遼東灣地區(qū)遼中凹陷東營組烴源巖評價(jià)

黃雪峰, 吳　偉,馮　磊，孔保平,李宣霖

(1.河南理工大學(xué),河南　焦作　454003; 2.鄭煤集團(tuán)超化煤礦,河南　鄭州　450000;3內(nèi)蒙古包頭鑫達(dá)黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古　包頭　014010)

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遼東灣地區(qū)遼中凹陷東營組烴源巖評價(jià)

黃雪峰1, 吳偉1,馮磊1，孔保平2,李宣霖3

(1.河南理工大學(xué),河南焦作454003; 2.鄭煤集團(tuán)超化煤礦,河南鄭州450000;3內(nèi)蒙古包頭鑫達(dá)黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古包頭014010)

依據(jù)烴源巖地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段和油氣地化理論，對遼東灣地區(qū)遼中凹陷東營組東二下段(Ed2-1)和東三段(Ed3)地層進(jìn)行了有機(jī)地化分析。在實(shí)驗(yàn)獲取總有機(jī)碳(TOC)、生烴潛量(S1+S2)、氫指數(shù)(IH)、氫碳比(H/C)、氧碳比(O/C)、最大熱解峰溫(Tmax)、鏡質(zhì)體反射率(Ro)等有機(jī)地化參數(shù)的基礎(chǔ)上，對有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度等進(jìn)行了系統(tǒng)分析，同時(shí)對東營組烴源巖進(jìn)行了綜合評價(jià)。研究表明，東二下段S1+S2集中在0～3 mg/g，TOC集中在0%～1.5%；東三段S1+S2集中分布在4～9 mg/g之間，TOC集中分布在1%～1.25%。東二下段有機(jī)質(zhì)類型主要是III型，東三段有機(jī)質(zhì)類型為II1、II2型。東二下段Ro<0.5，東三段Ro>0.5，并且隨著深度的增加?xùn)|三段烴源巖Ro相應(yīng)的增加。Tmax隨著深度的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的異?，F(xiàn)象，該種異常現(xiàn)象出現(xiàn)的原因與烴源巖有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)豐度之間存在很大關(guān)聯(lián)。

烴源巖；有機(jī)質(zhì)豐度；有機(jī)質(zhì)類型；成熟度

引言

遼東灣地區(qū)地層自下而上發(fā)育古近系孔店組、沙河街組、東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組，以及第四系平原組。前人研究成果表明，遼東灣地區(qū)存在多套烴源巖，包括沙河街組(沙一段-沙二段、沙三段)和東營組(東二段、東三段)以及尚未確定的沙四段-孔店組[1-4]。沙三段烴源巖以暗色泥巖、頁巖和褐色油頁巖為主；沙一段烴源巖類型有暗色泥巖、灰褐色油頁巖、鈣質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r；東二、三段烴源巖主要為暗色泥巖[4、5]。

遼中凹陷的沉降經(jīng)歷兩個(gè)主要構(gòu)造沉降期：沙三段沉積時(shí)期的快速斷陷和東三段沉積時(shí)期的快速斷陷。沙三段沉積期遼中凹陷以淺湖、半深湖為主。沙二段-沙一段沉積時(shí)期為穩(wěn)定的熱沉降階段，湖盆范圍擴(kuò)大，但水體變淺。沉積以濱淺湖相、淺湖相為主。東三段沉積時(shí)期以濱淺湖、淺湖、半深湖為主，沉積巨厚的暗色泥巖。東二段沉積時(shí)期主要以三角洲沉積為主，也發(fā)育有厚層暗色泥巖[2，5]。前人研究結(jié)果表明，沙河街組烴源巖以及東三段烴源巖有機(jī)質(zhì)含量高、成熟度高，在研究區(qū)對于油氣成藏的貢獻(xiàn)已經(jīng)得到證實(shí)。東二下段暗色泥巖是否是烴源巖，在多期成藏過程中貢獻(xiàn)如何等問題仍然存在很大爭議。筆者利用巖石熱解、有機(jī)碳分析、元素分析等有機(jī)地球化學(xué)手段對東營組烴源巖進(jìn)行綜合評價(jià)。

1　區(qū)域地質(zhì)條件

遼東灣地區(qū)指渤海東北部海域,是下遼河盆地向渤海海域的自然延伸,面積為2.6×104km2,為渤海灣盆地的一個(gè)次級構(gòu)造單元。遼東灣地區(qū)古近系劃分為三凹兩凸共5個(gè)次級構(gòu)造單元，自西向東依次是遼西凹陷、遼西低凸起、遼中凹陷、遼東凸起、遼東凹陷，各構(gòu)造單元均呈北東-南西向展布(圖1)。其中遼中凹陷面積最廣、古近系厚度最大、埋藏最深,為3個(gè)凹陷中規(guī)模最大者[6-8]。古近系東營組時(shí)期，東部以陡坡斷裂坡折帶與遼東凸起相連, 西部以同沉積緩坡坡折帶與遼西凸起過渡, 遼中凹陷長約200km, 寬約30km, 其古近系沉積厚度達(dá)6000m。凹陷受斷層影響可分為北、中、南3個(gè)次級洼陷, 北洼和中洼為東大斷西超的半地塹, 而南洼為雙向上超的凹陷。其中南洼以生油為主, 北洼則以生氣為主[9-11]。

