高陽

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

東營凹陷北部沙四段下亞段鹽湖相烴源巖特征及展布

高陽

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

對東營凹陷北部沙四段下亞段鹽湖相烴源巖特征及展布缺乏系統(tǒng)研究，尤其對鹽湖沉積物中普遍發(fā)育的含膏泥巖、含鹽泥巖、膏質(zhì)泥巖和鹽質(zhì)泥巖的生烴潛力認(rèn)識不清。首先利用有機碳、巖石熱解等實驗分析手段，對不同巖相烴源巖的生烴潛力進行研究；然后基于實驗分析數(shù)據(jù)，建立了鹽湖相烴源巖有機碳含量測井評價模型，利用評價結(jié)果分析了烴源巖展布特征，結(jié)合埋藏史和熱演化史研究了烴源巖生烴史。結(jié)果表明：研究區(qū)沙四段下亞段烴源巖有機質(zhì)以腐泥型為主，有機質(zhì)類型主要為I—II1型，少量為II2型，都是優(yōu)質(zhì)的生油母質(zhì)；證實了含膏泥巖、含鹽泥巖、膏質(zhì)泥巖和鹽質(zhì)泥巖都具備生烴潛力，可孕育有效烴源巖。民豐地區(qū)、利津地區(qū)和勝坨下降盤是有效烴源巖發(fā)育的有利位置，這些地區(qū)有效烴源巖累積厚度大，有機碳含量高。研究區(qū)沙四段下亞段烴源巖普遍經(jīng)歷了“快—慢—快”的埋藏過程，生油高峰持續(xù)時間長，目前處于烴源巖熱解和原油裂解生氣階段，有利于烴源巖熱解氣和原油裂解氣成藏。

鹽湖烴源巖含膏泥巖含鹽泥巖膏質(zhì)泥巖測井評價東營凹陷

近年來，東營凹陷北部沙四段下亞段天然氣勘探取得突破［1］，其中豐深1-斜1井在沙四段下亞段試氣，經(jīng)CO2壓裂后，6 mm油嘴求產(chǎn)獲產(chǎn)氣量為7.3× 104m3/d，凝析油產(chǎn)量為18.7 m3/d的高產(chǎn)工業(yè)油氣流［2］；豐深1井通過CO2壓裂，5 mm油嘴求產(chǎn)獲產(chǎn)量為8×104m3/d的凝析氣［3］；鄰近的豐深3、豐深5、豐深10、坨深4等井也在該層段見到良好油氣顯示［4］，證實研究區(qū)沙四段下亞段蘊含豐富的油氣資源。

前人通過油源對比，認(rèn)為東營凹陷北部沙四段下亞段天然氣主要來自該層段鹽湖相烴源巖熱解和原油裂解［5］。在沙四段下亞段沉積時期，研究區(qū)發(fā)育典型的鹽湖相沉積，可以孕育優(yōu)質(zhì)烴源巖［6-8］，但由于埋藏深度大（超過4 000 m），取心樣品少，對這套烴源巖的性質(zhì)和展布缺乏系統(tǒng)研究，而且前人只把純泥巖作為烴源巖分析的主要研究對象，對鹽湖沉積物中普遍發(fā)育的含膏泥巖、含鹽泥巖、膏質(zhì)泥巖和鹽質(zhì)泥巖是否具有生烴潛力的認(rèn)識不足。針對這些問題，筆者通過采集各類巖相的泥巖樣品，開展有機碳、巖石熱解、可溶有機質(zhì)抽提和族組分分析等實驗，明確了研究區(qū)沙四段下亞段烴源巖特征；并基于實測數(shù)據(jù)建立了鹽湖相烴源巖有機碳含量（TOC）測井評價模型，對烴源巖的展布進行了研究；基于實測鏡質(zhì)組反射率（Ro）數(shù)據(jù)，結(jié)合埋藏史和熱史研究成果，分析了烴源巖的熱演化過程和生烴史，以期為下一步油氣資源評價奠定基礎(chǔ)。

