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古生物 “ 指纹” ”系 开启古近系 “ 黑箱 ”

2018/9/19   关键字:   来源:[互联网]
  [中国海洋石油报2018-09-17]
  编者按:古生物化石就像是地层的“年轮”,其中蕴含的地质信息不仅可以帮助研究人员较为准确地计算出地层的“年龄”,划分出地层的新老“辈分”,还能帮助研究人员还原出早期的温度、气候、地貌等沉积环境信息,进而判断出是否具备形成生油岩的条件。因此,古生物化石也被称为地层的“指纹”。
  经过30多年的勘探,珠江口盆地已经进入油气田勘探的转型期,以往天生丽质的大型构造圈闭已被钻探完毕,寻找有储量接替潜力的勘探目标迫在眉睫。有限公司深圳分公司果断调整研究方向,将勘探“触角”伸向埋藏更深、地质条件更复杂的新领域——古近系。然而,由于古近系埋藏深度大、钻井风险较高、获取的资料较少,如同一个“黑箱”,长久以来,人们对古近系复杂的地质结构缺乏精细准确的认识。要提升古近系的勘探成功率,就必须借助古生物资料,先看清“黑箱”里的每一层结构,然后刻画圈闭、部署钻井,才能精准地找到每一处油气藏。
  针对勘探难题,南海东部石油研究院以问题为导向制定科技发展规划,通过实施专项攻关,形成了一套创新性科研项目管理模式和技术方法序列,使得运用古生物化石识别古近系地层的精度得到大幅提升,为古近系勘探照亮前路,助推南海东部油气勘探高质量发展。
  如何读懂古近系?
  在地质历史中,生物不断演化发展。生物演化的规律和阶段反映了自然发展阶段,生物界演化所具有的这种不可逆性和阶段性,是地史阶段的划分和确定地层相对时代的主要依据。实践证明,不同时代的地层往往含有不同种类的生物化石;不同地区的地层所含的化石或化石组合如果相同,它们的地质时代就相同或大致相同。
  我们据此划分对比地层,研究地层中保存的古生物化石和化石组合,探索确定烃源岩的有机质原型、凹陷的生烃潜力及储层砂体展布的情况,为新勘探区找出有潜力的突破方向。
  然而,准确划分地层时代并非一件容易的事,珠江口盆地的地层就像一本“缺页少码”的厚书,每一页还被断层和剥蚀撕成了许多碎片。如何读懂这本书?这便需要根据碎片上的“文字记载”,将碎片拼凑成一本完好的书,让石油勘探人更好地阅读。古生物化石是地层这本书里的标志性文字。一直以来,孢粉化石作为古生物化石中最常见的一种化石类型,被我国石油地质工作者广泛使用。
  近年来,珠江口盆地东部的古近系是最大的勘探热点,特别是文昌组。这源于珠江口盆地断陷湖盆主要发育文昌组和恩平组地层,其中文昌组生烃量占总数的80%以上,近几年来陆续发现的油田储量主要集中在文昌组,是现今主要勘探目标层段。一旦确定了文昌组地层,就等于找到一批富烃洼陷,确定一套主力勘探目标层系,随后可以投入地震数据采集和重处理等工作,优选出一批勘探目标,从而找到一批油气田。
  然而文昌组埋藏较深,普遍在3500米以上,加之断层的影响,一些区域难以分辨地层的展布情况。更令人遗憾的是,古近系所取得岩心样品中的孢粉化石含量并不高,利用常规实验方法只能将本身含量不高的孢粉化石提取一部分出来,没有统计意义,更谈不上用来确定该岩心样品的地层的时代归属。为此我们研究许久,不断改良实验,终于摸索出一套实验方法,有效地使孢粉化石含量富集,准确判断岩心样品所在地层的时代归属。这对我们地震解释工作和寻找优质勘探目标至关重要,也为拓展富烃凹陷的新层系以及潜在富烃凹陷的新区勘探提供重要的基础支持。(作者舒誉系南海东部石油研究院首席工程师,汪翰林采访整理)
  从浮选到筛选提升化石富集度
