趙 榮，劉順宇

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

0 前 言

烴源巖是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，有效烴源巖的研究在油氣勘探和資源評(píng)價(jià)中具有重要的意義，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[1-5]，然而，不同的學(xué)者對(duì)有效烴源巖的定義不同：一些學(xué)者認(rèn)為有效烴源巖是既有油氣生成又有油氣排出的巖層[6-9]。另外，有些人認(rèn)為有效烴源巖對(duì)油氣成藏有貢獻(xiàn)[10-11]。前者側(cè)重?zé)N源巖的生烴能力和排烴效率，后者則強(qiáng)調(diào)烴源巖對(duì)油氣成藏的貢獻(xiàn)。張艷認(rèn)為有效烴源巖在勘探的不同階段定義應(yīng)有所不同[12]?；羟锪t認(rèn)為實(shí)際工作中特別是勘探程度較低的地區(qū)油—巖關(guān)系尚未確立或非常復(fù)雜，對(duì)于強(qiáng)調(diào)烴源巖對(duì)成藏的貢獻(xiàn)這一點(diǎn)，是不利于劃分有效烴源巖的分布[13]?；诖耍闹杏行N源巖是指既有油氣生成又有油氣排出的巖層。

常規(guī)油氣有效烴源巖的評(píng)價(jià)經(jīng)歷了從有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度等注重?zé)N源巖的生烴能力到有機(jī)碳含量下限、排烴門限等反映其排烴能力等參數(shù)建立的過程。隨著常規(guī)油氣勘探開發(fā)難度的不斷加大，非常規(guī)油氣資源已日益引起全世界的高度重視[14]，致密油作為典型的非常規(guī)油氣資源，在中國(guó)主要盆地廣泛分布。根據(jù)賈承造、鄒才能等認(rèn)為致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖中，或與生油巖互層、緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲(chǔ)集巖中，未經(jīng)過大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移的石油聚集[15-19]，所以許多學(xué)者對(duì)致密油有效烴源巖進(jìn)行過研究。張斌通過TOC值評(píng)價(jià)四川盆地中—下侏羅統(tǒng)致密油有效烴源巖[20]。劉俊田利用TOC值分級(jí)劃分三塘湖盆地二疊系條湖組致密油有效烴源巖[21]。蔚遠(yuǎn)江通過TOC和Ro識(shí)別了伊犁盆地致密油有效烴源巖[22]。盧雙舫通過建立TOC和超壓的關(guān)系確定松遼盆地南部扶余油層致密油氣源巖下限[23]。本文以齊家地區(qū)青山口組致密油為例，綜合前人的研究方法，提出了致密油有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

齊家地區(qū)位于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)，包括齊家—古龍凹陷、龍虎泡—大安階地兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元的北部主體[24](圖1)。齊家地區(qū)主要沉積和產(chǎn)油的地層為白堊系地層，早白堊系包含沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組和泉頭組，晚白堊系包含青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組以及明水組[25]。研究區(qū)發(fā)育青山口組一段(青一段，K2qn1)、青山口組二段+三段(青二段、青三段, K2qn2+3)以及嫩江組一段(嫩一段，K2n1)3套主力烴源巖[26]。齊家地區(qū)致密油主要分布在青山口組高臺(tái)子油層的高三、高四油層組，平面上主要分布于齊家地區(qū)中部、南部和斜坡處。在青山口組沉積時(shí)期，發(fā)生一次大規(guī)模的湖侵事件[26-29]，青一段形成了以黑色泥巖、油頁巖為主的深湖和半深湖相烴源巖、青二、三段形成了以深灰色、灰色泥巖為主的濱淺湖相烴源巖。

圖1 齊家地區(qū)井位分布

2 青山口組烴源巖品質(zhì)

2.1 地球化學(xué)特征

通常粒細(xì)、色暗，有機(jī)質(zhì)豐度高的烴源巖為好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)[6]。在巖芯觀察中，可以按顏色將烴源巖區(qū)分為兩大類，一類主要是黑色和灰黑色泥巖，泥巖中常見植物化石，對(duì)應(yīng)的地化指標(biāo)為TOC主要在1%～4%之間，干酪根類型為Ⅰ型和Ⅱ1型，將此生油巖定義為Ⅰ類源巖(見圖2)；另一類主要是灰色粉砂質(zhì)泥巖，以透鏡狀、脈狀和水平層理為主，對(duì)應(yīng)的地化指標(biāo)為TOC主要在1%～2%之間，干酪根類型為Ⅱ1型，將此類生油巖定為Ⅱ類源巖(見圖3)。兩類源巖都是典型的生油母質(zhì)，Ro在0.5%～1.3%范圍內(nèi)，處于大量生油的階段(圖4a、b、c)。

