石 蕾，宗文明，孫求實(shí)，李永飛，陳樹(shù)旺

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽(yáng) 110034

0 引言

全球范圍內(nèi)已有十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)中新元古界原生油氣與油氣藏，20 世紀(jì)70 年代中國(guó)學(xué)者在燕山地區(qū)的石油地質(zhì)勘查中，在元古宙地層發(fā)現(xiàn)了數(shù)十處液體油苗與固體瀝青［1-4］.近年來(lái)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心在燕遼裂陷帶遼西拗陷先后鉆遇不同級(jí)別的油氣顯示，表明該地區(qū)中—新元古界具有一定的油氣資源潛力［5-6］.目前該區(qū)的油氣勘探程度較低，尚無(wú)工業(yè)油井，有必要進(jìn)一步對(duì)油氣資源潛力進(jìn)行評(píng)價(jià).烴源巖作為油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)其精細(xì)評(píng)價(jià)是客觀(guān)評(píng)價(jià)油氣資源潛力的重要前提［7］.前人針對(duì)燕遼裂陷帶中元古界薊縣系泥頁(yè)巖的地球化學(xué)特征、沉積環(huán)境等做了詳細(xì)的研究，然而該區(qū)烴源巖的有機(jī)非均質(zhì)性強(qiáng)、實(shí)測(cè)樣品數(shù)量有限，致使泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度（TOC）在平面和縱向上存在差異，而不同有機(jī)質(zhì)含量烴源巖的生、排烴能力存在差別［8-9］，導(dǎo)致預(yù)測(cè)的資源量存在較大的不確定性，因此對(duì)烴源巖開(kāi)展精細(xì)評(píng)價(jià)顯得尤為重要.

在烴源巖評(píng)價(jià)中，由于資料容易獲取，可操作性強(qiáng)，ΔlogR 技術(shù)應(yīng)用得最為廣泛［10-16］.以遼凌地2 井（LLD2）中元古界薊縣系鐵嶺組與洪水莊組泥頁(yè)巖為研究對(duì)象，對(duì)其有機(jī)質(zhì)豐度、類(lèi)型來(lái)源、成熟度等地球化學(xué)特征進(jìn)行分析和探討，以巖心測(cè)試地球化學(xué)數(shù)據(jù)和常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)為基礎(chǔ)，針對(duì)烴源巖非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用變系數(shù)ΔlogR 技術(shù)分組、分相預(yù)測(cè)方法，建立泥頁(yè)巖非均質(zhì)性刻畫(huà)評(píng)價(jià)模型，對(duì)薊縣系鐵嶺組與洪水莊組烴源巖品質(zhì)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，以期為遼西拗陷進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù).

1 地質(zhì)概況

燕遼裂陷帶位于華北克拉通北緣的燕山地區(qū)，該地區(qū)中—新元古界發(fā)育相對(duì)連續(xù)、保存完好，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)地層剖面——“薊縣剖面”建立于此.遼西拗陷構(gòu)造上位于燕遼裂陷帶的東北部，是遼西、冀北、宣龍、冀東、京西5 個(gè)拗陷和山海關(guān)、密懷2 個(gè)隆起組成的“五拗兩隆”構(gòu)造格局中的一個(gè)單元（圖1）.遼西拗陷基底由太古宇到古元古界的混合花崗巖、片麻巖等古老的深變質(zhì)巖系組成.中—新元古界巖性主要為石英巖、黑色頁(yè)巖、泥巖、白云巖、灰?guī)r與陸源碎屑巖等，為碳酸鹽巖臺(tái)地的沉積環(huán)境，由下到上依次發(fā)育長(zhǎng)城系與薊縣系的高于莊組、楊莊組、霧迷山組、洪水莊組、鐵嶺組，以及待建系與青白口系.該區(qū)空間上可形成自生自?xún)?chǔ)、上生下儲(chǔ)、下生上儲(chǔ)等多種成藏模式.洪水莊組、鐵嶺組發(fā)育大段的泥頁(yè)巖，為主要的烴源巖層［18-20］.遼凌地2 井位于遼西拗陷老虎洞地區(qū)，為全井取心的地質(zhì)調(diào)查井，分別鉆遇第四系（Q）、鐵嶺組（Jxt，7.5～380 m）、洪水莊組（Jxh，380 ～496 m）、霧迷山組（Jxw，496 ～937 m）、楊莊組（Jxy，937～948 m），未見(jiàn)底.

