陸相倫坡拉盆地牛堡組烴源巖特征分析與展布預(yù)測

王昊宸，毛小平，耿 濤，范曉杰，李偉忠

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 引 言

烴源巖作為自然界生成油氣的巖層，對于油氣的成因和勘探起到關(guān)鍵性的作用[1]。對于烴源巖厚度和展布范圍的預(yù)測，許多學(xué)者展開了研究。朱光有等[5]通過樣品的地球化學(xué)指標(biāo)對烴源巖進(jìn)行預(yù)測；朱振宇等[6-7]通過測井響應(yīng)特征對烴源巖的物理特性進(jìn)行分析，尋找相關(guān)聯(lián)系；張水昌等[8]利用測井、地球化學(xué)等數(shù)據(jù)建立海相烴源巖的識別方法和流程。通常行業(yè)內(nèi)選用△lgR技術(shù)結(jié)合實(shí)測烴源巖豐度等參數(shù)識別有利的烴源巖分布情況[9-10]。然而，不同地區(qū)鉆井和地球化學(xué)數(shù)據(jù)存在不同的匹配關(guān)系，準(zhǔn)確預(yù)測陸相烴源巖的準(zhǔn)確性仍然有待提高。因此，以陸相倫坡拉盆地為例，建立地球化學(xué)和測井響應(yīng)特征關(guān)系方程，對倫坡拉牛堡組烴源巖進(jìn)行厚度評價和展布預(yù)測。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

倫坡拉盆地位于青藏高原的中部，北以班公湖—怒江大斷裂為界，南以瑪拉炯—蓬錯斷裂為界，呈狹長狀不規(guī)則橢圓形狀展布[11-12]。倫坡拉盆地作為中、新生代沉積盆地，多發(fā)育于板塊邊緣活動帶附近，基底多以“年輕”的褶皺淺層沉積巖系為主。盆地主要經(jīng)歷牛堡組斷陷—丁青湖坳陷—晚喜馬拉雅山改造，呈現(xiàn)出現(xiàn)今的北斷南超、中央凹陷的狹長狀構(gòu)造格局。倫坡拉盆地三級構(gòu)造單元共分為3個凹陷，自西向東分別為蔣日阿錯凹陷、江加錯凹陷、爬錯凹陷。盆地內(nèi)發(fā)育牛二中亞段(E2n2-2)、牛二上亞段(E2n2-3)、牛三下亞段(E2n3-1)厚層泥巖，且分布范圍廣[13]。其中，牛二中亞段發(fā)育有較厚的暗色泥巖，在蔣日阿錯和江加錯凹陷地區(qū)有較好的連續(xù)沉積；在構(gòu)造位置上，自西向東厚度減薄，連續(xù)性逐漸變差。

2 烴源巖特征

牛堡組沉積時期，除碎屑巖外，還發(fā)育有大量的碳酸鹽巖。前人通過分析不同沉積時期樣品，發(fā)現(xiàn)E2n3期具有咸水環(huán)境特點(diǎn)，而E2n1、E3d期呈現(xiàn)咸水—半咸水環(huán)境特點(diǎn)[14]。根據(jù)鉆井取心和鏡下薄片觀察，牛堡組地層主要發(fā)育有白云巖，泥質(zhì)白云巖和泥巖，局部取心可見微裂縫和油斑(圖1)。暗色泥頁巖在E2n3-1和E2n2-3發(fā)育好，厚度大，在E2n2-2發(fā)育次之?？傮w上牛堡組地層烴源巖發(fā)育較好。

圖1 倫坡拉盆地江加錯凹陷地層典型巖心及薄片特征

3 地球化學(xué)指標(biāo)分析

目前，衡量巖石中有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)包括TOC、氯仿瀝青“A”等[15]。在大地構(gòu)造背景相近的情況下，巖石中的TOC越高，生烴能力越強(qiáng)。在w1井牛堡組地層獲得了油氣流顯示，證明牛堡組具有較好的烴源巖層發(fā)育[16]。地球化學(xué)指標(biāo)分析結(jié)果表明(表1)，研究區(qū)TOC為0.39%～1.04%，在E2n2-3暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，屬于好—較好烴源巖。整體上，倫坡拉盆地各組段暗色泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度較高，具有較好的生烴潛力。

表1 牛堡組地層取心地球化學(xué)參數(shù)

4 烴源巖評價

根據(jù)烴源巖評價標(biāo)準(zhǔn)(表2)[17]，建立倫坡拉盆地有效烴源巖評價模型[18-19]?！鱨gR法可以對烴源巖有機(jī)碳含量進(jìn)行預(yù)測，該方法利用自然伽馬和電阻率曲線對烴源巖的敏感性，通過曲線間的疊合來對烴源巖進(jìn)行定性識別，并且能夠準(zhǔn)確計(jì)算出有效的有機(jī)碳含量[20-21]。

表2 烴源巖評價選取標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)實(shí)測TOC，于潛在烴源巖層段識別出具有生烴潛力的暗色泥巖段(圖2)。由圖2可知，暗色泥巖主要賦存于E2n2-2和E2n2-3，厚度大且所占百分比高。其中，E2n2-3暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，屬于好—較好烴源巖。

為了更加準(zhǔn)確地定量識別倫坡拉盆地?zé)N源巖厚度的縱向分布規(guī)律，利用測井響應(yīng)特征得到烴源巖與自然伽馬、電阻率之間的關(guān)系，通過求取恢復(fù)系數(shù)對區(qū)域內(nèi)烴源巖段進(jìn)行預(yù)測。

