孔南地區(qū)孔二段致密油生烴評價(jià)及有利區(qū)預(yù)測

董清源，劉小平，張盼盼，李洪香，劉子藏

(1.中國石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103；2.中國石油大學(xué)，北京 102249；3.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué)，北京 102249；4.中國石油大港油田分公司，天津 300280)

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孔南地區(qū)孔二段致密油生烴評價(jià)及有利區(qū)預(yù)測

董清源1，2，劉小平2，3，張盼盼2，3，李洪香4，劉子藏4

(1.中國石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103；2.中國石油大學(xué)，北京 102249；3.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國石油大學(xué)，北京 102249；4.中國石油大港油田分公司，天津 300280)

孔南地區(qū)孔二段富有機(jī)質(zhì)頁巖是該區(qū)重要的烴源巖，勘探中發(fā)現(xiàn)了廣泛的致密油顯示。在結(jié)合大量樣品分析和勘探實(shí)踐的基礎(chǔ)上，探討了孔南地區(qū)孔二段致密油的生烴潛力及有利區(qū)分布。研究認(rèn)為，研究區(qū)Ek22、Ek23優(yōu)質(zhì)源巖具有良好的致密油生烴基礎(chǔ)，橫向上廣泛分布，縱向上疊置連片，受構(gòu)造、沉積因素影響明顯?；趯?shí)驗(yàn)、盆地模擬、地質(zhì)及地震資料分析，綜合考慮致密油形成的8類控制因素，建立了研究區(qū)致密油評價(jià)參數(shù)體系，預(yù)測了有利區(qū)的分布，對研究區(qū)下一步勘探部署具有重要意義。

致密油；生烴評價(jià)；有利生烴區(qū)；孔二段；孔南地區(qū)；黃驊坳陷

0 引 言

近年來，隨著油氣勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界各國加大了對致密油勘探開發(fā)的力度[1]。黃驊坳陷孔南地區(qū)為一個(gè)半咸水—咸水的斷陷湖盆，該地區(qū)孔店組二段(Ek2)廣泛分布湖相富有機(jī)質(zhì)泥頁巖。2013年底，在孔南地區(qū)棗園—王官屯地區(qū)，多口井在鉆至孔二段頁巖層系時(shí)發(fā)生油氣侵，氣測顯示異常，證明了研究區(qū)致密油具有一定的勘探潛力。

結(jié)合致密油勘探思路和前人研究基礎(chǔ)，充分運(yùn)用地球化學(xué)、沉積、構(gòu)造、測井及地震資料，綜合評價(jià)了孔南地區(qū)孔二段的生烴潛力，精細(xì)分析了不同油組優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布特征，并結(jié)合致密油評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測了孔南地區(qū)孔二段致密油的有利生烴區(qū)，為研究區(qū)下一步的致密油勘探部署提供了重要的參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

孔南地區(qū)為渤海灣盆地中部的一個(gè)坳陷型湖盆，其中孔二段面積可達(dá)1 500 km2?？锥螘r(shí)期，凹陷主要受盆內(nèi)斷層控制，發(fā)育有滄東、南皮2個(gè)生油氣凹陷及小集、孔店潛山、滄市、東光及烏馬營構(gòu)造帶等二級構(gòu)造帶[2]。

孔南地區(qū)孔店期盆地主要經(jīng)歷了早期斷陷期、坳陷期、斷陷期和斷陷充填期4個(gè)演化階段。在坳陷期主要發(fā)育了孔二段地層，自上而下可分為2個(gè)完整的細(xì)—粗的沉積旋回。沉積相以深湖—半深湖、濱淺湖、三角洲或扇三角洲沉積為主。巖性主要為暗色泥頁巖，并夾有粉—細(xì)砂巖、白云巖等隔層，局部夾基性侵入巖，厚度較大(100～600 m)，分布面積廣?？锥巫陨隙聞澐譃镋k21、Ek22、Ek23和Ek24四個(gè)油組，該研究主要針對的是Ek21、Ek22和Ek23三套頁巖層系[3]。