圖1遼東灣坳陷區(qū)域構(gòu)造圖

Fig.1Tectonic setting of the Liaozhong depression, Liaodong Bay

2　實(shí)驗(yàn)方法和樣品采集

從JZ16-4-2井取得43塊泥巖樣品。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求按照國標(biāo)對所有樣品進(jìn)行集中處理[12-15]。按照巖石熱解分析、總有機(jī)碳分析等對樣品粒度的要求，對樣品研磨后先過80目篩，得到粒徑小于0.2mm能夠用于有機(jī)碳分析的樣品。再將剩余的樣品過50目篩，得到粒徑小于0.5mm用于巖石熱解分析的顆粒。元素分析對粒徑的要求比較小，可以把剩余的樣品混合均勻之后用于該實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行鏡質(zhì)體反射率實(shí)驗(yàn)之前先對樣品進(jìn)行切片、拋光。

2.1巖石熱解分析

在實(shí)驗(yàn)前先分析兩個(gè)約100g的同一標(biāo)樣，前期處理的樣品裝入干鍋，放入巖石熱解分析儀中，實(shí)驗(yàn)用儀器為中石油勘探開發(fā)研究院新研制的OGE-VI型熱解儀。樣品在氮?dú)饬骷訜徇^程中，排出游離的氣態(tài)烴、液態(tài)烴和熱解烴，由氫火焰離子化鑒定器檢測，用熱導(dǎo)鑒定器檢測排出的CO2，熱解后的殘余的有機(jī)質(zhì)加熱氧化生成的CO2，也由熱導(dǎo)鑒定器檢測[12]。然后得到各種我們需要的熱解參數(shù)，分別是S1、S2、S3和Tmax等。

2.2鏡質(zhì)體反射率測定

測定前選用一塊反射率值接近于待測樣品的標(biāo)樣來對儀器進(jìn)行標(biāo)定，將光片放在MPV-SP型顯微光度計(jì)的載物臺上,對準(zhǔn)焦距,用機(jī)械移動尺的移動光片在油浸條件下來進(jìn)行測定。測量的點(diǎn)在光片上會盡可能的均勻分布，測點(diǎn)數(shù)在20個(gè)以上[13]。

2.3總有機(jī)碳分析

采用美國力可(LECO)公司生產(chǎn)的CS-400碳硫測定儀分析烴源巖樣品中總有機(jī)碳含量。前期處理的樣品用鹽酸除去巖樣中的無機(jī)碳，在高溫氧氣流中燃燒，使總有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成CO2，經(jīng)紅外檢測器檢測并給出總有機(jī)碳的含量[14]。

2.4碳、氫、氧元素分析

利用元素分析儀(VARIO EL III)對樣品進(jìn)行碳、氫、氧元素的測定。在通入氧氣的高溫燃燒管中，樣品有機(jī)質(zhì)中的碳、氫、氮充分催化氧化燃燒分解。除去非檢測性氣體，含氧分子與裂解管中活性炭接觸轉(zhuǎn)換成一氧化碳。被檢測的氣體由色譜柱或硅膠柱分離，熱導(dǎo)檢測器檢測。有機(jī)質(zhì)中的氧在裂解管中高溫裂解反應(yīng)生成一氧化碳，由熱導(dǎo)檢測器或紅外檢測器檢測[15]。

JZ16-4-2井所取的泥巖樣測試統(tǒng)計(jì)結(jié)果包括所測項(xiàng)目在某一層位的最大值和最小值以及在該層位的平均值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

3　烴源巖評價(jià)

烴源巖評價(jià)主要從3個(gè)方面進(jìn)行：有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度。有機(jī)質(zhì)類型決定了烴源巖的成烴能力和性質(zhì)，控制著烴源巖產(chǎn)物的組成成分。有機(jī)質(zhì)的豐度和生烴潛量能夠反映出烴源巖內(nèi)的有機(jī)質(zhì)多少，顯示出烴源巖的潛在生烴能力。有機(jī)質(zhì)豐度和類型只能代表生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)的好壞,不等于生成油氣；有機(jī)質(zhì)只有達(dá)到一定的熱演化程度后才會大規(guī)模地生成烴類[16-17]。

