鄂爾多斯盆地南部旬-宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖特征及評(píng)價(jià)

侯 娟，曹建康，莊一鵬，邢麗娟，李國(guó)輝，張高源，王導(dǎo)麗

(1. 中國(guó)石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 南陽(yáng) 473132；2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 212005)

0 引言

鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7期是整個(gè)盆地湖盆發(fā)育的鼎盛時(shí)期[1-2]，半深湖—深湖相沉積了大面積富有機(jī)質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源巖，具有烴源巖厚度大、總有機(jī)碳豐度高及生烴潛量大等特征，是盆地中生界三疊系延長(zhǎng)組的主力烴源巖層系[3-6]，同時(shí)也是近年來(lái)鄂爾多斯盆地三疊系頁(yè)巖油勘探的重點(diǎn)層系[7-9]。

前人對(duì)該盆地三疊系烴源巖特征的研究工作多圍繞盆地斜坡區(qū)展開，并已取得了大量的研究成果[1-14]，位于盆地東南部的旬—宜探區(qū)的烴源巖特征分析尚未系統(tǒng)開展。為此，本次在對(duì)探區(qū)內(nèi)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖層系烴源巖進(jìn)行采樣的基礎(chǔ)上，利用地球化學(xué)指標(biāo)展開烴源巖評(píng)價(jià)；并參考區(qū)域資料，與周緣烴源巖特征進(jìn)行類比，旨在綜合評(píng)價(jià)該區(qū)長(zhǎng)7頁(yè)巖層系烴源巖特征，以期為建立鄂爾多斯盆地整體的烴源巖體系和加快勘探區(qū)下一步油氣勘探步伐提供一定的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

旬—宜探區(qū)地處鄂爾多斯盆地東南部，行政上，跨旬邑、宜君、黃陵三縣；構(gòu)造上，位于伊陜斜坡與渭北隆起結(jié)合部位(圖1)，總體上呈現(xiàn)出“南高北低、東高西低”的構(gòu)造格局；受印支、燕山及喜山運(yùn)動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂較盆地主體區(qū)發(fā)育，特別是工區(qū)東南部發(fā)育區(qū)域斷裂帶。晚三疊世長(zhǎng)7沉積期，整個(gè)湖盆快速擴(kuò)張，在南部形成大型湖泊，旬—宜探區(qū)位于沉積中心[11]，發(fā)育半深湖—深湖相沉積體系，沉積了一套半深湖—深湖相的優(yōu)質(zhì)烴源巖，為延長(zhǎng)組油氣藏的形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃分及研究區(qū)位置圖

2 烴源巖分布特征

作為三疊系延長(zhǎng)組主力烴源巖層系，長(zhǎng)7烴源巖分布范圍非常廣，尤其是長(zhǎng)7下部的“張家灘頁(yè)巖”是最優(yōu)質(zhì)的烴源巖，為研究區(qū)的油氣聚集提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)[12]。通過(guò)鉆井取心觀察，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7烴源巖主要呈深灰色、灰色、灰黑色，質(zhì)地較硬，多見1～2 cm黃鐵礦夾層，局部含凝灰?guī)r；包括灰黑色油頁(yè)巖、灰黑色碳質(zhì)泥巖、灰色泥巖等，以灰黑色油頁(yè)巖為主；測(cè)井曲線上則表現(xiàn)為高電阻、高伽馬、高聲波時(shí)差、自然電位負(fù)異常等特征。

2.1 平面分布特征

受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖層系整體埋藏淺，其中西北埋藏深，多大于1200 m；東北部、東南部埋深淺，頂面埋深為500～700 m。

通過(guò)對(duì)全區(qū)90余口鉆穿長(zhǎng)7油層組探井統(tǒng)計(jì)顯示，研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖整體呈NW—SE向展布，分布穩(wěn)定，累計(jì)厚度大，單井累計(jì)厚度超過(guò)70 m，一般厚度為30～50 m(圖2)，且中部厚度大，向北東、南西呈環(huán)帶狀遞減。整體上，區(qū)內(nèi)頁(yè)巖具分布廣、厚度大等特征，為油氣的富集提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)[13]。

