蘇北盆地W凹陷阜四段烴源巖研究

王雨薇，史盼盼

（1. 東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 中國海洋石油有限公司天津分公司，天津 塘沽 300452）

蘇北盆地W凹陷阜四段烴源巖研究

王雨薇1，史盼盼2

（1. 東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 中國海洋石油有限公司天津分公司，天津 塘沽 300452）

基于大量的巖性資料和地球化學(xué)資料對W凹陷阜四段烴源巖研究表明, 阜四段巖石類型主要為暗色機(jī)質(zhì)含量豐富的泥質(zhì)巖類，有效烴源巖以Ⅰ和Ⅱ型為主，該套有效烴源巖均具良好的生油能力；現(xiàn)今阜四段成熟烴源巖主要分布在深凹帶內(nèi)，由于不同地區(qū)剝蝕厚度的差異以及后期鹽地層積厚度差異的影響，凹陷東西部地區(qū)在成熟深度上存在一定差異；究區(qū)阜四段排烴具有自身的特殊性，有機(jī)質(zhì)豐度對于排烴強(qiáng)弱的影響相對較小，排烴的效率與所處烴源巖內(nèi)部的位置有關(guān)，此外排烴效率與其構(gòu)造背景、生儲蓋組合和成巖環(huán)境具有密切的關(guān)系。

蘇北盆地；W凹陷；阜寧組；烴源巖

W 凹陷是蘇北盆地南部東臺拗陷中的一個(gè)次一級凹陷，面積2 670 km2。凹陷受控于南部的邊界大斷層，總體結(jié)構(gòu)呈南斷北超的箕狀斷陷結(jié)構(gòu)。經(jīng)歷近五十多的勘探，W凹陷積累了大量的烴源巖分析化驗(yàn)資料。前人的油源對比分析表明，W凹陷戴南組、三垛組油氣藏的形成主要與阜四段上部暗色泥巖和泥灰?guī)r有關(guān)[1,2]，但針對烴源巖本身相對缺乏系統(tǒng)的分析。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對烴源巖的特征、有機(jī)質(zhì)豐度及類型，有機(jī)質(zhì)熱演化特征和排烴效率進(jìn)行了系統(tǒng)剖析，這對于在W凹陷內(nèi)老區(qū)挖潛和尋找隱蔽油氣藏具有重要的指導(dǎo)意義。

1 阜四段烴源巖特征

阜四段（E1f4）一般為深灰-灰黑色泥巖、泥灰?guī)r、泥云巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖，局部層段具有微細(xì)層理，碳酸鹽巖含量高，微古化石如介形蟲及藻類十分發(fā)育。電性上表現(xiàn)為十分明顯的一系列高阻的尖峰，電阻率整體高于下部彈簧段暗色泥巖。

微量元素分析表明，阜四上段Sr/Ba均大于1.0，B/Ga一般大于4.2，接近現(xiàn)代海水；碳酸鹽巖碳氧同位素Z值大于120，具有相對高的古鹽度，一般處于中-多鹽階段（18‰～35‰），屬于咸化-半咸化的沉積環(huán)境。Fe/M小于100；干酪根鑒定中常發(fā)現(xiàn)豐富的黃鐵礦，局部樣品的黃鐵礦晶體呈分散狀分布，表明強(qiáng)還原沉積環(huán)境，阜四段，古Eh值為還原-強(qiáng)還原環(huán)境，古Ph表現(xiàn)為弱堿性-堿性沉積環(huán)境。古生物資料反映阜四段上部化石豐富，既有陸生的介形類、腹足類、瓣鰓類、葉肢類、藻類、孢子、花粉等，又有具海相性或與海有關(guān)的有孔蟲、多毛綱龍介蟲、膨脹新單角介、鯊魚牙、鯡魚、鈣質(zhì)超微化石、溝鞭藻等分布。藻類研究表明，E1f4上段、E1f2中下、K2t2某些層位中的藻類種屬單調(diào)、數(shù)量眾多，有些層位中以缽球藻、費(fèi)羅姆球藻屬占優(yōu)勢，有些以粘球藻為主。半深湖-深湖區(qū)生物相帶的浮游生物發(fā)育，為本區(qū)石油形成提供了良好的有機(jī)質(zhì)來源。

