董越崎，劉慶新，李洪香，劉子藏，劉學(xué)超，李 寧

（1.中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.中國石油 大港油田勘探開發(fā)研究院，天津300280；3.東方地球物理公司 大港物探處，天津300280；4.安東石油技術(shù)有限公司，北京100102）

歧口凹陷位于黃驊拗陷中部，是黃驊拗陷最大的富油氣凹陷之一［1］，自“十一五”期間提出歧口凹陷“增儲十億噸，建設(shè)大油田”的目標以來，大港油田在歧口凹陷取得了可喜的成果，尤其是其西南緣地區(qū)沙一段陸續(xù)發(fā)現(xiàn)低熟高豐度頁巖及一些低熟油分布，逐步認識到低熟油在黃驊拗陷具有一定的潛力。為了進一步落實低熟烴源巖的資源潛力，筆者通過地球化學(xué)、元素化學(xué)及有機巖石學(xué)相結(jié)合對沙一段低熟烴源巖進行綜合評價［2－5］，著重剖析歧口凹陷低熟烴源巖的生烴、排烴特征，旨在為歧口凹陷低熟油資源評價與勘探部署提供科學(xué)依據(jù)。

1 低熟烴源巖分布特征

一般來說，頁巖在測井曲線上表現(xiàn)為“三高一低”的特征，即相對高電阻率、高自然伽馬、高聲波時差異常和低密度異常。因此，在研究歧口凹陷的頁巖分布特征時，主要采用測井錄井相結(jié)合的辦法，用測井資料［6］校正錄井進而研究歧口凹陷油頁巖的分布特征。

通過錄井測井相結(jié)合，分井統(tǒng)計出歧口凹陷沙一段頁巖的厚度。頁巖分布面積可達3 027 km2，厚度一般為15～40m，埋深一般在2 000～4 250m。頁巖鏡質(zhì)體反射率為0.34%～0.79%（樣品最大埋深3 899m），有機質(zhì)類型（圖1）以Ⅰ－Ⅱ1型為主，有機質(zhì)豐度高（表1），有機碳的質(zhì)量分數(shù)（wTOC）為2.43%～5.93%，氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分數(shù)（wA）為 0.4172%～0.8606%，總烴的質(zhì)量分數(shù)（w總烴）為1.19‰～5.09‰。總之，該地區(qū)油頁巖具有有機質(zhì)類型好、豐度高的特點。

沙一段低熟泥巖也具有分布范圍廣的特點，其中沙一上段分布面積可達2 077km2，厚度一般在25～200m；沙一中段分布面積可達1 536.6 km2，厚度一般在30～4 000m；沙一下段分布面積為1 286km2，厚度在25～500m。泥巖鏡質(zhì)體反射率為0.3%～0.52%，有機質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，Ⅰ型及Ⅱ2型為輔，有機質(zhì)豐度高（表1），wTOC＝1%～7.11%，wA＝0.035%～1.119%，w總烴＝（0.205～3.782）×10－6，因此沙一段低熟泥巖具有有機質(zhì)類型好、豐度高的特點。

2 低熟烴源巖生排烴特征

2.1 低熟烴源巖的生排烴門限

在系統(tǒng)收集研究區(qū)烴源巖地球化學(xué)分析資料的基礎(chǔ)上，主要依據(jù)烴源巖的自然演化剖面上地球化學(xué)特征變化，進行了生排烴的研究與資源量計算［7，8］。

前人研究認為熱解資料中的氫指數(shù)（IH）能夠很好地表征烴源巖的生排烴特征。在對歧口凹陷頁巖及低熟泥巖的氫指數(shù)研究表明，Ⅰ型有機質(zhì)頁巖的原始生烴量達到11.50‰，Ⅱ型有機質(zhì)低熟泥巖的原始生烴量達到9.00‰。

圖1 歧口凹陷低熟烴源巖有機質(zhì)類型圖Fig.1 Organic matter type of the immature hydrocarbon source rocks in Qikou sag

表1 歧口凹陷沙一段低熟烴源巖有機質(zhì)豐度Table 1 Organic matter abundance of Es1 immature hydrocarbon source rocks in Qikou sag

圖2 歧口凹陷泥頁巖生排烴演化模式圖Fig.2 Evolution model of hydrocarbon-generation and-expulsion of the mud-shale in Qikou sag