3.1有機(jī)質(zhì)豐度

遼中凹陷東二下段生烴潛量(S1+S2)集中分布在0～3mg/g之間，東三段生烴潛量(S1+S2)集中分布在4～9mg/g之間；東二下段總有機(jī)碳(TOC)集中分布在0%～1.5%之間，東三段總有機(jī)碳(TOC)集中分布在1%～2.5%之間。根據(jù)中國陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[18]可知，東二下段烴源巖主要為差烴源巖，部分層位存在好烴源巖(圖2A)，東三段主要是好烴源巖以及最好烴源巖(圖2B)。根據(jù)生烴潛量和總有機(jī)碳的相對關(guān)系，總體評價(jià)為東三段有機(jī)質(zhì)豐度比東二下段好(圖3)。

表1樣品測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

Table 1Statistics of the analytical results of the organic geochemical parameters for the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

層位總有機(jī)碳含量TOC(%)游離烴S1(mg/g)熱解烴S2(mg/g)S1+S2(mg/g)氫指數(shù)IH(%)最大熱解峰溫Tmax(℃)鏡質(zhì)體反射率Ro(%)氫碳比H/C氧碳比O/C東二上段范圍0.26～1.270.02～0.130.10～1.820.12～1.9438.46～143.3405～4350.44～0.480.82～0.950.16～0.2平均0.630.060.580.6477.8422.10.460.890.16東二下段范圍0.61～1.660.11～0.500.83～7.171～7.6192.7～343.06429～4380.38～0.640.83～1.170.1～0.17平均1.140.280.432.72190.2432.40.480.140.14東三段范圍0.84～2.350.38～4.331.91～7.902.29～11.27137.8～427.0427～4430.4～0.730.69～1.270.08～0.17平均1.671.914.756.67287.5435.30.541.040.12

3.2有機(jī)質(zhì)類型

遼中凹陷有機(jī)質(zhì)類型的劃分依靠熱解氫指數(shù)(IH)和最高熱解峰溫(Tmax)兩個(gè)參數(shù)之間的相互關(guān)系，同時(shí)結(jié)合氫指數(shù)和氧指數(shù)彼此之間的關(guān)系來進(jìn)行。利用IO-IH圖(圖4A)和Tmax-IH圖版(圖4B)進(jìn)行有機(jī)質(zhì)類型的分析，從圖4中可知遼中凹陷東二下段有機(jī)質(zhì)類型主要為III和II2型，東三段有機(jī)質(zhì)類型主要為II1和II2型。總體來看，東三段有機(jī)質(zhì)類型比東二下段要好，生油潛能高。

3.3有機(jī)質(zhì)成熟度

烴源巖熱演化程度的評價(jià)，主要采用鏡質(zhì)體反射率(Ro，%)法和巖石熱解峰溫(Tmax，℃)法。根據(jù)鏡質(zhì)體反射率(Ro)和深度的相互關(guān)系得出，東二下段Ro主要小于0.5%，還未進(jìn)入成熟階段。東三段隨著深度的增加Ro也隨著增加，3300m以下的層位全部進(jìn)入成熟階段，如圖5A所示。根據(jù)最大熱解峰溫和深度的關(guān)系圖可知，東二下段Tmax大于435℃的樣品占17%，表明只有少量樣品進(jìn)入成熟階段。東三段Tmax大于435℃的樣品占55%，超過一半的測試樣品進(jìn)入成熟階段，沒有進(jìn)入高成熟階段的樣品(圖5)。

本文利用IES軟件對取樣井進(jìn)行盆地模擬得出了與上面類似的結(jié)果。東三段烴源巖大部分已經(jīng)進(jìn)入成熟階段，部分層位進(jìn)入高成熟階段；東二下段整體都處于未成熟階段(圖6)。

圖2遼中凹陷JZ16-4-2井東二下段、東三段S1+S2和TOC頻率分布直方圖

Fig.2Frequency histograms of S1+S2and TOC for the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

圖3遼中凹陷JZ16-4-2井東二下段、東三段S1+S2和TOC關(guān)系圖

Fig.3TOC vs. S1+S2for the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

4　討論

根據(jù)陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，東二下段主要是差烴源巖和較好烴源巖，東三段是好烴源巖和最好烴源巖。依據(jù)鏡質(zhì)體反射率(Ro)和深度的相互關(guān)系，東二下段烴源巖還未進(jìn)入成熟階段，東三段部分層位已經(jīng)進(jìn)入成熟階段，Ro隨著深度的增加而增大。最大熱解峰溫(Tmax)也是用以評價(jià)烴源巖成熟度的指標(biāo)，但該井所取樣品測試結(jié)果表明，隨著深度的增加，Tmax先增大后減小。這與理論上“隨著深度的增加Tmax增大”是不一致的。