2 阜四段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度及類型

有效烴源巖是指有機(jī)質(zhì)豐度相對較高且已進(jìn)入成熟生烴階段的烴源巖，是所生成油氣的主要貢獻(xiàn)者。近年來有關(guān)未熟、低熟油研究表明，烴源巖在低、未熟階段也能生烴[3-5]。但是越來越多的勘探實(shí)踐和混源實(shí)驗(yàn)表明，大部分低未熟油藏中，成熟油仍然是主要部分，未熟油的貢獻(xiàn)相當(dāng)小[6,7]，因此，本文認(rèn)為有效烴源巖主要為達(dá)到熱成熟階段的烴源巖，因此以成熟烴源巖作為研究對象。

巖石有機(jī)質(zhì)豐度是生油的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前普遍采用有機(jī)碳 C、氯仿瀝青“A”、總烴HC、產(chǎn)油潛量S1+S2等多項(xiàng)綜合指標(biāo)作為評價(jià)生油巖的依據(jù)。W凹陷阜四段上部多尖峰泥（灰）巖段有機(jī)質(zhì)豐度比下部彈簧段高，有機(jī)碳含量基本集中在0.6%～1.7%范圍內(nèi)，平均1.18（圖1）；氯仿瀝青“A”：0.050%～0.250%，平均 0.148；S1+S2：2-20，平均3.22[8]。有機(jī)質(zhì)豐度反映的是有機(jī)質(zhì)的數(shù)量，而類型則反映其質(zhì)量，不同的成油母質(zhì)類型具有不同的油氣生成能力。根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型指標(biāo)的研究，阜四段有效烴源巖以Ⅰ和Ⅱ型為主，有機(jī)質(zhì)熱解分析樣品Ⅰ-Ⅱ1干酪根占 50.5%，鏡下鑒定Ⅰ-Ⅱ1干酪根占79.3%（表1），說明該套有效烴源巖均具良好的生油能力。

圖1 阜四段有機(jī)碳含量分布統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistical figure of organic carbon content distribution in E1f4formation

表1 蘇北盆地主要凹陷阜四段有機(jī)質(zhì)類型百分含量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics on percentage composition of organic matter types in E1f4formation, major sags of Subei Basin %

3 阜四段烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化特征

阜四段在W凹陷分布廣泛，從斜坡到深凹都有分布，樣品深度分布范圍也相對較大，在1150～4 225 m范圍內(nèi)（圖2），這十分有利于直接分析阜四段烴源巖熱演化特征。

現(xiàn)今阜四段烴源巖Ro值主要界于0.4%～1.4%，成熟烴源巖主要分布在深凹帶內(nèi)。淺層個(gè)別樣點(diǎn)Ro等指標(biāo)出現(xiàn)異常，主要是因?yàn)槭軒r漿巖侵入烘烤所致，主要出現(xiàn)在北斜坡地區(qū)。阜四段烴源巖在 Ro為0.65進(jìn)入大量生烴階段（圖3），由于不同地區(qū)剝蝕厚度的差異以及后期鹽城組沉積厚度差異的影響，凹陷東西部地區(qū)在成熟深度上存在一定差異（圖4），在凹陷西部對應(yīng)現(xiàn)今深度約為2 250 m，而在東部地區(qū)對于現(xiàn)今深度約為2 700 m。

4 阜四段烴源巖排烴效率

烴源巖排烴作用是一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，主要包括兩個(gè)連續(xù)的過程，生成的烴類從干酪根中得到釋放以及釋放出來的烴類從源巖內(nèi)經(jīng)過初次運(yùn)移向外排出。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，烴類從干酪根中釋放是烴類排出的關(guān)鍵過程，烴類的排烴效率主要受干酪根中烴類的吸附量及富油程度控制[9]。

