滄東次凹沙河街組成烴環(huán)境及生排烴特征*

于超

(天津市大港油田勘探開發(fā)研究院，天津 300280)

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滄東次凹沙河街組成烴環(huán)境及生排烴特征*

于超

(天津市大港油田勘探開發(fā)研究院，天津 300280)

滄東次凹沙河街組主要發(fā)育低熟烴源巖，為了明確該區(qū)低熟油的勘探潛力，圍繞低熟與成熟烴源巖生烴物質(zhì)及生排烴機(jī)理的差異性,進(jìn)一步深化了成烴環(huán)境及生排烴的特征研究，并得到以下結(jié)論：滄東次凹以咸化-半咸化湖強(qiáng)還原相為主，成烴環(huán)境最好；鹽山次凹沙一段為咸化-半咸化湖強(qiáng)還原相，成烴環(huán)境有利；南皮次凹以淡-半咸化湖還原相為主；吳橋次凹為淡-微咸化湖還原-弱還原相，成烴環(huán)境較差。同時(shí)，利用含油飽和度開展了生排烴研究，證實(shí)了沙河街組未熟-低熟烴源巖具有明顯的生排烴過程，沙一段排烴門限淺于沙三段，其中滄東次凹沙河街組烴源巖具有較強(qiáng)的排烴能力。

滄東凹陷；成烴環(huán)境；含油飽和度；排烴門限

0　引言

圖1滄東凹陷勘探成果

滄東凹陷是大港探區(qū)第二大富油氣凹陷，總面積達(dá)4 700 km2，是大港油田重要的勘探戰(zhàn)場(chǎng)之一。隨著勘探程度的不斷提高，勘探難度日益加大，資源接替成為制約油田發(fā)展的主要問題之一。前人研究證實(shí),位于主凹周邊的次凹區(qū)(包括滄東、鹽山，南皮、吳橋次凹,統(tǒng)稱為滄東次凹)沙河街組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、母質(zhì)類型好，具有一定的生烴潛力，但埋深偏淺，熱演化程度低(如圖1所示)。生排烴模擬實(shí)驗(yàn)和有機(jī)巖石學(xué)的研究結(jié)果表明，該區(qū)沙河街組具備形成未熟-低熟石油的能力，而目前研究比較偏重于生烴的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2],因此，需深化未熟-低熟油的排烴特征分析及其成烴環(huán)境研究，從而為低熟油的勘探?jīng)Q策提供依據(jù)。

1　烴源巖分布特征

對(duì)滄東次凹內(nèi)所有探井烴源巖的發(fā)育狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析，明確了沙河街組烴源巖主要發(fā)育在沙三段和沙一段，其中沙三段為穩(wěn)定的湖盆沉積，主要分布在孔南地區(qū)的滄東、南皮和吳橋3個(gè)次凹，總面積約為3 100 km2。滄東-南皮次凹沙三段地層以深灰色泥巖為主，夾有少量紅色泥巖及灰色砂巖；南部吳橋次凹中心沉積了較大的深湖-半深湖相暗色泥巖，其間夾有薄-中厚層砂巖。沙一段是早第三紀(jì)湖盆擴(kuò)大的極盛期，分布范圍廣，在滄東凹陷的4個(gè)次凹均有沉積，總體上具有北厚南薄的分布格局[3-4]。

2　沙河街組烴源巖成烴環(huán)境分析

烴源巖中有機(jī)質(zhì)的分布、數(shù)量和質(zhì)量，特別是生物標(biāo)志化合物的組成與分布和沉積水體深度和鹽度、水生或陸源生物的加入、區(qū)域氣候條件、沉積體氧化-還原環(huán)境等因素密切相關(guān)。因此，有必要開展烴源巖成烴環(huán)境研究[5]，尋找優(yōu)質(zhì)烴源巖沉積環(huán)境的地球化學(xué)標(biāo)志，為勘探?jīng)Q策提供依據(jù)。

圖2滄東凹陷原油密度與含硫量分布

2.1不同次凹原油物性特征

通過對(duì)滄東次凹來源于沙河街組沙一段烴源巖的原油物性特征進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)其原油的密度明顯比孔二段原油的密度大，含硫量也高。與我國(guó)其他地區(qū)未熟-低熟油相關(guān)特征對(duì)比[4]，發(fā)現(xiàn)滄東次凹和鹽山次凹沙一段原油形成環(huán)境的鹽度較高(如圖2所示)。

