北部灣盆地流二段不同類型烴源巖生排烴效率與成藏貢獻(xiàn)對(duì)比*

李宏義 徐建永 李友川 武愛(ài)俊 肖伶俐 張振宇 沈 嬌

(中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

北部灣盆地目前的油氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)主要集中在潿西南和烏石凹陷這兩個(gè)成熟區(qū)，隨著成熟區(qū)勘探程度的提高，儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)難度日益加大，增儲(chǔ)上產(chǎn)亟需勘探新區(qū)獲得突破，而新區(qū)勘探評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容是烴源巖研究。鉆井揭示，潿西南和烏石凹陷主力烴源巖為流沙港組二段(以下簡(jiǎn)稱流二段)半深湖—深湖相烴源巖，包括泥巖、頁(yè)巖和油頁(yè)巖等3種類型。因此，本文主要針對(duì)這2個(gè)成熟區(qū)14口井的3種類型烴源巖的巖心、巖屑及13個(gè)典型油田的原油共計(jì)173個(gè)樣品進(jìn)行了系統(tǒng)采集和分析測(cè)試(圖1)，通過(guò)有機(jī)地球化學(xué)特征對(duì)比，明確了3種類型烴源巖的生烴指標(biāo)和生烴潛力；利用生排烴熱模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比了3種類型烴源巖的生排烴效率；通過(guò)油源對(duì)比參數(shù)優(yōu)選與原油族群劃分，并結(jié)合人工配比實(shí)驗(yàn)，建立了混源油來(lái)源定量判識(shí)公式，開(kāi)展了13個(gè)典型油田的油源貢獻(xiàn)定量分析，最終明確了成藏主力烴源巖巖性類型，為新區(qū)勘探潛力評(píng)價(jià)與勘探部署決策提供了重要依據(jù)。

圖1 北部灣盆地典型油田與烴源巖采樣井位置分布圖

1 有機(jī)地球化學(xué)特征對(duì)比

針對(duì)北部灣盆地勘探成熟區(qū)流二段泥巖、頁(yè)巖和油頁(yè)巖等3種類型烴源巖，進(jìn)行了14口井的系統(tǒng)采樣和分析測(cè)試，并開(kāi)展了有機(jī)地球化學(xué)特征對(duì)比，結(jié)果表明(表1、圖2)：

表1 北部灣盆地流二段不同類型烴源巖有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)

圖2 北部灣盆地流二段不同類型烴源巖有機(jī)質(zhì)類型與豐度

1) 流二段油頁(yè)巖有機(jī)碳含量為3.7%～11.3%，平均6.3%；有機(jī)質(zhì)類型絕大部分為Ⅰ型，少數(shù)為Ⅱ1型，顯微組分以腐泥組為主(平均含量超過(guò)80%)，主要為無(wú)定型藻類體，含少量結(jié)構(gòu)藻類體；生烴潛量S1+S2為7.7～73.0 mg/g，平均33.0 mg/g。

2) 流二段頁(yè)巖有機(jī)碳含量為0.2%～11.7%，平均2.3%；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主，少數(shù)為Ⅰ型，顯微組分以腐泥組(平均含量60%)和鏡質(zhì)組(平均含量30%)為主，腐泥組主要為無(wú)結(jié)構(gòu)藻類體；生烴潛量S1+S2為0.1～45.1 mg/g，平均8.1 mg/g。

3) 流二段泥巖有機(jī)碳含量為0.1%～8.5%，平均2.4%；有機(jī)質(zhì)類型大部分為Ⅱ1—Ⅱ2型，少數(shù)為Ⅰ型，顯微組分以腐泥組(平均含量57%)和鏡質(zhì)組(平均含量38%)為主，腐泥組主要為無(wú)結(jié)構(gòu)藻類體；生烴潛量S1+S2為0.1～45.2 mg/g，平均8.7 mg/g。

由此可見(jiàn)，流二段油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、生烴潛力大，是該盆地最優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

2 生排烴效率對(duì)比

在樣品采集與優(yōu)選的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了北部灣盆地勘探成熟區(qū)流二段泥巖、頁(yè)巖和油頁(yè)巖等3種類型烴源巖生排烴熱模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析了不同類型烴源巖的生排烴效率，為后續(xù)油源對(duì)比和主力烴源巖研究提供了有力支撐。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與設(shè)計(jì)方案

