鄂尔多斯盆地伊陕斜坡长9烃源岩特征与生烃潜力

罗丽荣，李剑锋，杨伟伟，马军，李欢，吴凯

（中国石油 长庆油田分公司a.勘探开发研究院；b.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018）

鄂尔多斯盆地是中国陆上第二大沉积盆地，主要含油层位是三叠系延长组，该组自上而下划分为长1—长10共10个油层组[1-2]。伊陕斜坡位于鄂尔多斯盆地中部，研究区位于该斜坡南部跨越靖边、华池、定边和安塞4 个地区，该区以往的油气勘探重点层位是上三叠统延长组长6 油层组。近年来，随着对伊陕斜坡延长组下部层系的深入勘探，发现多个亿吨级油气富集区[3-5]，表明长9 烃源岩对于该地区下部层系的油气成藏具有重要作用，因而研究烃源岩地球化学特征、生烃潜力及油源关系对油气勘探具有重要意义[6-7]。前人研究认为，延长组长91烃源岩是重要的区带性烃源岩[8-10]，其主要分布于志丹地区，是该区长8油层组和长9油层组Ⅲ类原油的烃源岩，累计厚度大于6 m 的烃源岩面积约为4 336 km2，最大生烃强度约为0.9×106t/km2，总生烃量约为28.1×108t，总排烃量约为9.3×108t[1]。但由于钻井、测井和录井资料有限，对长9 烃源岩在伊陕斜坡上、下组合原油的聚集成藏中所起的作用缺乏系统研究[11-13]。随着伊陕斜坡的持续勘探，老油田稳产需要有效的接替资源，亟需对包括吴起、志丹、安塞、靖边等地区的长9 烃源岩地球化学特征、生烃潜力等开展系统研究[14-15]。本文利用200 余口井的长9 油层组暗色泥页岩岩心、录井和测井资料，分析长9 油层组黑色页岩和暗色泥岩的分布特征，通过有机地球化学测试结合盆地模拟实验，评价其生烃潜力，并且分析了长9 烃源岩与不同地区、不同产层原油的油源关系，为后续勘探提供理论依据。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地是古生代地台及台缘坳陷与中生代—新生代台内坳陷叠合的克拉通盆地，盆地进一步划分为伊盟隆起、西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带和渭北隆起6 个二级构造单元（图1）[14]，研究区位于伊陕斜坡的南部。盆地中生界三叠系延长组形成于以大型内陆坳陷为背景的沉积盆地，沉积体系主要由西南和东北2 大物源控制。延长组厚度为700～1 200 m，可划分为1 个超长期旋回、5 个长期旋回和16 个中期旋回。长9 油层组处于第2 个长期旋回的上升半旋回，厚度约为100 m。该油层组沉积期湖泊范围扩大，主要发育三角洲—湖泊沉积，其中，西部地区发育辫状河三角洲沉积、东部地区发育曲流河三角洲沉积。半深湖沉积分布在甘泉—志丹地区，湖岸线呈环带状分布于定边—环县—镇原一带，形成长9 烃源岩[8]。研究区钻井、测井和岩心资料表明，长9 烃源岩主要发育在其顶部和中—下部，测井响应特征表现为高自然伽马（一般大于120 API）、高电阻率、高声波时差、低岩石密度（2.4～2.5 g/cm3），即具有“三高一低”的特征。分析研究区长91烃源岩和长92烃源岩厚度分布可知，长9 烃源岩总面积约35 000 km2，其中长91烃源岩在吴起、靖边、志丹、安塞等地区均有分布，厚度最大超20 m（图2a）；长92烃源岩主要发育在甘泉—洛川地区，厚度最大超12 m（图2b）。

2 烃源岩地球化学特征

从Y35 井、L39 井、S266 井等37 口井选取长9 油层组暗色泥页岩样品共224 个，从D235 井、D49 井、G75 井等26 口井选取原油样品共40 个。开展总有机碳、岩石热解、干酪根显微组分、镜质体反射率、饱和烃色谱-质谱等测试，分析长9 烃源岩地球化学特征及生烃潜力。

