伊川凹陷三疊系烴源巖特征及勘探潛力

鄧曉梅，胡俊卿，李秋博，侯 娟，趙瑩彬，常大宇

(中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450046)

伊川凹陷三疊系烴源巖特征及勘探潛力

鄧曉梅，胡俊卿，李秋博，侯 娟，趙瑩彬，常大宇

(中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450046)

通過對伊川凹陷三疊系烴源巖特征綜合研究，分析認(rèn)為三疊系上統(tǒng)譚莊組和椿樹腰組的內(nèi)陸湖相暗色泥巖為區(qū)內(nèi)三疊系主力烴源巖。烴源巖分布面積廣，厚度大，一般500～800 m，有機(jī)質(zhì)豐度中等-好，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ-Ⅲ型，以Ⅲ型為主，處于低成熟-成熟的演化階段；燕山早期為三疊系烴源巖主要的生排烴時期，是一套油氣兼生且以生氣為主的勘探層系，具有較大的資源潛力和良好的勘探前景。三疊系優(yōu)質(zhì)的烴源巖為區(qū)內(nèi)致密砂巖油氣藏的勘探提供了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)以及良好的封蓋條件。

伊川凹陷；三疊系；烴源巖特征；勘探潛力；致密砂巖氣藏

1 地質(zhì)概況

伊川凹陷是隸屬于洛伊盆地的次一級構(gòu)造單元，處于洛陽市境內(nèi)，橫跨伊川、宜陽兩縣，呈北東向展布，是在中、古生代克拉通坳陷盆地基礎(chǔ)上形成的新生代沉積凹陷，分布面積1 200 km2(圖1)。凹陷內(nèi)三疊系保存較好，自下而上劃分為“三統(tǒng)六組”，即下統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組，中統(tǒng)二馬營組、油坊莊組，上統(tǒng)椿樹腰組、譚莊組。

圖1 伊川凹陷構(gòu)造位置

該區(qū)的油氣勘探始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)歷近40年的勘探未取得油氣勘探的實質(zhì)性進(jìn)展。2011年按照非常規(guī)勘探思路在該區(qū)部署的屯1井，全井段見油氣顯示17.95 m/14層，巖心裂縫見原油，椿樹腰組1 874～1 884 m井段經(jīng)壓裂試獲得日產(chǎn)7 200 m3的天然氣流，打破了南華北地區(qū)油氣久攻不克的局面。隨后部署的屯2、屯3、屯4井也見到了豐富的油氣顯示和氣測異常，進(jìn)一步表明該區(qū)具有良好的勘探前景。以伊川凹陷新鉆探井(屯1、屯2、屯3、屯4)為研究對象，結(jié)合前人的研究成果，對三疊系烴源巖地化特征進(jìn)行了深化研究，明確其生烴的性質(zhì)、資源潛力和勘探前景，為伊川凹陷下步的勘探部署提供重要的地質(zhì)依據(jù)。

2 烴源巖發(fā)育特征

伊川凹陷三疊系總體處于湖泊沉積體系，其中上統(tǒng)譚莊組和椿樹腰組烴源巖以灰色、深灰色泥巖為主；中統(tǒng)油坊莊組、二馬營組和下統(tǒng)和尚溝組、劉家溝組泥巖為紫紅、棕紅色，因此，上統(tǒng)譚莊組和椿樹腰組為區(qū)內(nèi)三疊系烴源巖的發(fā)育層段。

凹陷內(nèi)三疊系上統(tǒng)烴源巖在全區(qū)均有分布，暗色泥巖單層厚度一般1～8 m，最厚可達(dá)28.36 m，縱向上多層疊加，累計厚度一般500～800 m，占地層厚度的40%～56%，最大可達(dá)1 200 m(圖2)。其中凹陷北部次凹屯4井區(qū)最厚，一般在700～1 200 m；其次是南部次凹3001孔、屯1井區(qū)，厚度一般400～800 m；中部屯2井區(qū)厚度最小，厚度一般300～600 m。區(qū)內(nèi)譚莊組遭受了不同程度的剝蝕，暗色泥巖一般厚250～470 m；椿樹腰組地層保存相對較全，暗色泥巖一般厚300～420 m。

3 烴源巖地化特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

圖2 伊川凹陷地區(qū)上三疊統(tǒng)暗色泥巖等厚圖

綜合前人研究成果[1-2]，本文采用黃第藩等人(1992)提出的國內(nèi)泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)對伊川凹陷三疊系烴源巖進(jìn)行研究(表1)。

表1 陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(據(jù)黃第藩等，1992)

伊川凹陷內(nèi)屯1、屯2、屯3及3001孔253塊上三疊統(tǒng)烴源巖樣品有機(jī)碳含量分析結(jié)果表明，三疊系上統(tǒng)暗色泥巖有機(jī)碳含量0.09%～36.29%，平均2.22%。主要分布在0.4%～6.0%，大多數(shù)樣品有機(jī)碳含量在1%～6%，其樣品頻率為39%，有效烴源巖有機(jī)碳含量0.6%～6.0%的樣品頻率為54%，大于6%的約占8%左右。烴源巖生烴潛量(S1+S2)0.51～65.39 mg/g，平均7.21 mg/g，占暗色泥巖樣品數(shù)量的53.2%，總體上達(dá)到了中等-好的烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。

