小草湖次凹西山窯組烴源巖特征及資源量再評價(jià)

常 通，程開虎，白 棟，解 楠

(1.西安石油大學(xué) a.地球科學(xué)與工程學(xué)院；b.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710065；2.中陜核工業(yè)集團(tuán)214大隊(duì)有限公司，西安 710054)

小草湖次凹前人(姜振學(xué)、劉俊田、王波和李斌等人)經(jīng)過多年鉆井研究表明西山窯組煤系烴源巖層發(fā)育，J2X暗色、炭質(zhì)泥巖和煤巖評價(jià)結(jié)果分別為中等、中等、差烴源巖，泥巖為Ⅱ2—Ⅲ型，煤干酪根為Ⅲ型；該區(qū)古地溫梯度為3.61℃/100m，高古地溫梯度造成上述兩組煤系烴源巖演化程度高[1]；該區(qū)發(fā)育巖性、構(gòu)造和巖性-構(gòu)造油氣藏，主要受斷層和巖性控制[2]．雖然前人應(yīng)用多種方法對臺(tái)北凹陷小草湖油氣資源評價(jià)，但隨著疙瘩臺(tái)和紅臺(tái)構(gòu)造帶油氣勘探程度和認(rèn)識(shí)不斷提高，對該區(qū)再次預(yù)測資源量是十分必要的，同時(shí)能夠增加對該區(qū)未開發(fā)的山前帶的認(rèn)識(shí)．本文將應(yīng)用烴源巖評價(jià)常規(guī)方法對烴源巖進(jìn)行研究，采用ΔlogR法[3-4]對烴源巖縱向評價(jià)提取有效烴源巖厚度，進(jìn)而繪制有效烴源巖平面展布圖計(jì)算生烴強(qiáng)度，依托所繪制小草湖地區(qū)的TOC、Ro、生烴強(qiáng)度分布圖進(jìn)行疊合構(gòu)圖確定有利生烴區(qū)面積，進(jìn)而對小草湖資源量再評價(jià)，同時(shí)對勘探有利區(qū)進(jìn)行預(yù)測．

1 區(qū)域地質(zhì)概括

小草湖次凹地區(qū)處于吐哈盆地吐魯番坳陷臺(tái)北凹陷東部，區(qū)塊西部緊鄰四十里大墩—協(xié)作，北部靠巴里坤山和博格達(dá)山，東部是十三間房地區(qū)．該探區(qū)橫向長度約65 km，面積共2.2×103km2[2]，小草湖次凹屬臺(tái)北凹陷東部一部分，因此在印支、燕山和喜山期這三期經(jīng)歷了相同的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積演化，探區(qū)分三個(gè)二級構(gòu)造帶由西向東分別為小草湖、疙瘩臺(tái)和紅臺(tái)構(gòu)造帶(圖1)．鉆井資料得出研究區(qū)侏羅系在研究區(qū)內(nèi)沉積厚度大且發(fā)育完整，且為研究區(qū)最重要的一套生儲(chǔ)蓋組合，其中西山窯組為重要的一套烴源巖層，其分布較為穩(wěn)定，地層厚度變化平緩、地層巖性在橫向上較為連續(xù)．

圖1 研究區(qū)位置圖

2 地球化學(xué)特征

泥巖和煤為烴源巖提供生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，而能否成為烴源巖，就要依靠煤系烴源巖的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別[5-6]，本文采用陳建平等人提出的煤系烴源巖評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對探區(qū)內(nèi)紅臺(tái)1、疙1、草南2、紅臺(tái)3井和大步2井等重點(diǎn)井西山窯組巖樣共97個(gè)，對其烴源巖地球化學(xué)特征進(jìn)行分析．

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度及類型

西山窯組泥巖TOC范圍0.32～8.37%，均值1.87%；S1+S2范圍2.75～21.42%，均值8.05 mg/g；氯仿瀝青“A”介于0.00769～0.8103‰，均值0.1434‰；綜合評價(jià)泥巖為中等—好烴源巖．炭質(zhì)泥巖(大步2、紅臺(tái)1)TOC范圍5.55～37.8%，均值14.10%；S1+S2范圍10.93～77.77%，均值為29.53 mg/g，綜合評價(jià)炭質(zhì)泥巖為中等—好烴源巖．煤(大步2、紅臺(tái)1、3)TOC范圍36.7～45.1%，均值39.5%；S1+S2范圍41.1～108.96%，均值66.45%；氯仿瀝青“A”介于0.295～0.8103‰，均值0.0.3888‰；綜合評價(jià)煤為差烴源巖．

