遼寧凌源牛營子盆地遼凌地1井北票組生烴潛力分析

宗文明，孫求實，李曉海，郜曉勇，李永飛，石 蕾，熊 荃

1.中國地質調查局 沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽110034；

2.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室/長江大學，湖北 武漢430100

牛營子盆地是松遼外圍南部盆地群油氣基礎地質調查的重點盆地，位于遼西凌源市南部，呈NNE走向，長約20 km，寬約6 km，面積約120 km2（圖1），大地構造劃分上屬于燕山陸內造山帶的東延，北為內蒙地軸，南為華北地臺［1-3］.盆地內主要分布有長城系、薊縣系、寒武系、奧陶系、侏羅系和白堊系，地表零星見待建系下馬嶺組、二疊系石盒子組.牛營子盆地以前的勘探目的層系為中新元古界，包括薊縣系高于莊組、洪水莊組和待建系下馬嶺組［4-9］.

圖1 牛營子盆地地質略圖（據文獻［16］修改）Fig.1 Geological sketch map of Niuyingzi Basin（Modified from Reference［16］）

侏羅系北票組作為遼西地區油氣勘探的主要目的層系［10-15］，廣泛出露于金羊盆地、北票盆地等中生代盆地.以往的地質調查認為牛營子盆地不發育北票組.2017年中國地質調查局沈陽地質調查中心實施遼凌地1井（圖1），在中元古界厚層碳酸鹽巖推覆體之下鉆遇北票組［16］.本文在遼凌地1井巖心樣品采集的基礎上，對北票組暗色泥巖有機地球化學數據進行分析，查明北票組泥巖地球化學特征，對牛營子盆地北票組烴源巖進行評價，為下一步油氣基礎地質調查工作提供依據.

1 鉆井地質概況

遼凌地1井自上而下鉆遇地層分別為第四系（0～25 m）、中侏羅統海房溝組（25～272 m）、薊縣系楊莊組（272～889 m）、薊縣系高于莊組（889～1527.91 m）、下侏羅統北票組（1527.91－1722.78m）.第四系為含礫石腐殖土；海房溝組為灰色復成分礫巖局部夾砂巖、粉砂質泥巖；楊莊組為灰紅色、灰色白云巖、白云質灰巖；高于莊組為灰色、灰黑色白云巖，局部夾灰黑色白云質灰巖；北票組（未見底）巖性組合為砂泥巖互層，包括黑色、灰黑色碳質泥巖、泥質粉砂巖、灰色中砂巖、細砂巖、粉砂巖、含礫粗砂巖，局部夾薄煤線，其中泥巖累計總厚度102.58 m，砂巖累計厚度92.42 m，泥地比59.79%，包括黑色、灰黑色碳質泥巖、泥質粉砂巖、灰色中砂巖、細砂巖、粉砂巖、含礫粗砂巖，見多段氣測異常（圖2）.

地層接觸關系上，海房溝組角度不整合覆蓋于楊莊組之上，楊莊組整合于高于莊組之上，中元古界薊具系推覆體逆沖于北票組之上.該逆沖斷層應屬于張長厚等［17］認為的牛營子到瓦房店東部一帶逆沖系統.

2 樣品測試與分析方法

遼凌地1井巖心中共采集北票組暗色泥巖樣品12件，相關分析測試在長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室完成.對所有樣品均進行了巖石熱解、總有積碳、干酪根元素、干酪根同位素、鏡質組反射率、飽和烴色譜和飽和烴氣相色譜－質譜等分析.