  孢粉化石是古生物化石中最为常见的一种化石类型,可从钻井岩心、岩屑中获得。通常情况下,在钻井古生物化石资料较为充足的新近系地层中,研究人员采用实验室浮选法能挑选出足够的孢粉化石,以满足实验过程中对化石富集度的要求。然而,在珠江口盆地东部古近系获取到的钻井岩心、岩屑资料较少,孢粉化石数量不多,化石富集度较低,无法满足应用浮选法的条件,从而制约了研究古近系地层的精度。
  为突破实验方法上的瓶颈,南海东部石油研究院转变科研项目管理方式,在项目运行过程中进行介入式管控,以提升科研成果转化率为导向,创新性引入筛析法,结合本区地质条件的差异性反复测试,不断优化实验流程,有效提升孢粉化石的富集度,打造出自己的实验撒手锏。
  “在古近系中能找到的化石样本很少,这让实验测出的数据有较大误差,统计性规律不明显。”地层沉积室主任张丽丽从事古生物研究工作已有14年,她深知提升古近系研究精度的难度。“能不能把以前的实验方法变一变,变得更适用于珠江口盆地?”张丽丽带领研究团队的同事们一头扎进实验室,跟仪器较上劲。“既然岩屑数量少,那我们就想办法从岩屑中挖掘出更多的信息。”大家深入研究浮选法的工作原理,发现该方法只利用了比重大于2.1的物质,而那些个头较小的物质被筛除掉,并未发挥出它们的作用。研究人员从这里找到灵感,并立即调整实验方法,改用筛选法,通过缩小筛网密度来提升样品数量。他们通过迭代测试,不断优化实验方法,找到了最优化的筛网密度,如此一来,更多的孢粉化石被提取出来,富集度大幅提升。在此基础上,研究人员首次建立起了一套适合珠江口盆地古近系孢粉化石实验室分析的新方法体系,成功攻克了困扰十多年的实验难题,迈出了古生物分析的一大步。
  多学科大融合厘清地层“家谱”
  划分地层的时代归属是开展地质研究工作的基础,就像给人划分出不同的年龄段一样,处在同一年龄段的人通常具有相似的成长环境和特征。划分地层时代归属的关键是识别出分界线,通常研究人员应用传统方法就能够识别出中浅层海相三级层序甚至更高精度的年代分界线,然而,深层古近系多为陆相沉积地层,沉积相变化较大,储层非均质性较强,地质情况十分复杂,再加上地层埋藏深、地震资料品质较差,这使得古近系地层时代划分工作十分困难。
  南海东部石油研究院以创新性的实验方法为基础,将古生物与地质、地球物理、地球化学等多学科的地层划分原理相融合,形成了一套古近系精细地层划分方法,运用这套方法在珠江口盆地东部首次搭建起了古近系高精度地层时代格架,为精细搜索深层古近系油气藏打好了基础。
  青年工程师刘冬青对古生物研究工作非常着迷,虽然他参加工作只有5年,但在师傅的指导下已积累了不少工作经验。在他眼里,孢粉化石就像积木,每一种化石中都包含了气候和环境等信息,当不同种类的化石“组团”出现时,就能指向某种特定的古气候和沉积环境。然而,与以往不同的是,这次对地层界线的划分从定性走向了定量,实现了质的飞跃,这让刘冬青无比兴奋。研究人员通过深入调研分析,明确了古近系地层在每一个地质时代中的气候、环境特征,以及生长发育的代表性植物,以此为判别标准,让各种孢粉化石“对号入座”。例如,在古近系文昌组地层沉积时期,珠江口盆地的气候温暖干燥,广泛分布着大大小小的湖泊,淡水浮游藻类异常丰富,因此,与之相对应的五边粉和常绿栎粉便是有代表性的孢粉化石组合。在此基础上,为了消除单一判别方式存在的多解性和误差,研究人员综合运用地球物理、地质、地球化学等多学科技术,从不同视角、不同尺度进行交叉验证,帮助研究人员划分出了地层的“家谱”,准确测算出地层的年龄。
  运用这套地层划分方法,研究人员有望将珠江口盆地古近系层序地层格架的精度从二级提升到三级,使得人们对古近系的“纹理脉络”认识得更加清晰合理,搜索油气藏的“网络”织得更密。
  破解密码握住“油气之源”
  巧妇难为无米之炊,在油气勘探中,烃源岩是石油天然气的母体,找到烃源岩就意味着找到了“米”。然而,在广阔的地层中,想要找到高质量的烃源岩并非易事。由于烃源岩深埋在古近系地层中,地震资料品质较差,钻井取心获得的直接样本数量较少,运用常规的分析手段很难准确评价烃源岩的质量高低,很难精确定位烃源岩的空间分布位置。
