遼東灣遼西凹陷沙河街組烴源巖評(píng)價(jià)及油源研究①

梁建設(shè) 張功成 苗順德 李友川 陳桂華

(中海油研究總院 北京 100024)

遼東灣遼西凹陷沙河街組烴源巖評(píng)價(jià)及油源研究①

梁建設(shè) 張功成 苗順德 李友川 陳桂華

(中海油研究總院 北京 100024)

遼西凹陷沙河街組是否發(fā)育烴源巖,是該凹陷油氣勘探首要問題。以源控論為基本指導(dǎo)思想,從沉積相研究入手,通過烴源巖地球化學(xué)分析、盆地模擬及油源對(duì)比,綜合評(píng)價(jià)了遼西凹陷沙河街組烴源巖。在大量地震資料及單井資料分析基礎(chǔ)上,認(rèn)為遼西凹陷沙河街組發(fā)育大規(guī)模中深湖相,特別是遼西中洼沙四段發(fā)育中深湖相沉積,具備形成烴源巖的先決條件。通過在該凹陷取的33個(gè)油樣及48個(gè)巖樣分析,認(rèn)為沙河街組烴源巖有機(jī)顯微組分組成中腐泥組和殼質(zhì)組含量普遍較高,富含浮游藻類,干酪根類型為Ⅰ～Ⅱ型。盆地模擬認(rèn)為遼西凹陷生烴門限約2 500 m,沙三段進(jìn)入生烴門限,具備大規(guī)模生烴條件,沙一段未進(jìn)入生烴門限。通過油源對(duì)比分析,遼西凹陷原油的4-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷比值基本上都大于0.5,三芳甾烷/三芳甲藻烷值分布范圍0.94～3.88,均值為1.51,與沙三段烴源巖具有很高的相似性,因此,認(rèn)為沙三段和沙四段是遼西凹陷油氣的主力烴源巖層段。有機(jī)相和沉積相綜合分析認(rèn)為,遼西凹陷沙河街組烴源巖整體優(yōu)越,但各次洼烴源巖分布有一定差異性,中洼發(fā)育2套沙河街組烴源巖,生烴潛力巨大,南洼沙三段烴源巖最好,北洼烴源巖規(guī)模最小。

烴源巖 地球化學(xué)分析 油源對(duì)比 沙河街組 遼西凹陷

源控論是陸相石油地質(zhì)理論的重要成果之一[1],它強(qiáng)調(diào)油氣藏(田)受烴源巖分布的控制[2,3],烴源巖是油氣生成、運(yùn)聚的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國近海盆地的主要油氣發(fā)現(xiàn)都是圍繞富生烴凹陷展開的[4]。沙河街組是渤海灣盆地?zé)N源巖發(fā)育主要層段,以沉積環(huán)境沉積相分析為基礎(chǔ),通過地球化學(xué)手段進(jìn)行烴源巖分析[5],確定遼西凹陷烴源巖生烴能力,明確凹陷的勘探前景。

1 地質(zhì)概況

遼東灣地區(qū)位于渤海東北部海域,為渤海灣盆地的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元[6],面積2.6 X 104km2,可劃分為“三凹二凸”共5個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元,自西向東分別是遼西凹陷、遼西低凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷(圖1)。遼西凹陷東部為遼西低凸起,西部為燕山褶皺帶,北部與遼河西部凹陷相連,面積約3 830 km2。該凹陷為古近紀(jì)-第四紀(jì)發(fā)育的斷陷,呈北北東-南南西向展布,由北、中、南3個(gè)洼陷組成。經(jīng)過近40年的油氣勘探,在遼西凹陷發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型油氣田,其中,旅大5-2油田、錦州9-3油田和旅大4-2油田3個(gè)油田共探明儲(chǔ)量達(dá)到1.19億噸,充分說明該凹陷具有很好的勘探前景。

圖1 遼東灣坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Tectonic framework of Liaodong bay

