涠西南凹陷D次凹流二段优质烃源岩特征

杨鹏程，余学兵，张传运

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

涠西南凹陷D次凹流二段优质烃源岩特征

杨鹏程，余学兵，张传运

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

涠西南凹陷D次凹流二段发育有机质丰度很高的层段，为了研究这些层段的分布及地球化学特征，首先基于烃源岩总有机碳（TOC）-氯仿沥青“A”的关系提出了该地区优质烃源岩的丰度下限（TOC=2 %）；然后利用测井资料采用ΔlogR法计算了流二段烃源岩的TOC曲线，结果显示流二段烃源岩整体有机质丰度很高，达到优质烃源岩的标准，并在纵向上识别出上下两层丰度异常高的层段（TOC=10 %）；利用流二段干酪根元素及岩石热解参数得到了优质烃源岩的有机质类型，主要为Ⅰ-Ⅱ1型；利用Ro及烃源岩可溶有机质演化等方法确定了该地区烃源岩生烃门限深度（2 600 m）和排烃门限深度（3 100 m），并探讨了典型井区烃源岩的热演化阶段；最后对优质烃源岩发育的成因进行了分析，认为藻类勃发提供的高古生产力和深湖相还原环境是优质烃源岩发育的有利因素。

涠西南凹陷；优质烃源岩；有机质丰度下限；有机质热演化阶段

近年来，优质烃源岩已经越来越多的受到中外石油地质学家的重视，优质烃源岩控藏论已经在渤海湾、海拉尔、鄂尔多斯等多个陆相及海相盆地的勘探实践中得到证实[1-4]。优质烃源岩虽然常常厚度不大，但有机质丰度异常高，类型非常好，具有很高的生烃潜力和排烃强度，往往形成富烃凹陷。需要指出的是优质烃源岩不同于有效烃源岩，有效烃源岩强调烃源岩对油气成藏要有贡献，不仅要能生烃，还能够排烃，强调烃源岩热演化程度较高[1]。优质烃源岩则强调有机质丰度异常高，类型好，具有很高的生烃潜力和排烃贡献[1，3]。

流沙港组烃源岩是涠西南凹陷的A、B和C次凹最重要的一套烃源岩，尤其是流二段，钻井揭示流二段暗色泥岩、油页岩十分发育，绝大部分层段具有高丰度的特点，生烃潜力很大。近期在涠西南D次凹也有多口井钻探揭示了流二段高丰度优质烃源岩，并在探区A井测试获得高产工业油流，证实了涠西南凹陷的D次凹烃源条件同样极佳。但目前针对D次凹内发育的流二段烃源岩特征的认识比较笼统，优质烃源岩的判别标准和评价比较模糊，而明确优质烃源岩的成烃特征对D次凹的油气成藏规律总结和勘探目标优选都有十分重要的意义。

图1 涠西南凹陷及D次凹分布示意图

1 区域地质概况

涠西南凹陷位于北部湾盆地北部拗陷北部，是盆地三级构造单元，西北以涠西南大断层为界，南与海中凹陷相连并以涠西南低凸起相隔，东南则与企西隆起相接。涠西南凹陷是一个典型的北断南超箕状断陷，凹陷内发育了1号、2号两条北东-南西走向的正断层，与涠西南大断层一起控制了涠西南凹陷的构造格局，形成了A、B、C、D四个次凹，其中D次凹位于涠西南凹陷西南部，紧邻涠西南大断层及3号断层（图1）[5-6]。

新生代以来北部拗陷主要经历了古近纪的断陷期和新近纪的坳陷期两个阶段，其中古近纪又经历了古新世、始新世、渐新世三期张裂，分别控制了长流组、流沙港组及涠洲组的沉积；新近纪后进入了裂后沉降阶段，接受了新近系和第四系沉积[7]。流二段是北部湾盆地主要的烃源岩发育层段，流二段沉积时期也是张裂作用最强烈的时期，断层活动速率及伸展速率大，湖盆范围广，形成了大范围的半深湖-深湖相沉积[8]。

