低勘探程度地区烃源岩综合评价——以塔里木盆地西南拗陷石炭系烃源岩为例

廖　晓，王震亮，范昌育，于常青

(1.西北大学 大陆动力学国家重点实验室/地质学系,陕西 西安　710069;2.中国地质科学院 地质研究所，北京　100037)

中国低勘探程度地区油气资源丰富,探明率低,潜力巨大,将是今后中国油气勘探的重要领域[1-2]。烃源岩发育程度及其质量是低勘探程度地区早期研究的最基本问题,决定了其勘探价值的高低[3]。针对低勘探程度地区钻井和岩心样品缺少的现状,刘震等[3]以层序地层格架分析法和地球物理预测技术为基础,分别研究了低勘探程度盆地烃源岩的空间展布、厚度和成熟度特征。张寒和朱光有[4]利用地震反射特征追踪烃源岩的空间展布,预测无钻井区域的烃源岩分布及其特征;运用基于声波时差、电阻率和密度等测井信息建立的模型公式，计算出了烃源岩的有机质丰度。曹强等[2]基于地质类比原理,综合运用地球物理及盆地模拟等技术,建立了在类比分析地震反射特征、确定烃源岩质量及展布层位的基础上,分别应用地震属性方法和盆地模拟技术预测烃源岩的厚度及成熟度,最终对烃源岩进行综合评价。冯常茂等[5]从钻井出发,井震结合,并结合沉积相,预测了有效烃源岩的分布范围。陈宇航等[6]利用地震和少量测井资料,应用FAUST公式和ΔlgR法,建立了少井约束地震预测有机碳含量的模拟。杜江民等[7]对比研究了测井曲线叠合模型和多元回归方程模型两种定量预测烃源岩有机碳含量的方法,优选多元回归方程模型对柴达木盆地上干柴沟组下段烃源岩进行了评价,取得了良好的效果。但是，前人的研究更多地侧重于烃源岩厚度、有机质丰度、有机质类型、热演化成熟度等某一单方面,并没有对烃源岩的各方面特征进行综合评价。

本文在前人研究的基础上,筛选出烃源岩厚度、有机质丰度和热演化成熟度3个评价参数,综合考虑烃源岩沉积时的岩性、展布范围、厚度及有机碳含量等内在属性和沉积之后的外在演化两个方面的特征,构建了等效有机碳厚度参数；充分考虑到烃源岩的有机质丰度下限和是否进入到成熟演化阶段的问题,利用等效有机碳厚度和镜质体反射率参数的交会叠合,建立了低勘探程度地区烃源岩综合评价方法。同时，以塔里木盆地西南拗陷为研究对象，运用此方法对其石炭系烃源岩进行了综合评价,预测有利烃源岩的展布,并结合实际勘探情况,检验此种评价方法的合理性。

1　评价参数

传统的烃源岩评价主要集中在烃源岩厚度、有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度方面。其中,有机质类型是干酪根有利于生成石油或者天然气的一种趋势,能否将这种潜在优势发挥出来，在很大程度上取决于后期热演化程度的高低。低勘探程度地区现今的首要任务是寻找油气藏,研究尚未进入到细分油藏与气藏的阶段,因此在对其烃源岩评价时有机质类型参数可以忽略。本研究过程中,选择烃源岩厚度、有机质丰度和有机质成熟度3个参数,主要从烃源岩沉积时的内在属性和沉积之后的外在演化特征两个方面对其进行评价。

烃源岩沉积时的内在属性主要包含烃源岩的厚度和总有机碳的含量,考虑到后期生烃过程中的累积效应,构建新参数等效有机碳厚度,其中:

A=h×TOC。

(1)

