二連盆地白音昆地凹陷騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖特征

馬成龍 張新新 崔 潔 董文波 吳 英 李漁剛

（ 1 中國石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院；2 中國石油集團長城鉆探工程有限公司錄井公司；3 中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部油田生產(chǎn)研究院 ）

二連盆地白音昆地凹陷騰2塊是遼河油田外圍勘探開發(fā)的重點區(qū)塊，但目前凹陷總體勘探程度較低，尤其是烴源巖地球化學(xué)特征研究尚處于起步階段[1-3]。烴源巖發(fā)育程度和性質(zhì)差異一定程度上決定了含油氣盆地內(nèi)油氣分布的總體規(guī)模，而烴源巖的地球化學(xué)特征反映了烴源巖的發(fā)育程度，其對評價含油氣盆地或區(qū)塊內(nèi)的資源潛力具有重要意義[4-9]。常規(guī)的烴源巖評價方法有很多，主要包含實驗分析評價法和測井評價法等[10-13]。本文以70.45m巖心和415個巖屑樣品為研究對象，采用實驗分析評價法，以油氣地球化學(xué)為理論指導(dǎo)，通過大量系統(tǒng)的采樣、測試，應(yīng)用地球化學(xué)分析技術(shù)[14-17]，從烴源巖評價角度入手，對研究區(qū)烴源巖品質(zhì)作了細(xì)致研究，由此取得的一系列地質(zhì)認(rèn)識，為該區(qū)下一步油氣勘探與油氣資源評價提供了技術(shù)支持。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

白音昆地凹陷地處內(nèi)蒙古赤峰市克什克騰旗地區(qū)，構(gòu)造上位于二連盆地東部，南與騰格爾坳陷相鄰，西北與烏尼特坳陷相鄰，凹陷東西兩側(cè)發(fā)育兩條控凹斷層，北東向展布，南北長約50km，東西寬約6～10km，面積為500km2，整個凹陷呈東緩西陡的箕狀斷陷結(jié)構(gòu)特點。白音昆地凹陷早白堊世為斷陷湖盆沉積，烴源巖主要發(fā)育于下白堊統(tǒng)，儲層以砂巖和凝灰質(zhì)砂巖為主，蓋層為下白堊統(tǒng)上部的泥巖層。下白堊統(tǒng)自下而上發(fā)育義縣組、九佛堂組、沙海組和阜新組，其烴源巖在該4套地層內(nèi)均有分布[18-20]。研究區(qū)騰2塊則位于白音昆地凹陷南部（圖1），是前期勘探預(yù)測出的油氣有利富集相帶。

圖1 白音昆地凹陷騰2塊位置圖

2 烴源巖厚度及分布特征

早白堊世是白音昆地凹陷深陷期，騰2塊烴源巖主要分布于半深湖—深湖相帶中[2-3]，在濱淺湖和扇三角洲前緣等相帶內(nèi)也有一定展布，巖性主要為深灰色、灰黑色泥頁巖。受白堊紀(jì)同生斷層控制，烴源巖厚度變化較大，依據(jù)陸相烴源巖有機碳含量TOC＞0.5%的豐度下限標(biāo)準(zhǔn)，騰B井烴源巖單層厚度為5～106m，單層平均厚度為16m，累計平均厚度在580m以上。在單井烴源巖厚度分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合地震反演技術(shù)對烴源巖厚度的平面變化特征進行預(yù)測，結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)自北向南，烴源巖厚度逐漸增大（圖2a），這與南部地區(qū)近物源的沉積特征相一致。層位上，烴源巖主要集中分布在下白堊統(tǒng)沙海組和九佛堂組，其中沙海組烴源巖平均厚度為300.2m，九佛堂組烴源巖平均厚度為279.5m（表1）。義縣組烴源巖主要分布在北部騰B井附近，中部和南部不發(fā)育；九佛堂組烴源巖由南向北厚度逐漸減少；沙海組烴源巖中部和北部相對較發(fā)育，南部稍差；阜新組烴源巖南部厚度最大，中部和北部受古近紀(jì)—-新近紀(jì)構(gòu)造運動影響，地層遭受了大量剝蝕，烴源巖厚度減薄。