2 优质烃源岩有机质丰度下限

有机质丰度高是优质烃源岩最明显的特征，但高丰度的下限值并不能简单的根据经验确定为某个数值，不同地区的丰度下限标准也可能不同。另外，优质烃源岩丰度下限与有效烃源岩的丰度下限也不相同。

对于有效烃源岩来讲，其丰度下限定义为生烃量超过岩石吸附烃而能够排烃的最小有机质丰度值，其理想的求取方式是建立排油量与TOC的关系，排油量大于并等于0时对应的有机碳即为有效烃源岩的丰度下限，但生烃模拟的数据点往往相对较少，王振升提出可以利用岩石热解数据建立TOC与S1+S2的关系从而得到有效烃源岩的丰度下限[9]。对涠西南凹陷D次凹研究表明（图2a）流二段烃源岩随着TOC的减小S1+S2相应减小，当S1+S2为0时，烃源岩既没有吸附烃残留也没有潜在生烃能力，为无效烃源岩，此时对应的TOC值为0.7 %，即涠西南凹陷D次凹流沙港组有效烃源岩的丰度下限为0.7 %。

对于优质烃源岩丰度下限，庞雄奇提出优质烃源岩的相对排烃量要大于自身相对厚度[1]，卢双舫认为优质烃源岩的排烃量随TOC增加会出现明显的拐点，拐点之上烃源岩的排烃量远高于拐点之下[10]。王振升提出用泥岩残留的氯仿沥青“A”代替难计算的排烃量，将随着TOC增加氯仿沥青“A”不再显著增加的拐点定为优质烃源岩的丰度下限[9]。需要注意的是TOC与氯仿沥青“A”数值都会受到有机质成熟度的影响，烃源岩的排烃作用会引起实测数值偏低，因此对于成熟-高成熟阶段的烃源岩往往需要进行原始TOC及氯仿沥青“A”恢复，但探区大部分样品仍处于低熟阶段，TOC及氯仿沥青“A”的实测值与原始值相差不大。从涠西南凹陷D次凹流沙港组烃源岩的TOC与氯仿沥青“A”交会图（图2b）可以看出，随着TOC的增加，氯仿沥青“A”存在显著增加的拐点，对应的TOC值为2.0 %，氯仿沥青“A”为0.2 %，因此涠西南凹陷D次凹流沙港组优质烃源岩的TOC丰度下限值可定为2.0 %。

图2 涠西南凹陷D次凹有效烃源岩丰度下限及优质烃源岩丰度下限确定

3 优质烃源岩地球化学特征

3.1 有机质丰度

TOC是反映有机质丰度的主要指标，但受采样数据点的影响较大，本次研究结合测井曲线利用ΔlogR法建立了流二段烃源岩TOC随深度变化的曲线，其中ΔlogR的求法主要利用声波时差和电阻率曲线重叠法[11]，ΔlogR与TOC的拟合公式主要根据Passey等（1990）提出的经验公式[12]，充分考虑了有机质成熟度的影响即：

TOC =ΔlgR×10a+ΔTOC （1）式中：a=2.297-0.168 8 LOM，LOM反映有机质成熟度，可以通过Ro得到；ΔTOC为烃源岩中TOC的背景值。

对A井、B井、C井利用△logR法分别计算了流二段TOC纵向分布曲线，TOC的计算值与实测值符合率较高，计算结果表明本区流二段烃源岩有机质丰度很高，绝大多数大于2 %，几乎全井段均达到优质烃源岩的标准，但在烃源岩内部同样存在非均质性（图3）。以B井为例，垂向上在顶底分别可见两层丰度异常高的层段，这两层在横向上亦可对比，第一层位于流二段上部，在三口井均钻遇，厚度相对较小，为34.7~49.2 m，计算TOC最大10 %以上，岩性为深灰色泥岩夹灰棕色页岩，从测井曲线来看，都表现出声波时差异常增大的特点，但电阻率不高，表明烃源岩残余烃含量较低，可能与成熟度有关系；第二层主要分布在流二段下部，同样在三口井中都有分布，厚度变化较大，为14.8~141.2 m，计算TOC最大10 %以上，岩性为深灰色泥岩夹灰褐色页岩，测井曲线上声波时差和电阻率异常幅度较大，尤其是B井，表明现今残余烃量较大，是典型成熟烃源岩的测井响应。整体来看，纵向上第二层在有机质丰度、厚度以及成熟度上都优于第一层；平面上B井烃源岩的生烃条件最好，优于A井和C井。

