莘县凹陷堂邑洼陷古近系沙三段烃源岩生烃潜力评价

曹宏明，程子翔，程 伟，谢彩虹，曹鉴华

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083;2.中石化中原油田分公司，河南 濮阳 457001;3.中国石油大学(北京)，北京 102249;4.中石化华东分公司，江苏 扬州 225007)

引 言

莘县凹陷位于渤海湾盆地临清坳陷东部，鲁西隆起与堂邑凸起之间，受兰聊断层控制，为一NNE向延伸的中、新生代双断凹陷，面积为2 640 km2。古近系厚为5 000 m，奥陶系顶最大埋深为8 500 m。由北至南分为姜店、堂邑、聊城、朝城4个洼陷及姜店、凤凰集、沙镇3个构造带。根据南北向(长轴)和东西向(短轴)钻井资料进行地层对比结果，并结合钻井油气显示情况，认为莘县凹陷堂邑洼陷暗色泥岩发育最好，具有较好生油条件。莘县凹陷主要生油岩为沙三段，本次研究主要针对莘8、莘2、莘4井的沙三段地层。莘4、莘8井均获工业油气流，展示了堂邑洼陷具有良好的勘探潜力。在前人研究总结的基础上［1－4］，结合中原油田探区最近钻井取心资料，综合评价了堂邑洼陷烃源岩生烃潜力，为该区下一步勘探和井位部署提供参考。

1 烃源岩纵向分布

根据新的分层数据和实钻录井综合图，统计了沙三段各亚段暗色泥岩发育情况(表1)。由表1可以看出，纵向上，沙三段总体上暗色泥岩占地层的60%，且沙三段各亚段暗色泥岩均较为发育，但暗色泥岩发育程度不尽相同:沙三上暗/地比一般为40%～50%，平均为47%;沙三中和沙三下基本相当，暗/地比一般为60% ～75%，平均为68%。其中，新钻的莘8井沙三上暗/地比为53%，沙三中和沙三下基本相当，暗/地比分别为66%和78%。从岩性上看，暗色泥岩厚度达394 m，页岩厚104 m。

表1 莘县凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥岩厚度统计

2 暗色泥岩有机质丰度

对3口井泥岩样品有机碳分析数据分层统计结果如表2所示。根据陆相烃源岩有机质丰度评价标准(SY/T 5735—1995)，莘2、莘4、莘8井沙三中、下暗色泥岩有机碳平均值基本上均达到1.0%以上，有机质丰度整体较好，为中等—好烃源岩，绝大部分样品有机碳大于0.6%。相对而言，沙三上暗色泥岩丰度低些，但其均值也达到下限值0.4%。莘2、莘4、莘8井沙三中下暗色泥岩氯仿沥青“A”含量平均值基本上均达到0.05%左右，总烃平均值基本上分布在200～500 mg/L，为中等烃源岩。

表2 莘县凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥岩有机质丰度统计

3 烃源岩有机质类型

有机质类型是评价烃源岩质量的主要指标，类型好，有机质向油气转化率高，生油潜力大;类型差，转化程度低，只能生成一部分天然气［5］。陆相湖盆有机质来源丰富，成分比较复杂，既有水生生物及藻类残体提供的有机物来源，又有陆源植物残体的补给。下面从干酪根显微组分、干酪根碳同位素组成、岩石热解参数3个方面对莘县凹陷堂邑洼陷烃源岩有机质类型进行剖析。

3.1 干酪根显微组分

镜检是在镜下直接观察干酪根的形态、结构、颜色、先源物质等最直观的方法，可以直接测得干酪根组成，即类脂体、壳质体、镜质体和惰质体的不同比例，此方法优点在于不受热演化的影响［5］。

图1 莘2、莘4、莘8井烃源岩干酪根显微组分镜检统计频率

35份干酪根样品显微组分数据统计结果揭示(图1)，莘县凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥岩有机质类型为Ⅱ2—Ⅱ1型，以Ⅱ型为主，占总共镜检干酪根的94%以上。

3.2 干酪根碳同位素

干酪根碳同位素(δ13C)值可以反映烃源岩有机质类型。一般而言，有机质类型好，其δ13C值小，具体界限值为:干酪根δ13C值小于－28‰为Ⅰ型有机质;干酪根δ13C值大于－25.5‰为Ⅲ型有机质，干酪根δ13C值介于其间的为Ⅱ型有机质［5］。莘2、莘4、莘8井烃源岩对应干酪根的碳同位素主要分布在 －24.12‰ ～ －26.19‰，主要表现为Ⅱ2—Ⅱ1型干酪根特征，与干酪根镜检结果类似。

