发布时间：2021-09-06所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 内容提要：尼泊尔低喜马拉雅推覆带油气苗来源不清极大地影响了该区油气勘探。在地质-地球物理综合调查的基础上，利用油气地球化学、碳同位素及生烃史模拟对尼泊尔代莱克地区油源和成藏过程进行了研究。结果表明：①尼泊尔代莱克地区油苗产于Padukasthan断裂
内容提要：尼泊尔低喜马拉雅推覆带油气苗来源不清极大地影响了该区油气勘探。在地质-地球物理综合调查的基础上，利用油气地球化学、碳同位素及生烃史模拟对尼泊尔代莱克地区油源和成藏过程进行了研究。结果表明：①尼泊尔代莱克地区油苗产于Padukasthan断裂，可分两期，第一期呈含油断层泥产出，氯仿沥青“A”为149～231μg/g，Ro为0.81%，氯仿沥青“A”的δ13C相对较重(-26.24‰～-27.10‰)，族组分具有正碳同位素序列，发黄绿色荧光，为典型的低熟煤成油，第二期呈液态油产出并遭受微生物降解，金刚烷IMD指数为0.33～0.45，Ro为1.24%～1.53%，3，4-DMD含量46%～47%，全油δ13C为-29.50‰～-29.45‰，族组分碳同位素趋于一致，发蓝色荧光，为海相成因高熟油;②第一期油来源于Surkhet群的Melpani组和Gondwana群煤系烃源岩，为Ⅲ型有机质低熟阶段的产物，第二期来源于Surkhet群的Swat组浅海陆棚相黑色页岩，为Ⅱ1型有机质生油高峰的产物，两期油与Lakharpata群过成熟黑色泥岩和Siwalik群未熟泥岩没有亲缘关系;③尼泊尔低喜马拉雅推覆带具有“多源多期、推覆增熟、砂体控储、披覆控聚”的油气成藏模式，油气成藏过程可划分为沉积浅埋、构造圈闭形成、深埋油藏形成、气藏形成和晚期改造定型5个演化阶段;④尼泊尔低喜马拉雅推覆有利于Gondwana群、Surkhet群深埋增温、持续快速生烃和晚期成藏，对比邻区巴基斯坦的含油气盆地，尼泊尔低喜马拉雅推覆带及相邻类似地区具备良好的油气成藏条件。
关键词：推覆带;油气地球化学;碳同位素;油源对比;成藏模式;尼泊尔
喜马拉雅推覆带由于其构造样式的独特性一直以来就是地学研究的热点(WangChengshanetal，2003;XuZhiqinetal.，2011，2016)，世界上许多推覆带之下发育大型油气田。20世纪70年代以来，当北美阿巴拉契亚-阿钦塔造山带的逆冲推覆带被揭示之后，在推覆体之下的早古生代碳酸盐岩中相继发现了多个高产油气田，阿巴拉契亚-阿钦塔推覆带和落基山推覆带油气勘探的重大突破使美国油气勘探潜力区增加了几十万平方千米(LiangChuanmaoetal，1992，2011)。喜马拉雅造山带前缘发育许多油气田，如西段巴基斯坦境内的科哈特-博德瓦尔(Kohat-Potwar)、印度河(Indus)等盆地发育前寒武系、古生界及中新生界多套地层(Wandreyetal.，2004;Vermaetal.，2012;Aamiretal.，2017)，在这些盆地已经发现许多白垩系和古近系油气藏(HuangZuxietal.，2005;LinWeidong，2008;Ahmadetal.，2010)，相关研究表明形成这些油气藏的烃源岩主要为白垩系和古近纪始新统海相页岩(Asifetal，2011;ChenXuetal.，2017)。尼泊尔油气地质基础研究和勘探始于1973年，在MBT以南的西瓦里克带(Siwalik)开展了大量的地球物理勘探，并于1989年实施了全尼泊尔境内迄今为止唯一的勘探井(Biratnagar-A)，该井钻穿西瓦里克群后直接见到了结晶基底，未钻遇到预期的古生界—中生界烃源岩或储层，未获得油气发现。