渤海海域沙一段特殊巖性烴源巖特征及生烴模式

渤海海域沙一段特殊巖性烴源巖特征及生烴模式

韋阿娟，黃 志

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452）

摘 要：根據(jù)巖心、巖屑觀察結(jié)果以及電性特征分析，將渤海海域沙一段特殊巖性烴源巖按巖性組合分為兩類：鈣質(zhì)頁巖組合和灰質(zhì)泥巖組合。結(jié)合古地貌、沉積相分析，建立了兩類特殊巖性組合的發(fā)育模式。生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)表明，兩類巖性組合產(chǎn)烴率均較高，鈣質(zhì)頁巖組合產(chǎn)烴率最高達(dá)500 mg/gTOC，灰質(zhì)泥巖組合產(chǎn)烴率達(dá)300 mg/gTOC。兩類巖性組合TOC平均含量均超過了1%，為優(yōu)質(zhì)烴源巖。通過地球化學(xué)研究，建立了兩類特殊巖性組合的生烴模式：鈣質(zhì)頁巖組合生油門限相對(duì)較淺，為低熟—成熟強(qiáng)雙峰型生烴模式；灰質(zhì)泥巖組合生油門限相對(duì)較深，為微弱雙峰型生烴模式。

關(guān)鍵詞：特殊巖性；優(yōu)質(zhì)烴源巖；生烴模式；渤海海域

中圖分類號(hào)：TE122.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.006

文章編號(hào)：1008-2336（2015）02-0006-06

收稿日期：2015-02-13；

作者簡(jiǎn)介：第一韋阿娟，女，1964年生，高級(jí)工程師，碩士，1991年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地層古生物專業(yè)，主要從事石油地質(zhì)綜合研究。E-mail：weiaj@cnooc.com.cn。

改回日期：2015-03-03

The Special Lithologic Characteristics of Sha-1 Member Source Rocks and Hydrocarbon Generation Models in the Bohai Sea Area

WEI Ajuan, HUANG Zhi

（Bohai Oil Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin 300452, China）

Abstract:The special lithology of Sha-1 Member source rocks in Bohai Sea can be divided into two categories, calcareous shale combination and calcareous mudstone combination, by core or cuttings observation and analysis of electrical characteristics. Combined with analysis of palaeo-geomorphology and sedimentary facies, two kinds of development pattern for the special lithologic combination have been established. The thermal simulation experiments on hydrocarbon generation indicated that the hydrocarbon generated from these two kinds of lithology association was higher, with hydrocarbon yield of calcareous shale combination up to 500 mg/gTOC, and calcareous mudstone combination was about 300 mg/gTOC. Those two kinds were both high quality source rock, with TOC over 1.0%. The hydrocarbon generation models for these two kinds of special lithologic combination have been established through geochemical study. The oil generation threshold depth of calcareous shale combination was shallow, and the hydrocarbon generation model is immature-mature strong double peak model. The oil generation threshold depth of calcareous mudstone combination was very deep, the hydrocarbon generation model is small double peaks model.

Keywords:special lithology; high quality source rock; hydrocarbon generation model; Bohai Sea area

渤海灣盆地渤海海域沙一時(shí)期構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定，整體處于坳陷期，物源輸入少，且該時(shí)期為溫暖潮濕熱帶—亞熱帶氣候，盆地為平衡補(bǔ)償，導(dǎo)致湖水淺、咸、清澈而廣闊[1]，因而除了正常砂泥巖沉積外，還有豐富的特殊巖性，主要包括碳酸鹽巖、生屑灰?guī)r、油頁巖、鈣質(zhì)頁巖及灰質(zhì)泥巖等，因此，渤海海域沙一段常被稱為特殊巖性段[2]。

近年來渤海海域的油氣勘探取得一系列重大突破，特別是渤東探區(qū)更是相繼發(fā)現(xiàn)蓬萊9-1與蓬萊15-2等大型油田。通過精細(xì)油源對(duì)比顯示，Es1段特殊巖性有重要貢獻(xiàn)。然而渤海海域烴源巖研究一直聚焦于Es3及Ed3[3-4]，Es1缺乏系統(tǒng)研究和

評(píng)價(jià)，這種巖性特殊的地質(zhì)體生烴潛力有多大？這是勘探現(xiàn)階段關(guān)心的核心問題。

作者通過系統(tǒng)的巖心、巖屑觀察及分析，證實(shí)渤海海域沙一段烴源巖發(fā)育兩類巖性組合，且均為好～優(yōu)質(zhì)烴源巖；在巖性組合分析基礎(chǔ)上，結(jié)合古地貌和沉積相[1，5]分析，提出了Es1段烴源巖發(fā)育及分布模式；結(jié)合熱模擬實(shí)驗(yàn)和地球化學(xué)分析，明確了這兩類巖性組合的生烴特征及潛力，為勘探提供依據(jù)和支持。

