鮮志堯，羅小平

（成都理工大學 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059）

0 前言

在油氣資源評價中，烴源巖生排烴特征是資源評價研究的重點與難點。關(guān)于烴源巖生排烴特征的研究方法，前人已經(jīng)作了很多的研究［1～3］，并且提出了較多的方法［4～7］。歸納起來主要有：

（1）以熱模擬實驗為基礎(chǔ)的模擬實驗法。

（2）以化學反應(yīng)過程為基礎(chǔ)的化學動力學法。

（3）基于物質(zhì)守恒的物質(zhì)平衡法［8］。

（4）利用聲波時差法研究烴源巖的排烴特征方法。

這些研究方法大多都沒考慮未成熟～低熟石油在生排烴作用中所做的貢獻，而是以生烴門限理論為基礎(chǔ)，從油氣運移和聚集的角度對排烴過程展開研究，所以影響因素多，參數(shù)獲得難度大，最終影響了研究結(jié)果的可靠性。作者在本文中對烴源巖生排烴過程的研究中選用了生烴潛力法。

生烴 潛 力 法［9、10］以 排 烴 門 限 理 論［11、12］為 基礎(chǔ)，對于有效烴源巖的評價更為合理。此外，生烴潛力法建立在大量熱解資料的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)了整體的變化趨勢，可靠性高，方法簡單易行，所需資料容易獲得［13］。目前遼東灣地區(qū)的烴源巖成熟度及其生排烴特征的研究，僅在構(gòu)造帶上有一定研究成果，而在洼陷帶研究程度較低［14］。因此，對該區(qū)各套烴源巖層的生排烴特征進行研究，還原各烴源巖層在地史上的生排烴過程，準確認識該區(qū)油氣資源潛力與資源分布顯得尤為重要。

1 基本地質(zhì)特征

遼東灣位于渤海盆地東北部海域，走向北東呈長條狀展布，其東側(cè)接膠遼隆起，西側(cè)與燕山褶皺帶為鄰，南北分別與渤中坳陷、下遼河斷陷相接。遼東灣地區(qū)為渤海盆地的一個次級構(gòu)造單元，可劃分為“三凹三凸”共六個三級構(gòu)造單元，自西向東分別為遼西凹陷、遼西南凸起、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷，包括十個次洼（如下頁圖1所示）。其中，遼中凹陷面積最大，古近系厚度最大，埋藏最深，是三個凹陷中規(guī)模最大的凹陷（見下頁圖2）。遼東灣地區(qū)古近系自下而上包括孔店組、沙河街組和東營組，其中，沙河街組分為四段，東營組分為三段（見下頁圖2），發(fā)育四套烴源巖：東二下段（Ed2l）、東三段（Ed3）、沙一段（Es1）和沙三段（Es3）。

（1）孔店組為水下扇、扇三角洲、湖泊沉積，巖性以泥巖與碳酸鹽巖互層為主。

（2）沙河街組主要為扇三角洲、沖積扇、水下扇、湖泊及碳酸鹽臺地沉積，其下部為灰色灰?guī)r、云巖與膏巖互層；中部為深灰、灰褐色泥巖夾中～粗砂巖；上部為生物碎屑灰?guī)r。

（3）東營組主要為三角洲、河流和湖泊沉積，其中下部為灰色泥巖夾砂巖；上部為雜色泥巖與砂巖互層［15～19］。

煙囪通常都是細而高的地物實體，它不同于上述的冷卻塔，由于外形上不同，在其表達過程中，也采取了不同的方法。該地物嚴格來說是個圓臺，只是它的高度較高，與其他地物符號的不同之處在于它下寬上細的外形。

遼中凹陷古近系烴源巖主要是分布在古近系的東營組，東營組廣泛發(fā)育的三角州沉積體系可形成良好的儲層。其次是沙河街組的前緣亞相及近岸水下扇可形成儲層。在遼中凹陷主要的油氣儲集層，也集中在東營組的東二段、東三段和沙河街組。

