酒泉盆地營(yíng)爾凹陷有效烴源巖的確認(rèn)及其展布特征

高 崗，王銀會(huì)，柳廣弟，陳建軍，周一博，周在華，楊智明

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.恒泰艾普石油天然氣技術(shù)服務(wù)股份有限公司，北京 100084； 3.中國(guó)石油玉門油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 酒泉 735019)

酒泉盆地營(yíng)爾凹陷有效烴源巖的確認(rèn)及其展布特征

高 崗1，王銀會(huì)2，柳廣弟1，陳建軍3，周一博1，周在華3，楊智明3

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.恒泰艾普石油天然氣技術(shù)服務(wù)股份有限公司，北京 100084； 3.中國(guó)石油玉門油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 酒泉 735019)

基于烴源巖生排烴基本原理，利用TOC含量與熱解S1，氯仿瀝青“A”含量的關(guān)系確定了營(yíng)爾凹陷下白堊統(tǒng)主要層段有效烴源巖的有機(jī)碳含量下限值，其中下溝組有效烴源巖的TOC含量下限值為0.8%，赤金堡組為0.6%。與單井的測(cè)井TOC含量預(yù)測(cè)成果相結(jié)合,識(shí)別并統(tǒng)計(jì)了單井有效烴源巖厚度，最終綜合層序地層學(xué)和沉積相研究成果確定了主要層段有效烴源巖的展布特征。各層段的有效烴源巖均比較發(fā)育，其中以赤金堡組厚度最大，其次為下溝組上段。下溝組下段厚度總體偏低，但北部次凹有效源巖厚度最大亦可達(dá)250 m，南部次凹最大為200 m。

有機(jī)碳含量下限值；有效烴源巖；下白堊統(tǒng)；營(yíng)爾凹陷；酒泉盆地

營(yíng)爾凹陷所在的酒東坳陷位于酒泉盆地內(nèi)部東南側(cè)，面積超過(guò)5 000 km2[1-2]。營(yíng)爾凹陷位于酒東坳陷的中南部，呈北東向展布，面積1 920 km2(圖1)，是酒泉盆地中主要的沉積凹陷，也是酒泉盆地除青西凹陷外主要的油氣發(fā)現(xiàn)區(qū)及產(chǎn)油氣區(qū)[3-5]。營(yíng)爾凹陷經(jīng)歷了早白堊世拉張斷陷、晚白堊世—古新世擠壓隆升和始新世—第四紀(jì)擠壓前陸3個(gè)構(gòu)造演化階段[6-7]。凹陷總體呈一東斷西超的箕狀斷陷(圖1)，以黑梁斷層為界，東部自南向北依次發(fā)育南部次凹、長(zhǎng)沙嶺構(gòu)造、北部次凹和營(yíng)北斷階帶4個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶；以西為西部緩坡帶[2,4]。凹陷斷裂特征明顯，主要發(fā)育北東向和北北東向正斷層(圖1)。沉積巖最大厚度超過(guò)8 000 m，地層由下至上依次為下白堊統(tǒng)赤金堡組(K1c)、下溝組(由下至上分為K1g1、K1g2、K1g3)、中溝組(K1z)、上白堊統(tǒng)、古近系、新近系和第四系，主要為河湖沉積體系[7]。其中暗色泥巖主要發(fā)育于下溝組和赤金堡組，已發(fā)現(xiàn)了與之有關(guān)的油氣，但暗色泥巖不都是有效的，有效烴源巖的分布與下一步的油氣勘探關(guān)系密切[8-9]。本文將主要從烴源巖生排烴基本原理入手，利用有機(jī)碳含量與已生烴量的關(guān)系進(jìn)行有效烴源巖的研究。

圖1 酒泉盆地營(yíng)爾凹陷區(qū)域地質(zhì)概況Fig.1 Regional geological map of Yinger Sag, Jiuquan Basin

1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定的基本原理

有效烴源巖是指能夠生成并且聚集形成工業(yè)性油氣藏的烴源巖[10-12]。通過(guò)已發(fā)現(xiàn)油氣藏的油源對(duì)比已經(jīng)確認(rèn)了下溝組、赤金堡組烴源巖對(duì)已有的油氣藏均有貢獻(xiàn)，明確了其有效性，但這只是定性確認(rèn)。下溝組與赤金堡組發(fā)育多層暗色泥巖，但這些泥巖的單層厚度、地質(zhì)分布、有機(jī)地化特征等均有一定差異，不可能全都為有效烴源巖。但到底什么樣的暗色泥巖能夠作為有效烴源巖，單從地質(zhì)特征上難以確認(rèn)，已有的有關(guān)有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)普遍都缺乏理論依據(jù)[13-15]。為了明確有效烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限，必須充分考慮烴源巖的生排烴機(jī)理，從有機(jī)地化特征入手進(jìn)行分析。

