黃志龍，王 斌，張秀頎，唐振興，賀君玲，逯曉喻

（1．中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2．中國石油集團(tuán)東方地球物理公司，河北 涿州 072751；3．中國石油天然氣股份有限公司 吉林油田分公司，吉林 松原 138000）

0 引 言

松遼盆地淺層的勘探程度很高，近年來的研究發(fā)現(xiàn)該盆地深層擁有豐富的天然氣資源，具備現(xiàn)實(shí)的勘探前景［1－16］，但上古生界烴源巖的研究和勘探尚未引起相關(guān)單位的高度重視。目前，任戰(zhàn)利等對(duì)松遼盆地上古生界烴源巖做了大量工作［17－21］，但總體看來，研究工作多局限于對(duì)其烴源巖特征的定性和半定量評(píng)價(jià)，對(duì)生烴潛力的研究比較少。因此，剖析上古生界烴源巖生氣潛力具有較高的挑戰(zhàn)性，對(duì)勘探有利區(qū)的選擇和油氣儲(chǔ)備評(píng)價(jià)具有重要意義。筆者在鏡質(zhì)體反射率（Ro）和有機(jī)碳含量（TOC）恢復(fù)的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算了松遼盆地上古生界烴源巖的2期生氣量，并指出二次生烴的有效生氣區(qū)。

1 上古生界埋藏保存條件

松遼盆地上古生界分布面積13×104km2，頂面埋深范圍1．0～9．6km，部分地區(qū)埋深適中。其頂面構(gòu)造線總體走向以北北東、北東向?yàn)橹鳎鞑啃逼聟^(qū)、西部斷陷區(qū)、古中央隆起區(qū)和東部斷陷區(qū)以北北東向?yàn)橹?，東南隆起區(qū)以北東向?yàn)橹鳎?2］。頂面最深處在長嶺斷陷乾安次凹，埋深9．6km，最淺處在西部斷陷區(qū)和東南隆起區(qū)，埋深0．2km左右，古中央隆起區(qū)頂面最淺處在松原和楊大城子附近，扶深4井1 488m深處見花崗巖，南60井774m深處見二疊系林西組片巖，楊104井795m深處見中侏羅統(tǒng)安山巖和二疊系林西組板巖。

上古生界后期深埋區(qū)保存條件較好。埋藏史分析表明，松遼盆地在中—晚三疊世抬升，上古生界長時(shí)間遭受剝蝕，烴源巖早期生成的油氣不易保存。晚古生代地層沉積后，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)，對(duì)原生油氣藏產(chǎn)生很大的破壞，也不易形成次生油氣藏［23］。后期深埋區(qū)發(fā)生二次生烴，上古生界泥巖和中生界泥巖厚度較大，壓實(shí)作用強(qiáng)，封蓋條件比較好，可作為區(qū)域蓋層和局部蓋層，使得后期生成的烴類在圈閉中保存，從而形成油氣藏。

2 生烴模擬試驗(yàn)

通過采集松遼盆地上古生界烴源巖樣品進(jìn)行地球化學(xué)試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度具有較大的差異。因此，采集有代表性的上古生界泥巖、灰?guī)r進(jìn)行黃金管生烴模擬試驗(yàn)，定量評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力。模擬試驗(yàn)樣品基本地球化學(xué)特征見表1。四深1井樣品成熟度很高，有機(jī)碳含量也相對(duì)較高；長深14井和昌27井樣品為灰?guī)r巖屑樣品，成熟度較低，其中長深14井有機(jī)碳含量很低，昌27井有機(jī)碳含量相對(duì)較高。

表1 熱模擬試驗(yàn)樣品地球化學(xué)參數(shù)Tab．1 Geochemical Parameters of Thermal Simulation Samples

黃金管封閉體系熱模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示，四深1井樣品1（深度4 643．0m）黑色泥巖的最終產(chǎn)烴率僅有0．05m3·t－1，四深1井樣品2（深度3 842．5m）黑色泥巖未有烴類氣體產(chǎn)出，四深1井樣品3（深度3 840．0～3 842．0m）黑色泥巖最終產(chǎn)烴率為3．35m3·t－1；長深14井泥灰?guī)r巖屑未有烴類氣體產(chǎn)出，昌27井泥灰?guī)r巖屑最終產(chǎn)烴率相對(duì)較高，為57．2m3·t－1。干酪根產(chǎn)氣率見表2。