烴源巖生排烴熱模擬實(shí)驗(yàn)是研究烴源巖生烴排烴過(guò)程與機(jī)理的重要手段[1-6]，常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有封閉式、開(kāi)放式和半開(kāi)放式等3種類型，其中半開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以設(shè)定地層溫度、靜巖壓力、流體壓力和排烴壓力等多種參數(shù)，能夠更為客觀地再現(xiàn)地質(zhì)條件下烴源巖生排烴過(guò)程。因此，本次實(shí)驗(yàn)采用無(wú)錫石油地質(zhì)研究所研制的半封閉式地層孔隙熱壓生排烴模擬裝置，具體實(shí)驗(yàn)流程包括制樣裝樣、加溫加壓模擬、產(chǎn)物收集與定量等[1-2]。

選取了北部灣盆地流二段泥巖、頁(yè)巖和油頁(yè)巖樣品各1份(表2)，由于油頁(yè)巖和頁(yè)巖缺少巖心資料，只能采用巖屑樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了消除3種類型烴源巖因產(chǎn)狀不同而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)前將3種烴源巖樣品粉碎到40～60目，取80 g裝入樣品室，并用一定的機(jī)械壓力壓制成直徑為3.5 cm的人工巖心柱。由于地層孔隙熱壓生排烴模擬裝置需要預(yù)設(shè)模擬溫度、靜巖壓力和流體壓力等參數(shù)，而這些參數(shù)的選取將直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，因此，在實(shí)驗(yàn)之前通過(guò)研究區(qū)地層埋藏史和熱演化史資料分析，明確了地層埋深、溫壓、成熟度等參數(shù)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而確定了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中6個(gè)模擬溫度點(diǎn)(270 ℃、300 ℃、330 ℃、360 ℃、390 ℃、420 ℃)對(duì)應(yīng)的埋深、靜巖壓力和流體壓力等關(guān)鍵參數(shù)(表3)。

表2 北部灣盆地流二段不同類型烴源巖生排烴模擬實(shí)驗(yàn)樣品基本信息

表3 北部灣盆地流二段不同類型烴源巖生排烴模擬實(shí)驗(yàn)溫壓條件設(shè)計(jì)方案

2.2 生排烴效率對(duì)比

圖3為模擬實(shí)驗(yàn)獲得的流二段不同類型烴源巖生排烴過(guò)程曲線，可以看出，隨著模擬溫度的增加，泥巖、頁(yè)巖和油頁(yè)巖等3種類型烴源巖樣品的油產(chǎn)率均呈現(xiàn)出先增加再降低的趨勢(shì)。

圖3 北部灣盆地流二段不同類型烴源巖生排烴過(guò)程曲線

從總生油曲線特征對(duì)比來(lái)看，由于3個(gè)樣品的活化能分布存在差異(表2)，從而導(dǎo)致總生油達(dá)到峰值的溫度有所不同，即：油頁(yè)巖樣品活化能主頻值較低，300 ℃時(shí)總生油達(dá)到峰值9.45 mg/g；泥巖樣品的活化能主頻值居中，330 ℃時(shí)總生油達(dá)到峰值1.81 mg/g；頁(yè)巖樣品的活化能主頻值最高，360 ℃時(shí)總生油達(dá)到峰值4.47 mg/g。從排出油曲線特征對(duì)比來(lái)看，油頁(yè)巖排出油峰值為5.42 mg/g(溫度點(diǎn)360 ℃)，頁(yè)巖樣品排出油峰值為2.58 mg/g(溫度點(diǎn)360 ℃)，泥巖樣品排出油峰值為1.59 mg/g(溫度點(diǎn)390 ℃)。從單位巖石總生油、排出油和殘留油的絕對(duì)量來(lái)看，油頁(yè)巖樣品明顯高于泥巖和頁(yè)巖樣品，分析認(rèn)為其原因是烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)樣品吸附的殘留油有重要影響。油頁(yè)巖樣品有機(jī)質(zhì)豐度最高，殘留油吸附量最大，造成油頁(yè)巖樣品殘留油峰值(8.66 mg/g)明顯高于泥巖和頁(yè)巖樣品殘留油峰值(分別為0.78、2.49 mg/g)。而泥巖樣品有機(jī)質(zhì)豐度最低，對(duì)烴源吸附作用較弱，在270、300、330 ℃等3個(gè)溫度點(diǎn)時(shí)的排出油占總生油比例(平均52%)明顯高于油頁(yè)巖(平均13%)和頁(yè)巖樣品(平均41%)，但其單位巖石排出油的絕對(duì)量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于油頁(yè)巖和頁(yè)巖的。當(dāng)模擬溫度達(dá)360 ℃以后，油頁(yè)巖和頁(yè)巖樣品吸附量逐漸達(dá)到飽和，二者的排出油占總生油比例和泥巖樣品基本相當(dāng)。