  研究人员认为,古生物和沉积学分析方法在微观尺度上具有较高的精度优势,而地球物理学分析方法在宏观尺度上具有明显的空间拓展优势,将两者融合,取长补短,可提升识别烃源岩的精度。
  在微观上,沉积有机屑是分散于沉积物中的颗粒状有机质,它们就像从烃源岩身上脱落的“毛发”,含有烃源岩母体的“DNA”,只要运用孢粉分析的样品处理方法将其提取出来,就能够通过显微镜观察破解母体“DNA”的密码,进而了解沉积物形成的环境条件,以及烃源岩的生油能力。此外,研究人员引进泥页岩背散射分析法,从另一个方面提升了评判烃源岩质量的精度。泥页岩是烃源岩的一种重要岩石类型,颗粒很细,蕴含着数量较多的有机质,从它身上能够找到很多烃源岩的“蛛丝马迹”。研究人员运用背散射电镜成像技术,在扫描电镜中内置背散射电子探头和图像分析装置,对泥页岩样品进行高分辨率观察、分析和照相,精准地识别出黄铁矿、石英、长石等各种矿物颗粒之间的关系以及其各自的微观特征,其识别精度能高达0.01微米至0.1微米。有了这两种微观技术,研究人员就能够精准识别优质的烃源岩。
  在此基础上,进一步发挥地震资料所具有的宏观优势,将“一孔之见”推广至更加广阔的空间,实现从点到面的跨越。研究人员将地震相分析技术与古生物、沉积学、地球化学等多项分析技术相融合,在古近系高精度地层时代格架内准确锁定了优质烃源岩的空间分布位置,将“油气之源”牢牢握在手中。(魏山力撰写)
  背景链接
  实验方法具有本地特色
  实验室对古生物化石样品的处理通常采用浮选法,其流程是先用盐酸、氢氟酸去除掉碳酸钙和硅质杂质,再用比重为2.20的重液进行浮选,获取悬浮物质,经稀释、沉淀、离心富集、水洗,最后制成薄片用作透射光显微镜观察使用。然而,一旦古生物化石样品数量稀少,浮选法的使用条件就难以满足,这是过去10多年以来一直制约运用古生物化石研究古近系精度的主要难点。
  南海东部石油研究院研究人员通过大量调研对比发现,近年来国内外实验室进行孢粉、藻类化石样品处理的流程有所改进,值得借鉴。于是,研究人员及时调整科研项目工作流程,将筛析法引入化石处理的实验环节,迭代式修正参数,最终形成适用于珠江口盆地古近系的实验方法。
  该方法的不同之处在于,化石样品经过化学处理后,不再通过重液浮选,而是改用不同孔径的筛网进行筛选。根据不同地区对化石样品的实际需求调整筛网孔径,不仅节省了重液配制、重液回收、样品去水、重液浮选离心、洗灰等繁琐流程,而且大幅提升了化石的富集度,使得即使在化石数量稀少的古近系,也能够获取到具有统计意义的孢粉、藻类组合,进而有效提升古生物化石研究的精度。(王宇辰整理)
  孢粉藻类是地层划分利器
  地层划分“三位一体”的方法是将地震、测井、古生物三种学科综合应用,“背靠背”多角度验证,从而提升地层划分的精准度。然而,由于珠江口盆地古近系地层埋藏深、地震资料品质较差,往往导致一些常规方法失灵。研究人员经过反复验证,发现孢粉藻类对深层古近系地层的划分有奇效。
  孢粉是孢子和花粉的简称,孢子是苔藓植物和蕨类植物的繁殖器官,花粉是裸子和被子植物的繁殖器官。孢粉质轻量多,散布极远,在各个沉积地层中均可保存,用它来划分对比地层、恢复古地理古气候极有价值。新生代孢粉地层学是通过研究孢粉组合来确定孢粉植物群,从而恢复古植被、古气候,并根据它们的变化特征进行地层划分和对比。
  随着珠江口盆地勘探的不断深入,对地层组等级的划分已不能满足油气勘探的需要,可借助藻类化石进一步划分,提升研究精度。藻类不同于孢粉,它是湖泊的“原居民”,藻类各组分之间相对含量的变化能够反映湖泊水体的变化,基于这一理论认识,研究人员在珠江口盆地古近系文昌组根据盘星藻-球藻的相对含量变化划分出了内部三级层序,为古近系勘探织密了搜索油气藏的“网络”。