鄂爾多斯盆地南部旬-宜探區延長組長7烴源巖特征及評價

侯 娟，曹建康，莊一鵬，邢麗娟，李國輝，張高源，王導麗

(1. 中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南 南陽 473132；2.江蘇省有色金屬華東地質勘查局八一四隊，江蘇 鎮江 212005)

0 引言

鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7期是整個盆地湖盆發育的鼎盛時期[1-2]，半深湖—深湖相沉積了大面積富有機質優質烴源巖，具有烴源巖厚度大、總有機碳豐度高及生烴潛量大等特征，是盆地中生界三疊系延長組的主力烴源巖層系[3-6]，同時也是近年來鄂爾多斯盆地三疊系頁巖油勘探的重點層系[7-9]。

前人對該盆地三疊系烴源巖特征的研究工作多圍繞盆地斜坡區展開，并已取得了大量的研究成果[1-14]，位于盆地東南部的旬—宜探區的烴源巖特征分析尚未系統開展。為此，本次在對探區內三疊系延長組長7頁巖層系烴源巖進行采樣的基礎上，利用地球化學指標展開烴源巖評價；并參考區域資料，與周緣烴源巖特征進行類比，旨在綜合評價該區長7頁巖層系烴源巖特征，以期為建立鄂爾多斯盆地整體的烴源巖體系和加快勘探區下一步油氣勘探步伐提供一定的地質依據。

1 地質背景

旬—宜探區地處鄂爾多斯盆地東南部，行政上，跨旬邑、宜君、黃陵三縣；構造上，位于伊陜斜坡與渭北隆起結合部位(圖1)，總體上呈現出“南高北低、東高西低”的構造格局；受印支、燕山及喜山運動的影響，區內構造活動強烈，斷裂較盆地主體區發育，特別是工區東南部發育區域斷裂帶。晚三疊世長7沉積期，整個湖盆快速擴張，在南部形成大型湖泊，旬—宜探區位于沉積中心[11]，發育半深湖—深湖相沉積體系，沉積了一套半深湖—深湖相的優質烴源巖，為延長組油氣藏的形成提供了良好的物質基礎。

圖1 鄂爾多斯盆地構造區劃分及研究區位置圖

2 烴源巖分布特征

作為三疊系延長組主力烴源巖層系，長7烴源巖分布范圍非常廣，尤其是長7下部的“張家灘頁巖”是最優質的烴源巖，為研究區的油氣聚集提供了豐富的物質基礎[12]。通過鉆井取心觀察，發現區內長7烴源巖主要呈深灰色、灰色、灰黑色，質地較硬，多見1～2 cm黃鐵礦夾層，局部含凝灰巖；包括灰黑色油頁巖、灰黑色碳質泥巖、灰色泥巖等，以灰黑色油頁巖為主；測井曲線上則表現為高電阻、高伽馬、高聲波時差、自然電位負異常等特征。

2.1 平面分布特征

受區域構造運動的影響，旬—宜探區延長組長7頁巖層系整體埋藏淺，其中西北埋藏深，多大于1200 m；東北部、東南部埋深淺，頂面埋深為500～700 m。

通過對全區90余口鉆穿長7油層組探井統計顯示，研究區延長組長7富有機質頁巖整體呈NW—SE向展布，分布穩定，累計厚度大，單井累計厚度超過70 m，一般厚度為30～50 m(圖2)，且中部厚度大，向北東、南西呈環帶狀遞減。整體上，區內頁巖具分布廣、厚度大等特征，為油氣的富集提供了良好的物質基礎[13]。

圖2 旬—宜探區延長組長7富有機質頁巖累計厚度等值線圖

2.2 縱向分布特征

根據沉積旋回、測井響應等特征，把延長組長7油層組劃分為長71、長72和長73等三個亞油層組；縱向上，富有機質頁巖主要發育在長73中下部，其在測井曲線上表現出“高伽馬、低電位、高聲波時差和高電阻”的“三高一低”特征，俗稱“張家灘頁巖”，且區內多數探井鉆遇，厚度在20～30 m之間；另外，長71、長72亞油層組也發育黑色頁巖和暗色泥巖(圖3)。

圖3 旬—宜探區烴源巖的縱向分布特點及測井響應特征

3 烴源巖地球化學特征

為了搞清研究區長7烴源巖特征，對Y2井長7烴源巖層段巖心進行了系統的采樣和測試，結合W12、W56及野外露頭等少部分測試數據，綜合評價研究區長7烴源巖有機地球化學特征及生烴潛力，并與鄰區烴源巖特征進行了對比分析。

