ZD地区长7烃源岩地球化学特征研究

陈 彪，张哲豪，单 冰

(西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)



ZD地区长7烃源岩地球化学特征研究

陈 彪，张哲豪，单 冰

(西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

随着盆地勘探程度不断提高，ZD地区长7地层中不断发现含油气特征，取得一定突破，引起了对长7油藏勘探的高度重视。在勘探中发现有较厚的长7烃源岩，通过有机岩石学与有机地球化学常规分析，运用数理统计法系统研究与评价了此套烃源岩。结果表明，ZD地区长7烃源岩具有有机质丰度高、有机质母质类型好、成熟度高特征。由此推断长7烃源岩具有良好的生烃潜力， 勘探前景广阔。

长7烃源岩；ZD地区；地球化学特征

志丹县地处陕北黄土高原丘陵沟壑区，风景秀丽、民风淳朴、自然资源丰富。通过对该区烃源岩的深入了解，不断提高油气产量，第二产业的比重增加，使当地经济水平得到显著提升，同时也为其它地区油气的开发提供了重要的理论指导。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，位于华北板块西部，是一大型凹陷盆地[1]。总面积26×104km2，盆地以太古代、元古代结晶为基底，上部沉积着古生代、中生代、新生代的盖层。

ZD探区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的中南部，探区内延长组地层发育比较齐全，构造简单，整体上为一个西倾的大单斜，在其上部发育有向西倾覆的鼻状构造[2]。

2 烃源岩特征

2.1 烃源岩厚度

鄂尔多斯盆地延长期湖盆为长7地层的沉积物最为发育。岩性为黑色泥岩、油页岩夹薄层灰褐色粉细砂岩、凝灰岩，产介形虫及黄铁矿颗粒，属湖盆中心沉积。依据岩性的特征和沉积旋回，自上而下将长7地层划分为长71、长72、长73三个小层。

ZD地区处于鄂尔多斯盆地延长期湖盆发育的中心位置，长7地层的厚度约90余米，由黑色泥岩、油页岩、薄层粉细砂岩夹凝灰岩组成。本区的长71、长72和长73三个小层发育完整，其岩性特征描述如下：

长71是长7地层中主要含油层段之一，其厚度为25～28 m。由灰色粉砂岩夹暗色泥岩、凝灰岩组成。砂岩颗粒较细、分选好，常见含油显示。

长72是长7地层中又一含油层段，其厚度为25～28 m。由灰色粉细砂岩与黑色泥岩、油页岩互层。砂岩颗粒较细、分选好，偶见含油显示。

长73岩层是盆地主要烃源岩，厚34～38 m。主要由黑色泥岩、油页岩组成，就是人们俗称的“张家滩”页岩。

纵观整个ZD探区长7地层的岩性，下部的黑色油岩、油页岩发育，向上逐渐减薄；同时上部砂岩段相对发育，而向下呈现递减的趋势。

2.2 岩石化学组成特征

长7优质烃源岩的有机碳含量高，平均为5.56%；富二价硫(S2-)，呈现富铁、富五氧化二磷(平均含量为0.55%)，贫三氧化二铝(平均含量为13.31%)、二氧化硅(平均含量为49.29%)且氧化钙(平均为1.60%)和氧化镁(平均为1.21%)含量较低的特点。从这些岩石化学组成特征反映出了长7优质烃源岩是发育于湖泊的富营养环境中[3]。

2.3 烃源岩有机质丰度

有机质丰度是衡量烃源岩生烃潜力的物质基础，常用的烃源岩有机质丰度指标包括有机碳含量(TOC)、氯仿沥青含量(A)、热解产油潜量(S1+S2)等。黄第藩(1990)等提出了我国陆相成熟烃源岩有机质丰度的评价标准(表1)。下面从有机碳(TOC)、氯仿沥青含量(A)、热解产油潜量(S1+S2)等方面对东南部地区长7烃源岩进行评价。

本次采集长7段黑色泥岩样品，并结合周边地区样品数据分别做了岩石有机碳(TOC)、干酪根C、H、O元素、岩石热解、氯仿沥青抽提、氯仿沥青“A”、族组分分析、族组分分离、馏分碳同位素、饱和烃气相色谱、饱和烃色谱-色质等12项分析，结合周边地区研究数据对其进行研究。

