LDW海域LZ凹陷古近系烴源巖排烴特征分析

鮮志堯，羅小平

（成都理工大學 油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059）

0 前言

在油氣資源評價中，烴源巖生排烴特征是資源評價研究的重點與難點。關于烴源巖生排烴特征的研究方法，前人已經作了很多的研究［1～3］，并且提出了較多的方法［4～7］。歸納起來主要有：

（1）以熱模擬實驗為基礎的模擬實驗法。

（2）以化學反應過程為基礎的化學動力學法。

（3）基于物質守恒的物質平衡法［8］。

（4）利用聲波時差法研究烴源巖的排烴特征方法。

這些研究方法大多都沒考慮未成熟～低熟石油在生排烴作用中所做的貢獻，而是以生烴門限理論為基礎，從油氣運移和聚集的角度對排烴過程展開研究，所以影響因素多，參數獲得難度大，最終影響了研究結果的可靠性。作者在本文中對烴源巖生排烴過程的研究中選用了生烴潛力法。

生烴 潛 力 法［9、10］以 排 烴 門 限 理 論［11、12］為 基礎，對于有效烴源巖的評價更為合理。此外，生烴潛力法建立在大量熱解資料的基礎上，體現了整體的變化趨勢，可靠性高，方法簡單易行，所需資料容易獲得［13］。目前遼東灣地區(qū)的烴源巖成熟度及其生排烴特征的研究，僅在構造帶上有一定研究成果，而在洼陷帶研究程度較低［14］。因此，對該區(qū)各套烴源巖層的生排烴特征進行研究，還原各烴源巖層在地史上的生排烴過程，準確認識該區(qū)油氣資源潛力與資源分布顯得尤為重要。

1 基本地質特征

遼東灣位于渤海盆地東北部海域，走向北東呈長條狀展布，其東側接膠遼隆起，西側與燕山褶皺帶為鄰，南北分別與渤中坳陷、下遼河斷陷相接。遼東灣地區(qū)為渤海盆地的一個次級構造單元，可劃分為“三凹三凸”共六個三級構造單元，自西向東分別為遼西凹陷、遼西南凸起、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷，包括十個次洼（如下頁圖1所示）。其中，遼中凹陷面積最大，古近系厚度最大，埋藏最深，是三個凹陷中規(guī)模最大的凹陷（見下頁圖2）。遼東灣地區(qū)古近系自下而上包括孔店組、沙河街組和東營組，其中，沙河街組分為四段，東營組分為三段（見下頁圖2），發(fā)育四套烴源巖：東二下段（Ed2l）、東三段（Ed3）、沙一段（Es1）和沙三段（Es3）。

（1）孔店組為水下扇、扇三角洲、湖泊沉積，巖性以泥巖與碳酸鹽巖互層為主。

（2）沙河街組主要為扇三角洲、沖積扇、水下扇、湖泊及碳酸鹽臺地沉積，其下部為灰色灰?guī)r、云巖與膏巖互層；中部為深灰、灰褐色泥巖夾中～粗砂巖；上部為生物碎屑灰?guī)r。

（3）東營組主要為三角洲、河流和湖泊沉積，其中下部為灰色泥巖夾砂巖；上部為雜色泥巖與砂巖互層［15～19］。

煙囪通常都是細而高的地物實體，它不同于上述的冷卻塔，由于外形上不同，在其表達過程中，也采取了不同的方法。該地物嚴格來說是個圓臺，只是它的高度較高，與其他地物符號的不同之處在于它下寬上細的外形。

遼中凹陷古近系烴源巖主要是分布在古近系的東營組，東營組廣泛發(fā)育的三角州沉積體系可形成良好的儲層。其次是沙河街組的前緣亞相及近岸水下扇可形成儲層。在遼中凹陷主要的油氣儲集層，也集中在東營組的東二段、東三段和沙河街組。

2 古近系烴源巖的有機質豐度特征及評價

遼中凹陷烴源巖主要發(fā)育在古近系地層中，古近系自下而上分為四套烴源巖。鉆井揭示了沙三段、沙一段、東三段及東二下段四套烴源巖。

（1）東二下段在遼中凹陷各次洼及遼西低凸起鉆遇的井較多，主要為一套淺灰～深灰色泥頁巖夾砂巖，層厚為300m～500m。

（2）東三段以深灰色泥巖夾砂巖透鏡體，厚度一般為900m－1 500m，最厚可達1 800m。

（3）沙一段烴源巖較薄，一般在遼西低凸起帶上約50m左右，遼中凹陷帶約150m左右，沙一段為古近系的特殊巖性段，暗色泥巖和油頁巖廣泛發(fā)育，底部為生物碎屑灰?guī)r、碎屑云巖。

