石正勇，金蕓蕓，羅家群

(中國(guó)石化河南油田分公司，河南 南陽(yáng) 473132)

0 引言

近年來(lái)，隨著優(yōu)質(zhì)烴源巖勘探研究的深入，眾多學(xué)者認(rèn)識(shí)到優(yōu)質(zhì)烴源巖對(duì)于油氣藏的重要性。優(yōu)質(zhì)烴源巖層在生物勃發(fā)期和缺氧的湖相環(huán)境中形成，具有有機(jī)質(zhì)富集、豐度高、類型好的特點(diǎn)，處于成熟階段，常為薄層狀，但生排烴能力較強(qiáng)［1－2］。泌陽(yáng)凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，處于生油高峰期，有效烴源巖廣泛發(fā)育，但是對(duì)于油氣貢獻(xiàn)較大的優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布及發(fā)育環(huán)境研究涉及較少。該文通過(guò)烴源巖基礎(chǔ)地球化學(xué)特征研究，結(jié)合古沉積水體、古生物組合及微量元素特征，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)沉積盆地優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布及形成環(huán)境，對(duì)于含油氣盆地勘探開發(fā)具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值［3］。

1 地質(zhì)概況

泌陽(yáng)凹陷位于河南省南部唐河縣與泌陽(yáng)縣之間，面積約為1 000 km2，為疊置在秦嶺褶皺帶之上的一個(gè)中新生代斷陷盆地。凹陷內(nèi)沉積地層自下而上發(fā)育有古近系大倉(cāng)房－玉皇頂組、核桃園組和廖莊組，新近系鳳凰鎮(zhèn)組以及第四系。橫向上劃分為南部陡坡帶、中部深凹帶和北部斜坡帶3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。泌陽(yáng)凹陷核桃園組烴源巖類型較多，包括深灰色泥巖(主力層)，褐色、褐灰色及黑色頁(yè)巖(主力層)，褐色油頁(yè)巖(少量)，灰色泥巖，灰褐色泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)泥巖。兼顧不同沉積相帶、不同層系，選取安深1、泌270、云1、云2井等10口探井，共采集泥頁(yè)巖烴源巖地球化學(xué)樣品950塊，進(jìn)行有機(jī)碳分析、巖石熱解分析、干酪根鏡鑒、鏡質(zhì)體反射率、碳同位素、巖石微量元素等實(shí)驗(yàn)分析，研究烴源巖生烴條件及古環(huán)境，探討優(yōu)質(zhì)烴源巖形成環(huán)境。

2 烴源巖生烴條件

2.1 烴源巖分布范圍

鉆井揭示泌陽(yáng)凹陷H3段主力烴源巖暗色泥頁(yè)巖在全區(qū)廣泛分布，最大厚度為1 500 m。H3下段泥頁(yè)巖類烴源巖總厚度為80～620 m，H38—H35各亞段厚度為20～160 m，烴源巖厚度中心在凹陷中部的畢店—趙凹—安鵬一帶。隨著沉積中心由西向東遷移，但泥頁(yè)巖最發(fā)育的地方不一定在湖泊中心部位，大部分位于前三角洲亞相—半深湖亞相;H3上段泥頁(yè)巖類烴源巖總厚度為120～940 m，各亞段烴源巖厚度為40～340 m，烴源巖厚度中心隨沉積中心的遷移變化較大，由北部斜坡帶的王集西南—安棚向南遷移，再向中西部趙凹—畢店—帶遷移?？傮w來(lái)看，南部大斷裂控制泥頁(yè)巖沉積中心，東北部物源通道及地勢(shì)決定泥頁(yè)巖分布的整體范圍和規(guī)模。

2.2 有機(jī)質(zhì)豐度

表1 泌陽(yáng)凹陷核桃園組各段有機(jī)質(zhì)豐度統(tǒng)計(jì)Table 1 The statistical table of abundance of organic matters in each section of Hetaoyuan Formation of Biyang Sag

由表1可知:生烴潛量最小值為0.13 mg/g，最大值為54.32 mg/g。其中，H21亞段生烴潛量最高，為21.38 mg/g，屬于最好烴源巖;H22—H33亞段生烴潛量為7.54～12.05 mg/g，屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖;亞段、H38亞段生烴潛量為2.75～4.39 mg/g，屬于中等烴源巖;H37亞段生烴潛量為1.94 mg/g，屬于差烴源巖［7］。

