歧口凹陷沙一段低熟烴源巖評(píng)價(jià)

董越崎，劉慶新，李洪香，劉子藏，劉學(xué)超，李 寧

（1.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.中國石油 大港油田勘探開發(fā)研究院，天津300280；3.東方地球物理公司 大港物探處，天津300280；4.安東石油技術(shù)有限公司，北京100102）

歧口凹陷位于黃驊拗陷中部，是黃驊拗陷最大的富油氣凹陷之一［1］，自“十一五”期間提出歧口凹陷“增儲(chǔ)十億噸，建設(shè)大油田”的目標(biāo)以來，大港油田在歧口凹陷取得了可喜的成果，尤其是其西南緣地區(qū)沙一段陸續(xù)發(fā)現(xiàn)低熟高豐度頁巖及一些低熟油分布，逐步認(rèn)識(shí)到低熟油在黃驊拗陷具有一定的潛力。為了進(jìn)一步落實(shí)低熟烴源巖的資源潛力，筆者通過地球化學(xué)、元素化學(xué)及有機(jī)巖石學(xué)相結(jié)合對(duì)沙一段低熟烴源巖進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［2－5］，著重剖析歧口凹陷低熟烴源巖的生烴、排烴特征，旨在為歧口凹陷低熟油資源評(píng)價(jià)與勘探部署提供科學(xué)依據(jù)。

1 低熟烴源巖分布特征

一般來說，頁巖在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為“三高一低”的特征，即相對(duì)高電阻率、高自然伽馬、高聲波時(shí)差異常和低密度異常。因此，在研究歧口凹陷的頁巖分布特征時(shí)，主要采用測(cè)井錄井相結(jié)合的辦法，用測(cè)井資料［6］校正錄井進(jìn)而研究歧口凹陷油頁巖的分布特征。

通過錄井測(cè)井相結(jié)合，分井統(tǒng)計(jì)出歧口凹陷沙一段頁巖的厚度。頁巖分布面積可達(dá)3 027 km2，厚度一般為15～40m，埋深一般在2 000～4 250m。頁巖鏡質(zhì)體反射率為0.34%～0.79%（樣品最大埋深3 899m），有機(jī)質(zhì)類型（圖1）以Ⅰ－Ⅱ1型為主，有機(jī)質(zhì)豐度高（表1），有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wTOC）為2.43%～5.93%，氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wA）為 0.4172%～0.8606%，總烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w總烴）為1.19‰～5.09‰。總之，該地區(qū)油頁巖具有有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高的特點(diǎn)。

沙一段低熟泥巖也具有分布范圍廣的特點(diǎn)，其中沙一上段分布面積可達(dá)2 077km2，厚度一般在25～200m；沙一中段分布面積可達(dá)1 536.6 km2，厚度一般在30～4 000m；沙一下段分布面積為1 286km2，厚度在25～500m。泥巖鏡質(zhì)體反射率為0.3%～0.52%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，Ⅰ型及Ⅱ2型為輔，有機(jī)質(zhì)豐度高（表1），wTOC＝1%～7.11%，wA＝0.035%～1.119%，w總烴＝（0.205～3.782）×10－6，因此沙一段低熟泥巖具有有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高的特點(diǎn)。

2 低熟烴源巖生排烴特征

2.1 低熟烴源巖的生排烴門限

在系統(tǒng)收集研究區(qū)烴源巖地球化學(xué)分析資料的基礎(chǔ)上，主要依據(jù)烴源巖的自然演化剖面上地球化學(xué)特征變化，進(jìn)行了生排烴的研究與資源量計(jì)算［7，8］。

前人研究認(rèn)為熱解資料中的氫指數(shù)（IH）能夠很好地表征烴源巖的生排烴特征。在對(duì)歧口凹陷頁巖及低熟泥巖的氫指數(shù)研究表明，Ⅰ型有機(jī)質(zhì)頁巖的原始生烴量達(dá)到11.50‰，Ⅱ型有機(jī)質(zhì)低熟泥巖的原始生烴量達(dá)到9.00‰。

圖1 歧口凹陷低熟烴源巖有機(jī)質(zhì)類型圖Fig.1 Organic matter type of the immature hydrocarbon source rocks in Qikou sag

表1 歧口凹陷沙一段低熟烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度Table 1 Organic matter abundance of Es1 immature hydrocarbon source rocks in Qikou sag

圖2 歧口凹陷泥頁巖生排烴演化模式圖Fig.2 Evolution model of hydrocarbon-generation and-expulsion of the mud-shale in Qikou sag

