松遼盆地青一段常規(guī)與非常規(guī)油氣資源評價*

李 微 龐雄奇 趙正福 徐 源 張 坤

(1. 中國石油大學(xué)(北京)盆地與油藏研究中心 北京 102249； 2. 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室 北京 102249)

松遼盆地是晚中生代以來發(fā)育的大型陸內(nèi)裂陷盆地，是我國最主要的含油氣盆地之一[1-3]。 據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局最新調(diào)查結(jié)果顯示，松遼盆地累計探明石油地質(zhì)儲量77.84×108t，天然氣地質(zhì)儲量7 289×108m3，油氣資源十分豐富[4]。

隨著油氣成藏理論的豐富及油氣勘探技術(shù)的發(fā)展，松遼盆地不斷發(fā)現(xiàn)新的油氣資源類型[5-6]，勘探潛力巨大。尤其是盆地內(nèi)沉積于裂谷后熱沉降階段的白堊系青山口組和嫩江組湖相沉積地層中蘊藏著致密油氣、頁巖油氣等多種類型的非常規(guī)油氣資源[7-8]。鄒才能 等[9]認為與白堊系相關(guān)的致密油主要分布在深坳區(qū)扶揚油層和薩葡高油層內(nèi)，已探明致密油面積1.3×104km2，控制儲量(19.0～21.3)×108t；前人利用統(tǒng)計類比法評價嫩江組油頁巖潛在資源量為3 591.3×108t[10]，遠遠超過前期評價的常規(guī)與非常規(guī)油氣遠景資源量[8,11-13]。自第三輪全國資源評價以來[13]，松遼盆地勘探又獲得許多新的成果，相關(guān)地質(zhì)認識也在不斷提高，隨著勘探開發(fā)精度的提高，原有的油氣資源評價結(jié)果已經(jīng)不再適用當(dāng)前的勘探開發(fā)實際，且以往有關(guān)資源量的評 價研究多是針對單一的常規(guī)或非常規(guī)油氣資源進行的，對同一源巖內(nèi)不同類型的資源進行比較的研究較少，更缺乏常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣資源的系統(tǒng)評價及對比研究。

計算烴源巖的源外排烴量和源內(nèi)殘留烴量是油氣資源評價中不可缺少的工作?；诖?，本次研究選定常規(guī)和非常規(guī)油氣烴量作為評價2種油氣資源的指標(biāo)，在松遼盆地白堊系青一段源巖層地質(zhì)地球化學(xué)特征及生排烴史研究基礎(chǔ)上，采用排烴門限理論倡導(dǎo)的生烴潛力法[14]，對研究區(qū)內(nèi)的常規(guī)和非常規(guī)油氣烴量進行計算，并對其資源潛力進行系統(tǒng)評價，比較不同類別資源潛力的相對大小，以期為盆地勘探指明方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼盆地位于中國東北地區(qū)中部，西接嫩江-白城斷裂和大興安嶺，東臨依蘭-伊通斷裂，南至赤峰-開源斷裂與陰山-燕山造山帶，北至遜克-鐵力斷裂和小興安嶺，面積約26×104km2[15]。松遼盆地可劃分為6個二級構(gòu)造單元：中央坳陷區(qū)、西南隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、東北隆起區(qū)、西部斜坡區(qū)和北部傾沒區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要集中在中央坳陷區(qū)(圖1a)。盆地內(nèi)發(fā)育了中生界侏羅系與白堊系(圖1b)，其中白堊系為油氣分布主要層位，發(fā)育3套烴源巖層(中淺層青山口組、嫩江組及深層沙河子組)、6套主要儲層及3套區(qū)域性蓋層，具有良好的生儲蓋組合關(guān)系[16]。青山口組在垂向上可分為3段，自下而上分別為青一段、青二段和青三段，其中青一段沉積時期經(jīng)歷過一次大規(guī)模的湖侵，湖泊最大面積達8.7×104km2，是松遼盆地最主要的烴源巖層。

