胡維強， 馬立濤， 劉玉明， 李洋冰， 陳 鑫， 柳雪青， 王 朵， 黃 英， 喬 方， 馬麗華， 劉 成

( 中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452 )

0 引言

烴源巖是油氣藏形成的物質(zhì)基礎，湖相烴源巖具有明顯的非均質(zhì)性。有機質(zhì)富集的烴源巖層系對油氣藏形成具有重大貢獻，如渤海灣盆地滄東凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖分布于孔店組二段[1-2]，鄂爾多斯盆地三疊系油氣藏優(yōu)質(zhì)烴源巖分布于長7段[3]。有機質(zhì)豐度高、類型好、熱演化程度高的優(yōu)質(zhì)烴源巖對大中型油氣田形成具有重要作用，對研究區(qū)的勘探潛力評價也具有重大意義[4-5]。隨現(xiàn)代湖泊勘探理論研究不斷成熟，實驗分析技術不斷發(fā)展，湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖的研究普遍受到重視[6]，優(yōu)質(zhì)烴源巖的生烴潛力研究有利于進一步發(fā)現(xiàn)油氣分布規(guī)律，擴大油氣勘探范圍[7-9]。

蘇北盆地發(fā)育多個富含油氣凹陷，新近系發(fā)育多套烴源巖層系，油氣資源較為豐富[10]。阜寧組二段暗色泥巖地層獲得油流，如高郵凹陷的花X28、許X38，以及金湖凹陷的天X96井等[11-12]；阜寧組三段油藏分布于孫家洼次凹的安16塊油藏、海中斷隆的臺3塊油藏，以及曲塘次凹的張家垛油藏和曲1塊油藏[13]，預示蘇北盆地具有巨大的油氣勘探潛力。目前，蘇北盆地發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要分布于阜寧組三段。冉懷江[14]、樂錦鵬[15]等認為，阜寧組三段儲層為典型淺湖灘壩砂，儲層砂體受沉積環(huán)境和成巖作用共同影響。焦里力[16]、劉啟東[17]認為，阜寧組三段油氣成藏取決于高壓封閉的區(qū)域性蓋層、沉積微相、砂體展布及油氣運移路徑。阜寧組二段烴源巖的研究程度相對較低。劉世麗等[10]認為，蘇北盆地阜寧組二段泥頁巖厚度大，有機質(zhì)豐度高、類型好，主要處于成熟演化階段，具備形成頁巖油的物質(zhì)基礎，有利于頁巖油的開采。張廷山等[12]認為，阜寧組二段以裂縫型頁巖油儲層為主，中亞段為混合巖性型頁巖油儲層，脆性礦物含量高，可壓裂性好。在巖心觀察的基礎上，筆者利用地球化學測試資料，對曲塘次凹阜寧組二段烴源巖進行生烴潛力評價，明確沉積環(huán)境，為曲塘次凹下一步油氣勘探提供指導。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇北盆地海安凹陷曲塘次凹位于江蘇省海安縣境(見圖1)，北接泰州凸起，東鄰海北次凹，南鄰通揚隆起，具有“北斷南超、北陡南緩、北深南淺”等特征[12,18-19]。曲塘次凹內(nèi)部具有強烈的斷裂切割，發(fā)育近東西向、北西向和北東向3組斷裂帶，并且北東向拉張斷裂控制研究區(qū)沉積相分布[12,19]。曲塘次凹是海侵時沉積的一套半深湖—深湖相暗色泥頁。自下而上發(fā)育泰州組、阜寧組、戴南組和三垛組等4套地層，在沉積演化過程中發(fā)生3次較大規(guī)模的湖侵，主要形成3套烴源層，即泰二段、阜二段和阜四段[20-21]。吳堡運動使次凹斜坡帶阜寧組局部區(qū)域地層遭受嚴重剝蝕，而凹陷內(nèi)阜寧組地層保存較好[22]。其中，阜二段上亞段的地層局部遭受剝蝕，厚度為21～179 m，下亞段的地層厚度為42～199 m。地震和鉆井數(shù)據(jù)顯示，阜二段烴源巖埋深跨度較大，一般分布在2 500～4 500 m 之間，厚度為100～400 m，是海安凹陷曲塘次凹內(nèi)阜寧組最重要的生油巖[12]。目前，已有數(shù)口井在阜二段層系中發(fā)現(xiàn)油氣顯示并獲得工業(yè)油流，預示曲塘次凹擁有巨大的油氣勘探潛力。

