济阳坳陷沙四下亚段深层烃源岩的成烃动力学特征研究

2013-10-25刘斌忠李明龙

石油地质与工程 2013年6期

刘斌忠，李明龙

（湖北省第二地质大队，湖北恩施 445000）

目前国内许多油气区浅层油气的勘探程度已非常高，浅部油气资源剩余量逐渐减少，而这些地区深部存在储量可观的油气资源［1－3］，深层油气藏的勘探与评价已成为当今油气勘探的热点问题。济阳坳陷经过几十年的勘探，盆地主体已进入中高勘探程度阶段，目前沙三段及其以上目的层勘探程度较高，但是沙四段、孔店组的勘探程度相对较低。济阳坳陷深层油气勘探能否有更大突破，深层烃源岩的资源潜力是焦点问题之一［4］。

生油岩成烃动力学研究是从化学动力学的阿雷尼厄斯（Arrhenius）方程出发，利用温度和时间可互为补偿的关系，将实验室中高温下（200℃～500℃）求得模型的化学反应动力学参数E（活化能）及A（指前因子或频率因子）用于实际埋藏条件下具有较低温度（50℃～150℃）的生油岩生烃过程研究［5］。国内学者目前在成烃动力学方面做了很多有意义的研究［5－8］，但济阳坳陷沙四段埋深较大，研究较少。本文综合运用地球化学的手段，对济阳坳陷烃源岩样品的成烃动力学参数特征进行了详细研究。

1 样品的基本地球化学特征

为了解深层烃源岩的成烃动力学特征，本次研究选取了东营凹陷和沾化凹陷沙四段4个岩样进行了源岩成烃动力学参数特征对比，样品埋深在3400～3700 m之间，主要岩性为灰黑色及深灰色泥岩，表1给出了四个样品的基本地化特征。

表1 济阳坳陷四个源岩样品基本地化特征

从表1中可以看到，4个源岩样品的有机碳含量较高，最高达到了3.11%，S1、S2值较大，与有机碳呈一定的线性关系，Tmax值分布在412～459℃之间，丰8井和丰深1井源岩的有机质类型为Ⅱ1型，新渤深1和新义深9井源岩有机质类型则为Ⅰ型，且后两个样品有相对较高的成熟度。

2 样品的活化能分布特征

为详细研究沙河街组烃源岩的活化能分布特征，在此次研究中对济阳坳陷不同地区的沙河街组烃源岩进行了分析，各样品的活化能分布值见表2。本次研究对样品的活化能特征从以下几个方面分别进行分析。

2.1 活化能分布范围

从表2和图1可以看出，丰8井和丰深1井的活化能分布范围在162～302 kJ／mol之间，新渤深1井的活化能分布范围在182～352 kJ／mol之间，新义深9井的活化能分布范围在172～312 kJ／mol之间，综合对比，Ⅰ型有机质的活化能分布比Ⅱ1型有机质较高，也可能是成熟度对其有一定的影响（表1）。

对比4个样品活化能分布的区间，可见，有机质类型均为Ⅱ1型的丰8井和丰深1井有相同的分布区间，为140 kJ／mol，从两者的基本地化数据（表1）也可看出，两者有基本类似的地化特征。有机质类型均为Ⅰ型的新渤深1井和新义深9井活化能的分布区间分别为170 kJ／mol和140 kJ／mol，仅从这4个样品的性质来看，似乎源岩成熟度较高的Ⅰ型有机质相对Ⅱ1型有机质有较宽的活化能分布区间。

2.2 活化能分布最小值

4个样品的活化能分布的最小值分布范围在162～182 kJ／mol之间，丰8井和丰深1井的活化能分布最小值为162 kJ／mol，新渤深1井活化能分布最小值为182 kJ／mol，在四个样品中有最高的活化能分布最小值，这也与其成熟度最高相对应，新义深9井活化能分布最小值为172 kJ／mol。从Ro和活化能两个角度看新渤深1井和新义深9井两个样品已基本接近主要生油的高峰期。

表2 沙河街组样品活化能分布

2.3 活化能分布最大值

从表2和图1都可看出，丰8井和丰深1井的活化能分布最大值为302 kJ／mol，新渤深1井和新义深9井的活化能分布最大值分别为352 kJ／mol和312 kJ／mol，具有较高的最大活化能分布值的样品亦显示较高的成熟度。

图1 济阳坳陷沙四段样品有机质氢指数与活化能分布关系

3 成烃有机质与活化能之间的关系

从表1可以看出，所取样品大多都具有较高的生烃潜能，热解烃S1分布在0.15～5.85 mg／g之间；S2的大小分布在0.52～17.85 mg／g之间；S1＋S2分布在0.67～24.6 mg／g之间。就分析的样品而言，Ⅱ1型干酪根比Ⅰ型有更高的生烃潜力。

济阳坳陷沙四下亚段4个烃源岩样品的活化能分布区间分别为，丰8井和丰深1井在162～302 kJ／mol，新渤深1井的活化能分布范围在182～352 kJ／mol之间，新义深9井的活化能分布范围在172～312 kJ／mol之间；4块样品Ro分别对应为0.54、0.63、1.02、0.89（表2）。可见活化能分布范围新渤深1井样品较宽，最大活化能分布值还是新渤深1井样品大，而最小活化能分布值是新渤深1井样品高，且成熟度相对较低的丰8井和丰深1井、新义深9井的三个样品活化能分布区间明显较小，显示了成熟度对活化能分布具有较大的影响。从各个样品成烃有机质的氢指数与活化能分布之间的关系（图1）可以看到，4块样品成烃有机质的活化能主峰分布较为集中，表现为单峰特征，除新渤深1井样品处于250～300 kJ／mol，其余3个样品主要范围在210～230 kJ／mol之间，说明济阳坳陷沙四下亚段成烃有机质具有较强的均质性，由于成烃有机质的组成大致相同，其成烃活化能分布范围变化也相对较小［9］。

通过对济阳坳陷沙河街组4个样品活化能与成烃分布特征的对比（图1）可见，丰8井、丰深1井和新义深9井的沙四下亚段各样品在对应的活化能区间上成烃有机质通常都分布比较集中，成烃主峰明显突出，这一特征说明样品的生烃潜力比较强。与之对比，新渤深1井的源岩样品成烃有机质分布较为分散，而根据其基本地化性质分析，该样品具有较高的成熟度（Ro＝1.02），其他地化特征与另外三个样品地化特征基本类似，因此，推测有机质成熟度可能对烃源岩的成烃有机质分布有较大的影响。