張冬麗,先 偉

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 西北油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)中心,烏魯木齊 830011;2.中國(guó)石油化工股份有限公司 西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,烏魯木齊 830011)

石炭系是塔里木盆地油氣勘探開發(fā)層系之一,具自生、自儲(chǔ)、自封蓋特征[1-2]。塔里木盆地西南部石炭系系主力烴源巖之一[3-7]。石炭系烴源巖分為碎屑巖類和碳酸鹽巖類2種類型[8-9]。為查明石炭系烴源巖發(fā)育的規(guī)模,本文以石炭系為研究對(duì)象,對(duì)其開展了有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)厚度、有機(jī)質(zhì)分布范圍、有機(jī)質(zhì)成熟度研究。

1 塔河油田石炭系沉積特征

石炭紀(jì)時(shí),塔里木盆地為海陸交互相的淺水沉積盆地,沉積相帶主要為潮坪、潟湖、碳酸鹽局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地、近岸河流相、三角洲相。塔東北地區(qū)為潟湖-潮坪、近岸河流相、三角洲相沉積。早石炭世初期,隨著海平面的上升,海水自西南向東北侵入塔北地區(qū)。此時(shí)沉積中心位于阿瓦提和滿加爾地區(qū),整個(gè)地區(qū)呈北高南低之勢(shì)。烴源巖主要發(fā)育于滿加爾坳陷區(qū)臺(tái)地相潟湖及潮下帶灰泥坪相區(qū)[10-11]。

根據(jù)區(qū)域地層發(fā)育情況、沉積旋回和巖性組合特征分析,巴楚組沉積早中期,在阿克庫(kù)勒凸起西部至哈拉哈塘東部一帶為呈馬蹄型分布的潮坪砂泥巖相砂泥巖互層沉積,巖性以灰、棕褐色泥巖及灰、灰綠色砂巖互層為主。在阿克庫(kù)勒凸起南部一帶主要為潟湖相的膏泥巖沉積,在巴楚組早期該區(qū)是一個(gè)有障壁砂壩與廣海相隔,同時(shí)又有通道與廣海相連的半封閉海灣[12-13]。

巴楚組晚期,隨著海平面上升速率加快,塔里木盆地石炭紀(jì)發(fā)生了大規(guī)模的海侵,海域不斷向陸擴(kuò)展,陸源區(qū)后退,碎屑物質(zhì)供給減少,潟湖水體淡化。在全盆范圍內(nèi)除了在柯坪古陸南側(cè)及草湖地區(qū)為潮坪相帶的砂泥巖沉積外,廣泛發(fā)育了清水碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積(即“雙峰灰?guī)r”)。

塔北的大部分地區(qū)在卡拉沙依組沉積早期處于潮下環(huán)境,中期多為潮間環(huán)境,晚期以潮上沉積為主,總體接受了一套辮狀河三角洲和咸化潟湖-潮坪相沉積。其中在塔河油田,卡拉沙依組上部以辮狀河三角洲-潮坪砂泥巖相沉積為主,砂泥巖互層段中的薄層砂巖是塔河油田石炭系較好的儲(chǔ)集砂體?？ɡ骋澜M下部則以潟湖相沉積為主。在塔北的草湖地區(qū)為河流相的砂、泥巖互層沉積,巖性為砂、泥巖互層,具有向上變細(xì)的沉積特征。在順托果勒地區(qū)則廣泛發(fā)育了一套潮下灰泥坪相沉積環(huán)境的灰綠色泥巖、灰質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r沉積[14-15]。

晚石炭世,隨著海平面下降,海域不斷西退,沉積范圍變小,發(fā)生于晚二疊世末的海西晚期運(yùn)動(dòng),又使塔北地區(qū)的上石炭統(tǒng)遭受嚴(yán)重剝蝕。在巴楚地區(qū)小海子以南為潮坪相灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖。

從上述沉積相展布特征看,石炭系總體處于干旱氣候條件下較為淺水的沉積環(huán)境,由于水體淺,而不利于生烴母質(zhì)的繁盛與保存。塔北地區(qū)該套烴源巖主要發(fā)育于臺(tái)地相潟湖及潮下帶灰泥坪亞相,主要為潮下灰泥坪相的灰綠色泥巖、灰質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r沉積,面積大于2×104km2。沉積中心最大厚度200 m,有機(jī)碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0.1%～1.43%,鏡質(zhì)體反射率介于0.6%～0.8%。在廣闊的塔北地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)連片的、高有機(jī)質(zhì)豐度的石炭系烴源巖層段。

