遼寧凌源牛營子盆地遼凌地1井北票組生烴潛力分析

宗文明，孫求實(shí)，李曉海，郜曉勇，李永飛，石 蕾，熊 荃

1.中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽110034；

2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/長江大學(xué)，湖北 武漢430100

牛營子盆地是松遼外圍南部盆地群油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查的重點(diǎn)盆地，位于遼西凌源市南部，呈NNE走向，長約20 km，寬約6 km，面積約120 km2（圖1），大地構(gòu)造劃分上屬于燕山陸內(nèi)造山帶的東延，北為內(nèi)蒙地軸，南為華北地臺(tái)［1-3］.盆地內(nèi)主要分布有長城系、薊縣系、寒武系、奧陶系、侏羅系和白堊系，地表零星見待建系下馬嶺組、二疊系石盒子組.牛營子盆地以前的勘探目的層系為中新元古界，包括薊縣系高于莊組、洪水莊組和待建系下馬嶺組［4-9］.

圖1 牛營子盆地地質(zhì)略圖（據(jù)文獻(xiàn)［16］修改）Fig.1 Geological sketch map of Niuyingzi Basin（Modified from Reference［16］）

侏羅系北票組作為遼西地區(qū)油氣勘探的主要目的層系［10-15］，廣泛出露于金羊盆地、北票盆地等中生代盆地.以往的地質(zhì)調(diào)查認(rèn)為牛營子盆地不發(fā)育北票組.2017年中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)施遼凌地1井（圖1），在中元古界厚層碳酸鹽巖推覆體之下鉆遇北票組［16］.本文在遼凌地1井巖心樣品采集的基礎(chǔ)上，對(duì)北票組暗色泥巖有機(jī)地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查明北票組泥巖地球化學(xué)特征，對(duì)牛營子盆地北票組烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，為下一步油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作提供依據(jù).

1 鉆井地質(zhì)概況

遼凌地1井自上而下鉆遇地層分別為第四系（0～25 m）、中侏羅統(tǒng)海房溝組（25～272 m）、薊縣系楊莊組（272～889 m）、薊縣系高于莊組（889～1527.91 m）、下侏羅統(tǒng)北票組（1527.91－1722.78m）.第四系為含礫石腐殖土；海房溝組為灰色復(fù)成分礫巖局部夾砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；楊莊組為灰紅色、灰色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r；高于莊組為灰色、灰黑色白云巖，局部夾灰黑色白云質(zhì)灰?guī)r；北票組（未見底）巖性組合為砂泥巖互層，包括黑色、灰黑色碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰色中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫粗砂巖，局部夾薄煤線，其中泥巖累計(jì)總厚度102.58 m，砂巖累計(jì)厚度92.42 m，泥地比59.79%，包括黑色、灰黑色碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰色中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫粗砂巖，見多段氣測異常（圖2）.

地層接觸關(guān)系上，海房溝組角度不整合覆蓋于楊莊組之上，楊莊組整合于高于莊組之上，中元古界薊具系推覆體逆沖于北票組之上.該逆沖斷層應(yīng)屬于張長厚等［17］認(rèn)為的牛營子到瓦房店東部一帶逆沖系統(tǒng).

2 樣品測試與分析方法

遼凌地1井巖心中共采集北票組暗色泥巖樣品12件，相關(guān)分析測試在長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.對(duì)所有樣品均進(jìn)行了巖石熱解、總有積碳、干酪根元素、干酪根同位素、鏡質(zhì)組反射率、飽和烴色譜和飽和烴氣相色譜－質(zhì)譜等分析.

圖2 遼凌地1井北票組綜合柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)［16］修改）Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Beipiao Formation in LLD1 well（Modified from Reference［16］）

烴源巖的可溶烴分析方法及實(shí)驗(yàn)儀器簡介如下：稱取巖樣200 g，粉碎為粒徑小于0.09 mm的粉末，裝入濾紙筒中包扎好，置于脂肪抽取器中，加入不超過2/3容積的氯仿，在75～82℃的水浴中連續(xù)抽提72 h，獲得氯仿瀝青“A”.用正己烷沉淀氯仿瀝青“A”的瀝青質(zhì)后，將其可溶物通過中性氧化鋁和硅膠層析柱，依次用正己烷、二氯甲烷＋正己烷、無水乙醇＋氯仿沖洗，分離出飽和烴、芳香烴和膠質(zhì)（非烴）.