2 古近系烴源巖的有機質(zhì)豐度特征及評價

遼中凹陷烴源巖主要發(fā)育在古近系地層中，古近系自下而上分為四套烴源巖。鉆井揭示了沙三段、沙一段、東三段及東二下段四套烴源巖。

（1）東二下段在遼中凹陷各次洼及遼西低凸起鉆遇的井較多，主要為一套淺灰～深灰色泥頁巖夾砂巖，層厚為300m～500m。

（2）東三段以深灰色泥巖夾砂巖透鏡體，厚度一般為900m－1 500m，最厚可達1 800m。

（3）沙一段烴源巖較薄，一般在遼西低凸起帶上約50m左右，遼中凹陷帶約150m左右，沙一段為古近系的特殊巖性段，暗色泥巖和油頁巖廣泛發(fā)育，底部為生物碎屑灰?guī)r、碎屑云巖。

（4）沙三段以暗色泥巖或油頁巖為主，局部發(fā)育有泥灰?guī)r沉積，厚度一般為1 200m－2 000m，最厚可達2 400m。

渤海灣盆地遼東灣海域為陸相沉積盆地，陸源有機質(zhì)輸入占重要比例，有機質(zhì)類型不僅與有機質(zhì)向油氣的最大轉(zhuǎn)化率相關(guān)，而且也決定了盆地流體性質(zhì)，是烴源巖評價重要的內(nèi)容。對烴源巖層樣品干酪根有機顯微組份鑒定可知：

（1）在東二下段干酪根主要的顯微組份中，殼質(zhì)體占絕對優(yōu)勢，其次為腐泥組與鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組份分布極少，主要為Ⅲ～Ⅱ2型干酪根。

（3）沙一段烴源巖有機質(zhì)類型特征與東三段特征類似，主要為Ⅱ2型有機質(zhì)。

（4）沙三段有機質(zhì)顯微組份主要為腐泥組，殼質(zhì)組，鏡質(zhì)體、惰質(zhì)體含量低，有機質(zhì)類型主要為Ⅱ1型干酪根，沙三段有機質(zhì)類型好于沙一段與東營組。

作者根據(jù)陸相烴源巖評價標準［20］，對各層段在遼西低凸起，遼中凹陷北、中、南三個次洼所取得樣品的有機質(zhì)豐度四個指標TOC、S1＋S2、氯仿瀝青“A”含量、總烴進行統(tǒng)計，分析了各套烴源巖有機質(zhì)豐度特征（如表1所示）。

（1）對于遼中凹陷東二下段烴源巖樣品的有機質(zhì)參數(shù)豐度特征分析表明：①東二下段烴源巖有機碳豐度平均值為1.27%，是好的烴源巖層；②東三段烴源巖有機碳平均值為1.59%，同屬好的烴源巖層；③沙一段的烴源巖有機碳平均值達到了2.03%，為極好的烴源巖級別；④沙三段的烴源巖有機碳平均值為1.63%，為好的烴源巖層。作者經(jīng)綜合分析認為，遼中凹陷各烴源巖層有機碳含量較高（見下頁圖3）。

（2）烴源巖熱解S1＋S2稱為產(chǎn)油潛量，它可反映有機質(zhì)豐度指標，代表有機質(zhì)中能夠轉(zhuǎn)化為油氣的量。它不僅跟有機質(zhì)豐度有關(guān)，而且也與有機質(zhì)類型相關(guān)。根據(jù)陸相烴源巖的評價標準，遼中凹陷各烴源巖層為中等～好的烴源巖層（見下頁圖3）。

烴源巖的氯仿瀝青“A”，與總烴含量反映的各烴源巖層級別為好～極好。由于各烴源巖層所處構(gòu)造部位的差異性，構(gòu)造高部位成熟度低，東二下段構(gòu)造部位高有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化率低，因此氯仿瀝青“A”與總烴值偏低。隨著構(gòu)造部位的降低，東三段到沙三段烴源巖成熟度增高，氯仿瀝青“A”與總烴值也隨之增高（如下頁圖4所示）。