3.2 有机质类型

有机质类型是衡量烃源岩生烃潜力的重要指标，控制了烃源岩的演化方向以及生烃情况[3]。有机质类型评价的指标较多，许多参数都受成熟度演化因素的影响，目前常用的方法有干酪根镜检、元素组成和岩石热解。

涠西南凹陷D次凹流二段烃源岩元素组成图（图4a）可以看出，优质烃源岩的H/C原子比较高，主要分布在1.0~1.5之间，O/C原子比指数较低，多分布在0.05~0.15之间，有机质类型主要为Ⅱ1型，一般烃源岩的H/C原子比也较高，同样分布在1.0~1.5之间，但O/C原子比相对较高，多大于0.15，有机质类型主要为Ⅱ2型。从Tmax与HI关系（图4b）来看，优质烃源岩氢指数含量较高，多分布在300~700 mg/g，有机质类型为Ⅰ-Ⅱ1型，一般烃源岩的氢指数相对较低，主要分布在200~400 mg/g，有机质类型为Ⅱ1-Ⅱ2型。整体来看，优质烃源岩的有机质类型较好，以Ⅰ-Ⅱ1型为主，偏腐泥型；一般烃源岩的有机质类型主要为Ⅱ1-Ⅱ2型，为混合型。

图3 涠西南凹陷D次凹TOC连井分布图

图4 涠西南凹陷D次凹流二段烃源岩有机质类型

3.3 有机质热演化

有机质丰度和类型是生成油气的物质基础，但是有机质只有达到一定的成熟度才能开始大量生烃。表征有机质成熟度作用的指标很多，通常用镜质体反射率（Ro）、岩石热解最高峰温（Tmax）、源岩中可溶有机质含量（“A”/TOC）、源岩抽提物正构烷烃分布特征及奇偶比以及甾、萜烷异构化比值等[13]。

生烃门限深度是干酪根开始大量生烃时对应的深度，图5显示随着深度的增加各参数发生规律变化，其中D次凹镜质体反射率数据较少，发现Ro为0.6 %时对应的深度为2 600 m；氯仿沥青“A”、总烃及饱和烃的含量也在2 600 m左右开始明显增大，泥岩饱和烃抽提物在2 600 m之后正构烷烃的主峰碳逐渐向低碳数方向偏移，并且奇数碳优势逐渐消失，曲线变平滑；甾烷异构化指数C29-20S/20S+20R开始大于0.2，均表明逐渐进入成熟阶段，因此探区生烃门限深度为2 600 m左右，与前人对涠西南凹陷生烃门限的研究成果基本一致[5]。

S1+S2/TOC为烃源岩的生烃潜力指数，通常随深度的增加而增大，然后达到某一极大值后再逐渐降低，而导致这一指数降低的唯一因素就是烃源岩排烃，对应的深度即为排烃门限深度，同时根据最大生烃潜量减去残余生烃潜量还可以得到排烃量[14]。图6显示随着深度的增加烃源岩S1+S2/TOC、A/TOC及HC/TOC呈现先增大后减小的趋势，在3 100 m左右对应的上述几项参数明显减小，表明烃源岩开始大量排烃，因此探区烃源岩的排烃门限深度为3 100 m左右。