2 石炭系烴源巖地球化學(xué)特征

烴源巖包括油源巖、氣源巖和油氣源巖,習(xí)慣上通常叫作生油巖。烴源巖是控制油氣藏形成與分布的關(guān)鍵性因素之一。確定有效烴源巖是含油氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)。烴源巖評(píng)價(jià)涉及許多方面,雖然在不同勘探階段以及不同的沉積盆地,評(píng)價(jià)重點(diǎn)也有所不同,但是總體上主要包括2大方面:(1)烴源巖的地球化學(xué)特征評(píng)價(jià),如有機(jī)質(zhì)的豐度、有機(jī)質(zhì)的類型、有機(jī)質(zhì)的成熟度;(2)烴源巖的生烴能力評(píng)價(jià),如生烴強(qiáng)度、生烴量、排烴強(qiáng)度等。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是評(píng)價(jià)烴源巖生油能力的重要參數(shù)之一。烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度是指單位質(zhì)量的烴源巖中有機(jī)質(zhì)的百分含量。烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)沿用“七五”攻關(guān)項(xiàng)目“75-54-03-03-01”《新疆塔里木盆地東北地區(qū)烴源巖評(píng)價(jià)及油氣源研究》報(bào)告采用標(biāo)準(zhǔn),即中新生界泥質(zhì)巖類烴源巖有機(jī)碳下限值取0.5%,古生界泥質(zhì)巖類烴源巖有機(jī)碳下限值取0.4%。并在此基礎(chǔ)上加上前人研究有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)的其他指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 塔北地區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation criteria of the organic matter abundance of source rocks in Tabei area

2.1.1 有機(jī)碳含量

塔河石炭系烴源巖主要發(fā)育在下石炭統(tǒng)巴楚組和卡拉沙依組?？ɡ骋澜M主要發(fā)育泥質(zhì)烴源巖,巴楚組主要發(fā)育碳酸鹽巖烴源巖。烴源巖主要分布于局限臺(tái)地相和潮坪相泥巖中。整體來(lái)看,塔河石炭系烴源巖有機(jī)碳豐度較差,有機(jī)碳含量分布于0.04%～1.28%,平均值0.29%。從塔河石炭系有機(jī)質(zhì)豐度表來(lái)看(表2),石炭系烴源巖泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)較差,分布于0.04%～1.28%,平均值0.30%;碳酸鹽巖有機(jī)碳豐度較好,有機(jī)碳分布于0.04%～0.44%,平均值0.22%。泥質(zhì)巖有機(jī)碳達(dá)標(biāo)率24.24%,碳酸鹽巖有機(jī)碳達(dá)標(biāo)率87.5%。

表2 塔河石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度Table 2 TOC abundance of Carboniferous source rocks in Tahe area

圖1 塔河石炭系有機(jī)碳分布圖Fig.1 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Tahe

從有機(jī)碳含量分布圖可以看出(圖1),石炭系烴源巖TOC的樣品小于0.5%占84%,TOC在0.5%～1%范圍的占14.7%,TOC大于等于1%的僅占1.3%,說(shuō)明發(fā)育差烴源巖。

另外,從塔河石炭系有機(jī)碳含量在深度上的分布可以看出(圖2),在深度4 500 m到5 000 m層段,該段TOC含量較高,屬于石炭系較優(yōu)質(zhì)的烴源巖。從不同井及不同地區(qū)之間有機(jī)碳含量分布可以看出(圖3),石炭系烴源巖有機(jī)碳含量總體偏低,BT5井有機(jī)碳含量相對(duì)較高,平均值可達(dá)1%以上。

2.1.2 氯仿瀝青“A”含量

氯仿瀝青“A”是巖石中的可溶有機(jī)質(zhì),為石油運(yùn)移后的剩余部分,其含量的高低能反映出烴源巖的生油氣能力。氯仿瀝青“A”含量的高低,不僅取決于原始有機(jī)質(zhì)的豐富程度和有機(jī)質(zhì)類型,也決定于成巖后巖石分散有機(jī)質(zhì)的演化程度。(1)成熟階段:演化程度高,則氯仿瀝青“A”增加;(2)過(guò)成熟階段:演化程度高,則氯仿瀝青“A”降低。

從氯仿瀝青“A”的統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看,塔河石炭系烴源巖氯仿瀝青“A”含量相對(duì)較低,(表2、圖4)。氯仿瀝青“A”含量為0.00008%～0.605%,平均值為0.032%,71.4%的樣品小于0.06%,僅6.3%的樣品氯仿瀝青“A”含量高于0.12%,顯示烴源巖生油能力較差。

圖2 塔河石炭系TOC與深度相關(guān)圖Fig.2 Relationship between TOC and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

圖3 不同地區(qū)之間有機(jī)碳含量分布圖Fig.3 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in different fields

圖4 塔河石炭系烴源巖氯仿瀝青“A”分布直方圖Fig.4 Distribution of chloroform bitumen“A”of Carboniferous source rocks in Tahe

2.1.3 巖石熱解分析

S1代表巖樣中的自由烴,S2代表巖樣的非揮發(fā)性有機(jī)物熱裂解產(chǎn)生的烴,S1+S2代表烴源巖的生烴潛力,它能更真實(shí)地反映巖石中干酪根熱解能夠生烴的潛力,因此,用它來(lái)表示有機(jī)質(zhì)豐度特征更加具有代表性。根據(jù)收集資料顯示,塔河石炭系烴源巖大部分樣品生烴潛力指數(shù)(S1+S2)小于1 mg/g,收集的41個(gè)巖石熱解樣品中只有3個(gè)樣品分布在1 mg/g以上,說(shuō)明石炭系生烴潛力較差。

