涠西南凹陷流沙港组二段优质烃源岩判别及其控油作用

2020-04-28徐新德刘诗局胡晨晖赵建宇

石油与天然气地质 2020年2期

高岗，徐新德，刘诗局，甘军，胡晨晖，赵建宇

[1.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249； 2.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249;3.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江 524057]

涠西南凹陷是北部湾盆地北部的一个二级构造单元，面积约为3 800 km2(图1)，属于断陷湖盆，经历了古近纪断陷和新近纪拗陷两个构造-沉积演化阶段[1-4]。凹陷沉积地层自下而上依次为古近系长流组(Ech)、流沙港组(El)、涠洲组(Ew)陆相沉积、新近系下洋组(Nx)、角尾组(Nj)、灯楼角组(Nd)和望楼港组(Nw)海相沉积以及第四系(Q)海相灰黄色砂层和灰色粘土[5-6]。其中，流沙港组从下到上依次分为流三段(El3)、流二段(El2)与流一段(El1)，流一段和流三段主要为页岩、流二段底部有一套黑色页岩，中上部主要为暗色泥岩[7-9]。有关流沙港组烃源岩已有多位学者针对烃源岩有机相[8]、热演化特征[10-13]和烃源岩基本有机地化与分布特征[9,14-16]等进行过研究，但对于凹陷中流沙港组优质烃源岩特征以及如何控制油气分布尚无报道。许多研究者都对优质烃源岩进行过探讨和分析[17-22]，但更多学者倾向于认为优质烃源岩主要是厚度较大、有机质丰度高和进入大量生烃阶段的烃源岩[23-24]。目前主要由有机碳含量来界定优质烃源岩，但不同研究者所给出的有机碳含量下限值变化较大，并且普遍未提及确定有机碳含量下限值的依据[19-21，25-26]。优质烃源岩首先应是排烃源岩。研究表明，涠西南凹陷流沙港组二段湖相暗色泥岩和黑色页岩发育，是凹陷主力烃源岩。其富有机质的黑色页岩厚度较小，主要发育在流二段底部，而黑色页岩之上的有机质含量相对低的暗色泥岩厚度大[27](图2)。本文将依据生排烃基本原理，结合钻井地质数据、分析测试数据等，确定涠西南凹陷流沙港组二段的优质烃源岩分布及其对油气分布的控制作用。

1 优质烃源岩的判别方法

烃源岩已生成的烃包括残留烃和排出烃两部分。一般有两种方法可以得到烃源岩的残留烃量。一种是热解(Rock～Eval)方法获得的S1一般代表烃源岩中的残留烃量，若烃源岩未发生排烃，则S1可以近似代表已生烃量；另一种是有机溶剂氯仿抽提得到的氯仿沥青“A”含量可以直接代表烃源岩中的残留烃，在未发生排烃时也代表已生烃量[28]。作为排烃烃源岩，关键在于不但要有烃类生成，更重要的是要有烃类排出。烃源岩对烃类都有吸附性，所以，烃源岩生成的烃必须要首先满足岩石吸附之后才能排出[29-30]。在烃源岩母质特征、热演化程度相近的情况下，有机质丰度越低，生烃量越小，有机质丰度越高，生烃量越大。所以，在母质类型与成熟度接近的情况下，只有在有机质丰度达到一定值后，烃源岩中的烃类才能达到饱和而排烃成为优质烃源岩。在此，将烃源岩开始排烃时对应的有机质丰度作为优质烃源岩的有机质丰度界限值。

将热解S1、氯仿沥青“A”含量转化为相对参数，即烃指数(HCI=S1/TOC)和A/TOC值。图3显示，随TOC含量增加，不同烃源岩样品的TOC值对应的HCI与A/TOC值均有一定的变化范围，但观察不同TOC含量对应的HCI与A/TOC最大值(最大包络线)可以发现，其均具有随TOC含量先增后降的特点。之所以发生这种变化主要是由于较高的TOC含量生成的烃相对较多，达到了烃源岩的饱和吸附量，多余的烃排出了烃源岩，从而导致较高TOC含量对应的HCI与A/TOC值降低了。根据较高HCI与A/TOC值随TOC含量的变化趋势来看，最高的HCI与A/TOC趋势值大致为2%(图3)。该值的石油地质意义在于，当TOC低于该值时，烃源岩生成的烃量相对较低，难以满足烃源岩的饱和吸附，烃源岩难以排烃而不能作为优质烃源岩；但TOC高于该值后，烃源岩生成的烃量将超过饱和吸附量而有部分烃类从烃源岩中排出，这样的烃源岩才满足优质烃源岩的基本条件。所以，2%即相当于优质烃源岩的最低TOC含量值，其中流二段底部黑色页岩的有机质丰度基本高于2%，并表明其已经普遍发生了排烃，故这段黑色页岩可以表示优质的烃源岩，部分暗色泥岩也达到优质烃源岩标准。

图1 北部湾盆地涠西南凹陷基本地质单元(a，b)与地层柱状图(c)Fig.1 The map of the geological units (a，b),and the composite stratigraphic column (c) of Weixi’nan Sag,Beibuwan Basin

图2 北部湾盆地涠西南凹陷W10-C-30井有机地化综合柱状图Fig.2 The composite column of organic geochemistry for Well W10-C-30 in the Weixi’nan Sag,Beibuwan Basin

2 优质烃源岩的识别及其分布特征

涠西南凹陷虽有较多的烃源岩分析测试数据，但多数钻井的分析数据离散型强，连续性差，难以在单井上进行不同有机质丰度烃源岩段的划分。为此，利用测井ΔlgR法估算了不钻井的烃源岩TOC含量[31-33]。黑色页岩在单井上表现为声波时差高、自然伽马高、电阻率高等特点。实测与预测的TOC含量数据综合识别单井暗色泥岩中的优质烃源岩和黑色页岩，并确定统计其厚度(图4)。对全区主要钻井的流沙港组黑色页岩与优质烃源岩进行了识别，依据单井黑色页岩厚度、优质烃源岩厚度统计结果，结合地层厚度与沉积相研究成果，绘制相应的烃源岩厚度图。