前人對(duì)遼東灣及遼西凹陷古近系構(gòu)造演化、沉積充填特征及石油地質(zhì)條件等方面進(jìn)行了深入研究[7-8]?？傮w認(rèn)為遼東灣古近紀(jì)的構(gòu)造演化可劃分為3個(gè)階段:即古新世-始新世中期的伸展張裂陷階段(56～38 Ma)、始新世晚期-漸新世早期第一裂后熱沉降階段(38～32.8 Ma)、漸新世東營期走滑拉分與再次裂陷階段(32.8～24.6 Ma)。相應(yīng)沉積了孔店組、沙河街組和東營組,其中沙河街組和東營組均發(fā)育烴源巖,是遼東灣油氣的主要來源(表1)。但是,由于遼西凹陷處于遼東灣坳陷西緣,其周邊發(fā)育秦皇島、綏中、興城和小凌河等水系,通常認(rèn)為沙河街組屬于近源快速沉積,沉積物粒度較粗,沙河街組主要發(fā)育濱淺湖相,難以形成較好的烴源巖[9]。很多人認(rèn)為在遼東灣地區(qū)主力烴源巖為沙一段,沙三段次之,東營組生烴能力最差[10,11]。但遼西凹陷處于盆地邊緣的獨(dú)特地理位置決定了它與遼東灣其他凹陷烴源巖有很大的差異性。對(duì)遼西凹陷沙四段及沙三段烴源巖分布規(guī)律及規(guī)模認(rèn)識(shí)不清楚,導(dǎo)致遼西凹陷資源潛力評(píng)價(jià)不高。因此,本文通過遼西凹陷沉積充填研究,在33個(gè)油樣及48個(gè)巖樣分析基礎(chǔ)上,綜合分析該凹陷沙河街組烴源巖特征,經(jīng)過典型油源對(duì)比參數(shù)研究,進(jìn)行油氣藏油源對(duì)比分析,確定主力烴源巖層位,對(duì)遼西凹陷沙河街組烴源巖重新認(rèn)識(shí)。

表1 遼東灣坳陷地層發(fā)育特征綜述Table1 Stratigraphic division of Liaodong bay

2 沉積充填特征

遼西凹陷內(nèi)有13口井鉆遇沙三段地層,無井鉆遇沙四段地層,因此,通過單井相分析及地震剖面反射類比研究,認(rèn)為遼西凹陷沙河街組沉積具有下列特點(diǎn):

(1)發(fā)育多種沉積相類型,構(gòu)成多種沉積體系。濱湖到深湖相、扇三角洲(近岸水下扇)、辮狀河三角洲、正常三角洲及與濁積有關(guān)的盆底扇等沉積相,這些相類型構(gòu)成正常湖相泥巖-灘壩、三角洲(扇三角洲)-濁積扇、水下扇-濁積扇等沉積體系。

(2)沉積體展布受構(gòu)造格局控制,形成南北分塊的沉積格局。南洼沙四段不發(fā)育,沙三段為扇三角洲-濱淺湖相沉積;中洼沙四段、沙三段物源供給小,扇三角洲相不太發(fā)育,中深湖相為主;北洼沙四段以濱淺湖-半深湖相沉積為主,沙三段發(fā)育扇三角洲-中深湖相沉積,中深湖相面積較大。

(3)從沙河街組沉積演化特征來看,沙四段分布在遼西中洼,沒有大物源輸入影響,水體深而安靜,主要發(fā)育深湖-半深湖沉積。沙三下段在整個(gè)遼西凹陷均有分布,受物源輸入影響,沉積類型多而豐富,以扇三角洲-濱湖相-淺湖-半深湖相為主。沙三中分布范圍比沙三下有所擴(kuò)大,并在遼西低凸起北部較低部位與遼中凹陷相連通,形成統(tǒng)一湖盆,從凹陷周緣向凹陷中央發(fā)育扇三角洲-盆地扇-中深湖沉積體系,形成了另外一套烴源巖(圖2)。

總體來看,遼西凹陷沙四段和沙三段主要發(fā)育扇三角洲-濱淺湖相-中深湖相。從中深湖相分布規(guī)模來看,遼西中洼沙四段發(fā)育大規(guī)模中深湖相;沙三下段受物源供給充足影響,中深湖面積很小,南洼面積最大,中洼次之,北洼面積最小;沙三中段物源供給變小,中深湖相面積很大,主要分布在中洼,南洼規(guī)模次之,北洼規(guī)模較小。