式(1)中,h为烃源岩厚度,m;TOC为烃源岩总有机碳含量,%;A为烃源岩等效有机碳厚度,m。

等效有机碳厚度是烃源岩厚度与总有机碳含量的乘积,由于乘法运算交换律的缘故,难免会出现乘积结果一致而实际参数特征大不相同的情况。例如,厚度为1 m、TOC为5%和厚度为50 m、TOC为0.1%的两套泥岩烃源岩,按照上述方法计算其等效有机碳厚度均为0.05 m,但实际这两套烃源岩的TOC差别悬殊。依据陈建平等[8]建立的评价标准,分别属于好和非烃源岩。因此,在构建等效有机碳厚度参数时，应充分考虑到烃源岩的有机碳含量的下限值0.5%[9]。当TOC小于或等于0.5%时,由于其自身质量太差,不论厚度大小,其仍然属于非烃源岩,定义其等效有机碳厚度为0;而当TOC大于0.5%时,则按照乘法运算求取等效有机碳厚度：

(2)

烃源岩沉积之后的外在特征主要是其热演化程度的高低,镜质体反射率是目前衡量干酪根成熟度的最佳参数，因而本次研究选用镜质体反射率(Ro)作为其评价参数。同时，考虑到烃源岩是否进入到成熟演化阶段,以0.7%作为未成熟与成熟的镜质体反射率界限值。

2　低勘探程度地区烃源岩综合评价方法

等效有机碳厚度是衡量烃源岩自身生烃潜能大小的内在属性参数,而镜质体反射率则表征了在后期演化过程中这种潜能被激发程度的高低。只有当烃源岩自身的生烃潜能大,且后期演化程度高,这种潜能被完全激发出来时,才有强的生烃能力。因此，将等效有机碳厚度与镜质体反射率参数平面等值线图进行交会叠合,取其共同的有利区域作为有利烃源岩分布区带(见图1)。

当烃源岩的等效有机碳厚度为零(TOC≤0.5%)时,由于其本身属于非烃源岩,没有生烃潜能,称其为“无潜力烃源岩”。而对于等效有机碳厚度大于零、有生烃潜力的烃源岩,当Ro小于或等于0.7%时,烃源岩处于未成熟阶段,其生烃潜力未被激发出来，这类烃源岩为“待激发烃源岩”;而当Ro大于0.7%时,有机质进入到成熟演化阶段,烃源岩的生烃潜力被完全展现出来,此时其生烃能力的强弱取决于内在属性，即等效有机碳厚度的大小,这部分烃源岩是现阶段油气的主要母质来源,称其为“有利烃源岩”(见图1)。

图1　低勘探程度地区烃源岩综合评价流程Fig.1　The comprehensive evaluation method of source rock in low-exploration area

3　塔里木盆地西南拗陷石炭系烃源岩综合评价

塔里木盆地西南拗陷(以下简称塔西南拗陷)位于塔里木盆地的西南部,夹持在南天山褶皱带、柯坪隆起与西昆仑褶皱带之间,东北部以色力布亚—玛扎塔克断裂与巴楚断隆相隔(见图2),面积为14.13×104km2。塔西南拗陷在区域构造上可分为喀什凹陷、叶城凹陷、和田凹陷及麦盖提斜坡4个二级构造单元(见图2)。本区自1952年开始勘探以来,陆续发现了柯克亚、巴什托普、亚松迪、和田河、阿克莫木、柯东1等多个油气田(井),展现出良好的油气勘探前景。但是，其总体勘探程度仍然非常低。塔西南拗陷主要发育寒武—奥陶系、石炭系、二叠系和中下侏罗统4套烃源岩,其中半深海—深海相沉积的石炭系泥岩是柯克亚、阿克莫木、柯东1等油气田(井)的主力烃源岩[10-17]。

3.1　等效有机碳厚度特征

在前人研究的基础上,依据上述的等效有机碳厚度参数构建方法,编制出了塔西南拗陷石炭系烃源岩的等效有机碳厚度平面分布图(见图3)。位于研究区北部的巴楚—柯坪地区石炭系烃源岩有机碳含量低于0.5%,故其等效有机碳厚度为零。等效有机碳厚度自该区向着西、南、东3个方向逐渐增大,在西部的乌恰地区为4 m左右,南部的泽普—叶城一带高达5 m以上,东北部地区可达2 m左右,整体呈现出北部小其他地区大的特征。