尼泊尔低喜马拉雅推覆带发育前寒武系、古生界及中新生界等多套烃源岩，尼泊尔境内的石炭系—白垩系的Gondwana群、古近系的Surkhet群等地层可与巴基斯坦的Kohat-Potwar、Indus盆地进行对比，其经典的推覆构造样式(ZhaoWenjinetal.，2002;Goscombeetal.，2018)与北美阿巴拉契亚-阿钦塔相似。虽然尼泊尔低喜马拉雅推覆带的石油地质条件研究一直没有停止过，但因地质情况复杂和研究程度薄弱，油源和油气富集规律不清，油气勘探一直未取得实质进展。尼泊尔主边界逆冲断裂(MBT)以北发育2个油气渗漏区，一是木格蒂纳特(Muktinath)天然气渗漏区，属于中央主断层(MCT)以北的侏罗系特提斯域;二是MBT以北30km的代莱克(Dailekh)地区油气渗透区，天然气至今还在不断渗漏。对于代莱克地区的油气苗，Singh(1963)曾进行了考察并采集测试了样品，饱和烃色谱显示原油发生强烈的生物降解，加拿大石油公司在1993年采集气苗样品，碳同位素测试显示该气体为有机成因，非生物气?，可能来源于变质岩下伏的成熟烃源岩或油气藏(TanFuwenetal.，2020)。尼泊尔变质岩结晶基底之上由老到新发育Lakharpata、Gondwana、Surkhet和Siwalik群，这些地层均发育不同类型和成熟度的烃源岩，该油气苗来自哪一套烃源岩至今没有确切的结论，主要原因如下：①严重的生物降解造成原油大部分生物标志物消失;②随着成熟度增高，油和烃源岩的大多数生物标志化合物已达到热平衡特征并表现出一定的趋同性，失去作为油源对比的作用(YangPingetal.，2012;ZhuXinjianetal.，2017;LiuAnetal.，2017);③碳同位素组成作为主要的油源对比指标，影响因素主要有母质类型、沉积环境、热演化和微生物降解(Stahletal.，1978，1980)，目前已有研究缺乏原油和烃源岩系统的碳同位素测试和必要的影响因素分析;④低喜马拉雅推覆带构造复杂，缺乏二维地震等地球物理资料，深部地层与构造不清，缺乏油气生成、运移及成藏等地质历史演化过程中的动态分析。本文在对尼泊尔低喜马拉雅推覆带的代莱克地区开展地质-地球物理综合调查的基础上，对原油和可能烃源岩的油气地球化学、碳同位素开展相关测试，选取关键指标进行油源对比，通过生烃史模拟和流体活动等研究对该区油气成藏过程与模式进行了讨论，该研究对尼泊尔低喜马拉雅推覆带及邻区相似构造区油气勘探具有重大意义。
1地质概况
尼泊尔位于喜马拉雅山中段南麓，北与中国接壤，东、西、南三面均与印度接壤。构造上夹持于拉萨地块与印度板块之间，北以印度-雅鲁藏布江缝合带与拉萨地块相隔，南以恒河前陆盆地与印度板块相连。受印度板块向欧亚板块俯冲的影响，境内发育了一系列北倾的、北西-南东向逆冲断裂。主要包括：藏南拆离带(STD)、中央主冲断带(MCT)、边界主冲断带(MBT)和前缘主冲断带(MFT)等(图1)。自北向南，这些断裂带依次变新，MCT的活动时间距今25～15Ma之间(Copelandetal.，1991;Harrisonetal.，1998)，MBT活动时间距今约11Ma(Andrewetal.，1995)，MFT形成时间于距今约3Ma(Decellesetal.，2001)。尼泊尔地层序列和沉积演化可分为4个阶段：①古元古代—中元古代哥伦比亚超大陆裂解后的大陆边缘海沉积;②石炭纪—早白垩世Gondwana大陆裂谷和裂谷后序列，地层厚度和岩相横向变化明显;③古近纪大陆边缘沉积序列，由南向北水体逐渐加深;④新近纪印度-亚洲碰撞期形成西瓦里克前陆盆地。这四个阶段自下而上分别形成Lakharpata、Gondwana、Surkhet和Siwalik群。
