鄂爾多斯盆地伊陜斜坡長(zhǎng)9烴源巖特征與生烴潛力

羅麗榮，李劍鋒，楊偉偉，馬軍，李歡，吳凱

（中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田分公司a.勘探開(kāi)發(fā)研究院；b.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018）

鄂爾多斯盆地是中國(guó)陸上第二大沉積盆地，主要含油層位是三疊系延長(zhǎng)組，該組自上而下劃分為長(zhǎng)1—長(zhǎng)10共10個(gè)油層組[1-2]。伊陜斜坡位于鄂爾多斯盆地中部，研究區(qū)位于該斜坡南部跨越靖邊、華池、定邊和安塞4 個(gè)地區(qū)，該區(qū)以往的油氣勘探重點(diǎn)層位是上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6 油層組。近年來(lái)，隨著對(duì)伊陜斜坡延長(zhǎng)組下部層系的深入勘探，發(fā)現(xiàn)多個(gè)億噸級(jí)油氣富集區(qū)[3-5]，表明長(zhǎng)9 烴源巖對(duì)于該地區(qū)下部層系的油氣成藏具有重要作用，因而研究烴源巖地球化學(xué)特征、生烴潛力及油源關(guān)系對(duì)油氣勘探具有重要意義[6-7]。前人研究認(rèn)為，延長(zhǎng)組長(zhǎng)91烴源巖是重要的區(qū)帶性烴源巖[8-10]，其主要分布于志丹地區(qū)，是該區(qū)長(zhǎng)8油層組和長(zhǎng)9油層組Ⅲ類原油的烴源巖，累計(jì)厚度大于6 m 的烴源巖面積約為4 336 km2，最大生烴強(qiáng)度約為0.9×106t/km2，總生烴量約為28.1×108t，總排烴量約為9.3×108t[1]。但由于鉆井、測(cè)井和錄井資料有限，對(duì)長(zhǎng)9 烴源巖在伊陜斜坡上、下組合原油的聚集成藏中所起的作用缺乏系統(tǒng)研究[11-13]。隨著伊陜斜坡的持續(xù)勘探，老油田穩(wěn)產(chǎn)需要有效的接替資源，亟需對(duì)包括吳起、志丹、安塞、靖邊等地區(qū)的長(zhǎng)9 烴源巖地球化學(xué)特征、生烴潛力等開(kāi)展系統(tǒng)研究[14-15]。本文利用200 余口井的長(zhǎng)9 油層組暗色泥頁(yè)巖巖心、錄井和測(cè)井資料，分析長(zhǎng)9 油層組黑色頁(yè)巖和暗色泥巖的分布特征，通過(guò)有機(jī)地球化學(xué)測(cè)試結(jié)合盆地模擬實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)其生烴潛力，并且分析了長(zhǎng)9 烴源巖與不同地區(qū)、不同產(chǎn)層原油的油源關(guān)系，為后續(xù)勘探提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是古生代地臺(tái)及臺(tái)緣坳陷與中生代—新生代臺(tái)內(nèi)坳陷疊合的克拉通盆地，盆地進(jìn)一步劃分為伊盟隆起、西緣沖斷帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶和渭北隆起6 個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（圖1）[14]，研究區(qū)位于伊陜斜坡的南部。盆地中生界三疊系延長(zhǎng)組形成于以大型內(nèi)陸坳陷為背景的沉積盆地，沉積體系主要由西南和東北2 大物源控制。延長(zhǎng)組厚度為700～1 200 m，可劃分為1 個(gè)超長(zhǎng)期旋回、5 個(gè)長(zhǎng)期旋回和16 個(gè)中期旋回。長(zhǎng)9 油層組處于第2 個(gè)長(zhǎng)期旋回的上升半旋回，厚度約為100 m。該油層組沉積期湖泊范圍擴(kuò)大，主要發(fā)育三角洲—湖泊沉積，其中，西部地區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲沉積、東部地區(qū)發(fā)育曲流河三角洲沉積。半深湖沉積分布在甘泉—志丹地區(qū)，湖岸線呈環(huán)帶狀分布于定邊—環(huán)縣—鎮(zhèn)原一帶，形成長(zhǎng)9 烴源巖[8]。研究區(qū)鉆井、測(cè)井和巖心資料表明，長(zhǎng)9 烴源巖主要發(fā)育在其頂部和中—下部，測(cè)井響應(yīng)特征表現(xiàn)為高自然伽馬（一般大于120 API）、高電阻率、高聲波時(shí)差、低巖石密度（2.4～2.5 g/cm3），即具有“三高一低”的特征。分析研究區(qū)長(zhǎng)91烴源巖和長(zhǎng)92烴源巖厚度分布可知，長(zhǎng)9 烴源巖總面積約35 000 km2，其中長(zhǎng)91烴源巖在吳起、靖邊、志丹、安塞等地區(qū)均有分布，厚度最大超20 m（圖2a）；長(zhǎng)92烴源巖主要發(fā)育在甘泉—洛川地區(qū)，厚度最大超12 m（圖2b）。