烴源巖演化到不同階段時(shí)的生烴潛力可用不同埋深下源巖的生烴潛力表示。這樣,通過(guò)研究不同埋深下源巖的生烴潛力指數(shù)大小及其隨埋深增加而發(fā)生的變化規(guī)律,就可以確定出源巖的排烴門限及其在進(jìn)入排烴門限后各個(gè)演化階段下單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)的排烴量,即排烴率值。從塔河石炭系生烴潛力指數(shù)隨深度的變化情況來(lái)看(圖5),整體上表現(xiàn)出先增大后變小的特征,烴源巖的排烴門限在4 800 m左右,5 100 m以下排烴效率基本不在變化,顯示該深度時(shí)塔河石炭系烴源巖可能已到排烴極限。

另外,研究實(shí)測(cè)烴源巖巖石熱解顯示(表3),S68井石炭系4 823 m處烴源巖生烴潛力較大,生烴潛力指數(shù)(S1+S2)為113.17 mg/g,T205井石炭系4 841 m處烴源巖生烴潛力指數(shù)為1.75 mg/g,5 315 m處烴源巖生烴潛力指數(shù)為0.09 mg/g。

圖5 塔河石炭系烴源巖生烴潛力指數(shù)隨深度變化圖Fig.5 Relationship between pyrolysis hydrocarbon generation potential (S1+S2) and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

表3 塔河石炭系烴源巖巖石熱解數(shù)據(jù)表Table 3 Statistics of rock pyrolysis of Carboniferous source rocks in Tahe

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是評(píng)價(jià)烴源源生烴能力的重要參數(shù)之一。通過(guò)干酪根和可溶有機(jī)質(zhì)的有機(jī)巖石學(xué)與有機(jī)地球化學(xué)方法評(píng)價(jià)具體烴源巖有機(jī)質(zhì)的母質(zhì)類型。烴源源有機(jī)質(zhì)的來(lái)源與組成十分復(fù)雜,只有通過(guò)多種地球化學(xué)指標(biāo)的綜合分析,才能正確認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)的類型。本次研究從3個(gè)方面開展了研究區(qū)石炭系烴源巖干酪根類型劃分。

(1)根據(jù)不同顯微組分的含量來(lái)劃分不同的干酪根類型

干酪根的各顯微組分揭示了不同的生烴能力,因此可根據(jù)不同顯微組分的含量來(lái)劃分不同的干酪根類型。目前采用的干酪根分類方法主要有2種:一種是干酪根的類脂組含量與鏡質(zhì)組含量的相對(duì)大小;另一種是同時(shí)考慮4種組分(類脂組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組)的含量,采用類型指數(shù)(TI)來(lái)劃分干酪根類型:

TI=(類脂組含量×100+殼質(zhì)組含量×50-鏡質(zhì)組含量×75-惰質(zhì)組含量×100)/100

加權(quán)系數(shù)是根據(jù)干酪根中各顯微組分對(duì)生油的貢獻(xiàn)能力制定的,根據(jù)TI值將干酪根分為Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ型,詳見(jiàn)表4。

表4 干酪根鏡下鑒定分類標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Criteria for identification and classification for kerogen under microscope

顯微組分分析表明(表5),S48井石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)以殼質(zhì)組為主,類型指數(shù)為9.5,為Ⅱ2干酪根;T205井石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)主要以殼質(zhì)組為主,類型指數(shù)小于0,為Ⅲ型干酪根。

(2)應(yīng)用有機(jī)地球化學(xué)手段研究干酪根類型

有機(jī)地球化學(xué)手段研究干酪根類型的主要指標(biāo)是干酪根元素分析的H/C、O/C及巖石熱解IH、IO與Tmax。

塔河石炭系烴源巖干酪根元素的H/C原子比分布于0.42～0.86,O/C原子比分布于0.08～0.21(表6),碳酸鹽巖比泥質(zhì)巖有較好的有機(jī)質(zhì)類型,從H/C、O/C原子比范氏圖(圖6)上可以看出,碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ～Ⅲ型,泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主。

表5 塔河石炭系烴源巖干酪根鏡下分析統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistical table of kerogen analysis under microscope in Tahe Carboniferous source rock

表6 塔河石炭系烴源巖干酪根元素分析Table 6 Elemental analysis data of kerogen of Carboniferous source rocks in Tahe

圖6 塔河石炭系烴源巖H/C、O/C原子比范式圖Fig.6 Relationship between atomic ratio of H/C and O/C of Carboniferous source rocks in Tahe