3 烴源巖特征分析

3.1 有機(jī)顯微組分特征及有機(jī)質(zhì)類型

圖2 遼西凹陷沙河街組沉積相圖Fig.2 Sedimentary faces of Es in Liaoxi depression

遼西凹陷構(gòu)造格局可以劃分為北洼、中洼和南洼,從鉆井有機(jī)質(zhì)分析來看,各洼陷有機(jī)顯微組分和有機(jī)質(zhì)類型有一定的差異(表2)。遼西凹陷北洼沙三段烴源巖孢藻組合中普遍有較高含量的浮游藻類,有機(jī)屑含量較高,以無定形含量最高(圖3),腐泥組和殼質(zhì)組含量普遍大于80%,有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型(圖4);沙一段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型,也有Ⅰ和Ⅱ2型;東下段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1和Ⅱ2型。遼西凹陷中洼沙三段烴源巖腐泥組和殼質(zhì)組含量普遍小于80%,孢藻組合中浮游藻類含量較高,有機(jī)質(zhì)類型中Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)較少,而Ⅱ2型較多;沙一段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為II1型;東下段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1和Ⅱ2型。鉆井未揭示遼西凹陷南洼有代表性的沙河街組和東三段烴源巖,其東下段烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1和Ⅱ2型。綜合分析結(jié)果,遼西凹陷沙三段烴源巖有機(jī)顯微組分組成的總體特征是腐泥組和殼質(zhì)組含量普遍較高,北洼有機(jī)質(zhì)類型優(yōu)于中洼。

遼西凹陷內(nèi)由于無井鉆遇沙四段中深湖相,采用類比方法研究沙四段烴源巖。遼西凹陷與遼河盆地西部凹陷經(jīng)歷了相似的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),沉積了相似的地層,具備類比研究的基本條件。通過類比研究認(rèn)為,沙四段地層干酪根類型以Ⅱ型為主,同時(shí)發(fā)育Ⅰ型干酪根,由此認(rèn)為遼西凹陷沙四段也能形成良好的烴源巖。

表2 遼西凹陷烴源巖干酪根鏡檢統(tǒng)計(jì)分析Table2 Source rock kerogen types analysis of Liaoxi depression

圖3 遼西凹陷有機(jī)質(zhì)組分及孢藻組合圖式Fig.3 Organic composition of Liaoxidepression

圖4 遼西凹陷沙河街組烴源巖特征分析Fig.4 Source rock characteristics of E s in Liaoxi depression

3.2 烴源巖熱演化

從鏡質(zhì)體反射率(Ro%)及Tmax與深度關(guān)系看,遼西凹陷總體生烴門限深度約2 500 m,同時(shí)遼西凹陷存在由北向南成熟門限深度增加的趨勢(shì)(圖5)。遼西凹陷沙三段埋深普遍大于2 500 m,因此,烴源巖處于成熟階段;沙一段和東營組埋深普遍小于2 500 m,因而,烴源巖處于未成熟-低成熟階段。

3.3 烴源巖地球化學(xué)分析

通過地球化學(xué)參數(shù)綜合分析,認(rèn)為遼西凹陷沙三段烴源巖有機(jī)顯微組分組成的總體特征是腐泥組和殼質(zhì)組含量普遍較高,北洼沙三段主要發(fā)育好-很好的烴源巖,中洼沙三段主要發(fā)育中等-好的烴源巖,沙四段發(fā)育中深湖相,類比認(rèn)為干酪根類型為Ⅰ～Ⅱ型,為好-很好烴源巖。遼西凹陷沙一段烴源巖普遍可以達(dá)到好-很好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。從總烴含量、生烴潛力指數(shù)、有機(jī)碳含量等指標(biāo)綜合分析來看,遼西南、中、北洼沙河街組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度差異較大,北洼烴源巖地球化學(xué)指標(biāo)最高,中洼中等,南洼較低(圖6)。

4 油源對(duì)比分析

圖5 遼西凹陷鏡質(zhì)體反射率(R o%)及T max與深度關(guān)系圖Fig.5 Vitrinite reflectance(R o%)and T max correlation with depth in Liaoxi depression

通過原油地球化學(xué)分析可以看出,遼西凹陷原油的4-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷(C29-4-Mst/C29st)比值基本上都大于0.5,僅1個(gè)原油(JZ21-1-1S)低于0.4 (圖7)。與其他地區(qū)研究結(jié)果可做一對(duì)比,如渤中地區(qū)的沙三段烴源巖的(C29-4-Mst/C29st)值大于0.4的約占44%(9個(gè));沙一段烴源巖為0.11～0.55,平均為0.32;而東三段烴源巖為0.09～0.34,平均僅為0.20。顯然,4-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷參數(shù)表明遼西凹陷原油與沙三段和沙四段源巖關(guān)系密切。另外,遼西凹陷原油中未見典型的沙一段油源油(其特征是伽瑪蠟烷高;4-甲基甾烷很低而甲藻甾烷相對(duì)豐富)。