綜合對(duì)比認(rèn)為，北部灣盆地流二段烴源巖單位巖石的生油率和排油率由高到低依次為油頁(yè)巖、頁(yè)巖和泥巖，油頁(yè)巖生油效率和排油效率分別是泥巖的5.2倍和3.4倍，頁(yè)巖生油效率和排油效率分別是泥巖的2.5倍和1.6倍。因此，油頁(yè)巖是北部灣盆地流二段生油效率和排油效率最高的烴源巖。

3 成藏貢獻(xiàn)對(duì)比

在上述對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了北部灣盆地勘探成熟區(qū)流二段烴源巖和原油的生物標(biāo)志化合物特征參數(shù)，優(yōu)選出油源對(duì)比的關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)行了原油族群劃分，并結(jié)合人工配比實(shí)驗(yàn)開(kāi)展了13個(gè)典型油田的油源貢獻(xiàn)定量分析，最終明確了對(duì)成藏起主要貢獻(xiàn)的烴源巖類型。

3.1 油源對(duì)比參數(shù)優(yōu)選

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，流二段油頁(yè)巖、頁(yè)巖、泥巖等3種類型烴源巖中反映水體鹽度和氧化還原性的生物標(biāo)志化合物特征差別不大，除個(gè)別樣品外，絕大多數(shù)樣品伽馬蠟烷/C30藿烷值主要分布在0.02～0.15(該值小于0.2指示淡水沉積環(huán)境)，Pr/Ph值主要分布在1.0～2.6，反映3種類型烴源巖都主要形成于半深湖—深湖還原水體環(huán)境。因此，3種類型烴源巖中表征沉積環(huán)境的生物標(biāo)志化合物特征不能作為原油族群劃分和油源對(duì)比的有效依據(jù)。

流二段3種類型烴源巖中反映生烴母質(zhì)來(lái)源的生物標(biāo)志化合物特征參數(shù)，尤其是C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)具有明顯差異(表4、圖4)。泥巖和頁(yè)巖樣品中C29規(guī)則甾烷含量相對(duì)較高，多數(shù)樣品C27-C28-C29規(guī)則甾烷分布呈現(xiàn)反“L”型(C27C29)，表明生烴母質(zhì)中水生生物的貢獻(xiàn)相對(duì)較大。尤為顯著的是，油頁(yè)巖樣品中檢測(cè)出較高豐度的C304-甲基甾烷(一般來(lái)源于溝鞭藻生物體中的4α-甲基甾醇[7-9])，造成油頁(yè)巖樣品中C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)明顯高于泥巖和頁(yè)巖，具體表現(xiàn)為：泥巖樣品中C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)分布范圍為0.04～0.56，平均值為0.32；頁(yè)巖樣品中C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)分布范圍為0.10～0.55，平均值為0.27；油頁(yè)巖樣品中C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)分布范圍為0.19～2.87，平均值為0.80。另外，油頁(yè)巖樣品中C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)高，也指示生烴母質(zhì)中水生生物的貢獻(xiàn)更大。因此，可將反映生烴母質(zhì)來(lái)源的C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)作為原油族群劃分和油源對(duì)比的重要依據(jù)。

表4 北部灣盆地流二段不同類型烴源巖生物標(biāo)志化合物特征參數(shù)

