曲彥勝

（中石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東 東營(yíng) 257061 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （中國(guó)石油大學(xué) （北京）），北京 102249）

鐘寧寧，劉巖

（油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （中國(guó)石油大學(xué) （北京）），北京102249）

李園園

（中石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257061）

孫莎莎

（中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007）

我國(guó)東部斷陷湖盆中的烴源巖存在紋層狀富有機(jī)質(zhì)和低豐度烴源巖，其中富有機(jī)質(zhì)烴源巖多呈紋層狀發(fā)育，有機(jī)質(zhì)豐度高，可大于10%［1，2］。而對(duì)于富有機(jī)質(zhì)沉積的空間分布，目前普遍認(rèn)為其在三級(jí)層序格架下的水進(jìn)體系域的上部和高水位體系域的下部，也就是最大湖泛面附近發(fā)育［3］，但是對(duì)其識(shí)別和分布規(guī)律的研究認(rèn)識(shí)程度仍較低。為此，筆者嘗試以東部典型斷陷盆地渤海灣盆地富油氣凹陷遼河西部凹陷為例，識(shí)別富有機(jī)質(zhì)沉積并結(jié)合優(yōu)質(zhì)烴源巖的空間展布規(guī)律，查明其發(fā)育的主控因素，從而更深入認(rèn)識(shí)斷陷湖盆優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育機(jī)制與沉積模式，為預(yù)測(cè)陸相斷陷湖盆烴源巖發(fā)育及正確認(rèn)識(shí)資源潛力提供更加可靠的依據(jù)，對(duì)于我國(guó)東部精細(xì)勘探具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

遼河西部凹陷是遼河斷陷3個(gè)凹陷中最大的一個(gè)，是一個(gè)東斷西超、東陡西緩的箕狀斷陷。烴源巖分布層位多 （從沙四段 （Es4）到東營(yíng)組 （Ed）均有分布）、面積廣 （遍布6個(gè)次級(jí)洼陷）。其中Es3（沙三段）、Es4烴源巖較發(fā)育，主要發(fā)育一套黑灰－深灰色泥巖，灰色泥巖、褐灰色泥巖和灰褐色油頁(yè)巖等，有機(jī)質(zhì)豐度高，質(zhì)量較好［4］。從各層序反映有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo) （TOC （總有機(jī)碳含量），氯仿瀝青 “A”含量及總烴含量）（見(jiàn)圖1）來(lái)看，各層序烴源巖TOC在1%～2.5%，氯仿瀝青 “A”含量在0.05%～0.2%，總烴含量平均值在200～800μg／g。

2 富有機(jī)質(zhì)沉積的識(shí)別特征

2.1 微觀特征

圖1 遼河西部凹陷Es3、Es4烴源巖特征

富有機(jī)質(zhì)層沉積主要以油頁(yè)巖組合、油頁(yè)巖－泥 （灰）質(zhì)巖組合、泥灰?guī)r－灰質(zhì)泥巖組合3類巖石組合為主。顯微鏡下觀察其往往具有清晰的紋層結(jié)構(gòu)，根據(jù)礦物和有機(jī)質(zhì)的組成可分成如下幾類:由細(xì)粒方解石組成的碳酸鹽巖層、黃鐵礦的紋層以及富含泥質(zhì)礦物的紋層。在熒光下可以見(jiàn)到藻類物質(zhì)充分降解形成的富有機(jī)質(zhì) “暗層”與礦物瀝青基質(zhì) “亮層”交替出現(xiàn) （見(jiàn)圖2），顯微組分以腐泥組為主，鏡質(zhì)組含量低，反映其主要以來(lái)源于低等水生生物如菌藻類生源為主。藻類呈紋層狀出現(xiàn)，但沒(méi)有出現(xiàn)代表強(qiáng)還原環(huán)境的黃鐵礦紋層，反映當(dāng)時(shí)可能并未出現(xiàn)強(qiáng)還原的沉積環(huán)境。在所選的這些樣品中，藻類紋層主要出現(xiàn)在沙三段以及沙四段。沉積相類型主要是扇三角洲前緣亞相和濱淺湖－半深湖亞相，巖性以深灰色泥頁(yè)巖和油頁(yè)巖為主，主要分布于西部斜坡靠近凹陷中心的部位以及牛心坨－臺(tái)安洼陷。

