盧克寧

(中國石油吉林油田分公司 勘探開發(fā)研究院,吉林 松原138000)

0 引言

在松遼盆地南部白堊系下統(tǒng)的演化歷程中,火石嶺組時期的熱拱運動形成了該區(qū)斷陷格局,使得水域面積擴大,沉積物源豐富,為有機質(zhì)的沉積創(chuàng)造了良好條件。在營城組沉積末期伴隨的剝蝕作用,使得之前的沉積遭受強烈改造,全區(qū)地層形成廣泛的角度不整合。德惠斷陷位于松遼盆地南部東部斷陷帶內(nèi),北接王府、榆樹斷陷,西鄰中央古隆起,東與九臺—公主嶺凸起相連接,西南與梨樹斷陷為鄰,區(qū)內(nèi)發(fā)育農(nóng)安南、合隆、鮑家、郭家、華家、龍王和蘭家洼槽等7個次級構(gòu)造單元。其深層烴源巖主要發(fā)育在火石嶺組、沙河子組和營城組3套層系中,其中煤系地層廣泛發(fā)育,湖相泥巖僅在農(nóng)安南洼槽火石嶺組發(fā)育,斷陷內(nèi)發(fā)育純泥巖、含碎屑泥巖、碳質(zhì)泥巖以及煤等多種烴源巖巖性類型。由于烴源巖巖性的多樣性及平面、縱向上的非均質(zhì)性較強,不同巖性的烴源巖其生烴演化過程有著明顯的差異。德惠斷陷烴源巖以成熟-高熟階段為主,并且各洼槽及各層系變化大,不同成熟階段的烴源巖其殘留生烴潛力也不盡相同,對其評價標準也不能統(tǒng)一。烴源巖品質(zhì)評價不能用單一的標準來量化,給烴源巖評價造成了很大的困難。該文主要創(chuàng)新之處在于,針對不同成熟階段、不同巖性的烴源巖,結(jié)合生烴演化過程中,隨著成熟度的不斷提高其殘余有機質(zhì)豐度不斷減小這一特征,考慮縱向及平面上的非均質(zhì)性,應用基于生烴動力學實驗新建立的評價標準,對不同巖性、不同層系、不同地區(qū)的烴源巖品質(zhì)特征進行精細評價。

1 烴源巖概況

通過大量的巖心觀察、地化數(shù)據(jù)分析及測井綜合研究發(fā)現(xiàn),德惠斷陷深層發(fā)育火石嶺組、沙河子組和營城組3套煤系地層為主的烴源巖,僅在農(nóng)安南洼槽火石嶺組發(fā)育湖相純泥巖。該區(qū)煤系地層烴源巖巖性主要以含碎屑泥巖為主,部分碳化為碳質(zhì)泥巖和煤,而煤層多以煤線形式存在,不具備規(guī)模。由于烴源巖的發(fā)育、展布及保存受沉積環(huán)境控制,有機質(zhì)的豐度和類型也隨其影響,呈分散形式出現(xiàn)的暗色泥巖單位體積的有機質(zhì)豐度遠不能與有機質(zhì)呈富集形式出現(xiàn)的煤相比,而碳質(zhì)泥巖介于兩者之間。但是暗色泥巖一般有比碳質(zhì)泥巖和煤更有利于生烴的有機質(zhì)類型,排烴機制也更為理想,而一般碳質(zhì)泥巖和煤中很大一部分有機質(zhì)為不生油的顯微組分(如木質(zhì)素),因此暗色泥巖的生烴潛力應大于煤[1-3]。通過成熟度研究發(fā)現(xiàn),德惠斷陷RO為0.7%～2.0%,以成熟-高熟階段為主(如圖1所示),隨著成熟度的升高及排烴作用不斷進行,殘余生烴潛力也在逐漸降低。因此,在不同巖性類型及不同成熟度下,烴源巖豐度評價標準是不同的[4-8];同時類型判斷也受到影響,單一的類型判斷亦有失真,需要多種方法對類型進行綜合評價。

圖1 德惠斷陷R O 隨深度變化散點圖Fig.1 Scatter plot of R O variation with depth in Dehui Fault Depression

由于德惠斷陷烴源巖巖性類型多樣且成熟度較高,以往僅以湖相低熟評價標準對豐度進行評價,不能準確地對該區(qū)烴源巖進行有效評價,因此,該文引用黃文彪等建立的松南深層東部斷陷帶烴源巖評價標準,以不同巖性、分層系、按不同成熟階段的TOC和Pg對德惠斷陷重點洼槽進行分類精細評價。由于德惠斷陷僅發(fā)育極少量的煤,只占整個烴源巖厚度的約4%,因此煤不作為本次評價單元,只對泥巖和碳質(zhì)泥巖進行評價,評價標準見表1。

