常 通，程开虎，白 栋，解 楠

(1.西安石油大学 a.地球科学与工程学院；b.陕西省油气成藏地质学重点实验室， 西安 710065；2.中陕核工业集团214大队有限公司，西安 710054)

小草湖次凹前人(姜振学、刘俊田、王波和李斌等人)经过多年钻井研究表明西山窑组煤系烃源岩层发育，J2X暗色、炭质泥岩和煤岩评价结果分别为中等、中等、差烃源岩，泥岩为Ⅱ2—Ⅲ型，煤干酪根为Ⅲ型；该区古地温梯度为3.61℃/100m，高古地温梯度造成上述两组煤系烃源岩演化程度高[1]；该区发育岩性、构造和岩性-构造油气藏，主要受断层和岩性控制[2]．虽然前人应用多种方法对台北凹陷小草湖油气资源评价，但随着疙瘩台和红台构造带油气勘探程度和认识不断提高，对该区再次预测资源量是十分必要的，同时能够增加对该区未开发的山前带的认识．本文将应用烃源岩评价常规方法对烃源岩进行研究，采用ΔlogR法[3-4]对烃源岩纵向评价提取有效烃源岩厚度，进而绘制有效烃源岩平面展布图计算生烃强度，依托所绘制小草湖地区的TOC、Ro、生烃强度分布图进行叠合构图确定有利生烃区面积，进而对小草湖资源量再评价，同时对勘探有利区进行预测．

1 区域地质概括

小草湖次凹地区处于吐哈盆地吐鲁番坳陷台北凹陷东部，区块西部紧邻四十里大墩—协作，北部靠巴里坤山和博格达山，东部是十三间房地区．该探区横向长度约65 km，面积共2.2×103km2[2]，小草湖次凹属台北凹陷东部一部分，因此在印支、燕山和喜山期这三期经历了相同的构造运动和沉积演化，探区分三个二级构造带由西向东分别为小草湖、疙瘩台和红台构造带(图1)．钻井资料得出研究区侏罗系在研究区内沉积厚度大且发育完整，且为研究区最重要的一套生储盖组合，其中西山窑组为重要的一套烃源岩层，其分布较为稳定，地层厚度变化平缓、地层岩性在横向上较为连续．

图1 研究区位置图

2 地球化学特征

泥岩和煤为烃源岩提供生成油气的物质基础，而能否成为烃源岩，就要依靠煤系烃源岩的评价标准进行判别[5-6]，本文采用陈建平等人提出的煤系烃源岩评价标准对探区内红台1、疙1、草南2、红台3井和大步2井等重点井西山窑组岩样共97个，对其烃源岩地球化学特征进行分析．

2.1 有机质丰度及类型

西山窑组泥岩TOC范围0.32～8.37%，均值1.87%；S1+S2范围2.75～21.42%，均值8.05 mg/g；氯仿沥青“A”介于0.00769～0.8103‰，均值0.1434‰；综合评价泥岩为中等—好烃源岩．炭质泥岩(大步2、红台1)TOC范围5.55～37.8%，均值14.10%；S1+S2范围10.93～77.77%，均值为29.53 mg/g，综合评价炭质泥岩为中等—好烃源岩．煤(大步2、红台1、3)TOC范围36.7～45.1%，均值39.5%；S1+S2范围41.1～108.96%，均值66.45%；氯仿沥青“A”介于0.295～0.8103‰，均值0.0.3888‰；综合评价煤为差烃源岩．

干酪根碳同位素(δ13C)反映生源构成和性质．Ⅰ型、Ⅱ1型Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根δ13C范围分别<-28‰、-28‰～-26‰、26‰～-24.5-‰和>-24.5‰．探区泥岩烃源岩干酪根碳同位素分布范围为-25.53～-23.2‰，煤岩在-22.4～-22‰(图2)，干酪根类型泥岩为Ⅱ2—Ⅲ型，煤为Ⅲ型．

图2 小草湖地区干酪根碳同位素分布图

2.2 有机质成熟度

在机质类型和丰度确定的基础上，有机质成熟度是烃源岩能否有效生烃必要条件[7-9]．通过应用Barker(1990)提出的换算公式，能够将各井水西沟群Ro数据直接换算为最大古地温，根据计算出的古地温可得到古地温梯度．根据已计算出数据质量较高的三口井整体进行线性拟合，回归出最大古地温梯度在3.8℃/100m(图3)，比前人(刘俊田，2007)研究认为还要高0.2℃/100m，而现今地温梯度为2.94 ℃/100m(任战利等，1999，高古地温梯度有助于提高成熟度，因此沉积中心边缘的疙1井显示西山窑组1 600 m时Ro已经接近0.7%，所以本文认为在沉积中心内2 200 m时Ro为0.6%时达到成熟阶段，达到生烃门限(图3),探区内西山窑组实测Ro在0.55～0.93%，均值为0.71%，探区整体处于成熟阶段．