綜合分析有機(jī)碳、熱解生烴潛量及氯仿瀝青“A”參數(shù)，認(rèn)為泌陽(yáng)凹陷H34—H31亞段及H2段有機(jī)質(zhì)豐度較高，優(yōu)于H3下段。

2.3 有機(jī)質(zhì)類型

干酪根δ13C值取決于生物母質(zhì)類型，在熱演化過(guò)程中變化較小，表現(xiàn)出相對(duì)的穩(wěn)定性，是劃分有機(jī)質(zhì)類型的有效手段之一［8］。泌陽(yáng)凹陷H3段烴源巖抽提物碳同位素值為－25.39‰～－30.52‰，絕大部分為－26.00‰～－30.00‰，大部分屬于Ⅱ1—Ⅱ2型，少量為Ⅰ型和Ⅲ型。

Espitalie曾提出用氫指數(shù)(HI)與熱解烴峰頂溫度(Tmax)圖版來(lái)劃分生油巖的有機(jī)質(zhì)類型，在低成熟和中等成熟區(qū)內(nèi)，用該圖版劃分有機(jī)質(zhì)類型能較清楚地得到生油巖的原始有機(jī)質(zhì)類型［9］。圖1為泌陽(yáng)凹陷安深1井有機(jī)質(zhì)類型劃分圖版，由圖1可知:中部深凹區(qū)安深1井H2段烴源巖有機(jī)質(zhì)主要為Ⅰ型;H1—H3亞段為Ⅰ—Ⅱ 型;H4—H533133亞段以Ⅱ1—Ⅱ2型為主，少量為Ⅰ型;H36—H38亞段以Ⅱ1—Ⅱ2型為主，少量為Ⅰ型和Ⅲ型。從H2段到H38亞段，由淺部到深部，有機(jī)質(zhì)類型逐步變差。

圖1 泌陽(yáng)凹陷安深1井有機(jī)質(zhì)類型劃分Fig.1 The types of organic matters in Well Anshen 1 of Biyang Sag

2.4 熱演化程度

泌陽(yáng)凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，由于熱演化過(guò)程中鏡質(zhì)體反射率受到不同程度的抑制，因此，有必要對(duì)其抑制程度進(jìn)行分析，校正鏡質(zhì)體反射率［10－13］。采用FAMM法分析等效鏡質(zhì)體反射率，對(duì)不同深度樣點(diǎn)富氫鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行校正，抑制程度為0.08%～0.39%。分析實(shí)測(cè)Ro值可知 (圖2)，泌陽(yáng)凹陷烴源巖埋深在1 900 m左右 (Ro=0.5%)進(jìn)入生烴門限，在2 300 m左右(Ro=0.7%)進(jìn)入成熟門限，2 300～4 300 m為主生油階段(Ro=0.7%～1.2%)。在對(duì)Ro進(jìn)行校正之后，成熟度整體提升0.2個(gè)百分點(diǎn)左右，成熟門限提高至1 900 m左右，即H3段均處于成熟階段。成熟度的重新厘定促進(jìn)了對(duì)泌陽(yáng)凹陷熱演化史和生烴史的更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

圖2 泌陽(yáng)凹陷烴源巖鏡質(zhì)體反射率隨深度變化Fig.2 The changes of reflectivity of vitrinite of hydrocarbon source rocks in Biyang Sag with depth

2.5 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布及資源量貢獻(xiàn)

關(guān)于優(yōu)質(zhì)烴源巖的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，但是目前并沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。秦建中等在研究海相優(yōu)質(zhì)烴源巖時(shí)將優(yōu)質(zhì)烴源源下限設(shè)定為2.0%的標(biāo)準(zhǔn)，但他也認(rèn)為Ⅰ型有機(jī)質(zhì)作為優(yōu)質(zhì)烴源巖是可以將下限定在1.5%。泌陽(yáng)凹陷有機(jī)質(zhì)類型好，成熟度適中，參考采用TOC為1.5%作為優(yōu)質(zhì)烴源巖的下限標(biāo)準(zhǔn)［14－15］。