注：Pr為姥鮫烷；Ph為植烷；Ts為18α(H)-C27三降藿烷；Tm為17α(H)-C27三降藿烷；Ol為奧利烷；Ga為伽馬蠟烷

需要說(shuō)明的是，由于大多數(shù)泥巖和頁(yè)巖樣品中生物標(biāo)志化合物特征相似程度比較高、較難區(qū)分，所以油源貢獻(xiàn)定量分析中將二者作為一種類型烴源巖(后稱為泥-頁(yè)巖)統(tǒng)一考慮，重點(diǎn)分析油頁(yè)巖、泥-頁(yè)巖兩大類烴源巖的成藏貢獻(xiàn)。

3.2 原油族群劃分

根據(jù)原油樣品生物標(biāo)志化合物特征的綜合對(duì)比，利用原油飽和烴中甾萜烷特征對(duì)典型油田的原油族群進(jìn)行劃分，并把反映生烴母質(zhì)來(lái)源的C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)作為主要參數(shù)，將原油劃分為A、B、C等3類(表5、圖5)。通過(guò)原油與烴源巖生物標(biāo)志化合物特征對(duì)比分析，認(rèn)為A類原油主要源于油頁(yè)巖，C類原油主要來(lái)自泥-頁(yè)巖，B類原油屬于混源油。

表5 北部灣盆地不同族群類型原油生物標(biāo)志化合物特征參數(shù)

注：Pr為姥鮫烷；Ph為植烷；Ts為18α(H)-C27三降藿烷；Tm為17α(H)-C27三降藿烷；Ol為奧利烷；Ga為伽馬蠟烷

從圖5可以看出，A、B、C等3類原油的正構(gòu)烷烴分布形態(tài)總體比較完整，以雙峰型為主，反映生烴母質(zhì)來(lái)源既有水生低等生物貢獻(xiàn)，也有陸源高等植物貢獻(xiàn)；Pr/Ph值分布范圍為1.08～2.41，伽馬蠟烷相對(duì)含量低，伽馬蠟烷/C30藿烷值分布范圍為0.04～0.13，指示為淡水還原環(huán)境；奧利烷總體含量也相對(duì)較低，奧利烷/C30藿烷值分布范圍為0.06～0.45，80%以上樣品奧利烷/C30藿烷值小于0.2，表明生烴母質(zhì)來(lái)源中陸源高等植物的貢獻(xiàn)不是很大。大多數(shù)A類原油樣品奧利烷/C30藿烷值明顯較C類原油樣品要低，其C27-C28-C29規(guī)則甾烷分布呈現(xiàn)“L”或“V”型(C27≥C29)；而大多數(shù)C類原油樣品C27-C28-C29規(guī)則甾烷分布呈現(xiàn)不對(duì)稱“V”型，少數(shù)樣品呈現(xiàn)反“L”型(C27

綜上所述，A類原油甾萜烷指紋與流二段油頁(yè)巖比較接近，C304-甲基甾烷含量高，其生烴母質(zhì)來(lái)源中低等水生生物輸入貢獻(xiàn)占有較大比例；C類原油與流二段泥-頁(yè)巖甾萜烷指紋比較接近，且C304-甲基甾烷含量低，其生烴母質(zhì)來(lái)源中的低等水生生物輸入貢獻(xiàn)比例較A類原油相對(duì)要少；B類原油C304-甲基甾烷相對(duì)含量從低到高均有分布，說(shuō)明其生烴母質(zhì)來(lái)源中低等水生生物的輸入量大小不一，是流二段油頁(yè)巖與泥-頁(yè)巖來(lái)源的原油混合所致。

3.3 油源貢獻(xiàn)定量分析

在原油族群劃分基礎(chǔ)上，將反映生烴母質(zhì)來(lái)源的生物標(biāo)志化合物參數(shù)C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)作為油源對(duì)比的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)B類混源油來(lái)源進(jìn)行了定量分析，并結(jié)合13個(gè)典型油田的原油探明儲(chǔ)量數(shù)據(jù)開(kāi)展了人工配比實(shí)驗(yàn)，最終明確了盆地油氣成藏主力烴源巖類型。

