ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖地球化學(xué)特征研究

陳 彪，張哲豪，單 冰

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

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ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖地球化學(xué)特征研究

陳 彪，張哲豪，單 冰

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

隨著盆地勘探程度不斷提高，ZD地區(qū)長(zhǎng)7地層中不斷發(fā)現(xiàn)含油氣特征，取得一定突破，引起了對(duì)長(zhǎng)7油藏勘探的高度重視。在勘探中發(fā)現(xiàn)有較厚的長(zhǎng)7烴源巖，通過有機(jī)巖石學(xué)與有機(jī)地球化學(xué)常規(guī)分析，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法系統(tǒng)研究與評(píng)價(jià)了此套烴源巖。結(jié)果表明，ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖具有有機(jī)質(zhì)豐度高、有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型好、成熟度高特征。由此推斷長(zhǎng)7烴源巖具有良好的生烴潛力， 勘探前景廣闊。

長(zhǎng)7烴源巖；ZD地區(qū)；地球化學(xué)特征

志丹縣地處陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，風(fēng)景秀麗、民風(fēng)淳樸、自然資源豐富。通過對(duì)該區(qū)烴源巖的深入了解，不斷提高油氣產(chǎn)量，第二產(chǎn)業(yè)的比重增加，使當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平得到顯著提升，同時(shí)也為其它地區(qū)油氣的開發(fā)提供了重要的理論指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是中國(guó)第二大沉積盆地，位于華北板塊西部，是一大型凹陷盆地[1]?？偯娣e26×104km2，盆地以太古代、元古代結(jié)晶為基底，上部沉積著古生代、中生代、新生代的蓋層。

ZD探區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的中南部，探區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組地層發(fā)育比較齊全，構(gòu)造簡(jiǎn)單，整體上為一個(gè)西傾的大單斜，在其上部發(fā)育有向西傾覆的鼻狀構(gòu)造[2]。

2 烴源巖特征

2.1 烴源巖厚度

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)期湖盆為長(zhǎng)7地層的沉積物最為發(fā)育。巖性為黑色泥巖、油頁巖夾薄層灰褐色粉細(xì)砂巖、凝灰?guī)r，產(chǎn)介形蟲及黃鐵礦顆粒，屬湖盆中心沉積。依據(jù)巖性的特征和沉積旋回，自上而下將長(zhǎng)7地層劃分為長(zhǎng)71、長(zhǎng)72、長(zhǎng)73三個(gè)小層。

ZD地區(qū)處于鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)期湖盆發(fā)育的中心位置，長(zhǎng)7地層的厚度約90余米，由黑色泥巖、油頁巖、薄層粉細(xì)砂巖夾凝灰?guī)r組成。本區(qū)的長(zhǎng)71、長(zhǎng)72和長(zhǎng)73三個(gè)小層發(fā)育完整，其巖性特征描述如下：

長(zhǎng)71是長(zhǎng)7地層中主要含油層段之一，其厚度為25～28 m。由灰色粉砂巖夾暗色泥巖、凝灰?guī)r組成。砂巖顆粒較細(xì)、分選好，常見含油顯示。

長(zhǎng)72是長(zhǎng)7地層中又一含油層段，其厚度為25～28 m。由灰色粉細(xì)砂巖與黑色泥巖、油頁巖互層。砂巖顆粒較細(xì)、分選好，偶見含油顯示。

長(zhǎng)73巖層是盆地主要烴源巖，厚34～38 m。主要由黑色泥巖、油頁巖組成，就是人們俗稱的“張家灘”頁巖。

縱觀整個(gè)ZD探區(qū)長(zhǎng)7地層的巖性，下部的黑色油巖、油頁巖發(fā)育，向上逐漸減?。煌瑫r(shí)上部砂巖段相對(duì)發(fā)育，而向下呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。

