高 崗，楊尚儒，陳 果，胡丹丹，趙 克

(1.中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 2.中國石油 玉門油田青西作業(yè)區(qū)，甘肅 玉門 735200； 3.中國石油 華北油田分公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘 062552)

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確定烴源巖有效排烴總有機碳閾值的方法及應用

高 崗1，楊尚儒1，陳 果1，胡丹丹2，趙 克3

(1.中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 2.中國石油 玉門油田青西作業(yè)區(qū)，甘肅 玉門 735200； 3.中國石油 華北油田分公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘 062552)

針對油氣地質學中排烴源巖難以識別的問題，依據(jù)生排烴原理，利用常規(guī)烴源巖有機碳和熱解(Rock-Eval)分析測試參數(shù)，建立了判別排烴源巖的實用方法。該方法主要基于生烴量參數(shù)[IHC=S1/w(TOC)]和瀝青轉化率[w(A)/w(TOC)]，判別排烴源巖的總有機碳閾值，高于該值的烴源巖即為排烴源巖。根據(jù)分析測試資料，對準噶爾盆地和三塘湖盆地二疊系蘆草溝組、酒泉盆地營爾凹陷和青西凹陷白堊系下溝組以及鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組長7段的排烴源巖進行判別，判別效果較好，應用該方法時要求烴源巖的母質特征與熱演化程度接近。由于氣態(tài)烴易散失，所以采用的參數(shù)主要反映烴源巖中生成的液態(tài)烴量。該方法對于油源巖的判別更為有效。

總有機碳閾值；生烴量；殘留烴量；飽和吸附；排烴源巖；油氣生成

烴源巖指能生成并排出油氣的巖石，有烴類排出是烴源巖的重要表現(xiàn)[1-3]。油氣生成與排出并存的烴源巖即有效烴源巖，可從定性和定量兩方面確定。定性方法從概念角度判別烴源巖是否有效，包括有機質豐度高、生烴潛力高，且有烴類生成和排出的烴源巖[4-7]。定量方法主要根據(jù)有機質豐度下限確定有效烴源巖，常用總有機碳(TOC)含量標定有機質豐度下限，研究結果顯示：排烴源巖總有機碳閾值主要介于1%～6%[8-11]。目前確定有機質豐度下限的方法以經(jīng)驗統(tǒng)計為主，未充分考慮烴源巖的生排烴機理。本文深入探討烴源巖生排烴機理，結合烴源巖的基本地化參數(shù)，初步建立了判別排烴源巖的方法。

1 烴源巖生排烴基本原理

烴源巖主要由無機礦物和有機質組成，且礦物顆粒與有機質顆粒間存在孔隙。在烴源巖系統(tǒng)中，有機質生烴前，孔隙主要被水占據(jù)，當有機質進入生烴階段，早期生成的烴類首先占據(jù)鄰近的孔隙，并排替孔隙水，隨著生成烴類的增多而占據(jù)不同的孔隙空間。當烴類排出可動的孔隙水后，其余烴類才開始排出烴源巖，此時烴源巖中的烴類基本達到飽和，即烴源巖生成的烴類必須滿足自身的飽和吸附才能排出[12-13]。

2 排烴源巖的識別方法

根據(jù)生排烴原理，烴源巖若只生成而不排出烴類，則該烴源巖對常規(guī)油氣藏的形成是無效的[14-16]。當烴源巖的母質特征、成熟度等變化不大時，在開始排烴前，烴源巖中總有機質含量越高，生成的烴量就越多。當烴源巖生成的烴類滿足了自身的飽和吸附并排出時，總有機質含量與生成的烴量間的相關關系便會改變。當有機碳含量達到某臨界值并繼續(xù)增加時，生成的烴類滿足烴源巖的飽和吸附而排出，已生烴量將偏離正常趨勢而降低。圖1中拐點對應的總有機質含量為排烴源巖的有機質含量下限，烴源巖開始排烴而成為排烴源巖。因此，只有烴源巖的總有機質含量達到其閾值才能成為排烴源巖。

烴源巖常規(guī)的有機地化分析測試包括總有機碳含量、氯仿瀝青“A”、熱解烴(S1)等。TOC含量代表巖石中總有機碳的質量分數(shù)，氯仿瀝青“A”含量為巖石中可溶有機質的質量分數(shù)，熱解烴S1代表烴源巖的殘留生烴量[m(烴)/m(巖石)，mg/g]。根據(jù)上述排烴源巖判別原理，利用烴源巖常規(guī)有機地化分析測試數(shù)據(jù)，確定排烴源巖的總有機碳閾值。

3 排烴源巖的識別方法應用實例

利用上述排烴源巖識別方法確定了準噶爾盆地與三塘湖盆地二疊系蘆草溝組、酒泉盆地白堊系下溝組和鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組長7段排烴源巖的總有機碳閾值。