圖1 蘇北盆地海安凹陷構造Fig.1 The schematic diagram in Haian sag, Subei basin

2 樣品與實驗

蘇北盆地海安凹陷曲塘次凹富有機質(zhì)泥巖層系為上白堊統(tǒng)泰州組(K2t)、古新統(tǒng)阜寧組(E1f)、始新統(tǒng)戴南組(E2d)，以中厚層狀暗色泥巖和暗色粉砂質(zhì)泥巖為主。采集J20井阜寧組二段暗色泥巖巖心樣品60個，其中有機碳測定17樣次，巖石熱解分析17樣次，氯仿瀝青“A”測定5樣次，干酪根碳同位素測定2樣次，干酪根鏡檢分析7樣次，鏡質(zhì)體反射率測定8樣次，族組分分析2樣次，飽和烴色譜—質(zhì)譜分析2樣次。對不同樣品進行巖石熱解分析、氯仿瀝青“A”測定，巖石熱解分析采用Rock-Eval 6熱解分析儀，氯仿瀝青“A”測定采用YSB-C全自動多功能抽提儀，殘余有機碳測定采用CS-744碳硫分析儀，鏡檢分析采用LEICA DM4P生物熒光顯微鏡，鏡質(zhì)體反射率測定采用CRAIC 508PV鏡質(zhì)體反射率儀，測試在中海油能源發(fā)展股份有限公司非常規(guī)實驗中心實驗室完成。干酪根碳同位素測定采用Thermo Delta V 同位素分析儀，飽和烴及芳香烴色譜—質(zhì)譜分析采用Agilent Technologies 7890B GC System氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀，測試在中海油能源發(fā)展股份有限公司中海油渤海實驗中心(渤海)實驗室完成。

3 烴源巖特征

烴源巖不僅可以直接生成油氣，而且對整個研究區(qū)的油氣資源潛力評價具有重要意義[23-24]。對曲塘次凹阜二段烴源巖進行現(xiàn)場采樣，運用殘余有機碳測定、巖石熱解分析、氯仿瀝青“A”測定、干酪根δ13C測定、鏡檢分析和鏡質(zhì)體反射率測定等，進行綜合評價。

3.1 有機質(zhì)豐度

有機質(zhì)豐度是評價生油潛力的重要參數(shù)，有機質(zhì)豐度越高，生烴能力越強[25-26]。對曲塘次凹阜二段烴源巖殘余有機碳、氯仿瀝青“A”、總烴及生烴潛量進行測試，結(jié)果見表1。由表1可知，阜二段烴源巖有機碳質(zhì)量分數(shù)較高，平均為1.77%；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)中等，平均為0.059 5%；總烴質(zhì)量分數(shù)中等，平均為441.29×10-6；生烴潛力較高，生烴潛量平均為6.20 mg/g。根據(jù)烴源巖的評價標準[27-28]，曲塘次凹阜二段烴源巖有機質(zhì)豐度高，屬于中等—好烴源巖。