干酪根碳同位素(δ13C)反映生源構(gòu)成和性質(zhì)．Ⅰ型、Ⅱ1型Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根δ13C范圍分別<-28‰、-28‰～-26‰、26‰～-24.5-‰和>-24.5‰．探區(qū)泥巖烴源巖干酪根碳同位素分布范圍為-25.53～-23.2‰，煤巖在-22.4～-22‰(圖2)，干酪根類型泥巖為Ⅱ2—Ⅲ型，煤為Ⅲ型．

圖2 小草湖地區(qū)干酪根碳同位素分布圖

2.2 有機(jī)質(zhì)成熟度

在機(jī)質(zhì)類型和豐度確定的基礎(chǔ)上，有機(jī)質(zhì)成熟度是烴源巖能否有效生烴必要條件[7-9]．通過應(yīng)用Barker(1990)提出的換算公式，能夠?qū)⒏骶鳒先篟o數(shù)據(jù)直接換算為最大古地溫，根據(jù)計(jì)算出的古地溫可得到古地溫梯度．根據(jù)已計(jì)算出數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的三口井整體進(jìn)行線性擬合，回歸出最大古地溫梯度在3.8℃/100m(圖3)，比前人(劉俊田，2007)研究認(rèn)為還要高0.2℃/100m，而現(xiàn)今地溫梯度為2.94 ℃/100m(任戰(zhàn)利等，1999，高古地溫梯度有助于提高成熟度，因此沉積中心邊緣的疙1井顯示西山窯組1 600 m時(shí)Ro已經(jīng)接近0.7%，所以本文認(rèn)為在沉積中心內(nèi)2 200 m時(shí)Ro為0.6%時(shí)達(dá)到成熟階段，達(dá)到生烴門限(圖3),探區(qū)內(nèi)西山窯組實(shí)測Ro在0.55～0.93%，均值為0.71%，探區(qū)整體處于成熟階段．

圖3 有生烴利區(qū)Ro下限判斷圖

3 ΔlogR法烴源巖評價(jià)

1979年埃克森(Exxon)和埃索(Esso)公司首創(chuàng)ΔlogR技術(shù)，該技術(shù)是適用于碳酸鹽巖和碎屑巖的技術(shù)，并依靠測井曲線特征識(shí)別和計(jì)算烴源巖巖層TOC的一種方法[10]．為了精確選取生烴強(qiáng)度參數(shù)(TOC)及有效烴源巖厚度提取，本文利用ΔLogR技術(shù)進(jìn)行計(jì)算TOC并進(jìn)行評價(jià)；評價(jià)采用陳建平等提出劃分方案[11]．

計(jì)算公式如下：

式中：ΔlogR為間距在對數(shù)電阻率坐標(biāo)上的讀數(shù)；R為電阻率；Δt為傳播時(shí)間；R基為基線對應(yīng)的電阻率；Δt基為基線對應(yīng)的傳播時(shí)間；CTOC為計(jì)算的有機(jī)碳含量；Ro為鏡質(zhì)體反射率．

本文對西山窯組一二段、三四段分別選取基線，使得基線參數(shù)精度高，去除砂巖和煤層的測井?dāng)?shù)據(jù)，能夠避免非泥巖層對計(jì)算結(jié)果的影響，Ro以各井實(shí)測值為準(zhǔn)，之后對探區(qū)重點(diǎn)井位泥巖分別進(jìn)行TOC計(jì)算．以紅臺(tái)1井西山窯組計(jì)算結(jié)果為例，從計(jì)算結(jié)果圖中看出紅臺(tái)1井10個(gè)實(shí)測TOC值基本落在計(jì)算TOC值曲線附近(圖4)，其相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.9190(圖5)，其平均誤差17%，在有效范圍(20%)內(nèi)，中等烴源巖(陳建平對煤系烴源巖評價(jià)劃分方案：TOC>1.5%)以上厚度為173 m占泥巖比例高達(dá)65%；同時(shí)計(jì)算了疙14、紅臺(tái)13、紅臺(tái)2井、大步2井等重點(diǎn)井，計(jì)算效果良好.說明該方法可靠，能夠適用于整個(gè)探區(qū)．根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取每口井西山窯組TOC代表值繪制TOC預(yù)測分布圖(圖5)．

