烴源巖有機質成熟度的實時判別方法探索

董黛莉

（大慶鉆探工程公司地質錄井一公司資料解釋評價中心，黑龍江 大慶 163411）

烴源巖演化生烴是油氣藏形成的最基本物質條件和前提，烴源巖成熟度是表示沉積有機質向油氣轉化的熱演化程度，大量油氣勘探實踐證明，在成熟烴源巖分布區，才具有較高的油氣勘探成功率，因此，烴源巖成熟度是決定油氣勘探成敗的關鍵。

在烴源巖熱演化過程中，烴源巖中的有機質會發生一系列的物理變化及化學反應，導致烴源巖中有機質的物理性質和化學組成產生不可逆的變化，因此，可以根據有機質的物理性質及化學組成的變化特征來判斷有機質熱演化程度。為了判斷烴源巖有機質熱演化程度，分析有機質是否開始大量生成油氣，國內外石油地質學家和地球化學家提出了多種衡量有機質成熟度的指標，其中，鏡質體反射率Ro因具有穩定性、不可逆性及可量化性等特點，被認定為是判識有機質熱演化和成熟度的最佳參數之一。

目前，鏡質體反射率分析都是采用鉆井現場取樣送回實驗室分析的模式，由于這種模式耗時周期長、樣品數量受限、分析數據不連續，大大延誤了有機質成熟度分析資料在油氣勘探及解釋評價中的應用。因此，需要找出烴源巖有機質成熟度實時判別方法，從而快速準確判別有機質成熟度，及時指導油氣勘探的有序進行。

1 鏡質體反射率Ro特點

鏡質體是一組具鏡煤特征的富氧顯微組分，由同泥炭成因有關的腐殖質組成。鏡質體反射率是鏡質體(在綠光中)的反射光強度對垂直入射光強度的百分比[1]，鏡質體反射率值是依據反射光強度與光電信號成正比的原理，在入射光一定的顯微鏡下，對比煤光片中的鏡質體和標準樣的反射率光電信號值而得出的。

干酪根的基本成分為來源于陸生高等植物碎片的鏡質體碎片和非晶質有機物，因此，在成巖過程中干酪根與鏡質體的熱演化過程基本一致。鏡質體的化學結構為芳香環帶烷基支鏈，隨著熱演化程度逐漸加深，烷基支鏈熱解析出，而芳環結構由于進一步的縮合、稠合等作用，產生微片狀結構，使芳香片的間距逐漸縮小，導致反射率逐漸增高，該過程是十分穩定且不可逆的，因此，鏡質體反射率的變化，可以認為是有機質熱演化過程的積分，是溫度與時間的函數，而地層溫度又是利用地層深度與地溫梯度獲得的，所以，鏡質體反射率與地層深度存在一定的關聯性。

大量研究表明，有機質類型為Ⅱ型和Ⅲ型的烴源巖，其成熟度Ro的研究完全可以依托于對應的甲烷碳同位素資料[2-3]，根據圖1甲烷同位素與鏡質體反射率相關圖所示，鏡質體反射率Ro與甲烷碳同位素值有很好的正相關性[4]。國內外很多學者針對不同的區塊提出有機質成熟度Ro與甲烷同位素的回歸方程[5-11]，Stahl提出了西北歐和北美有機成因天然氣的δ13C1≈141gRo-28（煤成氣）、δ13C1≈171gRo-42（油型氣）回歸方程，沈平等提出了鄂爾多斯盆地、四川盆地和東濮凹陷有機成因天然氣的δ13C1≈8.611gRo-32.8回歸方程，劉文匯指出腐殖型有機質形成煤成氣在Ro=0.9前后有2個回歸方程，即δ13C1≈48.771gRo-34.1（Ro≤0.9%）、δ13C1≈22.421gRo-34.8（Ro＞0.9%），戴金星不僅提出了Ro與甲烷同位素回歸方程，同時還提出了Ro與乙烷同位素和丙烷同位素的回歸方程：δ13C1≈14.121gRo-34.39（煤成氣）、δ13C1≈15.801gRo-42.20（油型氣）、δ13C2≈8.161gRo-25.71（煤成氣）、δ13C3≈7.121gRo-24.03（煤成氣）。因此，根據不同的沉積環境生成的天然氣Ro及烷烴碳同位素值，建立相應的δ13Cn－Ro回歸方程，計算出天然氣在生成時的成熟度，既可判斷烴源巖成熟度。

圖1 甲烷同位素與鏡質體反射率相關圖

2 鏡質體反射率Ro的實時判別方法

基于鏡質體反射率Ro與地層深度及天然氣烷烴碳同位素值均存在一定關聯性的特點，下面以S盆地G探區為例，應用此兩項參數分別與鏡質體反射率Ro建立相應回歸方程，以實現對烴源巖成熟度Ro值的實時定量分析，并且依據有機質熱演化四個階段的Ro值范圍（據張厚福等，1999），即Ro＜0.5%為未成熟階段、0.5%＜Ro＜1.2%為成熟階段、1.2%＜Ro＜2.0%為高成熟階段、Ro＞2.0%為過成熟階段，對烴源巖熱演化階段進行定性判別。