2.2烴源巖碳硫特征

對(duì)沙河街組200多塊烴源巖樣品進(jìn)行了有機(jī)碳硫分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)不同次凹不同層系烴源巖的碳硫含量差異十分明顯。其中，滄東次凹烴源巖有機(jī)碳與硫含量相關(guān)性最好，有機(jī)碳含量隨著硫含量的增加而升高，推測(cè)為還原環(huán)境，南皮與鹽山次凹次之，吳橋次凹還原性最差(如圖3所示)。

a 沙一段b 沙三段

2.3烴源巖生物標(biāo)志物特征

綜合烴源巖地球化學(xué)生物標(biāo)志物特征進(jìn)行分析，在沙一段沉積時(shí)期，滄東次凹姥姣烷比值(Pr/Ph)小于0.8，該樣品占總樣品數(shù)的84.5%，伽馬蠟烷指數(shù)(Gr/C30)大于1.2的樣品占總樣品數(shù)的37.5%，以強(qiáng)還原、半咸-咸化沉積為主。南皮次凹伽馬蠟烷指數(shù)(Gr/C30)為0.3～1.2，以強(qiáng)還原、半咸化沉積為主。鹽山次凹伽馬蠟烷指數(shù)(Gr/C30)小于0.3，樣品占總樣品數(shù)的50%，以強(qiáng)還原、淡-微咸和半咸沉積為主(如圖4所示)；相對(duì)沙一段而言，沙三段水體偏淡，沉積環(huán)境以還原為主。其中，滄東次凹沙三段沉積以淡-微咸和半咸沉積為主，南皮次凹和吳橋次凹沙三段均以水體淡-微咸為主。

a 姥姣烷比值b 伽馬蠟烷指數(shù)

3　沙河街組烴源巖生排烴特征

3.1烴源巖生烴特征

根據(jù)滄東凹陷沙河街組烴源巖生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)的所得結(jié)果(見表1)，可建立滄東次凹沙河街組烴源巖泥的生排烴模式[6]。生排烴模式特征表現(xiàn)為生烴母質(zhì)好，生排烴較早，鏡煤反射率Ro在0.3%左右可以生成部分未熟油氣，且總生油量大于殘留的油量，這反映了在未熟階段即可生成并排出未熟油；Ro在0.6%左右出現(xiàn)第一個(gè)生油高峰，并且生成量大，在這一階段之前，生成的油氣為未熟-低熟油；之后油氣產(chǎn)率開始降低，低熟生油能力逐漸變差，直到Ro在0.75%左右，油氣產(chǎn)率降到最低；從Ro=0.75%開始，烴源巖進(jìn)入正常演化階段?？傮w而言，沙河街組烴源巖在低演化階段仍具有一定的生烴潛力[6]。

表1　Z46井灰黑色泥巖熱模擬結(jié)果

3.2烴源巖排烴特征

與成熟烴源巖相比，低熟烴源巖以可溶有機(jī)質(zhì)生烴為主，尤其是以非烴轉(zhuǎn)化生烴為主。因此，熱演化及排烴特征除常規(guī)參數(shù)外，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)可溶有機(jī)質(zhì)及族組成的特征參數(shù)研究[7-8]。通過含油飽和度的相關(guān)研究，合理選取了有效參數(shù)，以明確滄東、南皮、吳橋次凹的沙三、沙一段排烴門限。

3.2.1烴源巖含油飽和度與排烴門限的確定

通常不直接測(cè)試烴源巖的含油飽和度，這是由于巖心長(zhǎng)期暴露在外，油氣已經(jīng)散失。這里含油飽和度中的“油”，是指未排除烴源巖而殘留下來的烴量，主要以吸附狀態(tài)存在于烴源巖中，通常情況下散失的量較少，因此氯仿瀝青“A”是近似反映該指標(biāo)的有效參數(shù)。由氯仿瀝青“A”的定義得到飽和度計(jì)算公式：

