平崗—遼源盆地?zé)N源巖特征及生烴史

邵世國，馬世忠，張宇鵬，戚開元，李建智

(1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田第二采油廠，黑龍江 大慶 163311；3. 東北石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 4. 大慶油田第三采油廠，黑龍江 大慶 163311)

平崗—遼源盆地地處吉林省遼源市境內(nèi)，盆地面積可達(dá)600 km2，大地構(gòu)造位置上處于松嫩地塊與華北板塊之間，為華北板塊北緣增生帶的一部分，研究區(qū)位置以東為輝樺盆地，西部緊鄰伊通盆地[1-2]，東部的敦密斷裂和西部的佳依斷裂及東北部的西拉木倫斷裂將遼源盆地環(huán)繞在西南方向。研究區(qū)構(gòu)造特征為兩凹一隆的構(gòu)造格局同時(shí)斷層較為發(fā)育(見圖1)[3]，同時(shí)區(qū)內(nèi)地層自下而上發(fā)育白堊世德仁組、久大組、安民組、長安組；由于遼源盆地前人研究程度有限，對烴源巖研究甚少，有必要對遼源盆地?zé)N源巖進(jìn)行進(jìn)一步研究。經(jīng)過綜合分析及一系列系統(tǒng)采樣并通過大量的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用了地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對遼源盆地?zé)N源巖品質(zhì)進(jìn)行了細(xì)致的分析評價(jià)。

1 烴源巖特征

本次研究通過對遼源盆地遼地1井、平地1井巖心系統(tǒng)取樣，充分運(yùn)用總有機(jī)碳(TOC)、氯仿瀝青“A”(“A”)、生烴潛量(S1+S2)、鏡質(zhì)體反射率(Ro)等地球化學(xué)參數(shù)分析資料，對遼源盆地長安組三段、長安組一段、久大組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型以及熱演化程度進(jìn)行評價(jià)。經(jīng)過一系列系統(tǒng)分析，運(yùn)用地球化學(xué)手段及綜合評價(jià)，明確了長一段烴源巖最優(yōu)，長三段烴源巖次之，久大組烴源巖最末，由于遼源盆地處于前期勘探階段，取芯井較少，只在遼地1井與平地1井中進(jìn)行取芯采樣及分析化驗(yàn)，故用取芯井為主，并以煤田井資料進(jìn)行輔佐對遼源盆地?zé)N源巖特征進(jìn)行評價(jià)，但遼地1井久大組斷失，無法對遼源坳陷久大組進(jìn)行評價(jià)。

圖1 平崗—遼源盆地位置

1.1 有機(jī)質(zhì)豐度特征

一般來說，有機(jī)質(zhì)豐度和巖石的沉積環(huán)境有著密切的聯(lián)系，不同沉積環(huán)境中有機(jī)質(zhì)沉積的不均一性較強(qiáng)；如若在有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度相近的情況下，有機(jī)質(zhì)豐度越高則其生烴能力越強(qiáng)[4-5]。本文主要參用胡見義、黃第藩于1991年提出的烴源巖評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這也是國內(nèi)普遍認(rèn)可的一套針對陸相環(huán)境下烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見表1)，經(jīng)過系統(tǒng)研究采用了總有機(jī)碳(TOC)、生烴潛量(S1+S2)和氯仿瀝青“A”(“A”)3個(gè)參數(shù)對遼源盆地有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行評價(jià)。

表1 有機(jī)質(zhì)豐度綜合評價(jià)表(據(jù)黃第藩等，1991)