(3)根據(jù)有機(jī)地球化學(xué)手段研究烴源巖有機(jī)質(zhì)類型

一般來(lái)講,水生生物發(fā)育的沉積盆地,一般沉積的有機(jī)質(zhì)為腐泥型(Ⅰ型)或腐殖—腐泥型(Ⅱ1型),這2類有機(jī)質(zhì)主要為生油母質(zhì),在生油階段生成的天然氣相對(duì)較少;以陸源有機(jī)質(zhì)為主沉積盆地有機(jī)質(zhì)類型主要以腐泥—腐殖(Ⅱ2型)與腐殖型(Ⅲ型)為主,主要生成天然氣與少量的凝析油。

現(xiàn)代生物化學(xué)研究表明,動(dòng)物和植物中都含有甾族化合物,而C27(膽甾烷)與水生浮游動(dòng)植物有關(guān),C28(豆甾烷)和C29(麥角甾烷)與高等植物有關(guān)。而前人研究表明,腐泥型有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源與水中浮游生物以及一些底棲生物、水生植物等;腐殖型有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于高等植物。所以不同母質(zhì)類型的烴源巖中,其甾烷的組成和分布特征是不一樣的。用甾烷(C27(膽甾烷)、C28(豆甾烷)、C29(麥角甾烷))相對(duì)含量來(lái)區(qū)分有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型是一種可靠的指標(biāo)。利用3種類型的甾烷相對(duì)含量做三角圖(圖7),可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在了Ⅱ2和Ⅲ范圍內(nèi)。與顯微組分分析結(jié)果、干酪根元素分析結(jié)果基本一致。

圖7 塔河石炭系烴源巖飽和烴色質(zhì)C27-C28-C29三角圖Fig.7 Triangular diagram of C27,C28 and C29 regular sterane of Carboniferous source rocks in Tahe

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度是衡量烴源巖實(shí)際生烴能力的重要指標(biāo)之一,是評(píng)價(jià)一個(gè)地區(qū)或某一烴源巖系生烴量及資源前景的重要依據(jù)。表征烴源巖成熟度已有多種的指標(biāo),如光學(xué)的、化學(xué)的和生物標(biāo)記物的等多方面的參數(shù),其中鏡質(zhì)體反射率(Ro)、熱解峰頂溫度(Tmax)是常用的成熟度指標(biāo)。應(yīng)用鏡質(zhì)體反射率和熱解峰頂溫度基本上可以將

有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程的基劃分為未成熟、低成熟、成熟和過(guò)成熟等4個(gè)大的階段?？碧綄?shí)踐表明,在有機(jī)質(zhì)成熟區(qū)找油成功率可達(dá)25%～50%,而未成熟區(qū)僅為2.5%～5%。本區(qū)烴源巖成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn)也主要依據(jù)“七五”、“八五”所采用的成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn)(表7)。

表7 塔河烴源巖成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 7 Mature classification criteria of source rocks in Tahe

塔河石炭系烴源巖實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率見(jiàn)表8,鏡質(zhì)體反射率分布于0.53%～2.10%,項(xiàng)目新測(cè)4個(gè)反射率見(jiàn)表9?？梢钥闯?塔河石炭系烴源巖Ro基本分布在0.5%以上,大部分大于0.8%(圖8),基本處于成熟階段。其中,T205井石炭系烴源巖Ro反映其烴源巖成熟度較高。

表8 塔河石炭系烴源巖成熟度分布Table 8 Distribution of mature of carboniferous source rocks in Tahe

表9 塔河石炭系烴源巖Ro及TmaxTable 9 Ro &Tmax of Carboniferous source rocks in Tahe

圖8 塔河石炭系烴源巖Ro分布直方圖Fig.8 Ro histogram of Carboniferous source rocks in Tahe

從塔河石炭系烴源巖Ro的縱向變化情況來(lái)看(圖9),隨深度增大Ro值有略微的增加,表現(xiàn)為較為明顯的線性關(guān)系,總體變化差異不大。從塔河不同區(qū)塊以鄰區(qū)地區(qū)石炭系烴源巖Ro分布來(lái)看(圖10),塔北地區(qū)石炭系烴源巖總體上成熟度變化不大。

根據(jù)塔河石炭系實(shí)測(cè)Ro繪制等值線圖,結(jié)果顯示塔河石炭系烴源巖基本處于成熟階段,其中東北即塔河四區(qū)、塔河五區(qū)、塔河六區(qū)和西南即托甫臺(tái)、塔河十一區(qū)成熟度相對(duì)較高。

自20世紀(jì)60年代初期以來(lái),人們一直將正構(gòu)烷烴奇偶數(shù)碳優(yōu)勢(shì)比(OEP)值或優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI)視為經(jīng)典的成熟度指標(biāo),通常而言,OEP大于1.2為未成熟,1.0～1.2為成熟,趨近于1為高成熟到過(guò)成熟,但是它只能鑒別有機(jī)質(zhì)是否成熟不能進(jìn)一步劃分不同的熱演化階段。塔河石炭系烴源巖OEP與CPI均分布于1左右(圖11),顯示烴源巖已經(jīng)成熟。