表1 遼中凹陷各層段有機質(zhì)豐度參數(shù)表Tab.1 Organic matter abundance parameters of each member in LiaoZhong depression

3 古近系烴源巖的排烴特征

3.1 排烴模式圖的建立及排烴效率

作者應(yīng)用生烴潛力法來確定烴源巖的排烴門限，針對遼中凹陷各烴源巖層段樣品的熱解分析資料，建立了排烴模式圖（見下頁圖5），并從中分析各烴源巖層的排烴特征。

（1）由圖5可知，遼中凹陷古近系東二下段烴源巖的排烴門限深度在2 400m左右，這表明東二下段烴源巖是在該深度開始向外大量排烴的。東二下段烴源巖的深度分布范圍在1 000m～3 500m之間，在261個有效樣品中大部份樣品深度小于排烴門限，少部份樣品深度已達到排烴門限。但東二下段地層普遍埋深較淺，油氣轉(zhuǎn)換率很低。對烴源巖的熱演化研究，作者主要使用實測鏡質(zhì)體反射率（Ro%），作為成熟度定量指標。此外，熱解Tmax、干酪根色變指數(shù)、干酪根顏色指數(shù)，以及可溶有機質(zhì)的地球化學成熟度參數(shù)，可以作為成熟度判別的輔助指標。東二段烴源巖鏡質(zhì)體反射率Ro為0.4%～0.6%，據(jù)此判斷該烴源巖層成熟度大多處于低成熟或未成熟。在遼中凹陷各套烴源巖中，其生烴能力較弱，對遼中凹陷油氣的形成貢獻較少（見上頁圖5）。

（2）東三段烴源巖的深度分布范圍在1 300m～4 180m之間，根據(jù)遼中凹陷古近系東三段烴源巖S1＋S2／TOC的關(guān)系曲線可知，其排烴門限深度約在2 900m左右（見圖5），這表明東三段烴源巖在該深度開始大量向外排烴的，4 200m左右排烴效率為70%，從2 900m排烴開始到4 200m深度，平均排烴效率約在30%～40%之間?？偟膩碇v，Ed3烴源巖排烴門限較深，排烴效率較高。東三段烴源巖成熟度明顯好與東二下段，由于構(gòu)造部位的加深和有機質(zhì)類型的變好，因而東三段烴源巖的油氣轉(zhuǎn)化率相對于東二下段有了明顯的提高。

（3）沙一段烴源巖的深度分布范圍在1 300m～3 850m之間，根據(jù)ES1段埋深S1＋S2／TOC關(guān)系曲線，遼中凹陷ES1段烴源巖生烴門限深度在2 500m左右，排烴門限在2 700m左右，3 800m左右排烴效率為80%，從2 700m開始大量向外排烴到3 800m，平均排烴效率為40%－50%（見圖6）?？偟膩碇v，沙一段排烴門限深度較淺，排烴效率高。沙一段烴源巖已普遍進入生油門限，在局部區(qū)域成熟度更高，可生成少量成熟油和凝析油，對于遼中凹陷的油氣成藏具有重要貢獻。

（4）沙三段烴源巖的深度分布范圍在1 450m～3 625m之間，根據(jù)ES3段S1＋S2／TOC關(guān)系曲線，遼中凹陷ES3段烴源巖生烴門限深度在2 400m左右，排烴門限在2 500m左右，深度3 700m排烴效率為50%。在凹陷區(qū)鉆遇ES3段地層的井較少，沙三段埋深較大，一般都在3 500m以下，排烴效率一般大于50%（見圖6）。沙三段烴源巖成熟度高，普遍已進入生油高峰期，而在構(gòu)造洼陷中心都已經(jīng)過了生油高峰期，正處于生油晚期階段可以生成大量凝析油，或已進入濕氣階段。沙三段烴源巖已普遍進入生油高峰期，是遼中凹陷的主力烴源巖（如下頁表2所示）。