根据烃源岩热演化特征划分了探区的烃源岩热演化阶段（图6），第一阶段为未成熟阶段，对应的深度＜2 600 m，Ro＜0.6 %，这个阶段有部分数据表现出异常高的氯仿沥青”A”含量，因此推测有未熟油生成；第二个阶段为低熟阶段，对应深度2 600~3 100 m，0.6 %＜Ro＜0.8 %，这个阶段烃源岩开始成熟，但生烃量不大，油气多为吸附状态，尚未达到排烃门限，此时产物有低熟油的存在；第三个阶段为成熟阶段，深度＞3 100 m，Ro＞0.8 %，油气大量生成并排烃，此时产物主要为成熟油。

图5 涠西南凹陷D次凹烃源岩有机质热演化剖面

图6 涠西南凹陷D次凹烃源岩有机质演化阶段划分

4 优质烃源岩形成条件

4.1 母质来源

藻类周期勃发的高古生产力是优质烃源岩形成的重要控制因素[15]，涠西南凹陷D次凹流二段地层古生物鉴定表明陆生植物孢粉缺乏，淡水的光面球藻/粒面球藻（Leiosphaeridia / Granodiscus）比较丰富，为光面球藻/粒面球藻富集段。干酪根的有机显微组分表明藻类体十分发育，镜下可见层状及球状的藻类体并发黄色及绿色荧光（图7），部分藻类沉积后形成富有机质的纹层页岩。藻类的富集说明优质烃源岩以低等水生生物为主，生油潜力大，也为优质烃源岩的形成提供了充足的物质条件。

4.2 沉积环境

除了高生产力以外，缺氧还原环境同样被认为是有机质富集和保存的主要因素[15]。流二段深灰色、灰黑色泥页岩十分发育，表明沉积时水体相对较深，层序格架上应该位于湖侵体系域晚期-高位体系域早期，凹陷内主要为半深湖-深湖的沉积环境。生物标志物也常常用来研究有机质的沉积环境，比如异戊二烯烃Pr/Ph，通常Pr/Ph越高代表越偏氧化环境，碳质泥岩或煤层的Pr/Ph要远高于暗色泥页岩；伽马蜡烷（Gam）通常代表沉积环境的盐度或水体分层，相对含量越高表明盐度更高。可以看出流沙港组泥岩的Pr/Ph相对含量都很低（图8），表明沉积环境为还原环境，但伽马蜡烷含量也较低，表明盐度较低，水体分层不明显，保存条件可能不如缺氧的高盐度环境，但向凹陷中心方向，推测水体分层及还原性会越来越强。

图7 干酪根有机显微组分

图8 涠西南凹陷D次凹泥岩Pr/Ph与Gam/C30H交会图

5 结论

（1）利用TOC与氯仿沥青的关系将涠西南凹陷D次凹优质烃源岩的有机质丰度下限确定为2 %，TOC大于2 %时对应的氯仿沥青“A”显著增加。

（2）结合测井曲线计算了流二段的TOC曲线，结果表明流二段有机质丰度整体较高，几乎都达到优质烃源岩的标准，但源岩内部也存在非均质性，纵向上识别了两个丰度异常高的层段，TOC最高可达10 %，但下部层段的成熟度更高，生排烃贡献更大。

（3）优质烃源的有机质类型较好，为腐泥型（Ⅰ-Ⅱ1型）；探区烃源岩的生烃门限深度为2 600 m，排烃门限深度为3 100 m，探讨了典型井区的烃源岩的热演化阶段。

（4）藻类勃发的高古生产力和还原的沉积环境是涠西南凹陷D次凹优质烃源岩形成的有利因素。

[1]庞雄奇， 郭永华， 姜福杰， 等. 渤海海域优质烃源岩及其分布预测[J]. 石油与天然气地质， 2009， 30（4）： 393-397.

[2]李敬生. 贝尔凹陷优质烃源岩的发现及其地质意义[J]. 成都理工大学学报（自然科学版）， 2013， 40（3）： 326-332.

[3]任拥军， 杜雨佳， 郭潇潇， 等. 渤中凹陷古近系优质烃源岩特征及分布[J]. 油气地质与采收率， 2015， 22（1）： 5-13.

