鄂尔多斯盆地西部延长组烃源岩地化特征

谭世豪，王瑞飞

西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710000

近些年，页岩油勘探开发成为我国油气勘探的热点［1］。我国页岩油分布广泛，在鄂尔多斯盆地三叠系延长组、松辽盆地白垩系青山口组、渤海湾盆地古近系潜江组以及准噶尔盆地二叠系芦草沟组等层系都有发现［2］。页岩油探明地质储量新增 3.58×108t、预测地质储量 6.93×108t［3-5］。国外对页岩油成功开发的案例较多，与国外成功开发的页岩油区相比，国内页岩油的勘探和开发尚处于探索阶段，很多科学问题亟待解决［6］。

目前，石油地质工作者在页岩油形成演化、地层特征、沉积特征、油气运移与聚集特征等方面做了大量基础研究，但对泥页岩方面的研究较为薄弱［7］。

本研究以鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长7段陆相页岩为研究对象，通过对长7 烃源岩样品进行地化测试分析，从有机质丰度、有机质类型及有机质成熟度3 个方面综合评价烃源岩质量，同时对生排烃潜力与强度展开探讨，以期为鄂尔多斯盆地西部烃源岩评价提供理论依据。

1 鄂尔多斯盆地地质概况

鄂尔多斯盆地页岩油主要发育在延长组长7段。受长10~长8的湖盆扩张和坳陷影响，长7段进入延长组最大湖侵期。受三叠世印支运动影响，盆地沉积由海相逐渐过渡到陆相，晚三叠世后发育一套巨厚河流-湖泊相陆相碎屑沉积［8］。晚三叠世延长组早期形成范围巨大的鄂尔多斯湖盆，湖泊坳陷中心位于盆地西缘的前缘地带，沉积中心位于盆地西南部华池一带。长7段湖盆面积达到最大，主要为湖泊沉积，微生物及浮游生物广泛发育，有机质丰富。长7段可以划分为长71、长72和长73这3个亚段。长73已发育为一套厚层优质烃源岩，是延长组最重要的油源区。受三角洲前缘沉积物远距离搬运作用的影响，在长73湖盆中央小范围内发育出浊流沉积。从长73到长71，受东北和西北等多个物源区持续沉积影响，沉积环境由长73深湖-半深湖沉积逐渐演化为三角洲平原和三角洲前缘沉积环境，湖盆逐渐退积缩小［9］。长73段中长7油层组沉积期为湖盆发展的全盛时期，属长73段中浅湖-深湖相沉积环境，岩性以灰黑色泥页岩、油页岩为主（俗称“张家滩页岩”），是本区主要生油岩系，K1标志层位于长7油层组的底部。研究区（图1）长7地层主要为灰色、灰褐色极细-细粒岩屑质长石砂岩和暗色泥岩互层，夹薄层泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，底部发育暗色泥岩和薄层凝灰岩［10］。

图1 研究区区域位置

2 样品与方法

在研究区H2、L1和Y5中3口探井取长7段共10 块泥页岩和油页岩岩心样品进行有机碳（TOC）、生烃潜量（游离烃S1+热解烃S2）、氯仿沥青“A”以及氯仿沥青“A”中饱和烃和芳烃的总含量即总烃（HC）测试，并选取其中部分样品进行热解测试分析。

具体实验在西安石油大学石油与天然气工程实验中心完成。有机碳分析使用上海铸金分析仪器有限公司的LECO CS-230 型碳硫分析仪，热解分析使用北京艾迪佳业技术开发有限公司ROCK-EVAL6型热解仪。

样品测试执行标准为陆相烃源岩有机质丰度评价指标 SY/T 5735—1995［11］和岩石热解分析GB/T 18602—2012［12］。

3 结果与讨论

3.1 有机质丰度

有机质丰度是指单位质量沉积岩（物）中所含有机质的数量，当其他条件相似时，烃源岩生烃能力与其有机质丰度呈正相关关系。目前评价烃源岩有机质丰度所用的指标主要有总有机碳（TOC）、生烃潜量（S1+S2）、氯仿沥青“A”和总烃（HC）［13］。

统计研究区3口井10块岩样的有机质丰度参数，结果见表1。由表1 可知：姬塬地区总有机碳（TOC）为0.79%~11.65%，平均含量为6.11%；氯仿沥青“A”为0.22%~1.29%，平均含量为0.86%；总烃HC 为418.53~712.50 μg/g，平均值为585.50 μg/g；生烃潜量（游离烃S1+热解烃S2）为1.26~29.66 mg/g，平均值为20.39 mg/g。根据烃源岩有机质丰度评价标准［11］，认为姬塬地区长7 层烃源岩属于好-最好的烃源岩。

表1 长7层烃源岩有机质丰度

3.2 有机质类型

有机质生烃能力因其来源、组成的不同而存在较大差别，因此有机质类型是烃源岩评价的重要指标之一［14］。鉴别有机质类型可依据有机质的来源、有机质显微组分组成及干酪根元素组成等。本次研究主要通过干酪根有机质显微组分、岩石热解参数及稳定碳同位素δ13C进行评价。