通過熱解資料與鏡質(zhì)體反射率相結(jié)合，研究表明（圖2）頁巖及低熟泥巖在埋藏深度為1.55 km達(dá)到低熟油的生油門限，在1.75km（相當(dāng)于Ro＝25%）左右開始大量生油，在2km（相當(dāng)于Ro＝35%）時(shí)達(dá)到生油高峰同時(shí)也是排烴門限，排烴高峰主要集中在2.3～2.6km深度，頁巖在2.9km深度（相當(dāng)于Ro＝52%）低熟油排烴結(jié)束。排烴過程中，頁巖埋藏深度2.4km（相當(dāng)于Ro＝45%）時(shí)排烴量達(dá)到60%，排烴率高達(dá)50%以上；低熟泥巖埋藏深度2.4km（相當(dāng)于Ro＝45%）時(shí)排烴量達(dá)到30%，排烴率在30%以上。相對(duì)于低熟泥巖來說，頁巖生排烴具有集中排烴、高效排烴的特點(diǎn)。

2.2 低熟烴源巖排烴系數(shù)

排烴系數(shù)是指烴源巖層排烴有效厚度內(nèi)的初次運(yùn)移量（排烴量）與有效厚度內(nèi)已有生烴量的百分比。烴源巖的排烴受到壓實(shí)作用、熱力增壓作用、黏土礦物脫水作用、斷層活動(dòng)等多種因素影響。本文主要是利用烴源巖巖石熱解分析結(jié)果中的產(chǎn)率指數(shù)隨深度變化規(guī)律進(jìn)行排烴系數(shù)的計(jì)算。

利用收集整理并經(jīng)過校正的熱解分析結(jié)果，作出了歧口凹陷頁巖及低熟泥巖產(chǎn)率指數(shù)隨深度的變化圖。在圖中作出散點(diǎn)的外包絡(luò)線，將產(chǎn)率指數(shù)的外包絡(luò)線作為其理論變化曲線，以100m作為計(jì)算單元，取其曲線對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率指數(shù)值作為該深度單元的理論值，利用公式可以計(jì)算每一個(gè)樣品的排烴系數(shù)。

根據(jù)計(jì)算所得排烴系數(shù)（圖3），頁巖的排烴系數(shù)主要集中在0.2～0.6之間，低熟泥巖的排烴系數(shù)主要集中在0.1～0.6之間。

圖3 歧口凹陷泥頁巖生排烴系數(shù)Fig.3 Hydrocarbon-generation and-expulsion coefficients of the mud-shale in Qikou sag

3 低熟烴源巖沉積古環(huán)境地球化學(xué)特征

前人研究認(rèn)為潮濕氣候條件下，沉積巖中Fe、A1、V、Ni、Ba、Zn、Co等元素含量較高，說明湖水淡化，為高湖面期，反映了潮濕氣候環(huán)境；而在干燥氣候條件下由于水分的蒸發(fā)，水介質(zhì)的堿性增強(qiáng)，Na、Ca、Mg、Cu、Sr、Mn被大量析出形成各種鹽類沉積在水底，所以它們的含量相對(duì)增高，為低湖面期，反映的氣候則為暖干或干寒期［9］。本文主要采用wFe/wMn、wCa/wMg、wSr/wBa、wSr/wCa、wAl＋Fe/wCa＋Mg結(jié)合烴源巖的生物標(biāo)志物特征作為判別古氣候變化的指標(biāo)［9，10］（圖4）。

wFe/wMn比值呈現(xiàn)出明顯的旋回性：Es3和Es1z沉積時(shí)期表現(xiàn)出高值，Es1x沉積時(shí)期表現(xiàn)出低值，反映古氣候由潮濕－干旱－潮濕，湖盆由深－淺－深的過程。wSr/wBa、wSr/wCa等比值對(duì)古鹽度的變化非常敏感，wSr/wBa、wSr/wCa高值點(diǎn)主要出現(xiàn)在沙一下段，較低值出現(xiàn)在沙三和沙一中段（個(gè)別地區(qū)沙一中段表現(xiàn)出高值），低值主要為東營組和沙一上段。有意思的是，各個(gè)層段的無機(jī)元素的比值也表現(xiàn)出旋回性，以沙三段wSr/wBa為例，深度在1.8～2.6km表現(xiàn)低值，深度在2.6～3km表現(xiàn)高值，深度在3～3.6km表現(xiàn)低值，深度在3.6～4.3km表現(xiàn)高值，旋回性很明顯。