从尼泊尔各地层分布来看，Siwalik群仅分布于MBT以南，属于MBT推覆以来的前陆盆地的形成与沉积响应，Lakharpata群、Gondwana群和Surkhet群在尼泊尔出露于MBT以北，Lakharpata群相当于印度的古元古界下Vindhyan群(Sakaietal.，1999;Martinetal，2011;Lanetal.，2020)，在尼泊尔该套巨厚海相地层中发育Sangram组、Khara组和Katwa组海相黑色页岩为主的烃源岩，具有厚度大、有机质含量高、类型好等特点，属于哥伦比亚古大陆裂解后被动陆缘盆地的海相沉积物。在Lakharpata群顶部泛非运动晚期形成的大型不整合面(Valdiyaetal.，1995)之上发育陆内裂谷和坳陷沉积的Gondwana群，该群下部为石炭系含煤地层，上部为中生界白垩系海相页岩和灰岩。Surkhet群主要出露于尼泊尔中西部地区，为古近纪北印度海沉积的产物(YuanJetal.，2020;Neupaneetal.，2021)，由下向上分别发育Melpani组、Swat组和Suntar组。Melpani组发育滨岸-沼泽相石英砂岩、煤和页岩，沉积相与Gondwana群相似，Swat组页岩中发育时代为始新世的海相化石货币虫(Sakai，1983)，尼泊尔西部Swat组黑色碳质页岩厚达100m(Matsumaruetal.，1989;DeCellesetal.，1998)，在喜马拉雅山西北部印度出露的Subathu组浅海相黑色页岩厚20～35m，有机碳为2.6%～11.8%(Craigetal.，2018)。
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对比Subathu组的沉积时限(Vermaetal.，2012)，尼泊尔Swat组沉积时限大致为53～41Ma(DeCellesetal.，1998)。Suntar组为浅湖-三角洲相灰色—绿灰色中粒砂岩与红紫色和绿色泥岩互层组成(Decellesetal.，2004)，区域上一般厚800～1200m，代莱克地区最厚处可达1600m，沉积时限大致介于MCT和RMT形成之间。大量研究表明印度-亚洲大陆主碰撞期为60～50Ma(Garzantietal.，1987;Rowley，1996;WangChengshanetal.，2003;XuZhiqinetal.，2011，2016)，尼泊尔Surkhet群的Melpani组、Swat组和Suntar组三者均呈低角度不整合接触(DeCellesetal.，1998)，这些低角度不整合可能为印度-亚洲大陆碰撞期的构造-沉积响应，其中Swat组代表了该区古近系海相沉积或最高海相层位，指示印度大陆北缘陆-陆碰撞形成的海陆沉积转换(Searleetal.，1987;Rowley，1998)。尼泊尔代莱克地区位于低喜马拉雅推覆带，处于MBT和MCT断裂之间(图2)。在RMT以北，LesserHimalayaMetasediments浅变质岩以低角度逆冲在Surkhet群之上，相关研究表明RMT近水平逆冲推覆距离可达100km(Goscombeetal.，2018)，RMT逆冲推覆地面倾角为20°～30°，二维地震显示RMT呈水平推覆，推覆体之下发育稳定的碎屑岩为主的低速沉积岩。尼泊尔代莱克地区油气苗产于Nabhisthan组绢云母千枚岩中，沿Padukasthan背形轴部和Padukasthan断裂(PT)分布，主要见于Padukasthan、Nabhisthan和Shreesthan三个寺庙建筑区及附近的小河中，天然气从泄露点用简易设备导出作为神火供奉，长明不灭，已有上百年的历史。油苗点位于Padukasthan庙前的Padukasthan断裂中，可见黑色含油断层泥，敲开新鲜面有油味，呈液态油苗产出。
2样品采集与实验