由中國(guó)“十三五”油氣資源評(píng)價(jià)成果可知:泌陽(yáng)凹陷H2段成熟度較低，生烴量較小，為4.74×108t，占總生烴量的11.30%。H3段為主力烴源巖，占總生烴量的88.7%。其中，H31亞段生烴量為2.78×108t，占總生烴量的6.62%;H34—H32亞段生烴量最大，為 18.26×108t，占總生烴量的43.5%;H35—H38亞段生烴量占總生烴量的9.39%～10.12%。

根據(jù)生烴條件研究，H3下段H38—H35亞段有機(jī)質(zhì)成熟度高，但TOC低于1.5%，干酪根主要以Ⅱ型為主，少量Ⅰ、Ⅲ型;H3上段H34—H31亞段處于生油高峰期，TOC為1.64%～2.25%，干酪根以Ⅱ1—Ⅰ型為主，為優(yōu)質(zhì)烴源巖;H2段有機(jī)質(zhì)含量高，類型好，但有機(jī)質(zhì)成熟度較低，未達(dá)到生油高峰期。

綜合烴源巖評(píng)價(jià)及生烴量分析認(rèn)為［16－17］，H3上段H34—H32亞段為優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育段，根據(jù)泥頁(yè)巖厚度分布圖、Ro等值線及TOC等值線疊合圖劃定優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布范圍(圖3)，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于泌陽(yáng)凹陷中南部深凹區(qū)。

圖3 泌陽(yáng)凹陷H33段優(yōu)質(zhì)烴源巖分布范圍Fig.3 The distribution range of high－quality hydrocarbon source rocks in Section H33of Biyang Sag

3 古水體環(huán)境研究

3.1 沉積背景

泌陽(yáng)凹陷為一個(gè)典型的山間封閉型湖泊，在干旱—潮濕氣候交替和湖平面頻繁升降過(guò)程中，接受了碎屑和化學(xué)沉積。在玉皇頂組和大倉(cāng)房組可能出現(xiàn)過(guò)硫酸鹽型湖泊，但核桃園組以碳酸鹽型湖泊為主，晚期出現(xiàn)硫酸鹽型，這充分說(shuō)明泌陽(yáng)凹陷具有穩(wěn)定的水系入湖。泌陽(yáng)凹陷深凹區(qū)半深湖—深湖區(qū)局部發(fā)育白云巖，核桃園組累計(jì)厚度達(dá)到1 000多米。在深湖區(qū)，白云巖與泥巖呈薄層交互產(chǎn)狀，反映相對(duì)淺水堿性環(huán)境和相對(duì)深水還原環(huán)境的交替，為有機(jī)質(zhì)的發(fā)育保存提供了有利條件。H3下段白云巖不發(fā)育，而H3上段—H2段不僅白云巖發(fā)育，而且出現(xiàn)了天然堿等典型的蒸發(fā)巖，說(shuō)明湖水變咸［18－19］。

3.2 藻類組合特征

泌陽(yáng)凹陷核桃園組中的藻類主要是壺形弗羅姆藻、網(wǎng)面球藻、皺面球藻、環(huán)紋藻和盤星藻。壺形弗羅姆藻屬于溝鞭藻的一種，在湖湘沉積中出現(xiàn)，屬于典型的高鹽環(huán)境;盤星藻是生活于淡水中的藻類;網(wǎng)面球藻、皺面球藻、環(huán)紋藻指向意義不是很明確，海相、半咸水、淡水均有［20］。藻類是有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源，不同的地區(qū)藻類含量不同，因此，藻類多的地區(qū)，有機(jī)質(zhì)含量通常也較高［21］。對(duì)泌陽(yáng)凹陷古生物化石藻類的分布進(jìn)行了研究，H3亞段、H133亞段和H22亞段發(fā)育咸水環(huán)境下才有的壺形弗羅姆藻(圖4)，藻類組合特征指示明顯的淡水—咸水交替變化水體。

圖4 泌陽(yáng)凹陷核桃園組主要藻類發(fā)育特征圖Fig.4 The development characteristics of main alga in Hetaoyuan Formation of Biyang Sag

3.3 微量元素特征

通過(guò)對(duì)泌陽(yáng)凹陷H38—H21各亞段微量元素特征分析可知(圖5):H3下段Mg與Ca之比高，Mn與Ti之比較低，水體較穩(wěn)定，鹽度較低;H3上段水體變咸，H34、H33、H32、H31、H2時(shí)期對(duì)應(yīng)明顯的咸水—半咸水交替變化。從微量元素咸化特征與有機(jī)質(zhì)豐度的關(guān)系來(lái)看，H3上段、H2段有機(jī)質(zhì)豐度整體要高于H3下段烴源巖，H3上段—H2段咸化期對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)豐度也相對(duì)較高。