圖2 遼凌地1井北票組綜合柱狀圖（據文獻［16］修改）Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Beipiao Formation in LLD1 well（Modified from Reference［16］）

烴源巖的可溶烴分析方法及實驗儀器簡介如下：稱取巖樣200 g，粉碎為粒徑小于0.09 mm的粉末，裝入濾紙筒中包扎好，置于脂肪抽取器中，加入不超過2/3容積的氯仿，在75～82℃的水浴中連續抽提72 h，獲得氯仿瀝青“A”.用正己烷沉淀氯仿瀝青“A”的瀝青質后，將其可溶物通過中性氧化鋁和硅膠層析柱，依次用正己烷、二氯甲烷＋正己烷、無水乙醇＋氯仿沖洗，分離出飽和烴、芳香烴和膠質（非烴）.

飽和烴色譜分析儀器為惠普6890氣相色譜儀.色譜柱為HP－5ms石英彈性毛細柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）.溫度程序從100℃升溫到300℃，升溫速率為4℃/min，載氣為氮氣（流速1 mL/min），進樣器溫度300℃，FID檢測器溫度300℃，分流比30∶1.飽和烴氣相色譜－質譜分析：儀器為惠普5890和5971氣相色譜和質譜儀.色譜柱為HP－5ms石英彈性毛細柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）.升溫程序為50℃至100℃的升溫速率為20℃/min，100℃至310℃的升溫速率為3℃/min，310℃時恒溫15.5 min.進樣溫度為300℃，載氣為氦氣，流速為1.04 mL/min，掃描范圍為50～550 amu，檢測方式為多離子掃描.

3 有機地球化學特征

3.1 有機質豐度

有機質豐度是衡量烴源巖生烴能力最基本的依據.常見的評價指標包括有機碳含量（TOC）、熱解生烴潛量（S1＋S2）、氯仿瀝青“A”、總烴（HC）等［18］.遼凌地1井12件巖心樣品的有機地球化學測試結果（表1）表明，TOC分布范圍0.75%～37.90%，平均值為11.68%.生烴潛量（S1＋S2）分布范圍0.96×10－3～177.6×10－3，平均為42.01×10－3.氯仿瀝青“A”分布在0.0192%～0.5282%之間，平均為0.1304%.

參考中國湖相烴源巖有機質豐度評價標準［19］（表2），12件烴源巖樣品中，有機碳含量在0.6%～1.0%之間的樣品有1件，占8.33%；在1.0%～2.0%之間的樣品有1件，占8.33%；大于2.0%的樣品有10件，占83.33%.表明北票組烴源巖主要處于好烴源巖范疇，非烴源巖和差烴源巖極少.生烴潛量大于20×10－3的占41.67%；在60×10－3～200×10－3的好生油巖占25%；20×10－3～60×10－3的中等生油巖占16.67%；小于20×10－3的差烴源巖占16.67%.氯仿瀝青“A”在0.015%～0.050%之間的樣品占25%；在0.050%～0.100%之間的占33.33%；在0.100%～0.200%之間的占25%；大于0.200%的占16.67%.

表1 北票組烴源巖地球化學分析數據表Table 1 Geochemical analysis data of Beipiao Formation source rocks

從熱解生烴潛力與TOC關系可以看出，12件樣品中，2件為差烴源巖，2件為中等烴源巖，3件為好烴源巖，5件為很好烴源巖（圖3）.有機質豐度一般采用TOC為主要評價參數，其余為輔助參數［20］.由此可見，北票組烴源巖有機質豐度高，具有較好的生烴物質基礎.

3.2 有機質類型

圖3 北票組烴源巖有機質豐度判別圖Fig.3 Discrimination diagram of organic matter abundance ofBeipiao Formation source rocks

有機質類型的優劣實質上就是有機質富氫程度的高低，最終表現為生烴潛力的大小，是評價烴源巖的質量指標［21］.有機質類型不僅可以衡量有機質的產烴能力，也決定了產物的類型是油還是氣.常用于鑒別有機質類型的依據包括：干酪根顯微組分組成、干酪根元素組成、干酪根穩定碳同位素、巖石熱解特征、紅外光譜特征、可溶瀝青特征等［22］.本文采用生物標志化合物和干酩根顯微組分來確定遼凌地1井北票組烴源巖有機質類型.