图1 ZD地区长7烃源岩有机碳含量分布直方图

2.3.1 有机碳(TOC)

图1展示了研究区延长组潜在烃源岩的有机碳分布特征。从图中可以看出，长7段泥岩属于深湖相，有机碳含量高，且分布较为集中。长7段泥-页岩有机碳分布2.80%～7.80%，平均值为5.56%，多数样品大于5%；属于好烃源岩。

表1 中国湖相生油岩有机质丰度评价标准(据黄第藩等，1990)[4]

2.3.2 氯仿沥青“A”

烃源岩可溶有机质含量是衡量分散有机质丰度的重要指标，通常采用氯仿沥青含量表征岩石中的可溶有机质含量，其数值大小不仅与有机碳含量相关，而且与有机质的成熟热演化程度密切相关[2]。

图2显示了研究区烃源岩中氯仿沥青“A”的分布特征，从图中可以看出长7黑色泥岩段中氯仿沥青含量变化范围在0.389%～0.761%之间，均值为0.498%；按照表1的丰度评价标准来看，研究区长7属好烃源岩。

图2 ZD地区长7烃源岩氯仿沥青“A”含量分布图直方图

2.3.3 岩石热解参数

产油潜量(S1+S2)系岩石热解分析得到的溶解烃含量S1与裂解烃含量S2之和，是一项块色评价烃源岩有机质丰度的指标[3]。从图3可以看出，长7段暗色泥岩产油潜量大，14.04～22.4 mg/g，均值16.41 mg/g，长7段黑色泥-页岩都属好烃源岩。

图3 ZD地区长7黑色泥岩岩石产油潜量(S1+S2)频率分布图

2.4 烃源岩有机质类型

有机质类型是烃源岩质量的重要标志，是决定有机质和有机质性质的重要因素[6]。可溶有机质(氯仿沥青)和不溶有机质(干酪根)是烃源岩分散有机质的两种主要赋存形式，从在烃源岩分散有机质中所占比率来看，干酪根是最主要的组成部分，其约占80%～90%(Tissot和Welte，1984)，故它是烃源岩有机质类型的确定性因素。本文主要依据干酪根显微组分、岩石热解参数和可溶有机质组成特征等三个方面的地球化学指标，按照干酪根三类四型的分类方案(见表2)，对研究区各个潜在烃源岩分散有机质的类型，作剖析研究。

2.4.1 显微组分

干酪根类型的划分是根据干酪根中无定形组、壳质组、镜质组和惰质组四个组分的相对含量来确定，一般划分为腐泥型、腐植腐泥型、腐泥腐植型、腐植型四种类型(表2)。

表2 烃源岩有机质类型的干酪根元素和镜检划分标准[7]

图4 ZD地区长7黑色泥岩有机质显微组分组成图

一般来说，腐泥组、壳质组相对含量较高的，则干酪根类型较好；镜质组、惰质组相对含量较高的，则干酪根类型较差。从图4可以看出，长7段黑色泥岩有机质显微组分主要以腐泥组为主，其含量为80%～94%，惰质组含量较低，镜质组含量甚微，基本未检测出，故表明，长7段黑色泥岩为优质烃源岩，干酪根属于腐泥型。

2.4.2 岩石热解氢指数和降解潜率确定烃源岩有机质类型

采用岩石热解的方法，I型有机质具有有机质富含S2(热解烃)、贫S3(CO2)，氢指数值高、氧指数值低等特征；而Ⅲ型有机质则具有有机质富含S3(CO2)、贫S3，氧指数高、氢指数低等特征。可以依据氢指数与氧指数图版，确定有机质类型，另外，也可以根据类型指数(TYC)、降解率(D)、生烃潜量(S1+S2)等热解参数划分有机质类型。(表3)。

表3 陆相烃源岩有机质类型的热解参数划分标准(据SY/T5735-1995)