一般情況下，烴源巖的有機(jī)質(zhì)主要由固態(tài)干酪根和可溶有機(jī)質(zhì)組成，烴源巖中殘留的可溶有機(jī)質(zhì)即是烴源巖已經(jīng)生成的烴。如果未發(fā)生過(guò)排烴，則烴源巖中的殘留可溶有機(jī)質(zhì)即為其生成的烴，相當(dāng)于烴源巖的已生烴量。但如果烴源巖發(fā)生過(guò)排烴，則其中的殘留可溶有機(jī)質(zhì)即為排烴后殘留的烴，已生成的烴量由殘留烴量和排出的烴量2部分組成[16]。一般所測(cè)試烴源巖中的可溶有機(jī)質(zhì)主要是殘留烴?？梢?jiàn)，對(duì)于同一套烴源巖來(lái)說(shuō)，如果烴源巖有機(jī)質(zhì)類型、成熟度接近，并且未發(fā)生過(guò)排烴，則有機(jī)碳含量與已生烴量之間應(yīng)該具有較好的線性相關(guān)關(guān)系(圖2)。

圖2 有效烴源巖排烴有機(jī)碳含量下限判別模式Fig.2 Identification model of lowest limit of TOC content of effective source rock

烴源巖生成的烴要排出烴源巖的基本條件應(yīng)該是必須滿足飽和吸附量[17-18]。對(duì)于同一套各種特征接近的烴源巖來(lái)說(shuō)，飽和吸附烴量的變化應(yīng)該在一個(gè)小范圍內(nèi)。而一定烴源巖的已生烴量與有機(jī)碳含量具有正相關(guān)關(guān)系，隨有機(jī)碳含量增加，已生烴量也增加，但有機(jī)碳含量增加到一定值后，對(duì)應(yīng)的已生烴量將滿足飽和吸附，多余的烴將排出烴源巖，這樣在有機(jī)碳含量與已生烴量關(guān)系圖(圖2)中，殘留烴量的變化線將偏離正常的相關(guān)趨勢(shì)線，隨有機(jī)碳含量增加，高于飽和吸附的烴量會(huì)不斷增加，導(dǎo)致殘留烴量不斷偏離正常趨勢(shì)線，殘留烴含量變化拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳含量即相當(dāng)于有效烴源巖的有機(jī)碳含量下限值(圖2)。

2 有效烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

實(shí)際上烴源巖目前所測(cè)定的均為殘留烴量[19]。在各種有機(jī)地化分析方法中，熱解(Rock-Eval)S1一般代表烴源巖中已經(jīng)生成的殘留烴量，在未發(fā)生排烴的烴源巖中，S1可以近似代表已生烴量；通過(guò)氯仿抽提得到的氯仿瀝青“A”含量是直接代表烴源巖中殘留烴的參數(shù)，在未發(fā)生排烴時(shí)也可以代表已生烴量。

基于上述分析，研究區(qū)泥巖有機(jī)碳含量與熱解S1、氯仿瀝青“A”含量的關(guān)系顯示，二者具有大體的正相關(guān)關(guān)系(圖3)。但隨有機(jī)碳含量增大，熱解S1與氯仿瀝青“A”含量也增大；當(dāng)有機(jī)碳含量增加到一定值后，大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離了相關(guān)趨勢(shì)，偏離的部分即相當(dāng)于排出的烴。有機(jī)碳含量與S1/w(TOC)、氯仿瀝青“A”/w(TOC)的關(guān)系更清楚地展示了這種特征。S1/w(TOC)與氯仿瀝青“A”/w(TOC)表示單位有機(jī)碳量對(duì)應(yīng)的生烴量，是相對(duì)值，在相同情況下，其值越高，表示排烴越少。隨著有機(jī)碳含量增加，S1/w(TOC)與氯仿瀝青“A”/w(TOC)先增后降，降低部分就預(yù)示了烴源巖中排出烴類了。隨著有機(jī)碳含量增加，S1/w(TOC)與氯仿瀝青“A”/w(TOC)由增加而開(kāi)始降低時(shí)對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳含量值，即大體相當(dāng)于排烴泥質(zhì)烴源巖的有機(jī)碳含量下限值。據(jù)此確定的營(yíng)爾凹陷下溝組泥巖有機(jī)碳含量下限值為0.8%左右(圖3)。當(dāng)有機(jī)碳含量超過(guò)該值后，烴源巖生成的烴才能排出，低于該值雖然可能有烴排出，但難以形成油氣藏，不是有效烴源巖。同理，赤金堡組泥巖的有機(jī)碳含量下限值為0.6%(圖4)。

圖3 酒泉盆地營(yíng)爾凹陷下溝組泥巖TOC含量與熱解S1、氯仿瀝青“A”的關(guān)系Fig.3 TOC content vs. pyrolysis S1 and chloroform bitumen “A” content of mudstones from K1g, Yinger Sag, Jiuquan Basin

圖4 酒泉盆地營(yíng)爾凹陷赤金堡組泥巖TOC含量與熱解S1、氯仿瀝青“A”的關(guān)系Fig.4 TOC content vs. pyrolysis S1 and chloroform bitumen “A” content of mudstones from K1c, Yinger Sag, Jiuquan Basin

