長嶺斷陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型判斷

樊薛沛 李金龍 張玉萍 楊 偉 吳紅霞 常 迪 呂 品

（1.中國石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林 長春 130062；2.中國石油青海油田公司采氣一廠，青海 格爾木 861099）

0 引言

有機(jī)質(zhì)類型直接影響著烴源巖生排烴效率，是評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力的重要地球化學(xué)參數(shù)之一[1]，國內(nèi)一般采用三種四類方法來劃分烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型，即腐泥型（Ⅰ型）、腐殖—腐泥型（Ⅱ1型）、腐泥—腐殖型（Ⅱ2型）和腐殖型（Ⅲ型）。常用的判斷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的方法包括氯仿瀝青“A”族組分，巖石熱解、干酪根顯微組分、干酪根碳同位素等[2-3]。毋庸置疑，以上的有機(jī)質(zhì)類型判斷方法均存在局限性。長嶺斷陷位于松遼盆地中央坳陷區(qū)南部，為中生代斷坳疊置的雙重結(jié)構(gòu)盆地，斷陷層面積約為7240km2，盆地基底最大埋深超過8000m，總體上來說，地層時(shí)代在東部斷陷中比較老，埋深比較大[4]。目前長嶺斷陷層鉆遇的烴源巖主要分布在沙河子組與營城組，其埋深大部分均在3500m以下，烴源巖已進(jìn)入高—過成熟階段，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型僅僅用單一的方法來判斷明顯不能滿足要求，針對(duì)此類烴源巖，筆者擬采用多種方法綜合判斷長嶺斷陷層烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型。

1 有機(jī)質(zhì)類型判斷

1.1 巖石熱解判定有機(jī)質(zhì)類型

巖石熱解參數(shù)容易獲取，是評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)類型最常用的方法。常用的評(píng)價(jià)參數(shù)為氫指數(shù)（IH）和熱解峰溫（Tmax）。值得注意的是熱解參數(shù)也是隨熱演化程度加深而發(fā)生變化的，生油巖在低成熟—中等成熟階段，熱解參數(shù)劃分有機(jī)質(zhì)類型是恰當(dāng)?shù)?，而在高成熟階段則要綜合其他參數(shù)而定[5-6]。由于洼陷帶中，如查干花次凹、龍鳳山次凹、伏龍泉次凹等樣品Tmax值過高，熱解關(guān)系圖難以準(zhǔn)確判別其有機(jī)質(zhì)類型，但能反映成熟度較低的新安鎮(zhèn)次凹烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型。長嶺斷陷沙河子組與營城組烴源巖IH-Tmax關(guān)系如圖1所示，從圖1中可知，營城組新安鎮(zhèn)次凹主要為Ⅲ型有機(jī)質(zhì)，而沙河子組主要為Ⅱ1型和Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)。彭平安院士（2014）通過模擬試驗(yàn)表明，烴源巖排烴率達(dá)到58%時(shí)繼續(xù)排烴會(huì)造成IH降低和Tmax值突增，進(jìn)而造成有機(jī)質(zhì)類型變差[7]。龍鳳山次凹沙河子組烴源巖IH值均小于30mg／g，Tmax值均大于520℃，計(jì)算其烴源巖排烴率高達(dá)85%，高演化程度烴源巖熱解顯示有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，而演化程度較低的北1井卻落在IH-Tmax圖版Ⅱ2型范圍內(nèi)（圖1b）。按此觀點(diǎn)，推測(cè)本區(qū)有機(jī)質(zhì)類型可能為Ⅱ型。

1.2 有機(jī)元素判定有機(jī)質(zhì)類型

干酪根主要由C、H、O和少量的S、N等5種元素組成，有機(jī)質(zhì)來源不同，干酪根元素組成則不同，水生生物來源的干酪根元素相對(duì)富氫貧氧，富含類脂組，因此可以根據(jù)干酪根有機(jī)元素判定有機(jī)質(zhì)類型。一般把干酪根的H／C和O／C比值放在“范氏”圖版上來確定有機(jī)質(zhì)類型。但干酪根的元素組成不僅取決于原始有機(jī)質(zhì)的品質(zhì)，而且與演化程度有關(guān)。在“范氏”圖版上，對(duì)于演化程度較高的階段，難以給出有機(jī)質(zhì)類型的特定劃分界限[8]。圖2是根據(jù)測(cè)定的有機(jī)元素?cái)?shù)據(jù)作出的H／C原子比和O／C原子比“范氏”圖，從圖2可看出，新安鎮(zhèn)次凹和查干花次凹斷陷層主要發(fā)育Ⅲ型有機(jī)質(zhì)，查干花北次凹的沙河子組局部還發(fā)育Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)。由于長嶺斷陷各個(gè)次凹烴源巖成熟度都較高，“范氏”圖判別有機(jī)質(zhì)類型失真。