2 烴源巖基本特征

青一段為松遼盆地最主要的烴源巖層，分布面積在8×104km2以上，巖性主要為黑色泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖、油頁巖、泥質(zhì)粉砂巖，中央坳陷區(qū)幾乎全部為暗色泥巖；厚度主要分布在60～80 m范圍內(nèi)，中央坳陷區(qū)厚度最大達80 m，隨著距坳陷區(qū)距離的增大，厚度逐漸減小(圖2a)。青一段有機質(zhì)以I型和II1型為主，TOC值在研究區(qū)內(nèi)波動范圍較大，主要分布在1%～4%范圍內(nèi)，盆地中心地區(qū)TOC值較大，約為4%，盆地邊緣地區(qū)TOC值較小，最外圍地區(qū)TOC值小于1%(圖2b)。青一段有機質(zhì)成熟度Ro值因地而異，分布范圍在0.4%～2.2%，中央坳陷區(qū)Ro值最高；研究區(qū)內(nèi)青一段的Ro主要分布在0.8%～1.4%，有機質(zhì)主要處于成熟階段，以生油為主，少部分處于高成熟階段，以生氣為輔(圖2c)。

3 資源評價原理及計算方法

現(xiàn)有研究對烴源巖排烴特征及其資源評價的方法較多[14,17-22]，主要有以熱模擬實驗為基礎(chǔ)的模擬實驗法、以化學(xué)反應(yīng)過程為基礎(chǔ)的化學(xué)動力學(xué)法、以物質(zhì)平衡和排烴門限理論為基礎(chǔ)的生烴潛力法。其中，基于排烴門限理論的生烴潛力法是進行資源評價的主要方法，該方法是在大量熱解資料的基礎(chǔ)上進行的，方法簡單易行，所需要的資料容易獲取、可靠性高[23-25]，因此選取其作為計算源外排烴量和源內(nèi)殘留烴量的主要方法。

根據(jù)油氣藏和烴源巖的空間配置關(guān)系，盆地內(nèi)油氣資源可以分為源內(nèi)和源外資源。源內(nèi)資源是指在烴源巖內(nèi)形成的殘留在烴源巖內(nèi)的油氣資源，以在烴源巖內(nèi)自生自儲型的非常規(guī)油氣資源為主，包括頁巖油氣、煤層氣等[26]。源外資源是指生成之后排出烴源巖層，在烴源巖層之外成藏的油氣資源，包括常規(guī)和非常規(guī)致密源外油氣資源[9]。

根據(jù)龐雄奇 等[27]浮力成藏下限理論，含油氣盆地深層油氣分布規(guī)律受浮力成藏下限的控制，可以將浮力成藏下限作為劃分常規(guī)和源外非常規(guī)油氣資源的標(biāo)準(zhǔn)，位于浮力成藏下限之上的為常規(guī)油氣，位于浮力成藏下限之下的為非常規(guī)致密油氣。浮力成藏下限可根據(jù)儲集層的孔滲、埋深等進行標(biāo)定，一般與儲層孔隙度小于10%(或12%)，滲透率小于1 mD，孔喉半徑小于2 μm這一臨界條件相對應(yīng)。本次研究將應(yīng)用生烴潛力法計算青一段源外排烴量和源內(nèi)殘留烴量，并根據(jù)浮力成藏下限理論確定常規(guī)和非常規(guī)油氣資源。

3.1 生烴潛力法原理

生烴潛力法是以物質(zhì)平衡理論為基礎(chǔ)，基于排烴門限理論，采用綜合熱解參數(shù)生烴潛力指數(shù)(S1+S2)/TOC來表征烴源巖的生烴潛力(其中可溶烴S1代表樣品加熱溫度在300 ℃以下時揮發(fā)出來的烴；熱解烴S2代表干酪根在300～600 ℃時熱解生成的烴)，它代表了單位質(zhì)量有機質(zhì)的生烴潛力。在烴源巖熱解定量評價中，根據(jù)生烴潛力S1+S2在沉積剖面上的變化規(guī)律來研究烴源巖的排烴特征。生烴潛力包括以下3個部分：①尚未生成烴的干酪根或殘余有機質(zhì)；②已生成并殘留于烴源巖中的烴類；③已排出烴源巖的烴類。

