辽东湾地区深层烃源岩排烃特征及资源潜力

马行陟，庞雄奇，孟庆洋，姜福杰

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油盆地构造与油气成藏重点实验室，北京100083；3.中国石油大学盆地与油藏研究中心，北京102249）

辽东湾地区深层烃源岩排烃特征及资源潜力

马行陟1，2，庞雄奇3，孟庆洋1，2，姜福杰3

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油盆地构造与油气成藏重点实验室，北京100083；3.中国石油大学盆地与油藏研究中心，北京102249）

摘要：通过收集研究区深层烃源岩热解和有机碳等地化资料，利用地质门限理论为基础的生烃潜力法，对深层烃源岩的排烃特征进行了研究，并结合聚集系数法预测其资源潜力。建立了3类烃源岩排烃模型，其中，Ⅰ型源岩最早进入排烃门限进行排烃，排烃效率高于Ⅱ型和Ⅲ型源岩。沙河街组三段烃源岩早在沙河街组沉积末期开始排烃，主要以排油为主，累计排烃量为43.30×108t，是研究区的主力烃源岩；沙河街组二段烃源岩在东营组沉积时期开始排烃，累计排烃量为22.6× 108t。深层烃源岩的总排烃量为65.90×108t，预测资源量为21.06×108t，其中石油预测资源量为17.12×108t。研究结果表明，辽东湾地区深层油气资源潜力巨大，深层烃源岩以生油为主。辽西凹陷和辽中凹陷为两个富烃凹陷，位于两个凹陷之间的辽西凸起，具有双凹供烃之利，是油气成藏的有利区。

关键词：深层烃源岩；排烃特征；生烃潜力；资源量；辽东湾地区；

辽东湾地区，自1979年开始实施钻探LD20－3构造以来，研究区内已钻探近60个构造，累计钻井100余口，获各级石油地质储量12×108t，天然气储量500×108m3，占整个渤海海域的36.7％，共发现12个油气田和30多个含油气构造，尤其是JZ25－1S油田是我国海上又一个亿吨级的大油田，显示了巨大的勘探潜力［1－5］。笔者拟利用热解、有机碳等地化数据等资料，以地质门限理论为基础，对研究区深层烃源岩排烃特征及资源潜力进行研究。

1　地质概况

辽东湾地区位于渤海湾盆地东北部，系指渤海东北部海域，南界大致为辽东半岛南端（老铁山）与河北省秦皇岛市连线，面积为2.6× 104km2。研究区为古近系覆盖区，总面积约1.4×104km2。构造上，辽东湾地区位于华北地台北部，北接辽河坳陷，东邻辽东隆起区，西界为山海关－北镇隆起，南连渤中坳陷，为渤海湾盆地的一个次级构造单元，即下辽河坳陷在海域的延伸部分。构造线呈北北西向，东西分带明显，呈辽西凹陷、辽西低凸起、辽中凹陷、辽东凸起及辽东凹陷三凹两凸的格局［6－9］（图1）。自下而上发育古近系孔店组、沙河街组和东营组，新近系馆陶组、明化镇组和平原组，其中沙河街组（一、二段和三段）为主要的深层烃源岩层［10－14］。

图1　辽东湾地区构造分区

2　生烃潜力方法

含油气盆地烃源岩排烃特征评价方法有多种，如干酪根类型法［15］、物理模拟实验法［16－17］、有机质成熟度法［18］、化学动力学法［19］以及盆地模拟法［20－21］等。这些方法都是在传统生烃门限的基础上建立起来的，忽略了未熟－低熟油气等的贡献，存在一定的弊端；同时，大多数方法需要收集比较多的参数或者通过数值模拟得到，影响因素多导致误差增大，评价过程也较为复杂。因此，研究中选取生烃潜力法进行评价。

生烃潜力法是最近10多年在排烃门限的概念上发展而来的一种方法［22－25］，理论基础是物质守恒定律，指烃源岩中的有机质在生、排烃前后的总质量不发生变化，即源岩中有机质的总量等于地史中以各种方式排出的烃类与仍残留在源岩中的烃类的总和。在地质历史时期中，同一套烃源岩具有类似的地质特征（如形成的沉积环境，有机质的组分和含量、经受的埋藏史和热演化史等），同一烃源岩层段现今在不同地点不同埋深下的样品特征就可以代表同一地点下不同时期的转化产物，通过不同地点的样品，建立起烃源岩在随埋深和热演化程度的演化剖面，因此，完全可以利用垂向上生烃潜力（S1+S2）的变化来研究烃源岩的排烃特征。按照物质平衡定律，生烃潜力由3部分组成：①尚未转化成烃的干酪根或残余有机质；②已生成并残留于源岩中的烃类；③已排出源岩的烃类。此方法中以生烃潜力指数［（S1+S2）/TOC］来表示烃源岩的生烃潜力。