图2　塔里木盆地西南拗陷位置图Fig. 2　The location of southwest sag of Tarim Basin

图3　塔里木盆地西南拗陷石炭系烃源岩等效有机碳厚度分布图(原始数据据文献[17-21])Fig.3　The equivalentlyorganic carbon thicknessdistribution of Carboniferoussource rock in southwest sag of Tarim Basin

3.2　有机质成熟度特征

塔西南拗陷石炭系泥质烃源岩总体热演化成熟度较高,在中东部一带镜质体反射率为0.5%～0.7%,有机质处于未成熟阶段;镜质体反射率自该区向着东北和西南方向逐渐增大,在巴楚东部一带可达0.9%左右,西南部的莎车—泽普—叶城一带为1.1%左右,均处于成熟演化阶段,西北部的乌恰地区高达1.7%以上,处于高成熟阶段,整体呈现出中部低东西部高的特征(见图4)。

图4　塔里木盆地西南拗陷石炭系烃源岩镜质体反射率分布图(原始数据据文献[18,20,22])Fig.4　The vitrinite reflectancedistribution of Carboniferous source rock in southwest sag of Tarim Basin

3.3　综合评价

综合考虑等效有机碳厚度和镜质体反射率参数,利用交会叠合法,对塔西南拗陷石炭系烃源岩进行综合评价(见图5)。研究区北部的巴楚地区(图5中斜线阴影区域)烃源岩等效有机碳厚度为零,为“无潜力烃源岩”。中东部一带(图5中横线阴影区域)烃源岩的等效有机碳厚度介于0～3 m,有一定的生烃潜力,但其现今处于未成熟阶段,生烃潜能没有被激发释放出来,为“待激发烃源岩”。其他地区(图5中非阴影区域)的烃源岩等效有机碳厚度大于零,有生烃潜力,且处于成熟阶段,生烃潜能被完全激发出来,为“有利烃源岩”。此类烃源岩的生烃能力强弱主要取决于自身内在属性，即等效有机碳厚度的大小。位于研究区西北部的乌恰—喀什—阿克陶和西南部的莎车—泽普—叶城一带烃源岩等效有机碳厚度高达4 m以上，且处于高成熟演化阶段,为石炭系烃源岩的最有利烃源岩区域(见图5)。

塔西南拗陷山前带输导体系以断裂为主[17,23],乌恰—喀什—阿克陶和莎车—泽普—叶城地区丰富的油气来源为垂向运移提供了保障,这在一定程度上也决定了后期形成的油气藏平面分布主要集中在此区域附近。柯克亚、阿克莫木和柯东1等以石炭系烃源岩为主的油气田平面分布位置均在乌恰—喀什—阿克陶和莎车—泽普—叶城地区附近(见图5),这不仅检验了此种综合评价方法的合理性,而且也为后期的勘探部署指明了方向。

4　结　论

1)低勘探程度地区烃源岩的评价应综合考虑烃源岩沉积时的内在属性和沉积之后的外在演化特征两个方面。内在属性主要为烃源岩的厚度和有机质丰度特征,通过构建等效有机碳厚度参数对其进行评价;而外在特征主要为烃源岩沉积之后的成熟度高低,选取镜质体反射率参数来衡量。

2)利用等效有机碳厚度和镜质体反射率的交会叠合法,构建了低勘探程度地区烃源岩综合评价方法。同时，充分考虑有机碳含量下限和有机质是否成熟的因素,将烃源岩划分为无潜力烃源岩、待激发烃源岩和有利烃源岩。

图5　塔里木盆地西南拗陷石炭系烃源岩综合评价图Fig. 5　The comprehensive evaluationof Carboniferous source rock in southwest sag of Tarim Basin

3)塔西南拗陷石炭系最有利烃源岩位于研究区西北部的乌恰—喀什—阿克陶和西南部的莎车—泽普—叶城一带，这与实际勘探结果吻合。这一结果不仅为该区后续的勘探指明了方向,而且验证了此种综合评价方法的合理性。

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