邓南涛,张枝焕,鲍志东,王付斌,梁全胜,李文浩,陆 骋,赵双丰,罗梦姣

(1.中国石油大学地球科学学院,北京 102249；2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249；

3.中国石油化工股份有限公司华北分公司,河南郑州 450006；4.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安 710075)

鄂尔多斯盆地南部延长组有效烃源岩地球化学特征及其识别标志

邓南涛1,2,张枝焕1,2,鲍志东1,2,王付斌3,梁全胜4,李文浩1,2,陆 骋3,赵双丰1,2,罗梦姣1,2

(1.中国石油大学地球科学学院,北京 102249；2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249；

3.中国石油化工股份有限公司华北分公司,河南郑州 450006；4.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安 710075)

在烃源岩和原油生物标志物特征精细剖析、类型划分与对比的基础上,确定鄂尔多斯盆地南部地区延长组有效烃源岩主要为长7油页岩和长7暗色泥岩,结合烃源岩的生烃潜力和测井响应特征,建立有效烃源岩的生物标志物参数、常规地球化学评价参数、测井电性参数三级识别标志,即8β(H)-升补身烷/8β(H)-补身烷＜2,w(TOC)＞1.6%,S1+S2＞4 mg/g,IH＞170 mg/g,GR＞120 API,Δt＞260 μs/m,RT＞15 Ω·m,CNL＞25%,并根据地化参数与电性参数之间的相关性,采用多元回归的方法建立w(TOC)及IH的测井计算公式,从而实现从有限岩心的地球化学信息到全区全井段测井信息的衔接。

鄂尔多斯盆地南部；生物标志物；地球化学特征；油源对比；有效烃源岩；识别标志

鄂尔多斯盆地南部已成为鄂尔多斯盆地勘探的热点和重点地区之一。长7油层组底部的油页岩和局部较为发育的长9油层组顶部的页岩是盆地内主力烃源岩[1-4],但对于研究区乃至整个鄂尔多斯盆地延长组缺乏有效烃源岩的地球化学特征尤其是识别标志等方面的系统研究,有效烃源岩的空间展布规律尚不明确[5-11]。笔者对研究区烃源岩和原油进行系统采样并进行相关的地球化学实验分析,开展鄂南探区上三叠统延长组生烃条件和油源的研究,在此基础上结合烃源岩测井响应特征建立鄂南探区延长组有效烃源岩的生物标志化物参数、常规地化评价参数、测井电性参数三级识别标志,从而实现从有限岩心的地球化学信息到全区全井段测井信息的衔接,为定量精细描述鄂南探区有效烃源岩空间分布规律奠定基础。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地是一个沉积稳定、坳陷迁移、扭动明显的多旋回克拉通叠加盆地,在三叠纪总体为一西翼陡窄东翼宽缓的不对称南北向矩形盆地,盆地边缘断裂褶皱较发育,而盆地内部构造相对简单,地层平缓,盆地自中生代以来,长期稳定发展,后期构造变动微弱。上三叠统延长组的沉积经历了湖盆由发生、发展、消亡的整个地史演化阶段,沉积了一套完整的进积—垂向加积—退积的沉积序列组成的砂泥岩地层,其自下而上包括第一段(长10油组)、第二段(长9、长8油组)、第三段(长7、长6、长4+5油组)、第四段(长3、长2油组)、第五段(长1油组)等5个岩性段、10个油层组[12-13]。

图1 研究区地理位置Fig.1 Geographic location of study area

鄂尔多斯盆地南部地区主要包括镇泾、彬长、旬宜、富县4个勘探区块,探区总面积13 129.6 km2(图1),据三次资源评价成果,探区石油资源量为10.69×108t,占盆地总资源量的12.45%,石油资源探明率仅2.36%。鄂南探区内延长组油气分布广泛,研究区油层主要分布在长4+5、长6、长8及长9油层组。

2 样品与实验

对研究区系统采集烃源岩和原油样品,每个区块根据构造及油藏分布特征进行取样,选取代表井,对重点层位密集取样,兼顾其他层位,样品分布情况见表1。

表1 不同类型烃源岩样品分布个数Table 1 Sample numbers of source rocks in different formation

样品测试工作在中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室和油气资源与探测国家重点实验室完成,主要开展了烃源岩样品的热解分析、有机碳和显微组分的测定,选择部分具代表性的样品进行氯仿沥青“A”萃取和族组分分离,并对饱和烃和芳烃馏分进行气相色谱-质谱分析。气相色谱-质谱分析采用Finnigan公司DSQ型GC-MS分析系统,色谱-质谱分析条件为:载气为99.9999%的氦气,进样口温度为300℃,传输线温度为300℃,色谱柱为HP-5MS弹性石英毛细柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),升温程序为初温50℃恒温1 min),20℃开始以20℃/min升温至120℃,以4℃/min升温至250℃,再以3℃/min升温至310℃,保持30 min,载气流速为1 mL/min,采用EI(70 eV)电子轰击方式,灯丝电流为100 μA,倍增器电压为1200 eV,全扫描。