圖2 遼河西部凹陷烴源巖顯微組分全巖熒光特征 （熒光×100）

2.2 地球物理響應(yīng)特征

如何從豐富的地球物理資料中有效識(shí)別富有機(jī)質(zhì)沉積一直是石油地質(zhì)家們努力的方向之一。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，Dumesnil［5］等國(guó)內(nèi)外學(xué)者就嘗試根據(jù)不同有機(jī)質(zhì)含量的泥巖、碳酸鹽巖在測(cè)井曲線上的響應(yīng)差異來(lái)計(jì)算烴源巖中有機(jī)質(zhì)的含量。高豐度烴源巖在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為四高一低的響應(yīng)特征:高電阻率響應(yīng)、高聲波時(shí)差響應(yīng)、高自然伽馬響應(yīng)、高中子孔隙度響應(yīng)以及低密度響應(yīng)。根據(jù)不同測(cè)井曲線的響應(yīng)特征可以估算烴源巖中有機(jī)質(zhì)的含量，Passey等［6］認(rèn)為結(jié)合電阻率－孔隙度曲線的ΔlgR方法在計(jì)算TOC時(shí)準(zhǔn)確性較高，根據(jù)測(cè)井曲線上的響應(yīng)以及熱解實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以計(jì)算烴源巖中的TOC。筆者以ΔlgR方法為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，利用:

推導(dǎo)6個(gè)次級(jí)洼陷的計(jì)算公式，計(jì)算遼河西部凹陷不同層序烴源巖的TOC （見(jiàn)圖3），結(jié)果顯示計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合度高。式中，Δt為聲波時(shí)差，μs／ft；R為電阻率，Ω·m；A、B、C為常數(shù)，包含了地層、孔隙度以及巖性等多方面的影響因素，通過(guò)擬合公式獲得。

圖3 遼河西部凹陷中北部Es4聯(lián)井剖面

3 富有機(jī)質(zhì)的沉積空間分布特征

以資料較豐富的北部牛心坨洼陷為例，在層序格架下對(duì)富有機(jī)質(zhì)層的分布進(jìn)行分析。從圖3中看出，張1井Es4有機(jī)質(zhì)豐度在縱向上具有明顯的非均質(zhì)性，有機(jī)質(zhì)豐度變化范圍為0.2%～6.33%，高豐度層段出現(xiàn)在SQ1湖侵體系域的上部和高水位體系域的下部以及SQ1、SQ2層序界面，沉積環(huán)境以半深湖亞相為主。在高水位體系域的下部和SQ1、SQ2層序邊界的砂泥巖互層段，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高；而體系域內(nèi)部，在大套的厚層泥巖段TOC值反而較低，富有機(jī)質(zhì)沉積并不發(fā)育。這一現(xiàn)象說(shuō)明在湖侵體系域上部和高水位體系域下部以及層序邊界部位 （一套穩(wěn)定泥巖之后的砂泥巖互層中的泥巖）可能較有利于富有機(jī)質(zhì)沉積發(fā)育；而在體系域內(nèi)部的穩(wěn)定沉積階段，雖然發(fā)育厚度較大的泥巖，但由于沉積環(huán)境穩(wěn)定，水體深度變化不大，富有機(jī)質(zhì)沉積反而并不發(fā)育。

4 富有機(jī)質(zhì)沉積分布的控制因素

有學(xué)者通過(guò)對(duì)海洋中黑色頁(yè)巖的研究認(rèn)為，開(kāi)放的大洋環(huán)境中富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)自透光帶，并且受水體分層的控制，同時(shí)，海洋中富含有機(jī)質(zhì)沉積主要在靜海封閉的環(huán)境中發(fā)育，而在缺氧環(huán)境中的沉積物并不都富含有機(jī)質(zhì)，富有機(jī)質(zhì)形成的關(guān)鍵是沉積物中有機(jī)質(zhì)的輸入，而不是氧化還原環(huán)境［7］。另有學(xué)者認(rèn)為水體分層，缺氧的環(huán)境對(duì)于富有機(jī)質(zhì)的沉積起著決定性作用［7，8］。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)對(duì)渤海灣盆地東營(yíng)凹陷富有機(jī)質(zhì)的控制因素和沉積環(huán)境的研究認(rèn)為，表層水的高生產(chǎn)力與底層水的缺氧環(huán)境疊合的區(qū)域即是富有機(jī)質(zhì)沉積發(fā)育的部位［9］。下面，筆者通過(guò)探討烴源巖發(fā)育時(shí)期古生產(chǎn)力狀況以及湖盆類型來(lái)研究控制富有機(jī)質(zhì)沉積的因素。