圖4 紅臺(tái)1井西山窯組TOC預(yù)測及評價(jià)結(jié)果圖

圖5 紅臺(tái)1井誤差分析圖

4 有效烴源巖展布特征

探區(qū)內(nèi)西山窯組為最主要的烴源巖層之一．J2x煤系烴源巖為三類：暗色泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤．統(tǒng)計(jì)各井有效泥巖厚度和煤巖厚度并繪制其展布圖(圖6)，由圖6得西山窯組有效泥巖介于50～500 m，由重礦物分析的J2x沉積期主要以南部物源為主，山前帶發(fā)育濱淺湖-沼澤相，可知西山窯組煤系烴源巖在探區(qū)中部以北帶較發(fā)育，所以在山前帶西北部的沉積中心預(yù)測其厚度可達(dá)到600 m(圖6)；煤層厚度介于10～90 m(圖6)，疙1和紅臺(tái)8鉆井J2x煤層顯示厚度分別達(dá)94 m、74 m，且煤層在小草湖洼陷分布均較為穩(wěn)定并作該組標(biāo)志層；紅線以北為沉積中心范圍，西山窯組泥巖和煤西北向變厚且埋深變深．

圖6 J2x有效泥巖和煤巖厚度展布圖

5 生烴強(qiáng)度計(jì)算

計(jì)算生烴強(qiáng)度能夠定量分析和判斷烴源巖的生烴能力強(qiáng)弱[12]，并為下一步圈定有效生烴面積提供依據(jù)．生烴強(qiáng)度公式如下：

Q生=H·ρ·C·g

式中，Q生—生烴強(qiáng)度，kg/km2；H—泥、煤厚度，m；C—總有機(jī)碳含量，%；ρ—烴源巖密度，g/m3；g—產(chǎn)烴率，mg/gTOC．

上述公式參數(shù)中有機(jī)碳(TOC)為各井實(shí)測值為準(zhǔn)，有效泥巖厚度、煤厚結(jié)合探區(qū)西山窯組鉆井顯示厚度及有效烴源巖展布圖選定(圖6)，泥巖和煤密度分別為2.3g/m3、1.42g/m3；選取生烴率參數(shù)：根據(jù)前人(郭貴安等，2005)對吐哈盆地臺(tái)北凹陷侏羅系煤和煤系泥巖烴源巖生烴演化模擬實(shí)驗(yàn)研究得到的有機(jī)質(zhì)生烴演化模式[13]，其產(chǎn)烴率參數(shù)如下表1，

表1 煤和煤系泥巖油氣產(chǎn)率(據(jù)郭貴安)

已計(jì)算研究區(qū)各井西山窯組的煤和泥巖的生油、氣強(qiáng)度加起來為西山窯組生烴強(qiáng)度并繪制該組生烴強(qiáng)度分布圖(圖6，黑線)，由圖中可得研究區(qū)西山窯組生烴烴強(qiáng)度介于10×108～70×108kg/km2；在沉積中心紅臺(tái)9計(jì)算結(jié)果高達(dá)68.7×108kg/km2，最南部躍1井僅10.5×108kg/km2，明顯看出探區(qū)向沉積中心方向有效泥巖厚度和TOC越大使得西山窯組有效生烴強(qiáng)度越大(圖6，黑線)，探區(qū)該組生烴強(qiáng)度向西北向呈條帶狀變大，在沉積中心為最大．

6 資源潛力評價(jià)

本文采用熱壓模擬—生聚法對小草湖資源量再評價(jià)．資源量評價(jià)公式如下：

Q資源=S·Q生·γ

式中Q資—資源量，108t；γ—油氣運(yùn)聚系數(shù)．S—探區(qū)內(nèi)西山窯組有利生烴面積，km2；Q生—生烴強(qiáng)度值108 t/km2；

6.1 有利生烴區(qū)預(yù)測及運(yùn)聚系數(shù)

有上述公式顯示，還需確定有利生烴面積及油氣聚系數(shù)．油氣運(yùn)聚系數(shù)選用袁明生(2001)對臺(tái)北凹陷資源量預(yù)測時(shí)所用其參數(shù)．運(yùn)聚系數(shù)如下表(表2).

表2 小草湖地區(qū)運(yùn)聚系數(shù)選取(袁明生2001)

要有利生烴面積首先要對有利生烴區(qū)預(yù)測，之后通過Geomap對井位拾取定位點(diǎn)計(jì)算面積.本文厘定泥巖厚度、TOC、Ro和生烴強(qiáng)度四個(gè)考慮因素的下限進(jìn)行有利生烴區(qū)預(yù)測．從烴源巖薄厚角度分析，綜合國內(nèi)外評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度下限定位為40 m[14]；成熟度角度在精細(xì)繪制Ro分布圖的基礎(chǔ)上[15-16]，上述有機(jī)質(zhì)成熟度分析認(rèn)為Ro為0.6%時(shí)達(dá)到成熟階段，因此Ro=0.6%為成熟度下限；黃第藩等(199)煤系烴源巖劃分方案中將TOC>1.5%為中等烴源巖，因此機(jī)碳預(yù)測分布圖(圖6，紫色線)以TOC=1.5%為下限；探區(qū)南部疙1、2井、紅臺(tái)2、13、304、13井西山窯組日產(chǎn)油氣達(dá)到工業(yè)油氣流，這幾口井生烴強(qiáng)度均在25×108kg/km2左右；因此小草湖有利生烴區(qū)評價(jià)參數(shù)下限為下表(表3)．由于有效泥巖烴源巖分布廣范圍大，在躍1井以北泥巖厚度均大于50 m，因此只將TOC、Ro和生烴強(qiáng)度分布圖進(jìn)行疊合成圖尋找有利生烴區(qū)(圖7)．

