鄂爾多斯盆地西部延長(zhǎng)組烴源巖地化特征

譚世豪，王瑞飛

西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710000

近些年，頁巖油勘探開發(fā)成為我國(guó)油氣勘探的熱點(diǎn)［1］。我國(guó)頁巖油分布廣泛，在鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組、松遼盆地白堊系青山口組、渤海灣盆地古近系潛江組以及準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組等層系都有發(fā)現(xiàn)［2］。頁巖油探明地質(zhì)儲(chǔ)量新增 3.58×108t、預(yù)測(cè)地質(zhì)儲(chǔ)量 6.93×108t［3-5］。國(guó)外對(duì)頁巖油成功開發(fā)的案例較多，與國(guó)外成功開發(fā)的頁巖油區(qū)相比，國(guó)內(nèi)頁巖油的勘探和開發(fā)尚處于探索階段，很多科學(xué)問題亟待解決［6］。

目前，石油地質(zhì)工作者在頁巖油形成演化、地層特征、沉積特征、油氣運(yùn)移與聚集特征等方面做了大量基礎(chǔ)研究，但對(duì)泥頁巖方面的研究較為薄弱［7］。

本研究以鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段陸相頁巖為研究對(duì)象，通過對(duì)長(zhǎng)7 烴源巖樣品進(jìn)行地化測(cè)試分析，從有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型及有機(jī)質(zhì)成熟度3 個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)烴源巖質(zhì)量，同時(shí)對(duì)生排烴潛力與強(qiáng)度展開探討，以期為鄂爾多斯盆地西部烴源巖評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地頁巖油主要發(fā)育在延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段。受長(zhǎng)10~長(zhǎng)8的湖盆擴(kuò)張和坳陷影響，長(zhǎng)7段進(jìn)入延長(zhǎng)組最大湖侵期。受三疊世印支運(yùn)動(dòng)影響，盆地沉積由海相逐漸過渡到陸相，晚三疊世后發(fā)育一套巨厚河流-湖泊相陸相碎屑沉積［8］。晚三疊世延長(zhǎng)組早期形成范圍巨大的鄂爾多斯湖盆，湖泊坳陷中心位于盆地西緣的前緣地帶，沉積中心位于盆地西南部華池一帶。長(zhǎng)7段湖盆面積達(dá)到最大，主要為湖泊沉積，微生物及浮游生物廣泛發(fā)育，有機(jī)質(zhì)豐富。長(zhǎng)7段可以劃分為長(zhǎng)71、長(zhǎng)72和長(zhǎng)73這3個(gè)亞段。長(zhǎng)73已發(fā)育為一套厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖，是延長(zhǎng)組最重要的油源區(qū)。受三角洲前緣沉積物遠(yuǎn)距離搬運(yùn)作用的影響，在長(zhǎng)73湖盆中央小范圍內(nèi)發(fā)育出濁流沉積。從長(zhǎng)73到長(zhǎng)71，受東北和西北等多個(gè)物源區(qū)持續(xù)沉積影響，沉積環(huán)境由長(zhǎng)73深湖-半深湖沉積逐漸演化為三角洲平原和三角洲前緣沉積環(huán)境，湖盆逐漸退積縮?。?］。長(zhǎng)73段中長(zhǎng)7油層組沉積期為湖盆發(fā)展的全盛時(shí)期，屬長(zhǎng)73段中淺湖-深湖相沉積環(huán)境，巖性以灰黑色泥頁巖、油頁巖為主（俗稱“張家灘頁巖”），是本區(qū)主要生油巖系，K1標(biāo)志層位于長(zhǎng)7油層組的底部。研究區(qū)（圖1）長(zhǎng)7地層主要為灰色、灰褐色極細(xì)-細(xì)粒巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖和暗色泥巖互層，夾薄層泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，底部發(fā)育暗色泥巖和薄層凝灰?guī)r［10］。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置

2 樣品與方法

在研究區(qū)H2、L1和Y5中3口探井取長(zhǎng)7段共10 塊泥頁巖和油頁巖巖心樣品進(jìn)行有機(jī)碳（TOC）、生烴潛量（游離烴S1+熱解烴S2）、氯仿瀝青“A”以及氯仿瀝青“A”中飽和烴和芳烴的總含量即總烴（HC）測(cè)試，并選取其中部分樣品進(jìn)行熱解測(cè)試分析。