人工配比實(shí)驗(yàn)是研究混源油混合比例的有效方法之一[10-14]，其基本思路是：首先篩選出典型的端元油樣品，并按照設(shè)定比例將端元油樣品混合，得到一系列模擬“混源油”樣品；然后對(duì)端元油及“混源油”樣品進(jìn)行測(cè)試分析，得到關(guān)鍵地球化學(xué)參數(shù)，并結(jié)合混合比例得到該區(qū)域混合比例與關(guān)鍵地球化學(xué)參數(shù)的變化曲線，建立混源比例的預(yù)測(cè)模型；最后將實(shí)際混源油樣品的關(guān)鍵地球化學(xué)參數(shù)代入預(yù)測(cè)模型，即可得出該實(shí)際混源油樣品的油源貢獻(xiàn)比例。

首先從A類原油(代表流二段油頁(yè)巖來(lái)源原油)和C類原油(代表流二段泥-頁(yè)巖來(lái)源原油)中選擇典型樣品作為人工配比實(shí)驗(yàn)的端元油，然后按照一定的質(zhì)量比例稱量，將油頁(yè)巖端元油和泥-頁(yè)巖端元油分別以1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的比例進(jìn)行混合，形成9個(gè)混合原油樣品(每個(gè)樣品混合原油的質(zhì)量為80 mg)，并對(duì)2個(gè)端元油和9個(gè)人工混合原油樣品進(jìn)行飽和烴色譜-質(zhì)譜分析測(cè)試，得到不同比例混合原油的C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)(表6)，最終建立了該盆地混源油來(lái)源定量判識(shí)公式，即y=160.9x-61.85 (R2=0.997 1)，其中y為油頁(yè)巖油源貢獻(xiàn)占比；x為混源油樣品的C304-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷指數(shù)值。

表6 北部灣盆地不同類型原油端元油混合比例及混合原油典型生物標(biāo)志化合物參數(shù)

在此基礎(chǔ)上，對(duì)北部灣盆地13個(gè)典型油田的油源進(jìn)行了定量分析，明確了油頁(yè)巖、泥-頁(yè)巖的烴源貢獻(xiàn)率(表7)；再結(jié)合每個(gè)油田的原油探明儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出流二段油頁(yè)巖對(duì)探明儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率為71%，流二段泥-頁(yè)巖對(duì)探明儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率為29%。

表7 北部灣盆地流二段不同類型烴源巖對(duì)13個(gè)典型油田探明儲(chǔ)量貢獻(xiàn)率

可見(jiàn)，流二段油頁(yè)巖對(duì)北部灣盆地潿西南、烏石凹陷原油探明儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)最大，是油氣成藏的主力烴源巖，因此在新區(qū)勘探潛力評(píng)價(jià)中應(yīng)高度重視油頁(yè)巖的分布預(yù)測(cè)及資源潛力評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

1) 北部灣盆地流二段發(fā)育油頁(yè)巖、泥巖、頁(yè)巖等3種類型半深湖—深湖相烴源巖，其中油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，生烴潛力明顯優(yōu)于泥巖和頁(yè)巖，是盆地內(nèi)最優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

2) 生排烴熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，北部灣盆地流二段3種類型烴源巖的生排烴效率由高到低依次為油頁(yè)巖、頁(yè)巖和泥巖，其中油頁(yè)巖的生油效率和排油效率最高，分別是泥巖的5.2倍和3.4倍。

3) 生物標(biāo)志化合物特征參數(shù)對(duì)比結(jié)果表明，北部灣盆地流二段油頁(yè)巖C304-甲基甾烷含量明顯高于泥巖和頁(yè)巖，是油源對(duì)比的重要參數(shù)；13個(gè)典型油田的油源貢獻(xiàn)定量分析結(jié)果表明，油頁(yè)巖對(duì)油源貢獻(xiàn)超過(guò)70%，是油氣成藏的主力烴源巖。因此，在該盆地新區(qū)勘探潛力評(píng)價(jià)中，應(yīng)高度重視油頁(yè)巖的分布預(yù)測(cè)及資源潛力評(píng)價(jià)。