生物標志化合物包含了豐富的有機質來源信息.Shanmugam［23］提出用Pr/nC17與Ph/nC18的相關關系來指示有機質來源和成熟度.通過12件北票組樣品投點（圖4），1件樣品落在Ⅱ2型，其余11件樣品落在III型.

不同類型的干酪根顯微組分具有不同的生烴能力.因此，根據干酪根的主要顯微組分類脂組、殼質組、鏡質組和惰質組分的含量可劃分不同類型［24］.目前主要采用2種方法對干酪根進行分類，一種是根據干酪根的類脂組與鏡質組的相對含量，另一種是同時考慮干酪根類脂組、殼質組、鏡質組和惰質組4種組分的含量，采用類型指數（TI）來劃分干酪根類型：TI＝（腐泥組×100＋殼質組×50－鏡質組×75－惰質組×100）/100.

表2 有機質豐度評價標準Table 2 Evaluation criteria for organic matter abundance of source rocks

圖4 北票組烴源巖Pr/nC17與Ph/nC18的相關關系Fig.4 The Pr/nC17－Ph/nC18 diagram of Beipiao Formation source rocks

本文采用曹慶英［25］提出的TI指數干酪根四分法（表3）.

表3 干酪根類型指數分類表Table 3 Classification of kerogen types

經計算北票組烴源巖有機質以III型為主，部分為II2型（圖5）.

圖5 北票組烴源巖干酪根類型分布直方圖Fig.5 Distribution histogram for kerogen types of Beipiao Formation source rocks

3.3 有機質成熟度

有機質成熟度是衡量有機質向油氣轉化的程度.反映有機質成熟度的參數較多，如干酪根演化特征的元素組成的變化、官能團構成的變化、自由基含量的變化、顏色及熒光性的變化、熱失重的變化、碳同位素組成的變化、鏡質體反射率的變化及反映熱解產物演化的可溶有機質的含量和組成、烴類的含量和組成均可成為成熟度指標［26］.

鏡質組反射率（Ro）是最為有效的參數.根據烴源巖成熟階段劃分標準［27］，可分為未熟階段（Ro＜0.5%）；成熟階段（Ro：0.5%～1.3%，其中Ro介于0.5%～1.0%為重油生烴高峰，1.0%～1.3%為輕質油生烴高峰）；凝析氣—濕氣生烴階段（Ro：1.3%～2.0%）；過熟階段（Ro＞2.0%，干氣階段）.

遼凌地1井北票組12個烴源巖的鏡質體反射率值均為0.57%～0.62%，平均值為0.60%，為低成熟特征（圖6）.

圖6 北票組烴源巖R o分布圖Fig.6 R o distribution of Beipiao Formation source rocks

生物標記化合物異構化參數、奇偶優勢參數等也可以作為成熟度指標.分析北票組12件烴源巖樣品甾烷異構化成熟度參數C2920S/（20S＋20R）和C29αββ/（ααα＋αββ）相關關系（圖7），3件處于未成熟演化階段，其余9件均處于低成熟演化階段.

4 結論

（1）牛營子盆地遼凌地1井侏羅系北票組烴源巖有機碳分布在0.75%～37.9%之間，平均值為11.68%.綜合判斷其有機質豐度高，具備良好的生烴物質基礎.

（2）根據Pr/nC17與Ph/nC18的相關關系判斷，北票組烴源巖有機質類型為Ⅲ型和Ⅱ2型.鏡質組反射率研究表明有機質處于低成熟演化階段.

圖7 甾烷成熟度參數相關圖Fig.7 The C2920S/（20S＋20R）－C29αββ/（ααα＋αββ）diagram of Beipiao Formation source rocks

（3）綜合分析認為，牛營子盆地侏羅系北票組具有一定的生烴潛力.

致謝：吉林大學實習生姜洋參加了鉆孔巖心編錄與取樣工作，在此表示感謝.