2 烴源巖生烴評價(jià)

以孔南地區(qū)104口井近1100塊樣品的熱解和有機(jī)碳等地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合地球化學(xué)指標(biāo)分析和生烴模擬，對孔南地區(qū)有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度、生烴能力等參數(shù)進(jìn)行研究，確定孔二段Ek21、Ek22和Ek23三套頁巖層系形成致密油的能力。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

通過對北美巴肯地區(qū)及中國濟(jì)陽坳陷致密油生烴評價(jià)的各項(xiàng)參數(shù)調(diào)研，把有機(jī)碳含量大于3%作為劃分孔南地區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的下限，并根據(jù)有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”和其他地球化學(xué)參數(shù)的關(guān)系，建立了相對合理的優(yōu)質(zhì)烴源巖劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 優(yōu)質(zhì)烴源巖的劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，研究目的層1 075個(gè)泥頁巖樣品TOC為0.05%～10.00%，平均為3.32%，整體較高。從縱向上來看，Ek21的TOC為0.08%～7.43%，平均為2.69%；Ek22的TOC為0.05%～9.39%，平均為3.20%；Ek23的TOC為0.11%～10.00%，平均為3.62%。對比來看，Ek23烴源巖的TOC最高，Ek22次之，Ek21最差。氯仿瀝青“A”和生烴潛量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也大致反映了機(jī)碳含量這一規(guī)律。

對比標(biāo)準(zhǔn)綜合分析Ek21、Ek22及Ek23各項(xiàng)評價(jià)參數(shù)，Ek22、Ek23為優(yōu)質(zhì)烴源巖，Ek21僅為好烴源巖，說明Ek22、Ek23頁巖層系富集致密油的潛力高于Ek21。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

北美致密油產(chǎn)區(qū)均為海相地層，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和或Ⅱ1型為主[4]。結(jié)合研究區(qū)樣品分析可知，Ek21主要為Ⅱ2型，有機(jī)質(zhì)以腐泥腐殖型為主，類型較差；Ek22主要為Ⅱ1—Ⅱ2型，有機(jī)質(zhì)以腐殖腐泥—腐泥腐殖型為主，富含藻類化石，類型較好；Ek23主要為Ⅱ1—Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)以腐泥—腐泥腐殖型為主，富含藻類化石，類型很好。綜合評價(jià)認(rèn)為，Ek22、Ek23為有機(jī)質(zhì)類型較好—好的烴源巖，生烴能力強(qiáng)，與北美致密油氣產(chǎn)區(qū)有機(jī)質(zhì)類型有較好的可比性。

2.3 有機(jī)質(zhì)熱演化程度

通過研究區(qū)257個(gè)樣品數(shù)據(jù)分析可看出，孔二段整體介于未熟—成熟階段，其中Ek21、Ek22和Ek23具有一定差異。Ek21的Ro主要為0.30%～0.60%，平均為0.47%，處于未熟—低熟階段；Ek22的Ro主要為0.50%～0.90%，平均為0.63%，處于低熟—成熟階段；Ek23的Ro主要為0.50%～1.30%，平均為0.65%，處于低熟—成熟階段。

通過分析可看出，Ek21成熟度低，部分至今還未進(jìn)入生油門限，難以大量生油；而成熟度較高的Ek22、Ek23基本進(jìn)入生油階段，油大量生成，是研究區(qū)致密油成藏的先決條件。

2.4 生烴模擬

在孔二段地球化學(xué)指標(biāo)綜合分析的基礎(chǔ)之上，參考實(shí)際勘探過程中的致密油顯示情況，確定Ek22、Ek23頁巖層系為該區(qū)致密油研究的重點(diǎn)層段。結(jié)合前人研究成果[5]，運(yùn)用反演模擬分析，定量評價(jià)研究區(qū)烴源巖的生烴潛力(圖1、2)。