1　沙一段特殊巖性烴源巖沉積特征

Es1段巖石類型豐富，其中油頁巖、鈣質(zhì)頁巖、灰質(zhì)泥巖和泥巖等均具備形成優(yōu)質(zhì)烴源巖的巖石基礎(chǔ)。

1.1 特殊巖性段發(fā)育高豐度烴源巖

巖心樣品的實(shí)驗(yàn)分析是判定烴源巖品質(zhì)最有效、最直接的方法[6]，通過對(duì)不同巖性取樣分析，發(fā)現(xiàn)沙一段鈣質(zhì)頁巖、灰質(zhì)泥巖及油頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC均大于1.5%（圖1），為好～優(yōu)質(zhì)烴源巖，證實(shí)特殊巖性發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖1　渤海海域Es1段烴源巖巖心特征

1.2 控制特殊巖性烴源巖發(fā)育的古地貌

古地貌是控制沉積的最重要因素[7]，通過統(tǒng)計(jì)不同古地貌沉積物特征，明確特殊巖性烴源巖的分布及發(fā)育特征。

通過探井統(tǒng)計(jì)Es1段的巖性，利用沙一時(shí)期古地貌和沉積相成果（圖2），確定了五類古地貌控制了特殊巖性烴源巖發(fā)育及分布（圖3）：①遠(yuǎn)源斜坡——（扇）三角洲前緣前端及前（扇）三角洲斜坡帶，②扇間斜坡帶——位于兩個(gè)（扇）三角洲前緣之間相對(duì)封閉的斜坡帶，③水下古隆起，④水下古斜坡——古隆起向洼陷過渡的斜坡區(qū)，⑤洼陷帶。其沉積特征為：

（1）遠(yuǎn)源斜坡帶：陸源物質(zhì)輸入多，開放體系，弱還原環(huán)境；巖性以灰質(zhì)泥巖為主夾大量砂巖，不發(fā)育碳酸鹽巖、油頁巖和鈣質(zhì)頁巖（圖4a）。

（2）水下古隆起：遠(yuǎn)離陸源，靜水還原環(huán)境；碳酸鹽巖較為發(fā)育夾有油頁巖、鈣質(zhì)頁巖，極少含砂（圖4b）。

（3）水下古斜坡及扇間斜坡帶：相對(duì)封閉的還原環(huán)境，濱淺湖相；油頁巖、鈣質(zhì)頁巖較為發(fā)育，含薄層碳酸鹽巖，極少含砂（圖4c、4d）。

（4）洼陷帶：封閉強(qiáng)還原環(huán)境，淺湖—半深湖相；油頁巖、鈣質(zhì)頁巖較為發(fā)育，含薄層碳酸鹽巖（圖4e）。

1.3 特殊巖性組合發(fā)育及分布規(guī)律

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)特殊巖性段按巖性組合可分為兩類：①由生屑灰?guī)r、碳酸鹽巖、油頁巖、鈣質(zhì)頁巖及少量灰質(zhì)泥巖組成，極少含有砂巖，這類巖性組合作者定義為鈣質(zhì)頁巖組合；②以灰質(zhì)泥巖為主夾有大量粉砂巖、砂巖，極少含有碳酸鹽巖、鈣質(zhì)頁巖及油頁巖的組合，定義為灰質(zhì)泥巖組合。

圖2　遼東灣沙一時(shí)期沉積相圖

鈣質(zhì)頁巖組合主要分布在水下古隆起、水下古斜坡、扇間斜坡帶以及洼陷帶這四類沉積古地

貌，而灰質(zhì)泥巖組合僅僅發(fā)育在遠(yuǎn)源斜坡帶（圖3b）；從遠(yuǎn)源斜坡帶到洼陷帶，其巖性組合從灰質(zhì)泥巖組合過渡為鈣質(zhì)頁巖組合。

圖3　沙一時(shí)期五類古地貌發(fā)育模式示意圖

圖4　特殊巖性組合特征

2　兩類特殊巖性組合的生烴模式

特殊巖性段由于形成于穩(wěn)定沉降期，因而廣泛分布，若這類巖石生烴潛力高，則具一定勘探潛力。

2.1 鈣質(zhì)頁巖組合

2.1.1 地球化學(xué)特征

從地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析看出，該類組合為好～優(yōu)質(zhì)烴源巖，TOC >1.0%（圖5a），有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ～Ⅱ1型（圖5b），生烴潛力大。對(duì)較低值進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TOC低值一般為鈣質(zhì)頁巖夾的薄層碳酸鹽巖。

為什么會(huì)形成這類層薄、巖性組合特殊的優(yōu)質(zhì)烴源巖？首先，鈣質(zhì)頁巖組合分布在洼陷、水下古隆起、水下古斜坡以及扇間斜坡帶等這類靜水位置；由于構(gòu)造穩(wěn)定，氣候炎熱，物源少，水體咸化，易于形成鹽度分層，發(fā)育弱還原—強(qiáng)還原環(huán)境（圖5c）。該組合的伽馬蠟烷/C30藿烷一般大于0.25，且廣泛發(fā)育碳酸鹽巖，證明其是咸水環(huán)境的產(chǎn)物，這樣的環(huán)境有利于大分子烴類有機(jī)質(zhì)的保存和富集[8]。因此，在構(gòu)造、環(huán)境等綜合因素作用下，形成了這類優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖5　鈣質(zhì)頁巖組合有機(jī)質(zhì)特征