表2 熱模擬樣品干酪根殘余生氣潛力實(shí)測(cè)結(jié)果Tab．2 Measured Results of Kerogen Residual Gas Generation Potential for Thermal Simulation Samples

四深1井試驗(yàn)樣品本身成熟度均很高，樣品1的Ro為4．46%，已遠(yuǎn)超泥質(zhì)烴源巖生烴演化極限，產(chǎn)率僅為0．05m3·t－1，可能為吸附氣；樣品2的Ro為3．91%，模擬生烴結(jié)束時(shí)未有烴類氣體產(chǎn)出，表明該樣品已經(jīng)達(dá)到或超過生烴演化極限；樣品3的Ro為3．61%，模擬試驗(yàn)生烴結(jié)束時(shí)其Ro為3．87%，產(chǎn)氣量少，累積產(chǎn)氣率為3．35m3·t－1。昌27井泥灰?guī)r巖屑有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，熱演化程度Ro為1．4%，有機(jī)碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為1．21%，熱模擬終止溫度為600℃，對(duì)應(yīng)Ro約為3．87%，累積產(chǎn)氣率為57．2m3·t－1。模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：昌27井現(xiàn)今仍具有較高的生氣潛力；長深14井泥灰?guī)r巖屑有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，現(xiàn)今熱演化程度相對(duì)較低（Ro＝1．7%），但有機(jī)碳含量相對(duì)僅0．12%，無有效碳?xì)埓?，因此熱模擬終止時(shí)未有烴類氣體產(chǎn)出。

生烴熱模擬試驗(yàn)結(jié)果提供了定量的生烴潛力，同時(shí)提供了豐富的相關(guān)信息。結(jié)合烴源巖定性評(píng)價(jià)結(jié)果，松遼盆地上古生界烴源巖在中生界沉積前，部分地區(qū)具有比現(xiàn)今大的生烴潛力，并有生烴貢獻(xiàn)；烴源巖在Ro達(dá)到3%左右時(shí)，產(chǎn)氣速率減緩，在Ro為4%左右時(shí)，烴源巖生氣過程基本結(jié)束，說明主要生烴期在Ro達(dá)到3%之前，松遼盆地上古生界部分高演化烴源巖仍具有一定生氣潛力；長深14井試驗(yàn)結(jié)果說明有機(jī)碳含量低，殘存的有效碳少，生氣潛力小。松遼盆地上古生界烴源巖Ro高于3%甚至超過4%的地區(qū)，目前生烴潛力很小，但地質(zhì)歷史上可能有過生烴貢獻(xiàn)。

3 烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度及原始有機(jī)碳

上古生界烴源巖全盆地有機(jī)碳含量平均值為1．17%［24－26］，是否可以作為松遼盆地的有效烴源巖，主要取決于上覆地層沉積后是否生烴及生烴量。因

式中：Roc為剝蝕面之上地層底面現(xiàn)今鏡質(zhì)體反射率；Roa為受剝蝕地層頂面現(xiàn)今鏡質(zhì)體反射率；a為Ro與ITT關(guān)系式中的系數(shù)。

松遼盆地上古生界中生代沉積之前遭受過剝蝕。以四深1井為鉆遇上古生界井位代表，Roa為3．6%，Roc為3．1%。通過單井埋藏史和熱演化史模擬得出Ro與ITT關(guān)系式為

根據(jù)式（2）確定a為0．274 845。把Roa、Roc、a代入式（1）得R′o＝2．84%，即在上覆地層沉積之前，四深1井石炭系—二疊系地層R′o為2．84%。

松遼盆地其他井鉆遇二疊系地層厚度較小，筆者將四深1井二疊系Ro－深度曲線的斜率應(yīng)用于整個(gè)研究區(qū)，恢復(fù)了各井上覆地層沉積前二疊系鏡質(zhì)體反射率（表3）。

由鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)結(jié)果可知：肇源地區(qū)和長嶺地區(qū)上古生界二疊系烴源巖現(xiàn)今Ro與上覆地層沉積前Ro差值較大，為0．21%～0．92%，而盆地北部的林甸地區(qū)和西部的杜爾伯特地區(qū)該差值僅為0．00%～0．04%。對(duì)比顯示盆地東部和南部上覆地層沉積后二疊系烴源巖得以持續(xù)熱演化，具有較好的二次生烴潛力。此，恢復(fù)二疊系地層上覆地層沉積前的熱演化程度對(duì)評(píng)價(jià)該源巖至關(guān)重要。

