沾化凹陷罗家地区沙三下亚段页岩地球化学特征及其评价

2016-05-12李一贤

石油天然气学报 2016年3期

关键词：生油显微组分济阳

李航，陈波，李一贤

1非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学)，长江大学地球科学学院，湖北武汉2长江大学地球科学学院，湖北武汉

沾化凹陷罗家地区沙三下亚段页岩地球化学特征及其评价

李航1，陈波1，李一贤2

1非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学)，长江大学地球科学学院，湖北武汉2长江大学地球科学学院，湖北武汉

Received: Apr. 15th, 2016; accepted: Jun. 21st, 2016; published: Sep. 15th, 2016

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http://dx.doi.org/10.12677/jogt.2016.383023

通过对有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度的特征进行详细研究，综合分析了沙三下亚段(Es3L)页岩地球化学特征并对其进行了评价。研究结果表明，在有机质丰度上，Es3L页岩总有机碳质量分数(w(TOC))和氯仿沥青“A”(w(“A”))质量分数均较高，是页岩油的主要富集层位；在有机质类型上，有机质显微组分和热解烃质量分数w(S2)～w(TOC)线性回归均表明Es3L页岩有机质类型为I型，具有较好的生油潜力；在有机质成熟度上，镜质体反射率和最高热解峰温均表明Es3L页岩中的有机质处于成熟阶段，正在大量生油。

有机质丰度，有机质类型，有机质成熟度，沙三下亚段，沾化凹陷

1. 地质概况

沾化凹陷是济阳坳陷中的一个凹陷，位于东北部，在渤海湾盆地构造单元的划分中，属于三级构造单元。沾化凹陷为一个轴向呈北东–南西向的箕状凹陷，先后历经了燕山运动和喜马拉雅运动，凹陷结构具有北断南超、东西双断、凹凸相间的特点(图1)。凹陷内部主要发育1个凸起(孤岛凸起)及3个次级洼陷(渤南洼陷、孤北洼陷、孤南–富林洼陷) [1]-[5]。凹陷面积约2.8 × 103km2，平面上呈喇叭状延东向撒开，同时向南端收敛[6]。

罗家地区位于罗家鼻状构造带上，该地区钻探有罗 69井和罗 67井。区内沙三下亚段(Es3L) (2909.5～3129.5 m)沉积于强烈断陷期的深湖环境，其暗色泥页岩以纹层状、层状页岩为主，“南薄北厚”的特征十分明显，暗色泥页岩在沾化凹陷的厚度在300 m以上[7]-[10]。

2. 页岩地球化学特征

2.1. 有机质的丰度

根据页岩油气资源分级评价标准[11]，结合总有机碳质量分数(w(TOC))、氯仿沥青“A”质量分数(w(“A”))和溶解烃质量分数(w(S1))将研究区的页岩油储层划分3个等级，依次为富集层、低效层和无效层，具体划分标准见表1。

沾化凹陷Es3L页岩样品的w(TOC)介于0.91%～6.76% (平均3.3%) (图2)，w(“A”)介于0.3482%～2.1422%之间(平均0.9729%)。结合表1页岩油层等级划分标准，表明区内Es3L页岩有机质丰度较好，属于页岩油富集层。但所测试w(S1)介于0.28～3.19 mg/g (平均1.7 mg/g)，综合评价为页岩油低效储层，与前者结论不符。通过调研前人研究成果，对济阳坳陷的地层水、碳同位素和生物标志化合物等资料进行综合分析，表明区内页岩油进行了较为明显的初次运移，且运移距离较长[12] [13]，导致w(S1)相对偏低。

Figure 1. Framework for secondary structural units in the Zhanhua Sag图1. 沾化凹陷次级构造单元格局图

2.2. 有机质的类型

2.2.1. 显微组分分析法

通过对Es3L页岩样品进行透射光–荧光干酪根显微组分鉴定可知，研究区的干酪根由腐泥组、壳质组和镜质组3部分构成，不含惰质组。其中，腐泥组体积分数最高，介于96.3%～99.7% (平均98.45%) (图3)。通过计算，其类型指数范围为93.6～99.4 (平均97.4)，以I型干酪根为主，有机质类型较好，生油潜力巨大。

