鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)探區(qū)延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖有機(jī)地球化學(xué)特征及評(píng)價(jià)

陳奕奕，高棟臣，孫細(xì)寧.

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

多年來(lái)的勘探實(shí)踐表明，鄂爾多斯盆地中生界延長(zhǎng)組長(zhǎng)7、長(zhǎng)9泥頁(yè)巖是盆地內(nèi)重要的生烴層系[1-5]。隨著近年來(lái)非常規(guī)油氣資源的興起，其作為探區(qū)內(nèi)頁(yè)巖油氣的主要目的層系而備受關(guān)注。烴源巖被定義為在天然條件下曾經(jīng)產(chǎn)生和排出過烴類并且已形成工業(yè)性油氣聚集的細(xì)粒沉積[6]。泥頁(yè)巖能否成為烴源巖關(guān)鍵在于是否有油氣生成并產(chǎn)生聚集，而有機(jī)質(zhì)作為油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其自身的有機(jī)地球化學(xué)特征對(duì)烴源巖的生烴潛力起著決定性的作用。同時(shí)，由于頁(yè)巖油氣藏具有自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)，有機(jī)質(zhì)的含量、成熟度等在一定程度上影響著泥頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集，包括孔隙發(fā)育程度、滲透率、比表面積等。并且頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)作為頁(yè)巖氣吸附的重要載體，與泥頁(yè)巖的總含氣量密切相關(guān)[7]。因此，正確認(rèn)識(shí)和精細(xì)評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖有機(jī)地球化學(xué)特征對(duì)于指導(dǎo)后期勘探部署和工業(yè)化開采具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是我國(guó)華北地臺(tái)西部經(jīng)歷了古生代穩(wěn)定沉降、中生代坳陷遷移、新生代周邊扭動(dòng)、斷陷的多旋回疊合的陸相大型含油氣盆地。依據(jù)該盆地的構(gòu)造演化史和現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)可劃分為伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、陜北斜坡、天環(huán)坳陷及西緣沖斷構(gòu)造帶6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[8-10]。在鄂爾多斯盆地的演化進(jìn)程中，中生代是盆地內(nèi)部油氣生成聚集的重要階段，火山活動(dòng)事件及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)加劇，湖盆擴(kuò)張?zhí)峁┝素S富的有機(jī)質(zhì)生成條件和保存條件，為油氣的生成與運(yùn)移成藏提供了良好的動(dòng)力學(xué)背景。

延長(zhǎng)組是在盆地演化過程中秦嶺海槽關(guān)閉后逐漸形成的，中三疊世盆地進(jìn)入了坳陷發(fā)育階段，沉積物主要為河流—湖泊陸源碎屑巖。延長(zhǎng)組在其沉積過程中經(jīng)歷了湖盆發(fā)育初期平原河流及三角洲環(huán)境、中期湖泊環(huán)境以及晚期三角洲—泛濫平原—河流環(huán)境3個(gè)階段[11-12]。其中，長(zhǎng)7和長(zhǎng)9分別沉積了一套湖泊相暗色泥頁(yè)巖層系，并壓裂成功獲得工業(yè)油氣流[13]，是本文研究的主要目標(biāo)層系。

2 有機(jī)質(zhì)豐度

泥頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)是生烴的物質(zhì)基礎(chǔ)，生烴量與泥頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)數(shù)量往往有著密切的聯(lián)系[14-16]。一般說來(lái)，有機(jī)質(zhì)的豐度越高，體積越大，其生烴潛力越大[17-18]。通過對(duì)有機(jī)質(zhì)的豐度進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以明確源巖生烴母質(zhì)的數(shù)量，同時(shí)為資源量計(jì)算提供參數(shù)，為資源評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

根據(jù)本次測(cè)試結(jié)果，延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖有機(jī)碳含量較高，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.2%～15.2%，平均為6.8%(圖1a)；氯仿瀝青“A”的含量為0.31%～1.15%，最高可達(dá)1.72%，峰值為0.6%～0.8%，平均為0.71%(圖1b)；生烴潛量為10.2～69.93 mg/g，平均為18.28 mg/g(圖1c)。參照我國(guó)陸相烴源巖地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)(表1)[19]，延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖總體達(dá)到了好—最好烴源巖級(jí)別。

表1 陸相烴源巖地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法(SY/T 5735—1995)Table 1 Geochemical evaluation method of continental source rocks (SY/T 5735—1995)

