南襄盆地泌陽凹陷烴源巖成熟度厘定及其意義

李志明，張 雋，余曉露，鮑 芳，謝小敏，仰云峰，羅家群，朱景修

(1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214151;2.中國石油化工股份有限公司河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南南陽 473132)

泌陽凹陷是南襄盆地的一個(gè)次級(jí)凹陷，面積1 000 km2，凹陷內(nèi)發(fā)育的地層自下而上為古近系玉皇頂組、大倉房組、核桃園組、廖莊組，新近系鳳凰鎮(zhèn)組及第四系。其中，古近紀(jì)核桃園組沉積時(shí)期是凹陷湖盆發(fā)育的全盛時(shí)期，深凹區(qū)既是沉降中心，也是沉積中心，沉積了一套巨厚的生油巖系，最厚達(dá)3 000 m，分布面積635 km2。該凹陷是典型的富油凹陷，以“小而肥”著稱[1］，核三段湖相泥巖為泌陽凹陷的主要烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，具有很高的生油潛力[2］。鏡質(zhì)體反射率是衡量烴源巖成熟度的最有效指標(biāo)，尤其是對(duì)于腐殖型(Ⅲ型)有機(jī)質(zhì)烴源巖及含腐殖型有機(jī)質(zhì)烴源巖而言，鏡質(zhì)體反射率的可靠性較高。然而，對(duì)于有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ、Ⅱ1和Ⅱ2型的烴源巖，其鏡質(zhì)體反射率存在明顯的抑制作用，并且有機(jī)質(zhì)類型越好，其鏡質(zhì)體反射率受抑制程度越大[3－5］。泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率0.5%所對(duì)應(yīng)的現(xiàn)今埋藏深度為2 600 m左右[6］，而據(jù)鉆井測(cè)溫資料確定的泌陽凹陷現(xiàn)今地溫梯度一般在36～54℃/km[7］。顯然，泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率分析結(jié)果不能真實(shí)地反映其成熟度特征。為此，本文采用能有效解決鏡質(zhì)體反射率抑制問題的方法——FAMM(fluorescence alteration of multiple macerals)技術(shù)[8－11］來重新厘定泌陽凹陷有效烴源巖的成熟度，為合理評(píng)價(jià)泌陽凹陷石油資源潛力等奠定基礎(chǔ)。

1 樣品與分析方法

19件研究樣品取自泌陽凹陷15口鉆井鉆遇的核桃園組烴源巖巖心，其中17件樣品歸屬于核三段，2件樣品歸屬于核二段，取樣深度最淺者為974.31 m，最深為3 372.00 m，各取樣井的分布位置如圖1所示。為了揭示不同類型烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)的抑制程度，對(duì)進(jìn)行FAMM分析的樣品也進(jìn)行有機(jī)質(zhì)類型與鏡質(zhì)體反射率分析，其中11件烴源巖樣品的有機(jī)質(zhì)類型屬Ⅱ1型，3件屬Ⅱ2型，5件屬Ⅰ型(表1)。

樣品的FAMM和鏡質(zhì)體反射率分析均在中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)研究中心完成。進(jìn)行FAMM分析的樣品先碎至略小于1 mm的顆粒，然后用環(huán)氧樹脂膠結(jié)，并以鏡質(zhì)體反射率測(cè)定的要求進(jìn)行拋光，拋光后的樣品盡快進(jìn)行FAMM分析，否則置于真空密閉干燥器中保存，以避免有機(jī)質(zhì)顆粒發(fā)生氧化。利用Renishaw激光拉曼光譜儀進(jìn)行FAMM分析的條件為:利用氬離子激光器激發(fā)的488 nm藍(lán)色激光對(duì)顯微組分顆粒(尤其是鏡質(zhì)體)進(jìn)行612～638 nm波長(zhǎng)段間斷定態(tài)光譜掃描，掃描次數(shù)為140次、曝光時(shí)間1.0 s/次，激光功率設(shè)置在30%，間隔時(shí)間 0.5 s，樣品表面激光功率為(75±5)μW。每個(gè)測(cè)點(diǎn)掃描結(jié)束后，提取625 nm的檢測(cè)波長(zhǎng)下測(cè)定鏡質(zhì)體隨激光束輻射時(shí)間而變化的熒光強(qiáng)度變化曲線，再根據(jù)熒光強(qiáng)度變化曲線，提取初始熒光強(qiáng)度、400 s時(shí)的熒光強(qiáng)度，并計(jì)算熒光變化比[11］。把所測(cè)鏡質(zhì)體的FAMM分析結(jié)果落到圖2，就可以確定烴源巖等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR)和獲知鏡質(zhì)體反射率值的抑制程度，結(jié)果見表1。為了對(duì)比分析，對(duì)FAMM分析的樣品也進(jìn)行了鏡質(zhì)體反射率分析，結(jié)果也列于表1。

