渤海灣盆地饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源灶精細(xì)評(píng)價(jià)

王　浩，王飛宇,1b，周仁志，金鳳鳴，馬學(xué)峰，趙賢正（1.中國(guó)石油大學(xué)a.地球科學(xué)學(xué)院，b.油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京1049；.中國(guó)石油華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北任丘0655）

渤海灣盆地饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源灶精細(xì)評(píng)價(jià)

王浩1a，王飛宇1a,1b，周仁志1a，金鳳鳴2，馬學(xué)峰2，趙賢正2
（1.中國(guó)石油大學(xué)a.地球科學(xué)學(xué)院，b.油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；2.中國(guó)石油華北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北任丘062552）

饒陽(yáng)凹陷是渤海灣盆地富油氣凹陷之一，主力烴源巖為古近系沙三段湖相暗色泥巖，具高度非均質(zhì)性。應(yīng)用烴源巖測(cè)井地球化學(xué)評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)32口探井進(jìn)行分析，將離散的實(shí)測(cè)總有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)變成連續(xù)的數(shù)據(jù)。根據(jù)總有機(jī)碳含量與氫指數(shù)相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)烴源巖非均質(zhì)性的分級(jí)評(píng)價(jià)，得出有機(jī)相C相和D/E相的烴源巖厚度分布模型；利用井底測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和古溫標(biāo)參數(shù)，精細(xì)標(biāo)定饒陽(yáng)凹陷地溫場(chǎng)和烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度；應(yīng)用Trinity3D油氣系統(tǒng)精細(xì)評(píng)價(jià)了烴源灶排烴強(qiáng)度，沙三段烴源灶排油強(qiáng)度為1.0×106~5.4×106t/km2，排氣強(qiáng)度為0.5×108~22.0×108m3/km2.

渤海灣盆地；饒陽(yáng)凹陷；沙三段；湖相烴源巖；烴源灶

勘探家已認(rèn)識(shí)到確定富烴凹陷對(duì)于勘探?jīng)Q策的重要性，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到只有精細(xì)描述富烴凹陷，才能真正認(rèn)識(shí)盆地和區(qū)帶的資源潛力。精細(xì)表征富烴凹陷需要對(duì)烴源灶作出定量分析，烴源灶是指地質(zhì)歷史中生成和排出大量油氣的烴源巖發(fā)育區(qū)，用單位面積的生烴量和排烴量表征。要實(shí)現(xiàn)烴源灶定量評(píng)價(jià)必須解決3個(gè)問(wèn)題:一是烴源巖體非均質(zhì)性的精細(xì)評(píng)價(jià)；二是烴源巖的生烴動(dòng)力學(xué)和生排烴模型；三是盆地的熱歷史和烴源巖的生烴歷史。

目前油氣勘探用暗色泥巖厚度代表烴源巖厚度，烴源巖特征賦值則采用目前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)平均值，這種做法基本上忽視了烴源巖的強(qiáng)非均質(zhì)性。筆者應(yīng)用測(cè)井資料與烴源巖巖心分析數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，將離散的實(shí)測(cè)總有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)變成連續(xù)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了全井段烴源巖的評(píng)價(jià)，進(jìn)而利用湖相烴源巖氫指數(shù)與總有機(jī)碳含量的關(guān)系對(duì)烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)，對(duì)不同類別的烴源巖進(jìn)行賦值，實(shí)現(xiàn)對(duì)饒陽(yáng)凹陷古近系沙河街組三段（以下簡(jiǎn)稱沙三段）烴源灶的精細(xì)評(píng)價(jià)。

饒陽(yáng)凹陷位于渤海灣盆地冀中坳陷中部,是一個(gè)東斷西超的新生代箕狀凹陷，面積約6 300 km2，研究區(qū)發(fā)育任西、馬西、河間—肅寧、饒南等4個(gè)洼槽（圖1）[1-4]。饒陽(yáng)凹陷是渤海灣盆地富烴凹陷之一[5-8]，主力烴源巖為古近系沙三段（Es3）和沙一段（Es1）湖相暗色泥巖，主要分布在4個(gè)洼槽中，為饒陽(yáng)凹陷油藏的形成提供了充足的油源，探明油氣儲(chǔ)量占華北油田全區(qū)總量的70%，資源豐度高，潛力巨大[9-10]。本文主要對(duì)沙三段烴源灶進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)。