在生物標(biāo)志物中反映成熟度的參數(shù)主要有甾烷C2920S/20(R+S)、藿烷C3122S/22(R+S)、芳香烴中甲基菲系列參數(shù)等。根據(jù)前人研究結(jié)果,應(yīng)用C2920S/20(R+S)劃分成熟度標(biāo)準(zhǔn)為:C2920S/20(R+S)<15%,為未成熟階段;15%30%,為成熟階段。

塔河石炭系烴源巖色質(zhì)成熟度指標(biāo)顯示大部分樣品達(dá)到了平衡轉(zhuǎn)化階段(圖12),同樣顯示烴源巖基本進(jìn)入了成熟階段。

圖9 塔河石炭系烴源巖Ro與深度關(guān)系Fig.9 Relationship between Ro and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

圖10 塔河及鄰區(qū)石炭系烴源巖Ro對(duì)比Fig.10 Ro correlation of Carboniferous source rocks in Tahe and adjacent areas

圖11 塔河石炭系烴源巖OEP和CPI相關(guān)圖Fig.11 Correlation diagram of OEP and CPI of Carboniferous source rocks in Tahe

圖12 塔河石炭系烴源巖色質(zhì)成熟度Fig.12 Color maturity of Carboniferous source rocks in Tahe

2.4 有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境

從生物體到沉積有機(jī)質(zhì),最后轉(zhuǎn)化為油氣,是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的地質(zhì)、物理化學(xué)演化過(guò)程。在這一過(guò)程中,石油、天然氣的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)和已知原始有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)已完全不同,但其中還保留了一些來(lái)自活的生物體的“遺傳”信息。生物標(biāo)志化合物正是這種信息的“傳遞者”,它能為沉積物中的有機(jī)質(zhì)來(lái)源的生物類型傳遞信息?？扇苡袡C(jī)質(zhì)的組分受烴源巖沉積環(huán)境的影響和有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源的控制,在劃分沉積環(huán)境時(shí)可作為可靠的指標(biāo)。

因此,本次研究采用生物標(biāo)志化合物、組分同位素來(lái)反映烴源巖沉積有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、沉積環(huán)境。

塔河石炭系烴源巖主要發(fā)育在局限臺(tái)地相和潮坪相泥巖中,卡拉沙依組(C1kl)烴源巖主要以深灰色泥巖為主,巴楚組烴源巖主要以灰色灰?guī)r為主。塔河C1kl烴源巖主峰碳偏高,為C19～C23(圖13-A),并且出現(xiàn)了2個(gè)高峰(當(dāng)沉積物中混有來(lái)自海生的浮游植物、藻類和來(lái)自陸生高等植物的有機(jī)質(zhì)時(shí),氣相色譜上出現(xiàn)2個(gè)高峰—中等碳數(shù)和高等碳數(shù)),顯示了較多的高等植物來(lái)源,也有可能是受到了氧化事件的影響。而塔河C2x烴源巖主峰碳偏低,為C16～C19(圖13-B)顯示其低等生物來(lái)源。

圖13 塔河石炭系烴源巖組分分布圖Fig.13 Distribution of component of Carboniferous source rocks in Tahe

在沉積環(huán)境恢復(fù)過(guò)程中,姥鮫烷和植烷由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、含量較高,常被作為有效的生物標(biāo)志化合物指標(biāo)。根據(jù)中國(guó)石油研究大量分析資料來(lái)看,Pr/Ph比值確實(shí)跟原始沉積環(huán)境有著密切關(guān)系。過(guò)高姥植比(Pr/Ph>3.0)并不完全反映沉積環(huán)境,而是反映氧化條件下陸源有機(jī)質(zhì)的輸入,低姥植比(Pr/Ph<0.6)反映典型的缺氧條件,通常是高鹽度或碳酸鹽巖沉積環(huán)境。對(duì)于Pr/Ph值在0.8～2.5范圍的樣品,不能將Pr/Ph值作為古環(huán)境的標(biāo)志。

而姥鮫烷/nC17和植烷/nC18這2個(gè)比值常用于判斷沉積環(huán)境。飽和烴色譜指標(biāo)圖版顯示(圖14),塔河石炭系烴源巖既有陸相也有海相有機(jī)質(zhì)來(lái)源。

圖14 塔河石炭系烴源巖飽和烴氣相色譜指標(biāo)Fig.14 Gas chromatographic index of saturated hydrocarbon of Carboniferous source rock in Tahe

烴源巖中的有機(jī)質(zhì)碳同位素組成取決于原始有機(jī)質(zhì)的來(lái)源、性質(zhì)、生成環(huán)境及原始有機(jī)質(zhì)的演化程度,不同成因的有機(jī)質(zhì)碳同位素組成有較大差異,因此,根據(jù)碳同位素δ13C值進(jìn)行烴源巖沉積環(huán)境的判斷具有較大可靠性。

沉積有機(jī)質(zhì)在沉積-成巖-熱演化過(guò)程中,碳同位素受物理、化學(xué)和生物的作用而發(fā)生分餾,一般來(lái)講,隨著沉積有機(jī)質(zhì)氯仿瀝青“A”中飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)化學(xué)族組分極性的增大,其碳同位素δ13C值會(huì)逐漸變重,即δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質(zhì)。

