川东涪陵地区长兴组烃源岩地球化学特征及生烃能力评价

2013-01-11陈义才王长城胡修全胡东风孙廷金

天然气勘探与开发 2013年2期

古伟陈义才王长城胡修全胡东风孙廷金

(1.成都理工大学 2.中国石化勘探南方分公司)

0 引言

涪陵地区处于大天池、大池干井两个高陡构造带之间的宽缓向斜区，油气保存良好，但是缺乏志留系油气源的断层。2010年在涪陵地区拔山寺向斜石家场完钻的兴隆1井于上二叠统长兴组礁滩相储层获得51.7×104m3/d的高产工业气流，显示了向斜区长兴组礁滩相圈闭具有良好的勘探前景。长兴组期间，涪陵地区为碳酸盐岩斜坡相区，北部为开江—梁平海槽，东部为城口—鄂西海槽(图1)[1-3]。为了进一步认识涪陵地区长兴组油气成藏条件，在钻井岩芯与岩屑样品的地球化学分析资料基础上，对长兴组烃源条件进行初步探讨。

图1 四川盆地北部长兴组沉积相分布

1 烃源岩有机质丰度

涪陵地区上二叠统长兴组主要为碳酸盐岩夹有薄层黑色页岩，碳酸盐岩厚度为80～150 m，黑色页岩厚度为2～5 m。根据涪陵地区XL3、FS1等4口井37个岩心及12个岩屑样品的地球化学分析结果，深灰色泥灰岩和含硅质泥晶灰岩的残余有机碳含量为0.27%～0.67%，多数样品有机碳含量在0.3%～0.5%之间，泥质烃源岩有机碳含量在0.5%～0.9%之间左右。有机质丰度较高的样品主要分布在长兴组下旋回的斜坡相，上旋回碳酸盐岩的残余有机碳较低，多数在0.1%～0.25%之间(图2)。

图2 涪陵地区HX1井长兴组烃源岩有机质丰度分析

2 有机质类型及成熟度

2.1 干酪根显微组成及碳同位素组成

碳酸盐烃源岩的有机物质基本源于藻类等低等水生生物和菌类，陆源高等生物的含量相对较少。由于涪陵地区长兴组烃源岩的热演化程度较高，干酪根数量、元素及热解实验数据缺乏可行性和准确性。根据26个样品干酪根的显微组成鉴定结果，Ⅱ1型占78%，Ⅱ2型占22%，缺少腐泥型和腐殖型干酪根，总体上为混合偏腐泥型。

通过涪陵地区长兴组26个烃源岩干酪根碳同位素分析数据，除去三个泥质岩干酪根碳同位素较重外(在-25.6‰～-26.8‰之间)，碳酸盐岩干酪根的碳同位素都比较轻，-27.5‰～-29.8‰之间，属于Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根。

2.2 甾烷与萜烷特征

烃源岩可溶有机质中的甾类和萜类化合物的碳骨架具有较好的稳定性，在一定程度上可以反映有机质性质。涪陵地区长兴组碳酸盐岩烃源岩甾烷系列(M/Z=217)的指标分布特征表现为C21、C22妊甾烷与升妊甾烷含量高，C27、C29重排甾烷含量较高，重排甾烷/规则甾烷的比值在0.5左右，表明成熟度较高。此外，规则甾烷中αααC2720R、αααC2820R、αααC2920R甾烷分布呈以αααC2720R甾烷占优势的不对称 “V”字型分布，反映了偏腐泥型的母质特征(图3)。

涪陵地区长兴组碳酸盐岩烃源岩萜类系列(M/Z=191)中的C21三环萜烷含量相对较高，五环三萜烷具有相似的特征，即均以C30藿烷为主峰，C31～C35升藿烷系列随碳数增加含量依次降低，γ-蜡烷含量较丰富，γ-蜡烷指数(γ-蜡烷/C30藿烷比值)为0.12～0.21含量较高，推测其沉积水体偏咸(图4)。

图3 涪陵地区长兴组烃源岩的甾烷(M/Z=217)分布特征

图4 涪陵地区长兴组烃源岩的萜烷(M/Z=191)分布特征

2.3 有机质成熟度

碳酸盐烃源岩中缺乏陆相高等植物来源的镜质体，一般采用海相镜质体或原生沥青来代替。统计涪陵地区长兴组26个烃源岩样品的沥青反射率平均值为2.12%，根据程克明等[4]建立的图版(图5)，换算为干酪根镜质体反射率为1.9%～2.1%，表明烃源岩的热演化程度总体上进入了高—过成熟阶段。

3 烃源岩生烃能力评价

3.1 生烃强度估算

针对涪陵地区上二叠统长兴组烃源岩的热演化程度高的特点[5-6]，本文采用有机碳产烃率法来计算烃源岩生烃强度。有机碳产烃率法计算生烃史的基本原理就是假设烃源岩处于地下相对封闭的环境，参考烃源岩热模拟实验的产烃率，即单位重量的原始有机碳在不同成熟度(RO)下的油、气生成量来计算实际烃源岩在各地质时期的累积生烃量。单位平方公里的生气强度计算数学公式如下：

图5 陆相镜质体反射率与海相镜质体反射率关系

(1)

式中:

H—烃源岩厚度，m；

ρr—烃源岩的密度，t/m3，(泥晶灰岩密度取为2.65 t/m3，泥质烃源岩密度取为2.55 t/m3)；

C残—烃源岩残余有机碳含量，%；

D—原始有机质气态烃产率，m3/t·Toc；

Qgas—生气强度，108m3/km2。

考虑到涪陵地区长兴组海相地层勘探程度低，首先根据上二叠统钻井的地化分析结果和岩性厚度统计结果得到烃源岩主要参数的分布特征(表1)，然后应用蒙特卡罗随机抽样技术模拟生烃强度的概率分布。随机抽样模拟计算结果表明(图6)，涪陵地区长兴组烃源岩总生烃强度为(2.21～17.13)×108m3/km2之间，期望值为7.92×108m3/km2，其中泥灰岩和硅质灰岩的生烃强度占86.4%，泥晶灰岩和泥岩生烃强度占13.6%。

表1 涪陵地区上二叠统长兴组烃源岩参数分布范围

图6 涪陵地区长兴组烃源岩生烃强度图

3.2 生烃能力综合评价

烃源岩供气能力的强弱是控制油气富集程度的关键原因之一。G.Demaison(1991)提出源岩潜力指数(SPI)来定量反映一个含油气系统内烃源岩提供油气的充载能力[7]。涪陵地区长兴组烃源岩累积生气强度的期望值为7.92×108m3/km2，相当于源岩潜力指数SPI=1.7。按照纵向排油系统和横向排油系统的潜力指数评价标准，长兴组烃源岩的充载能力均属于低(表2)。

综合烃源岩有机质类型、有机质丰度和源岩生气强度计算结果，笔者认为涪陵地区长兴组烃源岩的生烃能力属于低等级别。但是值得注意的是，长兴组槽盆相区烃源岩厚度有所增加，往东部和北部海槽相区，生烃能力可能达到中等级别。