3 烃源岩的生烃潜力及演化特征

鄂南探区延长组不同油层组烃源岩部分评价参数分布见表2,其中长7油层组烃源岩性质最好,长7油层组暗色泥岩,油页岩和碳质泥岩有机碳含量平均值分别为2.92%、12.90%和5.13%,生烃潜量参数S1+S2平均值分别为9.23、76.12和11.01 mg/ g,均达到很好的烃源岩标准,氢指数(IH)平均值分别为194、590和204 mg/g,其中油页岩有机质类型最好,次为暗色泥岩,碳质泥岩有机质类型最差,烃源岩均主要发育在成熟作用阶段；长4+5、长6、长8和长9油层组主要发育暗色泥岩,其有机质丰度均达到好的烃源岩标准,但有机质类型较差,烃源岩主要处于成熟作用阶段,比较而言,长6和长8和长9油层组烃源岩有机质丰度高于长4+5油层组烃源岩,有机质类型也稍好于长4+5油层组烃源岩。

表2 延长组不同油层组烃源岩评价部分参数分布Table 2 Distribution of some parameters used in source rocks evaluation from different oil zones in Yanchang formation

4 烃源岩及原油类型划分

4.1 烃源岩类型划分

鄂尔多斯盆地长庆探区关于烃源岩生物标志物特征方面的研究[14]主要根据C30重排藿烷含量区分不同类型烃源岩。研究表明,鄂南探区烃源岩中补身烷系列化合物,尤其8β(H)-补身烷和生烃潜力有着明显的相关性,能非常好地表征常规地化评价参数w(TOC)、S1+S2和氢指数。根据补身烷系列化合物和C30重排藿烷分布特征,结合Pr/Ph等其他生物标志物参数划分烃源岩和原油类型,并进行精细的油源对比。

根据Pr/Ph的分布特征,鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组烃源岩可划分为A、B两大类(图2),结合C30重排藿烷和8β(H)-补身烷的特征以及其他生物标志物参数,A类烃源岩又可细分为A1、A2、A3、A4四亚类(图2)。各亚类烃源岩生物标志物特征的差异主要为C30重排藿烷和8β(H)-补身烷相对含量(图3、4),其中A1类烃源岩C30重排藿烷含量很低,C30重排藿烷/C30藿烷小于0.3,8β(H)-升补身烷/8β(H)-补身烷＜2,8β(H)-补身烷含量较高,且高于8α(H)-补身烷含量；A2类烃源岩C30重排藿烷/C30藿烷为0.3～0.5,8β(H)-升补身烷/8β (H)-补身烷＜2,8β(H)-补身烷含量较高,但低于8α(H)-补身烷含量；A3类烃源岩C30重排藿烷/C30藿烷大于0.5,8β(H)-升补身烷/8β(H)-补身烷＜2,8β(H)-补身烷含量较高,但低于8α(H)-补身烷含量；A4和B类烃源岩C30重排藿烷/C30藿烷＜0.6, 8β(H)-升补身烷/8β(H)-补身烷＞2。

图2 鄂尔多斯盆地南部延长组各类烃源岩部分生物标志参数分布Fig.2 Distribution of some biomarker parameters of hydrocarbon source rocks in Yanchang formation of the southern Ordos Basin

图3 鄂尔多斯盆地南部延长组不同类型烃源岩C30重排藿烷分布特征Fig.3 Distribution characteristics of C30diahopane from different source rocks in Yanchang formation of the southern Ordos Basin

图4 鄂尔多斯盆地南部延长组不同类型烃源岩8β(H)-补身烷重排藿烷分布特征Fig.4 Distribution characteristics of 8β(H)-drimanes diahopane from different source rocks in Yanchang formation of the southern Ordos Basin

不同类型烃源岩分布上存在一定的差别,A1类烃源岩为油页岩,主要分布在各个区块的长7油层组；A2和A3类烃源岩岩性主要为暗色泥岩,其分布较为局限,其中A2类烃源岩主要分布在镇泾、旬宜和富县地区的长7油层组,A3类烃源岩主要发育在富县地区的长7油层组,以及旬宜和富县地区长8油层组；A4类和B类烃源岩分布较为广泛,全区各层位皆有分布,其中A4类烃源岩岩性为暗色泥岩,B类烃源岩岩性以碳质泥岩为主。