1 沉積背景

在沙四段沉積時期，東營凹陷北部處于裂谷盆地演化早期，氣候干熱，湖盆面積小，水體大量蒸發(fā)使鹽度增高，湖水咸化［9-11］。在沙四段下亞段沉積早期，自湖盆邊緣向中心依次發(fā)育碎屑巖—碳酸鹽巖—硫酸巖組合，紫紅色泥巖與蒸發(fā)巖共生［12］。在沙四段下亞段沉積晚期，氣候逐漸濕潤，湖盆面積進一步擴大，尤其在湖盆北部形成“高山深湖”的沉積格局，湖水在重力作用下形成下部鹵水和上部咸水、微咸水的分層現(xiàn)象［13］，當(dāng)鹵水達到鹽類結(jié)晶濃度時便有鹽類沉積，當(dāng)氣候變化，發(fā)生風(fēng)暴、濁流或季節(jié)性洪水涌入等使湖水大規(guī)模震蕩時，鹵水分層結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，形成碎屑巖沉積。在沙四段下亞段上部常見灰白色石膏、鹽巖與深灰色泥巖頻繁韻律互層，石膏、鹽巖層的單層厚度不超過25 m。由于鹽湖湖盆底層具有缺氧、強還原、高鹽度條件，使有機質(zhì)得以最大程度的保存［14］，與石膏、鹽巖互層的泥巖和油頁巖一般具有較高的有機質(zhì)豐度。湖盆南緣水體變淺，主要發(fā)育紫色泥巖和蒸發(fā)巖。湖盆北緣緊鄰陳家莊斷層，發(fā)育巨厚砂礫巖體［15］，在砂礫巖體中發(fā)育扇間泥巖。根據(jù)泥巖沉積特征，將與石膏、鹽巖互層的紋層泥巖定義為鹽湖紋層泥巖相，將含膏泥巖、含鹽泥巖、膏質(zhì)泥巖和鹽質(zhì)泥巖定義為鹽湖膏鹽泥巖相，砂礫巖中夾層泥巖定義為扇間泥巖相。

此次研究采集了坨176井、豐深2井、新利深1井等6口井53塊泥巖樣品，其中鹽湖紋層泥巖11塊，鹽湖膏鹽泥巖樣品32塊，扇間泥巖樣品10塊，對這些樣品開展了有機碳、巖石熱解、族組分、干酪根顯微組分、飽和烴色譜等實驗分析。

2 烴源巖地球化學(xué)特征

干酪根顯微組分分析結(jié)果（表1）顯示，研究區(qū)沙四段下亞段烴源巖的有機質(zhì)以腐泥組為主，含少量鏡質(zhì)組，類型指數(shù)為23～90.1，腐泥組主要源自水生嗜鹽藻類和菌類，在顯微鏡下可以看到大量的無結(jié)構(gòu)藻類體及少量殼屑體。其中鹽湖紋層泥巖和鹽湖膏鹽泥巖的有機質(zhì)類型多為Ⅰ—Ⅱ1型，扇間泥巖的為Ⅱ2—Ⅱ1型，都是優(yōu)質(zhì)的生油母質(zhì)。鹽湖環(huán)境下水介質(zhì)鹽度高，易形成強還原環(huán)境，中國許多盆地鹽湖相烴源巖均具有較好的有機質(zhì)類型，如江漢盆地潛江組鹽湖相和泌陽盆地核二段烴源巖均為偏腐泥型和腐泥型干酪根［16］。

表1 東營凹陷北部沙四段下亞段烴源巖干酪根顯微組分及有機質(zhì)類型

圖1 東營凹陷北部沙四段下亞段泥巖有機碳含量分布頻率及其與深度的關(guān)系

有機碳含量分析結(jié)果顯示：東營凹陷北部沙四段下亞段不同巖相烴源巖的有機質(zhì)豐度差別不大（圖1a）。鹽湖紋層泥巖TOC值為0.4%～2.4%，平均為1.0%，主要為0.5%～1%，TOC值隨深度變化不明顯（圖1b）；鹽湖膏鹽泥巖TOC值為0.4%～4.0%，平均為1.2%，主要為0.5%～1.5%，隨深度增加略有減??；扇間泥巖TOC值為0.1%～2.0%，平均為1.0%，頻率分布均勻，隨深度增加明顯降低，其中坨176井3 222～3 224 m扇間泥巖TOC值超過2%，而豐深2井5 540～5 580 m扇間泥巖TOC值小于0.5%。