3 有機(jī)質(zhì)類型

3.1 泥頁(yè)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)[20-21]。本次熱解分析的樣品中，氫指數(shù)(HI)分布在59～408 mg/gTOC之間，平均為192.8 mg/gTOC；最大熱解峰溫(Tmax)分布在339～474 ℃之間，平均為457 ℃；降解率(D)分布在5.8%～42.0%，平均為22.4%。根據(jù)Tmax-D圖版(圖2)，泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型—Ⅱ1型為主。但根據(jù)Tmax-HI圖版(圖3)，多數(shù)樣品在Ⅰ型—Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)范圍內(nèi)，部分樣品落入Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)范圍內(nèi)。由于多數(shù)樣品的氫指數(shù)小于300 mg/gTOC，總體偏低，而Tmax較高，分析其是由于有機(jī)質(zhì)生烴并運(yùn)移出源巖造成的，進(jìn)而影響了Tmax-HI版圖法的有機(jī)質(zhì)類型識(shí)別。因此，研究區(qū)長(zhǎng)7、長(zhǎng)9頁(yè)巖樣品的有機(jī)質(zhì)類型主要以Ⅰ型—Ⅱ1型為主。

3.2 干酪根顯微組分

通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)的泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行干酪根顯微組分鏡下分析，結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)樣品的顯微組分為腐泥組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，未觀測(cè)到殼質(zhì)組。其中，腐泥組只觀察到無(wú)定形體，透射光下顏色以棕色為主，可見較淺的棕黃色和較深的棕褐色，紫外光下熒光顯示較強(qiáng)，顏色為黃色、黃綠色，以無(wú)一定形態(tài)為顯著特征，呈不均勻絮狀、團(tuán)塊狀、花朵狀或顆粒狀彌漫于整個(gè)光片視域，百分含量從46%～91%不等，平均可占到干酪根總含量的65%(圖4)。

鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組二者均具有一定形態(tài)，常呈棱角狀、棒狀、顆粒狀，但鏡質(zhì)組相對(duì)惰質(zhì)組的透光性更好，透射光下為棕紅色、棕褐色，紫外光下呈褐色、暗褐色，具有弱熒光或局部熒光，而惰質(zhì)組組分在透射光下為黑色，完全不透明，不具熒光顯示。通過鏡下顯微組分的含量估算，樣品的鏡質(zhì)組含量平均為20%，惰質(zhì)組的含量平均為15%(圖5)。綜上，探區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖的干酪根顯微組分腐泥組最為發(fā)育，鏡質(zhì)組次之，而惰質(zhì)組最不發(fā)育。根據(jù)中國(guó)石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室提出的分類標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)長(zhǎng)7、長(zhǎng)9頁(yè)巖樣品的有機(jī)質(zhì)干酪根類型總體以Ⅰ型和Ⅱ1型為主(表2)。

表2 有機(jī)質(zhì)類型鏡下鑒定結(jié)果Table 2 Microscopic identification of organic matter types

4 有機(jī)質(zhì)成熟度

泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度是烴源巖評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，只有當(dāng)有機(jī)質(zhì)達(dá)到或超過一定溫度和時(shí)間相互作用的門限值時(shí)，才能在熱力作用下大量生成烴類[13]。目前，評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)熱演化程度常用的指標(biāo)有鏡質(zhì)體反射率和最大熱解峰溫等[20-23]。

樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)長(zhǎng)7泥頁(yè)巖鏡質(zhì)體反射率Ro值為0.51%～1.25%，長(zhǎng)9泥頁(yè)巖鏡質(zhì)體反射率Ro值為0.48%～1.32%。參照陸相烴源巖成熟階段劃分標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)7樣品均已進(jìn)入生烴門限，33%的樣品處于低成熟階段，67%的樣品處于成熟階段(圖6a)；長(zhǎng)9處于未成熟階段和高成熟階段的樣品各占總樣品數(shù)的3%，低成熟階段樣品占比為33%，61%處于成熟階段(圖6b)。熱解數(shù)據(jù)表明，極少數(shù)樣品的最大熱解峰溫低于440 ℃，處于未成熟或低成熟階段，其余分布在440～474 ℃，平均為450.9 ℃，說明探區(qū)內(nèi)除去極少數(shù)泥頁(yè)巖樣品處于未成熟階段外，其余大部分樣品均已進(jìn)入低成熟—成熟階段，甚至有部分樣品達(dá)到高成熟階段。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖總有機(jī)碳含量為3.2%～15.2%，平均為6.8%；氯仿瀝青“A”峰值為0.6%～0.8%，平均為0.71%；生烴潛量為10.2～69.93 mg/g，平均為18.28 mg/g，均顯示其含有較高的有機(jī)質(zhì)豐度，具有較高的生烴潛力，總體評(píng)價(jià)為好—最好烴源巖。

(2)綜合巖石熱解參數(shù)指標(biāo)和干酪根顯微組分分析結(jié)果，延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型主要以Ⅰ型和Ⅱ1型為主。

(3)延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率值為0.48%～1.32%，最大熱解峰溫Tmax主要分布在440～474 ℃，平均為450.9 ℃，表明研究區(qū)大部分樣品已進(jìn)入生烴門限，處于低成熟—成熟階段。