另一觀點(diǎn)認(rèn)為，烴類排出很大程度取決于源巖內(nèi)烴類運(yùn)移的可能機(jī)制，它受幾方面因素的控制，如有機(jī)質(zhì)含量及有機(jī)質(zhì)類型、排烴的臨界含油飽和度、源巖內(nèi)有效的運(yùn)移通道[10]、烴源巖內(nèi)壓力的分布及微裂縫的發(fā)育情況[11]，對于氣溶相的液態(tài)烴的排出還受氣態(tài)烴是否來源充足影響[12]。排烴作用不僅僅是烴源巖自身的過程，外部接受體的巖性、物性以及地層壓力等都控制著排烴的效率。因此影響排烴作用的地質(zhì)因素應(yīng)從烴源巖內(nèi)部以及外部接受體因素綜合考慮。

圖2 阜四段烴源巖指標(biāo)隨埋深演化圖Fig.2 Evolution of hydrocarbon source rocks indexes with depth in E1f4formation

圖3 阜四段烴源巖指標(biāo)隨鏡質(zhì)體反射率變化圖Fig.3 Variation of hydrocarbon source rocks indexes with vitrinite reflectance in E1f4formation

圖4 阜四段Ro等值線圖（%）Fig.4 Roisolines in E1f4formation (%)

對于區(qū)帶評價(jià)而言，排烴效率是衡量烴源巖排烴差異的有效指標(biāo)，也稱為排烴系數(shù)，指的是烴源巖排烴量與原始生烴量之比。綜合考慮W凹陷的勘探程度及資料情況，本文采用無效碳守恒的方法對阜四段烴源巖原始有機(jī)碳進(jìn)行恢復(fù)，進(jìn)而就可以通過熱解分析參數(shù)定量的計(jì)算烴源巖排烴效率。

現(xiàn)今殘余生烴潛量（ST）由巖石中的可溶烴（S1）和熱解烴（S2）兩部分構(gòu)成，即

ST=S1+S2 （1）

殘余有效碳與殘余生烴潛量存在如下關(guān)系：

CP=(S1+S2)×0.083 （2）

根據(jù)有效碳與有機(jī)碳含量可得到殘余降解率：

DT= CP/ CT（3）

原始降解率（DO）由干酪根類型決定，每種干酪根類型的DO值對應(yīng)于該種類型干酪根不同殘余降解率值的上限，即為有機(jī)質(zhì)沒有成熟尚未發(fā)生排烴時(shí)的降解率值。溫壓釜模擬和ROCK-EVAL法都可以獲得此值。參考熱解分析數(shù)據(jù)，高郵凹陷阜四段烴源巖以II1型烴源巖為主，對照該圖版，DO值取值為0.4。

由于現(xiàn)今烴源巖實(shí)測的有機(jī)碳是烴源巖生排烴作用殘余的有機(jī)碳部分，其中又可分為有效碳和無效碳兩部分。有效碳是指干酪根在足夠的溫度和時(shí)間作用下能夠生成油氣的碳。而無效碳是指干酪根中不能轉(zhuǎn)化為烴類的部分，在油氣生成和運(yùn)移的過程中，其絕對含量保持不變[13,14]，即

CO(1－DO)= CT(1－DT) （4）

上式左邊為原始有機(jī)碳中的無效碳，右邊為現(xiàn)今殘余有機(jī)碳中的無效碳，利用該關(guān)系可確定原始有機(jī)碳的恢復(fù)系數(shù)（RC）：

RC=CO/CT＝(1－DT)/(1－DO) （5）

利用以上關(guān)鍵參數(shù)就可以得到原始生烴潛量（SO）、排烴量（SP）和排烴效率（KP）：

CO=CT×RC（6）

SO=CO×DO/0.083 （7）

SP=SO－ST（8）

KP= SP/SO （9）

式（1）- （9）中:S1為現(xiàn)今測得的單位質(zhì)量巖石中的可溶烴,mg/g; S2為現(xiàn)今測得的單位質(zhì)量巖石中的熱解烴,mg/g; ST為單位質(zhì)量巖石現(xiàn)今殘余生烴潛量,mg/g；CP為現(xiàn)今殘余有機(jī)碳中的有效碳含量,%；CT為現(xiàn)今測得的殘余有機(jī)碳含量,%；DT為有機(jī)碳現(xiàn)今降解率,%; CO為原始有機(jī)碳含量,%；DO為有機(jī)碳原始降解率,%；RC為原始有機(jī)碳恢復(fù)系數(shù)；SO為單位質(zhì)量烴源巖原始生烴潛量,mg/g；SP為單位質(zhì)量烴源巖現(xiàn)今累積排烴量,mg/g；KP為排烴系數(shù)或排烴效率。