圖1 長嶺斷陷沙河子組與營城組烴源巖IH-Tmax關(guān)系圖

圖2 長嶺斷陷營城組與沙河子組烴源巖干酪根H／C原子比和O／C原子比“范氏”圖

1.3 “A”族組分判定有機(jī)質(zhì)類型

飽和烴和芳香烴分別來自脂肪酸、生物蠟、色素和木質(zhì)素，非烴和瀝青質(zhì)含量越高表明母源中能生成的烴類物質(zhì)越少[9]。不同生烴次凹沙河子組烴源巖“A”族組分三角圖如圖3所示。如圖3a、3b，新安鎮(zhèn)次凹營城組和沙河子組的飽和烴含量均較高，分別為40%～60%和50%～75%，飽芳比分別為1.5～3.5和1.6～6。據(jù)此認(rèn)為，新安鎮(zhèn)次凹營城組有機(jī)質(zhì)類型主要屬于Ⅱ1型，沙河子組有機(jī)質(zhì)類型主要屬于Ⅱ1型和Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)類型均較好。龍鳳山次凹營城組和沙河子組的“A”族組分相對(duì)含量變化較大，靠近深洼的新深1井飽和烴含量約為40%，飽芳比一般大于2，主要以Ⅱ1型干酪根為主；而靠近斜坡的北1井飽和烴含量較低，飽芳比一般小于1，以Ⅲ型干酪根為主。查干花次凹營城組和沙河子組的飽和烴含量均集中分布在30%～40%，飽芳比均集中分布在1.6～3，以Ⅱ1型干酪根為主。查干花南次凹沙河子組的飽和烴含量較高，主要分布在40%～75%，飽芳比一般大于3，以Ⅰ型干酪根為主。伏龍泉次凹樣品點(diǎn)僅有SN70，揭示沙河子組烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ2型。

圖3 長嶺斷陷不同生烴次凹沙河子組烴源巖“A”族組分三角圖

1.4 干酪根顯微組分判斷有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)干酪根顯微組分三角圖版來判定有機(jī)質(zhì)類型[10]。研究結(jié)果表明，長嶺斷陷不同構(gòu)造帶斷陷層烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型差異較大。龍鳳山次凹沙河子組干酪根的顯微組分主要為腐泥組和鏡質(zhì)組，其中腐泥組含量為10%～30%，鏡質(zhì)組含量為30%～60%。認(rèn)為該地區(qū)沙河子組有機(jī)質(zhì)類型主要為腐泥—腐殖型（Ⅱ2型），局部見腐殖型（Ⅲ型）；營城組的干酪根顯微組分中腐泥組和殼質(zhì)組的含量達(dá)到59.1%，判定有機(jī)質(zhì)類型為腐殖—腐泥型（Ⅱ1型）。新安鎮(zhèn)次凹營城組和沙河子組的干酪根顯微組分中腐泥組含量主要分布在55%～90%，鏡質(zhì)組含量為15%～25%，主要為藻類等低等水生生物來源，也存在部分高等植物來源，有機(jī)質(zhì)類型以腐殖—腐泥型（Ⅱ1型）為主，類型較好，局部見腐殖型（Ⅲ型）。達(dá)爾罕斷凸帶目前僅收集到DB11井營城組的干酪根顯微組分?jǐn)?shù)據(jù)，其腐泥組含量高，達(dá)到82%，有機(jī)質(zhì)類型主要為腐泥型，類型好。查干花次凹分為南北兩個(gè)生烴凹陷，北次凹營城組干酪根顯微組分中不含腐泥組和惰質(zhì)組，殼質(zhì)組含量主要分布在50%～95%，主要為高等植物來源，有機(jī)質(zhì)類型主要為中間型（混合型）和腐殖型（Ⅲ型）。查干花南次凹營城組干酪根顯微組分中主要含腐泥組和鏡質(zhì)組，腐泥組含量為50%～60%，鏡質(zhì)組含量主要在30%左右，有機(jī)質(zhì)類型以中間型（混合型）為主，部分為腐泥型。沙河子組干酪根顯微組分中鏡質(zhì)組含量較高，高達(dá)80%，有機(jī)質(zhì)類型以腐殖型（Ⅲ型）為主。伏龍泉次凹營城組目前僅采到勝利1井的營城組樣品，其腐泥組含量約為18.8%、鏡質(zhì)組含量約為62.5%，有機(jī)質(zhì)判定為Ⅱ2型；沙河子組干酪根顯微組分中腐泥組含量主要為50%～65%，鏡質(zhì)組含量主要為15%～30%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，部分為Ⅲ型。

綜上所述，長嶺斷陷不同構(gòu)造帶斷陷層烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型差異較大，其中新安鎮(zhèn)次凹的營城組和沙河子組、伏龍泉次凹的沙河子組以腐泥型為主，有機(jī)質(zhì)類型最好；龍鳳山次凹的營城組和沙河子組均以中間型（混合型）為主，有機(jī)質(zhì)類型一般。

