渤海海域前第三系烴源巖評價(jià)

武海燕 任志勇 劉長海 齊玉民 王玉靜

(中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津 300452)

渤海海域位于渤海灣盆地的東部，面積約7.3萬km2，渤海灣盆地呈多凸多凹的構(gòu)造格局，其凸起大多與沉積中心相鄰，具有有利的油氣運(yùn)移、聚集成藏條件。從渤海海域的勘探歷史看，前第三系的烴源巖對已發(fā)現(xiàn)的油氣藏有成藏貢獻(xiàn)，然而以往對渤海海域的烴源巖研究著眼于古近系［1］，對前第三系烴源巖研究較少，基本未見系統(tǒng)評價(jià)。本次研究主要以渤海海域勘探歷程中有限的樣品及此次補(bǔ)采的樣品為研究對象，評價(jià)前第三系震旦系、寒武 —奧陶系、石炭—二疊系、中下侏羅統(tǒng)和白堊系等幾套烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度，進(jìn)而為查明石炭—二疊系、中下侏羅統(tǒng)和白堊系中較好烴源巖的分布情況以及提高渤海海域的油氣勘探程度等工作打下基礎(chǔ)。

1 前第三系烴源巖分布

前第三系烴源巖分布情況大致為:震旦系烴源巖主要分布于遼東凹陷;古生界寒武系和中下奧陶統(tǒng)地層烴源巖主要分布于遼西低凸起南部、石臼坨凸起和渤南凸起上;石炭二疊系含煤地層烴源巖分布于埕北低凸起、歧口凹陷和石臼坨凸起上;中下侏羅統(tǒng)烴源巖僅在歧口凹陷發(fā)現(xiàn);白堊系烴源巖主要發(fā)育于石臼坨凸起及遼東灣地區(qū)。

2 渤海海域前第三系烴源巖特征

理論上，渤海海域前第三系在太古界與古元界的結(jié)晶基底之上發(fā)育的震旦系、寒武系—奧陶系、石炭系—二疊系、侏羅系、白堊系的煤層和泥巖系列都可以為原生前第三系油氣藏生烴做出貢獻(xiàn)。本次研究利用現(xiàn)有的地化樣品化驗(yàn)數(shù)據(jù)，對這幾套地層的烴源巖進(jìn)行評價(jià)。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

常用于評價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo)有殘余有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”、總烴含量和殘余生烴潛力等。目前國內(nèi)外普遍采用有機(jī)碳百分含量來作為有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)，但所采用的標(biāo)準(zhǔn)值稍有差異。蒂索認(rèn)為“0.3%的有機(jī)碳是碳酸鹽巖型生油層的下限”。法國埃爾夫公司認(rèn)為碳酸鹽巖含量大于45%時(shí)，有機(jī)碳含量應(yīng)大于0.24%。我國一般以0.1%的有機(jī)碳含量作為指標(biāo)下限。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中，華北地區(qū)的碳酸鹽巖生油層有機(jī)質(zhì)豐度下限值是通過油源對比，碳酸鹽巖中的油苗、晶洞油及古油藏有親緣關(guān)系的圍巖中的有機(jī)碳、氯仿瀝青的最低含量來確定的。

本次研究認(rèn)為，達(dá)到有效烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽巖可能具有一定的生油氣潛力，但對于戰(zhàn)略選區(qū)而言，其目標(biāo)是尋找有商業(yè)價(jià)值的油氣藏。而大量資料證明形成大規(guī)模具工業(yè)價(jià)值油氣藏中烴源巖有機(jī)質(zhì)含量往往很高。因此出于戰(zhàn)略選區(qū)的需要，還需確定一個戰(zhàn)略選區(qū)烴源巖下限標(biāo)準(zhǔn)。即有機(jī)碳在低于此下限值的條件下，不可能形成大規(guī)模油氣藏。這個標(biāo)準(zhǔn)的確定過程也更為復(fù)雜，必須在綜合考慮烴源巖厚度和分布面積等一系列因素的情況下才能較為合理地確定出此下限。根據(jù)最近研究成果，有效烴源巖標(biāo)準(zhǔn)暫定為有效氣源巖的有機(jī)碳應(yīng)不低于0.3%，而有效油源巖有機(jī)碳含量不應(yīng)低于0.4%。