對已做樣品的TOC、(S1+S2)和氯仿瀝青“A”的統(tǒng)計(jì)分析后，遼源盆地遼地1井、平地1井有機(jī)質(zhì)豐度分布特征表顯示(見表2)，遼地1井長三段湖相泥巖的TOC分布在1.82%～4.13%之間，平均值為2.81%；遼地1井長一段湖相泥巖TOC在1.91%～4.31%之間；遼地1井久大組斷失,無數(shù)據(jù)；平地1井長三段湖相泥巖由于樣品很少只采樣1塊故無其分布范圍，但是TOC顯示也為優(yōu)質(zhì)烴源巖級別；長一段湖相泥巖TOC分布于0.62%～3.78%之間，平均值為2.09%；久大組湖沼相泥巖TOC分布于1.92%～2.72%之間，平均值為2.33%，在沉積環(huán)境上湖相泥巖要比湖沼相泥巖品質(zhì)更優(yōu)，故久大組源巖的TOC較其他層位源巖相比較低。

表2 遼源盆地遼地1井、平地1井有機(jī)質(zhì)豐度分布特征

選取兩個(gè)坳陷的34個(gè)實(shí)測點(diǎn)的TOC的統(tǒng)計(jì)直方圖(見圖2～3)分析，遼源坳陷長一段烴源巖豐度最高，TOC值大于2%的樣品點(diǎn)可達(dá)88.89%，同時(shí)主要TOC分布于3%～4%，平均值可達(dá)3.07%，達(dá)到了極好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)；長三段烴源巖較長一段次之，其TOC值大于2%的樣品點(diǎn)占87.5%，大多分布在2%～3%之間，其TOC平均值可達(dá)2.80%。平崗坳陷中長一段烴源巖TOC值大于2%的樣品占60%，其平均值為2.09%；久大組烴源巖TOC分布于2%～3%的值占66.67%，TOC處于1%～2%之間的樣品占33.33%，樣品TOC平均值達(dá)2.33%，總而言之平崗坳陷長三段、長一段烴源巖品質(zhì)也較久大組烴源巖更優(yōu)。

圖2 遼源坳陷下白堊統(tǒng)烴源巖TOC含量

圖3 平崗坳陷下白堊統(tǒng)烴源巖TOC含量

(S1+S2)一般表示“生烴潛力”或“生烴潛量”[6]。黃第藩等則將(S1+S2)稱為生油勢。遼源坳陷遼地1井長三段湖相泥巖生烴潛量(S1+S2)分布于1.54～4.38 mg/g之間，平均值為2.80 mg/g；長一段湖相泥巖生烴潛量分布于2.36～6.94 mg/g之間，平均值為4.88 mg/g，遼地1井長一段湖相泥巖在生烴潛量方面較長三段湖相泥巖表現(xiàn)更好。平崗盆地平地1井長三段湖相泥巖1塊樣品生烴潛量達(dá)到15.4 mg/g，但同樣達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)；平地1井長一段分布于0.83～7.16 mg/g，平均值為3.46 mg/g；平地1井久大組生烴潛量0.26～0.62 mg/g，平均值為0.39 mg/g。

下白堊統(tǒng)平崗—遼源盆地?zé)N源巖生烴潛量統(tǒng)計(jì)直方圖(見圖4～5)顯示遼源坳陷長三段生烴潛量大于2 mg/g的樣品可占62.50%，其平均值達(dá)3.43 mg/g，分布區(qū)間處于1～2 mg/g樣品占37.5%，此區(qū)間內(nèi)平均值為1.75 mg/g，整個(gè)長三段烴源巖生烴潛量表現(xiàn)出中等偏差的品質(zhì)；長一段生烴潛量均大于2 mg/g，都已達(dá)到中等烴源巖以上標(biāo)準(zhǔn)。平崗坳陷長三段烴源巖由于只有1塊樣品且生烴潛量為15.4 mg/g，所以大于4 mg/g區(qū)間顯示為100%；長一段樣品生烴潛量處于大于2 mg/g區(qū)間占80%，此區(qū)間內(nèi)生烴潛量平均值為4.12 mg/g。久大組樣品生烴潛量均小于1 mg/g，表現(xiàn)差。

圖4 遼源坳陷下白堊統(tǒng)烴源巖生烴潛量統(tǒng)計(jì)

圖5 平崗坳陷下白堊統(tǒng)烴源巖生烴潛量統(tǒng)計(jì)