2.1 有机质丰度

长91烃源岩总有机碳含量在志丹地区最高，为0.37%～10.12%，平均为4.70%；吴起地区为0.27%～4.10%，平均为1.22%；顺宁地区为0.35%～9.17%，平均为2.18%；安塞地区为0.44%～4.49%，平均为1.60%（图3a）；靖边地区测试样品较少，总有机碳含量为1.00%～2.00%。研究区长92烃源岩样品数量较少，仅有22 个，总有机碳含量为0.37%～6.56%，平均为2.44%（图3b）。

长91烃源岩热解生烃潜量为0.54～535.35 mg/g，平均为31.48 mg/g；氯仿沥青A 含量为0.08%～1.87%，平均为0.65%。氯仿沥青A 含量与总有机碳含量之比反映生烃母质向烃类的转化率，主要为0.67%～40.62%，平均为11.50%[4]。长91烃源岩氯仿沥青A 含量与总有机碳含量之比随总有机碳含量的增加而增大，但当总有机碳含量大于3.0%时，氯仿沥青A 含量与总有机碳含量之比开始下降，这可能是因为烃源岩发生了较强烈的排烃作用[16-17]。长92烃源岩的生烃潜量为2.52～193.39 mg/g，平均为18.72 mg/g，氯仿沥青A含量为0.03%～1.02%，平均为0.62%。综合评价该区大部分长9 烃源岩为较好—好烃源岩，少部分为优质烃源岩。

2.2 有机质性质和类型

2.2.1 岩石热解参数和干酪根显微组成

根据最高热解温度-氢指数有机质类型分析，研究区长9 烃源岩以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，Ⅱ2型和Ⅲ型亦有分布（图4）。烃源岩干酪根镜下鉴定结果表明，长9黑色页岩有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ1型，显微组分以腐泥组为主（72.80%～96.20%）；暗色泥岩有机质类型主要为Ⅱ2型和Ⅲ型，显微组分以镜质组为主（43.48%～91.80%）。说明长9烃源岩有机质来源较为复杂，黑色页岩有机质多来源于水生生物，部分暗色泥岩有机质多来源于陆源高等植物。

2.2.2 氯仿沥青A族组成

长9 暗色泥页岩氯仿沥青A 族组成分析结果显示，长9 暗色泥岩抽提物中烃类含量为42.89%～73.62%，其中，饱和烃含量为13.60%～53.87%，芳烃含量为14.03%～41.76%，饱和烃与芳烃含量之比为0.41～3.57。长9 黑色页岩抽提物中烃类含量为51.50%～84.30%，其中，饱和烃含量为20.94%～73.65%，芳烃含量为10.20%～31.82%，饱和烃与芳烃含量之比为1.15～3.69。总之，长9 烃源岩烃类组分含量较高，生烃能力强[18-20]。

2.2.3 饱和烃色谱-质谱生物标志化合物特征

长9 黑色页岩正构烷烃的主峰碳为nC19，Pr/Ph 为1.30～1.65，Pr/nC17为0.17～0.33，Pr/nC18为0.10～0.26。伽马蜡烷/C30藿烷为0.20～0.24，反映烃源岩为还原的微咸水湖沉积。甾烷系列化合物中αααC2720R、αααC2820R和αααC2920R甾烷相对含量呈“V”型分布，表明其有机质多来源于藻类等低等水生生物，高等植物亦有贡献。Ts/（Ts+Tm）为0.83～0.86，αααC2720R/αααC2920R为1.05～1.12。