圖1　饒陽(yáng)凹陷構(gòu)造位置及分區(qū)

1　烴源灶精細(xì)表征

1.1烴源巖測(cè)井地球化學(xué)評(píng)價(jià)

用測(cè)井曲線可以識(shí)別高豐度烴源巖并對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行定量解釋，最經(jīng)典的方法為ΔlogR法，該方法以電阻率和聲波時(shí)差的疊合為手段，將2條曲線重合部分作為基線，將2條曲線的幅度差記為ΔlogR，其公式如下：

式中R——電阻率，Ω·m；

Δt——聲波時(shí)差，μs/m.進(jìn)而根據(jù)ΔlogR與實(shí)測(cè)總有機(jī)碳含量建立的線性關(guān)系計(jì)算出全井段的總有機(jī)碳含量[11]，國(guó)內(nèi)有很多學(xué)者也應(yīng)用此方法對(duì)烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，并取得了很好的效果[9,12-14]。

選取饒陽(yáng)凹陷中地球化學(xué)數(shù)據(jù)多、測(cè)井資料完整的井作為關(guān)鍵井來(lái)建立計(jì)算公式，再將公式用于相似地質(zhì)條件的井中，通過(guò)對(duì)32口探井的分析實(shí)現(xiàn)整個(gè)凹陷烴源巖的定量評(píng)價(jià)（圖1）。選取西9井和馬99井等7口井分別建立計(jì)算公式，結(jié)果表明，實(shí)測(cè)總有機(jī)碳含量與ΔlogR計(jì)算總有機(jī)碳含量的相關(guān)性較好（圖2），擬合公式合理。

圖2　馬99井ΔlogR計(jì)算總有機(jī)碳含量與實(shí)測(cè)總有機(jī)碳含量相關(guān)關(guān)系

1.2烴源巖非均質(zhì)性

烴源巖普遍具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性[15-16],即使同為暗色泥巖，總有機(jī)碳含量和氫指數(shù)也會(huì)隨深度發(fā)生明顯的變化，甚至可以相差1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，給烴源巖特征賦值帶來(lái)很大的困難。利用烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)烴源巖的有機(jī)相進(jìn)行分類[17]，實(shí)現(xiàn)對(duì)烴源巖的分級(jí)評(píng)價(jià)，可以很好地解決烴源巖的非均質(zhì)性問(wèn)題。

文獻(xiàn)［18］對(duì)全球范圍內(nèi)湖相烴源巖的巖石熱解數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，認(rèn)識(shí)到湖相烴源巖的氫指數(shù)與總有機(jī)碳含量有很好的相關(guān)性。根據(jù)文獻(xiàn)［17］的分類方案和文獻(xiàn)［19］的研究，將有機(jī)相的表征簡(jiǎn)化為總有機(jī)碳含量層段的劃分，對(duì)于陸相烴源巖，總有機(jī)碳含量大于2%的烴源巖歸為有機(jī)相C相，總有機(jī)碳含量為1% ~2%的烴源巖歸為有機(jī)相D/E相，總有機(jī)碳含量小于1%的烴源巖歸為有機(jī)相F相。湖相沉積環(huán)境有著多變的沉積體系，包含了C相、D/E相和F相。C相主要發(fā)育在陸相湖泊環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為淡水藻類和細(xì)菌，屬于傾油性源巖。D/E相和F相是傾氣的，主要發(fā)育在陸源有機(jī)質(zhì)較多的環(huán)境。

饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源巖的氫指數(shù)與總有機(jī)碳含量存在很好的相關(guān)性（圖3）。沙三段烴源巖的氫指數(shù)隨著總有機(jī)碳含量的增加而增加，當(dāng)總有機(jī)碳含量小于2%時(shí)，氫指數(shù)隨總有機(jī)碳含量的增加快速增加，在總有機(jī)碳含量大于3%時(shí)趨于穩(wěn)定。在不同總有機(jī)碳含量區(qū)間，烴源巖的氫指數(shù)也不同：總有機(jī)碳含量大于2%的C相烴源巖，初始?xì)渲笖?shù)大于500 mg/g，其顯微組分以湖相藻類體為主[20-21]；總有機(jī)碳含量為1% ~2%的D/E相烴源巖，初始?xì)渲笖?shù)為300~400 mg/g，其鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的含量相對(duì)增加[20-21]；總有機(jī)碳含量小于1%的F相烴源巖初始?xì)渲笖?shù)小于200 mg/g.雖然有些樣品會(huì)由于成熟度導(dǎo)致氫指數(shù)下降，但數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果仍可以反映不同有機(jī)相烴源巖的整體情況。根據(jù)氫指數(shù)和總有機(jī)碳含量的相關(guān)關(guān)系，對(duì)烴源巖進(jìn)行特征賦值，可以實(shí)現(xiàn)烴源灶的精細(xì)表征。