圖1 G995井孔二段烴源巖盆地模擬剖面

圖2 孔二段烴源巖及威利斯頓盆地bakken頁巖生烴演化剖面

結(jié)合盆地模擬可知：Ek22、Ek23的優(yōu)質(zhì)源巖在始新世初期就已進(jìn)入未熟階段(Ro等于0.4%)，開始形成未成熟—低成熟油；在漸新世中期進(jìn)入生油門限(Ro等于0.5%)，開始生烴，并發(fā)生明顯的排烴現(xiàn)象；館陶末期進(jìn)入低成熟—成熟階段(Ro等于為0.65%)，開始大量生排烴(圖1a)。受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，目前Ek22、Ek23的優(yōu)質(zhì)源巖仍處于淺埋藏階段，長期生排烴，具有明顯的早期生烴、晚期成藏的特點(diǎn)。具體可以將其生烴劃分為3個(gè)階段，第1階段為未成熟生烴階段(Ro小于0.5%)，埋深小于1 700 m，生烴轉(zhuǎn)化率可達(dá)5%～15%；第2階段為低成熟—成熟生烴階段(Ro為0.5%～1.3%)，埋深為1 700～3 500 m，該階段是孔二段烴源巖的主要生烴階段，生烴轉(zhuǎn)化率達(dá)到20%～50%，產(chǎn)烴指數(shù)為10%～70%；第3階段為高成熟生烴階段(Ro大于1.3%)。由于目前孔二段富有機(jī)質(zhì)頁巖大部分尚未進(jìn)入該階段，故而在演化剖面上缺少樣品點(diǎn)分布(圖2a)。

由此可見，孔南地區(qū)Ek22、Ek23的優(yōu)質(zhì)源巖主要經(jīng)歷了未成熟、低成熟、成熟生烴3個(gè)階段，其中低成熟—成熟階段油氣大量生成，生烴轉(zhuǎn)化率較高，最高可以達(dá)到50%。將其與北美威利斯頓盆地的Bakken頁巖層系對比可知，二者的主生烴帶大致相當(dāng)，但Bakken頁巖的生烴效率明顯相對較高，最高可以達(dá)到80%以上(圖2b)。初步認(rèn)為，造成一定差異的原因主要為優(yōu)質(zhì)陸相烴源巖質(zhì)量相對差于優(yōu)質(zhì)海相烴源巖；研究區(qū)Ek22、Ek23頁巖層成熟度相對較低。綜合地球化學(xué)分析指標(biāo)和生烴模擬結(jié)果，整體認(rèn)為孔南地區(qū)Ek22、Ek23頁巖層系在中國陸相盆地中生烴條件相對突出，油氣轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)，且目前仍處于生烴高峰，近源聚集且發(fā)育異常高壓(壓力系數(shù)大于1.2)(圖1b)，與國外致密油氣產(chǎn)區(qū)源巖評價(jià)參數(shù)可比性高，具有優(yōu)越的致密油氣形成基礎(chǔ)和勘探潛力。

3 優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的控制因素及致密油有利生烴區(qū)預(yù)測

3.1 構(gòu)造背景對優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的影響

孔南地區(qū)孔二段地層主要發(fā)育于湖盆坳陷期，盆地構(gòu)造形態(tài)主要受4條斷層控制，分別為滄東、徐西、孔東及孔西斷層，其中滄東、徐西斷層為孔南地區(qū)的控盆斷層，孔東及孔西斷層為主要調(diào)節(jié)斷層，在斷層分布及孔二段后期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)綜合作用下，形成如今的“兩斷夾一隆”構(gòu)造格局[6]。該格局下形成的孔東、孔西及南皮斜坡控制著優(yōu)質(zhì)烴源的展布。通過對研究區(qū)巖心及地震資料分析，發(fā)現(xiàn)孔二段時(shí)期的斜坡及深凹(現(xiàn)今為中央隆起帶)是優(yōu)質(zhì)烴源巖的主要分布區(qū)，存在頁巖、泥質(zhì)巖和油頁巖3類優(yōu)質(zhì)烴源巖，整體呈現(xiàn)連續(xù)、強(qiáng)的平行—亞平行的反射結(jié)構(gòu)特征，受“兩斷夾一隆”構(gòu)造的影響，中央隆起帶成熟度較低，烴源巖多處于未成熟—低熟階段，Ro一般小于0.7%，埋深為1 000～2 000 m；而孔東、孔西斜坡及南皮斜坡受到兩側(cè)斷層的控制，大幅度沉降，致使其成熟度相對較高，進(jìn)入低成熟—成熟階段，Ro為0.7%～1.3%，埋深為2 000～3 500 m。