氯仿瀝青“A”是指巖石中可溶于氯仿的有機(jī)質(zhì)的總稱，其組成物質(zhì)包括飽和烴、芳香烴、瀝青質(zhì)和非烴(膠質(zhì))等[7]；遼源坳陷的遼地1井長三段湖泥巖仿瀝青“A”平均值為0.032 4%；長一段湖相泥巖平均值為0.051 5%。平崗坳陷久大組湖沼泥巖的氯仿瀝青“A”為處于0.004 5%～0.004 9%之間，烴源巖表現(xiàn)中等。

綜合總有機(jī)碳(TOC)、生烴潛量(S1+S2)和氯仿瀝青“A”3個(gè)參數(shù)指標(biāo)參照有機(jī)質(zhì)豐度綜合評價(jià)表對遼源盆地三套烴源巖進(jìn)行總體評價(jià)，遼源坳陷遼地1井長三段和長一段烴源巖評價(jià)結(jié)果為好，平崗坳陷平地1井長三段和長一段無氯仿瀝青“A”數(shù)據(jù)，但利用其余兩項(xiàng)參數(shù)長三段和長一段評價(jià)結(jié)果仍為好，久大組烴源巖綜合評價(jià)結(jié)果為中等。

1.2 有機(jī)質(zhì)類型特征

烴源巖中有機(jī)質(zhì)的類型是其質(zhì)量指標(biāo)，不同類型的有機(jī)質(zhì)具有不同的生油氣潛力，有機(jī)質(zhì)類型決定了烴源巖生烴能力的大小，，有機(jī)質(zhì)類型越好，越有利于油氣的生成；其評價(jià)參數(shù)一般包括干酪根元素組分、碳同位素、巖石熱解氫指數(shù)和最高熱解峰溫等[8-9]。一般對有機(jī)質(zhì)類型劃分，最常采用的方法為三類四分法，將有機(jī)質(zhì)劃分為3個(gè)大類和4種類型(即Ⅰ型、Ⅱa型、Ⅱb型、Ⅲ型)。

通過Tmax-IH范式圖版識別分析的結(jié)果表明，如圖6～7所示：遼源坳陷長三段烴源巖類型主要以Ⅲ型干酪根為主，占總數(shù)的62.5%；Ⅱb型干酪根占總數(shù)的37.5%；Ⅰ型干酪根占總數(shù)的6%；遼源坳陷長一段烴源巖類型以Ⅱ型干酪根為主，其中Ⅱa型干酪根占總數(shù)的55.6%；Ⅱb型干酪根占總數(shù)的22.2%；全部Ⅱ型干酪根占到接近整體總數(shù)的80%，Ⅰ型干酪根占總數(shù)的22.2%?？傮w看以長一段和長三段都以Ⅱ型干酪根為主，有機(jī)質(zhì)類型較好。

圖6 遼地1井烴源巖氫指數(shù)與Tmax關(guān)系

圖7 平地1井烴源巖氫指數(shù)與Tmax關(guān)系

平崗坳陷取樣相對遼源坳陷來說較少，如圖8所示：平地1井長三段取樣1塊，類型為Ⅱa型干酪根。長一段烴源巖4塊樣品干酪根類型也都為Ⅱa型干酪根，占平崗坳陷總樣品數(shù)的50%，長三段和長一段有機(jī)質(zhì)類型較好，但久大組烴源巖因?yàn)闊嵫莼潭冗^高，無法有效的應(yīng)用Tmax-IH范式圖版判別有機(jī)質(zhì)類型。

圖8 烴源巖類型個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)

從平崗—遼源盆地類型個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖可知：遼源坳陷Ⅱ型干酪根總占65%，Ⅱa型干酪根占21%，Ⅱb型干酪根占42%；平崗坳陷Ⅱ型干酪根總占67%,Ⅱa型干酪根占56%，Ⅱb型干酪根占11%。平崗—遼源盆地Ⅱ型干酪根總占64%，整體母質(zhì)類型中Ⅱ型干酪根超過50%，總體來說，平崗—遼源盆地有機(jī)質(zhì)類型相對較優(yōu)。