2.1.2 生烴潛力

為了進(jìn)一步研究其生烴能力，選取JZ20-1-1井的樣品進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比樣為該井Es3和Ed3烴源巖樣品。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，鈣質(zhì)頁巖組合

烴類產(chǎn)率明顯高于東三段和沙三段，最高可達(dá)500 mg/gTOC，表明鈣質(zhì)頁巖組合具有高效的生烴能力（圖6）。

2.1.3 生烴模式

圖6　不同層位烴源巖油氣生成率曲線

對(duì)大量地球化學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，鈣質(zhì)頁巖組合生烴門限淺，約2 400 m（Ro相當(dāng)于0.3%），演化剖面存在2個(gè)生油峰（圖7a）：其一是2 400～2 800 m，這一階段Ro為0.3%～0.5%，為低熟油生成階段；其二是3 100～4 000 m，Ro約0.7%～1.2%，為成熟油大量生成階段，我們稱這樣的生烴過程為“低熟—成熟強(qiáng)雙峰型生烴模式”?？梢娺@類烴源巖具有早熟早生早排的特征[9]。

圖7　特殊巖性生烴模式圖

通過以上分析，鈣質(zhì)頁巖組合具有產(chǎn)烴率高、生烴門限低及特殊生烴模式等優(yōu)勢(shì)，即使厚度較薄，也具有重要的勘探潛力，尤其是對(duì)于渤海海域而言，埋藏較淺的邊緣凹陷分布廣（圖3），該組合烴源巖勘探意義更加重要。

2.2 灰質(zhì)泥巖組合

2.2.1 地球化學(xué)特征

該組合TOC較高，基本大于1.0%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1～Ⅱ2型，形成于弱還原—弱氧化環(huán)境，與鈣質(zhì)頁巖組合存在差別（圖8）。同時(shí)，通過模擬實(shí)驗(yàn)，灰質(zhì)泥巖組合產(chǎn)烴率最高僅300 mg/ gTOC，較鈣質(zhì)頁巖組合低（圖6d）。

圖8　灰質(zhì)泥巖組合地化特征

2.2.2 生烴模式

統(tǒng)計(jì)該類組合生烴指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)其進(jìn)入生烴門限埋藏較深（Ro相當(dāng)于0.5%），演化剖面顯示為微弱雙峰：2 600～2 800 m可能有少量低熟油生成；3 100 m以下，為成熟油大量形成階段（圖7b）。該生烴過程稱為“低熟—成熟弱雙峰型生烴模式”。

2.3 生烴對(duì)比

通過以上的分析，可以看出在沙一時(shí)期由盆地邊緣向盆地內(nèi)部，其特殊巖性段巖性組合由灰質(zhì)泥巖組合過渡為鈣質(zhì)頁巖組合，兩類烴源巖均為好～優(yōu)質(zhì)烴源巖，但生烴特征存在明顯差異：鈣質(zhì)頁巖組合產(chǎn)烴率最高可達(dá)500 mg/gTOC，生烴模式呈強(qiáng)雙峰形態(tài)，生油門限淺（2 200 m），2 400～2 800 m為低熟油生成階段，3 000～4 000 m為成熟油大量形成階段；灰質(zhì)泥巖組合與正常烴源巖相似，生油門限深（2 600 m），以成熟油的生成為主（表1），低熟油僅少量生成。

表1　特殊巖性段生烴特征小結(jié)

3　結(jié)論

（1）扇間斜坡、水下古隆起、水下古斜坡、洼陷帶、遠(yuǎn)源斜坡帶五類古地貌控制了沙一段兩類特殊巖性組合（鈣質(zhì)頁巖組合及灰質(zhì)泥巖組合）優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育及分布。

（2）鈣質(zhì)頁巖組合為鈣質(zhì)頁巖、頁巖、油頁巖、碳酸鹽巖夾鈣質(zhì)泥巖、生屑灰?guī)r組合，發(fā)育在扇間斜坡、水下古隆起、水下古斜坡、洼陷帶；灰質(zhì)泥巖組合為灰質(zhì)泥巖夾砂巖，含少量油頁巖、碳酸鹽巖，發(fā)育在遠(yuǎn)源斜坡帶。

（3）鈣質(zhì)頁巖組合是好～優(yōu)質(zhì)烴源巖，產(chǎn)烴率最高可達(dá)500 mg/gTOC，生烴模式呈強(qiáng)雙峰形態(tài)，2 200 m進(jìn)入生油門限，2 400～2 800 m為低熟油生成階段，3 000～4 000 m為成熟油大量形成階段；灰質(zhì)泥巖組合是中等～優(yōu)質(zhì)烴源巖，產(chǎn)烴率