圖6 遼西凹陷沙河街組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)比Fig.6 Organic abundance of Es in Liaoxi depression

遼西凹陷原油14個(gè)原油樣品的三芳甾烷/三芳甲藻烷值分布范圍0.94～3.88,均值為1.51。根據(jù)前人對(duì)渤中地區(qū)的研究結(jié)果[12],典型沙三段油源油的三芳甾烷/三芳甲藻甾烷值分布范圍1-1.5;而東三段下源巖的三芳甾烷/三芳甲藻甾烷值分布范圍1.87～12.58,均值較高,為6.06(8個(gè)樣品)。對(duì)比來看,遼西凹陷的主要油源層也應(yīng)主要為沙三段和沙四段烴源巖。

5 烴源巖分布特征

以遼西凹陷沉積相及地球化學(xué)指標(biāo)綜合分析,認(rèn)為遼西凹陷沙河街組半深湖-深湖相烴源巖質(zhì)量最好,其次是淺湖-半深湖相烴源巖。受濁積巖或扇三角洲影響的半深湖-深湖烴源巖與淺湖或前三角洲沉積環(huán)境形成的烴源巖相當(dāng);其它沉積環(huán)境形成的烴源巖生烴潛力很小。因此,遼西凹陷烴源巖條件整體都很優(yōu)越。但每個(gè)次洼烴源巖潛力相差較大。北洼地球化學(xué)指標(biāo)最高,但是從有機(jī)相和沉積相分析結(jié)果來看,遼西凹陷沙三段烴源巖中洼優(yōu)于北洼和南洼。沙三段沉積時(shí)期,遼西凹陷北洼和中洼均為半深湖-深湖沉積,但北洼面積小,中洼受到一定規(guī)模的扇三角洲沉積影響,不利于有機(jī)質(zhì)保存,影響了這2個(gè)次洼的沙三段生烴潛力。遼西凹陷南洼為淺湖-半深湖沉積,受扇三角洲的影響較小,有利于有機(jī)質(zhì)的保存,而且南洼烴源巖規(guī)模大,因此烴源巖綜合分析來看,南洼沙三段烴源巖最好,生烴潛力最大。

圖7 原油4-甲基甾烷與伽馬蠟烷參數(shù)相關(guān)圖Fig.7 C30 4-Me-Sterane and gammacerane correlation

遼西凹陷中洼沙四段烴源巖具有很大的生烴潛力。勝利油區(qū)沙四段烴源巖形成于半深湖-淺湖亞相的咸水-鹽湖環(huán)境,有機(jī)質(zhì)豐度高,有機(jī)質(zhì)類型好,以Ⅰ和Ⅱ1型為主;遼河油區(qū)沙四段烴源巖也形成于淺湖-半深湖環(huán)境,不僅有機(jī)質(zhì)豐度高,而且有機(jī)質(zhì)類型好,以Ⅰ和Ⅱ1型為主。遼中凹陷南部LD17井也揭示了較好的沙四段烴源巖(表3)。遼西凹陷中洼普遍發(fā)育沙四段沉積,并且在遼西凹陷中洼的西南部有較大范圍的沙四段半深湖-深湖沉積,與遼河油區(qū)和勝利油區(qū)的沉積特征具有相似性。由于沙四段烴源巖發(fā)育,因此,遼西中洼烴源巖為2套,從有機(jī)相和沉積相綜合分析,認(rèn)為遼西中洼生烴潛力巨大,是下一步勘探的重點(diǎn)地區(qū)。

表3 遼東灣沙四段烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征Table3 Geochem istry characteristics of E s4 in Liaodong bay

6 結(jié)論

(1)單井相和地震相綜合分析認(rèn)為遼西凹陷沙河街組沉積相類型豐富,發(fā)育扇三角洲-濱淺湖-中深湖相等,其中沙三段、沙四段地層發(fā)育大規(guī)模中-深湖相,為烴源巖發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