3.2 沉積環(huán)境對優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的影響

研究區(qū)Z68-12、G181、G995井分別位于孔二段時(shí)期孔南地區(qū)的斜坡及深凹部位，整體為一套前三角洲—半深湖—深湖沉積環(huán)境，易發(fā)育優(yōu)質(zhì)源巖。結(jié)合典型井縱向上層序分析可知，Ek22、Ek23頁巖層系為孔二段沉積時(shí)期的湖進(jìn)體系域，形成了頁理發(fā)育、薄互相間的優(yōu)質(zhì)烴源巖，而往上的水體逐漸變淺，亦導(dǎo)致Ek21頁巖層系烴源巖質(zhì)量相對較差，與之前生烴潛力評價(jià)分析結(jié)果亦有良好的對應(yīng)關(guān)系(圖3)。

圖3 孔南地區(qū)Ek22、Ek23頁巖層系優(yōu)質(zhì)烴源巖與相和層序的關(guān)系

3.3 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布特征及致密油有利生烴區(qū)預(yù)測

3.3.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布特征

根據(jù)研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在構(gòu)造沉積特點(diǎn)認(rèn)識的基礎(chǔ)上，對孔東、孔西及南皮斜坡近90口單井進(jìn)行了測井TOC解釋(△logR法)及地球化學(xué)參數(shù)分析，統(tǒng)計(jì)了優(yōu)質(zhì)源巖厚度，準(zhǔn)確地反映了Ek22、Ek23優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布情況(圖4)。Ek22、Ek23優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度分別為20～60 m及30～70 m。由于受最大湖泛面影響，Ek23優(yōu)質(zhì)烴源巖分布面積相對較大。結(jié)合國內(nèi)外致密油評價(jià)，初步將研究區(qū)的優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度下限定為40 m，針對該評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Ek22、Ek23優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度大于40 m的平面分布具有一定差異。Ek22優(yōu)質(zhì)烴源巖主要集中在孔西斜坡，以Z68-12等井為高值中心；南皮斜坡，以G2209、GD6X1等井為高值中心；孔東斜坡，以G98、G995等井為高值中心；中央隆起帶，以G180井為高值中心。與Ek22相比，Ek23優(yōu)質(zhì)烴源巖分布范圍相似，僅東部地區(qū)具有一定差異，以G995井西南側(cè)為高值中心，總體面積相對稍大。

圖4 孔南地區(qū)孔二段有利生烴區(qū)預(yù)測

3.3.2 有利生烴區(qū)預(yù)測

根據(jù)上述對Ek22、Ek23頁巖層系分析及評價(jià)結(jié)果，選取了影響研究區(qū)生烴區(qū)發(fā)育的構(gòu)造背景、沉積相、地球化學(xué)參數(shù)、優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度、壓力系數(shù)等控制因素，建立了孔南地區(qū)孔二段有利生烴區(qū)評價(jià)參數(shù)表(表2)，綜合預(yù)測了Ek22、Ek23頁巖層系致密油的有利生烴區(qū)和較有利生烴區(qū)。

對比評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，Ek23頁巖層系優(yōu)質(zhì)烴

表2 孔南地區(qū)孔二段有利生烴區(qū)評價(jià)參數(shù)