圖2 Ⅰ類源巖巖心特征

圖3 Ⅱ類源巖巖心特征

2.2 生排烴能力

在生烴能力方面，兩類源巖在生油窗初始階段TOC轉(zhuǎn)化率相近，在進(jìn)入生油窗階段后，TOC轉(zhuǎn)化率迅速增加，呈指數(shù)型上升，I類源巖的TOC在不同階段的轉(zhuǎn)化率較高，均高于Ⅱ類源巖， I類源巖在生油窗末期轉(zhuǎn)換率可達(dá)到6%左右，均值在4%左右，隨著熱演化作用加劇I類源巖TOC轉(zhuǎn)化率要高于Ⅱ類源巖，Ⅱ類源巖最終轉(zhuǎn)換率均較低，平均值在2%左右(圖4d)。

作為有效源巖最基本的要求是要有生成的油氣排出[30-31]，(S1+S2)/TOC為烴源巖的生烴潛量，實(shí)例研究表明，(S1+ S2)/TOC值表現(xiàn)出隨埋深增大先增加,然后達(dá)到某一極大值后再相對(duì)降低的趨勢(shì)，降低意味著烴源巖已達(dá)排烴門限并開始排出烴類[9]。圖4e曲線的先增加后減少，1 850 m為排烴門限，Ⅱ類源巖排烴量中等，最大生烴潛量為600 mg/g，其主要生烴潛量范圍在400～600 mg/g之間，其生烴潛量分布范圍較窄，而I類烴源巖整體生烴潛量分布廣，最大生烴潛量可達(dá)800 mg/g，整體排烴強(qiáng)度高于Ⅱ類源巖。

3 致密油有效烴源巖評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)

不同的學(xué)者評(píng)價(jià)有效烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)也不同，金強(qiáng)[8]、高崗[32]等人應(yīng)用有機(jī)碳含量下限作為評(píng)價(jià)有效烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，龐雄奇等人[31]通過排烴門限識(shí)別有效烴源巖，霍立秋[13]綜合考慮了烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度的影響，評(píng)價(jià)烴源巖的有效性。本文根據(jù)研究區(qū)致密油分布特征與規(guī)律，結(jié)合烴源巖特征，探討致密油有效烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 有機(jī)碳含量下限

高崗、柳廣弟認(rèn)為熱解 S1和氯仿瀝青“A”含量代表烴源巖中的已生烴量[32]，在不排烴情況下，隨有機(jī)碳含量增加而增大，當(dāng)其減小時(shí)則表明有烴類的排出，開始降低時(shí)對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大體相當(dāng)于排烴泥巖的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)下限值[32-34]。圖5～6，在開始的某一階段兩類源巖的S1、氯仿瀝青“A”和有機(jī)碳含量具有正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)Ⅰ類源巖有機(jī)碳含量達(dá)到1.8%，Ⅱ類源巖有機(jī)碳含量達(dá)到1.2%時(shí)殘留烴相對(duì)于有機(jī)碳含量開始降低，這兩個(gè)有機(jī)碳含量值就是對(duì)應(yīng)的兩類源巖有機(jī)碳含量下限。

圖4 齊家致密油區(qū)青山口組源巖有機(jī)地化特征

圖5 有機(jī)碳含量和殘留烴散點(diǎn)圖

圖6 有機(jī)碳含量和氯仿瀝青“A”散點(diǎn)圖

3.2 有效排烴厚度

范柏江等認(rèn)為在地質(zhì)條件下，烴源巖生成的烴量只有滿足了源巖的自身吸附、孔隙水溶、油溶和毛細(xì)管封閉等多種殘留形式的需要后，才能從源巖中排出[9]。理論上，烴源巖有機(jī)碳含量越高，生成的油氣越豐富，更容易滿足烴源巖自身的吸附等條件進(jìn)而發(fā)生排烴。然而，兩類源巖的演化程度相同，Ⅰ類源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型都要優(yōu)于Ⅱ類源巖，可是Ⅰ類源巖的有機(jī)碳下限反而要高于Ⅱ類源巖。姜乃煌認(rèn)為烴源巖的厚度是排烴的重要制約因素，厚度太大，生油巖中的烴類很難運(yùn)移出去[35]?；谝陨系姆治?，統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)烴源巖樣品的厚度(圖7)，發(fā)現(xiàn)Ⅰ類源巖各個(gè)厚度區(qū)間的烴源巖發(fā)育比較平均，而Ⅱ類源巖的厚度主要是分布在1 m左右的范圍，由此可見，兩類源巖的厚度存在一定的差異。