4.2 原油类型划分

参照烃源岩分类标准,可将研究区原油分为以下3种类型(图5)。3类原油重排藿烷含量存在明显的差别,其中第Ⅰ类油C30重排藿烷/C30藿烷值较低,为0.01～0.36,第Ⅱ油C30重排藿烷/C30藿烷值较高,为0.36～0.48,第Ⅲ类油C30重排藿烷/C30藿烷值最高,为0.64～3.53。3类原油8β(H)-补身烷含量均较高,且8β(H)-升补身烷/8β(H)-补身烷均小于2,Ⅰ类油8β(H)-补身烷含量高于8α(H)-补身烷含量,其他两类都低于8α(H)-补身烷含量。第Ⅰ类原油在研究区广泛分布,延长组各油层组几乎均有Ⅰ类原油,第Ⅱ、第Ⅲ类原油分布较为局限,第Ⅱ类原油主要分布在镇泾区块的长8油层组及富县地区的长6油层组；第Ⅲ类原油分布在旬宜地区的长6、长7油层组及富县的长9油层组。

图5 不同类型原油的部分生物标志物参数Fig.5 Distribution profile of characteristics of some biomarkers in different crude oils

5 油源对比

C30重排藿烷/C29降藿烷与Pr/Ph的相关图和8β(H)-升补身烷/8β(H)-补身烷与8β(H)-补身烷/8α(H)-补身烷的相关图(图6)表明,中生界原油与A4、B类烃源岩存在明显的差别,基本排除这两类烃源岩的油源贡献。从图7可以看出,研究区中生界Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类原油分别与A1、A2、A3类烃源岩有很好的相关性,表明这3类原油分别来源于这3类烃源岩。目前在研究区长8油层组的暗色泥岩和部分长7暗色泥岩都为A3类烃源岩,生物标志化合物分布特征对比(图8)表明,Ⅲ类原油的地球化学特征更接近于长7暗色泥岩。主要表现为:Ⅲ类原油和长7暗色泥岩中C30重排藿烷丰度均很高,但C30重排藿烷相对丰度低于C30藿烷,而长8暗色泥岩中C30重排藿烷相对丰度明显高于C30藿烷；Ⅲ类原油Pr/Ph及甾烷分布特征与长7暗色泥岩接近,而与长8黑色泥岩存在一定的差别,因此推测Ⅲ类原油主要来源于长7暗色泥岩。以上分析表明鄂南探区上三叠统延长组长7油页岩和长7暗色泥岩为有效烃源岩,其中油源贡献最大的是A1类烃源岩,即长7油页岩。

图6 鄂尔多斯盆地南部地区中生界原油与烃源岩中部分生物标志物参数Fig.6 Comparison of some biomarker parameters between crude oil in the Mesozoic and hydrocarbon source rocks in the southern Ordos Basin

图7 鄂尔多斯盆地南部地区中生界原油与A类烃源岩中部分生物标志物参数Fig.7 Comparison of some biomarker parameters between crude oil in the Mesozoic and type A hydrocarbon source rocks in the southern Ordos Basin

6 地球化学特征及识别标志

6.1 有效烃源岩地球化学特征

不同类型的烃源岩生烃潜力差异明显(表3), A1类有效烃源岩有机碳含量为3.9%～22.5%,平均值为12.9%,S1+S2为27.1～120.1 mg/g,平均值为76.1 mg/g,为很好的烃源岩；A2类有效烃源岩有机碳含量为1.8%～5.9%,平均值为3.7%,S1+ S2为6.0～32.9 mg/g,平均值为16.5 mg/g,为很好的烃源岩；A3类有效烃源岩有机碳含量为2.1%～4.9%,平均值为3.6%；S1+S2为8.1～16.2 mg/ g,平均值为11.6 mg/g,也达到好的烃源岩标准；A4类和B类烃源岩也具有较好的生烃潜力,为研究区一套潜在烃源岩。

A1类有效烃源岩的有机质类型最好,以Ⅰ型为主,A2,A3类有效烃源岩有机质类型以Ⅱ1为主(图9)。A4类和B类烃源岩有机质类型以Ⅱ2和Ⅲ型为主。A类有效烃源岩显微组分的壳质组和矿物沥青组分含量占全岩显微组分的70%以上(图10),达到了好或较好的评价标准,且Ro普遍大于0.6%,已进入大量生烃阶段。A4、B类烃源岩显微组分中壳质组和矿物沥青组分含量低于全岩显微组分的60%。