3 烴源巖有機質(zhì)豐度特征

有機質(zhì)是烴源巖中油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，是衡量烴源巖生烴潛力大小的重要參數(shù)[15]，因此有機質(zhì)豐度是烴源巖評價的一個重要內(nèi)容[21-22]。在其他條件相近的前提下，巖石中有機質(zhì)豐度越高，其生烴能力越強。本文依據(jù)陸相烴源巖有機質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)[23-26]，采用總有機碳含量TOC以及生烴潛量（S1+S2）兩個參數(shù)對騰2塊烴源巖進行了綜合評價。

從TOC的統(tǒng)計分析來看，沙海組和九佛堂組以好烴源巖為主，TOC平均值分別達(dá)到1.33%和1.16%，其中TOC＞1%的樣品出現(xiàn)頻率分別占74.34%和56.05%（圖3a）。阜新組樣品偏少，但現(xiàn)有分析顯示其烴源巖也達(dá)到了中等偏好的程度，義縣組烴源巖的TOC特征表明其烴源巖有機質(zhì)豐度很差。而生烴潛量（S1+S2）的分析結(jié)果表明，沙海組和九佛堂組烴源巖生烴潛量平均值分別達(dá)到3.14 mg/g和5.90mg/g，以中等烴源巖為主，其中沙海組烴源巖S1+S2在2～6mg/g的樣品出現(xiàn)頻率為49.35%，而九佛堂組烴源巖S1+S2＞6mg/g出現(xiàn)的頻率為42.68%（圖3b）。

二者對比分析，TOC表征的烴源巖有機質(zhì)豐度要高于生烴潛量表征的烴源巖有機質(zhì)豐度。因此綜合分析認(rèn)為，騰2塊烴源巖總體表現(xiàn)為中等—好級別，其中九佛堂組以好烴源巖為主，沙海組以中等烴源巖為主，義縣組主要為非烴源巖。九佛堂組烴源巖在研究區(qū)中部以好烴源巖為主，TOC和生烴潛量平均值分別為1.19%和7.496mg/g，南部和北部主要以中等—好烴源巖為主；沙海組烴源巖在研究區(qū)南部最好，TOC和生烴潛量平均值分別為1.56%和3.44mg/g。另外，根據(jù)區(qū)塊內(nèi)完鉆井資料，結(jié)合區(qū)塊內(nèi)整體的構(gòu)造、沉積特征，并以鄰近區(qū)塊研究成果和重點探井相應(yīng)數(shù)據(jù)進行約束，分別繪制出騰2塊烴源巖TOC、熱解峰溫Tmax及烴源巖排烴量q排的平面分布圖（圖2）。從圖2b中可以看出，研究區(qū)中部騰C井附近烴源巖有機質(zhì)豐度最為優(yōu)越，TOC＞1.4%，S1+S2＞6.05mg/g。

圖2 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖屬性特征平面分布圖

表1 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖厚度統(tǒng)計表 單位：m

圖3 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖有機碳含量（a）、生烴潛量（b）統(tǒng)計直方圖

4 烴源巖有機質(zhì)類型特征

有機質(zhì)的類型決定了烴源巖油氣產(chǎn)出的性質(zhì)，有機質(zhì)類型越好，越有利于烴源巖油氣的生成。巖石熱解參數(shù)中的氫指數(shù)（IH）與烴降解率（D）可反映出有機質(zhì)來源和類型，是進行有機質(zhì)類型評價的常用參數(shù)[23-25]。

分析結(jié)果表明，九佛堂組氫指數(shù)最高，139個樣品點的氫指數(shù)一般分布在101.33～808.67mg/g，平均為439.2mg/g，其中氫指數(shù)在350～700mg/g范圍內(nèi)的樣品點占58.27%；沙海組氫指數(shù)較低，145個樣品點的氫指數(shù)一般分布在65.81～608mg/g，平均為219.17mg/g，其中氫指數(shù)在350～600mg/g范圍內(nèi)的樣品點占58.27%；從Tmax—IH關(guān)系圖（圖4a）可看出，九佛堂組烴源巖以Ⅱa—Ⅱb型為主，沙海組烴源巖以Ⅱb—Ⅲ型為主。九佛堂組烴降解率最高，139個樣品點的烴降解率一般分布在9.07%～77.14%，平均為40.44%，其中烴降解率在30%～70%范圍內(nèi)的樣品點占63.31%；沙海組烴降解率較低，145個樣品點的烴降解率一般分布在5.52%～51.27%，平均為18.59%，其中烴降解率在10%～30%范圍內(nèi)的樣品點占80%；從Tmax—D關(guān)系圖（圖4b）可看出，九佛堂組烴源巖部分樣品為Ⅰ型，但以Ⅱa—Ⅱb型為主，沙海組烴源巖以Ⅱb—Ⅲ型為主。