表1 松南深層東部斷陷帶烴源巖評價標準Table 1 Evaluation criteria for hydrocarbon source rocks in Eastern Fault Depression Belt of Songnan

2 烴源巖品質(zhì)評價

2.1 有機質(zhì)成熟度評價

從圖1 可以看出,德惠斷陷RO為0.5%～2.5%,并且不同層位的RO其分布范圍有所差異。營城組RO分布在0.5%～1.6%和2.0%～2.5%兩個區(qū)間,沙河子組RO為0.5%～2.0%,火石嶺組RO為1.0%～2.4%,并且可以看出德惠斷陷主要是以RO為0.7%～2.0%的成熟到高熟階段為主的烴源巖。

為了更直觀地看出各層位平面上的成熟度分布情況,分別繪制出各層位RO平面分布圖,如圖2所示?？梢钥闯?無論是營城組、沙河子組還是火石嶺組,鮑家及郭家洼槽均以高熟階段為主,而其他洼槽均以成熟階段為主。

圖2 德惠斷陷營城組、沙河子組和火石嶺組R O 分布圖Fig.2 The R O distribution of Yingcheng Formation,Shahezi Formation and Huoshiling Formation in Dehui Fault Depression

2.2 有機質(zhì)豐度評價

根據(jù)成熟度研究成果,應用高熟階段評價標準對鮑家及郭家洼槽進行評價,應用成熟階段評價標準對其他洼槽進行評價。

1)在高熟區(qū)的評價

鮑家洼槽僅營城組泥巖評價為好烴源巖,其TOC分布為0.2%～4.0%,均值為1.5%,集中值為0.8%～3.7%,Pg分布為0.1～7.6 mg/g,均值為1.3 mg/g,集中值為1.1～3.7 mg/g;沙河子組泥巖TOC集中值為0.8%～1.8%,Pg集中值為0.4～1.1 mg/g;火石嶺組泥巖雖然TOC集中值為0.8%～3.7%,但Pg集中值為0.4～1.1 mg/g,總體偏低,評價為中等烴源巖。碳質(zhì)泥巖在營城組TOC分布為5.2%～18.8%,均值為8.7%,集中值為7.0%～26.0%,Pg分布為7.8～21.8 mg/g,均值為11.6 mg/g,集中值>6.5 mg/g,評價為好烴源巖。其余區(qū)碳質(zhì)泥巖因數(shù)據(jù)太少,雖然評價為中等-好,但結(jié)果僅供參考。同樣為高熟階段的郭家洼槽均評價為中等烴源巖,營城組泥巖雖然TOC集中值為0.8%～3.7%,但Pg集中值為0.4～1.1 mg/g;火石嶺組泥巖TOC集中值為0.8%～1.8%,Pg集中值為0.4～1.1 mg/g,總體值偏低;營城組碳質(zhì)泥巖數(shù)據(jù)同樣較少,雖然評價為中等,但結(jié)果僅供參考。

2)在成熟區(qū)的評價

蘭家洼槽泥巖在營城組和沙河子組評價為好烴源巖,TOC集中值為1.8%～4.3%,Pg集中值為2.2～7.2 mg/g;火石嶺組TOC集中值為0.8%～3.7%,Pg集中值為0.2～2.2 mg/g,整體偏低,評價為中等烴源巖。碳質(zhì)泥巖在沙河子組和火石嶺組數(shù)據(jù)太少,結(jié)果僅供參考,而營城組TOC集中值為4.3%～26%,Pg集中值<13 mg/g及>27 mg/g,評價為中等-好。華家洼槽泥巖整體評價為差-中等烴源巖,TOC集中值為0.3%～3.7%,Pg集中值為0.2～2.2 mg/g;而火石嶺組發(fā)育的碳質(zhì)泥巖化驗分析數(shù)據(jù)較少,雖評價為中等-好,也僅供參考,需要更多數(shù)據(jù)進一步證實。合隆洼槽泥巖及碳質(zhì)泥巖化驗數(shù)據(jù)均較少,需要更多數(shù)據(jù)來支撐。農(nóng)安南洼槽僅發(fā)育湖相泥巖,且以火石嶺組最為發(fā)育,其TOC分布為0.8%～3.9%,均值為2.0%,集中值為1.8%～3.7%,Pg分布為0.4～12.7 mg/g,均值為6.4%,集中值為2.2～13.0 mg/g,評價為好-很好烴源巖。