圖2 倫坡拉w2井暗色泥巖定性識別

根據(jù)Passey提出的烴源巖識別方法[7]，結(jié)合電阻率、自然伽馬測井曲線的疊合區(qū)△lgR進(jìn)行烴源巖發(fā)育層段的識別，在錄井取心識別基礎(chǔ)上，選取GR值為150API作為泥巖基線值，牛堡組泥巖地層段作為研究的標(biāo)準(zhǔn)深度段，其經(jīng)驗(yàn)公式為：

△lgR=150-(lgRΩ+GR)

(1)

式中：RΩ為泥巖段實(shí)測電阻率，Ω·m；GR為泥巖段實(shí)測自然伽馬，API；△lgR為實(shí)測伽馬和電阻率疊合區(qū)的數(shù)值，與TOC存在較強(qiáng)的相關(guān)性。

選取E2n2-2層段GR和RΩ對暗色泥巖層段進(jìn)行了識別，在確定暗色泥巖深度為H(m)的基礎(chǔ)上，結(jié)合TOC實(shí)測數(shù)據(jù)，建立了相關(guān)的線性方程。結(jié)果表明，TOC與△lgR存在較好的線性關(guān)系(圖3)。其擬合公式為：

TOC=-0.0016△lgR+0.91

(2)

圖3 TOC與△lgR關(guān)系

考慮倫坡拉盆地各個凹陷地區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度差異，選擇倫坡拉盆地w1井作為標(biāo)準(zhǔn)井。根據(jù)烴源巖評價標(biāo)準(zhǔn)，選擇泥巖基線層段內(nèi)TOC大于0.6%的層位，層段內(nèi)識別的烴源巖測井響應(yīng)特征對應(yīng)的深度為Hi(m)，通過對牛堡組烴源巖層段進(jìn)行累加計(jì)算，根據(jù)累加結(jié)果與泥巖基線層段進(jìn)行對比，求取烴源巖恢復(fù)系數(shù)。

(3)

(4)

(5)

式中 ：n為亞段內(nèi)符合條件的層位數(shù)；n1為亞段內(nèi)識別的暗色泥巖小層個數(shù)；△Hi1為亞段內(nèi)各小層有效烴源巖的累計(jì)厚度，m；ΔH為亞段小層平均系數(shù)；δ為求取的烴源巖恢復(fù)系數(shù)。

利用式(3)—(5)，確定了倫坡拉盆地蔣日阿錯、江加錯和爬錯凹陷的烴源巖恢復(fù)系數(shù)(表3)。由表3結(jié)果可知，牛堡組烴源巖整體上呈現(xiàn)南厚北薄的特點(diǎn)，E2n2-2厚度大、烴源巖發(fā)育，平均累計(jì)厚度為131 m；E2n2-3和E2n3-1烴源巖厚度相對較薄，平均累計(jì)厚度為60 m和90 m。其中，E2n3-1在各凹陷的厚度差異較大，暗色泥巖發(fā)育呈西高東低的特征。

表3 各凹陷烴源巖恢復(fù)系數(shù)

5 烴源巖展布預(yù)測

5.1 烴源巖展布特征

針對上述研究成果，結(jié)合烴源巖厚度對牛堡組3個烴源巖層段分布特征進(jìn)行預(yù)測(圖4)。在不同層段，烴源巖的厚度分布特征存在明顯區(qū)別。牛二中亞段的烴源巖厚度最大，在蔣日阿錯凹陷平均厚度為167 m，并向江加錯、爬錯凹陷逐漸減少；牛三下亞段烴源巖厚度略低于牛二中亞段，在西部蔣日阿錯凹陷平均厚度為148 m，呈現(xiàn)西厚東薄的特征；而牛二段上亞段烴源巖厚度最小，主要分布在盆地的中北部，烴源巖厚度呈向四周逐漸減薄特征，在爬錯凹陷厚度可達(dá)60 m。

5.2 烴源巖有利區(qū)帶分析

在烴源巖厚度預(yù)測的基礎(chǔ)上，將牛堡組全部烴源巖層的厚度進(jìn)行了疊合，結(jié)合沉積相的控制作用對倫坡拉盆地有利烴源巖展布范圍進(jìn)行了分析(圖5)。由圖5可知，各凹陷有利區(qū)由大到小依次為蔣日阿錯、江加錯、爬錯。陸相牛堡組烴源巖的分布與凹陷內(nèi)淺湖—半深湖發(fā)育密切相關(guān)，即西部存在較厚的湖相沉積地層，在蔣日阿錯凹陷中部、東部和江加錯凹陷的中西部地區(qū)表現(xiàn)出好—較好的烴源巖展布區(qū)帶，具有較好的油氣勘探潛力。

圖4 倫坡拉盆地牛堡組地層烴源巖預(yù)測

6 結(jié) 論

(1) 倫坡拉盆地陸相牛堡組烴源巖主要賦存于牛二中亞段、牛二上亞段和牛三下亞段，發(fā)育有大段的白云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)白云巖，為還原—強(qiáng)還原條件。各層泥巖厚度適中，TOC為0.39%～1.04%，牛二上亞段暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高。

(2) 建立了通過泥巖的恢復(fù)系數(shù)來預(yù)測烴源巖厚度的方法，牛堡組各層烴源巖整體上具有西厚東薄、南厚北薄的特點(diǎn)。其中，蔣日阿錯凹陷中部、東部和江加錯凹陷中西部受控于穩(wěn)定的淺湖—半深湖的沉積環(huán)境，發(fā)育有較厚的烴源巖，為I類有利區(qū)，具有形成大規(guī)模油氣藏的基礎(chǔ)。

圖5 倫坡拉盆地牛堡組地層有利區(qū)評價