圖4 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖Tmax—IH（a）和Tmax—D（b）關(guān)系圖

平面上，研究區(qū)中部和北部九佛堂組的氫指數(shù)、烴降解率高于南部，中部和北部烴源巖類型以Ⅱb型為主，南部烴源巖類型以Ⅱa—Ⅱb型為主；沙海組烴源巖類型平面分布比較均勻，主要以Ⅱb—Ⅲ型為主。

另外，干酪根類型指數(shù)（KTI）可用來衡量干酪根類型，其在一定程度上具有恢復(fù)干酪根原始生烴潛力的能力。KTI是一個介于0～100之間的衡量有機質(zhì)生烴能力的數(shù)值指標(biāo)，其值越大，表明有機質(zhì)的生烴潛力越高[26]。縱向上，九佛堂組的KTI最高，平均為88.23%，有機質(zhì)類型最好；沙海組的KTI相對稍差，平均為74.1%，有機質(zhì)類型較好。平面上，九佛堂組的KTI在研究區(qū)中部最好，達(dá)到94.97%；沙海組平面分布較均勻，KTI指數(shù)差別不大。

綜上所述，雖然兩種分析結(jié)果略有差異，但總的特征表明騰2塊烴源巖類型以Ⅱa、Ⅱb型和Ⅲ型為主，部分樣品為Ⅰ型，其中九佛堂組烴源巖好于沙海組烴源巖。同時結(jié)合KTI值，騰2塊烴源巖總體屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖。

5 烴源巖有機質(zhì)成熟度特征

沉積巖中有機質(zhì)豐度和有機質(zhì)類型是生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，但有機質(zhì)只有達(dá)到一定的熱演化程度才能開始大量生烴[27-28]。有機質(zhì)成熟度代表了沉積有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的熱演化程度，是表征有機質(zhì)成烴有效性和產(chǎn)物性質(zhì)的重要參數(shù)[29]，較好的有機質(zhì)成熟度有利于油氣的大量生成。不同的有機質(zhì)類型，其成熟度指標(biāo)略有不同[16]，本文主要應(yīng)用Tmax來研究有機質(zhì)的成熟度特征，同時結(jié)合現(xiàn)有樣品點的鏡質(zhì)組反射率Ro分析數(shù)據(jù)加以評判。從Tmax數(shù)值特征來看（表2），九佛堂組烴源巖Tmax平均值最高，達(dá)到447℃，并且北部區(qū)域烴源巖的Tmax高于中部和南部區(qū)域，普遍達(dá)到生凝析油階段。整個區(qū)塊內(nèi)，騰2塊烴源巖熱演化程度整體上已經(jīng)達(dá)到生油階段，部分Ⅱ型烴源巖達(dá)到凝析油、濕氣階段，其中393個樣品達(dá)到生油階段，約占樣品總數(shù)的75%，120個樣品達(dá)到凝析油、濕氣階段，約占樣品總數(shù)的23%。平面上，騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖Tmax特征顯示其總體上處于低成熟—成熟階段（圖2c），由南向北Tmax逐漸增大，反映出烴源巖熱演化程度逐步加深，北部地區(qū)較高的有機質(zhì)成熟度得益于義縣組下部火山巖的廣泛發(fā)育，成藏時受較強的火山巖脈活動影響，促使烴源巖特別是九佛堂組烴源巖大面積處于成熟至高成熟階段[1-3]。

表2 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖Tmax統(tǒng)計

從Tmax與深度散點關(guān)系圖上看（圖5a），騰2塊烴源巖隨埋深增加Tmax逐漸增大，在埋深700m左右，Tmax發(fā)生調(diào)整，同時Ro數(shù)據(jù)的分布特征也與Tmax變化規(guī)律相一致，因此綜合來看，沙海組中部的烴源巖處于低成熟階段；埋深900m以后，九佛堂組烴源巖廣泛成熟，處于成熟階段。阜新組和義縣組的烴源巖只在研究區(qū)北部即騰B井附近有薄層分布，阜新組烴源巖總體上處于未成熟—低成熟階段，義縣組烴源巖則處于成熟階段。