3．1 中生界沉積前二疊系鏡質(zhì)體反射率

有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)，主要采用陳增智等提出的方法進(jìn)行計(jì)算［27］。根據(jù)時(shí)間－溫度指數(shù)（ITT）與Ro的關(guān)系，從理論上推導(dǎo)出的上覆地層開始沉積時(shí)，受剝蝕地層頂面鏡質(zhì)體反射率R′o計(jì)算公式為

表3 上覆地層沉積前石炭系—二疊系鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)結(jié)果Tab．3 Results of Vitrinite Reflectance Recovery in Carboniferous－Permian Before the Overlapping Strata Deposit

3．2 上古生界烴源巖有機(jī)碳含量恢復(fù)

源巖生氣潛力評(píng)價(jià)中需要源巖有機(jī)質(zhì)豐度數(shù)據(jù)。筆者選取干酪根系數(shù)恢復(fù)法對(duì)上古生界烴源巖原始有機(jī)碳和上覆地層沉積前有機(jī)碳含量進(jìn)行了恢復(fù)。

在已知生油巖有機(jī)質(zhì)類型、成熟度和抽提物含量的前提下，可進(jìn)行原始有機(jī)碳計(jì)算。其公式為

式中：Ci為恢復(fù)的原始有機(jī)碳含量；Cm為試驗(yàn)樣品測(cè)得的有機(jī)碳含量；A為總抽提物質(zhì)量，一般為氯仿瀝青“A”，碳酸鹽巖還包括瀝青C；f為干酪根恢復(fù)系數(shù)，可根據(jù)金強(qiáng)的研究結(jié)果［28］，并通過表4中Ro與干酪根恢復(fù)系數(shù)的關(guān)系回歸求取f；上古生界烴源巖樣品殘余氯仿瀝青“A”含量很低，因此本次計(jì)算忽略0．083A這部分的影響。

表4 干酪根恢復(fù)系數(shù)Tab．4 Recovery Coefficients of Kerogen

松遼盆地在三疊紀(jì)發(fā)生抬升剝蝕，上古生界烴源巖普遍經(jīng)歷了二次生烴過程。因此，在鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)的基礎(chǔ)上，分別恢復(fù)了不同地區(qū)原始有機(jī)碳含量和上覆地層沉積前二疊系的有機(jī)碳含量（表5）。

表5 上古生界烴源巖有機(jī)碳恢復(fù)結(jié)果Tab．5 Results of Organic Carbon Recovery of Upper Paleozoic Source Rock

由表5可以看出：盆地東部地區(qū)原始有機(jī)碳與上覆地層沉積前有機(jī)碳含量差值普遍較小，上覆地層沉積前有機(jī)碳含量與現(xiàn)今殘余有機(jī)碳含量差值普遍較大，說明該地區(qū)二次生烴強(qiáng)度相對(duì)較大；而盆地北部、西部原始有機(jī)碳含量與上覆地層沉積前有機(jī)碳含量差值較大，盡管上覆地層沉積前有機(jī)碳與現(xiàn)今殘余有機(jī)碳含量差值也較大，但因?yàn)闊嵫莼潭冗^高，表明該地區(qū)一次生烴強(qiáng)度已經(jīng)很高，二次生烴能力有限；盆地南部農(nóng)101井揭示上覆地層沉積前有機(jī)碳含量與現(xiàn)今殘余有機(jī)碳含量的差值（0．62%）明顯高于原始有機(jī)碳含量與上覆地層沉積前有機(jī)碳含量的差值（0．24%），表明南部具有較高的二次生烴潛力。

鏡質(zhì)體反射率和有機(jī)碳含量恢復(fù)結(jié)果表明：上覆地層沉積后，盆地東部和南部上古生界持續(xù)埋深，在深埋區(qū)該套烴源巖發(fā)生再次生烴，二次生烴潛力相對(duì)較大；而盆地西部和北部地區(qū)上覆地層沉積后，普遍未達(dá)到二次生烴的能力，生氣潛力小。

4 生氣潛力評(píng)價(jià)

松遼盆地上古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型。由鏡質(zhì)體反射率恢復(fù)結(jié)果（表3）可知，上覆地層沉積之前，上古生界烴源巖熱演化程度已經(jīng)很高，北部都已經(jīng)達(dá)到高—過成熟演化階段，烴類以天然氣為主。上古生界抬升前生氣量（簡(jiǎn)稱“一次生氣量”）應(yīng)該包括干酪根生氣量和原油裂解氣量2部分；上覆地層沉積后，后期深埋區(qū)發(fā)生二次生烴，有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步熱演化生氣，二次生氣量主要為干酪根生氣量。