表3 小草湖有利生烴區(qū)評價(jià)參數(shù)

有利生烴區(qū)預(yù)測區(qū)南邊界在有井區(qū)域以生烴強(qiáng)度>25×108kg/km2為主，無井區(qū)域三者結(jié)合確定，北邊界為博格達(dá)山和巴里坤山；圖中明顯躍1井以北滿足Ro>0.6%；疙1、2井和以北TOC>1.5%，結(jié)合生烴強(qiáng)度>25×108kg/km2，最終得西山窯組有利生烴區(qū)預(yù)測區(qū)域即淺黃色區(qū)域，其面積分別為986 km2．

6.2 資源預(yù)測結(jié)果分析及有利區(qū)預(yù)測

本文計(jì)算的泥巖和煤生油氣預(yù)測資源量結(jié)果如下表(表4)．泥生油資源量為39.01～65.3(106t)，煤生油為27.4～41.1(106t)；泥生氣234～351(108m3)，煤生氣30.2～50.6(108m3)；因此西山石油總預(yù)測資源量為66.05～106.4(106t)，天然氣為254～401(108m3)．石油總資源量與“北方侏羅系項(xiàng)目部”測算結(jié)果相近，但天然氣總資源量計(jì)算結(jié)果最高和最低值值較前人均高48.3%左右．

圖7 小草湖地區(qū)J2x有利生烴區(qū)預(yù)測圖

表4 小草湖地區(qū)西山窯組資源量預(yù)測對比表

大步1、2井在25×108kg/km2范圍內(nèi)，但在大步1井由于斷層活動(dòng)，水西溝群缺失，未形成圈閉條件，大步2井水西溝群埋藏深，烴源巖條件較優(yōu)越，但未發(fā)現(xiàn)油氣藏，只在下侏羅統(tǒng)統(tǒng)見油氣顯示．失利原因分析：古構(gòu)造位置位于小草湖次凹的東北部，不在油氣運(yùn)移的優(yōu)勢通道上，圈閉條件不發(fā)育，本地?zé)N源巖難易形成有效聚集．現(xiàn)今疙瘩臺(tái)和紅臺(tái)構(gòu)造帶西山窯組均達(dá)到工業(yè)油氣流，其生烴強(qiáng)度范圍25～50×108kg/km2，而在探區(qū)西北部生烴強(qiáng)度均高于60×108kg/km2，烴源巖成熟度高，有效烴源巖厚度大于400 m，構(gòu)造位置處優(yōu)勢運(yùn)移通道上，近東西向斷層較為發(fā)育并能夠使油氣運(yùn)移及油氣封堵，更有利于油氣藏的形成，預(yù)測的天然氣資源量較前人更為豐富；且該組砂巖較厚儲(chǔ)層發(fā)育，西山窯組頂面發(fā)育濱淺湖相泥巖，在全區(qū)發(fā)育較為穩(wěn)定可做蓋層(姜在興).因此，認(rèn)為小草湖地區(qū)西北部將是下一步天然氣勘探重點(diǎn)區(qū)域．

7 結(jié)論

(1)西山窯組泥和煤巖分別介于50～600 m、10～90 m；西山窯組暗色泥巖和炭質(zhì)泥巖評價(jià)分別為中等-好、好，煤為差烴源巖；泥巖和煤機(jī)質(zhì)類型分別為Ⅱ2-Ⅲ型、Ⅲ型；古地溫梯度高，Ro為0.6%時(shí)處于成熟階段，達(dá)到生烴門限．

(2)西山窯組生烴烴強(qiáng)度介于10～70×108kg/km2，石油總預(yù)測資源量為66.05～106.4(106t)，天然氣為254～401(108m3)．綜合分析、研究認(rèn)為，小草湖地區(qū)西北部有效烴源巖較厚，預(yù)測油氣資源豐富，斷層發(fā)育，構(gòu)造位置處于優(yōu)勢運(yùn)移通道，因此可以將該區(qū)作為下一步天然氣勘探重點(diǎn)區(qū)域．