圖5 泌陽(yáng)凹陷安深1井核桃園組微量元素分布圖Fig.5 The distribution of microelement in Hetaoyuan Formation in Well Anshen 1 of Biyang Sag

淡水湖生物種類和數(shù)量都較多，尤其是吃藻類的動(dòng)物，當(dāng)湖水變咸時(shí)，一些狹鹽性生物就會(huì)死亡，生物種類變單調(diào)，以藻類為生的生物數(shù)量減少，藻類得以大量繁殖并保存下來(lái)，使沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量升高，這也是鹽度高利于有機(jī)質(zhì)富集的主要原因［22－24］。泌陽(yáng)凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于深凹區(qū)，層位以H34、H33、H32亞段為主，該時(shí)期淡水—半咸水—咸水交替的沉積環(huán)境為高豐度泥頁(yè)巖的形成與保存提供了水體條件，也為泌陽(yáng)凹陷形成“小而肥”油田奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

4 勘探啟示

泌陽(yáng)凹陷經(jīng)過(guò)40多年的勘探，已發(fā)現(xiàn)探明儲(chǔ)量為 2.8×108t，其中，H3上段儲(chǔ)量為 1.76×108t，占比達(dá)到63%。中國(guó)“十三五”油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明，泌陽(yáng)凹陷總資源量為5.01×108t，剩余資源量為2.21×108t，探明率高達(dá)55.9%，進(jìn)入勘探的中后期，勘探難度越來(lái)越大［25］。通過(guò)精細(xì)評(píng)價(jià)泌陽(yáng)凹陷生烴條件，厘定中部深凹區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育范圍及形成環(huán)境，已發(fā)現(xiàn)的較大規(guī)模油田及大部分探明儲(chǔ)量基本都與優(yōu)質(zhì)烴源巖相關(guān)，并且圍繞深凹區(qū)生烴中心呈環(huán)帶狀分布［26－30］。環(huán)凹帶緊鄰生烴中心，是油氣運(yùn)移的必經(jīng)之路，油源充足。根據(jù)油源關(guān)系及成烴成藏研究成果，泌陽(yáng)凹陷油氣以橫向順層運(yùn)聚為主要成藏模式，H3上段優(yōu)質(zhì)烴源巖生烴、排出烴主要在H3上段聚集成藏。沉積相帶主要處于三角洲前緣或前三角洲亞相，具有較好的儲(chǔ)層條件，延伸入生油中心的砂體搭起了油氣自中心向邊沿運(yùn)移的橋梁，源儲(chǔ)配置良好，具有“近源聚集”的優(yōu)勢(shì)。全區(qū)廣泛發(fā)育砂泥巖薄互層，為油氣的保存提供了良好的條件。環(huán)凹帶剩余資源量為1.63×108t，勘探潛力較大，是泌陽(yáng)凸陷下步勘探增儲(chǔ)的主要領(lǐng)域。

5 結(jié)論

(1)泌陽(yáng)凹陷全區(qū)廣泛發(fā)育泥頁(yè)巖，泥頁(yè)巖分布范圍和規(guī)模受南部大斷裂和東北部物源通道控制，H3段泥頁(yè)巖最大厚度為1 500 m。

(2)泌陽(yáng)凹陷H34—H31亞段及H2段有機(jī)質(zhì)豐度高，明顯要優(yōu)于H3下段;H3上段干酪根類型以Ⅱ1—Ⅰ型為主，H3下段主要以Ⅱ1—Ⅱ2型為主，少量Ⅰ、Ⅲ型;H3段烴源巖均處于成熟階段，厘定核三上段H34—H32亞段為優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育段。

(3)核桃園組泥頁(yè)巖形成的水體環(huán)境自下而上逐漸變咸，H3上段—H2段時(shí)期淡水—半咸水—咸水交替的沉積環(huán)境為優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成與保存提供了水體條件。

(4)環(huán)凹帶緊鄰生烴中心，源儲(chǔ)配置良好，具有“近源聚集”的優(yōu)勢(shì)，剩余資源量大。