張 雋
(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質研究所,江蘇 無錫 214126)
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東海盆地西湖凹陷烴源巖成熟度厘定
——FAMM分析的證據(jù)
張 雋
(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質研究所,江蘇 無錫 214126)
鏡質體反射率是評價烴源巖有機質成熟度的主要指標之一,已有研究表明,鏡質體反射率(Ro)除受控于有機質熱演化程度外,還受烴源巖有機質類型等因素的影響,鏡質體富氫程度制約鏡質體反射率的抑制程度,影響了Ro測值的準確性。多組分熒光變化(FAMM)技術可有效解決鏡質體反射率的抑制問題。利用FAMM技術和鏡質體反射率分析方法,對取自東海盆地西湖凹陷9口鉆井的10件平湖組烴源巖樣品進行了成熟度分析,結果顯示樣品的鏡質體反射率存在不同程度的抑制,抑制校正值介于0.01%~0.25%,個別樣品稍有增強現(xiàn)象。根據(jù)FAMM分析結果,以TWT1井為例,厘定了該井區(qū)平湖組烴源巖的成熟度,認為TWT1井區(qū)平湖組烴源巖的現(xiàn)今成熟度應處于0.90%~1.41%,而不是實測鏡質體反射率分析結果顯示的0.77%~1.21%。研究結果有助于合理評價平湖組烴源巖生烴潛力及油氣資源潛力。
鏡質體反射率;多組分熒光變化技術;成熟度;烴源巖;平湖組;西湖凹陷;東海盆地
西湖凹陷是東海盆地的一個次級凹陷,位于盆地的中部,為中國近海一個重要的含油氣區(qū),發(fā)育始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組和中新統(tǒng)龍井組等3套烴源巖,其中平湖組是凹陷的主要烴源巖系[1-2]。根據(jù)盆地構造演化和地層沉積特征分析,西湖凹陷平湖組為半封閉海灣沉積,烴源巖發(fā)育,從巖性上可分為深灰色泥巖、碳質泥巖和煤[3-4]。平湖組烴源巖有機顯微組分分析[4-8]表明,除個別煤樣以腐泥組+殼質組為主外,平湖組煤和泥巖有機顯微組分有機質豐度較高;巖石熱解參數(shù)結果表明,有機質類型主要為Ⅱ2-Ⅲ型的偏腐殖型干酪根,少量Ⅱ1型[1-4,9],以鏡質組為主(平均含量在50%~95.0%),其次為殼質組,微量腐泥組和惰質組,并且在鏡質組中含有較多的富氫組分(即熒光鏡質體和無定形類脂腐殖混合體)[8]。已有研究結果[10-18]表明,富氫鏡質體反射率會受到一定程度抑制,從而導致實測鏡質體反射率(Ro)偏低,有機質類型越好,其鏡質體反射率抑制程度越大;相反,相對貧氫的鏡質體,其實測鏡質體反射率會存在增強現(xiàn)象。另外,目前對西湖凹陷烴源巖的成烴門限(Ro=0.55%)深度存在爭議。如在平北地區(qū)存在2 600 m[19]和3 100 m之爭[9],這可能與鏡質體反射率存在一定程度的抑制有關。成熟度的正確厘定,關系到西湖凹陷平湖組等烴源巖系生烴量和資源量評價結果的準確性。而多組分熒光變化(FAMM :fluorescence alteration of multiple macerals) 技術是目前能有效解決鏡質體反射率存在抑制問題的一種方法[11-12]。本文對西湖凹陷平湖組等烴源層系10件樣品開展了FAMM分析,并結合前人研究成果,探討烴源巖的成熟度,以期為評價西湖凹陷平湖組等烴源巖的生烴量與資源量提供參考。
1.1 FAMM技術原理
FAMM技術是利用波長為488 nm的藍色激光、空氣冷卻的氬離子激光器作為激發(fā)光源,獲取烴源巖樣品中多顯微組分隨激光束輻射時間而變化的熒光變異光譜圖,從而得到最終熒光強度(I400)和熒光變異比(I400/I0)2個主要參數(shù),其中I400與鏡質體富氫程度正相關,I400/I0與烴源巖成熟度負相關,通過數(shù)理統(tǒng)計及綜合數(shù)據(jù)圖解分析來確定能直接應用于盆地模擬的“等效鏡質體反射率” (EqVRo)。
1.2 FAMM分析方法
FAMM分析方法涉及到樣品制備、設備標定與分析條件、鏡質體顆粒熒光光譜采集及等效鏡質體反射率確定等4個方面。
1.2.1 樣品制備