1.5 干酪根穩(wěn)定碳同位素組成判斷有機(jī)質(zhì)類型

表1 長嶺斷陷不同次凹烴源巖干酪根碳同位素表

不同來源、不同環(huán)境中發(fā)育的生物具有不同的穩(wěn)定碳同位素組成?？傮w來講在相同條件下，水生生物較陸生生物富集輕碳同位素，類脂化合物較其他組分富集輕碳同位素。因此，較輕的干酪根碳同位素組成一般反映較高的水生生物貢獻(xiàn)和較多的類脂化合物含量，即對(duì)應(yīng)著較好的有機(jī)質(zhì)類型。干酪根碳同位素組成可以較好地反映其有機(jī)質(zhì)來源及有機(jī)質(zhì)類型。根據(jù)胡見義等（1991）的干酪根類型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]，對(duì)長嶺斷陷不同次凹烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行了評(píng)價(jià)，見表1。從表1中可知，新安鎮(zhèn)次凹的營城組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型和Ⅱ2型，沙河子組主要為Ⅱ2型；龍鳳山次凹營城組的有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型，沙河子組主要為Ⅲ型；達(dá)爾罕斷凸帶營城組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型；查干花北次凹的營城組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型；查干花南次凹的營城組有機(jī)質(zhì)類型較好，屬于Ⅱ1型；伏龍泉次凹營城組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，沙河子組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型?？傮w上，營城組和沙河子組干酪根類型較差，以腐殖型和偏腐殖型的干酪根為主；以伏龍泉次凹和查干花南次凹的烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好。

1.6 飽和烴色譜特征判斷有機(jī)質(zhì)類型

利用Pr／nC17和Ph／nC18圖版可以判定有機(jī)質(zhì)類型。不同層系烴源巖Pr／nC17與Ph／nC18的關(guān)系如圖4所示。如圖4a、4b，長嶺斷陷新安鎮(zhèn)次凹營城組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型，沙河子組主要為Ⅱ2型；龍鳳山次凹營城組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型，沙河子組主要為Ⅱ2型；查干花南次凹有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型，以Ⅱ2型為主；伏龍泉次凹沙河子組有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主。

圖4 長嶺斷陷不同層系烴源巖Pr／nC17與Ph／nC18關(guān)系圖

αααC27、αααC28、αααC29膽甾烷含量可用于判定烴源巖提取物所代表的有機(jī)質(zhì)類型。一般來說，高等植物有機(jī)質(zhì)為主的煤系沉積，貧C27甾烷而富C29甾烷是一個(gè)重要特征，有機(jī)質(zhì)類型一般偏腐殖型，而低等水生生物來源有機(jī)質(zhì)富含C27、C28甾烷，有機(jī)質(zhì)類型一般偏腐泥型。新安鎮(zhèn)次凹營城組烴源巖的規(guī)則甾烷分布一般呈反“L”形，αααC29膽甾烷含量高于αααC27，表明母質(zhì)類型以高等植物輸入為主，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型；沙河子組烴源巖規(guī)則甾烷分布呈反“L”形和“V”形，表明為混合生物來源，高等植物輸入稍占優(yōu)勢(shì)，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型（圖5a、5b、5c）。龍鳳山次凹沙河子組烴源巖的規(guī)則甾烷分布呈“L”形和“V”形，表明為混合生物來源，且浮游動(dòng)植物輸入稍占優(yōu)勢(shì)，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型（圖5d）。查干花北次凹營城組烴源巖的規(guī)則甾烷分布均呈“L”形，αααC27膽甾烷含量高于αααC29，表明母質(zhì)類型以浮游動(dòng)植物輸入為主，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型（圖5e、5f）。需要注意的是，由于查干花地區(qū)烴源巖成熟度以高熟—過熟為主，高熟情況下αααC29膽甾烷可能向αααC27膽甾烷轉(zhuǎn)化，反映母質(zhì)類型失真。

圖5 長嶺斷陷不同洼陷烴源巖的規(guī)則甾烷分布圖

采用上述6類方法對(duì)長嶺斷陷沙河子組與營城組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行分析，綜合判斷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型（表2），結(jié)果表明，長嶺斷陷營城組有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅲ型為主，沙河子組以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主。且不同生烴洼陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型存在差異。

表2 長嶺斷陷不同生烴洼陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型綜合鑒定表

2 結(jié)論

1）長嶺斷陷沙河子組與營城組烴源巖有機(jī)質(zhì)多樣，受到成熟度的影響，用單一的方法判斷有機(jī)質(zhì)類型明顯存在不確定性。綜合干酪根顯微組分、干酪根碳同位素、飽和烴色譜特征、有機(jī)元素、“A”族組分、巖石熱解等參數(shù)，認(rèn)為長嶺斷陷營城組有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅲ型為主，沙河子組有機(jī)質(zhì)類型稍好，以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主。

2）不同生烴洼陷受到母質(zhì)輸入的差異，有機(jī)質(zhì)類型也不同。龍鳳山次凹與伏龍泉次凹沙河子組與營城組均以Ⅱ型為主。新安鎮(zhèn)次凹沙河子組烴源巖主要為Ⅱ2型，營城組烴源巖主要為Ⅲ型和Ⅱ2型，查干花南北次凹地區(qū)以Ⅱ2—Ⅲ型為主，總體上，查干花南次凹以及伏龍泉次凹等地區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好。

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