圖6 沙一段與沙三段生烴潛力模式圖Fig.6 Diagram of hydrocarbon generation potential in Es1and Es3

3.2 排烴強度

利用烴源巖的生烴潛力曲線，可以確定處于不同深度的烴源巖，在現(xiàn)今是否進入排烴門限。如果烴源巖已進入排烴門限，亦可根據(jù)排烴率結(jié)合烴源巖層的厚度與密度，確定出烴源巖的排烴強度。通過對烴源巖層的面積進行積分，我們就可以計算出給定地區(qū)烴源巖的排烴量，進而計算出該地區(qū)的資源量。按照烴源巖排烴強度的計算方法，結(jié)合遼中凹陷各烴源巖層的相關(guān)數(shù)據(jù)計算，可以繪制出各主要烴源巖層排烴強度等值線圖（見下頁圖7）。

遼中凹陷東二下段烴源巖層普遍埋深較淺，只有局部地區(qū)進入排烴門限。除此以外，其它烴源巖層都已普遍進入排烴門限并開始排烴，其中東三段烴源巖現(xiàn)今排烴強度以遼中北洼和遼中中洼居高，二個洼陷中心排烴強度都達到28×104t／km2；遼中南洼中心排烴強度略低為20×104t／km2；遼中凹陷東三段邊緣區(qū)域排烴強度在5×104t／km2左右，像中心區(qū)域逐漸增強。

遼中凹陷沙一段烴源巖排烴強度以遼中北洼和遼中中洼居高，中心排烴強度分別為13×104t／km2和12×104t／km2。遼中南洼中心排烴強度較低，為8×104t／km2，邊緣區(qū)域排烴強度明顯降低，在2×104t／km2左右。

遼中凹陷沙三段烴源巖排烴強度以遼中南洼居高，達到115×104t／km2，遼中北洼、遼中中洼排烴強度較為接近，其洼陷中心排烴強度分別為65×104t／km2、75×104t／km2。各洼陷邊緣區(qū)域排烴強度在15×104t／km2左右，洼陷中心區(qū)域逐漸增強（見圖7）。

圖7 遼中凹陷各主要烴源巖層排烴強度等值線圖Fig.7 Contour map of hydrocarbon expulsion intensity of main source rock members in LiaoZhong depression

表2 遼中凹陷各烴源巖層排烴特征表Tab.2 Hydrocarbon expulsion characteristics of each source rock member in LiaoZhong depression

4 結(jié)論

作者本次研究結(jié)果表明，遼中凹陷古近系各套烴源巖層排烴特征具有明顯的差異性。各套烴源巖層有機質(zhì)的豐度、有機質(zhì)的類型，烴源巖層埋深，以及其所處構(gòu)造部位的高低、熱演化程度等，都是造成排烴特征差異性的主要原因。除此之外，烴源巖的排烴還要受到壓實作用，粘土礦物脫水作用，熱力增壓作用，以及斷層活動等各種各樣外部因素的影響，烴源巖的排烴特征都是在這些因素影響下的綜合反映。

應(yīng)用生烴潛力法對于遼中凹陷烴源巖層的研究，可得出以下結(jié)論。

（1）東二下段烴源巖由于其本身成熟度較低，加之東二下段地層普遍埋深較淺，所以有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化率低，研究區(qū)內(nèi)普遍未進入排烴門限，研究意義不大。由于構(gòu)造部位的加深和有機質(zhì)類型變好的影響，東三段烴源巖的油氣轉(zhuǎn)化率和排烴效率相對于東二下段有了明顯的提高。

（2）沙一段排烴效率最高達到了80%左右，但由于沙一段厚度較小，所以在研究區(qū)內(nèi)整體排烴強度偏小。沙三段作為遼中凹陷的主力烴源巖排烴，其效率普遍在50%以上，排烴強度為各套烴源巖層中最高，加之其地層厚度大，所以對于遼中凹陷的油氣成藏具有主要貢獻。

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