松遼盆地梨樹斷陷高—過成熟烴源巖生烴潛力評價

李忠博

中國石化東北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，長春 130062

0 引言

梨樹斷陷位于松遼盆地，主力烴源巖為早白堊系火石嶺組、沙河子組和營城組，具有埋藏深度大、有機質演化程度高的特征[1]。梨樹斷陷在早期的生烴潛力評價中，有機碳恢復系數(shù)和產(chǎn)烴率這兩項關鍵參數(shù)主要通過類比前人通過開放或封閉的黃金管模擬實驗獲得的松遼盆地有機碳恢復系數(shù)曲線和產(chǎn)烴率曲線[2]。根據(jù)烴源巖有限空間生烴理論的最新研究成果表明，烴源巖在地下的生排烴過程既不是完全開放，也不是完全封閉，而是在烴源巖的有限孔隙空間內(nèi)完成，并受頂?shù)装鍡l件的制約[3-5]。隨著梨樹斷陷勘探開發(fā)程度的不斷提高，以往的生烴潛力評價結果已不能滿足油氣勘探生產(chǎn)的需求，需要采用新的手段和實驗技術方法開展高—過成熟烴源巖原始有機碳的恢復和產(chǎn)烴率的評價，才能更準確評估其生烴潛力，有效指導梨樹斷陷油氣勘探部署。

本文結合梨樹斷陷烴源巖發(fā)育特征，在梨樹斷陷開展地層孔隙熱壓模擬實驗[6-8]，獲取了高—過成熟烴源巖有機碳恢復系數(shù)、產(chǎn)烴率等關鍵參數(shù)，重新認識梨樹斷陷生烴潛力，明確了生烴潛力及分布，為梨樹斷陷下一步油氣勘探提供重要部署依據(jù)。

1 地質概況

梨樹斷陷構造位置處于松遼盆地東南隆起區(qū)(圖1)，斷陷面積2 430 km2，是發(fā)育在前中生代變質巖基底之上，受西部桑樹臺斷層控制的西斷東超箕狀斷陷[9]。其發(fā)展演化經(jīng)歷了早白堊世斷陷、早白堊世晚期斷坳轉化、晚白堊世坳陷及后期抬升剝蝕4個階段，與整個松遼盆地相似，具有下斷上坳的雙層結構特征，自下而上發(fā)育下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組，上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組及第四系，缺失上白堊統(tǒng)四方臺組、明水組和古近系、新近系[10-11]。斷陷沉積厚度大、埋藏深度大，最大埋深逾萬米，有機質演化程度高，為松遼盆地東南隆起區(qū)油氣最富集的斷陷之一[12]。

圖1 梨樹斷陷區(qū)域位置圖Fig.1 Regional location of Lishu falut depression

2 烴源巖發(fā)育特征

梨樹斷陷主要發(fā)育斷陷層火石嶺組、沙河子組和營城組三套暗色泥巖地層，通過地層精細對比劃分研究[13]，將梨樹斷陷暗色泥巖地層劃分為9套，自下而上依次為火石嶺組、沙一段、沙二下段、沙二上段、營一段、營二段、營三段、營四段和登婁庫組。其中火石嶺組、沙一段、沙二下段、沙二上段和營一段暗色泥巖有機質豐度高，營二段及以上層位烴源巖有機質豐度總體較低(圖2)；熱演化程度處于高—過成熟演化階段，以生氣為主(圖3)。

圖2 梨樹斷陷各層位烴源巖機質豐度(TOC)分布圖 Fig.2 Organic matter abundance of source rocks in different layer series of Lishu fault depression

圖3 梨樹斷陷各層位烴源巖熱演化程度(Ro)分布圖Fig.3 Vitrinite reflectance (Ro) of source rocks in different layer series of Lishu fault depression

3 基于地層孔隙熱壓模擬實驗的烴源巖有機碳恢復系數(shù)和產(chǎn)烴率評價

根據(jù)烴源巖有限空間生烴理論，優(yōu)選梨樹斷陷雙龍次凹2個低演化程度的烴源巖樣品(表1)，在松遼盆地南部斷陷層開展地層孔隙熱壓模擬實驗。根據(jù)梨樹斷陷洼陷區(qū)LS1、LS2井埋藏史和熱演化史，結合地層壓力，設計13個溫度點，最高模擬溫度650 ℃，預期Ro達4.0%(表2)，建立有機碳恢復系數(shù)曲線和產(chǎn)烴率曲線。

表1 梨樹斷陷用于地層孔隙熱壓模擬實驗的烴源巖樣品Table 1 Source rock samples for porosity heat-press simulation experiment in Lishu fault depression

表2 梨樹斷陷低成熟烴源巖地層孔隙熱壓模擬實驗方案Table 2 Scheme porosity heat-press simulation experiment of low mature hydrocarbon source rocks in Lishu fault depression

3.1 有機碳恢復系數(shù)

地層孔隙熱壓模擬實驗表明，梨樹斷陷Ⅱ1型和Ⅱ2型烴源巖隨著熱演化程度的升高，沉積有機質不斷向油氣轉化，烴源巖有機質豐度逐漸降低，熱演化程度在低成熟至高成熟階段(0.5%2.0%)有機質向油氣轉化速率趨于平穩(wěn)(圖4、5)。