2.2.2. 线性回归分析法

基于岩石热解分析数据，Landford等提出以热解烃质量分数w(S2)～w(TOC)线性回归曲线的斜率来划分源岩有机质类型，即在w(S2)～w(TOC)交会图上，斜率 ≥ 7的区域为I型干酪根，斜率位于2～7之间的为Ⅱ型干酪根，斜率 ≤ 2的为III型干酪根。

但中国陆相生油具有一定的特殊性，因此将干酪根类型再细分为4类，即将原有的II型干酪根进行二分，斜率在5～7之间为II1型，斜率在2～5之间为II2型。区内Es3L页岩样品点全部落在该交会图(图4)的I型干酪根区域，与显微组分分析法得出的结论相一致。

Figure 2. The w(TOC)distribution for the Es3Lshales in Zhanhua Sag图2. 沾化凹陷Es3L页岩有机质w(TOC)分布

Figure 3. Average volume factor of microscopic components of the Es3Lshales in Zhanhua Sag图3. 沾化凹陷Es3L页岩显微组分平均体积分数

Table 1. Classification of the shale oil layers表1. 页岩油层等级划分

2.3. 有机质成熟度

沾化凹陷 Es3L页岩样品在室温为 23℃、湿度为 30%的检测环境下，测得镜质体反射率(Ro)分布在0.7%～0.93%，集中分布于0.7%～0.75%，平均为0.84% (图5)；最高热解峰温(tmax)分布于441℃～447℃ (平均为443.3℃)。表明区内页岩处于成熟演化阶段，正处于生油的高峰期。

Figure 4. Plot of w(S2)～w(TOC)content of Es3Lshales in Zhanhua Sag图4. 沾化凹陷Es3L页岩w(S2)～w(TOC)交会图

Figure 5. Organic maturity distribution of the Es3Lshales in Zhanhua Sag图5. 沾化凹陷Es3L页岩有机质成熟度分布

3. 结论

1) 沾化凹陷Es3L页岩w(TOC)与w(“A”)较高，均达到了富集层的标准。但w(S1)相对较低，可能是页岩油初次大范围的运移所造成。

2) 利用有机质显微组分和w(S2)～w(TOC)线性回归2种方法相互印证，区内Es3L页岩有机质类型为I型，具有较好的生油潜力。

3) 区内Es3L页岩的Ro平均为0.84%，tmax平均为443.3℃，均表明有机质处于成熟演化阶段，正在大量生油。

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Geochemical Characteristics of Shale in the Es3Lof Shahejie Formation in Luojia Area of Zhanhua Sag and Its Evaluation

Hang Li1, Bo Chen1, Yixian Li2
1Hubei Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas (Yangtze University), School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan Hubei2School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan Hubei

The geochemical characteristics of shales in Es3Lof Zhanhua Depression were studied and evaluated through analyzing the abundance, type and maturity of the organic matter in detail. Study indicates that the Es3Lshales provide main accommodation for oil, which is evidenced by high mass factors of w(TOC) and chloroform bitumen w(“A”). The Es3Lshales are dominated by Type I Organic Matter; they are high oil-generating potential, which is evidenced by the microscopic components and the w(TOC) linear regression for w(S2) (pyrolysis hydrocarbon). The organic matter of the Es3Lshales is so mature that they can generate a large volume of oils, which is illustrated by the vitrinite reflectance and the highest thermal pyrolysis peak temperature.

Organic Abundance, Organic Type, Organic Maturity, Es3Lof Shahejie Formation, Zhanhua Sag

李航(1992-)，女，硕士，现从事非常规油气方面的研究与学习。

2016年4月15日；录用日期：2016年6月21日；发布日期：2016年9月15日

文章引用: 李航, 陈波, 李一贤. 沾化凹陷罗家地区沙三下亚段页岩地球化学特征及其评价[J]. 石油天然气学报, 2016, 38(3): 35-40. http://dx.doi.org/10.12677/jogt.2016.383023