图3 涠西南凹陷流沙港组烃源岩HCI-TOC(a)和A/TOC-TOC(b)含量关系Fig.3 The cross-plot of HCI-TOC(a)and A/TOC-TOC(b)of the Liushagang Fm source rocks in the Weixi’nan Sag

图4 涠西南凹陷W6-C-1井流沙港组暗色泥岩中优质烃源岩与黑色页岩段分布Fig.4 The stratigraphic distribution of high-quality source rocks in dark mudstone and black shale intervals in the Liushagang Fm in Well W6-C-1,Weixi’nan Sag

由于涠西南凹陷流二段烃源岩最发育，并且稳定分布，钻遇井多，而流一段和流三段烃源岩分布范围相对较小，流一段成熟度总体较低。同时，油源对比分析表明[15-16]，流二段暗色泥岩和黑色页岩为主力烃源岩，流一段和流三段贡献相对较小。所以，主要分析流二段底部黑色页岩和暗色泥岩中优质烃源岩的分布特征及其对油气分布的控制作用。流二段底部黑色页岩发育中心主要在凹陷内的中东部，厚度最大可达140 m，分布范围广，连续性好，陷中西部有一个次厚度中心，最大沉积厚度为60 m(图5a)。流二段暗色泥岩中的优质烃源岩分布范围广，总体分布趋势与黑色页岩相似，同样有中东部与中西部2个次中心，但厚度最大都超过了500 m，东部的厚度次中心范围更大(图5b)。

3 优质烃源岩对油气分布的控制作用

涠西南凹陷的原油总体可以分为Ⅰ和Ⅱ两大类[34]，通过油源对比，Ⅰ类原油具有较高的4-甲基甾烷，主要与黑色页岩有关(图6)，Ⅱ类主要与暗色泥岩有关(图7)。流二段底部黑色页岩与Ⅰ类原油的叠合图(图8a)显示，Ⅰ类原油主要围绕底部黑色页岩厚度中心分布，但也有的远离厚度中心，甚至在无黑色页岩分布的部位也有分布，表明Ⅰ类原油既有近距离运移、聚集、也有远距离运移、聚集。流二段暗色泥岩中的优质烃源岩厚度与Ⅱ类原油的叠合图(图8b)显示，Ⅱ类原油主要分布在涠西南凹陷中部，围绕优质烃源岩厚度中心分布，表明Ⅱ类原油运移距离总体较短，源控特征显著。

在过凹陷的剖面(图9)上，Ⅰ和Ⅱ类原油的分布与相应烃源岩有密切关系，Ⅰ类原油主要在流二段底部黑色页岩层段之下的流三段、长流组与基底中分布，紧邻流二段底部黑色页岩的Ⅰ类原油以近源运移为特征，而凹陷边缘的Ⅰ类原油主要沿流三段砂层侧向向构造高部位运移、调整，可以远离凹陷生烃中心分布，运移距离大。Ⅱ类原油主要分布凹陷内部流二段厚层页岩之上的流一段-涠洲组，断裂为主要运移、调整通道，以垂向运移典型特征，主要分布在优质烃源岩范围之内，源控特征显著。

图5 涠西南凹陷流二段优质烃源岩厚度分布平面图Fig.5 The isopach map of high-quality source rocks in the Liu 2 member,Weixi’nan Saga.涠西南凹陷流二段底部黑色页岩；b.涠西南凹陷流二段暗色泥岩优质烃源岩

图6 涠西南凹陷Ⅰ类原油与黑色页岩烃源岩饱和烃TIC，m/z191和m/z217质谱Fig.6 The saturated hydrocarbon chromatograms (TIC,m/z 217 and m/z 191) of Type A crude oil and black shale in the Weixi’nan Sag

图7 涠西南凹陷Ⅱ类原油与暗色泥岩烃源岩饱和烃TIC，m/z191和m/z217质谱Fig.7 The saturated hydrocarbon chromatograms (TIC,m/z 217 and m/z 191) of Type B crude oil and dark mudstone in the Weixi’nan Sag

4 结论

1) 涠西南凹陷流沙港组为主要烃源岩，其中的流二段底部黑色页岩为主力烃源岩，流二段暗色泥岩为主要烃源岩。依据生排烃原理，通过烃源岩TOC含量、与热解S1、氯仿沥青“A”含量的关系确定的优质烃源岩TOC含量下限值为2%左右。

2) 流二段底部黑色页岩TOC含量一般到大于2%，最高接近14%，母质类型好，生烃潜力高，全部为优质烃源岩。流二段TOC含量大于2%的暗色泥岩也有较大的厚度和分布范围，也属于优质烃源岩。

3) 与黑色页岩有亲缘关系的Ⅰ类原油主要分布在流二段底部黑色页岩层段之下近源运移、聚集，同时也向构造高部位远距离运移、聚集。与暗色泥岩有关的Ⅱ类原油主要分布凹陷内部流二段优质烃源岩层之上的流一段-涠洲组，属于近距离垂向运移，源控特征显著。

图8 涠西南凹陷流二段优质烃源岩厚度与原油分布叠合图Fig.8 Superimposition of high-quality source rock thickness and crude oil accumulation in the Liu 2 member,Weixi’nan Saga.流二段底部黑色页岩厚度-I类原油分布叠合图；b.流二段暗色泥岩优质烃源岩厚度-Ⅱ类原油分布叠合图