4.1 較高的古生產(chǎn)力條件控制了富有機(jī)質(zhì)沉積發(fā)育

巖石中的微量元素含量以及其比值可以反映古環(huán)境以及古生產(chǎn)力的大小，遼河西部凹陷Es3、Es4沉積時(shí)期的Ni值大于60μg／g，Ba值達(dá)到1000μg／g以上，對(duì)應(yīng)較高的有機(jī)質(zhì)豐度，2者具有一定的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)遼河西部凹陷不同構(gòu)造部位15口井的烴源巖49塊樣品進(jìn)行全巖光片分析鑒定，顯微鏡下觀察到共6口井的巖石薄片出現(xiàn)藻類勃發(fā)的紋層結(jié)構(gòu)，鏡下表現(xiàn)為巖石具有清晰的紋層結(jié)構(gòu)，熒光下可見(jiàn)基質(zhì)為礦物瀝青基質(zhì)，藻類物質(zhì)充分降解形成的富有機(jī)質(zhì) “暗層”與礦物瀝青基質(zhì) “亮層”交替出現(xiàn)（見(jiàn)圖2）。在順層切面上可見(jiàn)藻類體呈團(tuán)塊狀，反映Es3、Es4沉積時(shí)期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)充足，浮游藻類等水生生物繁盛，導(dǎo)致沉積有機(jī)質(zhì)含量高。研究區(qū)Es3、Es4在牛心坨－臺(tái)安洼陷以及西部斜坡存在紋層狀藻類勃發(fā)，同樣是反映該時(shí)期具有高古生產(chǎn)力的直接證據(jù)，藻類生物種類和數(shù)量的爆發(fā)形成較高的初級(jí)生產(chǎn)力，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致水體中含氧量的降低，使水體缺氧帶范圍擴(kuò)大，形成水體深度較淺的缺氧環(huán)境，有利于富有機(jī)質(zhì)沉積的保存。這些都反映了古生產(chǎn)力對(duì)富有機(jī)質(zhì)沉積的控制作用。

4.2 欠補(bǔ)償湖盆類型有利于發(fā)育富有機(jī)質(zhì)沉積

通過(guò)分析研究區(qū)烴源巖的地球化學(xué)參數(shù)，結(jié)合構(gòu)造演化條件，可以獲得古湖泊水體沉積環(huán)境的信息。研究區(qū)Es3、Es4Pr／Ph值范圍0.41～1.28，平均0.73；伽馬蠟烷指數(shù)達(dá)0.2以上；微量元素中反映氧化還原環(huán)境的V／（V＋Ni）值達(dá)0.5以上，均代表了較還原的水體環(huán)境，反映水體咸度的B／Ga值達(dá)5以上，代表微咸的水體環(huán)境?？梢钥闯鲈诎枷荼辈啃纬闪怂w較深的半封閉咸化水體環(huán)境，湖盆處于欠補(bǔ)償階段。遼河西部凹陷沙司時(shí)期在構(gòu)造上處于湖盆初始裂陷階段，Es3時(shí)期的湖盆深陷階段在北部牛心坨洼陷，中北部的陳家－盤(pán)山洼陷以及南部清水洼陷形成湖泊水體從北向南深度增加，水體咸度減小，地表淡水輸入逐漸增多的沉積環(huán)境，整個(gè)湖盆處于欠補(bǔ)償型向正常型過(guò)渡的階段。在各洼陷中心以及靠西部斜坡一側(cè)均可以形成較深水體環(huán)境，出現(xiàn)水體分層，在底部形成較還原的水體環(huán)境，無(wú)論是在湖盆中央，還是斜坡區(qū)域都為富有機(jī)質(zhì)沉積的發(fā)育提供了良好的保存條件。