綜合無機(jī)元素各種比值，歧口凹陷各層段之間的沉積環(huán)境具有明顯的旋回性，沉積環(huán)境主要為由潮濕－干旱－潮濕的旋回過程，總體上水體表現(xiàn)為咸水半咸水的環(huán)境，但是相對(duì)表現(xiàn)出由深－淺－深，水體表現(xiàn)為相對(duì)淡水－咸水－淡水的特點(diǎn)；同時(shí)，相同層段不同地區(qū)不同沉積深度也具有旋回性。結(jié)合烴源巖伽馬蠟烷含量和wPr/wPh值，伽馬蠟烷在沙一下段表現(xiàn)出高值（伽馬蠟烷高表明水體鹽度高），wPr/wPh表現(xiàn)出低值（水體為還原環(huán)境），與無機(jī)元素顯示的特征一致。因?yàn)槲覀冋J(rèn)為用無機(jī)元素的特征來判定古環(huán)境是有效的。

4 低熟烴源巖有機(jī)巖石學(xué)特征

4.1 低熟烴源巖顯微組分特征

本文對(duì)于歧口凹陷顯微組分特征的研究主要采用的是全巖的分類系統(tǒng)［11，12］。歧口凹陷的低熟烴源巖以無機(jī)礦物為主（表2），有機(jī)組分占全巖質(zhì)量的0.3%～12%，礦物瀝青基質(zhì)占全巖質(zhì)量的0.2%～69.4%。其中有機(jī)組分中以腐泥組為主，殼質(zhì)組次之，惰質(zhì)組比較少見或幾乎沒有；在腐泥組和殼質(zhì)組的顯微組分中（表3），又以藻類體為主，其他富氫組分如殼屑體為常見組分，孢粉體含量比較低。

4.2 低熟烴源巖成烴母質(zhì)

4.2.1 藻類體是未熟－低熟烴源巖的主要成烴母質(zhì)

圖4 歧口凹陷無機(jī)元素及生物標(biāo)志物特征Fig.4 Characteristics of the inorganic elements and the biomarkers in Qikou sag

表2 歧口凹陷低熟烴源巖全巖組成Table 2 The whole rock composition of the immature source rocks in Qikou sag

表3 歧口凹陷低熟烴源巖顯微組分含量與相對(duì)組成比較（w/%）Table 3 Comparison of content and relative composition of the maceral composition in the immature source rocks in Qikou sag

歧口凹陷低熟烴源巖中有機(jī)顯微組分組成特征，有形態(tài)顯微組分的含量并不高，其中又以藻類體占優(yōu)勢(shì)，是一種占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的富氫組分。富含藻類體顯微組分可以從表3中進(jìn)一步得到證實(shí)。各類巖性烴源巖“殼質(zhì)組＋腐泥組”含量中均以藻類體顯微組分占優(yōu)勢(shì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞50%）。埋深達(dá)到2km時(shí)的藻類體，在反射光的照射下發(fā)熒光（圖5），表明藻類體在烴源巖未熟－低熟階段也能夠生烴。同時(shí)在巖石光片中發(fā)現(xiàn)了反射熒光的叢粒藻、小古囊藻和渤海藻［13，14］（圖6），以及在掃描電鏡下沙一段低熟烴源巖中含有大量的顆石藻［15］（圖6），研究表明這些藻類在鏡質(zhì)體反射率達(dá)到0.5%之前就可以大量生烴。

歧口凹陷低熟烴源巖中藻類體的高含量與其他衡量烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度參數(shù)間存在良好的相關(guān)性，藻類體含量高的烴源巖，其有機(jī)碳含量、熱解游離烴含量、生烴潛量以及氯仿瀝青“A”含量均較高，且它們之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系。換言之，藻類體的含量決定了低熟烴源巖的質(zhì)量，是歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中重要的生烴組分。

圖5 歧口凹陷烴源巖藻類體反射熒光Fig.5 The algae's reflection fluorescence of the source rocks in Qikou sag

圖6 歧口凹陷烴源巖中的菌藻類Fig.6 The algae of the source rocks in Qikou sag

4.2.2 礦物瀝青基質(zhì)是未熟－低熟烴源巖的重要成烴母質(zhì)

