族組分δ13C變化沒有規律，例如飽和烴、非烴和瀝青質與2號樣品相似，而芳烴明顯偏重，顯示4號樣品有混源的特點。4號樣品熒光薄片見兩種顏色的熒光，分別是高成熟特征的藍色熒光(圖4a、b)和低成熟特征的黃綠色熒光(圖4c)，顯示不同成熟度的油的混合，油氣包裹體成帶狀分布于石英脈內(圖4d)，豐度極高(GOI為5%～6%±)，其中液烴包裹體占20%±，氣液烴包裹體占70%±，氣烴包裹體占5%±。包裹體中的液烴呈淡黃色、無色，顯示淺藍色、藍色的熒光，氣烴呈灰色，無熒光顯示，均一溫度范圍為111～164℃，鹽度2.50%～5.86%NaCleq，溫度范圍較大，顯示多期活動的特征。
代萊克地區Melpani組發育含瀝青粗砂巖(11號樣品)，含碳質和侵染狀瀝青(圖4e)，TOC為2.53%，等效鏡質體反射率為2.08%，有機巖石學顯示該樣品有機質含量15.36%，正常鏡質組18.9%，富氫次生組分81.1%，有機質中發育固體瀝青(圖4f、g)，可見由異地搬運來的再循環鏡質體，以發育暗色氧化環邊為特征(圖4h)。11號樣品抽提物和干酪根的δ13C分別為-29.02‰和-24.73‰，兩者差異較大，干酪根的δ13C顯示為典型的Ⅲ型有機質，氯仿瀝青“A”的δ13C具有海相原油或混合特征。
從尼泊爾各層系發育的可能烴源巖來看，新近系Ms組分布于MBT以南。5、6號樣品TOC為0.71%～0.76%，瀝青“A”含量為89～123μg/g，有機質類型為Ⅱ2型，Ro為0.43%～0.44%。抽提物飽芳比1.57～1.70，抽提物、族組成及干酪根的δ13C表現為有機質未成熟的正碳同位素序列。
尼泊爾西部Surkhet群Swat組底部廣泛分布一套灰黑色頁巖(圖4i)。按照烴源巖下限值(TOC=0.5%)共有14件達標，TOC為0.53%～5.56%，平均1.61%，瀝青“A”含量15～148μg/g(9件)，平均53μg/g。抽提物中飽和烴含量22.28%～59.74%，芳烴含量1.72%～10.34%，飽芳比為6.34～28.07，顯示較好的有機質類型。有機質顯微組分中腐泥組含量75%～85%(圖4j)，有機巖石學分析顯示大部分的腐泥組已轉換為固體瀝青等貧氫次生組分(圖4k、l)，鏡質組和惰質組分別為12%～18%和3%～7%，Ti指數54.5～73，為II1型有機質，Ro為1.83%～2.14%(7、8號)，從碳同位素組成來看，氯仿瀝青“A”δ13C為-28.60‰～-30.40‰，由于成熟度已達高—過成熟，族組分碳同位素已經開始發生倒轉。
Surkhet群Melpani組和石炭系Gondwana群為海陸過渡相濱岸-沼澤相，發育煤及黑色頁巖，代萊克地區Melpani組砂巖中發育“雞窩狀”煤(10號樣品)，TOC為54.42%，瀝青“A”含量82μg/g，等效鏡質體反射率為1.91%。有機巖石學顯示有機質含量27.80%，鏡質組10%，貧氫次生組分90%，有機質以固體瀝青為主，見泥質顆粒，含較多的鏡質體碎屑。10號樣品抽提物主要為非烴和瀝青質，飽芳比為3.00，抽提物和干酪根的δ13C分別為-28.10‰和-24.94‰，族組分(飽、芳、非、瀝)的δ13C為-28.19‰、-27.74‰、-28.18‰和-27.44‰。結合Melpani組為濱岸-沼澤過渡環境沉積，砂巖和煤中不同程度的含高等植物碎片，有機質類型以Ⅲ型為主，砂巖和煤中的固體瀝青(或干酪根)和可溶有機質氯仿瀝青“A”碳同位素的巨大差異反映了不同母源的生烴充注。
Lakharpata群主要發育Sangram組、Khara組和Katwa組黑色泥頁巖(圖4m)，Sangram組黑色頁巖厚60～200m，TOC為0.79%～10.33%(11件樣品)，平均1.91%，鏡質組反射率為3.36%～3.84%。Khara組黑色泥巖厚度15～20m(14～16號樣品)，TOC為0.67%～2.12%(11件樣品)，平均1.22%，瀝青“A”含量11～60μg/g(11件樣品)，鏡質組反射率為2.20%～2.85%(3件樣品)，有機質顯微組分多為固體瀝青等貧氫次生組分(圖4n～p)，δ13C干酪根為-32.78‰～-30.85‰，平均-31.42‰，族組分碳同位素具有明顯的倒轉特征，各項指標顯示為Ⅰ型有機質。——論文作者：楊平1，2)，譚富文1，2)，施美鳳1，2)，王正和1，2)，李忠雄1，2)，占王忠1，2)
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