圖3　饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源巖總有機(jī)碳含量與氫指數(shù)關(guān)系

圖4　饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源巖總有機(jī)碳含量垂向展布

2　高豐度烴源巖識(shí)別

始新世沙三段沉積早中期，饒陽(yáng)凹陷東部邊界斷層強(qiáng)烈活動(dòng)，靠近東部陡帶的洼槽區(qū)快速下陷，可容空間迅速擴(kuò)大，發(fā)生了饒陽(yáng)凹陷的首次大規(guī)模湖侵，并進(jìn)入擴(kuò)張深陷充填階段，形成了廣湖盆、深水體的沉積格局。至沙三段沉積中期湖侵范圍最大，淺—半深湖沉積的暗色泥巖形成了冀中坳陷最重要的烴源巖[19,21]，主要分布在馬西洼槽、任西洼槽、河間—肅寧洼槽和饒南洼槽。圖4為過(guò)饒南洼槽、河間—肅寧洼槽及馬西洼槽的強(qiáng)21井—留3井—寧古4井—馬99井剖面沙三段高豐度烴源巖的垂向和側(cè)向展布特征。

烴源巖測(cè)井地球化學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，饒南洼槽和河間—肅寧洼槽的沙三段C相和D/E相烴源巖主要發(fā)育在沙三段中上部，饒南洼槽（強(qiáng)21井，留3井）的沙三段下部發(fā)育紫紅色泥巖，指示偏氧化環(huán)境，不利于有機(jī)質(zhì)的保存，沒(méi)有優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育。肅寧洼槽（寧古4井）同樣在沙三段下部發(fā)育紫紅色泥巖，但厚度比留3井小，整體上可看出沙三段烴源巖在肅寧洼槽比饒南洼槽更為發(fā)育。馬99井處于馬西洼槽的邊緣，整個(gè)沙三段均有優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育，沙三段下部烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度更高，烴源巖與砂巖呈互層狀，累計(jì)厚度大，馬西洼槽的沙三段烴源巖在整個(gè)凹陷中最為發(fā)育。

在地震數(shù)據(jù)建立的地質(zhì)格架下，根據(jù)烴源巖測(cè)井地球化學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合考慮地層厚度與沉積相，采用相關(guān)網(wǎng)格化技術(shù)編制出饒陽(yáng)凹陷的沙三段烴源巖總有機(jī)碳含量大于2%和總有機(jī)碳含量1%~2%的烴源巖厚度圖（圖5）。從烴源巖厚度空間分布來(lái)看，整體上沙三段的烴源巖僅在主洼槽區(qū)域呈帶狀分布，高豐度烴源巖在馬西洼槽最為發(fā)育，總有機(jī)碳含量大于2%的C相烴源巖累計(jì)厚度可達(dá)160 m.肅寧洼槽、饒南洼槽烴源巖發(fā)育的厚度逐漸減薄，主要發(fā)育在沙三段的中上段，C相烴源巖發(fā)育的厚度并不大，累計(jì)厚度為20~80 m，有機(jī)碳含量也不高。總有機(jī)碳含量為1%~2%的D/E相烴源巖累計(jì)厚度為20~180 m，肅寧洼槽較為發(fā)育。

圖5　饒陽(yáng)凹陷沙三段高豐度烴源巖厚度平面分布

利用烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)，可以對(duì)烴源巖的非均質(zhì)性進(jìn)行精細(xì)的刻畫(huà)，但需要注意的是，這種方法也存在著一定的局限性。在實(shí)際的勘探開(kāi)發(fā)中，探井在泥巖段的取心很少，這也就影響了與測(cè)井資料擬合的精度，甚至有很多探井并未鉆穿或鉆遇烴源巖層段。在這種情況下，需要根據(jù)地震層序和沉積相的研究進(jìn)行合理的外推，但這種推斷存在較大的不確定性。

