川東涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖地球化學(xué)特征及生烴能力評(píng)價(jià)

古 偉 陳義才 王長(zhǎng)城 胡修全 胡東風(fēng) 孫廷金

(1.成都理工大學(xué) 2.中國(guó)石化勘探南方分公司)

0 引言

涪陵地區(qū)處于大天池、大池干井兩個(gè)高陡構(gòu)造帶之間的寬緩向斜區(qū)，油氣保存良好，但是缺乏志留系油氣源的斷層。2010年在涪陵地區(qū)拔山寺向斜石家場(chǎng)完鉆的興隆1井于上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組礁灘相儲(chǔ)層獲得51.7×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，顯示了向斜區(qū)長(zhǎng)興組礁灘相圈閉具有良好的勘探前景。長(zhǎng)興組期間，涪陵地區(qū)為碳酸鹽巖斜坡相區(qū)，北部為開(kāi)江—梁平海槽，東部為城口—鄂西海槽(圖1)[1-3]。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組油氣成藏條件，在鉆井巖芯與巖屑樣品的地球化學(xué)分析資料基礎(chǔ)上，對(duì)長(zhǎng)興組烴源條件進(jìn)行初步探討。

圖1 四川盆地北部長(zhǎng)興組沉積相分布

1 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度

涪陵地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組主要為碳酸鹽巖夾有薄層黑色頁(yè)巖，碳酸鹽巖厚度為80～150 m，黑色頁(yè)巖厚度為2～5 m。根據(jù)涪陵地區(qū)XL3、FS1等4口井37個(gè)巖心及12個(gè)巖屑樣品的地球化學(xué)分析結(jié)果，深灰色泥灰?guī)r和含硅質(zhì)泥晶灰?guī)r的殘余有機(jī)碳含量為0.27%～0.67%，多數(shù)樣品有機(jī)碳含量在0.3%～0.5%之間，泥質(zhì)烴源巖有機(jī)碳含量在0.5%～0.9%之間左右。有機(jī)質(zhì)豐度較高的樣品主要分布在長(zhǎng)興組下旋回的斜坡相，上旋回碳酸鹽巖的殘余有機(jī)碳較低，多數(shù)在0.1%～0.25%之間(圖2)。

圖2 涪陵地區(qū)HX1井長(zhǎng)興組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度分析

2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型及成熟度

2.1 干酪根顯微組成及碳同位素組成

碳酸鹽烴源巖的有機(jī)物質(zhì)基本源于藻類(lèi)等低等水生生物和菌類(lèi)，陸源高等生物的含量相對(duì)較少。由于涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖的熱演化程度較高，干酪根數(shù)量、元素及熱解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏可行性和準(zhǔn)確性。根據(jù)26個(gè)樣品干酪根的顯微組成鑒定結(jié)果，Ⅱ1型占78%，Ⅱ2型占22%，缺少腐泥型和腐殖型干酪根，總體上為混合偏腐泥型。

通過(guò)涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組26個(gè)烴源巖干酪根碳同位素分析數(shù)據(jù)，除去三個(gè)泥質(zhì)巖干酪根碳同位素較重外(在-25.6‰～-26.8‰之間)，碳酸鹽巖干酪根的碳同位素都比較輕，-27.5‰～-29.8‰之間，屬于Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根。

2.2 甾烷與萜烷特征

烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)中的甾類(lèi)和萜類(lèi)化合物的碳骨架具有較好的穩(wěn)定性，在一定程度上可以反映有機(jī)質(zhì)性質(zhì)。涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組碳酸鹽巖烴源巖甾烷系列(M/Z=217)的指標(biāo)分布特征表現(xiàn)為C21、C22妊甾烷與升妊甾烷含量高，C27、C29重排甾烷含量較高，重排甾烷/規(guī)則甾烷的比值在0.5左右，表明成熟度較高。此外，規(guī)則甾烷中αααC2720R、αααC2820R、αααC2920R甾烷分布呈以αααC2720R甾烷占優(yōu)勢(shì)的不對(duì)稱(chēng) “V”字型分布，反映了偏腐泥型的母質(zhì)特征(圖3)。

涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組碳酸鹽巖烴源巖萜類(lèi)系列(M/Z=191)中的C21三環(huán)萜烷含量相對(duì)較高，五環(huán)三萜烷具有相似的特征，即均以C30藿烷為主峰，C31～C35升藿烷系列隨碳數(shù)增加含量依次降低，γ-蠟烷含量較豐富，γ-蠟烷指數(shù)(γ-蠟烷/C30藿烷比值)為0.12～0.21含量較高，推測(cè)其沉積水體偏咸(圖4)。

圖3 涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖的甾烷(M/Z=217)分布特征

圖4 涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖的萜烷(M/Z=191)分布特征

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

碳酸鹽烴源巖中缺乏陸相高等植物來(lái)源的鏡質(zhì)體，一般采用海相鏡質(zhì)體或原生瀝青來(lái)代替。統(tǒng)計(jì)涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組26個(gè)烴源巖樣品的瀝青反射率平均值為2.12%，根據(jù)程克明等[4]建立的圖版(圖5)，換算為干酪根鏡質(zhì)體反射率為1.9%～2.1%，表明烴源巖的熱演化程度總體上進(jìn)入了高—過(guò)成熟階段。

3 烴源巖生烴能力評(píng)價(jià)