图8 Ⅲ类原油与长8暗色泥岩和长7泥岩的生物标志化合物Fig.8 Biomarker comparison of crude oil in typeⅢand dark mudstone in Chang 8 formation, and comparison of crude oil in typeⅢand dark mudstone in Chang 7 formation

表3 不同类型烃源岩有机质丰度分布特征Table 3 Distribution characteristics of organic matter abundance in different source rocks

A类(包括A1,A2和A3类)有效烃源岩烃源岩生物标志物主要具有如下特征(图11):正构烷烃碳数分布特征呈单峰态前峰型,Pr/Ph值为0.79～1.29,伽马蜡烷、β-胡萝卜烷含量都很低,表明该类烃源岩形成于还原到弱还原的淡水-微咸水环境中；ααα20RC27、ααα20RC28、ααα20RC29甾烷相对含量主要呈近“V”型或“L”型分布,表明其生源输入中藻类等水生生物的贡献较大；重排甾烷/规则甾烷分布在0.05～0.14,A1类五环三萜烷烃类化合物中C30藿烷丰度最高,C30重排藿烷含量很低,C29降藿烷含量中等—较高,Ts含量低于或接近于Tm； A2、A3类C30重排藿烷含量从较低到很高都有分布。重排藿烷分布特征表明A1类烃源岩发育于更加偏还原的环境；成熟度参数Ts/(Ts+Tm)值为0.44～0.79,C31升藿烷22S/(22S+22R)值介于0.54～0.58,C29甾烷ααα20S/(20S+20R)值介于0.42～0.47,C29甾烷ββ/(ββ+αα)值介于0.45～0.59,表明烃源岩处于低熟—成熟阶段。

图9 不同类型烃源岩有机质类型Fig.9 Organic matter type in different source rocks

图10 鄂尔多斯盆地不同类型烃源岩显微组分相对含量Fig.10 Relative content of macerals in different source rocks in Yanchang formation of the southern Ordos Basin

图11 鄂南地区地部分有效烃源岩饱和烃质量色谱Fig.11 Saturates mass chromatogram of effective source rocks in the southern Ordos Basin

6.2 有效烃源岩识别标志

不同类型的烃源岩生物标志物特征的差异主要体现在C30重排藿烷和8β(H)-补身烷含量不同,而它们的差异主要反映了烃源岩沉积环境的差别,影响烃源岩的品质,因此可以主要通过这两个生物标志物参数区分不同类型的烃源岩。

不同类型的烃源岩的生烃潜力存在差别,对应的常规地球化学评价参数w(TOC)、S1+S2、IH、(S1+ S2)/w(TOC)以及显微组分存在明显的区分度。

烃源岩含有丰富的有机质,地层中铀含量与有机质含量有一定的正相关关系,因此其放射性较高,自然伽马测井值比一般非烃源岩的高；富含有机质的泥岩层,由于导电性较差的干酪根和油气的出现,其电阻率总是比不含有机质的同样岩性的地层电阻率高；由于有机质的密度较小而黏土质矿物的骨架密度相对较大,因此当烃源岩取代岩石骨架时就会使地层密度减小；地层中含有机质或油气时由于干酪根(或油气)的声波时差大于岩石骨架声波时差,就会造成地层声波时差增加,,这些烃源岩的物理性质是建立烃源岩电性参数识别标志的理论基础[15-18]。

因此据以上三点可以建立有效烃源岩的生物标志物参数、常规地球化学评价参数、测井电性参数三级识别标志(图12、表4)。

通过常规地化参数和电性参数之间建立的相关性来看(图13),由于研究区的电阻率影响因素较多导致相关性不明显,导致用传统ΔlogR法建立的w (TOC)计算公式相关系数较低；w(TOC)及IH与GR、Δt、CNL的相关性较好,故可采用GR、Δt、CNL等电性参数值作为自变量,通过三元回归分析的方法建立对应计算公式:w(TOC)计算=0.0177GR+0.0405AC+0.0855CNL-12.0619,R=0. 82； IH计算=0.6799GR+3.7072AC+4.2917CNL-908.4873,R=0.85.