4．1 生氣量計(jì)算方法

（1）吸附烴最大裂解氣量估算。對(duì)于原油（吸附烴）裂解氣量，計(jì)算單位源巖中原油最大裂解氣量主要在于準(zhǔn)確確定單位有機(jī)碳的最大吸附烴量和單位原油最大裂解氣量［29］。因此，某評(píng)價(jià)目標(biāo)單位面積烴源巖吸附烴最大生氣量Qog可以表示為

式中：SHρ為烴源巖質(zhì)量，其中S為泥巖面積，ρ依據(jù)肇深6井等巖石樣品得到的巖石密度，取為2．7×103kg·m－3，H為泥巖厚度（圖1）；wTOC為源巖中有機(jī)碳含量，采用恢復(fù)后的原始有機(jī)碳（表5）；Imax為最大吸附烴量，松南中淺層烴源巖（Ⅰ型）排烴門限值約為35×10－3［30］，本研究主要為Ⅲ型干酪根，取為20×10－3；Wog為單位原油最大產(chǎn)甲烷氣量，采用四川盆地二疊系原油熱模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)600m3·t－1［31－32］；ImaxWog是單位質(zhì)量有機(jī)碳吸附烴的最大裂解氣量。

根據(jù)式（4）計(jì)算得到有機(jī)碳吸附烴的最大裂解生氣率約為12m3·t－1。

（2）干酪根生氣量估算。在鏡質(zhì)體反射率和有機(jī)碳含量恢復(fù)結(jié)果基礎(chǔ)上，采用熱降解率法計(jì)算中生界沉積前、后上古生界烴源巖干酪根的生氣量［33］。按照現(xiàn)代油氣成因機(jī)理，單位源巖中油氣的生成量取決于有機(jī)質(zhì)的豐度、類型（反映單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)的生烴能力）和成熟度（反映有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化程度的成烴轉(zhuǎn)化率）［34］。這樣，某評(píng)價(jià)目標(biāo)中油氣的單位面積生成量Q應(yīng)該為

式中：IIH為單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)的原始生烴潛力，反映有機(jī)質(zhì)的類型；X為成烴轉(zhuǎn)化率；IIHX反映單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)的生烴量（即產(chǎn)烴率），主要采用王新洲的模擬試驗(yàn)結(jié)果（表6）［35］。

表6 不同類型有機(jī)質(zhì)生氣模擬試驗(yàn)結(jié)果Tab．6 Results of Simulated Experiment for Different Types of Organic Matter

X1和X2分別為一次成烴轉(zhuǎn)化率和二次成烴轉(zhuǎn)化率。在此基礎(chǔ)上，采用熱降解率法分別計(jì)算一次生氣強(qiáng)度（q1）和二次生氣強(qiáng)度（q2），計(jì)算結(jié)果見表7。

4．2 一次生氣量估算

干酪根熱降解氣大量生成初始階段，Ro為1．0%～1．2%。松遼盆地上古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型，Ro取1．2%較為合適，結(jié)合恢復(fù)的原始有機(jī)碳含量、烴源巖厚度、密度等參數(shù)計(jì)算單井的一次總生氣率和一次總生氣強(qiáng)度（表7）。然后，在有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率等因素的約束下，編制松遼盆地上古生界烴源巖一次生氣強(qiáng)度等值線圖（圖2），最后估算松遼盆地上古生界地層抬升剝蝕前總生氣量為566．24×1012m3。

圖1 上古生界烴源巖暗色泥巖厚度等值線Fig．1 Contour Map of Dark Mudstone from Upper Paleozoic Source Rock

4．3 二次生氣量估算

在恢復(fù)松遼盆地上古生界烴源巖鏡質(zhì)體反射率和有機(jī)碳含量的基礎(chǔ)上，采用熱降解率法估算單井二次生氣強(qiáng)度（表7）。結(jié)合有機(jī)碳分布、鏡質(zhì)體反射率等，編制松遼盆地上古生界烴源巖二次生氣強(qiáng)度等值線圖（圖3），最終估算其二次生氣量。松遼盆地上古生界烴源巖上覆地層沉積以后的二次總生氣量約為64．43×1012m3。其中，盆地北部生氣量約為59．73×1012m3，南部農(nóng)101井揭示的區(qū)塊生氣量為4．70×1012m3。