從有機(jī)巖石學(xué)的角度講礦物瀝青基質(zhì)不屬于有機(jī)顯微組分，但是它與各組分又是密不可分的，是烴源巖中各有機(jī)顯微組分生烴后烴類的殘留，屬于次生有機(jī)組分［16］。一般熒光強(qiáng)烈或中等偏弱，有細(xì)小莓狀黃鐵礦發(fā)育并分布其間。前人研究認(rèn)為，干酪根中有一小部分（大約30%）是顯微鏡下可識(shí)別的有機(jī)殘?bào)w，即顯微組分，而大部分為亞微細(xì)分散在黏土礦物中類脂或腐殖物質(zhì)，即礦物瀝青基質(zhì)［17］。在多數(shù)情況下，基質(zhì)瀝青質(zhì)體生烴潛量并不低，應(yīng)是油氣形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中的礦物瀝青基質(zhì)主要來源于高等植物孢粉、表皮蠟質(zhì)與低等植物藻類中不穩(wěn)定內(nèi)含物與原生烴類。不穩(wěn)定內(nèi)含物在還原環(huán)境中未完全礦化掉，但經(jīng)過微生物改造，而微生物本身及類脂組分中原生烴類未經(jīng)微生物改造，這些物質(zhì)本身就是類脂化合物，是未熟－低熟油直接來源［16］。

歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中，廣泛分布著礦物瀝青基質(zhì)，其含量可占全巖體積的0.2%～69.4%，平均為17.08%；其中以沙一段烴源巖礦物瀝青基質(zhì)含量最高，體積分?jǐn)?shù)為20.5%。并且埋深達(dá)到2km時(shí)的礦物瀝青基質(zhì)，在反射光的照射下發(fā)熒光（圖7）。熒光礦物瀝青基質(zhì)的大量存在，可以證實(shí)烴源巖在低演化階段就已經(jīng)有烴類生成，并滲入到烴源巖甚至是儲(chǔ)層當(dāng)中。歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中礦物瀝青基質(zhì)含量與表征有機(jī)質(zhì)豐度的地化參數(shù)存在明顯的正相關(guān)性，從而表明礦物瀝青基質(zhì)對(duì)烴源巖中有機(jī)質(zhì)含量的重要性。

圖7 歧口凹陷烴源巖中礦物瀝青基質(zhì)反射熒光Fig.7 The mineral-bituminous groundmass reflection fluorescence of source rocks in Qikou sag

5 歧口凹陷原油特征

歧口凹陷的原油主要正常原油，原油密度一般在0.82～0.89g/cm3，一部分為降解原油和低成熟原油（密度＞0.89g/cm3），還有一部分為低密度輕質(zhì)油或者凝析油。與烴源巖不同原油成熟度的確定主要依據(jù)其化學(xué)組成，而生物標(biāo)志物成熟度參數(shù)是目前最常用的分子成熟度參數(shù)。正常情況下，采用C2920S/（20S＋20R）甾烷和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷兩參數(shù)來劃分原油的成熟度。一般認(rèn)為原油的C2920S/（20S＋20R）甾烷＜0.4和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷＜0.45為未熟－低熟油。

從歧口凹陷部分原油的C2920S/（20S＋20R）甾烷和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷關(guān)系圖（圖8）可以看出，歧口凹陷存在大量的未熟－低熟的原油，并且這一類原油主要分布在張巨河的沙一下段，埕海地區(qū)和友誼油田的館陶組、東營組、沙一下段、沙二段及沙三段，扣村的沙三段，王徐莊和周清莊的沙一下段，孔店的明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組及沙一下段，羊二莊的明化鎮(zhèn)組、館陶組及沙一下段。

6 結(jié)論

a.歧口凹陷頁巖及低熟泥巖分布范圍廣，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，類型好；沙一段的烴源巖具有早期生烴的特點(diǎn)，尤其是頁巖具有集中排烴、高效排烴的特點(diǎn)；低熟烴源巖的排烴系數(shù)主要集中在0.2～0.6之間，藻類及顯微組分中的礦物瀝青基質(zhì)是低熟烴源巖形成低熟油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。

b.沉積環(huán)境主要為由潮濕－干旱－潮濕的旋回過程，水體主要為由深－淺－深的旋回過程，沙一下段烴源巖發(fā)育的環(huán)境主要為干旱氣候下的咸水環(huán)境。

c.歧口凹陷地區(qū)存在大量未熟－低熟的原油，主要分布在張巨河的沙一下段，埕海地區(qū)和友誼油田的館陶組、東營組、沙一下段、沙二段及沙三段，扣村的沙三段，王徐莊和周清莊的沙一下段，孔店的明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組及沙一下段，羊二莊的明化鎮(zhèn)組、館陶組及沙一下段。

圖8 歧口凹陷生物標(biāo)志物特征Fig.8 Characteristics of the biomarkers in Qikou sag

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