表2為W不同地區(qū)阜四段有效烴源巖熱解參數(shù)及排烴效率計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)豐度對于排烴強(qiáng)弱的影響相對較小；較低成熟度的烴源巖排烴效率一般較低，如y12、h2井。此外，排烴的效率還與所處烴源巖內(nèi)部的位置有關(guān)，越靠近烴源巖內(nèi)部排烴效率越低，越靠近邊部排烴效率越高，如 x7井，樣點(diǎn)十分靠近烴源巖與戴南組砂巖接觸面，盡管埋藏淺成熟度較低，但也有較高的排烴效率。

表2 阜四段烴源巖排烴效率計(jì)算參數(shù)表Table 2 Parameters for hydrocarbon expulsion efficiency calculation in E1f4formation

除了普遍的影響因素外，研究區(qū)阜四段排烴具有自身的特殊性，取決于其特殊的生儲蓋組合、特殊的成巖環(huán)境和特殊的構(gòu)造環(huán)境。首先，阜四段形成于廣泛性的湖盆，深湖半深湖相幾乎覆蓋整個(gè)高郵凹陷，巖性單一，主要為深灰色泥巖，內(nèi)部無砂體發(fā)育，沒有形成與砂層互層或指狀較差的過渡帶。其次阜四下段彈簧段泥巖為差生油層，阻礙了上部主要烴源巖的向下排烴作用，因此上部有效烴源巖主要與上覆戴南三垛組構(gòu)成單一的下生上儲的生儲蓋組合形式。再次，頻繁的斷層作用對烴源巖排烴起著重要的控制作用。由于阜四段烴源巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)單一，生儲蓋組合形式單一，這些外部因素集中表現(xiàn)為上覆巖性的性質(zhì)及切入烴源巖層斷層的性質(zhì)。如表2中hu20井排烴效率較低，主要因素為烴源巖上覆巖層的性質(zhì)。該井緊鄰深凹位置，遠(yuǎn)離大斷層，且無小斷層切入烴源巖內(nèi)，而上覆戴南組巖性為大套泥巖，因此該井位置烴源巖排烴作用受到極大遏制，使得烴源巖內(nèi)部壓力很高，并產(chǎn)生裂縫，鉆遇該段過程中在泥漿柱352 kg/cm2壓力下油氣上竄速度為25.7～30 m/h，為防止發(fā)生井噴加了重晶石壓井，測試中共獲油氣6.65 m3。y14、x7等井由于上覆地層砂巖百分含量較高排烴作用明顯。

4 結(jié) 論

W凹陷阜四段巖石類型主要為深灰、灰黑色暗色泥質(zhì)巖類，有機(jī)質(zhì)含量豐富，根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型指標(biāo)的研究，阜四段有效烴源巖以Ⅰ和Ⅱ型為主，有機(jī)質(zhì)熱解分析樣品Ⅰ-Ⅱ1干酪根占50.5%，鏡下鑒定Ⅰ-Ⅱ1干酪根占79.3%，表明該套有效烴源巖均具良好的生油能力；現(xiàn)今阜四段成熟烴源巖主要分布在深凹帶內(nèi)，由于不同地區(qū)剝蝕厚度的差異以及后期鹽城組沉積厚度差異的影響，凹陷東西部地區(qū)在成熟深度上存在一定差異；有機(jī)質(zhì)豐度對于排烴強(qiáng)弱的影響相對較小，排烴的效率與所處烴源巖內(nèi)部的位置有關(guān)，越靠近烴源巖內(nèi)部排烴效率越低，越靠近邊部排烴效率越高，除了普遍的影響因素外，烴源巖排烴效率取決于其特殊的構(gòu)造環(huán)境、生儲蓋組合和成巖環(huán)境。

［1］周翥虹．蘇北盆地未熟-低熟石油的形成環(huán)境成藏條件及分布規(guī)律[R].內(nèi)部研究報(bào)告,1998．

［2］陳安定．蘇北盆地第三系油氣成藏動力學(xué)機(jī)理研究[R].內(nèi)部研究報(bào)告，2004．

［3］王鐵冠，李素梅，張愛云，等．利用原油含氮化合物研究油氣運(yùn)移[J]．石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000，24(4)：84-86．

［4］黃第藩．成烴理論的發(fā)展－未熟油及有機(jī)質(zhì)成烴演化模式[J]．地球科學(xué)進(jìn)展，1996，11(4)，327-335.