縱向上，有機(jī)質(zhì)豐度從上往下降低，譚莊組烴源巖略好于椿樹腰組烴源巖。其中，譚莊組暗色泥巖有機(jī)碳含量0.12%～36.29%，平均2.50%。大多數(shù)樣品有機(jī)碳含量在1%～6%，其樣品頻率為38%，有效烴源巖有機(jī)碳含量0.6%～6.0%的樣品頻率為54%，大于6%的約占11%左右；椿樹腰組暗色泥巖有機(jī)碳含量0.09%～24.05%，平均1.94%。大多數(shù)樣品有機(jī)碳含量在1%～6%，其樣品頻率為41%，有效烴源巖有機(jī)碳含量0.6%～6%的樣品頻率為56%，大于6%的約占5%左右。綜合評價認(rèn)為譚莊組為中等-好的烴源巖，椿樹腰組為中等烴源巖。

75個烴源巖樣品的氯仿瀝青“A”均小于0.1%，88%的樣品數(shù)據(jù)小于0.05%，0.05%～0.1%僅占樣品的10%，顯然氯仿瀝青“A”含量與有機(jī)碳評價的有機(jī)質(zhì)豐度結(jié)果不同，其含量普遍較低，可能與演化程度有關(guān)，不能真實反映源巖的有機(jī)質(zhì)豐度。因此，本文以有機(jī)碳含量作為評價烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的主要依據(jù)。

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

3.2.1 干酪根元素組成

分析資料表明，屯1井干酪根H/C原子比為0.05～1.12，大部分值小于1， O/C原子比0.08～0.18，僅一個樣品O/C原子比為0.08，其他均大于0.1，具有較低的H/C原子比和較高的O/C原子比，如圖3所示， 3001孔和屯1井的大部分樣品落入Ⅱ型干酪根區(qū)域，部分落入Ⅲ型干酪根區(qū)域，整體上屬于Ⅱ-Ⅲ型干酪根。

圖3 上三疊統(tǒng)干酪根元素分布圖

3.2.2 干酪根的顯微組分

上三疊統(tǒng)干酪根顯微組分以殼質(zhì)組為主，含量介于47%～89%，其次是鏡質(zhì)組和腐泥組，惰質(zhì)組含量很低。其中殼質(zhì)組以腐殖無定形體為主，含量在41%～89%，其它組分角質(zhì)體、木栓質(zhì)體、孢粉體含量很少，甚至沒有，腐泥組全為腐泥無定形體，含量在4%～46%(表2)。類型指數(shù)介于17～64，屬于Ⅱ1-Ⅱ2型干酪根(圖4)。

3.2.3 氯仿瀝青“A”族組成

59個源巖抽提物族組成中飽和烴含量為1.21%～72.35%，平均25.88%；芳烴含量6.83%～57.78%，平均21.03%；非烴+瀝青質(zhì)含量7.9%～93.46%，平均52%；飽/芳比值0.03～8.75，平均值為1.83，總體上有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ-Ⅲ型，且以Ⅲ型為主。

3.2.4 飽和烴正構(gòu)烷烴分布特征

表2 伊川凹陷上三疊統(tǒng)干酪根顯微組分含量統(tǒng)計表

圖4 伊川凹陷上三疊統(tǒng)干酪根顯微組分三角圖

上三疊統(tǒng)源巖抽提物飽和烴色譜的碳數(shù)分布范圍一般在C12～C40之間，色譜分布的峰型有單峰型和雙峰型，主碳數(shù)在18～29，∑C21-/C22+在0.1～1.7，Pr/Ph 0.2～1.8，表明母質(zhì)中既有陸源高等植物，也有低等生物的混合輸入，并且陸源高等植物略占優(yōu)勢，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ-Ⅲ型。

通過對區(qū)內(nèi)干酪根元素分析、干酪根顯微組分、可溶有機(jī)質(zhì)性質(zhì)及類型和等各因素綜合分析，綜合認(rèn)為伊川凹陷上三疊統(tǒng)干酪根類型為Ⅱ-Ⅲ型，并以Ⅲ型為主，是油氣兼生且以生氣為主的母質(zhì)類型。

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

伊川凹陷上三疊統(tǒng)烴源巖成熟度Ro為0.52%～1.12%，處于低成熟-成熟階段。Tmax值415～541 ℃，主要分布在450 ℃左右，隨深度增加變化不明顯，同樣反映了烴源巖具有低成熟-成熟的有機(jī)質(zhì)熱演化特征。OEP(奇偶優(yōu)勢指數(shù))值為0.54～2.1，大部分?jǐn)?shù)據(jù)分布在1.0左右(表3)，表明上三疊統(tǒng)烴源巖已進(jìn)入成熟階段[2]。