（4）沙三段以暗色泥巖或油頁巖為主，局部發(fā)育有泥灰?guī)r沉積，厚度一般為1 200m－2 000m，最厚可達2 400m。

渤海灣盆地遼東灣海域為陸相沉積盆地，陸源有機質輸入占重要比例，有機質類型不僅與有機質向油氣的最大轉化率相關，而且也決定了盆地流體性質，是烴源巖評價重要的內容。對烴源巖層樣品干酪根有機顯微組份鑒定可知：

（1）在東二下段干酪根主要的顯微組份中，殼質體占絕對優(yōu)勢，其次為腐泥組與鏡質組，惰質組份分布極少，主要為Ⅲ～Ⅱ2型干酪根。

（3）沙一段烴源巖有機質類型特征與東三段特征類似，主要為Ⅱ2型有機質。

（4）沙三段有機質顯微組份主要為腐泥組，殼質組，鏡質體、惰質體含量低，有機質類型主要為Ⅱ1型干酪根，沙三段有機質類型好于沙一段與東營組。

作者根據陸相烴源巖評價標準［20］，對各層段在遼西低凸起，遼中凹陷北、中、南三個次洼所取得樣品的有機質豐度四個指標TOC、S1＋S2、氯仿瀝青“A”含量、總烴進行統(tǒng)計，分析了各套烴源巖有機質豐度特征（如表1所示）。

（1）對于遼中凹陷東二下段烴源巖樣品的有機質參數豐度特征分析表明：①東二下段烴源巖有機碳豐度平均值為1.27%，是好的烴源巖層；②東三段烴源巖有機碳平均值為1.59%，同屬好的烴源巖層；③沙一段的烴源巖有機碳平均值達到了2.03%，為極好的烴源巖級別；④沙三段的烴源巖有機碳平均值為1.63%，為好的烴源巖層。作者經綜合分析認為，遼中凹陷各烴源巖層有機碳含量較高（見下頁圖3）。

（2）烴源巖熱解S1＋S2稱為產油潛量，它可反映有機質豐度指標，代表有機質中能夠轉化為油氣的量。它不僅跟有機質豐度有關，而且也與有機質類型相關。根據陸相烴源巖的評價標準，遼中凹陷各烴源巖層為中等～好的烴源巖層（見下頁圖3）。

烴源巖的氯仿瀝青“A”，與總烴含量反映的各烴源巖層級別為好～極好。由于各烴源巖層所處構造部位的差異性，構造高部位成熟度低，東二下段構造部位高有機質向油氣轉化率低，因此氯仿瀝青“A”與總烴值偏低。隨著構造部位的降低，東三段到沙三段烴源巖成熟度增高，氯仿瀝青“A”與總烴值也隨之增高（如下頁圖4所示）。

表1 遼中凹陷各層段有機質豐度參數表Tab.1 Organic matter abundance parameters of each member in LiaoZhong depression

3 古近系烴源巖的排烴特征

3.1 排烴模式圖的建立及排烴效率

作者應用生烴潛力法來確定烴源巖的排烴門限，針對遼中凹陷各烴源巖層段樣品的熱解分析資料，建立了排烴模式圖（見下頁圖5），并從中分析各烴源巖層的排烴特征。

（1）由圖5可知，遼中凹陷古近系東二下段烴源巖的排烴門限深度在2 400m左右，這表明東二下段烴源巖是在該深度開始向外大量排烴的。東二下段烴源巖的深度分布范圍在1 000m～3 500m之間，在261個有效樣品中大部份樣品深度小于排烴門限，少部份樣品深度已達到排烴門限。但東二下段地層普遍埋深較淺，油氣轉換率很低。對烴源巖的熱演化研究，作者主要使用實測鏡質體反射率（Ro%），作為成熟度定量指標。此外，熱解Tmax、干酪根色變指數、干酪根顏色指數，以及可溶有機質的地球化學成熟度參數，可以作為成熟度判別的輔助指標。東二段烴源巖鏡質體反射率Ro為0.4%～0.6%，據此判斷該烴源巖層成熟度大多處于低成熟或未成熟。在遼中凹陷各套烴源巖中，其生烴能力較弱，對遼中凹陷油氣的形成貢獻較少（見上頁圖5）。

（2）東三段烴源巖的深度分布范圍在1 300m～4 180m之間，根據遼中凹陷古近系東三段烴源巖S1＋S2／TOC的關系曲線可知，其排烴門限深度約在2 900m左右（見圖5），這表明東三段烴源巖在該深度開始大量向外排烴的，4 200m左右排烴效率為70%，從2 900m排烴開始到4 200m深度，平均排烴效率約在30%～40%之間?？偟膩碇v，Ed3烴源巖排烴門限較深，排烴效率較高。東三段烴源巖成熟度明顯好與東二下段，由于構造部位的加深和有機質類型的變好，因而東三段烴源巖的油氣轉化率相對于東二下段有了明顯的提高。