[4]腾格尔， 秦建中， 郑伦举. 黔南坳陷海相优质烃源岩的生烃潜力及时空分布[J]. 地质学报， 2008， 82（3）： 366-372.

[5]刘震， 谭卓， 蔡东升， 等. 北部湾盆地涠西南凹陷流沙港组岩性圈闭形成条件[J]. 现代地质， 2008， 22（2）： 239-246.

[6]黄建军， 张百涛， 张萍， 等. 涠西油气突破区古地貌演变和源汇体系特征及下步勘探方向[J]. 海洋石油， 2016， 36（2）： 1-6.

[7]张百涛， 唐金炎， 王文军， 等. 北部湾盆地北部坳陷构造—沉积特征及其演化[J]. 海洋石油， 2014， 34（2）： 7-12.

[8]李春荣， 张功成， 梁建设， 等. 北部湾盆地断裂构造特征及其对油气的控制作用[J]. 石油学报， 2012， 33（2）： 195-203.

[9]王振升， 滑双君， 于学敏， 等. 歧口凹陷沙河街组烃源岩分级评价及优质烃源岩分布[J]. 天然气地球科学， 2014， 25（12）：1896-1902.

[10]卢双舫，马延伶，曹瑞成，等. 优质烃源岩评价标准及其应用：以海拉尔盆地乌尔逊凹陷为例[J]. 地球科学—中国地质大学学报，2012，37（3）：535-544.

[11]王贵文， 朱振宇， 朱广宇， 等. 烃源岩测井识别与评价方法研究[J]. 石油勘探与开发， 2002， 29（4）： 50-52.

[12]PASSEY Q R， CREANEY S， KULLA J B， et al. A Practical Model for Organic Richness from Porosity and Resistivity Logs[J]. AAPG Bulletin， 1990， 74（12）： 1777-1794.

[13]柳广弟. 石油地质学[M]. 4版. 北京： 石油工业出版社，2009： 161-164.

[14]庞雄奇， 李素梅， 金之钧， 等. 排烃门限存在的地质地球化学证据及其应用[J]. 地球科学-中国地质大学学报， 2004， 29（4）： 384-390.

[15]朱光有， 金强. 东营凹陷两套优质烃源岩层地质地球化学特征研究[J]. 沉积学报， 2003， 21（3）： 506-512.

Characteristics of High-quality Source Rock in Member Liu-2 of D Sub-sag in Wexinan Sag

YANG Pengcheng, YU Xuebing, ZHANG Chuanyun
（Institute of Exploration and Development，SINOPEC Shanghai Offshore Oil ＆ Gas Company，Shanghai 200120，China）

s: The test results of samples demonstrate high-quality source rocks with abundant content of organic matters are developed in some intervals of Member Liu-2 of D sub-sag. In order to study the distribution of these intervals and their geochemical characteristics, the authors, frstly, determined TOC=2 % is the lower limit of TOC for the high-quality source rocks based on the relationship of TOC versus “A”. Secondly, the TOC curves of Liu-2 source rocks were ftted by ΔlogR method. The results indicate that the contents of organic materials are overall high and meet the standard of the high-quality source rock, and two intervals with abnormal high contents of TOC, up to 10 %, were recognized. The kerogen types of high-quality source rocks classifed by kerogen elements and rock pyrolysis parameters are type ⅠandⅡ1. Threshold depth of oil generation and expulsion were determined by Rovalues and evolution characteristics of soluble organic matters, they are 2 600 m and 3 100 m, respectively. The authors also studied the genesis of high-quality source rocks, it is thought that the paleo-productivity derived from the algal blooming and reducing environments of deep lacustrine facies are main controlling factors.

Wexinan Sag; high-quality source rock; lower limit of TOC; thermal evolution stage of organic matter

TE122

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.01.001

1008-2336（2017）01-0001-06

2016-10-19；改回日期：2017-01-03

杨鹏程，男，1988年生，硕士，2014年毕业于中国石油大学（北京）地球科学学院矿产普查与勘探专业，主要从事石油地质综合研究。E-mail：yangpch.shhy@sinopec.com。