通過熱解資料與鏡質(zhì)體反射率相結(jié)合，研究表明（圖2）頁巖及低熟泥巖在埋藏深度為1.55 km達到低熟油的生油門限，在1.75km（相當于Ro＝25%）左右開始大量生油，在2km（相當于Ro＝35%）時達到生油高峰同時也是排烴門限，排烴高峰主要集中在2.3～2.6km深度，頁巖在2.9km深度（相當于Ro＝52%）低熟油排烴結(jié)束。排烴過程中，頁巖埋藏深度2.4km（相當于Ro＝45%）時排烴量達到60%，排烴率高達50%以上；低熟泥巖埋藏深度2.4km（相當于Ro＝45%）時排烴量達到30%，排烴率在30%以上。相對于低熟泥巖來說，頁巖生排烴具有集中排烴、高效排烴的特點。

2.2 低熟烴源巖排烴系數(shù)

排烴系數(shù)是指烴源巖層排烴有效厚度內(nèi)的初次運移量（排烴量）與有效厚度內(nèi)已有生烴量的百分比。烴源巖的排烴受到壓實作用、熱力增壓作用、黏土礦物脫水作用、斷層活動等多種因素影響。本文主要是利用烴源巖巖石熱解分析結(jié)果中的產(chǎn)率指數(shù)隨深度變化規(guī)律進行排烴系數(shù)的計算。

利用收集整理并經(jīng)過校正的熱解分析結(jié)果，作出了歧口凹陷頁巖及低熟泥巖產(chǎn)率指數(shù)隨深度的變化圖。在圖中作出散點的外包絡(luò)線，將產(chǎn)率指數(shù)的外包絡(luò)線作為其理論變化曲線，以100m作為計算單元，取其曲線對應(yīng)的產(chǎn)率指數(shù)值作為該深度單元的理論值，利用公式可以計算每一個樣品的排烴系數(shù)。

根據(jù)計算所得排烴系數(shù)（圖3），頁巖的排烴系數(shù)主要集中在0.2～0.6之間，低熟泥巖的排烴系數(shù)主要集中在0.1～0.6之間。

圖3 歧口凹陷泥頁巖生排烴系數(shù)Fig.3 Hydrocarbon-generation and-expulsion coefficients of the mud-shale in Qikou sag

3 低熟烴源巖沉積古環(huán)境地球化學(xué)特征

前人研究認為潮濕氣候條件下，沉積巖中Fe、A1、V、Ni、Ba、Zn、Co等元素含量較高，說明湖水淡化，為高湖面期，反映了潮濕氣候環(huán)境；而在干燥氣候條件下由于水分的蒸發(fā)，水介質(zhì)的堿性增強，Na、Ca、Mg、Cu、Sr、Mn被大量析出形成各種鹽類沉積在水底，所以它們的含量相對增高，為低湖面期，反映的氣候則為暖干或干寒期［9］。本文主要采用wFe/wMn、wCa/wMg、wSr/wBa、wSr/wCa、wAl＋Fe/wCa＋Mg結(jié)合烴源巖的生物標志物特征作為判別古氣候變化的指標［9，10］（圖4）。

wFe/wMn比值呈現(xiàn)出明顯的旋回性：Es3和Es1z沉積時期表現(xiàn)出高值，Es1x沉積時期表現(xiàn)出低值，反映古氣候由潮濕－干旱－潮濕，湖盆由深－淺－深的過程。wSr/wBa、wSr/wCa等比值對古鹽度的變化非常敏感，wSr/wBa、wSr/wCa高值點主要出現(xiàn)在沙一下段，較低值出現(xiàn)在沙三和沙一中段（個別地區(qū)沙一中段表現(xiàn)出高值），低值主要為東營組和沙一上段。有意思的是，各個層段的無機元素的比值也表現(xiàn)出旋回性，以沙三段wSr/wBa為例，深度在1.8～2.6km表現(xiàn)低值，深度在2.6～3km表現(xiàn)高值，深度在3～3.6km表現(xiàn)低值，深度在3.6～4.3km表現(xiàn)高值，旋回性很明顯。