［5］包建平，馬安來，朱翠山．遼河雙南油田原油中性氮化合物的分布與運(yùn)移特征研究[J]．石油天然氣學(xué)報(bào)，2006，25(4)：646-652．

［6］王文軍，宋寧，姜乃煌，等．未熟油與成熟油的混源實(shí)驗(yàn)、混源理論圖版及其應(yīng)用[J]．石油勘探與開發(fā)，1999，26(4)：34-38．

［7］宋寧．蘇北盆地?zé)N源巖及生烴參數(shù)研究[R].內(nèi)部研究報(bào)告，1999．

［8］Pepper A S，CorviP J． Simple kineticmodels ofpetroleum formation[J]．Marine and Petroleum Geology，1995，12：417-452．

［9］Mann U． Sedimentological and petrophysical aspects of primary migration pathways[A]． In：Heling D， Rothe P，F(xiàn)orstner U， et al，eds． Sediments and Environmental Geochemistry[C]． New York：Springer，1990:152-178．

［10］Duppenbecker S J，Welte D H． Petroleum expulsion from source rocks-insights from geology， geochemistry and computerized numericalmodeling[A]．In：Proceedings of the 13th World Petroleum Congress[C]．New York：Wiley，1992:165-177．［11］Yalcin M N，Inan S． Timing of oil generation and expulsion from the Carboniferous humic coals of the Zonguldak basin, northwest Turkey[A]． In：The Abstrcts Book of the 2nd International Sym-posium on the Petroleum Geology and Hydrocarbon Potential of the Black SeaArea[C]． Istanbul：Sile，1996:24-25．

［12］王吉茂，李戀．烴源巖原始有機(jī)質(zhì)豐度和類型的恢復(fù)方法[J]．沉積學(xué)報(bào)，1997，15(2)：45-48．

［13］肖麗華，孟元林，高大嶺，等．地化錄井中一種新的生排烴量計(jì)算方法[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，1998，20（1）：98-102.

Study on Hydrocarbon Source Rock of the Fourth Member of Funing Formation in W Sag of Subei Basin

WANG Yu-wei1，SHI Pan-pan2
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China；2. China National Offshore Oil Corporation, Tianjin 300452, China）

Based on a large number of lithologic data and geochemical data, hydrocarbon source rock of the fourth member of Funing formation in W sag of Subei basin was studied. The results indicate that rock type of the fourth member of Funing formation is argillaceous rock with abundant dark organic matter, effective hydrocarbon source rocks are I and II type rocks, the sets of effective hydrocarbon source rocks have favorable oil generating capacity. Nowadays mature source rocks of the fourth member of Funing formation are mainly distributed in the deep sag zone. Due to the differences of denudation thickness in different regions and the difference of salt formation accumulation thickness difference at later stage, there are some differences in maturity depth in the study area; the fourth member of Funing formation in the study area has its own particularity, hydrocarbon expulsion will be less affected by the abundance of organic matter, hydrocarbon expulsion efficiency is related to the location of source rock, moreover, hydrocarbon expulsion efficiency has close relationship with its tectonic background, layer assemblage and diagenetic environment.

Subei basin; W sag; Funing formation; Hydrocarbon source rock

TE 122.1

A

1671-0460（2014）11-2437-05

2014-09-22

王雨薇（1987-），女，黑龍江大慶人，碩士，東北石油大學(xué)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)研究生。研究方向：油氣藏形成與資源評價(jià)。757548500@qq.com。

史盼盼（1988-），女，河北保定人，助理工程師，研究方向：油氣藏形成與資源評價(jià)。shipanpan1019@163.com。