源岩演化过程中，当源岩中生成的烃类没有满足自身的各种形式残留以前，其生烃潜力指数保持不变，称为原始生烃潜力指数（IHC0），而使源岩生烃潜力减小的唯一原因就是源岩中有烃类排出。生烃潜力开始减小时对应的地质条件（深度、转化程度等）就是排烃门限，烃类排出后的任一阶段的生烃潜力指数称为剩余生烃潜力指数（IHCt），其与原始生烃潜力指数（IHC0）之差就是排烃率（Qe），即烃源岩达到排烃门限后单位有机碳排出的烃量。排烃量计算的主要步骤是：①收集研究区烃源岩层段的热解和TOC资料，建立烃源岩生烃潜力指数剖面，即（S1+S2）/TOC；②根据剖面的变化特征和趋势，确定排烃门限，计算不同埋深下烃源岩的排烃率和进入排烃门限的烃源岩的累积厚度，即有效厚度；③求出排烃率和有效烃源岩厚度后，结合有机碳含量以及密度等数据，根据公式（1）计算排烃强度（Ehc）；④将排烃强度进行面积积分，即可得到排烃量。

式中：Z为埋深，m；Z0为排烃门限，m；qe（Z）为单位质量有机碳的排烃率，mg/g；ρ（Z）为烃源岩密度，g/cm3；TOC为有机碳含量，％；H为有效烃源岩厚度，m。

排烃速率（ve）是源岩排烃特征的重要指标，是指地史过程中单位地史时间内排出的烃量，其大小可以反映出源岩在地史过程中的排油气高峰。实际地质条件下，源岩的排烃量主要由其埋深或地温决定，而不由地史时间决定的。其计算模型为：

式中：ΔQe为源岩在地史期Δt内或埋深ΔZ过程中的排烃量，kg/m3；Δt为某一地史时间，Ma；ΔZ为源岩在地史期Δt内的埋深增大量，m。

3　深层烃源岩资源潜力评价

3.1烃源岩排烃特征

根据生烃潜力法的原理和步骤，收集研究区61余口探井深层烃源岩的热解和TOC数据共512个，建立深层3类烃源岩（沙河街组Ⅰ型源岩、沙河街组Ⅱ型源岩和沙河街组Ⅲ型源岩）排烃模式图（图2），分析了辽东湾深层烃源岩的排烃特征。

根据建立的深层烃源岩排烃地质模式，Ⅰ型源岩最早进入排烃门限，进行排烃作用，其排烃门限深度在2800m，其次为Ⅱ型源岩其排烃门限为2 920m，Ⅲ型源岩排烃门限为3000m。此外，Ⅰ型烃源岩在进入排烃门限后最早达到排烃高峰，其对应的高峰深度为3 800m，排烃效率高达78％，相比之下Ⅱ型烃源岩达到排烃高峰的深度则是4 050m，Ⅲ型烃源岩更为迟缓，在4 200m时才达到排烃高峰，且排烃效率最大仅为20％，从排烃的角度验证了Ⅰ型烃源岩对于油气勘探更为有益（表1）。

图2　辽东湾地区深层烃源岩排烃模式

表1　辽东湾地区深层源岩排烃特征统计Table 1　Statistics of hydrocarbon expulsion characteristics of deep source rocks in the Liaodong Bay

在深层烃源岩排烃模式的基础上得到深层有效烃源岩的厚度及不同深度不同类型源岩的排烃率，结合TOC平面分布图，利用公式（1）对烃源岩的现今排烃强度进行了计算（图3，图4）。

研究表明，辽中凹陷和和辽西凹陷的北洼为主要的排烃中心。两套烃源岩的平面排烃分布各有其特征：沙河街组一、二段的排烃强度普遍不高，最大值刚达到120×104t/km2，总体排烃范围有限，主要以辽中凹陷为主，其原因是受有效烃源岩不太发育的限制，有效烃源岩的厚度和分布范围小。沙河街组三段有效烃源岩普遍发育，排烃范围和强度都得到了扩展，辽西凹陷沙河街组三段源岩基本上都进入了排烃的范围，尽管范围不如辽中凹陷大，但最大排烃强度却出现在辽西凹陷北洼，达到了270×104t/km2，预示着辽西凹陷是一个“小而肥”的富生烃凹陷。