綜合無機元素各種比值，歧口凹陷各層段之間的沉積環(huán)境具有明顯的旋回性，沉積環(huán)境主要為由潮濕－干旱－潮濕的旋回過程，總體上水體表現(xiàn)為咸水半咸水的環(huán)境，但是相對表現(xiàn)出由深－淺－深，水體表現(xiàn)為相對淡水－咸水－淡水的特點；同時，相同層段不同地區(qū)不同沉積深度也具有旋回性。結(jié)合烴源巖伽馬蠟烷含量和wPr/wPh值，伽馬蠟烷在沙一下段表現(xiàn)出高值（伽馬蠟烷高表明水體鹽度高），wPr/wPh表現(xiàn)出低值（水體為還原環(huán)境），與無機元素顯示的特征一致。因為我們認為用無機元素的特征來判定古環(huán)境是有效的。

4 低熟烴源巖有機巖石學(xué)特征

4.1 低熟烴源巖顯微組分特征

本文對于歧口凹陷顯微組分特征的研究主要采用的是全巖的分類系統(tǒng)［11，12］。歧口凹陷的低熟烴源巖以無機礦物為主（表2），有機組分占全巖質(zhì)量的0.3%～12%，礦物瀝青基質(zhì)占全巖質(zhì)量的0.2%～69.4%。其中有機組分中以腐泥組為主，殼質(zhì)組次之，惰質(zhì)組比較少見或幾乎沒有；在腐泥組和殼質(zhì)組的顯微組分中（表3），又以藻類體為主，其他富氫組分如殼屑體為常見組分，孢粉體含量比較低。

4.2 低熟烴源巖成烴母質(zhì)

4.2.1 藻類體是未熟－低熟烴源巖的主要成烴母質(zhì)

圖4 歧口凹陷無機元素及生物標志物特征Fig.4 Characteristics of the inorganic elements and the biomarkers in Qikou sag

表2 歧口凹陷低熟烴源巖全巖組成Table 2 The whole rock composition of the immature source rocks in Qikou sag

表3 歧口凹陷低熟烴源巖顯微組分含量與相對組成比較（w/%）Table 3 Comparison of content and relative composition of the maceral composition in the immature source rocks in Qikou sag

歧口凹陷低熟烴源巖中有機顯微組分組成特征，有形態(tài)顯微組分的含量并不高，其中又以藻類體占優(yōu)勢，是一種占絕對優(yōu)勢的富氫組分。富含藻類體顯微組分可以從表3中進一步得到證實。各類巖性烴源巖“殼質(zhì)組＋腐泥組”含量中均以藻類體顯微組分占優(yōu)勢（質(zhì)量分數(shù)＞50%）。埋深達到2km時的藻類體，在反射光的照射下發(fā)熒光（圖5），表明藻類體在烴源巖未熟－低熟階段也能夠生烴。同時在巖石光片中發(fā)現(xiàn)了反射熒光的叢粒藻、小古囊藻和渤海藻［13，14］（圖6），以及在掃描電鏡下沙一段低熟烴源巖中含有大量的顆石藻［15］（圖6），研究表明這些藻類在鏡質(zhì)體反射率達到0.5%之前就可以大量生烴。

歧口凹陷低熟烴源巖中藻類體的高含量與其他衡量烴源巖有機質(zhì)豐度參數(shù)間存在良好的相關(guān)性，藻類體含量高的烴源巖，其有機碳含量、熱解游離烴含量、生烴潛量以及氯仿瀝青“A”含量均較高，且它們之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系。換言之，藻類體的含量決定了低熟烴源巖的質(zhì)量，是歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中重要的生烴組分。

圖5 歧口凹陷烴源巖藻類體反射熒光Fig.5 The algae's reflection fluorescence of the source rocks in Qikou sag

圖6 歧口凹陷烴源巖中的菌藻類Fig.6 The algae of the source rocks in Qikou sag

4.2.2 礦物瀝青基質(zhì)是未熟－低熟烴源巖的重要成烴母質(zhì)