图3 有生烃利区Ro下限判断图

3 ΔlogR法烃源岩评价

1979年埃克森(Exxon)和埃索(Esso)公司首创ΔlogR技术，该技术是适用于碳酸盐岩和碎屑岩的技术，并依靠测井曲线特征识别和计算烃源岩岩层TOC的一种方法[10]．为了精确选取生烃强度参数(TOC)及有效烃源岩厚度提取，本文利用ΔLogR技术进行计算TOC并进行评价；评价采用陈建平等提出划分方案[11]．

计算公式如下：

式中：ΔlogR为间距在对数电阻率坐标上的读数；R为电阻率；Δt为传播时间；R基为基线对应的电阻率；Δt基为基线对应的传播时间；CTOC为计算的有机碳含量；Ro为镜质体反射率．

本文对西山窑组一二段、三四段分别选取基线，使得基线参数精度高，去除砂岩和煤层的测井数据，能够避免非泥岩层对计算结果的影响，Ro以各井实测值为准，之后对探区重点井位泥岩分别进行TOC计算．以红台1井西山窑组计算结果为例，从计算结果图中看出红台1井10个实测TOC值基本落在计算TOC值曲线附近(图4)，其相关系数高达0.9190(图5)，其平均误差17%，在有效范围(20%)内，中等烃源岩(陈建平对煤系烃源岩评价划分方案：TOC>1.5%)以上厚度为173 m占泥岩比例高达65%；同时计算了疙14、红台13、红台2井、大步2井等重点井，计算效果良好.说明该方法可靠，能够适用于整个探区．根据计算结果选取每口井西山窑组TOC代表值绘制TOC预测分布图(图5)．

图4 红台1井西山窑组TOC预测及评价结果图

图5 红台1井误差分析图

4 有效烃源岩展布特征

探区内西山窑组为最主要的烃源岩层之一．J2x煤系烃源岩为三类：暗色泥岩、炭质泥岩和煤．统计各井有效泥岩厚度和煤岩厚度并绘制其展布图(图6)，由图6得西山窑组有效泥岩介于50～500 m，由重矿物分析的J2x沉积期主要以南部物源为主，山前带发育滨浅湖-沼泽相，可知西山窑组煤系烃源岩在探区中部以北带较发育，所以在山前带西北部的沉积中心预测其厚度可达到600 m(图6)；煤层厚度介于10～90 m(图6)，疙1和红台8钻井J2x煤层显示厚度分别达94 m、74 m，且煤层在小草湖洼陷分布均较为稳定并作该组标志层；红线以北为沉积中心范围，西山窑组泥岩和煤西北向变厚且埋深变深．

图6 J2x有效泥岩和煤岩厚度展布图

5 生烃强度计算

计算生烃强度能够定量分析和判断烃源岩的生烃能力强弱[12]，并为下一步圈定有效生烃面积提供依据．生烃强度公式如下：

Q生=H·ρ·C·g

式中，Q生—生烃强度，kg/km2；H—泥、煤厚度，m；C—总有机碳含量，%；ρ—烃源岩密度，g/m3；g—产烃率，mg/gTOC．

上述公式参数中有机碳(TOC)为各井实测值为准，有效泥岩厚度、煤厚结合探区西山窑组钻井显示厚度及有效烃源岩展布图选定(图6)，泥岩和煤密度分别为2.3g/m3、1.42g/m3；选取生烃率参数：根据前人(郭贵安等，2005)对吐哈盆地台北凹陷侏罗系煤和煤系泥岩烃源岩生烃演化模拟实验研究得到的有机质生烃演化模式[13]，其产烃率参数如下表1，

表1 煤和煤系泥岩油气产率(据郭贵安)

已计算研究区各井西山窑组的煤和泥岩的生油、气强度加起来为西山窑组生烃强度并绘制该组生烃强度分布图(图6，黑线)，由图中可得研究区西山窑组生烃烃强度介于10×108～70×108kg/km2；在沉积中心红台9计算结果高达68.7×108kg/km2，最南部跃1井仅10.5×108kg/km2，明显看出探区向沉积中心方向有效泥岩厚度和TOC越大使得西山窑组有效生烃强度越大(图6，黑线)，探区该组生烃强度向西北向呈条带状变大，在沉积中心为最大．

6 资源潜力评价

本文采用热压模拟—生聚法对小草湖资源量再评价．资源量评价公式如下：

Q资源=S·Q生·γ

式中Q资—资源量，108t；γ—油气运聚系数．S—探区内西山窑组有利生烃面积，km2；Q生—生烃强度值108 t/km2；

6.1 有利生烃区预测及运聚系数

有上述公式显示，还需确定有利生烃面积及油气聚系数．油气运聚系数选用袁明生(2001)对台北凹陷资源量预测时所用其参数．运聚系数如下表(表2).