S0=Dr×w(A)/(Φ×Do)×100%

式中：S0為含油飽和度，%；Φ為有效孔隙度，%；w(A)為氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Do、Dr分別為原油和巖石的密度，g/cm2。

圖5滄東凹陷不同次凹沙河街組排烴特征對(duì)比

對(duì)于某一地區(qū)而言，同種類型的干酪根在達(dá)到相同的演化階段時(shí)，不管有機(jī)質(zhì)豐度的高低如何，產(chǎn)生的烴類相對(duì)量是一定的，即w(A)/TOC(氯仿瀝青與總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值)就是一個(gè)定值，也就是說w(A)/TOC一定會(huì)有一個(gè)最大值，超過這一值就會(huì)發(fā)生排烴，從而導(dǎo)致了w(A)的減小。由此可見，w(A)/TOC比值隨深度變化的外包絡(luò)線即臨界轉(zhuǎn)化率，如果在相同演化階段的某一深度處，該值是變小的，就意味著已發(fā)生排烴，排出的烴量等于外包絡(luò)線與該值的差值，這一深度即可確定為排烴門限。

3.2.2滄東次凹排烴特征

從不同次凹段排烴特征來看(如圖5所示)，沙三段初次排烴門限深度有較大的差異，滄東次凹門限深度最淺，約為1 600 m，并且含油飽和度最高，超過1%；吳橋次凹最深，約為2 500 m，含油飽和度不超過1%。由此可見，在未熟-低熟階段，滄東次凹沙三段的排烴條件最好，南皮次凹次之，吳橋次凹最差；沙一段初次排烴的門限深度相差不大，大致處于1 700～1 800 m之間，且鹽山次凹一直維持著較高的實(shí)際含油飽和度。為此，沙一段鹽山次凹的排烴條件最好。

4　結(jié)論

(1)滄東次凹以咸化-半咸化湖強(qiáng)還原相為主，成烴環(huán)境最好；鹽山次凹沙一段為咸化-半咸化湖強(qiáng)還原相，成烴環(huán)境有利；南皮次凹以淡-半咸化湖還原相為主；吳橋次凹為淡-微咸化湖還原-弱還原相，成烴環(huán)境較差。

(2)滄東次凹沙河街組烴源巖在低演化階段具有一定的生烴潛力；滄東次凹沙河街組未-低熟烴源巖具有明顯的排烴過程，沙一段排烴門限均值為1 850 m，明顯淺于沙三段，其中滄東次凹沙河街組烴源巖具有較強(qiáng)的排烴能力，可作為低熟油氣勘探的重點(diǎn)戰(zhàn)場(chǎng)。

[1] 黃第藩,李晉超.陸相沉積中的未熟-低熟石油及其意義[J].石油學(xué)報(bào),1987,8(1):1-9.

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[3] 于學(xué)敏，何詠梅，姜文亞,等.黃驊坳陷歧口凹陷古近系烴源巖主要生烴特點(diǎn)[J].天然氣地球科學(xué)，2011，22(6):1001-1008.

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(責(zé)任編輯：駱磊)

Hydrocarbon-forming Environment and Eneration-exhaustion Characteristic of Shahejie Formation in Cangdong Subsag

YU Chao

(PetroChina Dagang Oilfield Company, Tianjin 300280, China)

In Shahejie formation, Cangdong subsag, immature-low mature hydrocarbon source rocks is mainly developed. By studying the difference of hydrocarbon generating and generation-exhausting mechanism between immature and mature source rock, hydrocarbon-forming environment and generation-expulsion characteristic, it could be confirmed the difference of hydrocarbon precursor under the hydrocarbon-forming environment in different subsag; Based on the study of oil saturation, it is obvious that the immature-low mature hydrocarbon source rocks in shahejie formation has hydrocarbon generation-exhausting process, and the hydrocarbon-generating threshold of sha 1 formation is lower than that of sha 3 formation. The result has guiding significance for immature oil exploration and selection in this area.

Cangdong Sag; Hydrocarbon-forming environment; Oil saturation; Hydrocarbon-exhausting threshold

2016-06-27；

2016-07-25

于超(1979—)，女，天津人，工程師，主要從事油氣勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)工作。

P618.13

A

2095-2562(2016)04-0006-04