图3　辽东湾地区E s1－2现今排烃强度

图4　辽东湾地区E s3现今排烃强度

3.2烃源岩资源潜力利用排烃强度进行面积积分可得地史时期各源岩层段的排烃量（图5）。研究区沙河街组一、二段烃源岩在东营组沉积时期才有油气排出，推测该段源岩应在东营组三段沉积时期开始排烃，到馆陶组和明化镇组沉积时期达到排烃高峰；而沙河街组三段烃源岩在沙河街组一、二段沉积时期已满足排烃门限排出烃类，最初出现排烃的地区在辽中凹陷的北部深洼。到东营组沉积时期辽西凹陷北部也开始排烃，其排烃强度迅速增加，并在馆陶组沉积时期排烃强度的最高值超过辽中凹陷的北洼，成为沙河街组三段烃源岩最主要的排烃中心。在馆陶组沉积时期，辽西凹陷的中洼也开始排烃，此时辽中凹陷的中洼达到排烃最大值，成为辽东湾地区又一个重要的排烃中心。在各个地史时期中，馆陶组沉积时期的总排烃量达到26.0×108 t，占排烃总量的39.45％，为各个时期排烃量最高；明化镇组沉积时期的总排烃量为18.3×108t，占排烃总量的27.77％，仅次于馆陶组沉积时期；东营组沉积时期的总排烃量为15.2×108t，占排烃总量的23.07％，低于明化镇组沉积时期；沙河街组沉积时期仅三段的烃源岩有排烃，且量小，为1.7×108t，占排烃总量的2.58％。深层烃源岩在东营组沉积时期开始大量排烃，排烃时期较晚，但排烃强度大，范围广，在馆陶组和明化镇组沉积时期烃源岩达到排烃的高峰，排出的油气可以进入早期已经形成的圈闭中，有利于形成油气藏。

图5　辽东湾地区深层烃源岩排烃综合评价

辽东湾地区深层烃源岩现今累计排烃量分别为：沙河街组一、二段为22.6×108t和三段为43.3×108t，合计排烃量为65.9×108t。根据有机质的油气发生率物理模拟实验［20］，求出排油占排烃的百分比随Ro的变化规律（图6），进而求出各源岩层的排油量和排气量（表2）。结果表明，深层烃源岩排油能力大于排气能力，以后的勘探方向应以找油为先。

图6　松辽盆地烃源岩排油量与排烃量之比随Ro的变化规律①卢双航，付广.松辽盆地滨北地区烃源岩条件研究及资源量预测［R］.大庆石油学院，2004.

表2　辽东湾地区深层烃源岩排油气量Table 2　Amount of oil and gas discharged from deep source rocks of the Liaodong Bay

根据油气聚集系数的研究［21］，分别求取了辽东湾不同构造带油气的聚集系数，最后得到主要构造带预测资源量（表3）。辽东湾总的资源量为21.06×108t，其中石油预测资源量为17.12×108t，预测天然气资源量为3.94×1011m3。辽西凹陷和辽中凹陷的资源量占总量的90％以上，为油气成藏提供了充足的物质基础。两个凹陷之间的辽西凸起，有双凹供烃之利，且近几年的钻井都有良好的油气显示，展示了其巨大的勘探前景，是今后勘探的重点地区。

表3　辽东湾地区主要构造带资源量分布Table 3　Resource volumes ofmain structural belts in the Liaodong Bay

4　结论

1）辽东湾地区深层3类烃源岩的排烃门限分别是：Ⅰ型源岩排烃门限深度为2 800m，其次为Ⅱ型源岩排烃门限为2 920m，Ⅲ型为3000m。Ⅰ型源岩的排烃率最高为78％，而Ⅲ型源岩仅为20％。Ⅰ型源岩排烃特征明显优于Ⅲ型源岩。

2）沙河街组一、二段在东营组沉积时期开始排烃，三段则在沙河街组沉积末期排烃，两者均在馆陶组和明化镇组沉积时期达到排烃高峰。深层烃源岩属于晚期排烃，有利于油气藏的形成。

3）沙河街组一、二段现今累计排烃量为22.6×108t，排油量为18.53×108t；三段现今累计排烃量为43.3×108t，排油量为35.07×108t。辽东湾总的资源量为21.06×108t，其中石油预测资源量为17.12×108t，天然气预测资源量为3.94×1011m3，显示了辽东湾深层良好的勘探前景。

参考文献

［1］田立新，武丽，姜振学，等.辽东湾凹陷石油运聚成藏过程中运载层残留油量计算关键参数的求取［J］.石油与天然气地质，2009，30（4）：405－410.

