濟陽坳陷沙四下亞段深層烴源巖的成烴動力學特征研究

劉斌忠，李明龍

（湖北省第二地質大隊，湖北恩施 445000）

目前國內許多油氣區淺層油氣的勘探程度已非常高，淺部油氣資源剩余量逐漸減少，而這些地區深部存在儲量可觀的油氣資源［1－3］，深層油氣藏的勘探與評價已成為當今油氣勘探的熱點問題。濟陽坳陷經過幾十年的勘探，盆地主體已進入中高勘探程度階段，目前沙三段及其以上目的層勘探程度較高，但是沙四段、孔店組的勘探程度相對較低。濟陽坳陷深層油氣勘探能否有更大突破，深層烴源巖的資源潛力是焦點問題之一［4］。

生油巖成烴動力學研究是從化學動力學的阿雷尼厄斯（Arrhenius）方程出發，利用溫度和時間可互為補償的關系，將實驗室中高溫下（200℃～500℃）求得模型的化學反應動力學參數E（活化能）及A（指前因子或頻率因子）用于實際埋藏條件下具有較低溫度（50℃～150℃）的生油巖生烴過程研究［5］。國內學者目前在成烴動力學方面做了很多有意義的研究［5－8］，但濟陽坳陷沙四段埋深較大，研究較少。本文綜合運用地球化學的手段，對濟陽坳陷烴源巖樣品的成烴動力學參數特征進行了詳細研究。

1 樣品的基本地球化學特征

為了解深層烴源巖的成烴動力學特征，本次研究選取了東營凹陷和沾化凹陷沙四段4個巖樣進行了源巖成烴動力學參數特征對比，樣品埋深在3400～3700 m之間，主要巖性為灰黑色及深灰色泥巖，表1給出了四個樣品的基本地化特征。

表1 濟陽坳陷四個源巖樣品基本地化特征

從表1中可以看到，4個源巖樣品的有機碳含量較高，最高達到了3.11%，S1、S2值較大，與有機碳呈一定的線性關系，Tmax值分布在412～459℃之間，豐8井和豐深1井源巖的有機質類型為Ⅱ1型，新渤深1和新義深9井源巖有機質類型則為Ⅰ型，且后兩個樣品有相對較高的成熟度。

2 樣品的活化能分布特征

為詳細研究沙河街組烴源巖的活化能分布特征，在此次研究中對濟陽坳陷不同地區的沙河街組烴源巖進行了分析，各樣品的活化能分布值見表2。本次研究對樣品的活化能特征從以下幾個方面分別進行分析。

2.1 活化能分布范圍

從表2和圖1可以看出，豐8井和豐深1井的活化能分布范圍在162～302 kJ／mol之間，新渤深1井的活化能分布范圍在182～352 kJ／mol之間，新義深9井的活化能分布范圍在172～312 kJ／mol之間，綜合對比，Ⅰ型有機質的活化能分布比Ⅱ1型有機質較高，也可能是成熟度對其有一定的影響（表1）。

對比4個樣品活化能分布的區間，可見，有機質類型均為Ⅱ1型的豐8井和豐深1井有相同的分布區間，為140 kJ／mol，從兩者的基本地化數據（表1）也可看出，兩者有基本類似的地化特征。有機質類型均為Ⅰ型的新渤深1井和新義深9井活化能的分布區間分別為170 kJ／mol和140 kJ／mol，僅從這4個樣品的性質來看，似乎源巖成熟度較高的Ⅰ型有機質相對Ⅱ1型有機質有較寬的活化能分布區間。

2.2 活化能分布最小值

4個樣品的活化能分布的最小值分布范圍在162～182 kJ／mol之間，豐8井和豐深1井的活化能分布最小值為162 kJ／mol，新渤深1井活化能分布最小值為182 kJ／mol，在四個樣品中有最高的活化能分布最小值，這也與其成熟度最高相對應，新義深9井活化能分布最小值為172 kJ／mol。從Ro和活化能兩個角度看新渤深1井和新義深9井兩個樣品已基本接近主要生油的高峰期。

表2 沙河街組樣品活化能分布

2.3 活化能分布最大值

從表2和圖1都可看出，豐8井和豐深1井的活化能分布最大值為302 kJ／mol，新渤深1井和新義深9井的活化能分布最大值分別為352 kJ／mol和312 kJ／mol，具有較高的最大活化能分布值的樣品亦顯示較高的成熟度。

圖1 濟陽坳陷沙四段樣品有機質氫指數與活化能分布關系

3 成烴有機質與活化能之間的關系

從表1可以看出，所取樣品大多都具有較高的生烴潛能，熱解烴S1分布在0.15～5.85 mg／g之間；S2的大小分布在0.52～17.85 mg／g之間；S1＋S2分布在0.67～24.6 mg／g之間。就分析的樣品而言，Ⅱ1型干酪根比Ⅰ型有更高的生烴潛力。

濟陽坳陷沙四下亞段4個烴源巖樣品的活化能分布區間分別為，豐8井和豐深1井在162～302 kJ／mol，新渤深1井的活化能分布范圍在182～352 kJ／mol之間，新義深9井的活化能分布范圍在172～312 kJ／mol之間；4塊樣品Ro分別對應為0.54、0.63、1.02、0.89（表2）。可見活化能分布范圍新渤深1井樣品較寬，最大活化能分布值還是新渤深1井樣品大，而最小活化能分布值是新渤深1井樣品高，且成熟度相對較低的豐8井和豐深1井、新義深9井的三個樣品活化能分布區間明顯較小，顯示了成熟度對活化能分布具有較大的影響。從各個樣品成烴有機質的氫指數與活化能分布之間的關系（圖1）可以看到，4塊樣品成烴有機質的活化能主峰分布較為集中，表現為單峰特征，除新渤深1井樣品處于250～300 kJ／mol，其余3個樣品主要范圍在210～230 kJ／mol之間，說明濟陽坳陷沙四下亞段成烴有機質具有較強的均質性，由于成烴有機質的組成大致相同，其成烴活化能分布范圍變化也相對較小［9］。

通過對濟陽坳陷沙河街組4個樣品活化能與成烴分布特征的對比（圖1）可見，豐8井、豐深1井和新義深9井的沙四下亞段各樣品在對應的活化能區間上成烴有機質通常都分布比較集中，成烴主峰明顯突出，這一特征說明樣品的生烴潛力比較強。與之對比，新渤深1井的源巖樣品成烴有機質分布較為分散，而根據其基本地化性質分析，該樣品具有較高的成熟度（Ro＝1.02），其他地化特征與另外三個樣品地化特征基本類似，因此，推測有機質成熟度可能對烴源巖的成烴有機質分布有較大的影響。

4 結論

（1）濟陽坳陷沙四下亞段源巖具有較大的埋深和較高的成熟度，大部分已達到生油的高峰區；沙四下亞段源巖成烴活化能的分布范圍為162～352 kJ／mol。

（2）濟陽坳陷沙四下亞段的大部分源巖樣品成烴有機質分布較為集中，具有明顯的生烴主峰，沙河街組源巖顯示出較好的生烴潛力。

（3）有機質成熟度可能對源巖活化能的分布以及成烴有機質的分布具有較大的影響。

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