圖1 排烴源巖識別方法示意

3.1 吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組排烴源巖

準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組泥質烴源巖形成于咸化湖沉積環(huán)境，儲層巖性主要為粉砂巖和碳酸鹽巖，源儲互層且呈大面積接觸[17-18]。烴源巖排烴條件良好，地化分析結果顯示：源巖母質類型主要為混合型，部分為腐泥型，具有傾油特征。烴源巖主要處于生油高峰前的熱演化階段，母質特征與熱演化程度變化小。本文采用相對生烴量參數(shù)[IHC=S1/w(TOC)]和瀝青轉化率[w(A)/w(TOC)]進行排烴源巖的判別分析。根據(jù)排烴原理，繪制了準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組泥質烴源巖w(TOC)與IHC、w(A)/w(TOC)的關系圖(圖2)。

由圖2可得：隨w(TOC)的增加，IHC和w(A)/w(TOC)值均具有先增后降的特征，表明當烴源巖的w(TOC)達到一定值時才開始大量排烴，拐點對應的w(TOC)即為排烴源巖的總有機碳閾值。吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組排烴源巖的總有機碳閾值約為1%，當w(TOC)<1%時，烴源巖生成的油氣未滿足自身吸附；當w(TOC)>1%時，烴源巖生成的油氣滿足自身吸附并開始排烴。

圖2 準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組排烴源巖TOC閾值判別圖版

3.2 三塘湖盆地二疊系蘆草溝組排烴源巖

三塘湖盆地蘆草溝組烴源巖發(fā)育特征與準噶爾盆地基本接近[19-20]，但同樣方法確定的排烴源巖TOC閾值在2.2%左右(圖3)，明顯高于準噶爾盆地蘆草溝組排烴源巖，這種差異與源儲關系和運移作用有關。三塘湖盆地蘆草溝組更發(fā)育泥質白云巖，當次生溶孔、裂縫發(fā)育時，可作為儲集層，具有自生自儲特征。除自身含有的原始有機質可以生烴外，也可能有鄰近烴源巖生成的油氣運移而來，受外來烴的影響大，導致IHC和w(A)/w(TOC)值不降反增，使得拐點位置向w(TOC)高值區(qū)移動。準噶爾盆地蘆草溝組主要呈源儲互層特征，泥質烴源巖生成的油氣相對較容易排出烴源巖進入鄰近的儲集層，受外來烴的影響較小，故排烴源巖的TOC閥值相對較低。

3.3 酒泉盆地白堊系下溝組排烴源巖

酒泉盆地油氣勘探主要集中在酒東坳陷營爾凹陷和酒西坳陷青西凹陷，2個凹陷的主要烴源巖均為白堊系下溝組(K1g)[21-22]。酒泉盆地分割性強，2個凹陷下溝組沉積環(huán)境存在差異，營爾凹陷下溝組主要形成于微咸水—淡水沉積環(huán)境，泥巖為主要烴源巖，白云石含量很少或無。母質類型以混合型為主，腐泥型較少，具傾油傾氣特征，熱演化程度相對較高，以液態(tài)石油為主，少量伴生氣。依據(jù)排烴源巖TOC閾值判別圖版，營爾凹陷下溝組排烴源巖的總有機碳閾值約為0.8%(圖4)。

青西凹陷下溝組主要形成于咸化湖沉積環(huán)境，巖性包括泥巖、白云質泥巖、泥質白云巖和白云巖，較純的白云巖很少，普遍含有泥質。泥巖為主要烴源巖，母質類型以混合型為主，少量腐泥型，具傾油特征，主要處于生油高峰前的熱演化階段，以生油為主。青西凹陷下溝組排烴源巖的總有機碳閾值約為1.0%(圖5)。2個凹陷排烴源巖總有機碳閾值的差異主要與其熱演化程度有關，當烴源巖的w(TOC)含量相近時，熱演化程度越高，生成烴類越多，滿足排烴源巖條件的總有機碳閾值會向低值區(qū)遷移。由于營爾凹陷下溝組烴源巖的成熟度總體高于青西凹陷，故其排烴源巖的總有機碳閾值相對較低。

圖4 酒泉盆地營爾凹陷白堊系下溝組排烴源巖TOC閾值判別圖版

圖5 酒泉盆地青西凹陷白堊系下溝組排烴源巖TOC閾值判別圖版

圖6 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7段排烴源巖TOC閾值判別圖版

3.4 鄂爾多斯盆地三疊系長7段排烴源巖

鄂爾多斯盆地的烴源巖主要為延長組湖相泥質巖、油頁巖，主力烴源巖層段為長7段[23-25]。本文主要確定長7段排烴源巖的總有機碳閾值。長7段烴源巖的w(TOC)介于0.2%～37%，其中油頁巖的w(TOC)>3%。母質類型以混合型為主，油頁巖主要為傾油型母質，且處于生油熱演化階段。依據(jù)判別圖版，排烴源巖的總有機碳閾值約為1.5%(圖6)?？梢娝械挠晚搸r均為排烴源巖，部分泥巖也為排烴源巖。由于分析數(shù)據(jù)有限，圖6中2個圖版確定的排烴源巖的總有機碳閾值存在細微差異。筆者認為分析數(shù)據(jù)較多的結果更為可信，因此在分析w(A)/w(TOC)數(shù)據(jù)變化規(guī)律時，必須參考IHC的分析結果。

