歧口凹陷沙一段低熟烃源岩评价

董越崎，刘庆新，李洪香，刘子藏，刘学超，李 宁

（1.中国石油大学 地球科学学院，北京102249；2.中国石油 大港油田勘探开发研究院，天津300280；3.东方地球物理公司 大港物探处，天津300280；4.安东石油技术有限公司，北京100102）

歧口凹陷位于黄骅拗陷中部，是黄骅拗陷最大的富油气凹陷之一［1］，自“十一五”期间提出歧口凹陷“增储十亿吨，建设大油田”的目标以来，大港油田在歧口凹陷取得了可喜的成果，尤其是其西南缘地区沙一段陆续发现低熟高丰度页岩及一些低熟油分布，逐步认识到低熟油在黄骅拗陷具有一定的潜力。为了进一步落实低熟烃源岩的资源潜力，笔者通过地球化学、元素化学及有机岩石学相结合对沙一段低熟烃源岩进行综合评价［2－5］，着重剖析歧口凹陷低熟烃源岩的生烃、排烃特征，旨在为歧口凹陷低熟油资源评价与勘探部署提供科学依据。

1 低熟烃源岩分布特征

一般来说，页岩在测井曲线上表现为“三高一低”的特征，即相对高电阻率、高自然伽马、高声波时差异常和低密度异常。因此，在研究歧口凹陷的页岩分布特征时，主要采用测井录井相结合的办法，用测井资料［6］校正录井进而研究歧口凹陷油页岩的分布特征。

通过录井测井相结合，分井统计出歧口凹陷沙一段页岩的厚度。页岩分布面积可达3 027 km2，厚度一般为15～40m，埋深一般在2 000～4 250m。页岩镜质体反射率为0.34%～0.79%（样品最大埋深3 899m），有机质类型（图1）以Ⅰ－Ⅱ1型为主，有机质丰度高（表1），有机碳的质量分数（wTOC）为2.43%～5.93%，氯仿沥青“A”的质量分数（wA）为 0.4172%～0.8606%，总烃的质量分数（w总烃）为1.19‰～5.09‰。总之，该地区油页岩具有有机质类型好、丰度高的特点。

沙一段低熟泥岩也具有分布范围广的特点，其中沙一上段分布面积可达2 077km2，厚度一般在25～200m；沙一中段分布面积可达1 536.6 km2，厚度一般在30～4 000m；沙一下段分布面积为1 286km2，厚度在25～500m。泥岩镜质体反射率为0.3%～0.52%，有机质类型以Ⅱ1型为主，Ⅰ型及Ⅱ2型为辅，有机质丰度高（表1），wTOC＝1%～7.11%，wA＝0.035%～1.119%，w总烃＝（0.205～3.782）×10－6，因此沙一段低熟泥岩具有有机质类型好、丰度高的特点。

2 低熟烃源岩生排烃特征

2.1 低熟烃源岩的生排烃门限

在系统收集研究区烃源岩地球化学分析资料的基础上，主要依据烃源岩的自然演化剖面上地球化学特征变化，进行了生排烃的研究与资源量计算［7，8］。

前人研究认为热解资料中的氢指数（IH）能够很好地表征烃源岩的生排烃特征。在对歧口凹陷页岩及低熟泥岩的氢指数研究表明，Ⅰ型有机质页岩的原始生烃量达到11.50‰，Ⅱ型有机质低熟泥岩的原始生烃量达到9.00‰。

图1 歧口凹陷低熟烃源岩有机质类型图Fig.1 Organic matter type of the immature hydrocarbon source rocks in Qikou sag

表1 歧口凹陷沙一段低熟烃源岩有机质丰度Table 1 Organic matter abundance of Es1 immature hydrocarbon source rocks in Qikou sag

图2 歧口凹陷泥页岩生排烃演化模式图Fig.2 Evolution model of hydrocarbon-generation and-expulsion of the mud-shale in Qikou sag

通过热解资料与镜质体反射率相结合，研究表明（图2）页岩及低熟泥岩在埋藏深度为1.55 km达到低熟油的生油门限，在1.75km（相当于Ro＝25%）左右开始大量生油，在2km（相当于Ro＝35%）时达到生油高峰同时也是排烃门限，排烃高峰主要集中在2.3～2.6km深度，页岩在2.9km深度（相当于Ro＝52%）低熟油排烃结束。排烃过程中，页岩埋藏深度2.4km（相当于Ro＝45%）时排烃量达到60%，排烃率高达50%以上；低熟泥岩埋藏深度2.4km（相当于Ro＝45%）时排烃量达到30%，排烃率在30%以上。相对于低熟泥岩来说，页岩生排烃具有集中排烃、高效排烃的特点。

2.2 低熟烃源岩排烃系数

排烃系数是指烃源岩层排烃有效厚度内的初次运移量（排烃量）与有效厚度内已有生烃量的百分比。烃源岩的排烃受到压实作用、热力增压作用、黏土矿物脱水作用、断层活动等多种因素影响。本文主要是利用烃源岩岩石热解分析结果中的产率指数随深度变化规律进行排烃系数的计算。