S盆地G凹陷是盆地的一個負向二級構造單元，是在基底構造形態基礎上發育的繼承性凹陷，呈南深北淺、東高西低的構造形態。G凹陷Qn組沉積時期正處于大湖泛時期，沉積了厚度大、泥質較純、有機質豐富的泥頁巖層，是S盆地的主要生排烴中心。Qn組主要發育5大類巖性，為頁巖、泥巖、粉砂巖、白云巖、介殼灰巖，烴源巖Ro主要介于0.8%～1.8%之間。

2.1 G探區鏡質體反射率Ro與井深的關系

通過對G探區4口井的87塊泥頁巖巖芯樣品進行了鏡質體反射率的分析測定，根據測得數據建立烴源巖地層井深與鏡質體反射率的關系（圖2），從圖2可以看出，烴源巖層地層的深度與鏡質體反射率值具有較好的正相關性，得出鏡質體反射率計算方程如下：

圖2 G探區烴源巖Ro與深度關系圖

Ro=（Depth?1083.5）/924.75

式中：Ro——鏡質體反射率，%；

Depth——井深，TVD。

2.2 G探區鏡質體反射率Ro與碳同位素的關系

國內外學者根據研究區的具體情況提出了相應的δ13Cn－Ro回歸方程，但是這些方程在G探區并不完全適用，因此，筆者以G探區A井天然氣烷烴實時碳同位素數據與所對應深度Ro建立δ13Cn－Ro回歸方程（圖3），可以看到乙烷及丙烷實時碳同位素數據與Ro的相關性均較低，回歸方程關聯性不理想，但甲烷碳同位素與Ro具有一定相關性，其回歸方程為δ13C1=26.64ln Ro-55.53，可以嘗試應用于G探區井Ro的實時判別。

圖3 G探區A井天然氣δ13Cn－Ro回歸方程

3 G探區Ro實時判別方法在B井的初步應用

G探區B井位于G凹陷北部構造低部位，Qn組二段發育厚層黑灰、灰黑色泥巖，Qn組一段巖性以黑灰色泥巖、頁巖為主，夾薄層介殼灰巖，對Qn組二段、一段15塊泥頁巖巖芯樣品進行了Ro分析，其數值在1.25%～1.53%之間（表1），反映本井Qn組二段、一段泥頁巖均處于高成熟階段，并且隨著深度的加深，Ro值存在逐漸增大的趨勢。

根據前文所建立的Ro=（Depth?1083.5）/924.75及δ13C1=26.64lnRo-55.53方程，分別應用深度、甲烷碳同位素數值計算出對應井深點的Ro值，所得數據如表1。將計算Ro值與該井深點的巖芯分析Ro值進行比較，如圖4所示，利用深度計算所得Ro與巖芯分析Ro數據趨勢的一致性較好，且隨著井深的增加，數值誤差逐漸減小，Qn組一段數值誤差明顯小于Qn組二段，深度計算所得Ro的數值范圍反映本井Qn組二段、一段泥頁巖均處于高成熟階段，與巖芯分析Ro結論吻合；甲烷碳同位素計算所得的Qn組二段Ro數值與巖芯分析Ro趨勢及數值差異均較大，而Qn組一段Ro趨勢及數值數值與巖芯分析Ro吻合性較好，甲烷碳同位素計算Ro的數值范圍反映本井Qn組二段、一段泥頁巖均處于高成熟階段，與巖芯分析Ro結論吻合。

圖4 B井巖芯分析與方程預測Ro對比圖

表1 B井巖芯分析與方程預測Ro

由深度、甲烷碳同位素回歸方程在B井的初步應 用可以看出，深度、甲烷碳同位素回歸方程計算所得的Ro數據，在烴源巖成熟度的定性分析中應用效果均較好；在Ro定量分析中，深度回歸方程應用效果相對較好，但也存在一定誤差，甲烷碳同位素回歸方程計算Ro值與巖芯分析Ro誤差較大，應用效果差。

4 結論

（1）應用G探區Qn組泥頁巖數據，對烴源巖有機質成熟度的實時判別方法進行探索，實際應用效果較好，能夠完成對烴源巖熱演化階段的定性評價，由于G探區目前勘探井資料較少，Ro值的定量評價方法還不夠完善，后期更多數據補充進來后逐步優化回歸方程，應當能夠達到更好效果。

（2）在實際烴源巖層評價中，不同區域、不同生儲蓋組合的計算公式會存在一定的差異，應用分區塊建立回歸方程的方法，即可根據井深、甲烷碳同位素值計算出成熟度Ro值，實時對烴源巖成熟度進行有效的定性及定量分析。烴源巖有機質成熟度的實時判別具有數據連續性好、反饋及時、成本低廉等特點，能為隨鉆研究烴源巖成熟度提供重要的參考依據，未來隨著各個區塊研究工作的逐步開展，烴源巖成熟度的實時判別將具有更廣闊的應用前景。