飽和烴色譜分析儀器為惠普6890氣相色譜儀.色譜柱為HP－5ms石英彈性毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）.溫度程序從100℃升溫到300℃，升溫速率為4℃/min，載氣為氮?dú)猓魉? mL/min），進(jìn)樣器溫度300℃，F(xiàn)ID檢測器溫度300℃，分流比30∶1.飽和烴氣相色譜－質(zhì)譜分析：儀器為惠普5890和5971氣相色譜和質(zhì)譜儀.色譜柱為HP－5ms石英彈性毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）.升溫程序?yàn)?0℃至100℃的升溫速率為20℃/min，100℃至310℃的升溫速率為3℃/min，310℃時(shí)恒溫15.5 min.進(jìn)樣溫度為300℃，載氣為氦氣，流速為1.04 mL/min，掃描范圍為50～550 amu，檢測方式為多離子掃描.

3 有機(jī)地球化學(xué)特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是衡量烴源巖生烴能力最基本的依據(jù).常見的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括有機(jī)碳含量（TOC）、熱解生烴潛量（S1＋S2）、氯仿瀝青“A”、總烴（HC）等［18］.遼凌地1井12件巖心樣品的有機(jī)地球化學(xué)測試結(jié)果（表1）表明，TOC分布范圍0.75%～37.90%，平均值為11.68%.生烴潛量（S1＋S2）分布范圍0.96×10－3～177.6×10－3，平均為42.01×10－3.氯仿瀝青“A”分布在0.0192%～0.5282%之間，平均為0.1304%.

參考中國湖相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［19］（表2），12件烴源巖樣品中，有機(jī)碳含量在0.6%～1.0%之間的樣品有1件，占8.33%；在1.0%～2.0%之間的樣品有1件，占8.33%；大于2.0%的樣品有10件，占83.33%.表明北票組烴源巖主要處于好烴源巖范疇，非烴源巖和差烴源巖極少.生烴潛量大于20×10－3的占41.67%；在60×10－3～200×10－3的好生油巖占25%；20×10－3～60×10－3的中等生油巖占16.67%；小于20×10－3的差烴源巖占16.67%.氯仿瀝青“A”在0.015%～0.050%之間的樣品占25%；在0.050%～0.100%之間的占33.33%；在0.100%～0.200%之間的占25%；大于0.200%的占16.67%.

表1 北票組烴源巖地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)表Table 1 Geochemical analysis data of Beipiao Formation source rocks

從熱解生烴潛力與TOC關(guān)系可以看出，12件樣品中，2件為差烴源巖，2件為中等烴源巖，3件為好烴源巖，5件為很好烴源巖（圖3）.有機(jī)質(zhì)豐度一般采用TOC為主要評(píng)價(jià)參數(shù)，其余為輔助參數(shù)［20］.由此可見，北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，具有較好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ).

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

圖3 北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度判別圖Fig.3 Discrimination diagram of organic matter abundance ofBeipiao Formation source rocks

有機(jī)質(zhì)類型的優(yōu)劣實(shí)質(zhì)上就是有機(jī)質(zhì)富氫程度的高低，最終表現(xiàn)為生烴潛力的大小，是評(píng)價(jià)烴源巖的質(zhì)量指標(biāo)［21］.有機(jī)質(zhì)類型不僅可以衡量有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴能力，也決定了產(chǎn)物的類型是油還是氣.常用于鑒別有機(jī)質(zhì)類型的依據(jù)包括：干酪根顯微組分組成、干酪根元素組成、干酪根穩(wěn)定碳同位素、巖石熱解特征、紅外光譜特征、可溶瀝青特征等［22］.本文采用生物標(biāo)志化合物和干酩根顯微組分來確定遼凌地1井北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型.

生物標(biāo)志化合物包含了豐富的有機(jī)質(zhì)來源信息.Shanmugam［23］提出用Pr/nC17與Ph/nC18的相關(guān)關(guān)系來指示有機(jī)質(zhì)來源和成熟度.通過12件北票組樣品投點(diǎn)（圖4），1件樣品落在Ⅱ2型，其余11件樣品落在III型.