表1 曲塘次凹阜二段烴源巖有機質(zhì)豐度統(tǒng)計

3.2有機質(zhì)類型

曲塘次凹阜二段烴源巖干酪根δ13CPDB為-29.2‰～-27.7‰(見表1)，平均為-28.4‰。根據(jù)現(xiàn)代海洋、湖泊和陸地各種生物中碳同位素分布標準，判識有機質(zhì)來源[28]，研究區(qū)母質(zhì)主要來源于藻類和浮游生物，具有腐泥和腐殖混合型特征。將巖石熱解測得的氫指數(shù)(HI)、氧指數(shù)(OI)、最高熱解峰溫(Tmax)的數(shù)據(jù)投入有機質(zhì)類型模板[7](見圖2(a-b))，樣品在Ⅱ1型范圍內(nèi)，少數(shù)樣品在Ⅰ、Ⅱ2型和Ⅲ型范圍內(nèi)。參考Landford F F等[29]的S2-TOC相關性劃分有機質(zhì)類型界線(見圖2(c))，樣品主要在Ⅱ型范圍內(nèi)，少數(shù)樣品在Ⅲ型范圍內(nèi)。鏡檢結(jié)果顯示，殼質(zhì)組最豐富，面積比達到70%，腐泥組次之；其中以無定型組分居多，類型指數(shù)大于50%(見表2)。曲塘次凹阜二段有機質(zhì)類型主要屬于Ⅱ型。

3.3 有機質(zhì)成熟度

鏡質(zhì)體反射率(Ro)和最高熱解峰溫(Tmax)是判識有機質(zhì)熱演化程度的重要指標[30-31]。曲塘次凹阜二段烴源巖樣品巖石熱解數(shù)據(jù)顯示(見表1)，測試17樣次的Tmax平均為440 ℃；測試8樣次的鏡質(zhì)體反射率為0.52%～0.80%，平均為0.63%(見表3)，熱演化程度處于低成熟—成熟階段。

圖2 阜二段烴源巖HI-OI、HI-Tmax和S2-TOC有機質(zhì)類型劃分Fig.2 The organic matter type diagram of the hydrocarbon source rocks HI-OI , HI-Tmax and S2-TOC division in Fu2 member

編號深度/m腐泥組面積比/%殼質(zhì)組面積比/%鏡質(zhì)組面積比/%惰質(zhì)組面積比/%類型指數(shù)干酪根類型J2033 008.0015822154Ⅱ1J2063 011.1528683159Ⅱ1J2073 011.8721762157Ⅱ1J20183 012.2019792057Ⅱ1J20103 013.5017812056Ⅱ1J20123 014.9220782058Ⅱ1J20193 102.0024732158Ⅱ1

表3 曲塘次凹阜二段烴源巖鏡質(zhì)體反射率統(tǒng)計

4 生物標志化合物特征

生物標志化合物的組成對烴源巖有機質(zhì)來源、成熟度、沉積環(huán)境等具有獨特的指示意義[32-33]。利用飽和烴色譜—質(zhì)譜分析儀，對曲塘次凹阜二段烴源巖樣品進行分析測試，樣品檢測出大量的正構烷烴、萜類化合物和甾類化合物。

4.1 正構烷烴

正構烷烴既能指示源巖母質(zhì)的輸入，又能反映沉積環(huán)境，更可以指示有機質(zhì)熱演化程度[34-35]。曲塘次凹阜二段烴源巖樣品飽和烴氣相色譜圖及數(shù)據(jù)分析顯示(見圖3)，碳數(shù)分布范圍一般為C13～C35，具有前高后低的雙峰型特征，前主峰碳為nC19，后主峰碳為nC27。正構烷烴∑C21-∑C22+為0.6～0.9，比值較低；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)為1.7～2.4，其中nC21+nC22的成分較多，表明有機質(zhì)富含類脂化合物，以低等浮游生物及藻類為主；奇偶優(yōu)勢指數(shù)OEP為1.1～1.3，碳優(yōu)勢指數(shù)CPI為1.4～1.7，具有弱的奇碳優(yōu)勢。另外，樣品檢測出大量的姥鮫烷和植烷，Pr/Ph為1.1～2.3，表明富含Pr的特征，顯示姥鮫烷的優(yōu)勢；Pr/C17為0.4～0.6，Ph/C18為0.2～0.4。綜合分析表明，阜二段烴源巖主要形成于弱氧化條件下的淡水—半咸水湖泊相沉積環(huán)境。