圖2 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖累計(jì)厚度等值線圖

2.2 縱向分布特征

根據(jù)沉積旋回、測(cè)井響應(yīng)等特征，把延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組劃分為長(zhǎng)71、長(zhǎng)72和長(zhǎng)73等三個(gè)亞油層組；縱向上，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要發(fā)育在長(zhǎng)73中下部，其在測(cè)井曲線上表現(xiàn)出“高伽馬、低電位、高聲波時(shí)差和高電阻”的“三高一低”特征，俗稱“張家灘頁(yè)巖”，且區(qū)內(nèi)多數(shù)探井鉆遇，厚度在20～30 m之間；另外，長(zhǎng)71、長(zhǎng)72亞油層組也發(fā)育黑色頁(yè)巖和暗色泥巖(圖3)。

圖3 旬—宜探區(qū)烴源巖的縱向分布特點(diǎn)及測(cè)井響應(yīng)特征

3 烴源巖地球化學(xué)特征

為了搞清研究區(qū)長(zhǎng)7烴源巖特征，對(duì)Y2井長(zhǎng)7烴源巖層段巖心進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣和測(cè)試，結(jié)合W12、W56及野外露頭等少部分測(cè)試數(shù)據(jù)，綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征及生烴潛力，并與鄰區(qū)烴源巖特征進(jìn)行了對(duì)比分析。

由于全區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組埋深差異不大，故整個(gè)長(zhǎng)7油層組演化程度相當(dāng)，所以本次研究主要以Y2井長(zhǎng)7烴源巖測(cè)試結(jié)果說(shuō)明長(zhǎng)7烴源巖特征具有一定的代表性。

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是評(píng)價(jià)烴源巖優(yōu)劣及生烴潛量的重要指標(biāo)[3]，一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)質(zhì)豐度越高，體積越大，其生烴潛量越大[14]。本次采用有機(jī)碳含量和生烴潛量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)研究區(qū)長(zhǎng)7有機(jī)質(zhì)豐度。結(jié)果表明，三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖有機(jī)碳含量高，主要分布在2%～6%之間，平均7.6%(圖4)；且85%以上的樣品TOC含量大于2%；生烴潛量(S1+S2)平均值為31.1 mg/g，大于6 mg/g的樣品占總數(shù)的93.71%，大于20 mg/g的樣品占總數(shù)的46.83%，生烴潛量大。其次是灰色泥巖，有機(jī)碳主要分布在1%～2%之間，平均2.9%，生烴潛量平均7.5 mg/g(圖5)。另外，工區(qū)東南棋盤鎮(zhèn)頁(yè)巖礦TOC含量也較高，平均含量超過(guò)12%(表1)。根據(jù)我國(guó)“陸相烴源巖地球化學(xué)方法標(biāo)準(zhǔn)”[15]，綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)為長(zhǎng)7頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)為“好”至“最好”烴源巖。區(qū)內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐度較高的黑色頁(yè)巖和灰色泥巖具有較高的生排、烴能力，奠定了豐富的油源物質(zhì)基礎(chǔ)。

表1 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)

圖4 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

圖5 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7灰色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

烴源巖生烴潛量和烴類產(chǎn)物的特征與烴源巖中的有機(jī)質(zhì)類型緊密相關(guān)[16]。通過(guò)分析研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖的有機(jī)質(zhì)顯微組分、熱解參數(shù)及可溶有機(jī)質(zhì)族組分等，綜合判定延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型以Ⅱ1～Ⅱ2型為主。

3.2.1 干酪根顯微組分

烴源巖干酪根有機(jī)顯微組分能反映出母質(zhì)沉積時(shí)的特征、類型、沉積環(huán)境及熱演化特征[16]。干酪根有機(jī)顯微組分統(tǒng)計(jì)表明(表2)，延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖干酪根的殼質(zhì)組含量最高，平均體積分?jǐn)?shù)為85.7%；其次為鏡質(zhì)組，平均體積分?jǐn)?shù)為11.5%；惰質(zhì)組含量低，其體積分?jǐn)?shù)僅占2.8%；干酪根顯微組分三角圖上顯示，工區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要是Ⅱ1～Ⅱ2(圖6)。

表2 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖干酪根有機(jī)顯微組分

圖6 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖干酪根顯微組分三角圖

通過(guò)有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)(Ti)的計(jì)算可劃分出干酪根類型[17]。計(jì)算公式為Ti=[(φ腐泥組)×100+φ(殼質(zhì)組)×50-φ(鏡質(zhì)組)×75-φ(惰質(zhì)組)×100)]/100，其中，φ表示體積分?jǐn)?shù)。