2 烴源巖地球化學(xué)特征

從Y35 井、L39 井、S266 井等37 口井選取長(zhǎng)9 油層組暗色泥頁(yè)巖樣品共224 個(gè)，從D235 井、D49 井、G75 井等26 口井選取原油樣品共40 個(gè)。開(kāi)展總有機(jī)碳、巖石熱解、干酪根顯微組分、鏡質(zhì)體反射率、飽和烴色譜-質(zhì)譜等測(cè)試，分析長(zhǎng)9 烴源巖地球化學(xué)特征及生烴潛力。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

長(zhǎng)91烴源巖總有機(jī)碳含量在志丹地區(qū)最高，為0.37%～10.12%，平均為4.70%；吳起地區(qū)為0.27%～4.10%，平均為1.22%；順寧地區(qū)為0.35%～9.17%，平均為2.18%；安塞地區(qū)為0.44%～4.49%，平均為1.60%（圖3a）；靖邊地區(qū)測(cè)試樣品較少，總有機(jī)碳含量為1.00%～2.00%。研究區(qū)長(zhǎng)92烴源巖樣品數(shù)量較少，僅有22 個(gè)，總有機(jī)碳含量為0.37%～6.56%，平均為2.44%（圖3b）。

長(zhǎng)91烴源巖熱解生烴潛量為0.54～535.35 mg/g，平均為31.48 mg/g；氯仿瀝青A 含量為0.08%～1.87%，平均為0.65%。氯仿瀝青A 含量與總有機(jī)碳含量之比反映生烴母質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化率，主要為0.67%～40.62%，平均為11.50%[4]。長(zhǎng)91烴源巖氯仿瀝青A 含量與總有機(jī)碳含量之比隨總有機(jī)碳含量的增加而增大，但當(dāng)總有機(jī)碳含量大于3.0%時(shí)，氯仿瀝青A 含量與總有機(jī)碳含量之比開(kāi)始下降，這可能是因?yàn)闊N源巖發(fā)生了較強(qiáng)烈的排烴作用[16-17]。長(zhǎng)92烴源巖的生烴潛量為2.52～193.39 mg/g，平均為18.72 mg/g，氯仿瀝青A含量為0.03%～1.02%，平均為0.62%。綜合評(píng)價(jià)該區(qū)大部分長(zhǎng)9 烴源巖為較好—好烴源巖，少部分為優(yōu)質(zhì)烴源巖。

2.2 有機(jī)質(zhì)性質(zhì)和類型

2.2.1 巖石熱解參數(shù)和干酪根顯微組成

根據(jù)最高熱解溫度-氫指數(shù)有機(jī)質(zhì)類型分析，研究區(qū)長(zhǎng)9 烴源巖以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，Ⅱ2型和Ⅲ型亦有分布（圖4）。烴源巖干酪根鏡下鑒定結(jié)果表明，長(zhǎng)9黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，顯微組分以腐泥組為主（72.80%～96.20%）；暗色泥巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型和Ⅲ型，顯微組分以鏡質(zhì)組為主（43.48%～91.80%）。說(shuō)明長(zhǎng)9烴源巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源較為復(fù)雜，黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)多來(lái)源于水生生物，部分暗色泥巖有機(jī)質(zhì)多來(lái)源于陸源高等植物。

2.2.2 氯仿瀝青A族組成

長(zhǎng)9 暗色泥頁(yè)巖氯仿瀝青A 族組成分析結(jié)果顯示，長(zhǎng)9 暗色泥巖抽提物中烴類含量為42.89%～73.62%，其中，飽和烴含量為13.60%～53.87%，芳烴含量為14.03%～41.76%，飽和烴與芳烴含量之比為0.41～3.57。長(zhǎng)9 黑色頁(yè)巖抽提物中烴類含量為51.50%～84.30%，其中，飽和烴含量為20.94%～73.65%，芳烴含量為10.20%～31.82%，飽和烴與芳烴含量之比為1.15～3.69。總之，長(zhǎng)9 烴源巖烴類組分含量較高，生烴能力強(qiáng)[18-20]。

2.2.3 飽和烴色譜-質(zhì)譜生物標(biāo)志化合物特征

長(zhǎng)9 黑色頁(yè)巖正構(gòu)烷烴的主峰碳為nC19，Pr/Ph 為1.30～1.65，Pr/nC17為0.17～0.33，Pr/nC18為0.10～0.26。伽馬蠟烷/C30藿烷為0.20～0.24，反映烴源巖為還原的微咸水湖沉積。甾烷系列化合物中αααC2720R、αααC2820R和αααC2920R甾烷相對(duì)含量呈“V”型分布，表明其有機(jī)質(zhì)多來(lái)源于藻類等低等水生生物，高等植物亦有貢獻(xiàn)。Ts/（Ts+Tm）為0.83～0.86，αααC2720R/αααC2920R為1.05～1.12。