圖7 烴源巖厚度頻率分布直方圖

有機(jī)碳含量本身的大小能反映烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度，有機(jī)碳含量和生烴潛量具有良好的線性關(guān)系(圖8)，所以有機(jī)碳含量整體的變化趨勢(shì)能反映烴源巖的排烴過程，建立有機(jī)碳含量和烴源巖厚度的關(guān)系(圖9)，在樣品集中的區(qū)域內(nèi)，同種烴源巖在某一范圍內(nèi)的TOC隨厚度先增大后減小，TOC隨厚度增大的階段是烴源巖生成的油氣滿足自身的吸附作用的過程，TOC隨厚度減小說明烴源巖發(fā)生了排烴。所以當(dāng)某種烴源巖的TOC達(dá)到排烴所對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳含量下限時(shí)，TOC開始減小的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的厚度就是這種烴源巖所對(duì)應(yīng)的有效排烴厚度下限。對(duì)于同種烴源巖當(dāng)達(dá)到排烴所對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳含量下限時(shí)，TOC開始不發(fā)生變化的點(diǎn)，說明沒有排烴，所對(duì)應(yīng)的厚度就是這種烴源巖的有效排烴厚度上限。但是在實(shí)際環(huán)境中也會(huì)存在一些特殊的情況，在藍(lán)線左側(cè)，是屬于TOC高，而厚度低的區(qū)域，它們本身就是有機(jī)質(zhì)飽和的烴源巖，生烴和排烴幾乎同時(shí)進(jìn)行，所以在飽和區(qū)，TOC不隨厚度增加而變化。在綠線右側(cè)，是屬于厚度大而TOC小的區(qū)域，正常情況下(無外來油氣進(jìn)入)，烴源巖生成的油氣無法滿足自身的吸附作用，油氣無法排出，所以在過厚區(qū)，TOC不隨厚度增加變化。

圖8 有機(jī)碳含量和生烴潛量散點(diǎn)圖

圖9 有機(jī)碳含量和厚度散點(diǎn)圖

綜上，在飽和區(qū)的烴源巖雖然排烴能力強(qiáng)，但烴源巖規(guī)模小，不作為主要有效烴源巖考慮。過厚區(qū)不發(fā)生排烴作用，因此不是有效烴源巖。所以著重研究TOC隨厚度先增后減的烴源巖的排烴厚度。根據(jù)之前分析，兩類源巖的有機(jī)碳下限分別為1.8%和1.2%，其對(duì)應(yīng)的有效排烴厚度為0.9～1.5 m和0.7～1.3 m。由于Ⅰ類源巖的有機(jī)碳含量主要分布在1%～4%之間，Ⅱ類源巖的有機(jī)碳含量主要分布在1%～2%之間，因此Ⅰ類源巖的有效排烴厚度在0.9～2.8 m的范圍內(nèi)，Ⅱ類源巖的有效排烴厚度在0.7～1.5 m范圍內(nèi)。

3.3 烴源巖成熟度的影響

烴源巖具有一定的有機(jī)質(zhì)和相應(yīng)的排烴厚度，不代表一定有油氣排出，因?yàn)橛蜌怆m然是有機(jī)質(zhì)生成的，但有機(jī)質(zhì)并不等于油氣，從有機(jī)質(zhì)到油氣需要經(jīng)歷一系列的過程。衡量這種變化程度的參數(shù)為成熟度指標(biāo)[6]。鏡質(zhì)體反射率是劃分有機(jī)質(zhì)成熟度最好、最有效的指標(biāo)。根據(jù)圖4，烴源巖的成熟度與深度呈線性關(guān)系，所以烴源巖達(dá)到排烴門限對(duì)應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率也就是達(dá)到排烴所需的成熟度。當(dāng)兩類源巖達(dá)到最大生烴潛量也就是排烴門限時(shí)，鏡質(zhì)體反射率為0.8%。所以認(rèn)為達(dá)到排烴門限對(duì)應(yīng)的成熟度為0.8%(圖10)。

圖10 鏡質(zhì)體反射率和生烴潛量散點(diǎn)圖

綜上，有效烴源巖是指有機(jī)質(zhì)達(dá)到有機(jī)碳含量下限時(shí)，具有對(duì)應(yīng)的有效排烴厚度的足夠成熟的烴源巖。

4 有效烴源巖綜合判別

根據(jù)生烴潛量、有機(jī)碳含量、烴源巖厚度、成熟度(Ro)4個(gè)參數(shù)繪制有效烴源巖圖版(點(diǎn)大小為厚度大小)。在成熟度大于0.8%的范圍里，以有機(jī)碳含量下限和有效排烴厚度為限制條件，Ⅰ類有效源巖主要分布在生烴潛量600～800 mg/g范圍內(nèi)，Ⅱ類有效源巖主要分布在生烴潛量350～600 mg/g的范圍內(nèi)。另外，無效烴源巖分為兩類，一類不屬于Ⅰ類、Ⅱ類源巖，即有機(jī)碳含量低于1%、成熟度小于0.8%的烴源巖，另一類是在Ⅰ類、Ⅱ類源巖中成熟度低、或者有機(jī)碳含量低厚度大以及有機(jī)碳含量高厚度小的烴源巖(圖11)。