3.3 岩石热解参数

热解参数用于划分有机质类型图版较多［6－7］，本次主要用最高热解峰温(Tmax)与氢指数(IH)和降解率(D%)联合作图。通过对莘8井样品热解分析资料研究，绘制了氢指数和降解率与最高热解峰温(Tmax)关系图(图2)。由图2可以看出，数据点主要集中在Ⅱ1、Ⅱ2趋势线周围，也有少部分Ⅰ、Ⅲ型干酪根。受成熟度影响，数据点主要集中在曲线的中部，有机质类型以Ⅱ2—Ⅱ1为主。从图2可以看出Ⅰ型较多，这主要是因为随着成熟度升高(从沙三上到沙三下)，热解烃转化为游离烃，S1增加，S2相对减少，且可能排烃效率较低，烃源岩中残留烃增多，出现略为不同结果。

图2 莘8井烃源岩热解最高峰温与氢指数和降解率关系曲线

综上所述，不同研究方法揭示的烃源岩有机质类型较为一致。总的来说，莘县凹陷堂邑洼陷古近系沙三段暗色泥岩有机质类型为Ⅱ1—Ⅱ2型，以Ⅱ型为主。

4 烃源岩有机质成熟度

在评价某个盆地的生油条件时，成熟度占60%的控制作用，母质类型占30%，有机质丰度只占10%［1］，因此，搞清生油岩有机质的热演化特征，是评价盆地生油条件的十分重要的因素。对油气勘探来说，现今刚进入生烃门限，或在地质历史时期进入生烃门限，并达到生烃高峰，甚至较高成熟阶段的烃源岩才是对油气储量有贡献的，因此源岩成熟度研究对确定有利成烃区块、层位至关重要。判断烃源岩有机质成熟度指标很多，对于陆相烃源岩地球化学评价研究来讲，镜质体反射率(Ro)是公认度量有机质成熟度的有效指标［8］，也是必选指标。

从莘2、莘4、莘5、莘6、莘8等井烃源岩镜质体反射率实测值随埋深的变化关系图(图3)可以看出，样品的镜质体反射率值分布在0.5% ～1.0%区间内，即烃源岩为低成熟—成熟阶段，由图3可以看出，目前，莘8井取心段烃源岩演化已经进入成熟阶段，大约在2 950 m开始生烃。莘8井3 689.1 m R0达到0.75%。结合临清坳陷其他研究成果进行分析，该区演化普遍较低，要达到生烃高峰埋藏深度要在4 000 m以上。生物标志物成熟度特征如图4所示:莘8井3 684.1～3 689.1 m暗色泥岩 C2920S/20S+20R为0.48～0.55，C29ββ/αβ+ββ为0.36，反映烃源岩已经进入成熟阶段。3 689.1 m泥岩饱和烃色谱中CPI和OEP分别为1.07和1.02，具有典型成熟源岩特征。源岩显微组分藻类荧光特征为黄绿色，反应成熟度不高;另外，从 C29甾烷 ααα20S/(20S+20R)值分布在0.45～0.46之间，C29甾烷 ββ/αβ +ββ 值分布在0.20～0.26之间也说明成熟度不高。此外，从图2热解参数图版看出，Tmax值多数大于440℃，即源岩已达低熟—成熟阶段。

图3 莘2、莘8等井烃源岩镜质体反射率与埋深关系

图4 莘8井烃源岩C2920S/(S+R)与埋深关系

5 结论

(1)莘县凹陷堂邑洼陷暗色泥岩发育，其中沙三下段烃源岩有机质丰度较高，达到中等—好烃源岩标准。

(2)烃源岩类型具有陆源沉积混合母质的特征，表现为Ⅱ1—Ⅱ2型干酪根。

(3)本地区烃源岩大约在2 950 m开始生烃，而莘8井在3 689.1 m成熟度指标R0已达到0.75%。系统分析本区达到生烃高峰时埋藏深度约在4 000 m以上。

［1］陈清华，王绍兰，吴孔友.临清坳陷莘县凹陷油气勘探远景评价［J］.石油大学学报:自然科学版，1998，22(2):8－14.

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［4］王运所，姜舒文，廖家汉，等.莘县凹陷下第三系含油气系统分析［J］.石油与天然气地质，2001，22(3):256－260.

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