烴源巖在沒有油氣排出時的生烴潛力指數(shù)為原始生烴潛力指數(shù)，在開始生成油氣時所對應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率Ro(或埋深條件)代表了烴源巖的油氣生成門限，而生烴門限是指烴源巖開始大量生烴的界限，其對應(yīng)巖石有機母質(zhì)鏡質(zhì)體反射率Ro達到或是超過0.5%[28]。隨著油氣的生成和排出，烴源巖生烴潛力指數(shù)將逐漸減小，此時的生烴潛力指數(shù)為剩余生烴潛力指數(shù)IHcp。烴源巖的生烴潛力指數(shù)在演化過程中開始減小時，表明有烴類開始排出，而生烴潛力指數(shù)開始減小時所對應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率Ro(或埋深條件)代表了烴源巖的排烴門限，此時的生烴潛力指數(shù)為烴源巖的最大生烴潛力指數(shù)IHco，烴源巖最大生烴潛力指數(shù)IHco與剩余生烴潛力指數(shù)IHcp的差值為排烴率qe，即烴源巖達到排烴門限后單位有機碳排出的烴量[29-30]，如圖3所示，Qp代表了烴源巖在地史過程中累積排出的烴量,通過計算殘留在烴源巖內(nèi)的烴量可以得到源內(nèi)殘留烴量Qr，通過計算排出烴源巖外的烴量可以得到源外排出烴量Qe，并根據(jù)由地層孔隙度確定的浮力成藏下限區(qū)分常規(guī)油氣和致密油氣烴量。

3.2 源外排烴量和源內(nèi)殘留烴量的計算

應(yīng)用生烴潛力法計算青一段烴源巖源外排烴量和源內(nèi)殘留烴量的具體方法如下：

1) 收集研究區(qū)烴源巖的熱解資料，建立烴源巖生烴潛力指數(shù)剖面(圖4a)，以此確定烴源巖的生烴門限和排烴門限。從圖4a可以看出，研究區(qū)青一段烴源巖生烴潛力具有先增大后減小的特征，呈現(xiàn)大肚子曲線的模式，Ro為0.5%時進入生烴門限。相關(guān)學(xué)者認為松遼盆地主力烴源巖的生烴門限為1 200 m[31]或1 400～1 700 m[32]，遠小于中國其他含油氣盆地。Ro為0.7%時達到生油高峰，此時最大生烴潛力指數(shù)在2 000 mg/g左右。

圖4 生烴潛力法計算松遼盆地?zé)N源巖源外排烴量及源內(nèi)殘留烴量

2) 根據(jù)烴源巖生烴潛力指數(shù)剖面的變化特征確定排烴門限，也就是最大原始生烴指數(shù)所對應(yīng)的Ro(Ro=0.7%)，然后依據(jù)式(1)[33]計算不同埋深下烴源巖的排烴率qe(Ro)(圖4b)。由于松遼盆地青山口組烴源巖的排烴門限淺，因此其排烴率較大，最大達1 525 mg/g。

3) 求出排烴率后，結(jié)合烴源巖厚度、有機碳含量(圖2a、b)以及研究區(qū)地層密度(取值2.3 t/m3)等數(shù)據(jù)，根據(jù)式(2)[33]就可以求出烴源巖的排烴強度EHC(圖4c)。從圖4c中可以看出，青一段烴源巖排烴強度在中央坳陷區(qū)最大，可達500×104t/km2，隨著距坳陷中心距離的增大，其排烴強度逐漸減小。

4) 在排烴強度計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(3)[33]對其進行面積(圖2c)積分求得排烴量Qe，最終經(jīng)過計算求得的青一段源外排烴總量為2 165×108t。

qe(Ro)=IHco-IHcp(Ro)

(1)

Hρ(Ro)TOCdRo

(2)

ρ(Ro)TOCdRodn

(3)

式(1)～(3)中：qe(Ro)為單位質(zhì)量有機碳的排烴率，mg/g；IHco為最大原始生烴潛力指數(shù)，mg/g；IHcp為任一演化階段下源巖的生烴潛力指數(shù)，mg/g；EHC為排烴強度，t/km2；Qe為排烴量，t；Ro為鏡質(zhì)體反射率，%；Ro0為排烴門限，%；ρ(Ro)為烴源巖密度，g/cm3；TOC為有機碳含量，%；H為烴源巖厚度，m；S(n)為烴源巖面積，m2。

