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确定有效烃源岩有机质丰度下限的一种新方法——以鄂尔多斯盆地陇东地区上三叠统延长组湖相泥质烃源岩为

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2012年3月 第27卷第2期 西安石油大学学报(自然科学版) Journal of Xi &t-_tShiyou University(Natural Science Edition) Mar.2012 V01.27 No.2 文章编号:1673-064X(2012)02-0022-05 确定有效烃源岩有机质丰度下限的一种新方法 ——以鄂尔多斯盆地陇东地区上三叠统延长组湖相泥质烃源岩为例 高岗 ,柳广弟 ,付金华 ,姚泾利 (1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249; 2.长庆油田公司勘探开发研究院,陕西西安710021) 摘要:以鄂尔多斯盆地陇东地区三叠系上三叠统延长组长4+5、长6、长7和长9段暗色泥岩为例, 利用有机碳与氯仿沥青“A”转化率、热解有机质相对生烃量(In =S /w(TOC),%)的关系,建立了 适合研究区的湖相有效泥质烃源岩的有机质丰度下限值.热解S 和氯仿沥青“A”含量代表烃源岩 中的已生烃量,在不排烃情况下,随有机碳含量增加而增大,当其减小时则表明有烃类的排出.代表 有机质相对生烃量的热解参数, 和沥青转化率( (A)/w(TOC),%)随有机碳含量增加而开始降 低的转折部位对应的有机碳含量即为有效烃源岩的下限值,研究区的有机碳质量分数为1.1%,相 应的热解s +s 下限值为2.2 mg/g,氯仿沥青“A”质量分数下限值为0.03%,总烃质量分数下限值 为150×10~.该下限值主要适合于研究区湖相有效烃源岩的识别,不同含油气盆地不同层段的有 效烃源岩有机质丰度下限值应根据相应的分析数据加以确定. 关键词:有效烃源岩;有机质丰度下限;生烃转化率;鄂尔多斯盆地;陇东地区 中图分类号:TE122.1 文献标识码:A 究 ,是主要油源岩,长4+5、长6和长9段暗色 有效烃源岩是指能够生成并排出烃类而形成工 业油气藏的烃源岩 ,是油气藏形成的第一地质 条件 ],但烃源岩的有效性一直是烃源岩评价的难 点 ].烃源岩有效性的最直接证据就是油源对 比 ],但这只是定性对比,难以作出定量评价.一 泥岩能否成为有效烃源岩还存在争论.本文以该区 上三叠统延长组长4+5、长6、长7和长9段暗色泥 岩有机质丰度与生烃转化率的关系为例,来确定相 应层段有效湖相泥质烃源岩的有机质丰度下限值. 般主要依据单位质量岩石残余有机碳含量、氯仿沥 青“A”含量、总烃含量和热解s +s:绝对值评价烃 源岩的优劣 。 ,有机质丰度下限值很少与已经排 出的烃量相关,因而难以表明排烃特征.因此,在确 1有效烃源岩有机质丰度下限的意义 烃源岩是能够生成油气的岩石,但如果仅有油 气生成而无油气排出,则对常规油气藏的形成没有 意义.作为有效烃源岩,最基本的要求就是要有生成 的油气排出.根据现代油气生成理论,烃源岩在不同 定烃源岩的有效性时,必须同时考虑残留烃含量和 生烃转化率特征.陇东地区位于鄂尔多斯盆地西部 的甘肃省境内,区内上三叠统延长组长4+5段、 长6段、长7段和长9段均有暗色泥岩发育,其中长 7段作为烃源岩的主要发育层段已进行了长期研 演化阶段都可以生成一定量油气.对单位质量烃源 岩所进行的氯仿沥青“A”含量分析的结果代表残余 收稿15t期:2011—12-02 基金项目:中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司项目(编号:KT2009—1O) 作者简介:高岗(1966一),男,副教授,博士,主要从事油气地质与勘探研究.E—mail:gaogang2819@sina.com 高岗等:确定有效烃源岩有机质丰度下限的一种新方法 一23一 的已生烃量,如果烃源岩没有烃类排出,则这些烃量 就代表已生烃量;如果发生了排烃,则代表排烃之后 残留的烃量.假定某套烃源岩的地化与成烃特征基 本一致,当没有发生排烃时,残留烃含量应该随 TOC含量增加而增大,二者呈很好的正相关关 系 .烃类要从烃源岩中排出,应该满足的基本条 件是生烃量高于饱和吸附量.对于一定的烃源岩来 说,饱和吸附量应该基本稳定,而生烃量与TOC含 量成正比. 增大,样品所占百分数减少.不同层段统计显示, 长7段相对高值的有机碳含量和热解Is,+s 数据最 多,其次为长6段,再次为长4+5段,长9段相对高 值较少.