3　沙三段烴源灶定量表征

3.1地溫場(chǎng)特征

根據(jù)饒陽(yáng)凹陷60個(gè)井底測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)擬合，地表溫度約為10℃，平均地溫梯度為3.2℃/hm，由于饒陽(yáng)凹陷發(fā)育多個(gè)隆起帶和洼陷，導(dǎo)致了地溫場(chǎng)的變化很大。一般隆起帶的地溫梯度較高，而洼陷的地溫梯度較低（圖6）。斜坡帶、隆起帶以及古潛山的地溫梯度為3.4~5.0℃/hm，洼槽區(qū)域的地溫梯度為2.9~3.3℃/hm.由于饒陽(yáng)凹陷主體屬于持續(xù)沉降，可以近似認(rèn)為現(xiàn)今的地溫為地質(zhì)時(shí)期地層的最高溫度，由此可以確定不同位置的門限深度，進(jìn)一步進(jìn)行生烴量和排烴量的模擬計(jì)算。

圖6　饒陽(yáng)凹陷地溫梯度平面分布

圖7　饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源巖鏡質(zhì)體反射率、烴指數(shù)和產(chǎn)率指數(shù)與深度關(guān)系

3.2沙三段烴源巖有機(jī)成熟度

烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好是生成大量油氣的基礎(chǔ)，而烴源巖的轉(zhuǎn)化程度則是油氣勘探的關(guān)鍵，因此，需要準(zhǔn)確標(biāo)定烴源巖的成熟度。結(jié)合巖石熱解數(shù)據(jù)和鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確標(biāo)定烴源巖的有機(jī)成熟度，本次研究收集了饒陽(yáng)凹陷4口井65個(gè)測(cè)點(diǎn)的鏡質(zhì)體反射率，30余口井240余個(gè)巖石熱解數(shù)據(jù)。根據(jù)很多學(xué)者的研究，鏡質(zhì)體反射率在0.5%左右為生油門限，初步得出饒陽(yáng)凹陷的生油門限深度約為2 800 m（圖7a），這與文獻(xiàn)［19］研究得出的結(jié)論是一致的。

巖石熱解資料（烴指數(shù)和產(chǎn)率指數(shù)）用于標(biāo)定烴源巖的成熟度，是由于隨著烴源巖的成熟度增加，生成的油氣量越來(lái)越多，而導(dǎo)致烴源巖所含的可溶烴（殘留油氣）逐漸增大，同時(shí)生烴潛力逐漸變小，因此，可以用烴指數(shù)和產(chǎn)率指數(shù)來(lái)判斷生油成熟度[22]。饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源巖的烴指數(shù)隨深度的變化如圖7b，在2 800~3 000 m時(shí)，烴指數(shù)隨深度的增加而增加，表明此時(shí)烴源巖開(kāi)始生烴。高豐度烴源巖在5 000 m左右時(shí)烴指數(shù)達(dá)到最大，隨后開(kāi)始降低，表明此時(shí)烴源巖開(kāi)始大量生成油氣并排出。由此可以推斷，饒陽(yáng)凹陷平均的生油門限約為2 800 m，在2 800~4 000 m時(shí)，烴源巖處于低成熟—成熟階段，大于4 000 m時(shí)，烴源巖處于生油高峰階段。

產(chǎn)率指數(shù)隨深度的變化規(guī)律如圖7c，在深度小于2 800 m時(shí)，產(chǎn)率指數(shù)變化不大，在深度大于2 800 m時(shí)，產(chǎn)率指數(shù)隨深度增加而增加，表明了烴源巖成熟門限在2 800 m.