烴源巖內(nèi)殘留烴的評價方法主要基于前人的實驗成果[14,33-35]和烴源巖殘留烴量資料的分析，進而實現(xiàn)對烴源巖殘留烴量計算。在實際生產(chǎn)中，常用熱解得到的殘留烴S1來表示上述殘留烴的總量[36]。本次研究應(yīng)用研究區(qū)目的層S1/TOC的變化來闡明殘留烴量變化特征及殘留烴量的計算，具體過程為：①收集研究區(qū)的S1熱解數(shù)據(jù)及對應(yīng)TOC數(shù)據(jù)，得到殘留烴S1曲線(圖4d)。從圖4d可以看到,隨著成熟度(埋深)的增大，S1/TOC也有由小變大再變小的“大肚子”變化規(guī)律。②進行S1值輕烴校正。由于在實測殘留烴量過程中有一部分輕烴散失，須根據(jù)輕烴補償校正公式(式4)進行校正[33,37]。③繪制出輕烴補償校正后的S1/TOC隨深度變化關(guān)系圖，擬合殘烴率曲線(圖4e)。在獲得殘烴率后，根據(jù)式(2)，將公式中的qe替換成校正后的殘烴率S1，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)烴源巖的厚度、密度等數(shù)據(jù)，就可以獲得青一段烴源巖的殘留烴強度(圖4f)。從圖4f中可以看出，中央坳陷區(qū)殘留烴強度最大，為240×104t/km2。然后根據(jù)源外計算排烴量的公式(式3)進行源內(nèi)殘留烴量的計算，也就是對研究區(qū)的排烴強度進行面積上的積分，最終經(jīng)過計算求得的青一段源內(nèi)殘留烴總量為1 102×108t。

(4)

(5)

式(4)、(5)中：Qr+為烴源巖中實際殘留的包括C5+在內(nèi)的液態(tài)烴量；Qr為烴源巖中實測的殘留烴量，一般指C15+的液態(tài)烴量；Bk為烴源巖中C5—14組分占殘留的液態(tài)烴總量的C5+的百分?jǐn)?shù)；Ro為烴源巖中有機質(zhì)的鏡質(zhì)體反射率。

4 資源潛力評價

本次研究應(yīng)用生烴潛力法計算出松遼盆地白堊系青一段烴源巖的源外排烴量為2 165×108t，源內(nèi)殘留烴量為1 102×108t。為對不同類型的油氣資源進行評價，本次研究將源外排烴量按照浮力成藏下限理論進行區(qū)分(圖5)，根據(jù)研究區(qū)目的層孔隙度為10%確定出松遼盆地的浮力成藏下限為Ro=1%，并以此為界限區(qū)分常規(guī)油氣和致密油氣資源(圖6a)。經(jīng)計算得到位于浮力成藏下限之上的源外常規(guī)油氣排烴量為618×108t，位于浮力成藏下限之下的源外非常規(guī)致密油氣排烴量為1 547×108t，而源內(nèi)殘留烴量為1 102×108t(圖6b)。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，松遼盆地內(nèi)的常規(guī)與非常規(guī)油氣烴量分別為618×108t和2 649×108t，兩者比例約為1∶5,可見非常規(guī)油氣資源更為豐富。

圖5 松遼盆地青山口組烴源巖層及常規(guī)、致密、頁巖油氣藏剖面分布(剖面位置見圖 1)

5 結(jié)論

1) 白堊系青一段是松遼盆地最主要的烴源巖層，其有效厚度分布范圍為60～80 m，有機質(zhì)以I型和II1型為主，有機質(zhì)豐度較高，Ro主要集中分布在0.8%～1.4%。

2) 利用生烴潛力法計算盆地的源外排烴量和源內(nèi)殘留烴量時需要分析烴源巖的排烴特征。松遼盆地白堊系青一段主力烴源巖排烴門限為0.7%，最大生烴潛力指數(shù)為2 000 mg/g，最大排烴率為1 525 mg/g。經(jīng)計算確定松遼盆地青一段烴源巖的源外排烴量為2 165×108t，源內(nèi)殘留烴量為1 102×108t。

3) 松遼盆地的浮力成藏下限為Ro=1%，據(jù)此最終確定盆地白堊系源外常規(guī)油氣排烴量為618×108t，源外非常規(guī)致密油氣排烴量為1 547×108t，源內(nèi)非常規(guī)殘留烴量為1 102×108t，常規(guī)與非常規(guī)油氣烴量分別為618×108t和2 649×108t，兩者比例約為1∶5,可見非常規(guī)油氣資源更為豐富。