計(jì)算結(jié)果顯示，Ti指數(shù)在0～80之間；綜合分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7烴源巖干酪根類型為Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根。

3.2.2 烴源巖熱解參數(shù)

巖石熱解參數(shù)也是用來(lái)劃分泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型的良好指標(biāo)[18]。本次研究熱解分析樣品40個(gè)，最高熱解峰溫(Tmax)分布在435℃～453℃之間，平均447℃；氫指數(shù)(IH)分布在(114～495)mg/g·TOC之間，平均286 mg/g·TOC；降解率(D)分布在10%～43%之間，平均27.5%。通過(guò)Tmax-D圖解(圖7a)，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主。但根據(jù)Tmax-IH圖解(圖7b)，樣品主要落在Ⅱ1～Ⅱ2型范圍內(nèi)；總體降解率(D)較高，認(rèn)為是有機(jī)質(zhì)生烴后運(yùn)移出去造成的，從而影響了Tmax-D圖解法對(duì)有機(jī)質(zhì)類型識(shí)別。

圖7 Tmax - D (a) 與Tmax - IH (b) 有機(jī)質(zhì)類型劃分圖

3.2.3 可溶有機(jī)質(zhì)族組分

可溶有機(jī)質(zhì)族組分特征能反映烴源巖的母質(zhì)類型。通過(guò)對(duì)Y2井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)族組分分析可知，飽和烴的含量為37.36%～58.75%，平均44.31%；芳烴含量為21.40%～27.84%，平均24.64%，非烴的含量為12.84%～20.15%，平均16.38%；“飽/芳比”為1.34～2.75，平均1.82；總體上，族組分表現(xiàn)為飽和烴、芳烴和非烴含量以及飽/芳比等較低，依據(jù)陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的可溶有機(jī)質(zhì)組成劃分標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5735-1995，認(rèn)為區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)為Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根(表3)。

表3 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)組分與有機(jī)質(zhì)類型劃分

根據(jù)干酪根顯微組分、巖石熱解及可溶有機(jī)質(zhì)組分等不同地球化學(xué)指標(biāo)綜合分析，認(rèn)為旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1～Ⅱ2型，類型較好，具有較大的生烴潛力。

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是評(píng)價(jià)烴源巖的重要指標(biāo)之一。其中，鏡質(zhì)體反射率(Ro)和最高熱解峰溫(Tmax)均是反映有機(jī)質(zhì)熱演化程度的常用指標(biāo)；Ro是有效加熱時(shí)間和溫度的函數(shù)，具有不可逆性。因此Ro是干酪根熱演化階段和成熟度的最佳參數(shù)，其值越大，則熱演化程度越高[16]。分析74個(gè)樣品的Tmax，主頻在441℃～450℃之間(圖8)；依據(jù)不同類型干酪根Tmax與Ro的關(guān)系(表4)，認(rèn)為區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)處于生油階段；鏡質(zhì)體反射率Ro在0.65%～0.82%之間，平均0.78%(表5)，均已經(jīng)進(jìn)入成熟階段，以生油為主，此時(shí)烴源巖具有很強(qiáng)的生、排烴能力[19]。

表4 我國(guó)烴源巖Tmax與Ro關(guān)系對(duì)應(yīng)范圍表[20]

表5 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖實(shí)測(cè)Ro統(tǒng)計(jì)

圖8 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖熱解Tmax值分布直方圖

3.4 飽和烴氣相色譜特征

通過(guò)對(duì)Y2井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖11個(gè)樣品飽和烴氣相色譜分析，認(rèn)為研究區(qū)長(zhǎng)7烴源巖的飽和烴色譜整體呈單峰態(tài)前峰型，主峰碳分布范圍在C17～C19之間，反映了烴源巖母質(zhì)類型以低等生物為主，如浮游生物、藻類等；結(jié)合區(qū)域沉積背景，認(rèn)為長(zhǎng)7油層組主要為深湖—半深湖相沉積(圖9)[19]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)(表6)，碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI)范圍為1.02～1.14，平均1.07；奇偶優(yōu)勢(shì)比(OEP)值范圍為0.96～1.07，平均1.0，反映了烴源巖正構(gòu)烷烴此時(shí)奇偶優(yōu)勢(shì)已經(jīng)基本消失，處于成熟生油階段；∑nC21-/∑nC22+比值范圍為1.5～3.08，平均2.19，也反映出正構(gòu)烷烴呈單峰態(tài)，低碳數(shù)組分占優(yōu)勢(shì)，顯示生油母質(zhì)以水生生物為主，類型較好；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)值范圍為3.1～6.67，平均4.79，表明研究區(qū)長(zhǎng)7烴源巖母質(zhì)沉積環(huán)境為還原環(huán)境，熱演化程度較高，已達(dá)到成熟演化階段[12]。