對于有機(jī)質(zhì)呈分散型的烴源巖、泥巖及頁巖，其有機(jī)質(zhì)下限的確定在石油天然氣地質(zhì)研究中十分重要。關(guān)于泥頁巖的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)外基本一致，一般定為0.4%～0.5%。根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果并參照國內(nèi)外評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［2］，泥質(zhì)生油巖有機(jī)碳下限值可確定為0.4%。

對于集合型有機(jī)質(zhì)所屬的三種烴源巖類型，煤層及共生的碳質(zhì)泥巖作為烴源巖，其顯著的地球化學(xué)特征是富含有機(jī)質(zhì)，不僅TOC值高，而且瀝青A與總烴含量絕對值也很高［3］。因此煤系烴源巖不存在有機(jī)質(zhì)豐度不足的問題，所討論的內(nèi)容主要是烴源巖生烴特點(diǎn)，即其以生油為主還是以生氣為主。

與一般湖相泥巖的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，熱解生烴潛量相同時(shí)，煤系泥巖有機(jī)碳分界線要高一個級別以上。煤系地層中好的油源巖的有機(jī)碳含量須大于3%。這一規(guī)律對含煤地層具有普遍意義，因?yàn)槊合涤袡C(jī)質(zhì)以陸生植物為主要來源，與水生有機(jī)質(zhì)相比，類脂組含量低，相對富碳貧氫，雖然有機(jī)碳含量高，但生烴潛力相對較低。若以有機(jī)碳含量來評價(jià)煤系地層有機(jī)質(zhì)豐度則必須提高相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［4－5］。

前第三系有機(jī)質(zhì)豐度資料顯示，震旦系在渤海僅在遼東凹陷L1井和B2井鉆遇，元古界的評價(jià)以L1井資料為依據(jù)。從L1井有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)看，生烴潛力較差。寒武 —奧陶系主要是灰?guī)r，生烴潛力較差，但C2井生烴潛力較好;H20井的石炭 —二疊系以泥頁巖為主，有機(jī)碳含量均小于0.4%，含量偏低，從生烴潛力來說，絕大部分生油指數(shù)S1+S2值小于0.05 mgg，生烴潛力較低;而C1井的石炭二疊含黑色泥巖和煤，有機(jī)碳含量除了泥質(zhì)灰?guī)r是0.82%，其余均大于1%，有機(jī)質(zhì)豐度較高，生烴指數(shù)為0.5～2，具有一定的生烴潛力。中下侏羅統(tǒng)的頁巖及煤層在Q2井、Q1井以及Q1D井有機(jī)碳含量都比較高，最高的 Q2井達(dá)到了 1.94%，煤是38.97%，具有比較好的生烴潛力。

圖1 烴源巖干酪根顯微組分相對含量分布圖

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

從圖1可以看出，震旦系碳酸鹽巖及頁巖的顯微組分中腐泥組含量很低，殼質(zhì)組含量較高基本都在80%以上，所以有機(jī)質(zhì)類型都屬于Ⅱ2型。古生界的顯微組分中腐泥組含量很低，殼質(zhì)組含量較高基本都在80%以上，所以有機(jī)質(zhì)類型都屬于Ⅱ2型。中下侏羅統(tǒng)的顯微組分中腐泥組含量很低，Q2殼質(zhì)組含量有些才20%，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量較高，有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ2—Ⅲ型。白堊系下統(tǒng)的泥質(zhì)巖類的顯微組分中腐泥組含量很低，B6井和J1井殼質(zhì)組含量偏高，所以有機(jī)質(zhì)類型都屬于Ⅱ1～Ⅱ2型。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