(2)從地球化學(xué)指標(biāo)分析來看,遼西凹陷沙三段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高、生烴潛力大。通過與鄰區(qū)具有相似構(gòu)造背景的凹陷類比認(rèn)為,沙四段地層中深湖相發(fā)育,有機(jī)質(zhì)類型好,大部分處于生烴門限內(nèi),是該凹陷主要烴源巖層之一。沙一段處于生烴門限之上,生烴能力有待進(jìn)一步研究。

(3)通過遼西凹陷原油組分與烴源巖層類比研究認(rèn)為,沙三段、沙四段是該凹陷主要油氣來源層。

(4)遼西凹陷烴源巖總體十分優(yōu)越,呈南北分塊特征。北洼沙三段地化指標(biāo)最高,但烴源巖規(guī)模小,因而,生烴潛力較小;中洼沙三段地化指標(biāo)中等,但發(fā)育沙三段和沙四段2套烴源巖,規(guī)模很大,因此,具有巨大的生烴潛力;南洼沙三段地化指標(biāo)較低,但烴源巖規(guī)模大,因而,生烴潛力較大。

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Evaluation of Shahejie Source Rock and Oil Source Research in the Liaoxi Depression,Liaodong Bay,China

LIANG Jian-she ZHANG Gong-cheng MIAO Shun-de LIYou-chuan CHEN Gui-hua
(China Offshore Oil Research Institute,Beijing 100024)

Themain reason for bad potential evaluation of Liaoxi depression is that hydrocarbon generation of E s3and E s4cannot be recognized,which is the principal issue of hydrocarbon exploration in Liaoxi depression.Based on source control theory and sedimentary faces study,analyzed geochemistry characteristics,through basinmodeling and oil source research,we evaluated Shahejie Fm.source rock comprehensively.Based on a great quantity of seismic and wellmaterial,we identified fan delta faces-coastal shallow-lake faces-middle-deep lake faces of Shahejie Fm.in Liaoxi depression,especiallymiddle deep lake face of E s4.ource supply is sufficient in lower segment of E s3and the size ofmiddle-deep lake is very small,its area of southern sag is largest,smaller inmiddle sag and least in northern sag.Source supply becomes smaller inmiddle segment of E s3and the size ofmiddle-deep lake is very big thatmainly locates inmiddle sag.The area of southern sag is larger and smaller in northern sag.Mud.stone ofmiddle-deep lake face is the precondition of forming source rock.Through 33 oil samples and 48 rock samples analysis of Liaoxi depression,we concluded that contentof sapropelic and exinite of organicmaterial is commonly higher and rich of planktonic algae in Shahejie Fm.source rock.Its kerogen type isⅠ-Ⅱ.asinmodeling concluded that hydrocarbon generating threshold is 2 500m,E s3source rock below this depth and E s1source rock is upper this depth.After oil-source correlation research,we considered that oil geochemistry characteristics are similar with source rock geochemistry of E s3and E s4in Liaoxi depression.Hence,E s3and E s4source rock is themost important oil source in Liaoxi depression.With organic faces and sedimentary faces researching,organic material of E s source rock is entirely rich.But there are some differences of these sags in Liaoxi depression.Geochemical indexes of northern sag of Liaoxi depression are higher,subordinate ofmiddle sag,lower of southern sag.From distributions ofmiddle-deep lake face,the author identified small scale ofmiddle-deep lake face of E s3is developed in northern sag of Liaoxi depression,large scale of middle-deep lake face of E s3and E s4are developed inmiddle sag of Liaoxidepression,and large scale ofmiddle-deep lake face of Es3 is developed in southern sag of Liaoxidepression.Middle sag of Liaoxi depression has a large potentiality of hydrocarbon generation,smaller in southern sag and least in northern sag based on comprehensive analysis.

source rock;geochemistry;oil-source correlation;Shahejie Formation;Liaoxi depression

梁建設(shè) 男 1965年出生 博士 石油地質(zhì) E-mail:liangjsh@cnooc.com.cn

TE122.1+15

A

1000-0550(2012)04-0739-08

①國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目23“近海大中型油氣田形成條件及勘探技術(shù)”(編號(hào):2008ZX05023)課題1“近海富烴凹陷資源潛力再評(píng)價(jià)和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向”(編號(hào):2008ZX05023-001)資助。

2012-02-12;收修改稿日期:2012-04-10