3 有效烴源巖厚度的確定

營(yíng)爾凹陷已鉆各類探井幾十口，同時(shí)還進(jìn)行了層序地層學(xué)和沉積相研究，不同鉆井對(duì)不同的沉積相都有所鉆遇。主要通過(guò)單井統(tǒng)計(jì)不同層位、不同沉積相、TOC含量大于其下限值的暗色泥巖厚度及其在不同沉積相中的暗色泥地比，并與地層厚度和沉積相結(jié)合，確定達(dá)到下限值要求的有效烴源巖厚度展布。在進(jìn)行具體確定時(shí)，實(shí)測(cè)的巖石TOC含量數(shù)據(jù)往往有限，分布離散，難以進(jìn)行實(shí)際單井的有效烴源巖厚度界定。所以，選擇應(yīng)用效果較好的聲波時(shí)差與電阻率測(cè)井資料相結(jié)合的ΔlogR法[20]對(duì)不同單井的泥巖TOC含量進(jìn)行了預(yù)測(cè)(圖5)，這樣就保證了TOC含量在垂向上較好的連續(xù)性。依據(jù)上述方法就可以統(tǒng)計(jì)不同鉆井、不同層位及不同沉積相的有效烴源巖厚度。

下溝組上段有效源巖在剖面上自西向東有效烴源巖單層厚度和累計(jì)厚度增大，連續(xù)性變好；在平面上有南、北2個(gè)沉積中心，北部次凹有效源巖厚度最大可達(dá)350 m，南部次凹最大為300 m(圖6a)。下溝組下段有效源巖在剖面上單層厚度不大，整體為砂泥巖互層，單層厚度分布在5～50 m；在平面上也有南北2個(gè)沉積中心，北部次凹有效源巖厚度最大可達(dá)250 m，南部次凹最大為200 m(圖6b)。赤金堡組由于埋深大，鉆穿的井少，但從鉆遇的井段來(lái)看，有效烴源巖厚度較大，有效源巖連續(xù)性較好；平面上，北部次凹有效源巖厚度最大可達(dá)500 m，南部次凹最大為450 m。

圖5 酒泉盆地酒參1井測(cè)井預(yù)測(cè)全井段TOC含量結(jié)果Fig.5 TOC content predicted by logging, well Jiucan 1, Jiuquan Basin

圖6 酒泉盆地營(yíng)爾凹陷K1g3與K1g1有效烴源巖等厚圖Fig.6 Isopach map of K1g3 and K1g1 effective source rocks in Yinger Sag, Jiuquan Basin

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過(guò)有機(jī)碳含量與熱解S1、氯仿瀝青“A”含量關(guān)系確定有機(jī)碳含量下限值的方法充分考慮了烴源巖的生烴和排烴基本原理，是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法。營(yíng)爾凹陷下白堊統(tǒng)有效烴源巖主要分布在下溝組與赤金堡組，利用該方法確定的下溝組和赤金堡組有效烴源巖有機(jī)碳含量下限值分別為0.8%和0.6%。與測(cè)井TOC含量預(yù)測(cè)方法結(jié)合很好地實(shí)現(xiàn)了單井有效烴源巖的識(shí)別和厚度統(tǒng)計(jì)。與層序地層和沉積相研究成果相結(jié)合確定的有效烴源巖展布特征，基本反映了凹陷中有效烴源巖供烴區(qū)的分布特征。

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(編輯黃 娟)

ConfirmationanddistributionfeaturesofeffectivesourcerocksinYingerSag,JiuquanBasin

Gao Gang1, Wang Yinhui2, Liu Guangdi1, Chen Jianjun3, Zhou Yibo1, Zhou Zaihua3, Yang Zhiming3

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China;2.LandOceanEnergyServicesCo,Ltd,Beijing100084,China;3.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,YumenOilfieldCompany,CNPC,Jiuquan,Gansu735019,China)

Based on the basic theory of hydrocarbon generation and expulsion of source rock, TOC content, pyrolysis parameterS1and chloroform bitumen “A” content have been correlated to confirm the lowest limit of TOC content of effective source rocks from the Lower Cretaceous in the Yinger Sag. The lowest limit of TOC content of effective source rocks from the Xiagou Formation is 0.8%, while that from the Chijinbu Formation is 0.6%. Combining with the prediction from TOC content by single well logging, the thickness of effective source rock in single well has been calculated. The distribution of effective source rock in main layers has been confirmed combining the studies of sequence stratigraphy and sedimentology. Effective source rocks are well-developed in each layer, among which those in the Chijinbu Formation have the biggest thickness, and the Upper Xiagou Formation the second. In the Lower Xiagou Formation, effective source rocks are thin; however, they may increase to 250 m thick in the northern subsag, and 200 m thick in the southern subsag.

lowest limit of TOC content; effective source rock; lower Cretaceous; Yinger Sag; Jiuquan Basin

1001-6112(2013)04-0414-05

10.11781/sysydz201304414

TE122.1+1

A

2012-01-22；

2013-05-20。

高崗(1966—)，男，博士，副教授，從事油氣勘探與開(kāi)發(fā)的科研與教學(xué)工作。E-mail: gaogang2819@sina.com。

中石油玉門油田分公司科技項(xiàng)目“酒泉盆地東部油氣富集規(guī)律與有利勘探方向”(Y2010JF8-04)資助。