圖4 梨樹斷陷Ⅱ1型烴源巖有機質豐度隨熱演化程度變化曲線Fig.4 Organic matter abundance of Ⅱ1 type source rock changing with Ro in Lishu fault depression

圖5 梨樹斷陷Ⅱ2型烴源巖有機質豐度隨熱演化程度變化曲線Fig.5 Organic matter abundance of Ⅱ2 type source rock changing with Ro in Lishu fault depression

通過地層孔隙熱壓模擬實驗獲得的有機碳恢復系數(shù)較以往有顯著升高。Ⅱ1型烴源巖在低—成熟演化階段(0.5%1.3%)，有機碳恢復系數(shù)為1.8～2.4(圖6)，較前期應用數(shù)據(jù)增加了約45%。Ⅱ2型烴源巖在低—成熟演化階段(0.5%1.3%)，有機碳恢復系數(shù)為1.4～1.9(圖7)，較前期應用數(shù)據(jù)增加了50%。

圖6 梨樹斷陷Ⅱ1型烴源巖有機碳恢復系數(shù)曲線Fig.6 TOC recovery coefficient of Ⅱ1 type source rock in Lishu fault depression

圖7 梨樹斷陷Ⅱ2型烴源巖有機碳恢復系數(shù)曲線Fig.7 TOC recovery coefficient of Ⅱ2 type source rock in Lishu fault depression

3.2 產(chǎn)烴率

地層孔隙熱壓模擬實驗顯示，梨樹斷陷Ⅱ1型烴源巖在Ro值為1.0%附近達到生烴高峰，總產(chǎn)烴率最高值在550 mg/g·TOC以上，隨著熱演化程度的升高，總油產(chǎn)率逐漸降低，其中Ro值在1.1%～1.6%之間降速較快，Ro值在1.6%之后總油產(chǎn)率低于100 mg/g.TOC，Ro值演化至2.2%時已基本不具備產(chǎn)油能力；烴氣產(chǎn)率則一直顯示為增加的趨勢，其中Ro值在0.85%之前基本不產(chǎn)氣，Ro值0.85%～1.3%之間產(chǎn)氣率緩慢增加，Ro值在1.3%～2.2%之間產(chǎn)氣率快速上升，Ro值在2.2%之后略有增加(圖8)。Ⅱ2型烴源巖產(chǎn)率曲線總體趨勢與Ⅱ1型烴源巖類似，只是產(chǎn)率明顯降低，Ⅱ2型烴源巖總烴產(chǎn)率最高基本在(320～370)mg/g·TOC之間，產(chǎn)油率最高在(210～370)mg/g·TOC附近，產(chǎn)氣率最高可達300 mg/g·TOC以上(圖9)。

圖8 梨樹斷陷Ⅱ1型烴源巖產(chǎn)烴率曲線Fig.8 Hydrocarbon yield of Ⅱ1 type source rock in Lishu fault depression

圖9 梨樹斷陷Ⅱ2型烴源巖產(chǎn)烴率曲線Fig.9 Hydrocarbon yield of Ⅱ2 type source rock in Lishu fault depression

4 生烴潛力評價

4.1 評價單元劃分

油氣評價單元是介于石油體系與成藏組合之間的單元，對于準確預測油氣資源和分布規(guī)律具有重要的地質意義[14]。評價單元可以是一個成藏組合，也可以是縱向上屬于同一儲蓋組合而平面上地質含義又相似的幾個帶的組合，是油氣系統(tǒng)內(nèi)成藏條件“基本相同”的一組“有利目標和油氣藏”[15]。

按照相同油源、構造、聚油背景原則，依據(jù)儲量來源構成[16-17]、優(yōu)質烴源巖分布、現(xiàn)今構造和成藏期古構造等特點，將梨樹斷陷劃分為9個油氣聚集單元：蘇家屯、金山地區(qū)、西部陡坡、北部斜坡、洼陷區(qū)、小寬南、八屋—十屋、東部斜坡以及雙龍地區(qū)(圖10)。

圖10 梨樹斷陷評價單元劃分圖Fig.10 Division map of evaluation units in Lishu falut depression

4.2 原始有機質豐度恢復

依據(jù)有機碳恢復系數(shù)曲線，對梨樹斷陷不同層位暗色泥巖的殘余有機碳(TOC)進行恢復，從恢復結果來看(圖11)，原始有機碳較殘余有機碳有較大幅度提高。其中營二段及其以上層位暗色泥巖有超過70%以上樣品的原始TOC值仍<0.5%，為無效烴源巖，僅在局部地區(qū)發(fā)育有效烴源巖。營一段有48%的樣品原始TOC值>2.0%；沙二上段有21.6%的樣品原始TOC值>2.0%；沙二下段烴源巖有機質豐度優(yōu)于沙二上段，有54.05%的樣品原始TOC值>2.0%；沙一段暗色泥巖有機質豐度總體也較高，有48%的樣品原始TOC值>2.0%；火石嶺組主要來自東部斜坡帶，暗色泥巖中有55.26%的樣品原始TOC值>2.0%。綜合評價營一段、沙二下段、沙一段和火石嶺組有機質豐度較高，為梨樹斷陷優(yōu)質的生氣源巖。