各层段泥岩氯仿沥青“A”和总烃质量分数 分布范围较大,氯仿沥青“A”质量分数最高接近 1.8%(长7段),多数都在O.1%以上;总烃质量分 数最高接近12 000×10 (长7段),很多都在500× 10 以上(图2和表1).不同层段氯仿沥青“A”和 这样,在相近情况下,当TOC含量达到一定值 总烃含量也以长7段高值多、长4+5和长6段相对 高值较多、长9段总体偏低为特征. 后,生烃量满足饱和吸附,多余的烃类才能排出.一 定的烃源岩在一定条件下正好满足吸附烃量对应的 TOC含量,即为有效烃源岩的有机碳含量下限值. 可见,仅达到TOC含量下限值的烃源岩只是正好满 足临界排烃条件,好的烃源岩的有机质丰度应该高 于下限值,越高越好.但是目前还没有一个很好的、 令人信服的用于确定这样一个下限值的方法.鄂尔 多斯盆地上三叠统延长组以湖相烃源岩为主,不同 层段烃源岩特征基本稳定,主要处于成熟演化阶 段_l ,适合进行有效烃源岩有机质丰度下限的研 究¨ .主要依据已生烃量与TOC含量变化的关系 以及排烃与残留烃的关系探讨有效烃源岩有机质丰 度下限值. 图1泥岩有机碳质量分数一热解S。+S:关系 Fig.1 Relation of TOC content witlI pyrolysis Sl+S2inmudstones 2烃源岩基本有机地球化学特征 研究区上三叠统延长组不同目的层段的泥岩有 -. ^ 、鳗 蹈 一 机质丰度有一定差别(图1、表1),有机碳含量和热 解参数变化范围较大(图1、表1).有机碳最高质量 分数超过10%,其中长7段油页岩有机碳质量分数 最高接近40%,但其一般泥岩有机碳质量分数主峰 主要介于0.5%~1%;热解.S +s:最高超过120 mg/g,其数值分布频率与有机碳含量不同,随数值 图2 泥岩氯仿沥青“A”一总烃质量分数关系 Fig.2 Relation of chloroform bitumen mass fraction with total hydrocarbon mass fraction in mudstones 表1不同层位泥岩有机质丰度统计 Tab.1 statistics data of organic matter abundance in the mudstone of diferent horizons 注:最小~最大值,均值/样品数 一24一 西安石油大学学报(自然科学版) 区内延长组烃源岩有机质类型以长7段最好, 主要为I型和Ⅱ型,少部分为Ⅲ型;长4+5段多见 Ⅱ 型,可见少数I型和Ⅲ型;长6段以Ⅱ型为主; 长9段相对较差,以Ⅱ 型和Ⅲ型为主.泥岩镜质体 反射率(R )主要分布在0.5%~1.2%范围内,几乎 无超过1.2%的样品,均值为0.8%左右.据R 与深 度变化趋势确定的生油窗深度界限在1.4~一3.1 km 之间,生油高峰对应的深度大致在2.5 km左右. 3烃源岩排烃特征分析 烃源岩的已生烃量由残留烃量和排出烃量2部 分组成,但排烃是个历史过程,目前烃源岩内残留的 烃类主要是残留烃.通过热解(Rock—Eva1)方法得 到的.s,一般代表烃源岩中已经生成烃的残留量,在 未发生排烃的烃源岩中,Js 可以近似代表已生烃 量;通过有机溶剂氯仿抽提得到的单位质量烃源岩 的氯仿沥青“A”质量分数是直接代表烃源岩中残留 烃的参数,在未发生排烃时也代表已生烃量.研究区 单位质量泥岩氯仿沥青“A”质量分数与热解s 具 有较好的正相关关系(图3). S1/(mg.g-‘) 图3泥岩氯仿沥青“A”质量分数一热解S。关系 Fig.3 Relation of chloroform bitumen mass fration with pyrlysis Sl in mudstones 热解s 和氯仿沥青“A”质量分数代表烃源岩 中已生成烃的残留状况,其数量与岩性、有机碳含 量、有机质类型和演化阶段有密切关系.研究区烃源 岩岩性主要为泥岩,热演化阶段主要为成熟阶段.仅 靠热解.s 和氯仿沥青“A”的含量难以分析烃源岩 是否发生了排烃.相近地质条件下,有机碳质量分数 与生烃量之间应该有较好的正相关关系,即有机碳 质量分数增加,生烃量也增加.一般烃源岩生成的油 气必须首先满足烃源岩本身在一定地质条件下的饱 和吸附量,多余的烃类才会排出.而有机碳含量越 高,相同条件下生烃量也应该越高,就越能满足饱和 吸附,从而发生排烃.但有机碳含量低于某一值时, 由于生成的烃类不能满足饱和吸附就无法排出. 基于上述分析,研究区泥岩有机碳(TOC)质量 分数与热解S 关系(图4)显示,二者具有大体的正 相关关系,随有机碳含量增大,热解Js 也增大,但当 有机碳含量增加到一定值后,大量的数据点偏离了 相关趋势,即在有机碳含量较高时,很多样品的Js 值相对于有机碳含量降低了,这种变化特征的直接 原因就是生成的部分烃类排出了.