3.1 生烴強(qiáng)度估算

針對(duì)涪陵地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組烴源巖的熱演化程度高的特點(diǎn)[5-6]，本文采用有機(jī)碳產(chǎn)烴率法來(lái)計(jì)算烴源巖生烴強(qiáng)度。有機(jī)碳產(chǎn)烴率法計(jì)算生烴史的基本原理就是假設(shè)烴源巖處于地下相對(duì)封閉的環(huán)境，參考烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)烴率，即單位重量的原始有機(jī)碳在不同成熟度(RO)下的油、氣生成量來(lái)計(jì)算實(shí)際烴源巖在各地質(zhì)時(shí)期的累積生烴量。單位平方公里的生氣強(qiáng)度計(jì)算數(shù)學(xué)公式如下：

圖5 陸相鏡質(zhì)體反射率與海相鏡質(zhì)體反射率關(guān)系

(1)

式中:

H—烴源巖厚度，m；

ρr—烴源巖的密度，t/m3，(泥晶灰?guī)r密度取為2.65 t/m3，泥質(zhì)烴源巖密度取為2.55 t/m3)；

C殘—烴源巖殘余有機(jī)碳含量，%；

D—原始有機(jī)質(zhì)氣態(tài)烴產(chǎn)率，m3/t·Toc；

Qgas—生氣強(qiáng)度，108m3/km2。

考慮到涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組海相地層勘探程度低，首先根據(jù)上二疊統(tǒng)鉆井的地化分析結(jié)果和巖性厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到烴源巖主要參數(shù)的分布特征(表1)，然后應(yīng)用蒙特卡羅隨機(jī)抽樣技術(shù)模擬生烴強(qiáng)度的概率分布。隨機(jī)抽樣模擬計(jì)算結(jié)果表明(圖6)，涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖總生烴強(qiáng)度為(2.21～17.13)×108m3/km2之間，期望值為7.92×108m3/km2，其中泥灰?guī)r和硅質(zhì)灰?guī)r的生烴強(qiáng)度占86.4%，泥晶灰?guī)r和泥巖生烴強(qiáng)度占13.6%。

表1 涪陵地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組烴源巖參數(shù)分布范圍

圖6 涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖生烴強(qiáng)度圖

3.2 生烴能力綜合評(píng)價(jià)

烴源巖供氣能力的強(qiáng)弱是控制油氣富集程度的關(guān)鍵原因之一。G.Demaison(1991)提出源巖潛力指數(shù)(SPI)來(lái)定量反映一個(gè)含油氣系統(tǒng)內(nèi)烴源巖提供油氣的充載能力[7]。涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖累積生氣強(qiáng)度的期望值為7.92×108m3/km2，相當(dāng)于源巖潛力指數(shù)SPI=1.7。按照縱向排油系統(tǒng)和橫向排油系統(tǒng)的潛力指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)興組烴源巖的充載能力均屬于低(表2)。

綜合烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、有機(jī)質(zhì)豐度和源巖生氣強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，筆者認(rèn)為涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖的生烴能力屬于低等級(jí)別。但是值得注意的是，長(zhǎng)興組槽盆相區(qū)烴源巖厚度有所增加，往東部和北部海槽相區(qū)，生烴能力可能達(dá)到中等級(jí)別。

表2 涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

(1)涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖熱演化程度達(dá)到高—過(guò)成熟階段，有機(jī)質(zhì)主要為混合型。碳酸鹽巖烴源巖的殘余有機(jī)碳含量較低，總體上屬于高演化低豐度的烴源巖。

(2)涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組烴源巖主要發(fā)育于下旋回的斜坡相，烴源巖巖性以泥灰?guī)r和硅質(zhì)灰?guī)r為主。

(3)涪陵地區(qū)長(zhǎng)興組海相烴源巖總的生烴強(qiáng)度比較低，累積生氣強(qiáng)度的期望值為7.92×108m3/km2。綜合有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、有機(jī)質(zhì)豐度和源巖潛力指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，烴源巖的生烴能力屬于低等級(jí)別。

1 楊仲倫, 陳心勝. 對(duì)川東上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組生物礁勘探的初步認(rèn)識(shí)[J].天然氣工業(yè),1987,7(2):1-4.

2 倪新鋒, 陳洪德, 錢(qián)景春，等.川東北地區(qū)長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組沉積格局及成藏控制意義[J].石油與天然氣地質(zhì),2007,28(4):458-465.

3 王一剛, 文應(yīng)初, 洪海濤，等. 四川盆地北部晚二疊世—早三疊世碳酸鹽巖斜坡相帶沉積特征[J].古地理學(xué)報(bào),2009,11(2):143-156.

4 程克明, 王兆云, 鐘寧寧, 等. 碳酸鹽巖油氣生成理論與實(shí)踐[M].北京:石油工業(yè)出版社, 1996: 276- 305.

5 唐滌, 萬(wàn)茂霞, 鄭平，等. 四川盆地上二疊統(tǒng)天然氣地化特征分析[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā),2011,34(2):22-25.

6 劉劃一, 張靜, 洪海濤, 等. 四川盆地東北部長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組氣藏形成條件研究[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā),2001,24(2):30-32.

7 Demaison G., and Huizinga B.J., Genetic classification of petroleum systems[J].AAPG Bulletin, 1991,75(10):1626-1643.