參照標準《SY/T5124-2012沉積巖中鏡質體反射率測定方法》中“送樣要求及光片制備”,將烴源巖樣品粉碎至1.0~0.5 mm范圍內,用20目分析篩篩選出合適的樣品,后用環(huán)氧樹脂將其膠結并拋光,制成光片。
1.2.2 設備標定與分析條件
FAMM分析使用的設備由三部分組成,即RANISHAW inVia型激光拉曼光譜儀、Ar+激發(fā)488nm激光器和Leica DMLP偏光顯微鏡。儀器標定:使用單晶硅片和澳大利亞二疊紀Leigh Creek標準煤樣,在50×10倍Leica顯微反射光源觀察下,樣品表面功率設定為(75±5) μW(以不燒灼樣品表面為界限),取1 s曝光時間,采集硅片的520 cm-1拉曼光譜,調整激光功率,使得拉曼位移強度至少大于3 000 counts。分析條件:利用激光器對鏡質體顯微顆粒進行間斷定態(tài)光譜掃描,激發(fā)出624.5~625.5 nm波長的熒光變異圖譜,5 min內激光器曝光143次,每次曝光時間1 s,間隔0.5 s。
1.2.3 鏡質體顆粒熒光光譜采集
在Leica DMLP偏光顯微鏡反射光源下(50×10倍)尋找鏡質體顆粒,按確定的條件對鏡質體顯微顆粒進行間斷定態(tài)光譜掃描(圖1b),獲取624.5~625.5 nm波長的熒光變異光譜曲線(圖1a),對一個烴源巖樣品至少采集6個測點的熒光變異光譜。對獲得的熒光變異曲線進行分析,分別得到初始熒光強度和掃描時間為400 s時的熒光強度,并計算二者的比值。
圖1 東海盆地西湖凹陷平湖組烴源巖鏡質體顆粒熒光光譜采集
1.2.4 等效鏡質體反射率確定
計算全部測點的最終熒光強度I400及熒光變異比I400/I0的算術平均值,將分析結果投落到FAMM分析厘定等效鏡質體反射率與鏡質體反射率抑制程度圖版[12]上,就可以獲得測試樣品的真實成熟度,即等效鏡質體反射率,同時也可以獲知測試樣品的鏡質體反射率抑制程度。當?shù)刃хR質體反射率與全巖鏡質體反射率差值和FAMM分析獲得的抑制程度差值之絕對值小于0.05%時,說明FAMM分析獲得的等效鏡質體反射率是可靠的。
1.3 地質應用
FAMM技術作為一種有效的、針對富氫鏡質體反射率的校正新方法,能夠有效解決烴源巖中鏡質體反射率受抑制等問題,可以作為烴源巖成熟度評價方法的一種有效補充。20世紀90年代初,Wilkins等[11]創(chuàng)建了基于澳大利亞二疊紀煤R-I-VRo校正圖版的FAMM 分析技術;Weld等[20]對荷蘭存在鏡質體抑制的威斯特伐利亞階(C2)煤進行了多種顯微組分的熒光變化研究,對“異?!泵哼M行了鏡質體反射率校正,誤差較小( 絕對誤差≤0.05% )。郭汝泰等[15]利用激光顯微熒光探針和MPV-II顯微光度計,對濟陽坳陷東營凹陷沙河街組典型烴源巖的成熟度進行了系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)烴源巖鏡質組反射率受到明顯的抑制,且有機質類型越好,抑制程度越強。劉祖發(fā)等[21]利用激光顯微熒光探針和MPV-II顯微光度計等,系統(tǒng)研究了中國二疊紀煤中鏡質組的熒光強度和熒光變化特征,選擇華北地區(qū)二疊系山西組煤并與澳大利亞二疊紀煤進行對比,發(fā)現(xiàn)山西組煤層不存在鏡質體反射率抑制,可作為我國標準煤樣,在此基礎上,建立了我國煤的鏡質組熒光變化與成熟度之間的相關模式圖,將烴源巖成熟度評價范圍擴展到了VRo=2.0%。鐘寧寧等[22-23]采用激光熒光顯微探針技術,初步研究了各種顯徽組分的激光誘導熒光特性與富氫程度的關系,研究發(fā)現(xiàn)熒光性取決于顯微組分的富氫程度,獲得了鏡質組和惰質組H/C原子比與激光誘導熒光強度具有明確的半定量關系。由于顯微組分的油氣產率完全取決于它本身的富氫程度,因此,熒光特性也表現(xiàn)出與顯微組分氣/油比分配的定量關系,進而可以利用熒光特性定量地確定顯微組分的產油氣潛力。隨后國內一些學者[17-18,24-25]利用FAMM技術對松遼盆地青一段、東營凹陷沙三下亞段-沙四上亞段、泌陽凹陷核桃園組湖相烴源巖等富氫鏡質體進行了分析,發(fā)現(xiàn)烴源巖有機質類型越好, 鏡質體反射率抑制程度越強;且建立了實測鏡質體反射率與等效鏡質體反射率的關系,正確厘定了富含富氫鏡質體的烴源巖成熟度。
2.1 樣品特征
用于FAMM分析的10個樣品取自西湖凹陷的9口鉆井,巖性為泥巖和煤,其中平湖組8個樣品(包括2個煤樣),花港組2個樣品(表1)。為了與FAMM分析結果進行對比,評價其正確性與合理性,對10個樣品同時開展了全巖鏡質體反射率分析(表1)。