圖1 燕山地區(qū)構(gòu)造分區(qū)及遼凌地2 井柱狀圖（據(jù)文獻(xiàn)［17］）Fig.1 Tectonic division of Yanshan area with lithological column of LLD2 well（From Reference［17］）

2 遼凌地2 井烴源巖特征

鐵嶺組主要為暗色泥巖、白云巖及粉晶灰?guī)r.暗色泥巖的沉積環(huán)境為碳酸鹽巖臺(tái)地潮上帶，顏色以黑色和黑灰色為主，厚度為71 m.洪水莊組主要為暗色泥巖、白云巖.暗色泥巖的沉積環(huán)境為深水潟湖相，顏色以黑色和灰色為主，厚度為78.6 m.本研究選取不同深度泥頁(yè)巖樣品鐵嶺組7 件，洪水莊組28 件，分別進(jìn)行分析探討.

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，鐵嶺組暗色泥巖實(shí)測(cè)TOC 值0.30%～1.57%，平均值為0.97%；可溶烴S1含量在0.02×10-3～0.15×10-3之間，平均值為0.08×10-3；生烴勢(shì)（S1＋S2）值0.06×10-3～0.47×10-3，平均值為0.31×10-3；氯仿瀝青“A”值0.004%～0.08%，平均值為0.02%.由于實(shí)測(cè)樣品成熟度較高，基本都在過(guò)成熟階段，因此對(duì)（S1＋S2）值進(jìn)行了恢復(fù)，以便于對(duì)烴源巖品質(zhì)的評(píng)價(jià)更加客觀(guān)［16］，恢復(fù)后的（S1＋S2）分布在2.41×10-3～6.41×10-3之間，平均值為3.73×10-3.洪水莊組暗色泥巖實(shí)測(cè)TOC 值0.35%～5.20%，平均值為3.20%；（S1＋S2）值0.03×10-3～1.08×10-3，平均值為0.52×10-3，同理，恢復(fù)后的（S1＋S2）值1.63×10-3～30.51×10-3，平均值為16.16×10-3.

本研究按照中國(guó)古生界海相烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)方法［21］，將烴源巖劃分為中等、較好及優(yōu)質(zhì)（極好）烴源巖3 種級(jí)別（表1）.

表1 烴源巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Grading criteria for source rocks

通過(guò)熱解參數(shù)交會(huì)圖（圖2）發(fā)現(xiàn)，鐵嶺組整體處于中等烴源巖范疇，洪水莊組不同級(jí)別烴源巖均有分布，但大部分為較好及優(yōu)質(zhì)烴源巖，整體生烴潛力好于鐵嶺組.

圖2 鐵嶺組、洪水莊組烴源巖熱解參數(shù)交會(huì)圖Fig.2 Pyrolytic parameter cross plot for source rocks of Tieling and Hongshuizhuang formations

2.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

不同的生物來(lái)源指示著不同的有機(jī)質(zhì)類(lèi)型，也決定著產(chǎn)物的類(lèi)型是油還是氣.從生物標(biāo)志化合物來(lái)看，指示鐵嶺組有機(jī)質(zhì)來(lái)源以腐泥型為主，并含少量腐殖型，即有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅰ型及Ⅱ1型（圖3）；洪水莊組有機(jī)質(zhì)來(lái)源為腐泥—腐殖型（Ⅱ1型）.根據(jù)ααα（R）構(gòu)型甾烷的C27-C28-C29相對(duì)含量判別有機(jī)質(zhì)來(lái)源［22-23］，可以看出鐵嶺組與洪水莊組烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型都以Ⅱ型為主，且為開(kāi)闊海環(huán)境的低等生物輸入（圖4）.整體看來(lái)，遼凌地2 井鐵嶺組與洪水莊組有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ型為主，并含少量Ⅰ型干酪根.

圖3 鐵嶺組、洪水莊組烴源巖Ph/nC18 與Pr/nC17 相關(guān)圖Fig.3 The Ph/nC18-Pr/nC17 cross plot for source rocks of Tieling and Hongshuizhuang formations

圖4 鐵嶺組、洪水莊組烴源巖C27-C28-C29ααα（R）構(gòu)型甾烷相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)三角圖Fig.4 Relative percentage triangle diagram of C27-C28-C29ααα（R）sterane distribution for source rocks of Tieling and Hongshuizhuang formations

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

鐵嶺組暗色泥巖樣品鏡質(zhì)組反射率（Ro）值為2.08%～2.18%，洪水莊組暗色泥巖樣品Ro值為2.08%～2.26%，鐵嶺組與洪水莊組烴源巖都處于生氣高峰期的過(guò)成熟階段（圖5）.