利用收集整理并经过校正的热解分析结果，作出了歧口凹陷页岩及低熟泥岩产率指数随深度的变化图。在图中作出散点的外包络线，将产率指数的外包络线作为其理论变化曲线，以100m作为计算单元，取其曲线对应的产率指数值作为该深度单元的理论值，利用公式可以计算每一个样品的排烃系数。

根据计算所得排烃系数（图3），页岩的排烃系数主要集中在0.2～0.6之间，低熟泥岩的排烃系数主要集中在0.1～0.6之间。

图3 歧口凹陷泥页岩生排烃系数Fig.3 Hydrocarbon-generation and-expulsion coefficients of the mud-shale in Qikou sag

3 低熟烃源岩沉积古环境地球化学特征

前人研究认为潮湿气候条件下，沉积岩中Fe、A1、V、Ni、Ba、Zn、Co等元素含量较高，说明湖水淡化，为高湖面期，反映了潮湿气候环境；而在干燥气候条件下由于水分的蒸发，水介质的碱性增强，Na、Ca、Mg、Cu、Sr、Mn被大量析出形成各种盐类沉积在水底，所以它们的含量相对增高，为低湖面期，反映的气候则为暖干或干寒期［9］。本文主要采用wFe/wMn、wCa/wMg、wSr/wBa、wSr/wCa、wAl＋Fe/wCa＋Mg结合烃源岩的生物标志物特征作为判别古气候变化的指标［9，10］（图4）。

wFe/wMn比值呈现出明显的旋回性：Es3和Es1z沉积时期表现出高值，Es1x沉积时期表现出低值，反映古气候由潮湿－干旱－潮湿，湖盆由深－浅－深的过程。wSr/wBa、wSr/wCa等比值对古盐度的变化非常敏感，wSr/wBa、wSr/wCa高值点主要出现在沙一下段，较低值出现在沙三和沙一中段（个别地区沙一中段表现出高值），低值主要为东营组和沙一上段。有意思的是，各个层段的无机元素的比值也表现出旋回性，以沙三段wSr/wBa为例，深度在1.8～2.6km表现低值，深度在2.6～3km表现高值，深度在3～3.6km表现低值，深度在3.6～4.3km表现高值，旋回性很明显。

综合无机元素各种比值，歧口凹陷各层段之间的沉积环境具有明显的旋回性，沉积环境主要为由潮湿－干旱－潮湿的旋回过程，总体上水体表现为咸水半咸水的环境，但是相对表现出由深－浅－深，水体表现为相对淡水－咸水－淡水的特点；同时，相同层段不同地区不同沉积深度也具有旋回性。结合烃源岩伽马蜡烷含量和wPr/wPh值，伽马蜡烷在沙一下段表现出高值（伽马蜡烷高表明水体盐度高），wPr/wPh表现出低值（水体为还原环境），与无机元素显示的特征一致。因为我们认为用无机元素的特征来判定古环境是有效的。

4 低熟烃源岩有机岩石学特征

4.1 低熟烃源岩显微组分特征

本文对于歧口凹陷显微组分特征的研究主要采用的是全岩的分类系统［11，12］。歧口凹陷的低熟烃源岩以无机矿物为主（表2），有机组分占全岩质量的0.3%～12%，矿物沥青基质占全岩质量的0.2%～69.4%。其中有机组分中以腐泥组为主，壳质组次之，惰质组比较少见或几乎没有；在腐泥组和壳质组的显微组分中（表3），又以藻类体为主，其他富氢组分如壳屑体为常见组分，孢粉体含量比较低。

4.2 低熟烃源岩成烃母质

4.2.1 藻类体是未熟－低熟烃源岩的主要成烃母质

图4 歧口凹陷无机元素及生物标志物特征Fig.4 Characteristics of the inorganic elements and the biomarkers in Qikou sag

表2 歧口凹陷低熟烃源岩全岩组成Table 2 The whole rock composition of the immature source rocks in Qikou sag

表3 歧口凹陷低熟烃源岩显微组分含量与相对组成比较（w/%）Table 3 Comparison of content and relative composition of the maceral composition in the immature source rocks in Qikou sag

歧口凹陷低熟烃源岩中有机显微组分组成特征，有形态显微组分的含量并不高，其中又以藻类体占优势，是一种占绝对优势的富氢组分。富含藻类体显微组分可以从表3中进一步得到证实。各类岩性烃源岩“壳质组＋腐泥组”含量中均以藻类体显微组分占优势（质量分数＞50%）。埋深达到2km时的藻类体，在反射光的照射下发荧光（图5），表明藻类体在烃源岩未熟－低熟阶段也能够生烃。同时在岩石光片中发现了反射荧光的丛粒藻、小古囊藻和渤海藻［13，14］（图6），以及在扫描电镜下沙一段低熟烃源岩中含有大量的颗石藻［15］（图6），研究表明这些藻类在镜质体反射率达到0.5%之前就可以大量生烃。

