辽东湾地区烃源岩微观特征与生烃潜力相关性探讨

2013-09-20姜雪邹华耀杨元元

断块油气田 2013年1期

姜雪，邹华耀，杨元元

（1.中海石油（中国）有限公司北京研究中心，北京 100027；2.中国石油大学（北京）博士后流动站，北京 102249；3.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249）

0 引言

烃源岩作为油气运移的起点，是形成大中型油气田的物质基础，它的非均质性是产生油气分布富集和贫化现象的最核心因素［1-4］。就陆相断陷盆地而言，诸多影响湖相烃源岩发育的因素，可归类为宏观层面和微观层面。宏观层面，构造运动决定盆地蓄水空间的形成和消亡，是湖相烃源岩形成的决定性因素，在一定的构造背景下，湖相烃源岩发育的非均质性还与古气候条件、古湖泊的生产力以及良好的保存条件3个因素息息相关［5-17］。微观层面，可以通过烃源岩层理构造比对以及不同构造特征泥质岩类的干酪根产物组成方面的差异，来探讨烃源岩生烃潜力的差异。

就辽东湾地区而言，前人对其烃源岩开展的研究多集中于对有机质丰度、类型、成熟度等方面即烃源岩有机地化特征的常规分析［18-22］，部分研究成果也不同程度地揭示到构造、古气候等宏观层面因素对湖相烃源岩发育的控制作用［23-24］，但少见关于微观层面因素对辽东湾地区3套湖相烃源岩发育影响方面的探讨。笔者主要基于近年对辽东湾地区烃源岩研究的积累，从烃源岩层理构造及不同构造特征的泥质岩类的干酪根产物组成方面的差异,来探讨烃源岩生烃潜力的差异。宏观与微观层面的兼顾分析，将有助于全面认清优质烃源岩的发育和分布规律，发现更多优质烃源岩发育的地区和层系，进而扩大油气勘探领域。

1 区域地质概况

辽东湾地区是指渤海东北部海域，面积约2.6×104km2。本区构造上属于渤海湾盆地下辽河坳陷在海域的延伸，是一个NE走向的狭长构造带，共划分为“三凹二凸”5个次级构造单元（见图 1）［25-31］。整个坳陷充填断陷期的古近系和坳陷期的新近系，前人研究表明，辽东湾地区自下而上发育沙河街三段、沙河街一段和东下段（东三段和东二下亚段）3套古近系湖相烃源岩。

图1 辽东湾地区地理位置及古近纪构造区划

2 烃源岩特征

辽东湾地区3套古近系湖相烃源岩虽然都广泛分布，但在丰度、类型等方面略有差异。有机质丰度特征如图2所示，沙三段和沙一段烃源岩均为好的烃源岩，东下段烃源岩的有机质丰度稍逊于沙河街组，为一套中—好的烃源岩。图3揭示出3套烃源岩的有机质类型整体以Ⅱ型为主，Ⅰ型和Ⅲ型很少，具体而言，沙三段烃源岩有机质以ⅡA型为主，ⅡB型次之；沙一段烃源岩有机质以ⅡA型为主，Ⅰ型次之；东下段烃源岩有机质以ⅡA型和ⅡB型为主。总体上沙一段烃源岩有机质类型稍好。

图2 辽东湾地区烃源岩有机质丰度分布特征

图3 辽东湾地区不同地层单元的烃源岩有机质类型

3 影响烃源岩生烃潜力的微观因素

半咸水环境下的浅湖及淡水环境下的半深湖相泥质岩类构成了辽东湾地区烃源岩的主体岩性。泥质岩沉积貌似单一，均为暗色细粒沉积，实际上却是非常复杂的，存在多种不同的岩石类型。而且作为陆源碎屑沉积最细粒部分，泥质岩也蕴藏着地史演化过程中沉积环境变化以及无机和有机界、地质和天文事件等多方面的丰富信息［31-35］。