根據(jù)圖2、圖3分析認(rèn)為，Tmax在東三段減小可能與有機(jī)質(zhì)類型以及有機(jī)質(zhì)的豐度之間存在一定的聯(lián)系。東三段有機(jī)質(zhì)類型主要為II1、II2型，東二下段為III型，同時(shí)東三段有機(jī)質(zhì)豐度比東二下段高。Tmax代表的是干酪根熱解S2峰的最大熱解生烴強(qiáng)度處所對應(yīng)的溫度。相同成熟度的烴源巖，不同類型有機(jī)質(zhì)顯微組分的生烴能力有差別。II型有機(jī)質(zhì)中樹脂體生烴潛力大，成烴門限和成烴高峰溫度均較低，這與東三段高有機(jī)質(zhì)豐度、低Tmax值相符；III型干酪根中惰質(zhì)體成烴高峰溫度較高，這與東二下段低有機(jī)質(zhì)豐度、高Tmax值相符。綜上所述，取樣井Tmax值先增大后減小的異?，F(xiàn)象可能與有機(jī)質(zhì)類型和豐度有關(guān)。

5　結(jié)論

本文通過對遼中凹陷東營組烴源巖地球化學(xué)分析，主要得出以下結(jié)論：

(1)東二下段總有機(jī)碳(TOC)含量主要分布在0%～1.5%之間，生烴潛量(S1+S2)主要集中在0～3mg/g之間，表現(xiàn)出中等烴源巖特征。但東二下段Ro<0.5%，處于未成熟階段，最終評價(jià)為差烴源巖；東三段總有機(jī)碳(TOC)含量主要集中在1%～2.5%之間，生烴潛量(S1+S2)集中分布在4～9mg/g范圍內(nèi)，并且Ro>0.5%，進(jìn)入成熟階段，表明東三段主要是好烴源巖。

圖4遼中凹陷JZ16-4-2井東二下段、東三段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型劃分

Fig.4Organic matter types in the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

圖5遼中凹陷JZ16-4-2井東二下段、東三段Ro、Tmax值隨深度變化圖

Fig.5Variations in Ro and Tmaxvalues as the function of depths of the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

圖6遼中凹陷JZ16-4-2井烴源巖熱演化模擬

Fig.6Model showing the thermal evolution of the source rocks from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

(2)根據(jù)熱解氫指數(shù)(IH)和最高熱解峰溫(Tmax)兩個(gè)參數(shù)以及氫指數(shù)(IH)和氧指數(shù)(IO)之間的關(guān)系，東二下段有機(jī)質(zhì)類型為III、II2型，東三段有機(jī)質(zhì)類型主要為II1、II2型，干酪根顯微組分中以殼質(zhì)組含量最高，生油潛能大。

(3)對遼中凹陷東營組有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度等綜合分析認(rèn)為，東三段烴源巖為好烴源巖，成熟度比較高。東二下段為差烴源巖。

(4)Tmax值先增大后減小的異?，F(xiàn)象可能與有機(jī)質(zhì)類型和豐度有關(guān)。

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Assessment of the source rocks from the Dongying Formation in the Liaozhong depression, Liaodong Bay

HUANG Xue-feng1, WU Wei1, Feng Lei1, KONG Bao-ping2, LI Xuan-lin3

(1.HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,Henan,China; 2.ZhengzhouCoalIndustry(Group)Co.,Ltd.,Zhengzhou450000,Henan,China; 3.XindaGoldMiningIndustryCo.,Ltd.,Baotou014010,InnerMongolia,China)

The present paper deals with the organic geochemical analysis and assessment of the source rocks from the lower submember of the 2nd member of the Dongying Formation (Ed2-1) and the 3rd member of the Dongying Formation (Ed3) in the Liaozhong depression, Liaodong Bay, with the emphasis on organic matter abundance, type and maturity based on the organic geochemical parameters such as total organic carbon (TOC), hydrocarbon potential (S1+S2), hydrogen index (IH), hydrogen/carbon ratios (H/C), oxygen/carbon ratios (O/C), maximum temperatures of thermolysis (Tmax) and vitrinite reflectance (Ro). The analytical results indicate that the source rocks from the lower submember of the 2nd member of the Dongying Formation (Ed2-1) display 0 to 3 mg/g for S1+S2, 0% to 1.5% for TOC, Ro<0.5% and III to II2types of organic matter, indicating immature or poor source rocks. The source rocks from the 3rd member of the Dongying Formation (Ed3) display 4 to 9 mg/g for S1+S2, 1% to 1.25% for TOC, Ro<0.5 and II1to II2types of organic matter, indicating mature or better source rocks.

source rock; organic matter abundance; organic matter type; maturity

1009-3850(2016)02-0081-06

2014-10-17； 改回日期： 2015-10-10

黃雪峰(1989-)，男，碩士研究生，主要從事油氣地質(zhì)和含油氣盆地分析的綜合研究。E-mail:hpu_10@163.com

TE121.1+.12

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