圖11 有效烴源巖識(shí)別圖版

滿足有機(jī)碳含量下限、厚度有效的一系列烴源巖具有完整且連續(xù)的演化過程，完整體現(xiàn)在烴源巖既生烴也排烴，連續(xù)體現(xiàn)烴源巖整體演化趨勢(shì)相似且持續(xù)。所以在完整連續(xù)的演化過程中有機(jī)碳含量和生烴潛量、厚度才具有前文描述的關(guān)系。而厚度相對(duì)較大或薄的烴源巖在隨生烴潛量演化過程中往往偏離有效烴源巖的演化趨勢(shì)，厚度大有機(jī)碳含量低的烴源巖生烴卻很難排烴，厚度小有機(jī)碳含量高的烴源巖生排烴同時(shí)進(jìn)行，所以生烴潛量較低，不作為主要有效烴源巖考慮。

綜上，有效烴源巖是一系列達(dá)到有機(jī)碳含量下限和滿足有效排烴厚度的烴源巖，具有完整連續(xù)的演化過程。反過來講，具有完整連續(xù)演化過程的一系列烴源巖，其有機(jī)碳含量和厚度、生烴潛量通常具有相關(guān)性，往往能形成有效烴源巖。因此在油氣勘探階段，可以尋找同類源巖中演化過程完整連續(xù)的一系列烴源巖，建立有機(jī)碳含量和排烴門限等參數(shù)的關(guān)系，確定有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步識(shí)別有效烴源巖。

在實(shí)際應(yīng)用中，將高三油層組共分為21個(gè)小層，高四油層組共分為18個(gè)小層，根據(jù)有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，圖12～14將有機(jī)碳含量下限范圍和鏡質(zhì)體反射率疊合到厚度等值線圖，發(fā)現(xiàn)齊家地區(qū)烴源巖大部分進(jìn)入排烴門限，中部、南部的Ⅰ類源巖和Ⅱ類源巖相對(duì)集中，分布面積大，烴源巖厚度有效?？v向上，選取兩口不參與評(píng)價(jià)的試驗(yàn)井—齊平1井和杏83井(表1)，根據(jù)圖12～14的結(jié)果齊平1井是有效烴源巖，杏83井主要是無效烴源巖，將兩口井?dāng)?shù)據(jù)投到圖11上發(fā)現(xiàn)，齊平1井烴源巖樣品主要顯示是有效烴源巖，杏83井的烴源巖主要顯示是無效烴源巖。平面上，齊家地區(qū)有效烴源巖主要分布在齊家地區(qū)的中部和南部，與前人[36-37]對(duì)致密油分布的研究成果一致，因此本文對(duì)齊家地區(qū)致密油有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)符合實(shí)際油氣分布。

5 結(jié) 論

1)根據(jù)巖性和地球化學(xué)特征，齊家地區(qū)青山口組烴源巖主要分為Ⅰ類源巖和Ⅱ類源巖，其中Ⅰ類源巖主要是黑色和灰黑色泥巖，TOC主要在1%～4%之間，干酪根類型為Ⅰ型和Ⅱ1型；Ⅱ類源巖主要是灰色粉砂質(zhì)泥巖，TOC主要在1%～2%之間，干酪根類型Ⅱ1型，兩類源巖的Ro主要在0.5%～1.3%，是典型的生油母質(zhì)，并且都處于生油階段。

表1 烴源巖地球化學(xué)參數(shù)(部分)

圖12 GⅣ2有機(jī)碳含量等值線圖 圖13 GⅣ2鏡質(zhì)體反射率等值線圖 圖14 GⅣ2烴源巖厚度等值線圖

2)認(rèn)為評(píng)價(jià)有效烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)為有機(jī)碳含量下限、有效排烴厚度和成熟度，提出有效烴源巖是指有機(jī)質(zhì)達(dá)到有機(jī)碳含量下限和具有對(duì)應(yīng)的有效排烴厚度的足夠成熟的烴源巖。齊家地區(qū)的有效烴源巖為：有機(jī)碳含量在1.8%以上、烴源巖厚度為0.9～2.8 m、鏡質(zhì)體反射率大于0.8%的Ⅰ類源巖和有機(jī)碳含量在1.2%以上、烴源巖厚度為0.7～1.5 m、鏡質(zhì)體反射率大于0.8%的Ⅱ類源巖。

3)有效烴源巖往往具有完整連續(xù)的演化過程，其有機(jī)碳含量和厚度、生烴潛量才具有相關(guān)性。

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