莘縣凹陷堂邑洼陷古近系沙三段烴源巖生烴潛力評價(jià)

曹宏明，程子翔，程 偉，謝彩虹，曹鑒華

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;2.中石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001;3.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249;4.中石化華東分公司，江蘇 揚(yáng)州 225007)

引 言

莘縣凹陷位于渤海灣盆地臨清坳陷東部，魯西隆起與堂邑凸起之間，受蘭聊斷層控制，為一NNE向延伸的中、新生代雙斷凹陷，面積為2 640 km2。古近系厚為5 000 m，奧陶系頂最大埋深為8 500 m。由北至南分為姜店、堂邑、聊城、朝城4個(gè)洼陷及姜店、鳳凰集、沙鎮(zhèn)3個(gè)構(gòu)造帶。根據(jù)南北向(長軸)和東西向(短軸)鉆井資料進(jìn)行地層對比結(jié)果，并結(jié)合鉆井油氣顯示情況，認(rèn)為莘縣凹陷堂邑洼陷暗色泥巖發(fā)育最好，具有較好生油條件。莘縣凹陷主要生油巖為沙三段，本次研究主要針對莘8、莘2、莘4井的沙三段地層。莘4、莘8井均獲工業(yè)油氣流，展示了堂邑洼陷具有良好的勘探潛力。在前人研究總結(jié)的基礎(chǔ)上［1－4］，結(jié)合中原油田探區(qū)最近鉆井取心資料，綜合評價(jià)了堂邑洼陷烴源巖生烴潛力，為該區(qū)下一步勘探和井位部署提供參考。

1 烴源巖縱向分布

根據(jù)新的分層數(shù)據(jù)和實(shí)鉆錄井綜合圖，統(tǒng)計(jì)了沙三段各亞段暗色泥巖發(fā)育情況(表1)。由表1可以看出，縱向上，沙三段總體上暗色泥巖占地層的60%，且沙三段各亞段暗色泥巖均較為發(fā)育，但暗色泥巖發(fā)育程度不盡相同:沙三上暗/地比一般為40%～50%，平均為47%;沙三中和沙三下基本相當(dāng)，暗/地比一般為60% ～75%，平均為68%。其中，新鉆的莘8井沙三上暗/地比為53%，沙三中和沙三下基本相當(dāng)，暗/地比分別為66%和78%。從巖性上看，暗色泥巖厚度達(dá)394 m，頁巖厚104 m。

表1 莘縣凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥巖厚度統(tǒng)計(jì)

2 暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度

對3口井泥巖樣品有機(jī)碳分析數(shù)據(jù)分層統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。根據(jù)陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5735—1995)，莘2、莘4、莘8井沙三中、下暗色泥巖有機(jī)碳平均值基本上均達(dá)到1.0%以上，有機(jī)質(zhì)豐度整體較好，為中等—好烴源巖，絕大部分樣品有機(jī)碳大于0.6%。相對而言，沙三上暗色泥巖豐度低些，但其均值也達(dá)到下限值0.4%。莘2、莘4、莘8井沙三中下暗色泥巖氯仿瀝青“A”含量平均值基本上均達(dá)到0.05%左右，總烴平均值基本上分布在200～500 mg/L，為中等烴源巖。

表2 莘縣凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)

3 烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是評價(jià)烴源巖質(zhì)量的主要指標(biāo)，類型好，有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化率高，生油潛力大;類型差，轉(zhuǎn)化程度低，只能生成一部分天然氣［5］。陸相湖盆有機(jī)質(zhì)來源豐富，成分比較復(fù)雜，既有水生生物及藻類殘?bào)w提供的有機(jī)物來源，又有陸源植物殘?bào)w的補(bǔ)給。下面從干酪根顯微組分、干酪根碳同位素組成、巖石熱解參數(shù)3個(gè)方面對莘縣凹陷堂邑洼陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行剖析。

3.1 干酪根顯微組分

鏡檢是在鏡下直接觀察干酪根的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、顏色、先源物質(zhì)等最直觀的方法，可以直接測得干酪根組成，即類脂體、殼質(zhì)體、鏡質(zhì)體和惰質(zhì)體的不同比例，此方法優(yōu)點(diǎn)在于不受熱演化的影響［5］。

圖1 莘2、莘4、莘8井烴源巖干酪根顯微組分鏡檢統(tǒng)計(jì)頻率

35份干酪根樣品顯微組分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果揭示(圖1)，莘縣凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅱ1型，以Ⅱ型為主，占總共鏡檢干酪根的94%以上。

3.2 干酪根碳同位素

干酪根碳同位素(δ13C)值可以反映烴源巖有機(jī)質(zhì)類型。一般而言，有機(jī)質(zhì)類型好，其δ13C值小，具體界限值為:干酪根δ13C值小于－28‰為Ⅰ型有機(jī)質(zhì);干酪根δ13C值大于－25.5‰為Ⅲ型有機(jī)質(zhì)，干酪根δ13C值介于其間的為Ⅱ型有機(jī)質(zhì)［5］。莘2、莘4、莘8井烴源巖對應(yīng)干酪根的碳同位素主要分布在 －24.12‰ ～ －26.19‰，主要表現(xiàn)為Ⅱ2—Ⅱ1型干酪根特征，與干酪根鏡檢結(jié)果類似。

3.3 巖石熱解參數(shù)

