鄂爾多斯盆地西部延長組烴源巖地化特征

譚世豪，王瑞飛

西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710000

近些年，頁巖油勘探開發(fā)成為我國油氣勘探的熱點［1］。我國頁巖油分布廣泛，在鄂爾多斯盆地三疊系延長組、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)儲量新增 3.58×108t、預測地質(zhì)儲量 6.93×108t［3-5］。國外對頁巖油成功開發(fā)的案例較多，與國外成功開發(fā)的頁巖油區(qū)相比，國內(nèi)頁巖油的勘探和開發(fā)尚處于探索階段，很多科學問題亟待解決［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、油氣運移與聚集特征等方面做了大量基礎(chǔ)研究，但對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)延長組長7段陸相頁巖為研究對象，通過對長7 烴源巖樣品進行地化測試分析，從有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型及有機質(zhì)成熟度3 個方面綜合評價烴源巖質(zhì)量，同時對生排烴潛力與強度展開探討，以期為鄂爾多斯盆地西部烴源巖評價提供理論依據(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)育在延長組長7段。受長10~長8的湖盆擴張和坳陷影響，長7段進入延長組最大湖侵期。受三疊世印支運動影響，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7段湖盆面積達到最大，主要為湖泊沉積，微生物及浮游生物廣泛發(fā)育，有機質(zhì)豐富。長7段可以劃分為長71、長72和長73這3個亞段。長73已發(fā)育為一套厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖，是延長組最重要的油源區(qū)。受三角洲前緣沉積物遠距離搬運作用的影響，在長73湖盆中央小范圍內(nèi)發(fā)育出濁流沉積。從長73到長71，受東北和西北等多個物源區(qū)持續(xù)沉積影響，沉積環(huán)境由長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，湖盆逐漸退積縮小［9］。長73段中長7油層組沉積期為湖盆發(fā)展的全盛時期，屬長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標志層位于長7油層組的底部。研究區(qū)（圖1）長7地層主要為灰色、灰褐色極細-細粒巖屑質(zhì)長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7段共10 塊泥頁巖和油頁巖巖心樣品進行有機碳（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）測試，并選取其中部分樣品進行熱解測試分析。

具體實驗在西安石油大學石油與天然氣工程實驗中心完成。有機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。

樣品測試執(zhí)行標準為陸相烴源巖有機質(zhì)豐度評價指標 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 有機質(zhì)豐度

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

統(tǒng)計研究區(qū)3口井10塊巖樣的有機質(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)烴源巖有機質(zhì)豐度評價標準［11］，認為姬塬地區(qū)長7 層烴源巖屬于好-最好的烴源巖。

表1 長7層烴源巖有機質(zhì)豐度

3.2 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)生烴能力因其來源、組成的不同而存在較大差別，因此有機質(zhì)類型是烴源巖評價的重要指標之一［14］。鑒別有機質(zhì)類型可依據(jù)有機質(zhì)的來源、有機質(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質(zhì)顯微組分、巖石熱解參數(shù)及穩(wěn)定碳同位素δ13C進行評價。

實驗樣品皆取自研究區(qū)長73段，分析結(jié)果見圖2和表2。由圖2可知：研究區(qū)長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7層烴源巖干酪根有機顯微組分及類型指數(shù)計算

3.3 有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度是烴源巖評價的重要內(nèi)容，鏡質(zhì)體反射率（Ro）、巖石最大熱解峰溫（Tmax）是反映有機質(zhì)熱演化程度的常用指標。干酪根鏡質(zhì)體反射率（Ro）的熱演化進程是不可逆的，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7層烴源巖熱解參數(shù)

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

根據(jù)烴源巖鏡質(zhì)體反射率及巖石熱解參數(shù)，對有機質(zhì)成熟度進行評價，結(jié)果見表4。由表4可知：烴源巖生油母質(zhì)已達成熟階段，開始進入生油高峰階段。

表4 有機質(zhì)成熟度劃分方法

3.4 烴源巖生烴強度

烴源巖的生排烴特征是烴源巖評價的一個重要方面，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7 層烴源巖厚度大，具有強大的生排烴能力。根據(jù)生烴強度公式（式（1））［16］計算得出，該區(qū)長7 層烴源巖生烴強度為（95.8~650）×104t/km2，平均為2.903×106t/km2。根據(jù)長 7 層優(yōu)質(zhì)烴源巖排烴率約為 70%［17］，排烴強度等于生烴強度乘以排烴率，因此，研究區(qū)長7層烴源巖排烴強度為（70.1~553.8）×104t/km2，平均為2.032×106t/km2。

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

3.5 典型區(qū)塊對比

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-好級別；Ro均值為0.56%，有機質(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-最好級別；Ro均值為1.0%，有機質(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別主要為好-最好級別，演化階段進入成熟期，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7 層富含黑色有機質(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)烴源巖有機質(zhì)豐度評價標準，認為姬塬地區(qū)長7層烴源巖屬于好-最好級別。

2）姬塬地區(qū)長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 ℃。綜合分析認為，烴源巖生油母質(zhì)已達成熟階段，開始進入生油高峰階段。

3）根據(jù)生烴強度公式計算姬塬地區(qū)長7 層烴源巖生烴強度為（95.8~650）×104t/km2，平均為2.903×106t/km2，從 而 得 到 排 烴 強 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。