研究区内烃源岩的热解参数划分标准见表3，对应的从ZD地区烃源岩的热解参数表4中可以看出，长7烃源岩有机质类型主要为Ⅱ1(腐植-腐泥型)-Ⅱ2(腐泥-腐植型)。

表4 ZD地区长7烃源层有机质热解参数与类型划分

2.4.3 可溶有机质组成特征确定烃源岩有机质类型

可溶有机质组成也可用于烃源岩有机质类型的确定。表5为根据可溶有机质组成划分陆相烃源岩有机质类型的一般标准。表6为ZD地区长7烃源岩的可溶有机质组成情况。

表5 陆相烃源岩有机质类型的热解参数划分标准(据SY/T 5735-1995)

长7烃源岩饱和烃含量分布在43.27%～68.78%之间，非烃+沥青质含量分布在15.84～29.61 mg/g之间，饱/芳比分布在1.48～4.32之间(表6)。根据表5中的划分有机质类型标准，长7烃源岩有机质类型主要为I型(腐泥型)-Ⅱ1(腐植-腐泥型)，主要为Ⅱ1型干酪根。

2.5 烃源岩热成熟特征

热解参数表明，长7泥岩热解最高温度Tmax分布于492～453，从上至下逐渐增大的特征。根据其划分标准Tmax分布448～471，对应烃源岩成熟度为0.87%～1.33%。从镜质体反射率资料表明，长7泥岩成熟度多数分布在0.87～9.8，为成熟烃源岩。

表6 ZD地区长7烃源层有机质热解参数与类型划分

3 结语

(1)纵观整个ZD探区长7地层的岩性，下部的黑色油岩、油页岩发育，向上逐渐减薄；同时上部砂岩段相对发育，而向下呈现递减的趋势。

(2)长7优质烃源岩的有机碳含量高，富二价硫(S2-)，呈富铁、富P2O5，相对贫Al2O3)、SiO2的特征，CaO和MgO含量较低。

(3)长7段泥-页岩有机碳分布2.80%～7.80%，多数样品大于5%，属于好烃源岩；氯仿沥青含量变化范围在0.389%～0.761%之间，均值为0.498%，属好烃源岩；产油潜量(S1+S2)范围在14.04～22.4 mg/g，均值16.41 mg/g，属好烃源岩。

(4)从显微组分看长7段黑色泥岩有机质显微组分主要以腐泥组为主，其含量为80%～94%，为优质烃源岩；从烃源岩的热解参数的各项指标看出，长7烃源岩有机质类型为Ⅱ1(腐植-腐泥型)-Ⅱ2(腐泥-腐植型)；从可溶有机质组成特征来看长7烃源岩饱和烃含量分布在43.27%～68.78%之间，非烃+沥青质含量分布在15.84～29.61mg/g之间，饱/芳比分布在1.48～4.32之间，有机质类型主要为I型(腐泥型)-Ⅱ1(腐植-腐泥型)。

(5)热解参数表明，长7泥岩热解最高温度Tmax分布于492～453，从上至下逐渐增大的特征；从镜质体反射率资料表明，长7泥岩成熟度多数分布在0.87～9.8，为成熟烃源岩。

[1]何自新.鄂尔多斯盆地演化与油气.北京:石油工业出版社.2003.

[2]王建民，王佳媛.鄂尔多斯盆地伊陕斜坡上的低幅度构造与油气富集.石油勘探与开发.2013.

[3]张文正，杨华，等.鄂尔多斯盆地长7优质烃源岩的岩石学、元素地球化学特征及发育环境.地球化学.2008.

[4]黄第藩，等.中国陆相石油地质理论基础.北京：石油工业出版社.

[5]赵澄林,朱筱敏.沉积学岩石学[M].北京:石油工业出版社.2001.

[6]赵重远.鄂尔多斯盆地的演化历史.形成机制和含油气有利地区[M].见赵重远等著:华北克拉通沉积盆地形成与演化及其油气赋存.西安:西北大学出版社.1990.

[7]杨俊杰.鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律[M].北京:石油工业出版社.2002.

[8]卢进才,李玉宏,魏仙样，等.鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组油页岩沉积环境与资源潜力研究.吉林大学学报(自然科学版).2006,36(6):928-932.

P632

A

1004-1184(2016)06-0199-03

2016-08-14

西北大学大学生校创基金(2015131)

陈彪(1993-)，男，内蒙古乌兰察布人，主攻方向：资源勘查。