從有機巖石學(xué)的角度講礦物瀝青基質(zhì)不屬于有機顯微組分，但是它與各組分又是密不可分的，是烴源巖中各有機顯微組分生烴后烴類的殘留，屬于次生有機組分［16］。一般熒光強烈或中等偏弱，有細小莓狀黃鐵礦發(fā)育并分布其間。前人研究認為，干酪根中有一小部分（大約30%）是顯微鏡下可識別的有機殘體，即顯微組分，而大部分為亞微細分散在黏土礦物中類脂或腐殖物質(zhì)，即礦物瀝青基質(zhì)［17］。在多數(shù)情況下，基質(zhì)瀝青質(zhì)體生烴潛量并不低，應(yīng)是油氣形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中的礦物瀝青基質(zhì)主要來源于高等植物孢粉、表皮蠟質(zhì)與低等植物藻類中不穩(wěn)定內(nèi)含物與原生烴類。不穩(wěn)定內(nèi)含物在還原環(huán)境中未完全礦化掉，但經(jīng)過微生物改造，而微生物本身及類脂組分中原生烴類未經(jīng)微生物改造，這些物質(zhì)本身就是類脂化合物，是未熟－低熟油直接來源［16］。

歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中，廣泛分布著礦物瀝青基質(zhì)，其含量可占全巖體積的0.2%～69.4%，平均為17.08%；其中以沙一段烴源巖礦物瀝青基質(zhì)含量最高，體積分數(shù)為20.5%。并且埋深達到2km時的礦物瀝青基質(zhì)，在反射光的照射下發(fā)熒光（圖7）。熒光礦物瀝青基質(zhì)的大量存在，可以證實烴源巖在低演化階段就已經(jīng)有烴類生成，并滲入到烴源巖甚至是儲層當中。歧口凹陷未熟－低熟烴源巖中礦物瀝青基質(zhì)含量與表征有機質(zhì)豐度的地化參數(shù)存在明顯的正相關(guān)性，從而表明礦物瀝青基質(zhì)對烴源巖中有機質(zhì)含量的重要性。

圖7 歧口凹陷烴源巖中礦物瀝青基質(zhì)反射熒光Fig.7 The mineral-bituminous groundmass reflection fluorescence of source rocks in Qikou sag

5 歧口凹陷原油特征

歧口凹陷的原油主要正常原油，原油密度一般在0.82～0.89g/cm3，一部分為降解原油和低成熟原油（密度＞0.89g/cm3），還有一部分為低密度輕質(zhì)油或者凝析油。與烴源巖不同原油成熟度的確定主要依據(jù)其化學(xué)組成，而生物標志物成熟度參數(shù)是目前最常用的分子成熟度參數(shù)。正常情況下，采用C2920S/（20S＋20R）甾烷和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷兩參數(shù)來劃分原油的成熟度。一般認為原油的C2920S/（20S＋20R）甾烷＜0.4和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷＜0.45為未熟－低熟油。

從歧口凹陷部分原油的C2920S/（20S＋20R）甾烷和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷關(guān)系圖（圖8）可以看出，歧口凹陷存在大量的未熟－低熟的原油，并且這一類原油主要分布在張巨河的沙一下段，埕海地區(qū)和友誼油田的館陶組、東營組、沙一下段、沙二段及沙三段，扣村的沙三段，王徐莊和周清莊的沙一下段，孔店的明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組及沙一下段，羊二莊的明化鎮(zhèn)組、館陶組及沙一下段。

6 結(jié)論

a.歧口凹陷頁巖及低熟泥巖分布范圍廣，厚度大，有機質(zhì)豐度高，類型好；沙一段的烴源巖具有早期生烴的特點，尤其是頁巖具有集中排烴、高效排烴的特點；低熟烴源巖的排烴系數(shù)主要集中在0.2～0.6之間，藻類及顯微組分中的礦物瀝青基質(zhì)是低熟烴源巖形成低熟油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。

b.沉積環(huán)境主要為由潮濕－干旱－潮濕的旋回過程，水體主要為由深－淺－深的旋回過程，沙一下段烴源巖發(fā)育的環(huán)境主要為干旱氣候下的咸水環(huán)境。

c.歧口凹陷地區(qū)存在大量未熟－低熟的原油，主要分布在張巨河的沙一下段，埕海地區(qū)和友誼油田的館陶組、東營組、沙一下段、沙二段及沙三段，扣村的沙三段，王徐莊和周清莊的沙一下段，孔店的明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組及沙一下段，羊二莊的明化鎮(zhèn)組、館陶組及沙一下段。

圖8 歧口凹陷生物標志物特征Fig.8 Characteristics of the biomarkers in Qikou sag

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