圖3 曲塘次凹阜二段J20井烴源巖飽和烴氣相色譜圖Fig.3 Chromatograms of the saturated hydrocarbon of hydrocarbon source rocks of J20 well in Fu2 member of Qutang subsag

奇偶優(yōu)勢指數(shù)OEP為1.2時，說明烴源巖進入生油門限。曲塘次凹阜二段烴源巖OEP為1.1～1.3，表明處于低成熟—成熟階段。

4.2 萜類化合物

萜類化合物是常見的生物標志化合物，可以指示有機質(zhì)的沉積環(huán)境、母質(zhì)輸入及熱演化程度[36-37]。曲塘次凹阜二段烴源巖樣品中萜烷類化合物主要是三環(huán)萜烷、五環(huán)萜烷和少量的四環(huán)萜烷(見圖4)。三環(huán)萜烷系列碳數(shù)為C19～C29(缺C27三環(huán)萜烷)；藿烷系列碳數(shù)為C27～C35，其中C30藿烷豐度最高，C31藿烷次之。

曲塘次凹阜二段烴源巖樣品萜類化合物分析表明，三環(huán)萜烷/C30藿烷為0.01～0.04，表明阜二段烴源巖中的三環(huán)萜烷較少，三環(huán)萜烷的相對豐度遠遠低于 C30霍烷的，沉積有機質(zhì)主要來源于湖相低等藻類；伽馬蠟烷指數(shù)(伽馬蠟烷/αβ-C30藿烷)為0.05～0.10，表明伽馬蠟烷豐度較低；霍烷中Ts/Tm為0.8～0.9，Ts的質(zhì)量分數(shù)低于Tm的，并且未檢測出具有代表性的陸源物質(zhì)輸入的羽扇烷和奧利烷，證實阜二段烴源巖形成于淡水—半咸水湖泊相沉積環(huán)境。

圖4 曲塘次凹阜二段J20井烴源巖質(zhì)量色譜圖(m/z=191)

阜二段烴源巖中αβ-C31(22S/(22S+22R))藿烷為0.5～0.6，接近平衡值0.6，表明曲塘次凹阜二段烴源巖已進入生烴門限，處于低成熟階段。

4.3 甾類化合物

甾烷既能反映母質(zhì)輸入，又能指示有機質(zhì)熱演化程度[38-40]。曲塘次凹阜二段烴源巖樣品中甾烷系列質(zhì)量分數(shù)相對較低，重排甾烷及規(guī)則甾烷(C27、C28和 C29)豐度特征在質(zhì)譜圖m/z=217上最為典型(見圖5)。在規(guī)則甾烷中，C27甾烷約占37%，C28甾烷約占12%，C29甾烷約占51%，5α-C27/5α-C29約為0.75，并且C29甾烷質(zhì)量分數(shù)高于C27甾烷的，呈不對稱的“V”型或反“L”型分布，具有C28

圖5 曲塘次凹阜二段J20井烴源巖質(zhì)量色譜圖(m/z=217)

曲塘次凹阜二段烴源巖樣品中的ααα-C29(20S/(20S+20R))甾烷為0.1～0.3，ββ/(αα+ββ)-C29甾烷為0.1～0.3，表明阜二段烴源巖有機質(zhì)處于低成熟階段。

5 結(jié)論

(1)蘇北盆地海安凹陷曲塘次凹阜二段烴源巖有機質(zhì)豐度較高，屬于中等—好烴源巖；有機質(zhì)類型屬于Ⅱ型，具有低等水生生物和高等植物雙重生源特征；熱演化程度處于低成熟—成熟階段，具備良好的生烴物質(zhì)基礎。

(2)曲塘次凹阜二段烴源巖生物標志化合物指示阜二段烴源巖主要形成于弱氧化條件下的淡水—半咸水湖泊相沉積環(huán)境，有利于有機質(zhì)保存。

(3)曲塘次凹阜二段烴源巖屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖，成熟度進入生烴門限，主要處于生烴高峰期，具有良好的生烴潛力，對油氣成藏具有重要貢獻。