2 成熟度厘定結(jié)果及其意義

2.1 成熟度厘定結(jié)果

圖1 南襄盆地泌陽凹陷取樣井分布位置Fig.1 Location of sampling wells in Biyang Sag，Nanxiang Basin

表1 泌陽凹陷烴源巖樣品基本特征與鏡質(zhì)體反射率、等效鏡質(zhì)體反射率結(jié)果Table 1 Basic characteristics of studied source rocks in Biyang sag and mature results of Roand EqVR

圖2 顯示正常鏡質(zhì)體標(biāo)定曲線和抑制校正等值線的熒光變化圖解[9］Fig.2 Fluorescence alteration diagram showing normal vitrinite reflectance calibrated curve and corrected equivalent lines for suppression

由表1可見，泌陽凹陷19件核桃園組烴源巖樣品的實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率(Ro)值處于0.38%～1.05%之間，其中僅6件樣品的 Ro＞0.50%，鏡質(zhì)體反射率0.50%所對(duì)應(yīng)的現(xiàn)今埋藏深度為2 500 m左右(圖3)，與前人的鏡質(zhì)體反射率分析結(jié)果[6］相一致，說明研究樣品實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率值是可靠的。而根據(jù)FAMM技術(shù)厘定的19件烴源巖樣品的成熟度——等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR))值介于0.58% ～1.29%之間，表明這些樣品的成熟度均已處于生油窗內(nèi)，現(xiàn)今2 500 m深度段烴源巖的真實(shí)成熟度——等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR)約為0.80%(圖3);另外，F(xiàn)AMM分析獲得的各樣品鏡質(zhì)體反射率抑制校正值介于0.08% ～0.39%，平均為0.24%，反映了泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率抑制程度顯著。烴源巖有機(jī)質(zhì)類型越好，鏡質(zhì)體反射率的抑制程度越大，其中Ⅰ型烴源巖的抑制校正值一般大于0.30%，Ⅱ1型在0.17% ～0.29%之間，Ⅱ2型小于0.15%，這種特征與東營凹陷有效烴源巖的鏡質(zhì)體反射率抑制程度[3－4］相似。同時(shí)，各樣品等效鏡質(zhì)體反射率(EqVR)值與鏡質(zhì)體反射率校正值(Ro校)之差的絕對(duì)值均小于等于0.05%(表1)，說明利用FAMM技術(shù)厘定的成熟度值和根據(jù)FAMM分析獲得的鏡質(zhì)體反射率校正值(Ro校)是可信而正確的。

結(jié)合圖1和表2可見，泌陽凹陷北部斜坡帶南部，現(xiàn)今埋藏深度在1 000 m左右的核桃園組烴源巖，其真實(shí)成熟度應(yīng)為0.60%左右，現(xiàn)今埋藏深度在2 000 m左右的核桃園組烴源巖，其真實(shí)成熟度應(yīng)為0.76%左右，而不是實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率(Ro)所反映的那樣均小于0.50%。在泌陽凹陷中部凹陷帶南部安棚一帶，現(xiàn)今埋藏深度在1 500 m和2 000 m左右的核桃園組烴源巖，其真實(shí)成熟度分別約為0.70%和0.75%左右;而在中部凹陷帶的中部，埋藏深度在2 500 m和3 200 m左右的核桃園組烴源巖，其真實(shí)成熟度在0.70% ～0.80%及1.00%。在泌陽凹陷南部陡坡帶，現(xiàn)今埋藏深度在1 700，2 500，3 000 m左右的核桃園組烴源巖，其真實(shí)成熟度分別在0.60%，0.80%左右及1.00%以上。泌陽凹陷不同部位相同埋藏深度的烴源巖，其成熟度不盡相同。這應(yīng)主要與不同部位廖莊組沉積后至上寺組沉積前受區(qū)域抬升而遭受的剝蝕量不同有關(guān)，同時(shí)也應(yīng)與不同部位的古地溫梯度存在差異有一定關(guān)系。

圖3 南襄盆地泌陽凹陷核桃園組烴源巖Ro和EqVR對(duì)比及與現(xiàn)今埋深的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.3 Comparative diagram of Ro(a)，EqVR(b)vs.present burial depth of source rocks of Hetaoyuan Formation in Biyang Sag，Nanxiang Basin

2.2 石油地質(zhì)意義

2.2.1 古地溫梯度、成烴門限與古埋深推算

評(píng)價(jià)古地溫及古地溫梯度是含油氣盆地地質(zhì)研究的重要內(nèi)容。肖賢明等[12］以Arrhenius方法為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用Karweil方法，對(duì)不同古地溫梯度條件下有機(jī)質(zhì)熱成熟度作用進(jìn)行了模擬計(jì)算，并建立起了鏡質(zhì)體反射率梯度、古地溫梯度和鏡質(zhì)體反射率之間的相關(guān)圖版(圖4)，詳細(xì)見文獻(xiàn)[12］。

