低勘探程度地區(qū)烴源巖綜合評價
——以塔里木盆地西南拗陷石炭系烴源巖為例

廖　曉，王震亮，范昌育，于常青

(1.西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實驗室/地質(zhì)學(xué)系,陜西 西安　710069;2.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所，北京　100037)

中國低勘探程度地區(qū)油氣資源豐富,探明率低,潛力巨大,將是今后中國油氣勘探的重要領(lǐng)域[1-2]。烴源巖發(fā)育程度及其質(zhì)量是低勘探程度地區(qū)早期研究的最基本問題,決定了其勘探價值的高低[3]。針對低勘探程度地區(qū)鉆井和巖心樣品缺少的現(xiàn)狀,劉震等[3]以層序地層格架分析法和地球物理預(yù)測技術(shù)為基礎(chǔ),分別研究了低勘探程度盆地?zé)N源巖的空間展布、厚度和成熟度特征。張寒和朱光有[4]利用地震反射特征追蹤烴源巖的空間展布,預(yù)測無鉆井區(qū)域的烴源巖分布及其特征;運(yùn)用基于聲波時差、電阻率和密度等測井信息建立的模型公式，計算出了烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度。曹強(qiáng)等[2]基于地質(zhì)類比原理,綜合運(yùn)用地球物理及盆地模擬等技術(shù),建立了在類比分析地震反射特征、確定烴源巖質(zhì)量及展布層位的基礎(chǔ)上,分別應(yīng)用地震屬性方法和盆地模擬技術(shù)預(yù)測烴源巖的厚度及成熟度,最終對烴源巖進(jìn)行綜合評價。馮常茂等[5]從鉆井出發(fā),井震結(jié)合,并結(jié)合沉積相,預(yù)測了有效烴源巖的分布范圍。陳宇航等[6]利用地震和少量測井資料,應(yīng)用FAUST公式和ΔlgR法,建立了少井約束地震預(yù)測有機(jī)碳含量的模擬。杜江民等[7]對比研究了測井曲線疊合模型和多元回歸方程模型兩種定量預(yù)測烴源巖有機(jī)碳含量的方法,優(yōu)選多元回歸方程模型對柴達(dá)木盆地上干柴溝組下段烴源巖進(jìn)行了評價,取得了良好的效果。但是，前人的研究更多地側(cè)重于烴源巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、熱演化成熟度等某一單方面,并沒有對烴源巖的各方面特征進(jìn)行綜合評價。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,篩選出烴源巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化成熟度3個評價參數(shù),綜合考慮烴源巖沉積時的巖性、展布范圍、厚度及有機(jī)碳含量等內(nèi)在屬性和沉積之后的外在演化兩個方面的特征,構(gòu)建了等效有機(jī)碳厚度參數(shù)；充分考慮到烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度下限和是否進(jìn)入到成熟演化階段的問題,利用等效有機(jī)碳厚度和鏡質(zhì)體反射率參數(shù)的交會疊合,建立了低勘探程度地區(qū)烴源巖綜合評價方法。同時，以塔里木盆地西南拗陷為研究對象，運(yùn)用此方法對其石炭系烴源巖進(jìn)行了綜合評價,預(yù)測有利烴源巖的展布,并結(jié)合實際勘探情況,檢驗此種評價方法的合理性。

1　評價參數(shù)

傳統(tǒng)的烴源巖評價主要集中在烴源巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度方面。其中,有機(jī)質(zhì)類型是干酪根有利于生成石油或者天然氣的一種趨勢,能否將這種潛在優(yōu)勢發(fā)揮出來，在很大程度上取決于后期熱演化程度的高低。低勘探程度地區(qū)現(xiàn)今的首要任務(wù)是尋找油氣藏,研究尚未進(jìn)入到細(xì)分油藏與氣藏的階段,因此在對其烴源巖評價時有機(jī)質(zhì)類型參數(shù)可以忽略。本研究過程中,選擇烴源巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度和有機(jī)質(zhì)成熟度3個參數(shù),主要從烴源巖沉積時的內(nèi)在屬性和沉積之后的外在演化特征兩個方面對其進(jìn)行評價。

烴源巖沉積時的內(nèi)在屬性主要包含烴源巖的厚度和總有機(jī)碳的含量,考慮到后期生烴過程中的累積效應(yīng),構(gòu)建新參數(shù)等效有機(jī)碳厚度,其中:

A=h×TOC。

(1)