不同類型的干酪根顯微組分具有不同的生烴能力.因此，根據(jù)干酪根的主要顯微組分類脂組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組分的含量可劃分不同類型［24］.目前主要采用2種方法對(duì)干酪根進(jìn)行分類，一種是根據(jù)干酪根的類脂組與鏡質(zhì)組的相對(duì)含量，另一種是同時(shí)考慮干酪根類脂組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組4種組分的含量，采用類型指數(shù)（TI）來劃分干酪根類型：TI＝（腐泥組×100＋殼質(zhì)組×50－鏡質(zhì)組×75－惰質(zhì)組×100）/100.

表2 有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria for organic matter abundance of source rocks

圖4 北票組烴源巖Pr/nC17與Ph/nC18的相關(guān)關(guān)系Fig.4 The Pr/nC17－Ph/nC18 diagram of Beipiao Formation source rocks

本文采用曹慶英［25］提出的TI指數(shù)干酪根四分法（表3）.

表3 干酪根類型指數(shù)分類表Table 3 Classification of kerogen types

經(jīng)計(jì)算北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)以III型為主，部分為II2型（圖5）.

圖5 北票組烴源巖干酪根類型分布直方圖Fig.5 Distribution histogram for kerogen types of Beipiao Formation source rocks

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是衡量有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的程度.反映有機(jī)質(zhì)成熟度的參數(shù)較多，如干酪根演化特征的元素組成的變化、官能團(tuán)構(gòu)成的變化、自由基含量的變化、顏色及熒光性的變化、熱失重的變化、碳同位素組成的變化、鏡質(zhì)體反射率的變化及反映熱解產(chǎn)物演化的可溶有機(jī)質(zhì)的含量和組成、烴類的含量和組成均可成為成熟度指標(biāo)［26］.

鏡質(zhì)組反射率（Ro）是最為有效的參數(shù).根據(jù)烴源巖成熟階段劃分標(biāo)準(zhǔn)［27］，可分為未熟階段（Ro＜0.5%）；成熟階段（Ro：0.5%～1.3%，其中Ro介于0.5%～1.0%為重油生烴高峰，1.0%～1.3%為輕質(zhì)油生烴高峰）；凝析氣—濕氣生烴階段（Ro：1.3%～2.0%）；過熟階段（Ro＞2.0%，干氣階段）.

遼凌地1井北票組12個(gè)烴源巖的鏡質(zhì)體反射率值均為0.57%～0.62%，平均值為0.60%，為低成熟特征（圖6）.

圖6 北票組烴源巖R o分布圖Fig.6 R o distribution of Beipiao Formation source rocks

生物標(biāo)記化合物異構(gòu)化參數(shù)、奇偶優(yōu)勢參數(shù)等也可以作為成熟度指標(biāo).分析北票組12件烴源巖樣品甾烷異構(gòu)化成熟度參數(shù)C2920S/（20S＋20R）和C29αββ/（ααα＋αββ）相關(guān)關(guān)系（圖7），3件處于未成熟演化階段，其余9件均處于低成熟演化階段.

4 結(jié)論

（1）牛營子盆地遼凌地1井侏羅系北票組烴源巖有機(jī)碳分布在0.75%～37.9%之間，平均值為11.68%.綜合判斷其有機(jī)質(zhì)豐度高，具備良好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ).

（2）根據(jù)Pr/nC17與Ph/nC18的相關(guān)關(guān)系判斷，北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型和Ⅱ2型.鏡質(zhì)組反射率研究表明有機(jī)質(zhì)處于低成熟演化階段.

圖7 甾烷成熟度參數(shù)相關(guān)圖Fig.7 The C2920S/（20S＋20R）－C29αββ/（ααα＋αββ）diagram of Beipiao Formation source rocks

（3）綜合分析認(rèn)為，牛營子盆地侏羅系北票組具有一定的生烴潛力.

致謝：吉林大學(xué)實(shí)習(xí)生姜洋參加了鉆孔巖心編錄與取樣工作，在此表示感謝.