4 排烴源巖識別方法討論

排烴源巖的確定是油氣地質研究的難點之一，本文提出的排烴源巖判別方法建立在大量分析測試數(shù)據(jù)基礎上，假定烴源巖的母質類型與熱演化總體相近。實際研究的烴源巖母質類型與熱演化均有一定的變化范圍，烴源巖的w(TOC)大于閾值即代表已經(jīng)排烴，但小于該值未必不排烴，只是其排烴量相對較低。只有當烴源巖的w(TOC)大于閾值時，才能排出更多烴類，對源外油氣藏的形成更為有效。

從排烴源巖的判別參數(shù)來看，該方法應用于生油巖更為有效，因為瀝青“A”主要代表了烴源巖中的可溶有機質，而氣態(tài)烴更容易散失，熱解烴S1也主要代表了烴源巖中的液態(tài)烴。對于以生氣為主的烴源巖，上述確定排烴源巖總有機碳閾值的方法還需深入探討。實際地質中的沉積環(huán)境、沉積相、氣候條件、烴源巖母質類型、熱演化程度都存在差異，排烴源巖的總有機碳閾值也不同。針對分析數(shù)據(jù)較多的地區(qū)，可以嘗試區(qū)分母質類型和熱演化程度，來確定其排烴源巖的總有機碳閾值，該工作還需深入研究。

5 結論

(1)本文提出了判別排烴源巖的方法，主要利用相對生烴量參數(shù)[IHC=S1/w(TOC)]和瀝青轉化率[w(A)/w(TOC)]，操作性較強。該方法要求烴源巖的母質特征和熱演化程度要大致接近，或僅在較小的范圍內變化。

(2)利用排烴源巖判別圖版確定了準噶爾盆地與三塘湖盆地二疊系蘆草溝組、酒泉盆地營爾凹陷和青西凹陷白堊系下溝組以及鄂爾多斯盆地三疊系長7段排烴源巖的總有機碳閾值，分別為1%，2.2%，0.8%，1%，1.5%，判別效果較好。

(3)不同地區(qū)和層位的烴源巖母質類型、熱演化程度及源儲配置關系存在差異，應分別確定其排烴源巖的總有機碳閾值。氣態(tài)烴易發(fā)生散失，本文采用的參數(shù)主要反映烴源巖中生成的液態(tài)烴量，該方法對于油源巖的判別更為有效。

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(編輯 黃 娟)

Method and application for identifying TOC threshold of hydrocarbon-expelling source rocks

Gao Gang1, Yang Shangru1, Chen Guo1, Hu Dandan2, Zhao Ke3

(1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 2.QingxiOperationalZoneofYumenOilfieldCompany,CNPC,Yumen,Gansu735200,China; 3.GeophysicalExplorationResearchInstituteofHuabeiOilfieldCompany,CNPC,Renqiu,Hebei062552,China)

Considering the fact that hydrocarbon-expelling source rocks are difficult to identify in oil and gas geology, a method to distinguish hydrocarbon-expelling source rocks was proposed using the conventional TOC and pyrolysis analysis parameters (Rock-Eval). This method is used to identify the TOC threshold, based on hydrocarbon-generation amount parameters [IHC=S1/w(TOC) andw(A)/w(TOC)]. Only when TOC content is higher than the threshold, can the source rock be regarded as hydrocarbon-expelling source rock. This method was applied to the source rocks in the Permian Lucaogou Formation in the Junggar and Santanghu basins, the Cretaceous Xiagou Formation in the Ying’er and Qingxi sags in the Jiuquan Basin, and the Upper Triassic Yanchang Formation Chang-7 member in the Ordos Basin. The discriminant results are useful, but it requires source rocks with similar organic matter type and maturity. The parameters represent liquid hydrocarbon amount. Gaseous hydrocarbons are lost easily, and as a result, the method is more effective for oil source rock.

TOC threshold; hydrocarbon generating amount; remained hydrocarbon amount; saturated absorption hydrocarbon; hydrocarbon-expelling source rock; oil and gas generation

1001-6112(2017)03-0397-05

10.11781/sysydz201703397

2016-02-14；

2017-04-24。

高崗(1966—)，男，博士，副教授，從事油氣勘探與開發(fā)的科研與教學工作。E-mail: gaogang2819@sina.com。

中國石油股份公司科技重大專項 (2012E330)和中國石油第四次油氣資源評價(2013E-050209)資助。

TE122.1

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