实验样品皆取自研究区长73段，分析结果见图2和表2。由图2可知：研究区长7烃源岩中，干酪根碳同位素组成变化不大，所取样品的δ13C 值分布在-31‰~-32.3‰，饱/芳比值较高（>1），表示有机质生源以水生生物为主，碳同位素组成较轻，类型为Ⅱ型。由表2可知：姬塬地区长7层烃源岩干酪根的显微组分中壳质组含量最高，腐泥组、镜质组和惰质组含量依次降低，表明其母质主要来源于高等植物经强烈生物降解形成；研究区泥页岩和油页岩中干酪根类型主要为Ⅱ1~Ⅱ2型。综上可知，研究区烃源岩有机质类型好，以Ⅱ1~Ⅱ2型为主。

图2 烃源岩干酪根及各族组成稳定碳同位素δ13C分布

表2 长7层烃源岩干酪根有机显微组分及类型指数计算

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是烃源岩评价的重要内容，镜质体反射率（Ro）、岩石最大热解峰温（Tmax）是反映有机质热演化程度的常用指标。干酪根镜质体反射率（Ro）的热演化进程是不可逆的，因此镜质体反射率是衡量干酪根热演化阶段和成熟度最准确的参数之一，其值越大则代表热演化程度越高［15］。

干酪根镜质体反射率测试以及岩石热解分析（GB/T 18602—2012）结果见表3和图3。由表3和图3 可知：研究区泥页岩镜质体反射率Ro为0.652 %~0.742 %，平均值为0.697%；研究区烃源岩最高热解温度Tmax为442~457 ℃，平均为447.37 ℃。

图3 长7层烃源岩热解参数

表3 研究区长7烃源岩干酪根镜质体反射率Ro统计

根据烃源岩镜质体反射率及岩石热解参数，对有机质成熟度进行评价，结果见表4。由表4可知：烃源岩生油母质已达成熟阶段，开始进入生油高峰阶段。

表4 有机质成熟度划分方法

3.4 烃源岩生烃强度

烃源岩的生排烃特征是烃源岩评价的一个重要方面，也是与油气成藏联系最为密切的因素之一，但往往容易被忽视。姬塬地区长7 层烃源岩厚度大，具有强大的生排烃能力。根据生烃强度公式（式（1））［16］计算得出，该区长7 层烃源岩生烃强度为（95.8~650）×104t/km2，平均为2.903×106t/km2。根据长 7 层优质烃源岩排烃率约为 70%［17］，排烃强度等于生烃强度乘以排烃率，因此，研究区长7层烃源岩排烃强度为（70.1~553.8）×104t/km2，平均为2.032×106t/km2。

式中：Q油为生烃强度，104t/km2；H为烃源岩厚度，m；w（TOC）为烃源岩有机碳含量，%；K为生烃率，mg/g，按每克烃源岩有机碳计算；ρ为烃源岩密度，g/cm3。

3.5 典型区块对比

盐池地区平均TOC 含量为3.22%，氯仿沥青“A”均值为0.55%，生烃潜量均值为12.8 mg/g，生油能力属于较好-好级别；Ro均值为0.56%，有机质处于低熟-成熟阶段［18］。陇东地区平均TOC 含量为13.2%，氯仿沥青“A”均值为0.47%，生烃潜量均值为41.4 mg/g，生油能力属于好-最好级别；Ro均值为1.0%，有机质处于成熟阶段［19-20］。由此推断，鄂尔多斯盆地西部烃源岩生油级别主要为好-最好级别，演化阶段进入成熟期，并且处于生油高峰阶段。局部看，陇东地区烃源岩条件最好，姬塬地区次之，盐池地区较差。

4 结论

1）鄂尔多斯盆地西部长7 层富含黑色有机质泥页岩烃源岩。黑色泥页岩TOC 为0.79%~11.65%，平均含量为 6.11%；氯仿沥青“A”为0.22%~1.29%，平均含量为0.86%；氯仿沥青“A”中饱和烃和芳烃的总含量（总烃HC）为418.53~712.50 μg/g，平均值为585.5 μg/g；生烃潜量（游离烃 S1+热解烃 S2）为 1.26~29.66 mg/g，平均值为20.39 mg/g。根据烃源岩有机质丰度评价标准，认为姬塬地区长7层烃源岩属于好-最好级别。

2）姬塬地区长7 层烃源岩干酪根的显微组分中壳质组和腐泥组为主，有机质类型好，干酪根类型主要为Ⅱ1~Ⅱ2型，Ro值平均为0.697%，最大热解峰温Tmax为442~457 ℃，平均为447.37 ℃。综合分析认为，烃源岩生油母质已达成熟阶段，开始进入生油高峰阶段。

3）根据生烃强度公式计算姬塬地区长7 层烃源岩生烃强度为（95.8~650）×104t/km2，平均为2.903×106t/km2，从 而 得 到 排 烃 强 度 为（70.1~553.8）×104t/km2，平均为 2.032×106t/km2，说明姬塬地区生排烃潜力较好。