具體實(shí)驗(yàn)在西安石油大學(xué)石油與天然氣工程實(shí)驗(yàn)中心完成。有機(jī)碳分析使用上海鑄金分析儀器有限公司的LECO CS-230 型碳硫分析儀，熱解分析使用北京艾迪佳業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司ROCK-EVAL6型熱解儀。

樣品測(cè)試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)指標(biāo) SY/T 5735—1995［11］和巖石熱解分析GB/T 18602—2012［12］。

3 結(jié)果與討論

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是指單位質(zhì)量沉積巖（物）中所含有機(jī)質(zhì)的數(shù)量，當(dāng)其他條件相似時(shí)，烴源巖生烴能力與其有機(jī)質(zhì)豐度呈正相關(guān)關(guān)系。目前評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度所用的指標(biāo)主要有總有機(jī)碳（TOC）、生烴潛量（S1+S2）、氯仿瀝青“A”和總烴（HC）［13］。

統(tǒng)計(jì)研究區(qū)3口井10塊巖樣的有機(jī)質(zhì)豐度參數(shù)，結(jié)果見表1。由表1 可知：姬塬地區(qū)總有機(jī)碳（TOC）為0.79%~11.65%，平均含量為6.11%；氯仿瀝青“A”為0.22%~1.29%，平均含量為0.86%；總烴HC 為418.53~712.50 μg/g，平均值為585.50 μg/g；生烴潛量（游離烴S1+熱解烴S2）為1.26~29.66 mg/g，平均值為20.39 mg/g。根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［11］，認(rèn)為姬塬地區(qū)長(zhǎng)7 層烴源巖屬于好-最好的烴源巖。

表1 長(zhǎng)7層烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)生烴能力因其來源、組成的不同而存在較大差別，因此有機(jī)質(zhì)類型是烴源巖評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一［14］。鑒別有機(jī)質(zhì)類型可依據(jù)有機(jī)質(zhì)的來源、有機(jī)質(zhì)顯微組分組成及干酪根元素組成等。本次研究主要通過干酪根有機(jī)質(zhì)顯微組分、巖石熱解參數(shù)及穩(wěn)定碳同位素δ13C進(jìn)行評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)樣品皆取自研究區(qū)長(zhǎng)73段，分析結(jié)果見圖2和表2。由圖2可知：研究區(qū)長(zhǎng)7烴源巖中，干酪根碳同位素組成變化不大，所取樣品的δ13C 值分布在-31‰~-32.3‰，飽/芳比值較高（>1），表示有機(jī)質(zhì)生源以水生生物為主，碳同位素組成較輕，類型為Ⅱ型。由表2可知：姬塬地區(qū)長(zhǎng)7層烴源巖干酪根的顯微組分中殼質(zhì)組含量最高，腐泥組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量依次降低，表明其母質(zhì)主要來源于高等植物經(jīng)強(qiáng)烈生物降解形成；研究區(qū)泥頁巖和油頁巖中干酪根類型主要為Ⅱ1~Ⅱ2型。綜上可知，研究區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型好，以Ⅱ1~Ⅱ2型為主。

圖2 烴源巖干酪根及各族組成穩(wěn)定碳同位素δ13C分布

表2 長(zhǎng)7層烴源巖干酪根有機(jī)顯微組分及類型指數(shù)計(jì)算

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是烴源巖評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，鏡質(zhì)體反射率（Ro）、巖石最大熱解峰溫（Tmax）是反映有機(jī)質(zhì)熱演化程度的常用指標(biāo)。干酪根鏡質(zhì)體反射率（Ro）的熱演化進(jìn)程是不可逆的，因此鏡質(zhì)體反射率是衡量干酪根熱演化階段和成熟度最準(zhǔn)確的參數(shù)之一，其值越大則代表熱演化程度越高［15］。

干酪根鏡質(zhì)體反射率測(cè)試以及巖石熱解分析（GB/T 18602—2012）結(jié)果見表3和圖3。由表3和圖3 可知：研究區(qū)泥頁巖鏡質(zhì)體反射率Ro為0.652 %~0.742 %，平均值為0.697%；研究區(qū)烴源巖最高熱解溫度Tmax為442~457 ℃，平均為447.37 ℃。