歧口凹陷低熟烃源岩中藻类体的高含量与其他衡量烃源岩有机质丰度参数间存在良好的相关性，藻类体含量高的烃源岩，其有机碳含量、热解游离烃含量、生烃潜量以及氯仿沥青“A”含量均较高，且它们之间存在良好的正相关关系。换言之，藻类体的含量决定了低熟烃源岩的质量，是歧口凹陷未熟－低熟烃源岩中重要的生烃组分。

图5 歧口凹陷烃源岩藻类体反射荧光Fig.5 The algae's reflection fluorescence of the source rocks in Qikou sag

图6 歧口凹陷烃源岩中的菌藻类Fig.6 The algae of the source rocks in Qikou sag

4.2.2 矿物沥青基质是未熟－低熟烃源岩的重要成烃母质

从有机岩石学的角度讲矿物沥青基质不属于有机显微组分，但是它与各组分又是密不可分的，是烃源岩中各有机显微组分生烃后烃类的残留，属于次生有机组分［16］。一般荧光强烈或中等偏弱，有细小莓状黄铁矿发育并分布其间。前人研究认为，干酪根中有一小部分（大约30%）是显微镜下可识别的有机残体，即显微组分，而大部分为亚微细分散在黏土矿物中类脂或腐殖物质，即矿物沥青基质［17］。在多数情况下，基质沥青质体生烃潜量并不低，应是油气形成的重要物质基础。歧口凹陷未熟－低熟烃源岩中的矿物沥青基质主要来源于高等植物孢粉、表皮蜡质与低等植物藻类中不稳定内含物与原生烃类。不稳定内含物在还原环境中未完全矿化掉，但经过微生物改造，而微生物本身及类脂组分中原生烃类未经微生物改造，这些物质本身就是类脂化合物，是未熟－低熟油直接来源［16］。

歧口凹陷未熟－低熟烃源岩中，广泛分布着矿物沥青基质，其含量可占全岩体积的0.2%～69.4%，平均为17.08%；其中以沙一段烃源岩矿物沥青基质含量最高，体积分数为20.5%。并且埋深达到2km时的矿物沥青基质，在反射光的照射下发荧光（图7）。荧光矿物沥青基质的大量存在，可以证实烃源岩在低演化阶段就已经有烃类生成，并渗入到烃源岩甚至是储层当中。歧口凹陷未熟－低熟烃源岩中矿物沥青基质含量与表征有机质丰度的地化参数存在明显的正相关性，从而表明矿物沥青基质对烃源岩中有机质含量的重要性。

图7 歧口凹陷烃源岩中矿物沥青基质反射荧光Fig.7 The mineral-bituminous groundmass reflection fluorescence of source rocks in Qikou sag

5 歧口凹陷原油特征

歧口凹陷的原油主要正常原油，原油密度一般在0.82～0.89g/cm3，一部分为降解原油和低成熟原油（密度＞0.89g/cm3），还有一部分为低密度轻质油或者凝析油。与烃源岩不同原油成熟度的确定主要依据其化学组成，而生物标志物成熟度参数是目前最常用的分子成熟度参数。正常情况下，采用C2920S/（20S＋20R）甾烷和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷两参数来划分原油的成熟度。一般认为原油的C2920S/（20S＋20R）甾烷＜0.4和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷＜0.45为未熟－低熟油。

从歧口凹陷部分原油的C2920S/（20S＋20R）甾烷和C29ββ/（αα＋ββ）甾烷关系图（图8）可以看出，歧口凹陷存在大量的未熟－低熟的原油，并且这一类原油主要分布在张巨河的沙一下段，埕海地区和友谊油田的馆陶组、东营组、沙一下段、沙二段及沙三段，扣村的沙三段，王徐庄和周清庄的沙一下段，孔店的明化镇组、馆陶组、东营组及沙一下段，羊二庄的明化镇组、馆陶组及沙一下段。

6 结论

a.歧口凹陷页岩及低熟泥岩分布范围广，厚度大，有机质丰度高，类型好；沙一段的烃源岩具有早期生烃的特点，尤其是页岩具有集中排烃、高效排烃的特点；低熟烃源岩的排烃系数主要集中在0.2～0.6之间，藻类及显微组分中的矿物沥青基质是低熟烃源岩形成低熟油气的物质基础。

b.沉积环境主要为由潮湿－干旱－潮湿的旋回过程，水体主要为由深－浅－深的旋回过程，沙一下段烃源岩发育的环境主要为干旱气候下的咸水环境。

c.歧口凹陷地区存在大量未熟－低熟的原油，主要分布在张巨河的沙一下段，埕海地区和友谊油田的馆陶组、东营组、沙一下段、沙二段及沙三段，扣村的沙三段，王徐庄和周清庄的沙一下段，孔店的明化镇组、馆陶组、东营组及沙一下段，羊二庄的明化镇组、馆陶组及沙一下段。

图8 歧口凹陷生物标志物特征Fig.8 Characteristics of the biomarkers in Qikou sag

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