2.2 巖石化學(xué)組成特征

長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖的有機(jī)碳含量高，平均為5.56%；富二價(jià)硫(S2-)，呈現(xiàn)富鐵、富五氧化二磷(平均含量為0.55%)，貧三氧化二鋁(平均含量為13.31%)、二氧化硅(平均含量為49.29%)且氧化鈣(平均為1.60%)和氧化鎂(平均為1.21%)含量較低的特點(diǎn)。從這些巖石化學(xué)組成特征反映出了長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖是發(fā)育于湖泊的富營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中[3]。

2.3 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是衡量烴源巖生烴潛力的物質(zhì)基礎(chǔ)，常用的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)包括有機(jī)碳含量(TOC)、氯仿瀝青含量(A)、熱解產(chǎn)油潛量(S1+S2)等。黃第藩(1990)等提出了我國(guó)陸相成熟烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。下面從有機(jī)碳(TOC)、氯仿瀝青含量(A)、熱解產(chǎn)油潛量(S1+S2)等方面對(duì)東南部地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)。

本次采集長(zhǎng)7段黑色泥巖樣品，并結(jié)合周邊地區(qū)樣品數(shù)據(jù)分別做了巖石有機(jī)碳(TOC)、干酪根C、H、O元素、巖石熱解、氯仿瀝青抽提、氯仿瀝青“A”、族組分分析、族組分分離、餾分碳同位素、飽和烴氣相色譜、飽和烴色譜-色質(zhì)等12項(xiàng)分析，結(jié)合周邊地區(qū)研究數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行研究。

圖1 ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)碳含量分布直方圖

2.3.1 有機(jī)碳(TOC)

圖1展示了研究區(qū)延長(zhǎng)組潛在烴源巖的有機(jī)碳分布特征。從圖中可以看出，長(zhǎng)7段泥巖屬于深湖相，有機(jī)碳含量高，且分布較為集中。長(zhǎng)7段泥-頁巖有機(jī)碳分布2.80%～7.80%，平均值為5.56%，多數(shù)樣品大于5%；屬于好烴源巖。

表1 中國(guó)湖相生油巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(據(jù)黃第藩等，1990)[4]

2.3.2 氯仿瀝青“A”

烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)含量是衡量分散有機(jī)質(zhì)豐度的重要指標(biāo)，通常采用氯仿瀝青含量表征巖石中的可溶有機(jī)質(zhì)含量，其數(shù)值大小不僅與有機(jī)碳含量相關(guān)，而且與有機(jī)質(zhì)的成熟熱演化程度密切相關(guān)[2]。

圖2顯示了研究區(qū)烴源巖中氯仿瀝青“A”的分布特征，從圖中可以看出長(zhǎng)7黑色泥巖段中氯仿瀝青含量變化范圍在0.389%～0.761%之間，均值為0.498%；按照表1的豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來看，研究區(qū)長(zhǎng)7屬好烴源巖。

圖2 ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖氯仿瀝青“A”含量分布圖直方圖

2.3.3 巖石熱解參數(shù)

產(chǎn)油潛量(S1+S2)系巖石熱解分析得到的溶解烴含量S1與裂解烴含量S2之和，是一項(xiàng)塊色評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo)[3]。從圖3可以看出，長(zhǎng)7段暗色泥巖產(chǎn)油潛量大，14.04～22.4 mg/g，均值16.41 mg/g，長(zhǎng)7段黑色泥-頁巖都屬好烴源巖。