巖石熱解技術(shù)是快速、經(jīng)濟地評價生油巖的有效方法，一般認(rèn)為生烴潛力（S1+S2）低于2 mg/g為差烴源巖，2～6 mg/g為中等烴源巖，超過6 mg/g為好烴源巖［17］。研究區(qū)沙四段下亞段鹽湖紋層泥巖S1+S2值為1.02～13.5 mg/g；鹽湖膏鹽泥巖S1+S2值為0.3～13.6 mg/g，大于2 mg/g的樣品占總樣品數(shù)的54%；扇間泥巖S1+S2值為0.3～6.8 mg/g，大于2 mg/g的樣品占總樣品數(shù)的33%（表2）。從最高熱解峰溫（Tmax）看，研究區(qū)沙四段下亞段烴源巖多處于凝析油氣、濕氣階段，少數(shù)埋深小于4 000 m的樣品處于生油高峰階段，大量的富氫組分生成原油并已排出，導(dǎo)致烴源巖熱解氫指數(shù)偏低，但在經(jīng)歷了一定程度的熱演化之后，烴源巖仍具有較高的生烴潛力。

表2 東營凹陷北部沙四段下亞段泥巖地球化學(xué)特征

研究區(qū)泥巖氯仿瀝青“A”族組成具有“一高二低”的特征，即高飽和烴、低芳烴和低非烴—瀝青質(zhì)，飽和烴含量為65%～88%，芳烴為3%～11%，非烴—瀝青質(zhì)一般為2%～18%，最高達49%，飽和烴/芳烴值高，非烴/瀝青質(zhì)值高，反映了腐泥型母質(zhì)成烴的貢獻遠大于腐殖型母質(zhì)，而較高的非烴/瀝青質(zhì)可能反映雜原子化合物聚合程度低的特征。

研究區(qū)沙四段下亞段烴源巖具有高伽馬蠟烷和顯著的植烷優(yōu)勢，伽馬蠟烷/C30藿烷多高于0.20，Pr/Ph一般小于1.0（表3），這些特征表明烴源巖沉積過程中湖水具有較高的鹽度和強還原底水條件。CPI值趨近于1，說明烴源巖處于成熟—過成熟演化階段。烴源巖的重排甾烷含量低，C27重排甾烷/C27甾烷值多小于0.25，與咸化環(huán)境條件富硫酸鹽礦物、鹽巖和碳酸鹽礦物的特征一致。沙四段下亞段烴源巖中規(guī)則甾烷含量分布既存在C29＞C27＞C28，也存在C27＞C29＞C28，說明有機質(zhì)來源非常復(fù)雜（圖2）。

表3 東營凹陷北部沙四段下亞段烴源巖飽和烴色譜特征

圖2 東營凹陷北部沙四段下亞段烴源巖質(zhì)譜分析結(jié)果

3 烴源巖測井評價及展布特征

研究區(qū)鉆遇沙四段下亞段的井較少，且烴源巖取心數(shù)量有限?；跍y井信息與烴源巖實測TOC值之間的關(guān)系，可以計算烴源巖評價所需相關(guān)參數(shù)［18］，增加了烴源巖評價數(shù)據(jù)量，有利于揭示巖性變化大、有機質(zhì)分布復(fù)雜的鹽湖相烴源巖的展布特征。

3.1 測井評價模型

研究區(qū)沙四段下亞段烴源巖中富含石膏和鹽等礦物，使巖石的自然伽馬和密度降低，聲波時差和電阻率增大，對常規(guī)Δlg Rt法預(yù)測烴源巖TOC值產(chǎn)生不良影響［19-20］。因此，在巖性識別的基礎(chǔ)上，首先定量分析泥頁巖中的膏質(zhì)和鹽質(zhì)含量，再根據(jù)實測烴源巖TOC值，分不同巖性建立測井烴源巖評價模型，即

式中：TOC為有機碳含量，%；AC為聲波時差，μs/ft；Rt為電阻率，Ω·m；DEN為密度，g/cm3；SH為泥質(zhì)含量；GR為自然伽馬，API；GRSG為純石膏或純鹽自然伽馬，API；GRM為純泥巖自然伽馬，API。

為檢驗?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，將計算所得TOC值與實測TOC值進行對比，發(fā)現(xiàn)其相關(guān)系數(shù)可達82%，再選取烴源巖發(fā)育的豐深2井進行實測值和計算值對比（圖3），發(fā)現(xiàn)二者吻合較好，說明所建立的鹽湖相烴源巖測井評價模型是可靠的。