式(1)中,h為烴源巖厚度,m;TOC為烴源巖總有機(jī)碳含量,%;A為烴源巖等效有機(jī)碳厚度,m。

等效有機(jī)碳厚度是烴源巖厚度與總有機(jī)碳含量的乘積,由于乘法運(yùn)算交換律的緣故,難免會出現(xiàn)乘積結(jié)果一致而實際參數(shù)特征大不相同的情況。例如,厚度為1 m、TOC為5%和厚度為50 m、TOC為0.1%的兩套泥巖烴源巖,按照上述方法計算其等效有機(jī)碳厚度均為0.05 m,但實際這兩套烴源巖的TOC差別懸殊。依據(jù)陳建平等[8]建立的評價標(biāo)準(zhǔn),分別屬于好和非烴源巖。因此,在構(gòu)建等效有機(jī)碳厚度參數(shù)時，應(yīng)充分考慮到烴源巖的有機(jī)碳含量的下限值0.5%[9]。當(dāng)TOC小于或等于0.5%時,由于其自身質(zhì)量太差,不論厚度大小,其仍然屬于非烴源巖,定義其等效有機(jī)碳厚度為0;而當(dāng)TOC大于0.5%時,則按照乘法運(yùn)算求取等效有機(jī)碳厚度：

(2)

烴源巖沉積之后的外在特征主要是其熱演化程度的高低,鏡質(zhì)體反射率是目前衡量干酪根成熟度的最佳參數(shù)，因而本次研究選用鏡質(zhì)體反射率(Ro)作為其評價參數(shù)。同時，考慮到烴源巖是否進(jìn)入到成熟演化階段,以0.7%作為未成熟與成熟的鏡質(zhì)體反射率界限值。

2　低勘探程度地區(qū)烴源巖綜合評價方法

等效有機(jī)碳厚度是衡量烴源巖自身生烴潛能大小的內(nèi)在屬性參數(shù),而鏡質(zhì)體反射率則表征了在后期演化過程中這種潛能被激發(fā)程度的高低。只有當(dāng)烴源巖自身的生烴潛能大,且后期演化程度高,這種潛能被完全激發(fā)出來時,才有強(qiáng)的生烴能力。因此，將等效有機(jī)碳厚度與鏡質(zhì)體反射率參數(shù)平面等值線圖進(jìn)行交會疊合,取其共同的有利區(qū)域作為有利烴源巖分布區(qū)帶(見圖1)。

當(dāng)烴源巖的等效有機(jī)碳厚度為零(TOC≤0.5%)時,由于其本身屬于非烴源巖,沒有生烴潛能,稱其為“無潛力烴源巖”。而對于等效有機(jī)碳厚度大于零、有生烴潛力的烴源巖,當(dāng)Ro小于或等于0.7%時,烴源巖處于未成熟階段,其生烴潛力未被激發(fā)出來，這類烴源巖為“待激發(fā)烴源巖”;而當(dāng)Ro大于0.7%時,有機(jī)質(zhì)進(jìn)入到成熟演化階段,烴源巖的生烴潛力被完全展現(xiàn)出來,此時其生烴能力的強(qiáng)弱取決于內(nèi)在屬性，即等效有機(jī)碳厚度的大小,這部分烴源巖是現(xiàn)階段油氣的主要母質(zhì)來源,稱其為“有利烴源巖”(見圖1)。

圖1　低勘探程度地區(qū)烴源巖綜合評價流程Fig.1　The comprehensive evaluation method of source rock in low-exploration area

3　塔里木盆地西南拗陷石炭系烴源巖綜合評價

塔里木盆地西南拗陷(以下簡稱塔西南拗陷)位于塔里木盆地的西南部,夾持在南天山褶皺帶、柯坪隆起與西昆侖褶皺帶之間,東北部以色力布亞—瑪扎塔克斷裂與巴楚斷隆相隔(見圖2),面積為14.13×104km2。塔西南拗陷在區(qū)域構(gòu)造上可分為喀什凹陷、葉城凹陷、和田凹陷及麥蓋提斜坡4個二級構(gòu)造單元(見圖2)。本區(qū)自1952年開始勘探以來,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了柯克亞、巴什托普、亞松迪、和田河、阿克莫木、柯東1等多個油氣田(井),展現(xiàn)出良好的油氣勘探前景。但是，其總體勘探程度仍然非常低。塔西南拗陷主要發(fā)育寒武—奧陶系、石炭系、二疊系和中下侏羅統(tǒng)4套烴源巖,其中半深?！詈Ｏ喑练e的石炭系泥巖是柯克亞、阿克莫木、柯東1等油氣田(井)的主力烴源巖[10-17]。

3.1　等效有機(jī)碳厚度特征

在前人研究的基礎(chǔ)上,依據(jù)上述的等效有機(jī)碳厚度參數(shù)構(gòu)建方法,編制出了塔西南拗陷石炭系烴源巖的等效有機(jī)碳厚度平面分布圖(見圖3)。位于研究區(qū)北部的巴楚—柯坪地區(qū)石炭系烴源巖有機(jī)碳含量低于0.5%,故其等效有機(jī)碳厚度為零。等效有機(jī)碳厚度自該區(qū)向著西、南、東3個方向逐漸增大,在西部的烏恰地區(qū)為4 m左右,南部的澤普—葉城一帶高達(dá)5 m以上,東北部地區(qū)可達(dá)2 m左右,整體呈現(xiàn)出北部小其他地區(qū)大的特征。