圖3 ZD地區(qū)長(zhǎng)7黑色泥巖巖石產(chǎn)油潛量(S1+S2)頻率分布圖

2.4 烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是烴源巖質(zhì)量的重要標(biāo)志，是決定有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)性質(zhì)的重要因素[6]?？扇苡袡C(jī)質(zhì)(氯仿瀝青)和不溶有機(jī)質(zhì)(干酪根)是烴源巖分散有機(jī)質(zhì)的兩種主要賦存形式，從在烴源巖分散有機(jī)質(zhì)中所占比率來看，干酪根是最主要的組成部分，其約占80%～90%(Tissot和Welte，1984)，故它是烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的確定性因素。本文主要依據(jù)干酪根顯微組分、巖石熱解參數(shù)和可溶有機(jī)質(zhì)組成特征等三個(gè)方面的地球化學(xué)指標(biāo)，按照干酪根三類四型的分類方案(見表2)，對(duì)研究區(qū)各個(gè)潛在烴源巖分散有機(jī)質(zhì)的類型，作剖析研究。

2.4.1 顯微組分

干酪根類型的劃分是根據(jù)干酪根中無定形組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組四個(gè)組分的相對(duì)含量來確定，一般劃分為腐泥型、腐植腐泥型、腐泥腐植型、腐植型四種類型(表2)。

表2 烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的干酪根元素和鏡檢劃分標(biāo)準(zhǔn)[7]

圖4 ZD地區(qū)長(zhǎng)7黑色泥巖有機(jī)質(zhì)顯微組分組成圖

一般來說，腐泥組、殼質(zhì)組相對(duì)含量較高的，則干酪根類型較好；鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組相對(duì)含量較高的，則干酪根類型較差。從圖4可以看出，長(zhǎng)7段黑色泥巖有機(jī)質(zhì)顯微組分主要以腐泥組為主，其含量為80%～94%，惰質(zhì)組含量較低，鏡質(zhì)組含量甚微，基本未檢測(cè)出，故表明，長(zhǎng)7段黑色泥巖為優(yōu)質(zhì)烴源巖，干酪根屬于腐泥型。

2.4.2 巖石熱解氫指數(shù)和降解潛率確定烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

采用巖石熱解的方法，I型有機(jī)質(zhì)具有有機(jī)質(zhì)富含S2(熱解烴)、貧S3(CO2)，氫指數(shù)值高、氧指數(shù)值低等特征；而Ⅲ型有機(jī)質(zhì)則具有有機(jī)質(zhì)富含S3(CO2)、貧S3，氧指數(shù)高、氫指數(shù)低等特征?？梢砸罁?jù)氫指數(shù)與氧指數(shù)圖版，確定有機(jī)質(zhì)類型，另外，也可以根據(jù)類型指數(shù)(TYC)、降解率(D)、生烴潛量(S1+S2)等熱解參數(shù)劃分有機(jī)質(zhì)類型。(表3)。

表3 陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的熱解參數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)(據(jù)SY/T5735-1995)

研究區(qū)內(nèi)烴源巖的熱解參數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3，對(duì)應(yīng)的從ZD地區(qū)烴源巖的熱解參數(shù)表4中可以看出，長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1(腐植-腐泥型)-Ⅱ2(腐泥-腐植型)。

表4 ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源層有機(jī)質(zhì)熱解參數(shù)與類型劃分

2.4.3 可溶有機(jī)質(zhì)組成特征確定烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

可溶有機(jī)質(zhì)組成也可用于烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的確定。表5為根據(jù)可溶有機(jī)質(zhì)組成劃分陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的一般標(biāo)準(zhǔn)。表6為ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖的可溶有機(jī)質(zhì)組成情況。

表5 陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的熱解參數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)(據(jù)SY/T 5735-1995)

長(zhǎng)7烴源巖飽和烴含量分布在43.27%～68.78%之間，非烴+瀝青質(zhì)含量分布在15.84～29.61 mg/g之間，飽/芳比分布在1.48～4.32之間(表6)。根據(jù)表5中的劃分有機(jī)質(zhì)類型標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為I型(腐泥型)-Ⅱ1(腐植-腐泥型)，主要為Ⅱ1型干酪根。