表3 伊川凹陷上三疊統(tǒng)烴源巖成熟度參數(shù)統(tǒng)計

4 油氣生烴時期

伊川凹陷三疊系埋藏史和有機(jī)質(zhì)熱演化史研究表明，三疊系烴源巖厚約1 900 m。三疊系沉積末，烴源巖最大埋藏深約1 900 m，有機(jī)質(zhì)整體尚未成熟。印支運(yùn)動使其抬升，遭受短暫的剝蝕，就油氣生成和破壞程度而言，基本上不受其影響。早、中侏羅世，伊川凹陷基本上繼承了三疊系沉積末時的古地理面貌，地殼再度沉降，全區(qū)接受了厚2 300 m左右的中下侏羅統(tǒng)沉積，上三疊統(tǒng)烴源巖第一次被深埋于2 500～4 300 m，Ro達(dá)到1.1%左右，烴源巖達(dá)到生烴高峰。燕山中晚期，地殼長期隆升，中、下侏羅統(tǒng)被剝蝕殆盡，有機(jī)質(zhì)熱演化長期處于停頓狀態(tài)。晚白堊世與古近系為連續(xù)沉積，沉積厚度約為1 400 m，喜山早中期，地殼抬升，使晚白堊系和古近系的地層幾乎剝蝕殆盡。新近紀(jì)時，該區(qū)沉積幅度小，喜山古近系厚度為100～1 600 m，未能使上三疊統(tǒng)烴源巖的埋深超過燕山早期，因此伊川凹陷上三疊統(tǒng)烴源巖大多僅有燕山早期一個生烴期，僅在伊川斷陷北部古近系沉積厚度大于2 500 m的地區(qū)，具備喜山期二次生烴條件。因此，燕山早期為伊川凹陷三疊系烴源巖主要的生排烴時期，也是該區(qū)上三疊統(tǒng)主要油氣成藏期。

5 勘探潛力分析

伊川凹陷屯1井是在致密砂巖油氣勘探理論[3]的指導(dǎo)下，借鑒鄂爾多斯成功的勘探經(jīng)驗[4]所部署的一口探井，壓裂試獲天然氣流，取得了洛伊地區(qū)的油氣突破。相繼鉆探的幾口探井在三疊系上統(tǒng)也見到豐富的油氣顯示和氣測異常，近距離運(yùn)聚形成的致密砂巖油氣藏為主要的勘探對象。凹陷內(nèi)油氣在縱向上表現(xiàn)為井段長、厚度大，平面上呈現(xiàn)井井見油氣，大面積分布的含油氣特點[5-6]。但無論縱向上還是橫向上均呈現(xiàn)出貧富不均的油氣分布特征，進(jìn)一步分析表明油氣豐富程度與烴源巖的發(fā)育狀況有著密切的關(guān)系。同時凹陷三疊系上統(tǒng)為砂泥巖互層沉積，砂巖儲層總體上低孔低滲[5-6]，烴源巖與儲集體大面積接觸，不僅保證致密儲層首先充滿天然氣，而且使已經(jīng)生成的烴類產(chǎn)生最高的排出和運(yùn)聚效率。油氣近距離運(yùn)聚成藏，烴源巖與致密儲層的緊密接觸，可構(gòu)成良好的封蓋條件。

研究區(qū)烴源巖分布面積廣，累計厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度中等-好，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，熱演化程度適中，處于油氣兼生階段，總體評價為中等-好的烴源巖，利用烴產(chǎn)率法對該區(qū)的資源量進(jìn)行計算，初步計算伊川凹陷總生烴量28×108t，資源潛力較大。對于致密砂巖氣藏來說，其油氣近距離運(yùn)聚成藏，油氣聚集成藏的過程中油氣散失程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)油氣藏，優(yōu)質(zhì)的烴源巖為近距離形成的致密砂巖油氣藏不僅保障了豐富的物質(zhì)來源，同時也可作為良好的蓋層，起到保存油氣的作用。

6 結(jié)論

(1)伊川凹陷三疊系上統(tǒng)譚莊組和椿樹腰組烴源巖發(fā)育，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到了中等-好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。

(2)伊川凹陷三疊系上統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ-Ⅲ型，以Ⅲ型為主，熱演化程度達(dá)低熟-成熟階段，燕山早期為烴源巖主要的生烴時期，研究和鉆探結(jié)果均表明該套層系是一套油氣兼生且以生氣為主的勘探目的層系。

(3)伊川凹陷三疊系烴源巖全區(qū)分布，具有較大資源潛力，可以為近距離運(yùn)聚形成致密砂巖油氣藏提供較為豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)及封蓋條件，具有良好的勘探前景。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)04-0023-04

2015-01-20

鄧曉梅，1988年生，2010年畢業(yè)于西安石油大學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事石油地質(zhì)工作。

中國石化股份有限公司科技項目(P12019)。

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