由于全區延長組長7油層組埋深差異不大，故整個長7油層組演化程度相當，所以本次研究主要以Y2井長7烴源巖測試結果說明長7烴源巖特征具有一定的代表性。

3.1 有機質豐度

有機質豐度是評價烴源巖優劣及生烴潛量的重要指標[3]，一般來說，有機質豐度越高，體積越大，其生烴潛量越大[14]。本次采用有機碳含量和生烴潛量兩個指標評價研究區長7有機質豐度。結果表明，三疊系延長組長7頁巖有機碳含量高，主要分布在2%～6%之間，平均7.6%(圖4)；且85%以上的樣品TOC含量大于2%；生烴潛量(S1+S2)平均值為31.1 mg/g，大于6 mg/g的樣品占總數的93.71%，大于20 mg/g的樣品占總數的46.83%，生烴潛量大。其次是灰色泥巖，有機碳主要分布在1%～2%之間，平均2.9%，生烴潛量平均7.5 mg/g(圖5)。另外，工區東南棋盤鎮頁巖礦TOC含量也較高，平均含量超過12%(表1)。根據我國“陸相烴源巖地球化學方法標準”[15]，綜合評價，認為長7頁巖有機質為“好”至“最好”烴源巖。區內有機質豐度較高的黑色頁巖和灰色泥巖具有較高的生排、烴能力，奠定了豐富的油源物質基礎。

表1 旬—宜探區延長組長7烴源巖有機質豐度統計

圖4 旬—宜探區延長組長7黑色頁巖有機質豐度指標統計

圖5 旬—宜探區延長組長7灰色泥巖有機質豐度指標統計

3.2 有機質類型

烴源巖生烴潛量和烴類產物的特征與烴源巖中的有機質類型緊密相關[16]。通過分析研究區延長組長7烴源巖的有機質顯微組分、熱解參數及可溶有機質族組分等，綜合判定延長組長7烴源巖有機質母質類型以Ⅱ1～Ⅱ2型為主。

3.2.1 干酪根顯微組分

烴源巖干酪根有機顯微組分能反映出母質沉積時的特征、類型、沉積環境及熱演化特征[16]。干酪根有機顯微組分統計表明(表2)，延長組長7烴源巖干酪根的殼質組含量最高，平均體積分數為85.7%；其次為鏡質組，平均體積分數為11.5%；惰質組含量低，其體積分數僅占2.8%；干酪根顯微組分三角圖上顯示，工區延長組長7烴源巖有機質類型主要是Ⅱ1～Ⅱ2(圖6)。

表2 旬—宜探區延長組長7烴源巖干酪根有機顯微組分

圖6 旬—宜探區延長組長7烴源巖干酪根顯微組分三角圖

通過有機質類型指數(Ti)的計算可劃分出干酪根類型[17]。計算公式為Ti=[(φ腐泥組)×100+φ(殼質組)×50-φ(鏡質組)×75-φ(惰質組)×100)]/100，其中，φ表示體積分數。

計算結果顯示，Ti指數在0～80之間；綜合分析認為區內長7烴源巖干酪根類型為Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根。

3.2.2 烴源巖熱解參數

巖石熱解參數也是用來劃分泥頁巖有機質類型的良好指標[18]。本次研究熱解分析樣品40個，最高熱解峰溫(Tmax)分布在435℃～453℃之間，平均447℃；氫指數(IH)分布在(114～495)mg/g·TOC之間，平均286 mg/g·TOC；降解率(D)分布在10%～43%之間，平均27.5%。通過Tmax-D圖解(圖7a)，烴源巖有機質類型以Ⅰ型為主。但根據Tmax-IH圖解(圖7b)，樣品主要落在Ⅱ1～Ⅱ2型范圍內；總體降解率(D)較高，認為是有機質生烴后運移出去造成的，從而影響了Tmax-D圖解法對有機質類型識別。

圖7 Tmax - D (a) 與Tmax - IH (b) 有機質類型劃分圖

3.2.3 可溶有機質族組分

可溶有機質族組分特征能反映烴源巖的母質類型。通過對Y2井延長組長7烴源巖可溶有機質族組分分析可知，飽和烴的含量為37.36%～58.75%，平均44.31%；芳烴含量為21.40%～27.84%，平均24.64%，非烴的含量為12.84%～20.15%，平均16.38%；“飽/芳比”為1.34～2.75，平均1.82；總體上，族組分表現為飽和烴、芳烴和非烴含量以及飽/芳比等較低，依據陸相烴源巖有機質類型的可溶有機質組成劃分標準SY/T 5735-1995，認為區內長7烴源巖有機質為Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根(表3)。

表3 旬—宜探區延長組長7烴源巖可溶有機質組分與有機質類型劃分

根據干酪根顯微組分、巖石熱解及可溶有機質組分等不同地球化學指標綜合分析，認為旬—宜探區延長組長7烴源巖有機質類型主要為Ⅱ1～Ⅱ2型，類型較好，具有較大的生烴潛力。

3.3 有機質成熟度

有機質成熟度是評價烴源巖的重要指標之一。其中，鏡質體反射率(Ro)和最高熱解峰溫(Tmax)均是反映有機質熱演化程度的常用指標；Ro是有效加熱時間和溫度的函數，具有不可逆性。因此Ro是干酪根熱演化階段和成熟度的最佳參數，其值越大，則熱演化程度越高[16]。分析74個樣品的Tmax，主頻在441℃～450℃之間(圖8)；依據不同類型干酪根Tmax與Ro的關系(表4)，認為區內延長組長7烴源巖有機質處于生油階段；鏡質體反射率Ro在0.65%～0.82%之間，平均0.78%(表5)，均已經進入成熟階段，以生油為主，此時烴源巖具有很強的生、排烴能力[19]。