烴源巖碳同位素分布特征見(jiàn)表10。從組分同位素指標(biāo)圖版來(lái)看(圖15),塔河石炭系烴源巖既有陸相有機(jī)質(zhì)來(lái)源也有海相有機(jī)質(zhì)來(lái)源。

圖15 塔河石炭系烴源巖飽和烴、芳香烴同位素Fig.15 Isotopes of saturated hydrocarbon and aromatic hydrocarbon of Carboniferous source rocks in Tahe

表10 塔河地區(qū)烴源巖同位素(δ13CPDB(‰))分布特征Table 1 Isotopic distribution of δ13CPDB (‰) in source rocks in Tahe area

從組分同位素分布圖來(lái)看(圖15),一棵樹剖面C2b烴源巖飽和烴、芳香烴碳同位素較輕,阿西金礦附近C1a烴源巖飽和烴、芳香烴碳同位素較重;C1a和C1kl烴源巖組分碳同位素分布特征相似,飽和烴碳同位素較芳香烴碳同位素重,C1b、C2a+k和C2b烴源巖組分同位素特征相似(圖16)。

圖16 塔河石炭系烴源巖族組分同位素分布Fig.16 Isotopic distribution of Carboniferous source rock groups in Tahe

3 石炭系烴源巖縱橫向展布

從油氣勘探階段來(lái)看,在勘探早期由于鉆井取芯分析資料相對(duì)較少,因此,烴源巖評(píng)價(jià)內(nèi)容主要以地球化學(xué)特征分析基礎(chǔ),從單井特征分析到建立烴源巖演化剖面,從而預(yù)測(cè)有利烴源巖的空間分布。

3.1 典型井烴源巖縱向發(fā)育特征

(1)S14井石炭系烴源巖發(fā)育特征

根據(jù)S14井實(shí)測(cè)的烴源巖有機(jī)碳數(shù)據(jù)來(lái)看(圖17),有機(jī)碳含量分布在0.1%～0.79%之間,平均值0.25%。大約73%的樣品有機(jī)碳含量小于0.5%,為非烴源巖;大約27%的樣品分布在0.5%～1%之間,為較好烴源巖。

圖17 S14井石炭系有機(jī)碳含量分布圖Fig.17 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S14

從S14井相關(guān)地化資料結(jié)合S14井單井測(cè)井相應(yīng)特征來(lái)看,烴源巖取芯段測(cè)井總體顯示為“高聲波、高電阻、高伽馬、低密度”的特征。從有機(jī)碳含量在深度上的顯示來(lái)看,有機(jī)碳含量與深度并無(wú)太大關(guān)系,但可以明顯看出的是,灰?guī)r段烴源巖有機(jī)碳含量普遍較泥巖段有機(jī)碳含量低,說(shuō)明碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)較低。另外從巖石熱解數(shù)據(jù)來(lái)看,S14烴源巖生烴潛力(S1+S2)較低,Tmax顯示大部分大于430 ℃,烴源巖已達(dá)成熟階段。綜合來(lái)看,S14井取芯顯示,有機(jī)碳含量較低,生烴含量很低,大部分為非烴源巖。

(2)S22井石炭系烴源巖發(fā)育特征

從S22井地化綜合柱狀圖來(lái)看,石炭系各個(gè)小層皆有取芯,烴源巖取芯段測(cè)井總體顯示為“高聲波、高電阻、高伽馬、低密度”的特征。從有機(jī)碳含量在深度上的顯示來(lái)看,有機(jī)碳含量與深度并無(wú)太大關(guān)系,但可以明顯看出的是,灰?guī)r段烴源巖有機(jī)碳含量普遍較泥巖段有機(jī)碳含量低,說(shuō)明碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)較低。另外從巖石熱解數(shù)據(jù)來(lái)看,S22烴源巖生烴潛力(S1+S2)較低,Tmax顯示大部分大于430 ℃,烴源巖已達(dá)成熟階段。綜合來(lái)看,S22井取芯顯示,有機(jī)碳含量較低,生烴含量很低,與S14井相似大部分為非烴源巖。

根據(jù)S22井實(shí)測(cè)的烴源巖有機(jī)碳數(shù)據(jù)來(lái)看(圖18),17個(gè)樣品顯示,有機(jī)碳含量分布在0.16%～0.68%之間,平均值0.38%,大約73%的樣品有機(jī)碳含量小于0.5%,為非烴源巖;大約27%的樣品分布在0.5%～1%之間,為較好烴源巖。僅從有機(jī)碳含量分布來(lái)看,與S14井有些相似。

圖18 S22井石炭系有機(jī)碳含量分布圖Fig.18 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S22

(3)S23井石炭系烴源巖發(fā)育特征

根據(jù)S23井實(shí)測(cè)的烴源巖有機(jī)碳數(shù)據(jù)來(lái)看(圖19),8個(gè)樣品顯示,有機(jī)碳含量分布在0.22%～0.54%之間,平均值0.40%。大約75%的樣品有機(jī)碳含量小于0.5%,為非烴源巖;大約25%的樣品分布在0.5%～1%之間,為較好烴源巖。