6 烴源巖生排烴特征

生烴門限是指有機母質(zhì)演化過程中開始大量向油氣轉(zhuǎn)化的臨界地質(zhì)條件。隨著埋深的增加，干酪根逐漸成熟裂解為可溶有機質(zhì)，其間Tmax、S1/TOC隨埋深均有明顯的增加，其突變的深度節(jié)點可以確定烴源巖的生烴門限[17]。圖5b中沙海組S1/TOC數(shù)據(jù)點在350m左右出現(xiàn)了較為明顯的數(shù)值增大，表明此深度范圍油氣開始大量生成，但值得注意的是，沙海組中下部的烴源巖成烴條件變差，未有大量油氣生成，最為直接的證據(jù)就是該層段處樣品點Tmax值明顯小于440℃及Ro＜0.5%的成熟門限，烴源巖處于未成熟狀態(tài)。九佛堂組烴源巖的生烴門限在950m左右（圖5b)，但生烴特征具有周期旋回的特點，具體來說，九佛堂組烴源巖在埋深950m左右發(fā)育的第一套烴源巖進入生烴門限，大量生烴，而1150m埋深處的第二套烴源巖上部未能表現(xiàn)出很好的生烴特征，在埋深1200m處，烴源巖Tmax及Ro明顯處于成熟階段（圖5a)，其再次進入生烴門限，1500m以下的烴源巖總體上處于成熟階段下的生烴狀態(tài)。

圖5 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖生排烴模式圖

當(dāng)烴源巖生烴量飽和了自身吸附、孔隙水溶解、油溶解(氣)和毛細(xì)管封堵等多種形式的存留需要，就開始以游離相大量排運油氣，這一對應(yīng)的深度稱為排烴門限[30-31]。本文采用（S1+S2）/TOC分析主力烴源巖的排烴門限，當(dāng)樣品點的（S1+S2）/TOC數(shù)據(jù)位于外包絡(luò)線的極大值拐點處時，其對應(yīng)的深度即為排烴門限。從圖5c中可以看出，騰2塊沙海組烴源巖排烴門限在500m左右，與生烴門限對比后，反映出沙海組500m埋深以上的很大部分烴源巖不能實現(xiàn)有效的排烴；九佛堂組排烴門限在1050m左右，該層段烴源巖進入排烴門限后，即可大量排烴，單個樣品點峰值處的排烴量達(dá)到45.25mg/g，油氣轉(zhuǎn)化系數(shù)達(dá)到0.81，反映出較高的排烴效率。上述各層系烴源巖生排烴門限上的明顯差異反映出研究區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)烴源巖層經(jīng)受了不同的熱動力作用，具有不同的地溫場特征，具體來說，研究區(qū)下白堊統(tǒng)烴源巖經(jīng)受了第四紀(jì)更新世以來的新構(gòu)造運動，火山巖漿沿斷裂帶呈裂隙式噴溢至上部地層，形成大面積的玄武巖被，在此期間，九佛堂組受巖漿活動影響明顯，烴源巖大規(guī)模成熟，進入生排烴階段；而未受巖漿活動影響或影響較小的層段，烴源巖的生排烴能力就較差[18-19]。

依據(jù)程克明等[24]建立的有機質(zhì)原始生烴潛量恢復(fù)系數(shù)計算關(guān)系式，對研究區(qū)內(nèi)烴源巖的原始生烴潛量、原始生烴量、排烴量和油氣轉(zhuǎn)化系數(shù)進行了定量表征[16]，即烴源巖在生烴高峰期時，具有最大的生烴潛量即原始生烴潛量St及原始生烴量q生，而現(xiàn)今烴源巖的排烴量q排為原始生烴潛量St與現(xiàn)今生烴潛量（S0+S1+S2）的差值，對應(yīng)的烴源巖總的油氣轉(zhuǎn)化系數(shù)就是烴源巖原始生烴量與原始生烴潛量的比值。具體計算公式為：