綜合來看,在營城組評價中,泥巖在成熟區(qū)的蘭家洼槽豐度高,好烴源巖比例達到70%;其次為高熟區(qū)的鮑家洼槽,中等-很好烴源巖比例為75%以上,且近40%為好以上的烴源巖,烴源巖品質(zhì)較好;其他地區(qū)烴源巖品質(zhì)均以中等及以下為主。碳質(zhì)泥巖中,高熟區(qū)的鮑家洼槽豐度高,好-很好烴源巖比例達50%以上;蘭家洼槽源巖品質(zhì)為中等-好,好以上烴源巖占40%以上;其他地區(qū)數(shù)據(jù)較少,需要更多數(shù)據(jù)支持。在沙河子組評價中,泥巖品質(zhì)在成熟區(qū)的蘭家洼槽豐度高,好烴源巖以上的占比超過50%;碳質(zhì)泥巖品質(zhì)由于數(shù)據(jù)較少,需要進一步研究。在火石嶺組評價中,泥巖品質(zhì)在農(nóng)安南非常好,好烴源巖以上的占比超過80%,評價為好-很好烴源巖,而其他洼槽泥巖品質(zhì)均在中等及以下;此層碳質(zhì)泥巖數(shù)據(jù)較少,僅供參考,需進一步研究。

德惠斷陷重點洼槽營城組、沙河子組和火石嶺組烴源巖豐度評價標準如表2所示。

表2 德惠斷陷重點洼槽營城組、沙河子組和火石嶺組烴源巖豐度評價Table 2 Evaluation of source rock abundance of Yingcheng Formation,Shahezi Formation and Huoshiling formation in Dehui Fault Depression

續(xù)表2

2.3 有機質(zhì)類型評價

眾所周知,不同來源有機質(zhì)成烴潛力差別較大,且類型越好,成烴潛力越大,因此,在相同條件下,有機質(zhì)的類型可以衡量有機質(zhì)的產(chǎn)烴能力。從前面的評價中已知德惠斷陷成熟度主要集中在成熟-高熟階段,而通過傳統(tǒng)的(H/C)-(O/C)原子比交匯圖可以看到,交匯點多數(shù)落在范氏圖根部,已經(jīng)無法對類型進行有效評價。德惠斷陷有機元素判斷類型圖版如圖3所示。

圖3 德惠斷陷有機元素判斷類型圖版Fig.3 Typologic chart oforganic elements esti mating in Dehui Fault Depression

同時,由于有機質(zhì)在較高的成熟度下,其在鏡下鑒定有機組分的難度也在增加?；诖?該文主要應用干酪根類型指數(shù)KTI、干酪根碳同位素分布、族組成圖版、生物標志化合物占比等多種方法進行類型評價。盧雙舫等人分別于1986年和1993年提出了數(shù)值化的干酪根類型指數(shù)KTI,其計算結(jié)果為0～100,KTI值越大,表明其有機質(zhì)的類型越好,即生烴潛力越高。由于建立公式所利用的樣品的成熟度不高于2.0%,因此KTI指數(shù)只適用RO<2.0%的樣品,其計算公式如下:

式中:KTI為判斷有機質(zhì)類型的指數(shù);H/C 為氫碳原子比;O/C為氧碳原子比。

從KTI指數(shù)對重點洼槽有機質(zhì)類型判斷可以看到,深層烴源巖KTI為20～40的頻率最高,對應類型為Ⅲ1型。德惠斷陷整體上有機質(zhì)類型以Ⅲ1型為主,僅蘭家洼槽顯示是以Ⅰ2～Ⅱ型為主,部分為Ⅲ1型,如圖4所示。

圖4 德惠斷陷重點洼槽KTI指數(shù)方法判斷有機質(zhì)類型圖Fig.4 The organic matter type by KTI index in key depressions of Dehui Fault Depression