2.5 烴源巖熱成熟特征

熱解參數(shù)表明，長(zhǎng)7泥巖熱解最高溫度Tmax分布于492～453，從上至下逐漸增大的特征。根據(jù)其劃分標(biāo)準(zhǔn)Tmax分布448～471，對(duì)應(yīng)烴源巖成熟度為0.87%～1.33%。從鏡質(zhì)體反射率資料表明，長(zhǎng)7泥巖成熟度多數(shù)分布在0.87～9.8，為成熟烴源巖。

表6 ZD地區(qū)長(zhǎng)7烴源層有機(jī)質(zhì)熱解參數(shù)與類型劃分

3 結(jié)語

(1)縱觀整個(gè)ZD探區(qū)長(zhǎng)7地層的巖性，下部的黑色油巖、油頁巖發(fā)育，向上逐漸減薄；同時(shí)上部砂巖段相對(duì)發(fā)育，而向下呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。

(2)長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖的有機(jī)碳含量高，富二價(jià)硫(S2-)，呈富鐵、富P2O5，相對(duì)貧Al2O3)、SiO2的特征，CaO和MgO含量較低。

(3)長(zhǎng)7段泥-頁巖有機(jī)碳分布2.80%～7.80%，多數(shù)樣品大于5%，屬于好烴源巖；氯仿瀝青含量變化范圍在0.389%～0.761%之間，均值為0.498%，屬好烴源巖；產(chǎn)油潛量(S1+S2)范圍在14.04～22.4 mg/g，均值16.41 mg/g，屬好烴源巖。

(4)從顯微組分看長(zhǎng)7段黑色泥巖有機(jī)質(zhì)顯微組分主要以腐泥組為主，其含量為80%～94%，為優(yōu)質(zhì)烴源巖；從烴源巖的熱解參數(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)看出，長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1(腐植-腐泥型)-Ⅱ2(腐泥-腐植型)；從可溶有機(jī)質(zhì)組成特征來看長(zhǎng)7烴源巖飽和烴含量分布在43.27%～68.78%之間，非烴+瀝青質(zhì)含量分布在15.84～29.61mg/g之間，飽/芳比分布在1.48～4.32之間，有機(jī)質(zhì)類型主要為I型(腐泥型)-Ⅱ1(腐植-腐泥型)。

(5)熱解參數(shù)表明，長(zhǎng)7泥巖熱解最高溫度Tmax分布于492～453，從上至下逐漸增大的特征；從鏡質(zhì)體反射率資料表明，長(zhǎng)7泥巖成熟度多數(shù)分布在0.87～9.8，為成熟烴源巖。

[1]何自新.鄂爾多斯盆地演化與油氣.北京:石油工業(yè)出版社.2003.

[2]王建民，王佳媛.鄂爾多斯盆地伊陜斜坡上的低幅度構(gòu)造與油氣富集.石油勘探與開發(fā).2013.

[3]張文正，楊華，等.鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖的巖石學(xué)、元素地球化學(xué)特征及發(fā)育環(huán)境.地球化學(xué).2008.

[4]黃第藩，等.中國(guó)陸相石油地質(zhì)理論基礎(chǔ).北京：石油工業(yè)出版社.

[5]趙澄林,朱筱敏.沉積學(xué)巖石學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社.2001.

[6]趙重遠(yuǎn).鄂爾多斯盆地的演化歷史.形成機(jī)制和含油氣有利地區(qū)[M].見趙重遠(yuǎn)等著:華北克拉通沉積盆地形成與演化及其油氣賦存.西安:西北大學(xué)出版社.1990.

[7]楊俊杰.鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與油氣分布規(guī)律[M].北京:石油工業(yè)出版社.2002.

[8]盧進(jìn)才,李玉宏,魏仙樣，等.鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組油頁巖沉積環(huán)境與資源潛力研究.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2006,36(6):928-932.

P632

A

1004-1184(2016)06-0199-03

2016-08-14

西北大學(xué)大學(xué)生校創(chuàng)基金(2015131)

陳彪(1993-)，男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，主攻方向：資源勘查。