4.3 可容空間變化影響了富有機(jī)質(zhì)沉積的形成

Es4沉積時(shí)期，雙臺(tái)子斷層、興西斷層等NE向斷層發(fā)育，但整個(gè)盆地處于拗?jǐn)嚯A段，北部牛心坨洼陷以及陳家－臺(tái)安洼陷沉降明顯，同時(shí)陸源碎屑供應(yīng)不充分，可容空間增大，水體較深，沉積環(huán)境為半封閉的咸化湖盆。Es3沉積時(shí)期，盆地處于深陷階段，臺(tái)安－大洼斷裂是這一階段盆地的主控邊界斷層，盆地整體是在臺(tái)安－大洼斷裂鏟式正斷層控制下發(fā)育的東南斷－北西超的半地塹，盆地邊界斷層控制沉降－沉積作用。形成了多級(jí)的同沉積斷裂構(gòu)造帶，湖盆可容空間從斜坡向湖盆中心逐漸增大，除了湖盆中心外在構(gòu)造坡折帶同樣存在水體較深、可容空間較大的區(qū)域。多級(jí)斷坡帶的發(fā)育使得湖盆特別是斜坡水體深度變化頻繁，同時(shí)構(gòu)造沉降使得較深水區(qū)域形成湖水分層。陸源碎屑雖然帶來(lái)了更多的有機(jī)組分，但是來(lái)自陸源高等植物的有機(jī)組分并不能形成富有機(jī)質(zhì)沉積，由于來(lái)自陸源的碎屑輸入會(huì)帶來(lái)大量的砂質(zhì)碎屑，對(duì)有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生稀釋作用，導(dǎo)致湖盆可容空間減小，有機(jī)質(zhì)豐度降低。

圖4為張1井Es4烴源巖富有機(jī)質(zhì)沉積剖面上的分布，從圖4可以看出，位于北部的牛心坨洼陷的張1井，Es4上部從SQ1層序進(jìn)入SQ2層序，沉積相類型由半深湖亞相向扇三角洲前緣亞相過(guò)渡，巖性組合由深灰色泥巖過(guò)渡為砂泥巖互層，由于進(jìn)積作用不斷加強(qiáng)，陸源碎屑輸入不斷增加導(dǎo)致對(duì)有機(jī)質(zhì)的稀釋作用，有機(jī)質(zhì)豐度在A段自下而上逐漸減少，TOC高值出現(xiàn)在層序界面附近。SQ1層序湖侵體系域上部向高水位體系域過(guò)渡，有機(jī)碳豐度自下而上在C段先減少后在C、B界面處突然出現(xiàn)高值，這是由于湖侵體系域晚期，盆地沉降迅速，可容空間增大導(dǎo)致的湖泊水平面上升造成的。這與Creaney，Passey等［10］對(duì)海相烴源巖TOC隨層序體系域變化的特征類似，最大洪泛期附近的沉積物可能是烴源巖最發(fā)育的層段。綜合以上分析，認(rèn)為遼河西部凹陷富有機(jī)質(zhì)沉積發(fā)育的主控因素是較高的古生產(chǎn)力，同時(shí)構(gòu)造沉降形成的較深的水體環(huán)境，出現(xiàn)水體分層也非常重要，欠補(bǔ)償湖盆類型有利于發(fā)育富有機(jī)質(zhì)沉積。

圖4 張1井Es4烴源巖富有機(jī)質(zhì)沉積剖面上的分布

5 結(jié)語(yǔ)

遼河西部凹陷Es3、Es4沉積時(shí)期較高的古生產(chǎn)力導(dǎo)致富有機(jī)質(zhì)沉積不僅在次級(jí)洼陷中心的半深湖－深湖亞相發(fā)育，也在靠近湖盆中央的西部緩坡帶的扇三角洲前緣亞相中發(fā)育，緩坡帶高有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力與保存條件的協(xié)同作用而有利于富有機(jī)質(zhì)沉積的形成。盡管在緩坡帶形成的富有機(jī)質(zhì)沉積相對(duì)較薄，但它直接與孔滲性較好的砂巖儲(chǔ)層呈指狀互層交叉發(fā)育，有利于富有機(jī)質(zhì)沉積生成的油氣直接運(yùn)移至儲(chǔ)層并富集成藏，對(duì)油氣成藏可能具有更高的聚集效率。

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