（3）沙一段烴源巖的深度分布范圍在1 300m～3 850m之間，根據ES1段埋深S1＋S2／TOC關系曲線，遼中凹陷ES1段烴源巖生烴門限深度在2 500m左右，排烴門限在2 700m左右，3 800m左右排烴效率為80%，從2 700m開始大量向外排烴到3 800m，平均排烴效率為40%－50%（見圖6）。總的來講，沙一段排烴門限深度較淺，排烴效率高。沙一段烴源巖已普遍進入生油門限，在局部區(qū)域成熟度更高，可生成少量成熟油和凝析油，對于遼中凹陷的油氣成藏具有重要貢獻。

（4）沙三段烴源巖的深度分布范圍在1 450m～3 625m之間，根據ES3段S1＋S2／TOC關系曲線，遼中凹陷ES3段烴源巖生烴門限深度在2 400m左右，排烴門限在2 500m左右，深度3 700m排烴效率為50%。在凹陷區(qū)鉆遇ES3段地層的井較少，沙三段埋深較大，一般都在3 500m以下，排烴效率一般大于50%（見圖6）。沙三段烴源巖成熟度高，普遍已進入生油高峰期，而在構造洼陷中心都已經過了生油高峰期，正處于生油晚期階段可以生成大量凝析油，或已進入濕氣階段。沙三段烴源巖已普遍進入生油高峰期，是遼中凹陷的主力烴源巖（如下頁表2所示）。

圖6 沙一段與沙三段生烴潛力模式圖Fig.6 Diagram of hydrocarbon generation potential in Es1and Es3

3.2 排烴強度

利用烴源巖的生烴潛力曲線，可以確定處于不同深度的烴源巖，在現今是否進入排烴門限。如果烴源巖已進入排烴門限，亦可根據排烴率結合烴源巖層的厚度與密度，確定出烴源巖的排烴強度。通過對烴源巖層的面積進行積分，我們就可以計算出給定地區(qū)烴源巖的排烴量，進而計算出該地區(qū)的資源量。按照烴源巖排烴強度的計算方法，結合遼中凹陷各烴源巖層的相關數據計算，可以繪制出各主要烴源巖層排烴強度等值線圖（見下頁圖7）。

遼中凹陷東二下段烴源巖層普遍埋深較淺，只有局部地區(qū)進入排烴門限。除此以外，其它烴源巖層都已普遍進入排烴門限并開始排烴，其中東三段烴源巖現今排烴強度以遼中北洼和遼中中洼居高，二個洼陷中心排烴強度都達到28×104t／km2；遼中南洼中心排烴強度略低為20×104t／km2；遼中凹陷東三段邊緣區(qū)域排烴強度在5×104t／km2左右，像中心區(qū)域逐漸增強。

遼中凹陷沙一段烴源巖排烴強度以遼中北洼和遼中中洼居高，中心排烴強度分別為13×104t／km2和12×104t／km2。遼中南洼中心排烴強度較低，為8×104t／km2，邊緣區(qū)域排烴強度明顯降低，在2×104t／km2左右。

遼中凹陷沙三段烴源巖排烴強度以遼中南洼居高，達到115×104t／km2，遼中北洼、遼中中洼排烴強度較為接近，其洼陷中心排烴強度分別為65×104t／km2、75×104t／km2。各洼陷邊緣區(qū)域排烴強度在15×104t／km2左右，洼陷中心區(qū)域逐漸增強（見圖7）。

圖7 遼中凹陷各主要烴源巖層排烴強度等值線圖Fig.7 Contour map of hydrocarbon expulsion intensity of main source rock members in LiaoZhong depression

表2 遼中凹陷各烴源巖層排烴特征表Tab.2 Hydrocarbon expulsion characteristics of each source rock member in LiaoZhong depression

4 結論

作者本次研究結果表明，遼中凹陷古近系各套烴源巖層排烴特征具有明顯的差異性。各套烴源巖層有機質的豐度、有機質的類型，烴源巖層埋深，以及其所處構造部位的高低、熱演化程度等，都是造成排烴特征差異性的主要原因。除此之外，烴源巖的排烴還要受到壓實作用，粘土礦物脫水作用，熱力增壓作用，以及斷層活動等各種各樣外部因素的影響，烴源巖的排烴特征都是在這些因素影響下的綜合反映。

應用生烴潛力法對于遼中凹陷烴源巖層的研究，可得出以下結論。

（1）東二下段烴源巖由于其本身成熟度較低，加之東二下段地層普遍埋深較淺，所以有機質向油氣轉化率低，研究區(qū)內普遍未進入排烴門限，研究意義不大。由于構造部位的加深和有機質類型變好的影響，東三段烴源巖的油氣轉化率和排烴效率相對于東二下段有了明顯的提高。

（2）沙一段排烴效率最高達到了80%左右，但由于沙一段厚度較小，所以在研究區(qū)內整體排烴強度偏小。沙三段作為遼中凹陷的主力烴源巖排烴，其效率普遍在50%以上，排烴強度為各套烴源巖層中最高，加之其地層厚度大，所以對于遼中凹陷的油氣成藏具有主要貢獻。

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