在測井?dāng)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，利用烴源巖測井評價方法對研究區(qū)62口井的沙四段下亞段烴源巖進行評價，獲取了大量的烴源巖評價參數(shù)，實現(xiàn)了對研究區(qū)沙四段下亞段鹽湖相烴源巖的精細(xì)評價。

3.2 有效烴源巖展布特征

通過巖心觀察和地球化學(xué)分析，結(jié)合前人研究成果，認(rèn)為TOC值大于0.5%的烴源巖才有效，介于1%～2%為中等烴源巖，超過2%為優(yōu)質(zhì)烴源巖［21-22］，以此為標(biāo)準(zhǔn)，利用測井評價烴源巖的結(jié)果繪制了研究區(qū)沙四段下亞段有效和優(yōu)質(zhì)烴源巖累積厚度等值線分布。

圖3 豐深2井TOC實測值與計算值對比

東營凹陷北部沙四段下亞段有效烴源巖主要分布在陳家莊斷層以南，勝科1、郝科1井以北，濱680、利古6井以西，其中豐深2—東風(fēng)8井區(qū)有效烴源巖累積厚度超過了350 m。中央隆起帶以南僅在局部（梁125—梁6井區(qū)、官130井區(qū)）發(fā)育有效烴源巖，累積厚度不超過100 m（圖4a），在利津地區(qū)（新利深1井南）、勝坨地區(qū)下降盤（坨深1井區(qū)）、民豐地區(qū)（豐深2—豐深6井區(qū)）有效烴源巖的TOC均值超過1.8%，郝科1井區(qū)TOC均值超過1.6%，總的來看，有效烴源巖向東、向南厚度減薄，品質(zhì)變差。

優(yōu)質(zhì)烴源巖控制著凹陷內(nèi)油氣藏的形成和分布。研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布較為局限，厚度最大不超過60 m，超過30 m的區(qū)域包括郝科1井區(qū)、豐深2—豐深1井區(qū)、坨深1井區(qū)和新利深1井南（圖4b）。

湖盆有機質(zhì)沉積并保存下來的主要控制因素是古生產(chǎn)力和缺氧環(huán)境［23］，二者控制了優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育。一方面，高鹽條件下生物種類減少，但生物數(shù)量不減，在鏡下觀察到烴源巖樣品中發(fā)育大量藻類富集紋層，可見高鹽度鹵水中，生命仍然繁盛［24］，這說明高鹽環(huán)境雖然抑制了寄生生物生長，但有利于藻類勃發(fā)，同樣可以提高生產(chǎn)力［25］；另一方面，鹽湖水體分層導(dǎo)致下部水體形成強還原環(huán)境，有機質(zhì)得以有效保存。在沙四段下亞段沉積時期，東營凹陷北部利津和民豐地區(qū)是沉積中心，發(fā)育深水—半深水鹽湖，沉積了巨厚的泥巖、含膏泥巖、含鹽泥巖、膏質(zhì)泥巖和鹽質(zhì)泥巖，這些泥巖有機質(zhì)類型好，豐度高，后期又得以有效保存，有利于有效烴源巖發(fā)育。

圖4 東營凹陷北部沙四段下亞段有效和優(yōu)質(zhì)烴源巖累積厚度等值線分布

4 烴源巖演化及生烴史

非常充分。明化鎮(zhèn)組沉積中后期（7 Ma）以來，烴源巖埋深超過4 000 m，地層溫度超過160℃，Ro＞1.2%，烴源巖中未排出的原油和古油藏中的原油都開始裂解，目前民豐地區(qū)大面積的區(qū)域處于烴源巖熱解和原油裂解的生氣階段。

4.1 民豐地區(qū)

民豐地區(qū)沙四段下亞段烴源巖在沙四段—沙二段沉積時期被快速埋藏，埋藏速率平均為0.34 km/Ma，在沙三段下亞段沉積時期（39 Ma）進入生油門限，沙三段中亞段沉積時期（36 Ma）達到生油高峰，在東營組沉積末期，洼陷抬升遭受剝蝕，剝蝕厚度超過200 m，直到明化鎮(zhèn)組沉積早期（9 Ma）才進入烴源巖熱解生氣階段（圖5），36～9 Ma的生油過程