图12 不同类型烃源岩典型参数相关图Fig.12 Correlation diagram of typical parameters in different source rocks

图13 不同类型烃源岩w(TOC)、IH与测井电性参数Fig.13 Correlation diagram of w(TOC),IHand log electrical parameters in different source rocks

图14 计算w(TOC)、IH与实测w(TOC)、IH相关图Fig.14 Correlation diagram of calculated w(TOC)and IHwith measured ones

表4 延长组不同类型烃源岩识别标志Table 4 Identification marks of different types of source rocks in Yanchang formation

应用上述公式计算镇泾地区部分采样点的w (TOC)、IH,并与实测w(TOC)、IH进行对比(图14),发现二者基本吻合。

本次研究中没有发现能与油样具有较好亲缘关系的长9烃源岩(皆为A4类或者B类)。从建立的有效烃源岩电性标准识别出的长9可能存在的有效烃源岩来看,它的厚度相比长7油层组非常薄,平面分布也非常局限,说明长9烃源岩即使存在油源贡献也是少量的,远少于长7油页岩的油源贡献,即鄂尔多斯盆地南部镇泾地区延长组深层长9原油主要来源于长7油页岩。对于鄂尔多斯盆地南部整个探区,富县区块因最毗邻延安—志丹地区长9生烃中心,长9油层组存在具有油源贡献的烃源岩的可能性最大。

7 结 论

(1)鄂南探区烃源岩中补身烷尤其8β(H)-补身烷相对含量与烃源岩的生烃潜力有着十分明显的影响,与烃源岩品质之间具有正相关性,结合常用的由C30重排藿烷相对含量划分烃源岩和原油类型进行油源对比具有较好的适用性,不同类型烃源岩生物标志物特征,生烃潜力及测井电性特征差异明显。

(2)延长组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类原油分别与A1、A2、A3类烃源岩有很好的相关性,表明这3类原油分别来源于这3类烃源岩,即鄂尔多斯盆地南部地区延长组长7油页岩和长7暗色泥岩为有效烃源岩,其中油源贡献最大的为A1类烃源岩,即长7油页岩。

(3)根据有效烃源岩生物标志化合物和常规地球化学特征建立了延长组有效烃源岩的生物标志化合物-常规地化-电性三级识别标志,即8β(H)-升补身烷/8β(H)-补身烷＜2,w(TOC)＞1.6%,S1+S2＞4 mg/g,IH＞170 mg/g,GR＞120 API,Δt＞260 μs/m, RT＞18 Ω·m,CNL＞27%,根据地化参数与电性参数之间的相关性建立了w(TOC)及IH的测井计算公式,从而实现了从有限岩心的地球化学信息到全区全井段测井信息的衔接。

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(编辑 刘为清)

Geochemical features and identification marks for efficient source rocks of Yanchang formation in southern Ordos Basin

DENG Nan-tao1,2,ZHANG Zhi-huan1,2,BAO Zhi-dong1,2,WANG Fu-bin3,
LIANG Quan-sheng4,LI Wen-hao1,2,LU Chen3,ZHAO Shuang-feng1,2,LUO Meng-jiao1,2

(1.College of Geoscience in China University of Petroleum,Beijing 102249,China；
2.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting in China University of Petroleum,Beijing 102249,China；
3.China Petroleum and Chemical Company Limited,north China branch,Zhenzhou 450006,China；
4.Research Institute of Shanxi Yanchang Petroleum(Group)Company Limited,Xiıan 710075,China)

Based on the analysis of the precise biomarker characteristics,type classifications and comparison of crude oil and source rocks,the effective source rocks of Yanchang formation in southern Erdos Basin were considered to be oil shale and mudstone in Chang 7.The identification mark of biomarker-normal geochemical evaluation-log electrical parameters in Yanchang formation of upper Triassic in southern Erdos Basin was established according to the geochemical characteristics and logging characteristics.The parameters are as follows:8β(H)-homodrimane/8β(H)-drimanes＜2,w(TOC)＞1.6%,S1+S2＞4 mg/g,IH＞170 mg/g,GR＞120 API,Δt＞260 μs/m,RT＞15 Ω·m,CNL＞27%.Logging calculation formula of w (TOC)and IHwas established according to the correlation of geochemical parameters and electrical ones,which has realized the cohesion of geochemical information of limited core to the whole interval logging information.

southern Ordos Basin；biomarkers；geochemical characteristics；oil-source correlation；effective hydrocarbon source rocks；identification marks

P 618

A

1673-5005(2013)02-0135-11

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.02.023

2012-08-13

国家重大专项(2011ZX05002-001-003)；中国石化科研专项(G13KJ-11-ZS-QT-ZJ-0005)

邓南涛(1983-),男,博士研究生,主要从事油气成因机制与分布预测研究。E-mail:dengnt2009@vip.qq.com。