2.2 分析結果
由表1和圖2可見,西湖凹陷平湖組和花港組烴源巖的鏡質體反射率(Ro)和FAMM分析獲得的等效鏡質體反射率(EqVRo)存在差異,兩者差值與FAMM分析獲得的抑制校正值之差值絕對值均小于0.05%,說明FAMM分析獲得的等效鏡質體反射率值是可靠的。除JG3-17樣品鏡質體反射率值出現(xiàn)稍有增強外(與鏡質體相對貧氫有關),其他樣品均存在不同程度抑制,抑制程度在0.01%~0.25%不等,但大部分樣品抑制程度小于等于0.10%(表1)。
表1 東海盆地西湖凹陷平湖組和花港組烴源巖樣品分析結果
圖2 東海盆地西湖凹陷平湖組等烴源巖樣品FAMM分析成熟度圖解
由表1可見,西湖凹陷QY3井平湖組煤的FAMM分析等效鏡質體反射率厘定的真實成熟度為1.19%,鏡質體反射鏡率抑制校正值為0.1%;JG3井平湖組深灰色泥巖FAMM分析等效鏡質體反射率值與鏡質體反射率實測值相近,鏡質體反射率略有增強;BSh1井平湖組深灰色碳質泥巖FAMM分析等效鏡質體反射率厘定的真實成熟度為0.96%,鏡質體反射鏡率抑制校正值0.09%;TWT1井平湖組灰色粉砂質泥巖FAMM分析等效鏡質體反射率厘定的真實成熟度為1.01%,鏡質體反射鏡率抑制校正值較大,達0.19%;KQT5井4 202.9 m和4 204.4 m深度段平湖組深灰色碳質泥巖和深灰色泥巖FAMM分析等效鏡質體反射率厘定的真實成熟度均為0.92%,而抑制校正值分別為0.24%和0.10%;LHT1井平湖組煤FAMM分析等效鏡質體反射率厘定的真實成熟度為0.79%,抑制校正值為0.09%;PH11井平湖組深灰色碳質泥巖FAMM分析等效鏡質體反射率厘定的真實成熟度為1.08%,抑制校正值為0.09%。另外,PH1井花港組灰黑色泥巖FAMM分析等效鏡質體反射率值與鏡質體反射率實測值相近,真實成熟度為0.67%,抑制校正值低,為0.01%;HXT3井花港組深灰色粉砂質泥巖FAMM分析等效鏡質體反射率厘定的真實成熟度為1.19%,抑制校正值為0.05%。綜上可見,相對濟陽坳陷東營凹陷沙三下至沙四上亞段優(yōu)質烴源巖鏡質體反射率抑制程度[15,17-18]而言,西湖凹陷平湖組和花港組烴源巖鏡質體反射率抑制程度相對較低,這與西湖凹陷烴源巖樣品的有機質類型主要為Ⅱ2-Ⅲ型[1-4,8]相吻合。
2.3 TWT1井區(qū)平湖組烴源巖成熟度厘定
由上面的FAMM分析結果表明,平湖組烴源巖實測鏡質體反射率普遍存在一定程度的抑制,這種特點從TWT1井單井不同深度段樣品的鏡質體反射率與深度關系圖上體現(xiàn)得很明顯(圖3)。
本文以TWT1井為例,來進一步探討平湖組烴源巖的成熟度問題。由圖3可見,TWT1井花港組下段(3 000 m左右)至平湖組上-中下段(4 200 m左右),其泥巖或煤的實測鏡質體反射率隨深度的增加幾乎沒有變化。結合該井3 741.8 m深度段平湖組泥巖的FAMM分析結果,表明鏡質體反射率抑制校正值達0.19%,推斷上述現(xiàn)象顯然與該井平湖組烴源巖鏡質體反射率存在明顯的抑制作用有關。假設認定實測鏡質體反射率Ro代表了烴源巖樣品的真實成熟度,結合近地表樣品實測鏡質體反射率Ro=0.25%[26],那么該井烴源巖成熟度與深度的回歸線如圖3中虛線所示,按該回歸線TWT1井區(qū)平湖組烴源巖的現(xiàn)今成熟度應處于0.77%~1.21%。而根據(jù)FAMM分析結果,該井3 741.8 m深度段平湖組泥巖的真實成熟度為1.01%,并且鏡質體反射率抑制校正值在0.19%的情況下,該井烴源巖成熟度與深度的回歸線應為圖3中的實線所示,依據(jù)該回歸線,TWT1井區(qū)平湖組烴源巖的現(xiàn)今成熟度應處于0.90%~1.41%。因此,根據(jù)FAMM分析結果厘定烴源巖的真實成熟度,可有助于正確恢復盆地的古地溫史和熱演化史,為合理評價烴源巖生烴潛力與油氣資源潛力等奠定基礎。
圖3 東海盆地西湖凹陷TWT1井烴源巖樣品成熟度與深度關系
(1)FAMM技術作為一種有效的、針對富氫鏡質體反射率的校正新方法,可以有效彌補常規(guī)鏡質體反射率測定方法的測值失真與不足,能夠正確厘定烴源巖成熟度,有助于正確恢復盆地的古地溫史和熱史。
(2)西湖凹陷平湖組烴源巖的鏡質體反射率存在不同程度的抑制,抑制校正值介于0.01%~0.25%,這與西湖凹陷平湖組等烴源巖樣品的有機質類型主要為Ⅱ2-Ⅲ型相吻合。