圖3 長(zhǎng)7層烴源巖熱解參數(shù)

表3 研究區(qū)長(zhǎng)7烴源巖干酪根鏡質(zhì)體反射率Ro統(tǒng)計(jì)

根據(jù)烴源巖鏡質(zhì)體反射率及巖石熱解參數(shù)，對(duì)有機(jī)質(zhì)成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表4。由表4可知：烴源巖生油母質(zhì)已達(dá)成熟階段，開始進(jìn)入生油高峰階段。

表4 有機(jī)質(zhì)成熟度劃分方法

3.4 烴源巖生烴強(qiáng)度

烴源巖的生排烴特征是烴源巖評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面，也是與油氣成藏聯(lián)系最為密切的因素之一，但往往容易被忽視。姬塬地區(qū)長(zhǎng)7 層烴源巖厚度大，具有強(qiáng)大的生排烴能力。根據(jù)生烴強(qiáng)度公式（式（1））［16］計(jì)算得出，該區(qū)長(zhǎng)7 層烴源巖生烴強(qiáng)度為（95.8~650）×104t/km2，平均為2.903×106t/km2。根據(jù)長(zhǎng) 7 層優(yōu)質(zhì)烴源巖排烴率約為 70%［17］，排烴強(qiáng)度等于生烴強(qiáng)度乘以排烴率，因此，研究區(qū)長(zhǎng)7層烴源巖排烴強(qiáng)度為（70.1~553.8）×104t/km2，平均為2.032×106t/km2。

式中：Q油為生烴強(qiáng)度，104t/km2；H為烴源巖厚度，m；w（TOC）為烴源巖有機(jī)碳含量，%；K為生烴率，mg/g，按每克烴源巖有機(jī)碳計(jì)算；ρ為烴源巖密度，g/cm3。

3.5 典型區(qū)塊對(duì)比

鹽池地區(qū)平均TOC 含量為3.22%，氯仿瀝青“A”均值為0.55%，生烴潛量均值為12.8 mg/g，生油能力屬于較好-好級(jí)別；Ro均值為0.56%，有機(jī)質(zhì)處于低熟-成熟階段［18］。隴東地區(qū)平均TOC 含量為13.2%，氯仿瀝青“A”均值為0.47%，生烴潛量均值為41.4 mg/g，生油能力屬于好-最好級(jí)別；Ro均值為1.0%，有機(jī)質(zhì)處于成熟階段［19-20］。由此推斷，鄂爾多斯盆地西部烴源巖生油級(jí)別主要為好-最好級(jí)別，演化階段進(jìn)入成熟期，并且處于生油高峰階段。局部看，隴東地區(qū)烴源巖條件最好，姬塬地區(qū)次之，鹽池地區(qū)較差。

4 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地西部長(zhǎng)7 層富含黑色有機(jī)質(zhì)泥頁巖烴源巖。黑色泥頁巖TOC 為0.79%~11.65%，平均含量為 6.11%；氯仿瀝青“A”為0.22%~1.29%，平均含量為0.86%；氯仿瀝青“A”中飽和烴和芳烴的總含量（總烴HC）為418.53~712.50 μg/g，平均值為585.5 μg/g；生烴潛量（游離烴 S1+熱解烴 S2）為 1.26~29.66 mg/g，平均值為20.39 mg/g。根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為姬塬地區(qū)長(zhǎng)7層烴源巖屬于好-最好級(jí)別。

2）姬塬地區(qū)長(zhǎng)7 層烴源巖干酪根的顯微組分中殼質(zhì)組和腐泥組為主，有機(jī)質(zhì)類型好，干酪根類型主要為Ⅱ1~Ⅱ2型，Ro值平均為0.697%，最大熱解峰溫Tmax為442~457 ℃，平均為447.37 ℃。綜合分析認(rèn)為，烴源巖生油母質(zhì)已達(dá)成熟階段，開始進(jìn)入生油高峰階段。

3）根據(jù)生烴強(qiáng)度公式計(jì)算姬塬地區(qū)長(zhǎng)7 層烴源巖生烴強(qiáng)度為（95.8~650）×104t/km2，平均為2.903×106t/km2，從 而 得 到 排 烴 強(qiáng) 度 為（70.1~553.8）×104t/km2，平均為 2.032×106t/km2，說明姬塬地區(qū)生排烴潛力較好。