圖11 梨樹斷陷各層位烴源巖原始有機碳含量分布直方圖Fig.11 Distribution of original organic carbon amount of source rocks in different layer series of Lishu fault depression

4.3 優(yōu)質烴源巖空間展布特征

綜合烴源巖有效厚度、恢復后的原始有機質豐度、有機質類型和成熟度等指標制定了適合于梨樹斷陷的烴源巖評價標準(表3)。

表3 梨樹斷陷烴源巖評價標準表Table 3 Evaluation standard of source rocks in Lishu falut depression

按照評價標準指標評價梨樹斷陷火石嶺組和沙一段優(yōu)質烴源巖主要分布在金山地區(qū)和東部斜坡帶(圖12)；沙二段優(yōu)質烴源巖主要分布在洼陷帶南北兩側、八屋—十屋地區(qū)以及蘇家屯、金山局部地區(qū)(圖13)；營一段優(yōu)質烴源巖主要分布在蘇家屯地區(qū)，較好烴源巖分布在蘇家屯、洼陷帶南北兩側(圖14)。

圖12 梨樹斷陷火石嶺組烴源巖綜合評價圖Fig.12 Diagram of comprehensive evaluation on source rocks in Huoshiling Formation from Lishu fault depression

圖13 梨樹斷陷沙二下段烴源巖綜合評價圖Fig.13 Diagram of comprehensive evaluation on source rocks in lower Sha--2 Member from Lishu fault depression

圖14 梨樹斷陷營一段烴源巖綜合評價圖Fig.14 Diagram of comprehensive evaluation on source rocks in Ying--1 Member from Lishu fault depression

4.4 生烴強度

應用TSM盆地模擬法[18]計算梨樹斷陷生烴量，結果顯示梨樹斷陷總生烴量為33 821×106t油當量，其中生油量為3 502×106t，生氣量為303 195.4×108m3，以生氣為主。

從不同層位生烴量來看，沙二段為梨樹斷陷最主要的生烴層系，生烴量達到17 159×106t油當量，占總生烴量的50.7%；其次為營一段、沙一段和火石嶺組，分別占總生烴量的17.4%、13.2%、7.6%；營二段及其以上層位生烴潛力相對有限(表4)。從不同評價單元生烴量來看，主力生烴區(qū)主要位于洼陷區(qū)、八屋—十屋、東部斜坡、北部斜坡和小寬南地區(qū)，生烴量均超過3 000×106t，其次為金山和西部陡坡，蘇家屯和雙龍兩個次凹生烴量較小。梨樹斷陷總生烴強度為18.18×106t/km2，其中洼陷帶、八屋—十屋和西部陡坡生烴強度較大，生烴強度均超過30×106t/km2，其次為小寬南、東部斜坡和北部斜坡，金山、蘇家屯和雙龍地區(qū)生烴強度較小(表5)。

表4 梨樹斷陷各層位生烴量統(tǒng)計表Table 4 Statistics of hydrocarbon generating quantity of each layer in Lishu falut depression

表5 梨樹斷陷各評價單元生烴量統(tǒng)計表Table 5 Statistics of hydrocarbon generating quantity of each evaluation unit in Lishu falut depression

5 結論

(1)建立了基于地層孔隙熱壓模擬實驗的松遼盆地南部斷陷層有機碳恢復系數(shù)曲線和產(chǎn)烴率曲線。梨樹斷陷Ⅱ1型烴源巖在高—過成熟演化階段(Ro>1.3%)，有機碳恢復系數(shù)為1.8～2.4，總產(chǎn)烴率在(450～500)mg/g·TOC之間；Ⅱ2型烴源巖在高—過成熟演化階段(Ro>1.3%)，有機碳恢復系數(shù)為1.4～1.9，總產(chǎn)烴率在(320～370)mg/g·TOC之間。

(2)梨樹斷陷火石嶺組和沙一段優(yōu)質烴源巖主要分布在金山地區(qū)和東部斜坡帶；沙二段優(yōu)質烴源巖主要分布在洼陷帶南北兩側、八屋—十屋地區(qū)以及蘇家屯、金山局部地區(qū)；營一段優(yōu)質烴源巖主要分布在蘇家屯地區(qū)，較好烴源巖分布在蘇家屯、洼陷帶南北兩側。

(3)梨樹斷陷高—過成熟烴源巖具有較大的生烴潛力，總生烴量達33 821×106t油當量，以生氣為主?？v向上沙二段為梨樹斷陷最主要的生烴層系，主力生烴區(qū)主要位于梨樹斷陷中部的洼陷帶及其臨近的八屋—十屋、東部斜坡、北部斜坡和小寬南地區(qū)。圍繞主力生烴區(qū)的優(yōu)質烴源巖下洼尋找致密氣藏是梨樹斷陷下一步重點勘探方向。