有机碳含量与, 的关系更清楚地展示了这种特征., =S / (TOC),表示单位质量有机碳对应的生烃量,相当 于残余生烃转化率.在相同情况下,其值越高,表示 排烃越少.随着有机碳含量的增加,, 先增后降.降 低部分就预示烃类排出了烃源岩(图5).随着有机 碳含量的增加,, 由增加而开始降低时对应的有机 碳质量分数大体相当于排烃泥岩的有机碳质量分数 下限值.研究区的有机碳质量分数下限值为1.1%左 右.当有机碳质量分数超过该值后,烃源岩才开始排 烃;低于该值则无烃类排出,难以形成油气藏,不是 有效烃源岩.理论上,随有机碳含量增加,, 升高的 极限应该对应于有机质的原始生烃潜力(,n),图5 中给出了几个不同的,n. 图4泥岩TOC质量分数一热解 l关系 Fig.4 Relation of TOC mass fration witll pyrolysis S1 in mudstones I.c/(mg.g ) 图5泥岩TOC质量分数一, c关系 Fig.5 Relation of TOC mass fration th pyrolysis JHc in mudstone 高岗等:确定有效烃源岩有机质丰度下限的一种新方法 一25一 泥岩有机碳质量分数与氯仿沥青“A”质量分数 的关系(图6)同热解.s 类似,有机碳质量分数与可 溶有机质转化率(w(A)/w(TOC),%)显示了与热 解HCI类似的变化关系(图7),实际上,也反映了排 烃特征,由此确定的排烃有机碳质量分数下限值大 致为1.1%左右(图7). 图6泥岩TOC一氯仿沥青“A”质量分数关系 Fig.6 Relation of TOC mass fration witll chloroform bitumen mass fration in mudstones 图7泥岩TOC质量分数一氯仿沥青A与 TOC质量分数比关系图 Fig.7 Relation ofw(TOC)with'.,(A)/w(TOC)in mudstones 综合上述分析,可以把研究区有效烃源岩的有 机碳质量分数下限值定为1.1%.根据有机碳质量 分数下限值与热解s 值、氯仿沥青“A”质量分数的 对应关系,可以把有效烃源岩热解Js 下限值定为 0.17 mg/g(图4),把氯仿沥青“A”质量分数下限定 为0.03%.另外,根据有机质丰度参数之间的相关 分析(图1、图2),把有效烃源岩的热解Js +S 下限 值定为2.2 mg/g,把总烃质量分数下限值定为 150×10~. 一般陆相烃源岩的有机质丰度评价标准与上述 有机质丰度下限值有所不同.在一般评价标准中,有 效烃源岩的有机碳质量分数下限值为1.1%达到好 烃源岩,热解s +s 下限值2.2 mg/g为中等,氯仿 沥青“A”质量分数0.03%和总烃质量分数下限值 150×10 为较差烃源岩,可见后3个指标都没有达 到好烃源岩标准,这主要是由于没有考虑烃源岩的 生排烃特征.对于指定的烃源岩来说,生烃量等于残 留烃量与已排烃量之和,而目前测定的主要是残留 烃部分,排出部分无法测得,这样,烃源岩中残留越 多,即5 +s 、氯仿沥青“A”含量和总烃含量越高, 表示排烃越少,有效性越差,反之,则烃源岩有效性 越好.所以,本次确定的烃源岩有机质丰度下限值与 一般烃源岩评价标准的主要差别在于重点考虑了排 烃特征,一般标准只单纯考虑了残余有机质丰度.就 烃源岩有效性本身来说,是否有烃类排出才是关键, 所以,有效烃源岩有机质丰度下限值的确定才是判 别烃源岩有效性的基础. 4 结 论 有机质丰度是判别烃源岩优劣的重要指标,但 仅据此难以判别烃源岩的有效性.通过单位质量烃 源岩有机碳含量与残余生烃转化率之间的关系确定 的有机质丰度下限值考虑了烃源岩的排烃特征,对 于研究区而言,1.1%可以作为有效烃源岩的TOC 质量分数下限值,氯仿沥青“A”质量分数、总烃质量 分数和热解s +Js 的下限值分别为0.03%、150× 10 和2.2 mg/g.只有各有机质丰度参数高于该下 限值,烃源岩才可能发生排烃而对油气藏有贡献.由 于烃源岩在不同含油气盆地的沉积环境、所处成烃 地质条件的不同,有效烃源岩下限值是变化的.如果 含油气盆地存在多套性质不同的烃源岩,则应该分 别确定其有效烃源岩的有机质丰度下限值. 参考文献: [1]Hunt J M.Petroleum geochemistry and geology[M].San— Francisco:Freeman and Company,1979:524. 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