圖5 豐深2井沙四段下亞段烴源巖埋藏和生烴史

4.2 利津地區(qū)

利津地區(qū)沙四段下亞段烴源巖在沙四段—沙二段沉積時期快速埋藏，到沙三段沉積中期進入生油門限，沙三段沉積后期（32 Ma）進入生油高峰，沙一段—東營組沉積時期埋藏速率明顯降低，東營組沉積后期洼陷抬升，遭受剝蝕，這一過程從24 Ma持續(xù)到17 Ma，館陶組沉積時期又開始快速埋藏，但直到明化鎮(zhèn)組沉積后期（6 Ma）烴源巖進入熱解生氣階段，烴源巖在主要生油階段渡過了26 Ma，生油過程充分。2 Ma以來，洼陷局部埋深超過4 100 m，溫度超過了160℃，進入原油裂解生氣階段。

4.3 勝坨下降盤

同利津地區(qū)一樣，勝坨下降盤深洼區(qū)沙四段下亞段烴源巖也經(jīng)歷了“快—慢—快”的埋藏過程。在沙三段沉積中期（36 Ma）達到生油門限，沙三段沉積后期進入生油高峰期，然后在明化鎮(zhèn)組沉積后期（5.5 Ma）才達到烴源巖熱解生氣階段。1.5 Ma以來，地層溫度超過160℃，原油開始裂解，目前處于原油裂解生氣階段。

5 結(jié)論

東營凹陷北部沙四段下亞段鹽湖相烴源巖富含有機質(zhì)，有機質(zhì)類型多為Ⅰ—Ⅱ1型，是優(yōu)質(zhì)的生油母質(zhì)。通過有機碳、巖石熱解等實驗分析手段證實，鹽湖沉積物中的含膏泥巖、含鹽泥巖、膏質(zhì)泥巖和鹽質(zhì)泥巖也具備一定的生烴能力，拓展了東營凹陷北部沙四段下亞段烴源巖研究范圍。

針對鹽湖相烴源巖不同巖性測井響應(yīng)特征，基于實測數(shù)據(jù)建立烴源巖測井評價模型，利用測井信息評價了研究區(qū)62口探井沙四段下亞段烴源巖。以TOC＞0.5%為有效烴源巖界定標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)有效烴源巖主要分布在中央隆起帶以北，其中民豐地區(qū)、利津地區(qū)和勝坨下降盤的烴源巖有機碳含量高、累積厚度大，是中等和優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育有利區(qū)，這些區(qū)域是沙四段下亞段鹽湖沉積中心，藻類勃發(fā)和強還原環(huán)境有利于有機質(zhì)的富集和保存。

東營凹陷北部沙四段下亞段烴源巖普遍經(jīng)歷了早期（44～24 Ma）快速埋藏、中期（24～14 Ma）緩慢沉降和抬升、晚期（7 Ma至今）快速埋藏3個階段，它們在沙三段沉積中后期就進入生油高峰，生油階段持續(xù)時間長，生油作用充分；在明化鎮(zhèn)組沉積中后期烴源巖進入熱解生氣階段，目前深洼區(qū)沙四段下亞段埋深大多超過4 200 m，地層溫度超過160℃，烴源巖中未排出的原油和古油藏中的原油都開始裂解生成原油裂解氣。不同構(gòu)造部位生烴史有所差異，其中民豐地區(qū)烴源巖熱解和原油裂解持續(xù)時間長，兩者對天然氣成藏貢獻都很大；勝坨下降盤和利津地區(qū)烴源巖熱解生氣作用持續(xù)時間長于原油裂解，前者對成藏貢獻比后者大。

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編輯經(jīng)雅麗

TE112.113< class="emphasis_bold">文獻標(biāo)識碼：A

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1009-9603（2014）01-0010-06

2013-11-05。

高陽，男，工程師，博士，從事天然氣成藏和低滲透儲層研究。聯(lián)系電話：18605469715，E-mail：swap124@163.com。

國家自然科學(xué)基金項目“咸化湖盆優(yōu)質(zhì)烴源巖形成及其有機質(zhì)與鹽類物質(zhì)相互作用研究”（405272084），國家科技重大專項“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”（2011ZX05006）。