本研究采集了尼泊尔代莱克地区4个原油和11个烃源岩样品(表1)。1、2号原油样品来自尼泊尔矿产局(DMG)，该样品采集于尼泊尔代莱克Padukasthan地区，对该油样开展了族组分分析、族组成碳同位素、饱和烃GC-MS分析。3、4号样品为含油断层泥，采集于尼泊尔代莱克Padukasthan地区的PT断裂中，开展了氯仿沥青“A”抽提、族组分分析、TOC、岩石热解、干酪根显微组分、有机岩石学、成熟度(Ro)、族组成碳同位素、饱和烃GC-MS分析、荧光薄片和流体包裹体分析。对Lakharpata群、Gondwana群、Surkhet群和Siwalik群中发育的代表性的烃源岩进行了样品采集，其中Siwalik群为下Siwalik组(Ms)灰黑色碳质泥岩(5、6号样品)，Surkhet群为7～12号样品，主要地层有Melpani组和Swat组，岩石类型有含沥青的石英砂岩、黑色页岩和煤，Lakharpata群为Khara组黑色泥岩(13～15号样品)。Gondwana群煤系在尼泊尔代莱克地区没有出露，鉴于Gondwana群煤与Melpani组的煤在有机类型和沉积环境方面相似，主要为陆相高等植物形成，且与Melpani组层位相邻，两者具有相似的油气化学特征。对上述烃源岩开展了氯仿沥青“A”抽提、族组分分析、TOC、干酪根显微组分、有机岩石学、成熟度(Ro)、族组成碳同位素和饱和烃GC-MS等分析。
3实验结果讨论
1、2号原油样品具有极高的饱芳比。2号样饱和烃含量85.39%，芳烃含量1.84%，非烃+沥青含量4.22%。1号和2号样的全油δ13C分别为-29.50‰和-29.45‰，其中2号样族组分(饱、芳、非、沥)δ13C分别为-29.34‰、-29.2‰、-29.62‰和-29.18‰(表2)。1、2号样饱和烃GC-MS分析显示原油遭受强烈的微生物降解，饱和烃中缺乏正构烷烃，在饱和烃中检测丰富的金刚烷，主要包括甲基系列的单金刚烷(MA)、甲基双金刚烷(MD)和二甲基双金刚烷(DMD)，同时在芳烃中检测出少量联苯、二苯并呋喃及芴等化合物。金刚烷具有较强的热稳定性和抗生物降解能力，通过金刚烷IMD指数(ChenHongjunetal.，1996;GuoXiaowenetal.，2007)计算1号和2号样成熟度(Ro)分别为1.24%和1.53%，属于高熟油(图3a、c)。1号和2号样的3，4-DMD的质量分数分别为47%和46%，均小于50%，按照相关判别图版(Schulzetal.，2001;ChenZhilinetal.，2008)显示来源于腐泥型有机质(图3b、d)。
3、4号样品均检测出Padukasthan断层泥中含有少量低熟油，TOC为3.47%和0.95%，氯仿沥青“A”含量为231μg/g和149μg/g，饱芳比分别为2.50和0.87。3号样品抽提物的δ13C为-26.24‰，族组分δ13C为-27.94‰、-26.86‰、-24.44‰和-25.85‰，沥青反射率0.67%，计算的Ro为0.81%，族组分δ13C具有较明显的正碳同位素序列，与实测较低的沥青反射率吻合。4号样品抽提物的δ13C为-27.10‰，族组分δ13C为-29.00‰、-24.40‰、-28.60‰和-27.40‰，族组分δ13C变化没有规律，例如饱和烃、非烃和沥青质与2号样品相似，而芳烃明显偏重，显示4号样品有混源的特点。4号样品荧光薄片见两种颜色的荧光，分别是高成熟特征的蓝色荧光(图4a、b)和低成熟特征的黄绿色荧光(图4c)，显示不同成熟度的油的混合，油气包裹体成带状分布于石英脉内(图4d)，丰度极高(GOI为5%～6%±)，其中液烃包裹体占20%±，气液烃包裹体占70%±，气烃包裹体占5%±。包裹体中的液烃呈淡黄色、无色，显示浅蓝色、蓝色的荧光，气烃呈灰色，无荧光显示，均一温度范围为111～164℃，盐度2.50%～5.86%NaCleq，温度范围较大，显示多期活动的特征。