通過干酪根碳同位素分布頻率對德惠斷陷重點洼槽進行類型劃分[9-11],可以看出烴源巖碳同位素主要為-25.5‰～-22.5‰,有機質(zhì)類型同樣表現(xiàn)為以Ⅲ1型為主,如圖5所示。這一結(jié)果整體上與KTI指數(shù)指示結(jié)果較為相近,在這種類型判斷下,農(nóng)安南洼槽顯示出更差的情況,與巖心觀察為純泥巖的情況不太相符。由于此項數(shù)據(jù)較少,不能代表整體情況,其結(jié)果僅供參考。而蘭家洼槽指示類型與KTI指數(shù)法判斷結(jié)果差別更大,為Ⅰ2～Ⅱ型到Ⅲ型的轉(zhuǎn)變,因此需要結(jié)合其他方法進行進一步地判斷。

圖5 德惠斷陷重點洼槽干酪根碳同位素方法判斷有機質(zhì)類型圖Fig.5 The organic matter type bykerogen car bon isotope in key depressions of Dehui Fault Depression

在此基礎上,通過族組成圖版對有機質(zhì)類型進行判斷[12]。從圖6德惠斷陷重點洼槽族組成三角圖版可以看出,農(nóng)安南洼槽飽和烴含量最高,平均達到50%以上,顯示其水生生物貢獻較多;其次為鮑家及華家洼槽;而蘭家洼槽相對最低,這與KTI指數(shù)對蘭家洼槽判斷的結(jié)果不太一致,但與干酪跟碳同位素法較為一致。

圖6 德惠斷陷重點洼槽族組成方法判斷有機質(zhì)類型圖Fig.6 The organic matter type by group composition in key depressions of Dehui Fault Depression

最后,通過圖7生物標志化合物占比圖可以看出,農(nóng)安南洼槽C27甾烷具有較高的相對含量[13-14],這一現(xiàn)象指示其為菌類及藻類的富氫類母質(zhì)來源,與族組成圖版辨識結(jié)果較為一致。

圖7 德惠斷陷重點洼槽生物標志物方法判斷有機質(zhì)類型圖Fig.7 The organic matter type by biomarkers in key depressions of Dehui Fault Depression

通過上述多種方法對類型的判斷可以看出,德惠斷陷深層烴源巖整體上是以Ⅲ1型為主,不同方法下各洼槽類型的判別略有差異。綜合來看,以湖相泥巖為主的農(nóng)安南洼槽有機質(zhì)類型最好,以Ⅲ1型為主,部分為Ⅱ型。而蘭家洼槽用各種方法判斷的類型結(jié)果相差較大,這與樣品的數(shù)量及樣品在平面及縱向上的分布均有關(guān)系,需要通過更多、更全面的化驗分析數(shù)據(jù)進一步研究。

3 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布及對成藏貢獻分析

對烴源巖品質(zhì)進行評價之后,又進一步對優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度進行刻畫。從排烴量及排烴效率來看,在烴源巖達到好烴源巖品質(zhì)時,開始進入大量排烴階段,因此將烴源巖品質(zhì)在好以上的定義為優(yōu)質(zhì)烴源巖。首先應用改進的ΔlgR法計算TOC及Pg(據(jù)黃文彪等),并通過已有樣品的實測數(shù)據(jù)進行校正,刻畫烴源巖垂向有機質(zhì)非均質(zhì)性,識別優(yōu)質(zhì)烴源巖[15-16]。德惠斷陷D8 井綜合柱狀圖如圖8所示。

圖8 德惠斷陷D8井綜合柱狀圖Fig.8 Comprehensive histogram of D8 well in Dehui Fault Depression

具體公式如下:

式中:TOC為有機碳,%;A為斜率系數(shù);Pg為生烴潛量,mg/g;K為校正系數(shù);Δt為聲波時差,μm/s;R為電阻,Ω·m;ΔlgR為計算過程中的變量。

在單井優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度刻畫基礎上,結(jié)合地震相等特征,落實優(yōu)質(zhì)烴源巖在斷陷內(nèi)橫向及縱向上的展布特征。優(yōu)質(zhì)烴源巖在營城組、沙河子組及火石嶺組均有發(fā)育,整體上來看由下至上呈現(xiàn)從南向北逐漸遷移的形態(tài)。由圖9可以看出,火石嶺組優(yōu)質(zhì)烴源巖連片分布范圍大,主要集中在農(nóng)安南洼槽、鮑家洼槽、華家洼槽及合隆洼槽,其中農(nóng)安南洼槽優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度最大,最厚可達80 m。由圖10可以看出,沙河子組優(yōu)質(zhì)烴源巖分布范圍較小,主要集中在鮑家洼槽、華家洼槽及農(nóng)安南洼槽,鮑家洼槽發(fā)育最好;營城組優(yōu)質(zhì)烴源巖在郭家洼槽、鮑家洼槽、華家洼槽、合隆洼槽及蘭家洼槽均有發(fā)育,但各洼槽之間不連續(xù),局部厚度較大,在郭家及鮑家洼槽局部厚度可達100 m,而在華家及蘭家洼槽優(yōu)質(zhì)烴源巖整體發(fā)育較薄。