圖2　塔里木盆地西南拗陷位置圖Fig. 2　The location of southwest sag of Tarim Basin

圖3　塔里木盆地西南拗陷石炭系烴源巖等效有機(jī)碳厚度分布圖(原始數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[17-21])Fig.3　The equivalentlyorganic carbon thicknessdistribution of Carboniferoussource rock in southwest sag of Tarim Basin

3.2　有機(jī)質(zhì)成熟度特征

塔西南拗陷石炭系泥質(zhì)烴源巖總體熱演化成熟度較高,在中東部一帶鏡質(zhì)體反射率為0.5%～0.7%,有機(jī)質(zhì)處于未成熟階段;鏡質(zhì)體反射率自該區(qū)向著東北和西南方向逐漸增大,在巴楚東部一帶可達(dá)0.9%左右,西南部的莎車—澤普—葉城一帶為1.1%左右,均處于成熟演化階段,西北部的烏恰地區(qū)高達(dá)1.7%以上,處于高成熟階段,整體呈現(xiàn)出中部低東西部高的特征(見圖4)。

圖4　塔里木盆地西南拗陷石炭系烴源巖鏡質(zhì)體反射率分布圖(原始數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[18,20,22])Fig.4　The vitrinite reflectancedistribution of Carboniferous source rock in southwest sag of Tarim Basin

3.3　綜合評價

綜合考慮等效有機(jī)碳厚度和鏡質(zhì)體反射率參數(shù),利用交會疊合法,對塔西南拗陷石炭系烴源巖進(jìn)行綜合評價(見圖5)。研究區(qū)北部的巴楚地區(qū)(圖5中斜線陰影區(qū)域)烴源巖等效有機(jī)碳厚度為零,為“無潛力烴源巖”。中東部一帶(圖5中橫線陰影區(qū)域)烴源巖的等效有機(jī)碳厚度介于0～3 m,有一定的生烴潛力,但其現(xiàn)今處于未成熟階段,生烴潛能沒有被激發(fā)釋放出來,為“待激發(fā)烴源巖”。其他地區(qū)(圖5中非陰影區(qū)域)的烴源巖等效有機(jī)碳厚度大于零,有生烴潛力,且處于成熟階段,生烴潛能被完全激發(fā)出來,為“有利烴源巖”。此類烴源巖的生烴能力強(qiáng)弱主要取決于自身內(nèi)在屬性，即等效有機(jī)碳厚度的大小。位于研究區(qū)西北部的烏恰—喀什—阿克陶和西南部的莎車—澤普—葉城一帶烴源巖等效有機(jī)碳厚度高達(dá)4 m以上，且處于高成熟演化階段,為石炭系烴源巖的最有利烴源巖區(qū)域(見圖5)。

塔西南拗陷山前帶輸導(dǎo)體系以斷裂為主[17,23],烏恰—喀什—阿克陶和莎車—澤普—葉城地區(qū)豐富的油氣來源為垂向運(yùn)移提供了保障,這在一定程度上也決定了后期形成的油氣藏平面分布主要集中在此區(qū)域附近?？驴藖?、阿克莫木和柯東1等以石炭系烴源巖為主的油氣田平面分布位置均在烏恰—喀什—阿克陶和莎車—澤普—葉城地區(qū)附近(見圖5),這不僅檢驗了此種綜合評價方法的合理性,而且也為后期的勘探部署指明了方向。

4　結(jié)　論

1)低勘探程度地區(qū)烴源巖的評價應(yīng)綜合考慮烴源巖沉積時的內(nèi)在屬性和沉積之后的外在演化特征兩個方面。內(nèi)在屬性主要為烴源巖的厚度和有機(jī)質(zhì)豐度特征,通過構(gòu)建等效有機(jī)碳厚度參數(shù)對其進(jìn)行評價;而外在特征主要為烴源巖沉積之后的成熟度高低,選取鏡質(zhì)體反射率參數(shù)來衡量。

2)利用等效有機(jī)碳厚度和鏡質(zhì)體反射率的交會疊合法,構(gòu)建了低勘探程度地區(qū)烴源巖綜合評價方法。同時，充分考慮有機(jī)碳含量下限和有機(jī)質(zhì)是否成熟的因素,將烴源巖劃分為無潛力烴源巖、待激發(fā)烴源巖和有利烴源巖。

圖5　塔里木盆地西南拗陷石炭系烴源巖綜合評價圖Fig. 5　The comprehensive evaluationof Carboniferous source rock in southwest sag of Tarim Basin

3)塔西南拗陷石炭系最有利烴源巖位于研究區(qū)西北部的烏恰—喀什—阿克陶和西南部的莎車—澤普—葉城一帶，這與實際勘探結(jié)果吻合。這一結(jié)果不僅為該區(qū)后續(xù)的勘探指明了方向,而且驗證了此種綜合評價方法的合理性。

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