平崗—遼源盆地為斷陷型殘留盆地，而在我國陸相源巖干酪根的組分研究中，基本未見有單一組分的母質(zhì)類型的盆地，絕大部分盆地?zé)N源巖母質(zhì)類型都是腐泥組A、殼質(zhì)組B、鏡質(zhì)組C和惰質(zhì)組D 4種組分的不同比例混合，通過對不同母質(zhì)組分含量的測定，利用TI類型計(jì)算公式判別有機(jī)質(zhì)類別，具體計(jì)算公式如下：

TI=100A+50B-75C-100D

其中A表示無定形組分百分含量，B表示殼質(zhì)組百分含量，C表示鏡質(zhì)組百分含量，D表示惰質(zhì)組百分含量其標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 類型指數(shù)評價(jià)有機(jī)質(zhì)類型標(biāo)準(zhǔn)

表4為實(shí)測類型指數(shù)法所測得的干酪根類型數(shù)據(jù)，比照類型指數(shù)評價(jià)有機(jī)質(zhì)類型標(biāo)準(zhǔn)表利用類型指數(shù)法進(jìn)行識別可知，遼地1井長三段1塊樣品點(diǎn)類型為Ⅱb型干酪根，遼地1井長一段有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱb型為主；平地1井在長三段和長一段未進(jìn)行取樣，平地1井久大組有機(jī)質(zhì)類型則均為為Ⅲ型干酪根。

表4 平崗—遼源盆地類型指數(shù)法測干酪根類型數(shù)據(jù)

綜合Tmax-IH范式圖版法和類型指數(shù)法評價(jià)有機(jī)質(zhì)類型對平崗—遼源盆地有機(jī)質(zhì)類型判別后表明有機(jī)質(zhì)類型長安組多為Ⅱa、Ⅱb型干酪根，并且含少量Ⅰ型干酪根；久大組為Ⅲ型干酪根，反映平崗—遼源盆地有機(jī)質(zhì)大多為混合型來源。

1.3 有機(jī)質(zhì)成熟度特征

除有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型之外，有機(jī)質(zhì)成熟度也是評判地區(qū)烴源巖的基本參數(shù)之一，有機(jī)質(zhì)只有達(dá)到一定的熱演化程度才能進(jìn)入生烴門限，繼而開始大量生烴。有機(jī)質(zhì)成熟度也是評價(jià)一個(gè)地區(qū)是否可以形成工業(yè)油流的關(guān)鍵問題[10-14]。本文主要應(yīng)用鏡質(zhì)體反射率和Tmax值兩個(gè)指標(biāo)來研究遼源盆地有機(jī)質(zhì)成熟度。

平崗—遼源盆地白堊統(tǒng)有機(jī)質(zhì)成熟度參數(shù)見表5，其中遼地1井長三段樣品鏡質(zhì)體反射率平均值為0.86%，長三段樣品有機(jī)質(zhì)成熟度均處于成熟階段，長一段鏡樣品質(zhì)體反射率平均值為0.92%，也處于成熟階段；平地1井未在長安組取樣，久大組湖沼泥巖樣品為2.69%～2.86%之間，處于過成熟階段，已過大量排烴期。

本文除采用鏡質(zhì)體反射率這一指標(biāo)外，還另采用熱解最高峰溫(Tmax)指標(biāo)對有機(jī)質(zhì)成熟度進(jìn)行評價(jià)，一般來說Ⅰ型干酪根的Tmax隨成熟度變化范圍較Ⅱ、Ⅲ型干酪根小，故對于Ⅱ、Ⅲ型干酪根來說Tmax是一個(gè)良好的成熟度參數(shù)，其規(guī)律為在不同的有機(jī)質(zhì)類型內(nèi)，隨著Tmax值越高，有機(jī)質(zhì)成熟度越高。遼源盆地長一段和長三段都以Ⅱ型干酪根為主，長三段含油少量Ⅲ型干酪根，遼地1井長三段Tmax均值為436.5℃，處于主要生油帶的成熟階段；長一段Tmax均值為452.67℃有機(jī)質(zhì)成熟度也達(dá)到成熟階段并已生油。平地1井久大組Tmax為592.33℃，已達(dá)過成熟階段，處于干氣帶，生干氣為主。結(jié)合Tmax和鏡質(zhì)體反射率兩指標(biāo)顯示的規(guī)律一致，均明確長三段和長一段處成熟階段，久大組處于過成熟階段。