(3)TWT1井區(qū)平湖組烴源巖的現(xiàn)今成熟度應處于0.90%~1.41%,而不是實測鏡質體反射率結果顯示的0.77%~1.21%,這為合理評價西湖凹陷平湖組烴源巖的生烴潛力與油氣資源潛力奠定了基礎。
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(編輯 徐文明)
Maturity determination of hydrocarbon source rocks in Xihu Sag: Evidence from fluorescence alteration of multiple macerals
Zhang Jun
(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)
Vitrinite reflectance is one of the main indexes to determine the thermal maturity of hydrocarbon source rocks. Previous results indicated that vitrinite reflectance (Ro) is not only controlled by thermal maturity, but also affected by the type of organic matter of source rock. The hydrogen content of vitrinite controls the level of vitrinite reflectance suppression and influencesRoaccuracy. The fluorescence alteration of multiple macerals (FAMM) can solve vitrinite reflectance suppression effectively. The thermal maturity of 10 source rock samples from the Pinghu Formation in the Xihu Sag of East China Sea Basin were analyzed by means of FAMM and vitrinite reflectance. Results showed that the vitrinite reflectance of hydrocarbon source rocks from the Pinghu Formation were suppressed to some degree and the suppression corrected value varies from 0.01% to 0.25%. For well TWT1 the present thermal maturity of source rocks from the Pinghu Formation was determined as 0.90%-1.41%Roby FAMM, but 0.77%-1.21%Roby vitrinite reflectance analyses. The study helps evaluate hydrocarbon potential in the Pinghu Formation.
vitrinite reflectance; fluorescence alteration of multiple macerals (FAMM); maturity; source rock; Pinghu Formation; Xihu Sag; East China Sea Basin
1001-6112(2017)03-0417-06
10.11781/sysydz201703417
2016-09-14;
2017-04-28。
張雋(1974—),女,碩士,工程師,從事石油實驗地質研究。E-mail: zj_wuxi.syky@sinopec.com。
中國石化科技部項目“西湖凹陷平湖組油氣資源評價與區(qū)帶優(yōu)選”(G5800-13-ZS-KJB028)資助。
TE135.2
A