代莱克地区Melpani组发育含沥青粗砂岩(11号样品)，含碳质和侵染状沥青(图4e)，TOC为2.53%，等效镜质体反射率为2.08%，有机岩石学显示该样品有机质含量15.36%，正常镜质组18.9%，富氢次生组分81.1%，有机质中发育固体沥青(图4f、g)，可见由异地搬运来的再循环镜质体，以发育暗色氧化环边为特征(图4h)。11号样品抽提物和干酪根的δ13C分别为-29.02‰和-24.73‰，两者差异较大，干酪根的δ13C显示为典型的Ⅲ型有机质，氯仿沥青“A”的δ13C具有海相原油或混合特征。
从尼泊尔各层系发育的可能烃源岩来看，新近系Ms组分布于MBT以南。5、6号样品TOC为0.71%～0.76%，沥青“A”含量为89～123μg/g，有机质类型为Ⅱ2型，Ro为0.43%～0.44%。抽提物饱芳比1.57～1.70，抽提物、族组成及干酪根的δ13C表现为有机质未成熟的正碳同位素序列。
尼泊尔西部Surkhet群Swat组底部广泛分布一套灰黑色页岩(图4i)。按照烃源岩下限值(TOC=0.5%)共有14件达标，TOC为0.53%～5.56%，平均1.61%，沥青“A”含量15～148μg/g(9件)，平均53μg/g。抽提物中饱和烃含量22.28%～59.74%，芳烃含量1.72%～10.34%，饱芳比为6.34～28.07，显示较好的有机质类型。有机质显微组分中腐泥组含量75%～85%(图4j)，有机岩石学分析显示大部分的腐泥组已转换为固体沥青等贫氢次生组分(图4k、l)，镜质组和惰质组分别为12%～18%和3%～7%，Ti指数54.5～73，为II1型有机质，Ro为1.83%～2.14%(7、8号)，从碳同位素组成来看，氯仿沥青“A”δ13C为-28.60‰～-30.40‰，由于成熟度已达高—过成熟，族组分碳同位素已经开始发生倒转。
Surkhet群Melpani组和石炭系Gondwana群为海陆过渡相滨岸-沼泽相，发育煤及黑色页岩，代莱克地区Melpani组砂岩中发育“鸡窝状”煤(10号样品)，TOC为54.42%，沥青“A”含量82μg/g，等效镜质体反射率为1.91%。有机岩石学显示有机质含量27.80%，镜质组10%，贫氢次生组分90%，有机质以固体沥青为主，见泥质颗粒，含较多的镜质体碎屑。10号样品抽提物主要为非烃和沥青质，饱芳比为3.00，抽提物和干酪根的δ13C分别为-28.10‰和-24.94‰，族组分(饱、芳、非、沥)的δ13C为-28.19‰、-27.74‰、-28.18‰和-27.44‰。结合Melpani组为滨岸-沼泽过渡环境沉积，砂岩和煤中不同程度的含高等植物碎片，有机质类型以Ⅲ型为主，砂岩和煤中的固体沥青(或干酪根)和可溶有机质氯仿沥青“A”碳同位素的巨大差异反映了不同母源的生烃充注。
Lakharpata群主要发育Sangram组、Khara组和Katwa组黑色泥页岩(图4m)，Sangram组黑色页岩厚60～200m，TOC为0.79%～10.33%(11件样品)，平均1.91%，镜质组反射率为3.36%～3.84%。Khara组黑色泥岩厚度15～20m(14～16号样品)，TOC为0.67%～2.12%(11件样品)，平均1.22%，沥青“A”含量11～60μg/g(11件样品)，镜质组反射率为2.20%～2.85%(3件样品)，有机质显微组分多为固体沥青等贫氢次生组分(图4n～p)，δ13C干酪根为-32.78‰～-30.85‰，平均-31.42‰，族组分碳同位素具有明显的倒转特征，各项指标显示为Ⅰ型有机质。——论文作者：杨平1，2)，谭富文1，2)，施美凤1，2)，王正和1，2)，李忠雄1，2)，占王忠1，2)
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