表5 平崗—遼源盆地白堊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度參數(shù)統(tǒng)計(jì)

1.4 烴源巖平面展布特征

平崗—遼源盆地白堊統(tǒng)烴源巖分布之前少有學(xué)者進(jìn)行研究，烴源巖分布尚不明確。通過3口地質(zhì)井和14口煤田井泥巖鉆遇數(shù)據(jù)及區(qū)域沉積特征和構(gòu)造特征對長三段、長一段和久大組暗色泥巖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行了泥巖平面分布預(yù)測與繪制。

平崗—遼源盆地長安組三段遼源坳陷所發(fā)育的暗色泥巖主要為深湖—半深湖亞相沉積(見圖9)。

圖9 平崗—遼源盆地長三段泥巖厚度等值線圖

其發(fā)育有3個(gè)沉降中心，遼源坳陷的2個(gè)沉降中心分別與云頂凹陷和金崗凹陷中心相對應(yīng)，位于云頂凹陷的78-11井最大泥巖厚度為85.64 m，云頂凹陷和金崗凹陷較為相似，兩泥巖凹陷中心均為長軸橢圓狀沿北西—南東向發(fā)育。

平崗—遼源盆地長安組一段遼源坳陷沿南東方向沉積厚度較大，且泥巖相對更為發(fā)育，平崗坳陷則沿南南西方向沉積厚度較大，且在泥巖發(fā)育程度較好的同時(shí)與構(gòu)造顯示響應(yīng)較好，沉積特征與構(gòu)造特征相符程度較高(見圖10)；平面上看泉太凹陷與共安凹陷在長一段同處一個(gè)泥巖沉降中心，整體上長一段泥巖厚度要比長三段泥巖厚度高，烴源巖質(zhì)量比長三段要強(qiáng)，更有利于生烴。

圖10 平崗—遼源盆地長一段泥巖厚度等值線圖

由于現(xiàn)階段遼源盆地久大組厚層泥巖鉆穿井較少，僅3口井有鉆遇泥巖厚度值，且已鉆遇3井均位于共安凹陷中(見圖11)。遼源盆地3個(gè)次凹即泉太凹陷、云頂凹陷和金崗凹陷的泥巖厚度值是根據(jù)共安凹陷所鉆遇的泥巖厚度值為參考，久大組構(gòu)造底形為依據(jù)進(jìn)行的泥巖展布的預(yù)測。如圖11所示：遼1井發(fā)育有三口久大組鉆遇井中最厚層泥巖，厚度可達(dá)97 m，泥巖厚度沉降中心與共安凹陷中心相重合，泉太凹陷泥巖厚度最厚處為70 m，向四周呈放射性逐漸減薄，云頂凹陷和金崗凹陷最大泥巖厚度分別為60 m和70 m，其分布形態(tài)均呈北西—南東向長軸橢圓狀，泥巖厚度沿東西向減薄較快。