式中 St——烴源巖原始生烴潛量，mg/g；

K——烴源巖熱演化分?jǐn)?shù)；

q生——烴源巖原始生烴量，mg/g；

q排——烴源巖排烴量，mg/g；

K轉(zhuǎn)——油氣轉(zhuǎn)化系數(shù)；

S0——烴源巖氣態(tài)烴量，mg/g；

S1——烴源巖液態(tài)烴量，mg/g；

S2——烴源巖殘余熱解烴量，mg/g。

高的原始生烴潛量與排烴量特征是促使烴源巖有效生排烴的必要條件。從原始生烴潛量、排烴量的對比分析可以看出，阜新組及下部義縣組的原始生烴潛量與排烴量都較小，同時油氣轉(zhuǎn)化系數(shù)也不高（表3、圖6），且烴源巖厚度不大，因此這兩組烴源巖對騰2塊油氣成藏的貢獻(xiàn)不大。相對而言，九佛堂組烴源巖的原始生排烴能力最好，并且在烴源巖周圍的砂巖儲層及火山巖儲層內(nèi)形成了很好的油氣顯示。從排烴量的平面分布圖上看（圖2d），騰2塊的中部和北部地區(qū)烴源巖單位質(zhì)量的排烴量最為可觀，平均排烴量達(dá)到5.8mg/g，顯示出較好的排烴能力；南部地區(qū)排烴能力相對較差，這與南部較低的烴源巖成熟度有關(guān)，即低的有機質(zhì)成熟度下，無大量油氣生成。

表3 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖定量評價數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

騰2塊南部的烴源巖（以近區(qū)塊邊部的騰A井為例）單層厚度不大，特別是沙海組，較差的原始生排烴能力是導(dǎo)致周邊砂巖儲層未見良好油氣顯示的重要因素（圖6）。區(qū)塊中部至北部，優(yōu)質(zhì)烴源巖的單層厚度變大，有機質(zhì)成熟度增大，原始生排烴量增大，油氣轉(zhuǎn)化效率提高，形成了較好的油氣分布。騰2塊儲層發(fā)育扇三角洲前緣相砂體，具有中孔低滲儲集特征，同時結(jié)合源儲匹配關(guān)系（圖7），油氣近源成藏，有效烴源巖分布是油氣成藏的首要條件，因此認(rèn)為在區(qū)塊中部和北部的九佛堂組內(nèi)，以厚度大、高效生排烴的優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育帶為根本條件[32]，進行有利開發(fā)區(qū)帶的優(yōu)選，是提高下一步開發(fā)成功率的重要思路。

圖6 騰2塊騰A井—騰C井—騰B井下白堊統(tǒng)烴源巖原始生烴潛量與排烴量連井對比剖面圖

圖7 騰2塊下白堊統(tǒng)烴源巖、儲層空間配置剖面示意圖

7 結(jié)論

（1）巖心、巖屑及井震資料結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況說明，烴源巖主要集中分布在白堊系沙海組和九佛堂組，巖性主要為灰色、深灰色泥頁巖，累計厚度在700m以上，其中沙海組烴源巖平均厚度為300.2m，九佛堂組烴源巖平均厚度為279.5m；平面上，北部地區(qū)沙海組和九佛堂組烴源巖在厚度和分布特征上，要好于南部地區(qū)。阜新組烴源巖盡管有機質(zhì)豐度較高，但是其成熟度較低，生排烴能力較差，同時因構(gòu)造抬升遭受剝蝕，烴源巖厚度薄，因此不作為優(yōu)質(zhì)烴源巖層。

（2）烴源巖基本評價參數(shù)分析顯示，騰2塊九佛堂組烴源巖有機質(zhì)豐度最高，為好烴源巖，有機質(zhì)類型以Ⅱa—Ⅱb型為主，處于生油—凝析油階段，部分樣品處于濕氣階段；沙海組烴源巖有機質(zhì)豐度次之，為中—好烴源巖，有機質(zhì)類型以Ⅱb—Ⅲ型為主，處于生油—凝析油階段?？傮w上看，騰2塊烴源巖有機質(zhì)豐度高，烴源巖類型以Ⅱa—Ⅱb型和Ⅲ型為主，熱演化程度達(dá)到生油階段。

（3）根據(jù)騰2塊烴源巖的S1/TOC、(S1+S2)/TOC、St與q排等參數(shù)特征，認(rèn)為九佛堂組烴源巖生、排烴門限分別為950m和1050m，沙海組烴源巖生、排烴門限分別為350m和500m;九佛堂組烴源巖St為13.26mg/g，q生為8.10mg/g，q排為7.68mg/g，其生油潛力要遠(yuǎn)好于沙海組烴源巖的生油潛力。區(qū)域上，由南向北，騰2塊烴源巖生排烴能力逐漸變強，儲層油氣顯示變好，鑒于騰2塊儲層物性及源儲匹配關(guān)系，建議在區(qū)塊中部和北部的九佛堂組優(yōu)選厚度大、生排烴效率高的烴源巖發(fā)育帶，進行有利開發(fā)區(qū)帶的評價。