長(zhǎng)9 暗色泥巖正構(gòu)烷烴的主峰碳為nC21，Pr/Ph 為1.41～3.13，Pr/nC17為0.15～1.42，Pr/nC18為0.10～0.41，伽馬蠟烷/C30藿烷為0.08～0.40，反映烴源巖為弱氧化—弱還原的淡水—微咸水湖沉積。甾烷系列化合物中αααC2720R、αααC2820R和αααC2920R甾烷的相對(duì)含量呈不對(duì)稱“V”型分布，αααC2920R甾烷＞αααC2720R甾烷＞αααC2820R甾烷，Ts/（Ts+Tm）為0.42～0.86。αααC2720R/αααC2920R為0.54～0.67，表明這類烴源巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源于低等水生生物和高等植物。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

目前常采用巖石最高熱解溫度、干酪根鏡質(zhì)體反射率和飽和烴類生物標(biāo)志化合物評(píng)價(jià)烴源巖的有機(jī)質(zhì)成熟度。研究區(qū)長(zhǎng)9 烴源巖的最高熱解溫度主要為440～460 ℃，鏡質(zhì)體反射率為0.60%～1.20%，平均為0.84%。

飽和烴色譜參數(shù)奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)為1.05～1.10，無(wú)明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)為1.04～1.09。規(guī)則甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC2920S甾烷/C29（20R＋20S）甾烷為0.47～0.69，ββC29甾烷/（αα＋ββ）C29甾烷為0.41～0.55。各項(xiàng)地球化學(xué)參數(shù)均反映研究區(qū)長(zhǎng)9 暗色泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)已達(dá)到成熟階段，正處于生油高峰期。

2.4 生烴潛力

總有機(jī)碳分析、巖石熱解分析、干酪根顯微組分分析、鏡質(zhì)體反射率測(cè)定、飽和烴色譜-質(zhì)譜分析等有機(jī)地球化學(xué)分析表明，長(zhǎng)9 泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，來(lái)源于湖相低等生物和高等植物，其中，黑色頁(yè)巖有機(jī)母質(zhì)以低等水生生物為主，暗色泥巖有機(jī)母質(zhì)以陸源高等植物為主；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，處于成熟階段，進(jìn)入生油高峰期；烴源巖的生烴轉(zhuǎn)化率較高。

3 油源對(duì)比

研究區(qū)長(zhǎng)4—長(zhǎng)10 原油的碳同位素（δ13CPDB）值為-31.78‰～-31.18‰，組成偏輕，與鄂爾多斯盆地中生界各產(chǎn)層湖相油型油一致，湖相生油型烴源巖一般為深水—半深水湖相偏還原環(huán)境下的含豐富有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁(yè)巖[11]。

從原油與烴源巖的甾烷、萜烷分布特征來(lái)看，原油中17α（H）C30重排藿烷（）的相對(duì)豐度存在明顯差異（圖5、圖6），烴源巖的相對(duì)豐度亦存在明顯差異。前人認(rèn)為具有較高—高含量的烴源巖發(fā)育于偏酸性的亞氧化環(huán)境，熱演化程度較高，并且富含黏土，原油中相對(duì)豐度的差異是烴源巖發(fā)育環(huán)境和巖性差異的反映。以相對(duì)豐度為主要依據(jù)，可將延長(zhǎng)組不同產(chǎn)層原油細(xì)分為異常高的相對(duì)豐度、較高—高的C*30相對(duì)豐度和低相對(duì)豐度3類[21-24]。

研究區(qū)長(zhǎng)9 烴源巖的主要生烴時(shí)間約為160—100 Ma[25-26]，生烴和排烴模擬實(shí)驗(yàn)表明，研究區(qū)長(zhǎng)9 烴源巖生烴能力較強(qiáng)的區(qū)域主要集中在志丹—安塞地區(qū)，累計(jì)生烴強(qiáng)度最高可達(dá)1.0×106t/km2，總生烴量達(dá)1×1010t。

4 結(jié)論

（1）伊陜斜坡長(zhǎng)9 油層組烴源巖為黑色頁(yè)巖和暗色泥巖，總面積約為35 000 km2，其中，長(zhǎng)91烴源巖在吳起、志丹、靖邊等地區(qū)均有分布，平均厚度為10 m，厚度最大超20 m；長(zhǎng)92烴源巖主要分布在甘泉—洛川地區(qū)，厚度最大超12 m。長(zhǎng)91烴源巖普遍位于長(zhǎng)91的頂部，部分地區(qū)位于長(zhǎng)91的中—上部；長(zhǎng)92發(fā)育2 套烴源巖，分別位于長(zhǎng)92的中—下部和底部。

（2）伊陜斜坡長(zhǎng)9 烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，熱演化程度適中，綜合評(píng)價(jià)為較好—好烴源巖，部分為優(yōu)質(zhì)烴源巖，具備較強(qiáng)的生烴能力和排烴能力。

（3）志丹—安塞地區(qū)下組合原油主要來(lái)自長(zhǎng)9 烴源巖，部分來(lái)自長(zhǎng)7 烴源巖。甘泉—洛川地區(qū)下組合原油與長(zhǎng)7 烴源巖對(duì)比關(guān)系較好，與長(zhǎng)9 烴源巖對(duì)比關(guān)系較差。根據(jù)烴源巖的空間展布規(guī)律和油源關(guān)系，志丹—安塞地區(qū)、吳起地區(qū)是研究區(qū)下組合石油勘探的有利區(qū)域。