圖19 S23井石炭系有機(jī)碳含量分布圖Fig.19 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S23

S23井石炭系取芯段為CK1及雙峰灰?guī)r段,烴源巖取芯段測(cè)井總體顯示為“高聲波、高電阻、高伽馬、低密度”的特征。從有機(jī)碳含量在深度上的顯示來(lái)看,有機(jī)碳含量與深度并無(wú)太大關(guān)系,但可以明顯看出的是,灰?guī)r段烴源巖有機(jī)碳含量普遍較泥巖段有機(jī)碳含量低,說(shuō)明碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)較低。另外從巖石熱解數(shù)據(jù)來(lái)看,S23烴源巖生烴潛力(S1+S2)較低,Tmax顯示大部分大于430℃,烴源巖已達(dá)成熟階段。綜合來(lái)看,S23井取芯顯示,有機(jī)碳含量較低,生烴含量很低,與S14井、S22井相似大部分為非烴源巖。

(4)巴探5井石炭系烴源巖發(fā)育特征

根據(jù)巴探5井實(shí)測(cè)的烴源巖有機(jī)碳數(shù)據(jù)來(lái)看(圖20),18個(gè)樣品顯示,有機(jī)碳含量分布在0.19%～1.42%之間,平均值達(dá)到0.92%。大約11%的樣品有機(jī)碳含量小于0.4%,為非烴源巖;大約56%的樣品分布在0.6%～1%之間,為較好烴源巖;大于33%的樣品有機(jī)碳含量大于1%,顯示為好烴源巖。氯仿瀝青“A”分布范圍為0.005%～0.017%,41%的樣品為非烴源巖,59%的樣品為差烴源巖(圖21)。鏡質(zhì)體反射率Ro主要分布在1.09%～1.49%,顯示44%的樣品為成熟階段,56%的樣品為高成熟階段(圖22)。

圖20 巴探5井石炭系烴源巖有機(jī)碳分布圖Fig.20 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well Batan5

圖21 巴探5井石炭系氯仿瀝青“A”含量分布圖Fig.21 Distribution of chloroform bitumen“A” of Carboniferous source rocks in Well Batan5

圖23 巴探5井石炭系烴源巖綜合柱狀圖Fig.23 The comprehensive profile of Carboniferous source rocks in Well Batan5

將巴探5井相關(guān)地化資料結(jié)合S23井單井測(cè)井響應(yīng)特征來(lái)看(圖23),石炭系取芯段為灰黑色碳質(zhì)泥巖、泥巖夾粉砂巖條帶(第4回次芯),厚度約47 m,烴源巖取芯段測(cè)井總體顯示為“高電阻、高伽馬”的特征。從有機(jī)碳含量在深度上的顯示來(lái)看,有機(jī)碳含量與深度并無(wú)太大關(guān)系。從計(jì)算TOC與實(shí)測(cè)TOC對(duì)比來(lái)看,兩者契合度比較高,說(shuō)明預(yù)測(cè)效果較好。綜合來(lái)看,巴探5井取芯顯示,有機(jī)碳含量較高,成熟度處于成熟—高成熟階段,為較好—好烴源巖。

3.2 平面分布特征

3.2.1 TOC測(cè)井解釋

烴源巖是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ),烴源巖評(píng)價(jià)是沉積盆地油氣資源潛力分析與勘探前景評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容之一,烴源巖中的總有機(jī)碳含量(TOC)是烴源巖評(píng)價(jià)的重要參數(shù)。在利用有機(jī)地球化學(xué)資料評(píng)價(jià)烴源巖時(shí),一般隔一定距離取芯采樣進(jìn)行測(cè)試分析,但受取芯數(shù)量和分析化驗(yàn)成本等影響,難以獲取縱向上連續(xù)的TOC值,而測(cè)井資料具有縱向上連續(xù),分辨率高等優(yōu)勢(shì),且多種測(cè)井參數(shù)與烴源巖TOC之間具有一定的響應(yīng)關(guān)系,可據(jù)此建立預(yù)測(cè)模型對(duì)烴源巖TOC進(jìn)行定量預(yù)測(cè),并獲取烴源巖厚度。

本次研究由于石炭系烴源巖研究較為薄弱,取芯實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并不能覆蓋整個(gè)工區(qū),因此,本次研究基于測(cè)井資料,結(jié)合實(shí)測(cè)烴源巖TOC數(shù)據(jù),采用多元線性回歸法建立模型對(duì)塔河石炭系烴源巖進(jìn)行TOC預(yù)測(cè),并計(jì)算烴源巖厚度(TOC>0.5%)。