圖5 鐵嶺組、洪水莊組烴源巖成熟度-深度關(guān)系圖Fig.5 The Ro vs.depth diagram for source rocks of Tieling and Hongshuizhuang formations

3 泥頁(yè)巖非均質(zhì)性刻畫(huà)與分級(jí)評(píng)價(jià)

不同區(qū)域和層位泥頁(yè)巖TOC 差異可以在一定程度上反映油氣富集程度的差異，由于有機(jī)質(zhì)的發(fā)育特征對(duì)眾多測(cè)井響應(yīng)都有影響［24］，利用測(cè)井資料的縱向連續(xù)性和高分辨率來(lái)評(píng)價(jià)這種差異性（非均質(zhì)性）變得可行.本研究采用變系數(shù)ΔlogR 技術(shù)［25-26］，利用地球化學(xué)參數(shù)TOC 對(duì)鐵嶺組與洪水莊組烴源巖進(jìn)行有機(jī)非均質(zhì)性刻畫(huà)，建立地球化學(xué)數(shù)學(xué)模型，并用計(jì)算結(jié)果對(duì)源巖進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià).

變系數(shù)ΔlogR 模型的計(jì)算公式為：

式中，R 為深側(cè)向電阻率曲線(xiàn)（Ωm），K 為電阻率部分在ΔlogR 中所占比例，Δt 為聲波時(shí)差曲線(xiàn)（μs/m），Baseline 為相對(duì)基線(xiàn)值，a 和b 為公式擬合系數(shù).

3.1 TOC 預(yù)測(cè)模型的建立

為減少誤差，對(duì)電阻率測(cè)井曲線(xiàn)與聲波時(shí)差測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使兩者數(shù)量級(jí)相當(dāng).標(biāo)準(zhǔn)化后的曲線(xiàn)結(jié)合實(shí)測(cè)TOC 數(shù)據(jù)，針對(duì)鐵嶺組、洪水莊組建立有機(jī)非均質(zhì)性測(cè)井響應(yīng)模型.鐵嶺組曲線(xiàn)擬合效果較好，從所建模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值關(guān)系圖（圖6）中可以看出，趨勢(shì)線(xiàn)斜率接近于1，表明計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較為接近；從幅度差與實(shí)測(cè)值關(guān)系圖（圖7）中可以看出，實(shí)測(cè)值與幅度差擬合關(guān)系較好，具有明顯的線(xiàn)性關(guān)系，收斂于一條直線(xiàn)附近，表明模型可信度較高.洪水莊組在標(biāo)定過(guò)程中為避免個(gè)別異常數(shù)據(jù)影響整體標(biāo)定結(jié)果，剔除了極少數(shù)明顯偏離整體趨勢(shì)的異常點(diǎn).從模型效果看，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值及幅度差的擬合關(guān)系均較好，相關(guān)系數(shù)R2大于0.85，線(xiàn)性關(guān)系較明顯，模型可信度較高（圖8、9）.

圖6 鐵嶺組計(jì)算TOC 與實(shí)測(cè)TOC 相關(guān)關(guān)系圖Fig.6 Correlation between calculated and measured TOCs of Tieling Formation

圖7 鐵嶺組幅度差與實(shí)測(cè)TOC 相關(guān)關(guān)系圖Fig.7 Correlation between amplitude difference and measured TOC of Tieling Formation

圖8 洪水莊組計(jì)算TOC 與實(shí)測(cè)TOC 相關(guān)關(guān)系圖Fig.8 Correlation between calculated and measured TOCs of Hongshuizhuang Formation

圖9 洪水莊組幅度差與實(shí)測(cè)TOC 相關(guān)關(guān)系圖Fig.9 Correlation between amplitude difference and measured TOC of Hongshuizhuang Formation

3.2 泥頁(yè)巖非均質(zhì)性刻畫(huà)

通過(guò)所建立的預(yù)測(cè)模型，對(duì)遼凌地2 井中元古界薊縣系鐵嶺組、洪水莊組泥頁(yè)巖TOC 進(jìn)行了刻畫(huà)描述.鐵嶺組泥頁(yè)巖TOC 值波動(dòng)幅度較小，計(jì)算值大多在0.8%～1.2%之間浮動(dòng)，最大值為2.91%，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好，測(cè)井計(jì)算TOC 曲線(xiàn)較準(zhǔn)確地反映了實(shí)測(cè)TOC 的垂向變化（圖10）.洪水莊組泥頁(yè)巖TOC 值從上到下整體呈現(xiàn)“增大—減小—增大—減小”的波動(dòng)趨勢(shì)，計(jì)算值一般在2%～6%之間，最大值為10.2%，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值整體吻合較好，測(cè)井計(jì)算TOC 曲線(xiàn)較準(zhǔn)確地反映了實(shí)測(cè)TOC 的垂向變化.