3.3沙三段烴源巖排烴強(qiáng)度

根據(jù)文獻(xiàn)［18］對(duì)中國(guó)東部湖相烴源巖大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，按照文獻(xiàn)［17］有機(jī)相的分類和生烴動(dòng)力學(xué)模式可以較好描述烴源巖的生烴過(guò)程。選取有機(jī)相C相和D/E相烴源巖的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，利用Trini?ty軟件模擬得出沙三段烴源巖的排油強(qiáng)度和排氣強(qiáng)度（圖8）。

從圖8可以看出，排油強(qiáng)度和排氣強(qiáng)度在凹陷中心較高，任西洼槽、馬西洼槽、河間—肅寧洼槽以及饒南洼槽的排油強(qiáng)度為1.0×106~5.4×106t/km2，其中馬西洼槽和肅寧洼槽的烴源巖整體成熟度較高，烴源巖轉(zhuǎn)化率較高，排油強(qiáng)度最大可達(dá)5.4×106t/km2。任西洼槽和馬西洼槽的排氣強(qiáng)度相對(duì)較小，一般為0.5×108~ 5.8×108m3/km2.河間—肅寧洼槽以及饒南洼槽的排氣強(qiáng)度較大，一般為3×108~22×108m3/km2.從勘探角度而言，饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源巖在洼槽區(qū)排烴強(qiáng)度大，具有豐富的油氣資源，保證了深層勘探目標(biāo)的油氣供給。因而，饒陽(yáng)凹陷的深層潛山和古近系巖性圈閉是勘探的重要方向。

圖8　饒陽(yáng)凹陷沙三段烴源巖排烴強(qiáng)度

4　結(jié)論

（1）用ΔlogR方法進(jìn)行烴源巖測(cè)井地球化學(xué)評(píng)價(jià)可以實(shí)現(xiàn)全井段烴源巖的評(píng)價(jià)，進(jìn)而根據(jù)湖相烴源巖氫指數(shù)與總有機(jī)碳含量的關(guān)系對(duì)不同有機(jī)相烴源巖進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)。

（2）饒陽(yáng)凹陷沙三段發(fā)育的高豐度烴源巖主要呈帶狀分布在4個(gè)洼槽區(qū)，C相烴源巖的厚度為20~160 m. D/E相烴源巖厚度為20~180 m.烴源巖整體上從饒南洼槽到馬西洼槽逐漸變厚，有機(jī)質(zhì)豐度變高。

（3）利用井底測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)確定了饒陽(yáng)凹陷的地溫梯度為2.9~5.0℃/hm，結(jié)合鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)，巖石熱解數(shù)據(jù)精細(xì)標(biāo)定饒陽(yáng)凹陷的熱史，全區(qū)烴源巖的生油門限約為2 800 m.沙三段烴源灶主洼槽排油強(qiáng)度為1.0×106~5.4×106t/km2，排氣強(qiáng)度為0.5×108~22.0× 108m3/km2.

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Fine Evaluation of Es3Source Kitchen in Raoyang Sag,Bohai Bay Basin

WANG Hao1a,WANG Feiyu1a,1b,ZHOU Renzhi1a,JIN Fengming2,MA Xuefeng2,ZHAO Xianzheng2
(1.ChinaUniversity of Petroleum,a.School of Geosciences,b.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, Beijing102249,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Huabei Oilfield Company, PetroChina,Renqiu,Hebei 062552,China)

Raoyang sag is one of hydrocarbon-rich sags in Bohai Bay basin,its major source rock is Es3lacustrine dark mudstone with strong heterogeneity.Analysis of 32 exploration wells by source rock logging evaluation technique converts the discrete measured TOC data into continuous data.According to the correlation between TOC and HI,the grading evaluation of heterogeneity of the source rock is pre?sented,obtaining the thickness distribution models in terms of C and D/E organic facies.The bottom hole temperature and paleo?tempera?ture scale parameters are applied to calibrate distribution of geotemperature field and maturity of source rocks in Raoyang sag.Trinity3D petroleum system is used to evaluate the hydrocarbon expulsion intensity of the source kitchen,which shows that the oil expulsion intensity ranges from 1.0×106t/km2to 5.4×106t/km2,while the gas expulsion intensity is between 0.5×108m3/km2and 22×108m3/km2.

Bohai Bay basin;Raoyangsag;Es3;lacustrine source rock;source kitchen

TE112.115

A

1001-3873（2015）04-0423-07

10.7657/XJPG20150408

2015-01-27

2015-04-15

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)（2008ZX05007-001）

王浩（1991-），男，遼寧阜新人，碩士研究生，油氣地質(zhì)，（Tel）13051250957（E-mail）herbert_wh@163.com.