表2 小草湖地区运聚系数选取(袁明生2001)

要有利生烃面积首先要对有利生烃区预测，之后通过Geomap对井位拾取定位点计算面积.本文厘定泥岩厚度、TOC、Ro和生烃强度四个考虑因素的下限进行有利生烃区预测．从烃源岩薄厚角度分析，综合国内外评价标准将优质烃源岩厚度下限定位为40 m[14]；成熟度角度在精细绘制Ro分布图的基础上[15-16]，上述有机质成熟度分析认为Ro为0.6%时达到成熟阶段，因此Ro=0.6%为成熟度下限；黄第藩等(199)煤系烃源岩划分方案中将TOC>1.5%为中等烃源岩，因此机碳预测分布图(图6，紫色线)以TOC=1.5%为下限；探区南部疙1、2井、红台2、13、304、13井西山窑组日产油气达到工业油气流，这几口井生烃强度均在25×108kg/km2左右；因此小草湖有利生烃区评价参数下限为下表(表3)．由于有效泥岩烃源岩分布广范围大，在跃1井以北泥岩厚度均大于50 m，因此只将TOC、Ro和生烃强度分布图进行叠合成图寻找有利生烃区(图7)．

表3 小草湖有利生烃区评价参数

有利生烃区预测区南边界在有井区域以生烃强度>25×108kg/km2为主，无井区域三者结合确定，北边界为博格达山和巴里坤山；图中明显跃1井以北满足Ro>0.6%；疙1、2井和以北TOC>1.5%，结合生烃强度>25×108kg/km2，最终得西山窑组有利生烃区预测区域即浅黄色区域，其面积分别为986 km2．

6.2 资源预测结果分析及有利区预测

本文计算的泥岩和煤生油气预测资源量结果如下表(表4)．泥生油资源量为39.01～65.3(106t)，煤生油为27.4～41.1(106t)；泥生气234～351(108m3)，煤生气30.2～50.6(108m3)；因此西山石油总预测资源量为66.05～106.4(106t)，天然气为254～401(108m3)．石油总资源量与“北方侏罗系项目部”测算结果相近，但天然气总资源量计算结果最高和最低值值较前人均高48.3%左右．

图7 小草湖地区J2x有利生烃区预测图

表4 小草湖地区西山窑组资源量预测对比表

大步1、2井在25×108kg/km2范围内，但在大步1井由于断层活动，水西沟群缺失，未形成圈闭条件，大步2井水西沟群埋藏深，烃源岩条件较优越，但未发现油气藏，只在下侏罗统统见油气显示．失利原因分析：古构造位置位于小草湖次凹的东北部，不在油气运移的优势通道上，圈闭条件不发育，本地烃源岩难易形成有效聚集．现今疙瘩台和红台构造带西山窑组均达到工业油气流，其生烃强度范围25～50×108kg/km2，而在探区西北部生烃强度均高于60×108kg/km2，烃源岩成熟度高，有效烃源岩厚度大于400 m，构造位置处优势运移通道上，近东西向断层较为发育并能够使油气运移及油气封堵，更有利于油气藏的形成，预测的天然气资源量较前人更为丰富；且该组砂岩较厚储层发育，西山窑组顶面发育滨浅湖相泥岩，在全区发育较为稳定可做盖层(姜在兴).因此，认为小草湖地区西北部将是下一步天然气勘探重点区域．

7 结论

(1)西山窑组泥和煤岩分别介于50～600 m、10～90 m；西山窑组暗色泥岩和炭质泥岩评价分别为中等-好、好，煤为差烃源岩；泥岩和煤机质类型分别为Ⅱ2-Ⅲ型、Ⅲ型；古地温梯度高，Ro为0.6%时处于成熟阶段，达到生烃门限．

(2)西山窑组生烃烃强度介于10～70×108kg/km2，石油总预测资源量为66.05～106.4(106t)，天然气为254～401(108m3)．综合分析、研究认为，小草湖地区西北部有效烃源岩较厚，预测油气资源丰富，断层发育，构造位置处于优势运移通道，因此可以将该区作为下一步天然气勘探重点区域．