圖4 南襄盆地泌陽凹陷4口鉆井區(qū)核三段古地溫梯度圖解底圖據(jù)文獻(xiàn)[12］。Fig.4 Paleotemperature gradient diagram of Eh3 of 4 wells in Biyang Sag，Nanxiang Basin

根據(jù)文獻(xiàn)[12］所述的方法，利用泌143、泌215、泌296和泌334井2個(gè)深度段核三段烴源巖樣品的等效鏡質(zhì)體反射率值對(duì)4口鉆井區(qū)的古地溫梯度進(jìn)行了恢復(fù)(表2，圖4)。泌334井、泌215井、泌143井和泌296井核桃園組古地溫梯度分別約為 45，39.5，40，36 ℃ /km(圖4)?？梢?，泌陽凹陷不同部位的古地溫梯度差異較大，4口鉆井區(qū)平均古地溫梯度為40℃/km。泌陽凹陷的古地溫梯度與現(xiàn)今地溫梯度基本相近，這符合中新生代年輕凹陷的地溫特征。

同時(shí)，據(jù) Suggate[13］的研究結(jié)果，烴源巖埋藏深度、鏡質(zhì)體反射率與古地溫梯度之間的關(guān)系如圖5所示。那么，據(jù)泌陽凹陷4口鉆井核桃園組烴源巖古地溫梯度為36～45℃/km推斷，泌陽凹陷的成烴門限深度介于1 800～1 400 m。

另外，由于烴源巖有機(jī)質(zhì)的成熟度是不可逆的，其代表了烴源巖所遭受的最高古地溫，也即代表了烴源巖經(jīng)歷的最大古埋藏深度(在無異常熱流體和巖漿活動(dòng)或構(gòu)造作用影響下)。因此，根據(jù)圖5，結(jié)合泌334、泌296、泌143和泌215井核桃園組的古地溫梯度和成熟度，對(duì)4口井取心段所經(jīng)歷的古埋藏深度進(jìn)行了推斷，結(jié)果如表2所示。

2.2.2 對(duì)資源潛力評(píng)價(jià)的意義

一個(gè)凹陷油(氣)資源潛力的大小主要與烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)豐度、分布規(guī)模以及成熟度密切相關(guān)[14］。當(dāng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型和豐度明確的情況下，烴源巖成熟度評(píng)價(jià)正確與否，除直接影響產(chǎn)烴能力和產(chǎn)烴類型外，還影響到進(jìn)入生烴門限的烴源巖規(guī)模，從而影響凹陷油(氣)資源潛力的評(píng)價(jià)結(jié)果。前面的研究結(jié)果表明，泌陽凹陷的實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率值抑制程度顯著，19件研究樣品的抑制校正值平均為0.24%，烴源巖成烴門限深度不是現(xiàn)今鏡質(zhì)體反射率所反映的2 500 m，而是古埋深1 800～1 400 m左右，這意味著以前主要根據(jù)烴源巖鏡質(zhì)體反射率確定的未成熟烴源巖，實(shí)際上均已進(jìn)入生油窗內(nèi)，如凹陷內(nèi)核二段烴源巖和核三上部分烴源巖。所以，原來以鏡質(zhì)體反射率為基礎(chǔ)確定的泌陽凹陷有效烴源巖的規(guī)模將顯著偏低，結(jié)果必然導(dǎo)致原來的油(氣)資源潛力評(píng)價(jià)結(jié)果也偏低。本研究厘定的核桃園組烴源巖成熟度成果，為合理評(píng)價(jià)泌陽凹陷石油資源潛力奠定了基礎(chǔ)。

表2 南襄盆地泌陽凹陷4口鉆井古地溫梯度與古埋深Table 2 Paleotemperature gradient and paleo-burial depth of 4 wells in Biyang Sag，Nanxiang Basin

圖5 埋深、鏡質(zhì)體反射率及地溫梯度之間的關(guān)系[13］Fig.5 Relationship among burial depth，vitrinite reflectance and paleotemperature gradient

3 結(jié)論

1)泌陽凹陷核桃園組烴源巖鏡質(zhì)體反射率抑制程度顯著，抑制校正值介于0.08% ～0.39%，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型越好，鏡質(zhì)體反射率抑制程度越高。

2)泌陽凹陷19件烴源巖樣品的成熟度均已處于生油窗內(nèi)(等效鏡質(zhì)體反射率值介于0.58%～1.29%)，而非鏡質(zhì)體反射率結(jié)果所反映的處于0.38% ～1.05%。

3)泌334井、泌215井、泌143井和泌296井核桃園組古地溫梯度分別約為 45，39.5，40，36℃/km，成烴門限深度為1 800～1 400 m，而非鏡質(zhì)體反射率結(jié)果揭示的2 500 m。

4)本研究厘定的核桃園組烴源巖成熟度成果，為合理評(píng)價(jià)泌陽凹陷石油資源潛力奠定了基礎(chǔ)。

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