具体而言，辽东湾地区3套烃源岩层系的岩石类型宏观上也是有所不同的，其中，沙三段烃源岩主要为暗色泥岩、页岩和褐色油页岩；沙一段是古近系的特殊岩性段，烃源岩岩石类型包括暗色泥岩、灰褐色油页岩、页岩、泥灰岩；东下段的烃源岩类型主要为深灰色泥岩。纹层是泥质岩中重要的微观沉积构造之一，依据标本和显微特征分析，综合归纳出辽东湾地区泥质岩类烃源岩主要可分为块状泥岩、钙质块状泥岩、纹层状泥岩、钙质纹层状泥岩、页岩、钙质页岩、油页岩、钙质油页岩等几类。为了更清晰地阐述结论，研究中将页岩和泥岩统一处理，按照泥质岩类是否具纹层状构造和是否含钙，进一步合并为以下4类：块状泥岩、钙质块状泥岩、纹层状泥岩和钙质纹层状泥岩。

研究中所取的岩心样品均是远离物源区、不受物源区影响的稳定水体中、能代表各烃源岩层段典型特征的泥质岩类样品。对辽东湾地区4口典型井的13个样品进行了热解分析，结果显示，泥岩的构造因块状和纹层状的不同而显现出不同的生烃潜力。初步分析结论为：块状泥质岩类的生烃潜力较低，钙质纹层状泥质岩类较高，而纹层状泥质岩类和钙质块状泥质岩类的生烃潜力相当，介于块状和钙质纹层状泥质岩类之间（见图 4、表 1）。

图4 典型烃源岩S2-TOC及HI-Tmax相关关系

为了探寻不同构造特征的泥质岩类生烃潜力不同的内在原因，本次研究对部分样品进干酪根热解气相色谱分析，以图4中的①和②2个样品为例进行说明。

钙质块状泥岩（见图5a）：块状构造，显微镜下纹层较少见，各种矿物及有机质较为均匀的混合，偶见少量的粉砂纹层，压实效应导致有机质和黏土矿物略具有一定的水平定向性。一般认为，块状构造是由于沉积物的快速堆积导致碎屑颗粒来不及分异而形成，快速堆积的这种沉积背景必然不利于有机质的形成，从而导致生烃潜力整体偏低。

表1 辽东湾地区不同沉积构造的烃源岩有机质丰度和类型评价

图5 LDS-1井块状泥岩和纹层状泥岩典型样品显微特征

钙质纹层状泥岩（见图5b）：纹层理较为发育，但纹层的厚度和连续性不均匀，显微镜下碳酸盐纹层、黏土矿物纹层和富有机质纹层交互发育，显示出明暗相间的条纹，这往往是由于季节性气候变化以及母岩类型的差异导致沉积物供给在成分上发生的变化。水平纹层指示较弱的水动力条件，由悬浮物沉积而成，往往出现于湖泊深水区等低能环境中，稳定的深水条件有利于水体分层，具备良好的还原环境，有利于有机质的保存，故具有较高的生烃潜力。

干酪根热解气相色谱分析，可以反映大分子干酪根成烃过程中烃类组成的特征信息，且受成熟度的影响较小。如图6所示，块状泥质岩类和纹层状泥质岩类在分子结构上明显不同，这是2类烃源岩生烃潜力不同的内在根本诱因。块状泥质岩类干酪根热解产物中（见图6a），正构烷烃和正构烯烃含量较低，且在正构烯、烷烃峰群之间的锯齿形小峰较多，这些小峰主要是芳烃、环烷烃、异构烯、烷烃等，即这些锯齿形的小峰发育，则表明具不饱和价的碳原子发育，稳定性差，故生烃潜力偏低；而纹层状泥质岩类干酪根热解产物（见图6b）富含正构烷烃和正构烯烃，芳烃含量低，即具饱和价的碳原子发育，分子结构稳定，故整体生烃潜力高。

4 结论

1）辽东湾地区发育的3套泥质岩类湖相烃源岩可归类为块状泥岩、钙质块状泥岩、纹层状泥岩和钙质纹层状泥岩4大类。

2）岩石热解分析揭示出泥质岩类的构造因块状和纹层状的不同而显现出不同的生烃潜力：块状泥质岩类的生烃潜力较低，钙质纹层状泥质岩类较高，而纹层状泥质岩类和钙质块状泥质岩类生烃潜力相当，介于块状和钙质纹层状泥质岩类之间。

3）干酪根热解气相色谱分析表明：块状泥质岩类由于分子结构中具有相对较低的正构烷烃和正构烯烃含量，且含有较多的芳烃、环烷烃等次峰而具有较低的生烃潜力；纹层状泥质岩类由于分子结构中具有较多的正构烷烃和正构烯烃而具有较高的生烃潜力。

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