圖9 德惠斷陷火石嶺組優(yōu)質(zhì)烴源巖平面分布圖Fig.9 The thinkness of high quality source rock distribution of Huoshiling Formation in Dehui Fault Depression

圖10 德惠斷陷營城組、沙河子組優(yōu)質(zhì)烴源巖平面分布圖Fig.10 The thinkness of high quality source rock distribution of Yingcheng Formation and Shahezi Formation in Dehui Fault Depression

在優(yōu)質(zhì)烴源巖刻畫的基礎上,對優(yōu)質(zhì)烴源巖對成藏的貢獻進行了研究,發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)烴源巖與氣藏有著較好的匹配關(guān)系。以鮑家地區(qū)為例(如圖11所示),其營城組為致密氣藏,主要以自生自儲為主,優(yōu)質(zhì)烴源巖最為發(fā)育的D8井區(qū)不僅氣測顯示高,單井試氣也高達數(shù)105m3,而鄰近優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育減薄區(qū)的D11及D3井,氣測及試氣效果則明顯變差;另外,郭家地區(qū)營城組優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育區(qū)DS81井明顯有較高的氣測顯示;火石嶺組DS11井區(qū)試氣效果好,最高日產(chǎn)氣達數(shù)萬立方米,在其井區(qū)發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖,并且在斷層作用下,處在下盤的優(yōu)質(zhì)烴源巖與儲層形成側(cè)向?qū)?表現(xiàn)為側(cè)向近源供烴的成藏類型。這些均展現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)烴源巖與成藏有較好的匹配關(guān)系,也反向證明了此種烴源巖評價流程在該地區(qū)有較好的適用性,對指導下步勘探部署提供一定的技術(shù)支撐,亦可以為其他地區(qū)的烴源巖評價工作提供借鑒。

圖11 德惠斷陷鮑家洼槽D11-D8-D3井區(qū)油藏模式示意圖Fig.11 Reservoir pattern of D11-D8-D3 drainage area in Baojia depression,Dehui Fault Depression

4 結(jié)論

1)德惠斷陷以煤系地層沉積為主,湖相泥巖僅在農(nóng)安南洼槽火石嶺組較為發(fā)育,烴源巖主要巖性有純泥巖、含碎屑泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤等多種類型,其中煤多以煤線形式存在,不具備規(guī)模,而碳質(zhì)泥巖生烴潛量介于煤和暗色泥巖之間,并且成熟度多以成熟-高熟為主,因此需要應用不同的評價標準進行烴源巖評價。

2)郭家洼槽及鮑家洼槽以高熟階段為主,應用高熟階段標準進行評價,其他洼槽以成熟階段為主,應用成熟階段標準進行評價,并根據(jù)烴源巖巖性類型的差異對重點洼槽進行分層系的精細評價。最終明確了泥巖在農(nóng)安南火石嶺組品質(zhì)最好,蘭家洼槽營城組及沙河子組、鮑家洼槽營城組烴源巖品質(zhì)好,其他地區(qū)則評價為中等到差;而碳質(zhì)泥巖在鮑家洼槽營城組品質(zhì)好,蘭家洼槽營城組品質(zhì)為中等-好,其他地區(qū)數(shù)據(jù)較少,僅作參考。

3)通過應用干酪根類型指數(shù)KTI、干酪根碳同位素分布、族組成圖版和生物標志化合物占比等多種方法進行類型評價,明確德惠斷陷深層烴源巖類型主要以Ⅲ1型為主,其中農(nóng)安南烴源巖類型最好,以Ⅲ1型為主,部分為Ⅱ型。

4)優(yōu)質(zhì)烴源巖在火石嶺組—營城組均有發(fā)育,并由下至上呈逐漸由南向北遷移的形態(tài),其中火石嶺組發(fā)育范圍大且連片,沙河子組分布范圍小,營城組發(fā)育不連片但局部厚度大,厚度可達100 m。同時,優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育對成藏作用明顯,優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育區(qū)氣測及試氣效果明顯較好,可有效指導下步勘探部署,其所形成的評價流程及評價方法亦可推廣到其他地區(qū)的源巖評價以供借鑒。