源巖生烴能力及資源儲量相對優(yōu)于Ek22油層組。平面上，Ek22頁巖層系致密油有利生烴區(qū)整體成條帶狀分布，分別位于孔西斜坡(風(fēng)化店—沈家鋪—肖官屯西側(cè)一帶)、孔東斜坡(東關(guān)西南緣一帶)、南皮斜坡(集北頭西側(cè))；較有利生烴區(qū)受有機(jī)質(zhì)成熟度、沉積、構(gòu)造及壓力系數(shù)等因素的制約，僅呈環(huán)狀分布于中央隆起帶區(qū)域的肖官屯地區(qū)。Ek23頁巖層系致密油有利生烴區(qū)的面積比Ek22頁巖層系大，分布區(qū)域較為相似，僅在孔東斷層相關(guān)區(qū)域具有一定差別；較有利生烴區(qū)為中央隆起區(qū)域西側(cè)，呈條帶狀分布(圖4)。

針對致密油勘探的部署，需在充分認(rèn)識有利生烴區(qū)的分布范圍基礎(chǔ)上，綜合考慮儲層物性、含油氣飽和度及埋深等多方面因素[7]。孔西斜坡Z68-12—G89—G139井連片區(qū)域、孔東斜坡G89—G995井連片區(qū)域、南皮斜坡G2209—GD6X1井連片區(qū)域?yàn)镋k22、Ek23頁巖層系有利生烴區(qū)，且相互疊置，利于近源聚集；儲層主要為三角洲前端沉積，物性相對較好，埋深為2 000～3 500 m。其中，致密油井Z68-12、G995、GD6X1測井解釋的含油飽和度為30%～80%，整體致密油勘探潛力大、風(fēng)險(xiǎn)相對較低。而中央隆起帶G181—G180井連片區(qū)域?yàn)檩^有利生烴區(qū)，主要分布于隆起區(qū)域，埋深較淺，成熟度相對較低，油質(zhì)相對較重，油氣轉(zhuǎn)化能力較弱，且儲集物性致密，其致密油勘探潛力相對較小，勘探難度亦相對較大。

4 結(jié)論與建議

(1) 明確了黃驊坳陷孔南地區(qū)孔二段生烴潛力，建立了研究區(qū)致密油優(yōu)質(zhì)烴源巖的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選了Ek22和Ek23油層組為優(yōu)質(zhì)烴源巖。綜合分析認(rèn)為，Ek22、Ek23優(yōu)質(zhì)烴源巖具有雙段式演化特征，早期生烴、晚期成藏，發(fā)育異常高壓，生烴效率高，與北美Bakken頁巖層系具有較好的可比性，資源潛力巨大。

(2) 孔南地區(qū)Ek22、Ek23優(yōu)質(zhì)烴源巖層系疊合連片，大面積分布，受構(gòu)造背景及沉積環(huán)境影響明顯，橫向上與油氣密切共生，致使油氣源內(nèi)或近源聚集。綜合8類有利生烴區(qū)評價(jià)參數(shù)，認(rèn)為Ek22、Ek23有利生烴區(qū)為風(fēng)化店—沈家鋪—肖官屯西側(cè)一帶、東關(guān)西南緣一帶、集北頭西側(cè)一帶；較有利生烴區(qū)主要為中央隆起帶西—西南緣一帶。

(3) 在孔二段有利生烴區(qū)分布、油氣顯示、儲層物性及埋深條件認(rèn)識下，建議以孔西斜坡Z68-12—G89—G139井連片區(qū)域、孔東斜坡G98—G995井連片區(qū)域和南皮斜坡G2209—GD6X1井連片區(qū)域?yàn)榭啄系貐^(qū)孔二段致密油勘探部署區(qū)域。

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編輯 黃華彪

20150412；改回日期：20150601

國家自然科學(xué)基金“湖相未熟—低熟頁巖油形成與聚集機(jī)理”(41372144)

董清源(1987-)，男，助理工程師，2010年畢業(yè)于長江大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣成藏地質(zhì)學(xué)、地震綜合解釋研究工作。

劉小平(1971-)，男，副教授，1993年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，2002年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)教學(xué)和研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.013

TE122.1

A

1006-6535(2015)04-0051-05