表4 我國烴源巖Tmax與Ro關系對應范圍表[20]

表5 旬—宜探區延長組長7烴源巖實測Ro統計

圖8 旬—宜探區延長組長7烴源巖熱解Tmax值分布直方圖

3.4 飽和烴氣相色譜特征

通過對Y2井延長組長7烴源巖11個樣品飽和烴氣相色譜分析，認為研究區長7烴源巖的飽和烴色譜整體呈單峰態前峰型，主峰碳分布范圍在C17～C19之間，反映了烴源巖母質類型以低等生物為主，如浮游生物、藻類等；結合區域沉積背景，認為長7油層組主要為深湖—半深湖相沉積(圖9)[19]。進一步分析發現(表6)，碳優勢指數(CPI)范圍為1.02～1.14，平均1.07；奇偶優勢比(OEP)值范圍為0.96～1.07，平均1.0，反映了烴源巖正構烷烴此時奇偶優勢已經基本消失，處于成熟生油階段；∑nC21-/∑nC22+比值范圍為1.5～3.08，平均2.19，也反映出正構烷烴呈單峰態，低碳數組分占優勢，顯示生油母質以水生生物為主，類型較好；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)值范圍為3.1～6.67，平均4.79，表明研究區長7烴源巖母質沉積環境為還原環境，熱演化程度較高，已達到成熟演化階段[12]。

圖9 旬—宜探區延長組長7烴源巖的飽和烴氣相色譜圖

前人研究認為，一般在強還原條件下，烴源巖有機質生成植烷(Ph)，而在氧化環境下生成姥鮫烷(Pr)，故通常用姥植比值(Pr/Ph)判別烴源巖沉積時的氧化還原條件，且當Pr/Ph值<0.8時可判別為強還原環境，當0.83.0時可判別為氧化環境[19，21]。統計發現(表6)，旬—宜探區延長組長7烴源巖有機質姥植比值(Pr/Ph)在0.72～1.18之間，平均0.86；Pr/nC17在0.13～0.24之間，平均0.17；Pr/nC18在0.11～0.33之間，平均0.20；這些均進一步反映研究區延長組長7烴源巖有機質熱演化程度較高，主要為還原環境沉積。

表6 旬—宜探區延長組長7烴源巖飽和烴色譜參數統計(Y2井)

4 綜合評價

為了進一步明確旬—宜探區長7烴源巖的特征，本次通過區域資料調研，展開區內與區域上油氣勘探取得較好效果的慶城地區優質烴源巖特征進行對比：從平面分布來看，旬—宜探區延長組長7烴源巖廣泛發育，呈NW—SE向展布，且中部厚度大，向北東、南西方向呈環帶狀遞減，厚度在30～40 m之間，與西北華池—慶城一帶相當[22]；從豐度來看，慶城地區長7黑色頁巖TOC含量為6%～16%，平均13.8%，旬—宜探區黑色頁巖TOC平均7.6%，研究區豐度比慶城地區差；從類型上慶城地區頁巖有機質干酪根類型以Ⅱ1～I型為主，明顯好于旬—宜探區；從成熟度來看，旬—宜探區長7烴源巖成熟度，低于慶城地區長7烴源巖成熟度(Ro在0.7%～1.1%之間)(表7)。

表7 旬—宜及鄰區延長組長7烴源巖綜合評價對比

雖然區內長7烴源巖有機質豐度、類型及成熟度均略差于慶城地區；但整體上，區內長7烴源巖頁巖分布廣、厚度大，有機質豐度較高；干酪根類型為Ⅱ1～Ⅱ2型，熱演化程度適中，處于大量生烴的成熟階段，有利于孔隙的形成，對油氣的賦存起積極作用，仍具有較大的資源潛力。

5 結論

綜合分析鄂爾多斯盆地旬—宜探區延長組長7頁巖厚度及平面分布情況、總有機碳和生烴潛量(S1+S2)等，認為研究區延長組長7烴源巖有機質頁巖厚度大、分布廣、豐度高，具有較好的生烴潛力，總體評價為“好”烴源巖。

據有機質干酪根顯微組分、熱解參數、氫指數及降解率(D)等參數分析，認為長7烴源巖干酪根類型以Ⅱ1～Ⅱ2型為主；根據熱解參數和鏡質體反射率(Ro)分析，最高熱解峰溫(Tmax)在443℃～453℃之間，平均447℃；Ro在0.70%～0.82%之間，平均0.78%，熱演化程度適中，已達到成熟階段和排烴門限，為有效烴源巖，飽和烴氣相色譜分析認為其形成于還原環境下陸相淡水湖盆的低等水生生物。總之，研究區延長組長7烴源巖具備較大的生烴潛力，可為延長組油氣富集提供豐富的物質基礎。