圖10 鐵嶺組、洪水莊組泥頁(yè)巖測(cè)井識(shí)別TOC 模型結(jié)果Fig.10 TOC results of logging identification of shale from Tieling and Hongshuizhuang formations

3.3 烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)

結(jié)合TOC 非均質(zhì)性刻畫(huà)結(jié)果，對(duì)遼凌地2 井中元古界薊縣系鐵嶺組與洪水莊組泥頁(yè)巖進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià).

鐵嶺組泥頁(yè)巖累計(jì)厚度為70.2 m（表2），優(yōu)質(zhì)烴源巖累計(jì)厚度為0 m；較好烴源巖累計(jì)厚度為6.45 m，占總厚度比值為9.19%，最大連續(xù)厚度為2.8 m；中等烴源巖累計(jì)厚度為63.75 m，占總厚比值為90.81%，最大連續(xù)厚度為33 m.洪水莊組泥頁(yè)巖累計(jì)厚度為78.6 m，優(yōu)質(zhì)烴源巖累計(jì)厚度為32.1 m，占總厚比值為40.84%，最大連續(xù)厚度為22 m；較好烴源巖累計(jì)厚度為33.7 m，占總厚度比值為42.88%，最大連續(xù)厚度為9 m；中等烴源巖累計(jì)厚度為12.8 m，占總厚比值為16.28%，最大連續(xù)厚度為2.8 m.

表2 遼凌地2 井鐵嶺組與洪水莊組泥頁(yè)巖分級(jí)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表Table 2 Grading evaluation data for shales of Tieling and Hongshuizhuang formations in LLD2 well

整體看來(lái)，遼凌地2 井薊縣系洪水莊組泥頁(yè)巖烴源巖品質(zhì)優(yōu)于鐵嶺組，應(yīng)為薊縣系主力烴源巖.其中鐵嶺組泥頁(yè)巖整體以中等烴源巖為主，190 m 處發(fā)育少量較好烴源巖，未見(jiàn)優(yōu)質(zhì)品質(zhì)烴源巖；洪水莊組以?xún)?yōu)質(zhì)烴源巖及較好烴源巖為主，兩者數(shù)量大致相當(dāng)，總體占83%以上，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布在洪水莊組中下部，較好烴源巖分布以中上部為主，少量的中等烴源巖分布在大段黑色泥巖建造的中上部（圖11）.

圖11 遼凌地2 井鐵嶺組、洪水莊組烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.11 Grading evaluation results for source rocks of Tieling and Hongshuizhuang formations in LLD2 well

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）遼凌地2 井薊縣系洪水莊組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度（TOC）大多在2%以上，明顯高于鐵嶺組，鐵嶺組與洪水莊組有機(jī)質(zhì)類(lèi)型都以Ⅱ型為主，并含少量Ⅰ型干酪根，烴源巖都處于生氣高峰期的過(guò)成熟階段.

2）采用變系數(shù)ΔlogR 技術(shù)建立了遼凌地2 井鐵嶺組與洪水莊組泥頁(yè)巖TOC 預(yù)測(cè)模型，對(duì)泥頁(yè)巖非均質(zhì)性進(jìn)行了刻畫(huà)描述，實(shí)現(xiàn)了烴源巖TOC 準(zhǔn)確評(píng)價(jià).

3）依據(jù)TOC 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用測(cè)井計(jì)算TOC 指導(dǎo)烴源巖分級(jí)，得到遼凌地2 井鐵嶺組烴源巖品質(zhì)以中等為主，占泥頁(yè)巖總厚90%以上；洪水莊組烴源巖整體以?xún)?yōu)質(zhì)烴源巖和較好烴源巖為主，兩者厚度大致相當(dāng)，厚度占泥頁(yè)巖總厚83%以上.整體看來(lái)，洪水莊組烴源巖品質(zhì)優(yōu)于鐵嶺組，應(yīng)為薊縣系主力烴源巖層.