鏡質(zhì)體反射率(Ro)被認(rèn)為是研究烴源巖成熟度和進(jìn)行成熟階段劃分的最佳指標(biāo)之一，它的優(yōu)點(diǎn)是:(1)均質(zhì)鏡質(zhì)體在各類烴源巖中普遍存在;(2)Ro隨溫度或埋藏深度的增加，而有規(guī)律性地呈半對數(shù)直線增加，用Ro可以判定有機(jī)質(zhì)熱演化的階段;(3)Ro具有不可逆性，能夠代表最高古地溫;(4)比較容易精確測定。因此，Ro常常用來作為成熟度的標(biāo)尺，已成為劃分有機(jī)質(zhì)成烴演化階段的重要參數(shù)。通常有機(jī)質(zhì)成熟門限值為0.5～0.6，成油高峰階段為0.8～1.2，而生油(液態(tài)烴)下限為1.3，大于2則進(jìn)入干氣階段。

從圖3可以看出，震旦系烴源巖Ro值有60%以上介于0.8～1.2，也就是說60%以上都進(jìn)入了成熟帶，30%以上為低成熟帶。生界Ro值有25%以上介于1.2～1.35，屬于高成熟帶;Ro有35%介于0.8～1.2，屬于成熟帶;另外35%以上介于0.5～0.8，屬于低成熟帶，鏡質(zhì)體反射率高的主要是C1井，也在埕北低凸起上。中下侏羅統(tǒng)Ro值都介于0.5～0.6，屬于低成熟帶。白堊系下統(tǒng)Ro值有70%以上介于0.5～0.6范圍內(nèi)，屬于低成熟帶，還有30%左右Ro值小于0.5，屬于未成熟帶。

圖2 渤海海域前第三系Ro頻率分布直方圖

3 結(jié)語

(1)明確了各類巖性烴源巖的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):碳酸鹽巖烴源巖的生烴下限是有機(jī)碳大于0.1%;陸相泥質(zhì)生油巖有機(jī)碳下限值為0.4%;煤系地層好油源巖的有機(jī)碳含量須大于3%。

(2)系統(tǒng)地評價(jià)了渤海海域前第三系的烴源巖。震旦系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型都屬于Ⅱ2型，Ro值有60%以上介于0.8～1.2，30%以上為低成熟帶，但生烴潛力較差;古生界機(jī)質(zhì)類型都屬于Ⅱ2型，Ro值有25%以上介于1.2～1.35，屬于高成熟帶;有35%介于0.8～1.2，屬于成熟帶;35%以上介于0.5～0.8屬于低成熟帶;寒武—奧陶烴源巖除了曹妃甸2－1油田之外，石碳—二疊系除了埕北及渤海西部地區(qū)之外，生烴能力較差;中下侏羅統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ2～Ⅲ型，Ro值介于0.5～0.6，有機(jī)碳含量較高、總烴含量比較大，具有較好的生烴潛力;白堊系下統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，處于低成熟階段，生烴潛力優(yōu)于中下侏羅統(tǒng)和石碳—二疊系地層。

(3)通過分析明確了石炭系 —二疊系、中下侏羅統(tǒng)及白堊系下統(tǒng)三套地層為渤海海域前第三系條件較好的烴源巖地層。

［1］姜福杰，龐雄奇，姜振學(xué).渤海海域沙三段烴源巖評價(jià)及排烴特征［J］.石油學(xué)報(bào)，2010，31(6):906-912.

［2］黃第藩，華阿新，秦匡宗，等.煤成油的形成和成烴機(jī)理［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1995.

［3］肖賢明，劉德漢.我國聚煤盆地煤系烴源巖生烴評價(jià)與成烴模式［J］. 石油學(xué)報(bào)，1996，14:10-17.

［4］陳建平，趙長毅.煤系有機(jī)質(zhì)生烴潛力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)探討［J］. 石油勘探與開發(fā)，1997，24(1):1-5.

［5］程克明，趙長毅.吐哈盆地煤成油氣的地質(zhì)地球化學(xué)研究［J］. 勘探家:石油與天然氣，1997，2(2):5-10，19.