圖11 平崗—遼源盆地久大組泥巖厚度等值線圖

2 烴源巖熱演化生烴史

本次生排烴研究運(yùn)用斯倫貝謝公司的PetroMod軟件[15]對平崗—遼源盆地?zé)嵫莼墒焓芳吧鸁N史進(jìn)行模擬，在進(jìn)行熱史和生烴史模擬前應(yīng)確定研究區(qū)的古地溫及古熱流，合理的取值對模擬的結(jié)果起到至關(guān)重要的作用[16-21]。由于本地區(qū)并未進(jìn)行古熱流的測定，結(jié)合周圍盆地已測地溫梯度結(jié)果，采用地球化學(xué)與熱力學(xué)結(jié)合方法，調(diào)整古熱流假定值，使模擬古溫標(biāo)參數(shù)符合實(shí)測參數(shù)規(guī)律，最終得到合理古地溫演化規(guī)律，經(jīng)統(tǒng)計(jì)松遼盆地地溫梯度為3.7℃/100 m，前郭縣為4.2℃/100 m，松遼盆地南部為4.2℃/100 m，長嶺凹陷為3.5℃/100 m，通過PetroMod1D所得出的地溫曲線，Ro曲線與實(shí)測值的對比調(diào)整，得到平崗—遼源盆地古熱流平均值為95 mW/m2，模擬效果同各臨近盆地吻合。

根據(jù)軟件模擬結(jié)果表明(見圖12)，以遼地1井為代表的遼源坳陷長安組三段，長安組一段和久大組三套烴源巖分別在距今87.3，94.06，103.14 Ma時(shí)進(jìn)入生烴門限(Ro>0.5%)，本階段具有生烴潛能的早期烴源巖由于并未進(jìn)行有效的大量生烴作用，還處于成熟作用早期；在距今77.3，85.1，97.8 Ma時(shí)進(jìn)入成熟作用中期，本階段為有機(jī)質(zhì)的生烴高峰期；久大組在距今79.6 Ma，泉頭組沉積時(shí)期進(jìn)入成熟作用晚期，此時(shí)液態(tài)石油裂解成為凝析油和濕氣；在嫩江組末期(約70.5 Ma)，受燕山運(yùn)動(dòng)晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響導(dǎo)致地層抬升，長三段和長一段在成熟作用中期時(shí)生烴過程基本停滯，而久大組是在成熟作用晚期生烴過程停止。

圖12 遼地1井埋藏史—熱演化史

平地1井埋藏史—熱演化史圖(見圖13)顯示平崗坳陷三套烴源巖分別在86.28，92.82，103.4 Ma時(shí)進(jìn)入生烴門限；在距今76.5，82.5，97.3 Ma泉頭組沉積時(shí)期三套源巖均進(jìn)入進(jìn)入成熟作用中期，干酪根大量降解生成油氣(Ro>0.7%)；由于嫩江組末期(約70.5 Ma)構(gòu)造反轉(zhuǎn)地層抬升，長三段和長一段未進(jìn)入到成熟作用晚期，久大組在80.6 Ma時(shí)進(jìn)入成熟作用晚期(Ro>1.2%),在嫩江組末期(約70.5 Ma)因地層抬升停止生烴未進(jìn)入過成熟階段。

圖13 平地1井埋藏史—熱演化史

3 結(jié) 論

1)平崗—遼源盆地主要發(fā)育3套暗色湖相泥巖，自上而下分別為長安組三段、長安組一段和久大組烴源巖。根據(jù)遼地1井和平地1井的熱解、熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果明確了遼源盆地3套烴源巖質(zhì)量：長安組一段有機(jī)質(zhì)豐度極好，主要為Ⅱ型干酪根，長安組三段烴源巖豐度較好，同樣以Ⅱ型干酪根為主，久大組豐度中等，主要為Ⅲ型干酪根。

2)平崗—遼源盆地白堊系三套烴源巖目前成熟度呈現(xiàn)出較大差異，埋藏史—熱史揭示長安組三段和長安組一段均達(dá)到低熟—成熟演化階段，久大組已為高成熟—過成熟演化階段。3套烴源巖均可作為有效油氣供給源巖，綜合評價(jià)3套烴源巖發(fā)育規(guī)模、地化測試結(jié)果，證實(shí)遼源盆地具有較好資源前景。

3)東部地區(qū)遼源坳陷3套烴源巖品質(zhì)優(yōu)于西部平崗坳陷，在兩坳陷烴源巖平面展布差異較小的情況下，遼源坳陷是更加有利的生烴地區(qū)。