(1)多元線性回歸法原理

由于多種測(cè)井參數(shù)如中子、聲波時(shí)差、電阻率、自然伽馬、密度等均與烴源巖TOC存在響應(yīng)關(guān)系,因此,先對(duì)各測(cè)井參數(shù)與實(shí)測(cè)TOC進(jìn)行相關(guān)性分析,確定相關(guān)性較好的參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,將一種或多種測(cè)井參數(shù)作為自變量,TOC作為因變量建立一元或多元回歸方程,通過(guò)多元回歸分析確定最佳TOC定量預(yù)測(cè)模型。通常,多參數(shù)模型要優(yōu)于單參數(shù)模型,且不同地區(qū)TOC的主控因素不同,預(yù)測(cè)模型也會(huì)具有地域差異。

(2)多元回歸模型建立

經(jīng)過(guò)烴源巖實(shí)測(cè)TOC與各參數(shù)相關(guān)性分析、模型擬合度對(duì)比,最后選擇GR、CAL、RILD、CNL、AC、DEN這6個(gè)測(cè)井參數(shù)建立的模型為最佳預(yù)測(cè)模型(圖7-24),模型相關(guān)系數(shù)為0.748。

TOC定量預(yù)測(cè)模型:TOC=-0.456 1+0.004 1×GR+0.040 3×CAL-0.020 7×RILD-0.011 8×CNL+0.001 6×AC+0.098 7×DEN

(3)解釋成果

根據(jù)解釋模型進(jìn)行TOC解釋,并與實(shí)測(cè)TOC進(jìn)行比較,結(jié)果如下:解釋TOC與實(shí)測(cè)TOC平均誤差15.58%,擬合度較高。說(shuō)明解釋模型可有效地解釋塔河石炭系烴源巖TOC。

圖24 塔河石炭系烴源巖實(shí)測(cè)TOC與各測(cè)井參數(shù)交匯圖Fig.24 Intersection diagram of measured TOC and logging parameters of Carboniferous source rock in Tahe

3.2.2 TOC分布特征

根據(jù)TOC預(yù)測(cè)模型,對(duì)塔河48口井進(jìn)行典型TOC測(cè)井預(yù)測(cè),并計(jì)算烴源巖厚度(TOC>0.5%)。如表11所示。

表11 塔河石炭系TOC解釋成果統(tǒng)計(jì)表Table 11 Statistical table of TOC interpretation results of Carboniferous system in Tahe

根據(jù)塔河石炭系烴源巖實(shí)測(cè)TOC與測(cè)井解釋TOC繪制TOC等值線圖、厚度等值線圖(圖25、26),結(jié)果顯示塔河石炭系烴源巖分布相對(duì)局限,主要分布于塔河一區(qū)、塔河鹽邊地區(qū)、托甫臺(tái)等地,整體顯示由西北向東南方向增厚。

圖25 塔河石炭系卡拉沙依組泥巖TOC分布圖Fig.25 Distribution of TOC of Carboniferous Kalashayi Formation mudstone in Tahe

圖26 石炭系卡拉沙依組泥巖TOC>0.5%層段的厚度分布圖Fig.26 Thickness distribution of TOC>0.5% in Karashai Formation mudstone of Carboniferous system in Tahe

4 烴源巖綜合評(píng)價(jià)

本次研究根據(jù)所收集的大量有機(jī)碳、鏡質(zhì)體反射率、氯仿瀝青“A”及巖石熱解等資料,對(duì)研塔河石炭系烴源巖特征進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì),結(jié)合前文研究成果,對(duì)塔河地區(qū)石炭系烴源巖進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)(表12)。

表12 塔河石炭系烴源巖綜合評(píng)價(jià)表Table 12 Synthetic evaluation criteria of Carboniferous source rocks in Tahe

5 結(jié) 論

a.石炭系烴源巖泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)較差,分布于0.04%～1.28%,平均值0.30%;碳酸鹽巖有機(jī)碳豐度較好,有機(jī)碳分布于0.04%～0.44%,平均值0.22%。泥質(zhì)巖有機(jī)碳達(dá)標(biāo)率24.24%,碳酸鹽巖有機(jī)碳達(dá)標(biāo)率87.5%;氯仿瀝青“A”含量為0.000 08%～0.605%,平均值為0.032%,71.4%的樣品小于0.06%,僅6.3%的樣品氯仿瀝青“A”含量高于0.12%,顯示烴源巖生油能力較差。

b.碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ～Ⅲ型,泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主。

c.塔河石炭系烴源巖Ro分布在0.53%～2.10%之間,基本分布在0.5%以上,大部分大于0.8%,基本處于成熟階段。

d.塔河石炭系烴源巖既有陸相有機(jī)質(zhì)來(lái)源也有海相有機(jī)質(zhì)來(lái)源。

e.石炭系烴源巖在本區(qū)分布較廣泛,主要分布于塔河一區(qū)、塔河鹽邊地區(qū)、托甫臺(tái)等地,整體顯示由西北向東南方向增厚。從有機(jī)碳含量和氯仿瀝青“A”含量來(lái)看,塔河石炭系烴源巖較差,加之生烴潛力(S1+S2)較低,因此評(píng)價(jià)為差烴源巖。