长9 暗色泥岩正构烷烃的主峰碳为nC21，Pr/Ph 为1.41～3.13，Pr/nC17为0.15～1.42，Pr/nC18为0.10～0.41，伽马蜡烷/C30藿烷为0.08～0.40，反映烃源岩为弱氧化—弱还原的淡水—微咸水湖沉积。甾烷系列化合物中αααC2720R、αααC2820R和αααC2920R甾烷的相对含量呈不对称“V”型分布，αααC2920R甾烷＞αααC2720R甾烷＞αααC2820R甾烷，Ts/（Ts+Tm）为0.42～0.86。αααC2720R/αααC2920R为0.54～0.67，表明这类烃源岩有机质来源于低等水生生物和高等植物。

2.3 有机质成熟度

目前常采用岩石最高热解温度、干酪根镜质体反射率和饱和烃类生物标志化合物评价烃源岩的有机质成熟度。研究区长9 烃源岩的最高热解温度主要为440～460 ℃，镜质体反射率为0.60%～1.20%，平均为0.84%。

饱和烃色谱参数奇偶优势指数为1.05～1.10，无明显的奇偶优势，碳优势指数为1.04～1.09。规则甾烷异构化参数αααC2920S甾烷/C29（20R＋20S）甾烷为0.47～0.69，ββC29甾烷/（αα＋ββ）C29甾烷为0.41～0.55。各项地球化学参数均反映研究区长9 暗色泥页岩有机质已达到成熟阶段，正处于生油高峰期。

2.4 生烃潜力

总有机碳分析、岩石热解分析、干酪根显微组分分析、镜质体反射率测定、饱和烃色谱-质谱分析等有机地球化学分析表明，长9 泥页岩有机质丰度较高，来源于湖相低等生物和高等植物，其中，黑色页岩有机母质以低等水生生物为主，暗色泥岩有机母质以陆源高等植物为主；有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，处于成熟阶段，进入生油高峰期；烃源岩的生烃转化率较高。

3 油源对比

研究区长4—长10 原油的碳同位素（δ13CPDB）值为-31.78‰～-31.18‰，组成偏轻，与鄂尔多斯盆地中生界各产层湖相油型油一致，湖相生油型烃源岩一般为深水—半深水湖相偏还原环境下的含丰富有机质的暗色泥页岩[11]。

从原油与烃源岩的甾烷、萜烷分布特征来看，原油中17α（H）C30重排藿烷（）的相对丰度存在明显差异（图5、图6），烃源岩的相对丰度亦存在明显差异。前人认为具有较高—高含量的烃源岩发育于偏酸性的亚氧化环境，热演化程度较高，并且富含黏土，原油中相对丰度的差异是烃源岩发育环境和岩性差异的反映。以相对丰度为主要依据，可将延长组不同产层原油细分为异常高的相对丰度、较高—高的C*30相对丰度和低相对丰度3类[21-24]。

研究区长9 烃源岩的主要生烃时间约为160—100 Ma[25-26]，生烃和排烃模拟实验表明，研究区长9 烃源岩生烃能力较强的区域主要集中在志丹—安塞地区，累计生烃强度最高可达1.0×106t/km2，总生烃量达1×1010t。

4 结论

（1）伊陕斜坡长9 油层组烃源岩为黑色页岩和暗色泥岩，总面积约为35 000 km2，其中，长91烃源岩在吴起、志丹、靖边等地区均有分布，平均厚度为10 m，厚度最大超20 m；长92烃源岩主要分布在甘泉—洛川地区，厚度最大超12 m。长91烃源岩普遍位于长91的顶部，部分地区位于长91的中—上部；长92发育2 套烃源岩，分别位于长92的中—下部和底部。

（2）伊陕斜坡长9 烃源岩有机质丰度高、类型好，热演化程度适中，综合评价为较好—好烃源岩，部分为优质烃源岩，具备较强的生烃能力和排烃能力。

（3）志丹—安塞地区下组合原油主要来自长9 烃源岩，部分来自长7 烃源岩。甘泉—洛川地区下组合原油与长7 烃源岩对比关系较好，与长9 烃源岩对比关系较差。根据烃源岩的空间展布规律和油源关系，志丹—安塞地区、吴起地区是研究区下组合石油勘探的有利区域。