圖9 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖的飽和烴氣相色譜圖

前人研究認(rèn)為，一般在強(qiáng)還原條件下，烴源巖有機(jī)質(zhì)生成植烷(Ph)，而在氧化環(huán)境下生成姥鮫烷(Pr)，故通常用姥植比值(Pr/Ph)判別烴源巖沉積時(shí)的氧化還原條件，且當(dāng)Pr/Ph值<0.8時(shí)可判別為強(qiáng)還原環(huán)境，當(dāng)0.83.0時(shí)可判別為氧化環(huán)境[19，21]。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(表6)，旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)姥植比值(Pr/Ph)在0.72～1.18之間，平均0.86；Pr/nC17在0.13～0.24之間，平均0.17；Pr/nC18在0.11～0.33之間，平均0.20；這些均進(jìn)一步反映研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高，主要為還原環(huán)境沉積。

表6 旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖飽和烴色譜參數(shù)統(tǒng)計(jì)(Y2井)

4 綜合評(píng)價(jià)

為了進(jìn)一步明確旬—宜探區(qū)長(zhǎng)7烴源巖的特征，本次通過(guò)區(qū)域資料調(diào)研，展開區(qū)內(nèi)與區(qū)域上油氣勘探取得較好效果的慶城地區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖特征進(jìn)行對(duì)比：從平面分布來(lái)看，旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖廣泛發(fā)育，呈NW—SE向展布，且中部厚度大，向北東、南西方向呈環(huán)帶狀遞減，厚度在30～40 m之間，與西北華池—慶城一帶相當(dāng)[22]；從豐度來(lái)看，慶城地區(qū)長(zhǎng)7黑色頁(yè)巖TOC含量為6%～16%，平均13.8%，旬—宜探區(qū)黑色頁(yè)巖TOC平均7.6%，研究區(qū)豐度比慶城地區(qū)差；從類型上慶城地區(qū)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)干酪根類型以Ⅱ1～I(xiàn)型為主，明顯好于旬—宜探區(qū)；從成熟度來(lái)看，旬—宜探區(qū)長(zhǎng)7烴源巖成熟度，低于慶城地區(qū)長(zhǎng)7烴源巖成熟度(Ro在0.7%～1.1%之間)(表7)。

表7 旬—宜及鄰區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖綜合評(píng)價(jià)對(duì)比

雖然區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型及成熟度均略差于慶城地區(qū)；但整體上，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7烴源巖頁(yè)巖分布廣、厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度較高；干酪根類型為Ⅱ1～Ⅱ2型，熱演化程度適中，處于大量生烴的成熟階段，有利于孔隙的形成，對(duì)油氣的賦存起積極作用，仍具有較大的資源潛力。

5 結(jié)論

綜合分析鄂爾多斯盆地旬—宜探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖厚度及平面分布情況、總有機(jī)碳和生烴潛量(S1+S2)等，認(rèn)為研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度大、分布廣、豐度高，具有較好的生烴潛力，總體評(píng)價(jià)為“好”烴源巖。

據(jù)有機(jī)質(zhì)干酪根顯微組分、熱解參數(shù)、氫指數(shù)及降解率(D)等參數(shù)分析，認(rèn)為長(zhǎng)7烴源巖干酪根類型以Ⅱ1～Ⅱ2型為主；根據(jù)熱解參數(shù)和鏡質(zhì)體反射率(Ro)分析，最高熱解峰溫(Tmax)在443℃～453℃之間，平均447℃；Ro在0.70%～0.82%之間，平均0.78%，熱演化程度適中，已達(dá)到成熟階段和排烴門限，為有效烴源巖，飽和烴氣相色譜分析認(rèn)為其形成于還原環(huán)境下陸相淡水湖盆的低等水生生物?？傊芯繀^(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖具備較大的生烴潛力，可為延長(zhǎng)組油氣富集提供豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。