熱解參數(shù)用于劃分有機(jī)質(zhì)類型圖版較多［6－7］，本次主要用最高熱解峰溫(Tmax)與氫指數(shù)(IH)和降解率(D%)聯(lián)合作圖。通過對莘8井樣品熱解分析資料研究，繪制了氫指數(shù)和降解率與最高熱解峰溫(Tmax)關(guān)系圖(圖2)。由圖2可以看出，數(shù)據(jù)點(diǎn)主要集中在Ⅱ1、Ⅱ2趨勢線周圍，也有少部分Ⅰ、Ⅲ型干酪根。受成熟度影響，數(shù)據(jù)點(diǎn)主要集中在曲線的中部，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2—Ⅱ1為主。從圖2可以看出Ⅰ型較多，這主要是因?yàn)殡S著成熟度升高(從沙三上到沙三下)，熱解烴轉(zhuǎn)化為游離烴，S1增加，S2相對減少，且可能排烴效率較低，烴源巖中殘留烴增多，出現(xiàn)略為不同結(jié)果。

圖2 莘8井烴源巖熱解最高峰溫與氫指數(shù)和降解率關(guān)系曲線

綜上所述，不同研究方法揭示的烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較為一致?？偟膩碚f，莘縣凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，以Ⅱ型為主。

4 烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度

在評價(jià)某個(gè)盆地的生油條件時(shí)，成熟度占60%的控制作用，母質(zhì)類型占30%，有機(jī)質(zhì)豐度只占10%［1］，因此，搞清生油巖有機(jī)質(zhì)的熱演化特征，是評價(jià)盆地生油條件的十分重要的因素。對油氣勘探來說，現(xiàn)今剛進(jìn)入生烴門限，或在地質(zhì)歷史時(shí)期進(jìn)入生烴門限，并達(dá)到生烴高峰，甚至較高成熟階段的烴源巖才是對油氣儲(chǔ)量有貢獻(xiàn)的，因此源巖成熟度研究對確定有利成烴區(qū)塊、層位至關(guān)重要。判斷烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)很多，對于陸相烴源巖地球化學(xué)評價(jià)研究來講，鏡質(zhì)體反射率(Ro)是公認(rèn)度量有機(jī)質(zhì)成熟度的有效指標(biāo)［8］，也是必選指標(biāo)。

從莘2、莘4、莘5、莘6、莘8等井烴源巖鏡質(zhì)體反射率實(shí)測值隨埋深的變化關(guān)系圖(圖3)可以看出，樣品的鏡質(zhì)體反射率值分布在0.5% ～1.0%區(qū)間內(nèi)，即烴源巖為低成熟—成熟階段，由圖3可以看出，目前，莘8井取心段烴源巖演化已經(jīng)進(jìn)入成熟階段，大約在2 950 m開始生烴。莘8井3 689.1 m R0達(dá)到0.75%。結(jié)合臨清坳陷其他研究成果進(jìn)行分析，該區(qū)演化普遍較低，要達(dá)到生烴高峰埋藏深度要在4 000 m以上。生物標(biāo)志物成熟度特征如圖4所示:莘8井3 684.1～3 689.1 m暗色泥巖 C2920S/20S+20R為0.48～0.55，C29ββ/αβ+ββ為0.36，反映烴源巖已經(jīng)進(jìn)入成熟階段。3 689.1 m泥巖飽和烴色譜中CPI和OEP分別為1.07和1.02，具有典型成熟源巖特征。源巖顯微組分藻類熒光特征為黃綠色，反應(yīng)成熟度不高;另外，從 C29甾烷 ααα20S/(20S+20R)值分布在0.45～0.46之間，C29甾烷 ββ/αβ +ββ 值分布在0.20～0.26之間也說明成熟度不高。此外，從圖2熱解參數(shù)圖版看出，Tmax值多數(shù)大于440℃，即源巖已達(dá)低熟—成熟階段。

圖3 莘2、莘8等井烴源巖鏡質(zhì)體反射率與埋深關(guān)系

圖4 莘8井烴源巖C2920S/(S+R)與埋深關(guān)系

5 結(jié)論

(1)莘縣凹陷堂邑洼陷暗色泥巖發(fā)育，其中沙三下段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，達(dá)到中等—好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。

(2)烴源巖類型具有陸源沉積混合母質(zhì)的特征，表現(xiàn)為Ⅱ1—Ⅱ2型干酪根。

(3)本地區(qū)烴源巖大約在2 950 m開始生烴，而莘8井在3 689.1 m成熟度指標(biāo)R0已達(dá)到0.75%。系統(tǒng)分析本區(qū)達(dá)到生烴高峰時(shí)埋藏深度約在4 000 m以上。

［1］陳清華，王紹蘭，吳孔友.臨清坳陷莘縣凹陷油氣勘探遠(yuǎn)景評價(jià)［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1998，22(2):8－14.

［2］熊繼輝，蔣有錄，袁炳存，等.莘縣凹陷盆地模擬結(jié)果的地質(zhì)解釋［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1992，16(5):1－7.

［3］蔣有錄，劉國華.莘縣凹陷下第三系生油條件的探討［J］. 石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1993，17(1):1 －7.

［4］王運(yùn)所，姜舒文，廖家漢，等.莘縣凹陷下第三系含油氣系統(tǒng)分析［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2001，22(3):256－260.

［5］盧雙舫，張敏.油氣地球化學(xué)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2008:194－201.

［6］曾艷濤，文志剛.霸縣洼槽下第三系沙三段烴源巖生烴潛力研究［J］.石油與天然氣學(xué)報(bào)，2011，38(8):31－39.

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［8］John M Hunt.Petroleum geochemistry and geology［M］.New York:W.H.Freeman and company，1996:90 － 101.