4．4 有利區(qū)遠(yuǎn)景資源量估算

松遼盆地上古生界烴源巖一次生氣量較大，約為566．24×1012m3。由一次生氣強(qiáng)度平面分布圖（圖2）看出：盆地南部上古生界烴源巖普遍未達(dá)到熱裂解生氣階段（農(nóng)101井Ro為0．94%），盆地北部主要生氣區(qū)為林甸—杜爾伯特和肇源地區(qū)。三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)時(shí)期，松遼盆地上古生界地層長時(shí)間暴露地表并遭受剝蝕，生成并排出的烴類散失嚴(yán)重，是否有局部保存的原生氣藏和后期形成的次生氣藏，現(xiàn)有資料和研究程度難以評(píng)價(jià)，未對(duì)其資源量進(jìn)行估算。上覆地層沉積之后二次生烴產(chǎn)出的天然氣埋藏條件較好，可以形成古生古儲(chǔ)和古生新儲(chǔ)型氣藏。由松遼盆地上古生界烴源巖二次生氣強(qiáng)度平面分布圖（圖3）看出，二次生烴地區(qū)為大慶—肇州和大安—農(nóng)安地區(qū)一帶，因此二次生烴量排出和聚集量可近似作為有利區(qū)帶遠(yuǎn)景資源量。對(duì)比一次生烴，盆地生氣中心整體向南遷移，西部已經(jīng)沒有生氣能力，北部生氣區(qū)范圍明顯縮小，生氣強(qiáng)度也顯著變?nèi)?，盆地東部成為主要的生氣區(qū)。盆地南部鉆探井較少，但根據(jù)農(nóng)101井揭示的該區(qū)塊二次生氣量（約4．70×1012m3），說明廣闊的南部地區(qū)二次生氣量可能遠(yuǎn)大于此。

表7 生氣強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果Tab．7 Calculated Results of Gas Generation Intensity

根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果，天然氣聚集系數(shù)一般為0．1%～9．0%，絕大多數(shù)不超過2%［36］。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及期次、蓋層條件和經(jīng)歷時(shí)間是影響運(yùn)聚系數(shù)的主要因素。對(duì)比中生界各斷陷，石炭系—二疊系地層的大量二次生烴期是在上覆地層沉積厚度較大時(shí)，生成的天然氣具有相對(duì)較好的保存條件，但構(gòu)造和時(shí)間條件不利。因此，上古生界聚集系數(shù)較保守的取值應(yīng)該近似中生界最低值，即1．5%；蓋層條件較好的長嶺斷陷運(yùn)聚系數(shù)普遍高于2%，上古生界聚集系數(shù)上限值可以取2%，由以上生氣量和聚集系數(shù)計(jì)算，上古生界烴源巖二次生烴提供的天然氣資源量為（0．97～1．29）×1012m3。

5 結(jié) 語

（1）松遼盆地上古生界烴源巖演化程度較高，有機(jī)碳含量低，殘存的有效碳少，目前生烴潛力很小，但地質(zhì)歷史上有過生烴貢獻(xiàn)。

（2）上覆中生界沉積后，盆地東部和南部上古生界持續(xù)埋深，在深埋區(qū)該套烴源巖發(fā)生再次生烴，二次生氣潛力相對(duì)較大；而盆地西部和北部地區(qū)上覆地層沉積后，普遍未達(dá)到再次生烴的能力，二次生氣潛力小。

（3）松遼盆地上古生界烴源巖一次生氣量較大，約為566．24×1012m3。盆地南部上古生界烴源巖普遍未達(dá)到熱裂解生氣階段，盆地北部主要生氣區(qū)為林甸—杜爾伯特和肇源地區(qū)。后期地層長時(shí)間暴露地表并遭受剝蝕，是否有局部保存的原生氣藏和后期形成的次生氣藏，尚待進(jìn)一步研究。

（4）松遼盆地上古生界烴源巖二次生烴地區(qū)為大慶—肇州和大安—農(nóng)安一帶，西部已經(jīng)沒有生氣能力，北部生氣區(qū)范圍小，盆地東部成為主要的有效生氣區(qū)。天然氣聚集系數(shù)取值為1．5%～2%時(shí)，上古生界烴源巖二次生烴所提供的天然氣資源量為（0．97～1．29）×1012m3。

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圖2 上古生界烴源巖一次生氣強(qiáng)度等值線Fig．2 Contour Map of the First Gas Generation Intensity from Upper Paleozoic Source Rock

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圖3 上古生界烴源巖二次生氣強(qiáng)度等值線Fig．3 Contour Map of Secondary Gas Generation Intensity from Upper Paleozoic Source Rock

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