Tian Lixin，Wu Li，Jiang Zhenxue，et al.Method for obtaining key parameters for calculating residual oil amount in carrier beds after oilmigration and accumulation in the Liaodong Bay Depression［J］.Oil＆Gas Geology，2009，30（4）：405－410.

［2］池英柳.渤海新生代含油气系统基本特征与油气分布规律［J］.中国海上油气（地质），2001，15（1）：3－10.

Chi Yingliu.Basic characteristics and hydrocarbon distribution in Cenozoic petroleum systems，Bohai sea［J］.China Offshore Oil and Gas（Geology），2001，15（1）：3－10.

［3］龚再升.渤海海域将成为我国东部石油稳产的重要基地［J］.石油科技论坛，2000，4：17－25.

Gong Zaisheng.Bohai sea will become stable and important petroleum base in eastern of China［J］.Oil Forum，2000，4：17－25.

［4］李潍莲，刘震，刘俊榜，等.辽东湾地区辽西低凸起油气田成藏地质条件的差异［J］.石油与天然气地质，2010，31（5）：664－670.

LiWeilian，Liu Zhen，Liu Junbang，et al.Differences of geological conditions of hydrocarbon accumulation among fields in the Liaoxi Low Uplift，the Liaodong Bay［J］.Oil＆Gas Geology，2010，31（5）：664－670.

［5］张功成.渤海海域构造格局与富生烃凹陷分布［J］.中国海上油气（地质），2000，14（2）：93－99.

Zhang Gongcheng.Tectonic framework and prolific hydrocarbon depressions in Bohai Bay［J］.China Offshore Oil and Gas（Geology），2000，14（2）：93－99.

［6］翟光明.中国石油地质志（卷十六）［M］.北京：石油工业出版社，1990：83－85.

Zhai Guangming.Petroleum Geology of China（No.16）［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，1990：83－85.

［7］漆家福，陈发景.辽东湾－下辽河裂陷盆地的构造样式［J］.石油与天然气地质，1992，13（3）：272－282.

Qi Jiafu，Chen Fajing.Srtuctural style in Liaodongwan-Xialiaohe basin［J］.Oil＆Gas Geology，1992，13（3）：272－282.

［8］金尚柱，孙洪斌，谢文彦，等.辽东湾北部油气地质［M］.北京：地质出版社，2000：2－3.

Jin Shangzhu，Sun Hongbin，XieWenyan，etal.Petroleum geology of the North Liaodong Bay［M］.Beijing：Geological Publishing House，2000：2－3.

［9］孙红军.中新生代辽河盆地区域应力场变化及其成因［J］.古地理学报，2002，4（4）：61－69.

Sun Hongjun.Variation and genesis of regional stress field of Liaohe Basin inmeso-Cenozoic［J］.Journal of Palaeogeography，2002，4（4）：61－69.

［10］董艳蕾，朱筱敏，李德江，等.渤海湾盆地辽东湾地区古近系地震相研究［J］.沉积学报，2007，25（4）：554－563.

Dong Yanlei，Zhu Xiaomin，Li Dejiang，et al.Seismic facies ofpaleogene in Liaodong Bay，Bohai Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2007，25（4）：554－563.

［11］朱筱敏，董艳蕾，杨俊生，等.辽东湾地区古近系层序地层格架与沉积体系分布［J］.中国科学D辑：地球科学，2008，38：1－10.

Zhu Xiaomin，Dong Yanlei，Yang Junsheng，et al.Science in China（Series D：Earth Sciences），2008，38：1－10.

［12］陈清华，刘泽容.辽东湾盆地南部下第三系构造岩相分析［J］.石油大学学报（自然科学版），1994，18（2）：9－13.

Chen Qinghua，Liu Zerong.Teco-facies analysis of lower series in the southern part of Liaodong Bay Basin［J］.Journal of the University of Petroleum，China（Edition of Nature Sicience）1994，18（2）：9－13.

［13］徐长贵，许效松.辽东湾地区辽西凹陷中南部古近系构造格架与层序地层格架及古地理分析［J］.古地理学报，2005，7（4）：449－459.

Xu Changgui，Xu xiaosong.Structural and sequence stratigraphic frameworks and palaeogeography of the Paleogene in centralsouthern Liaoxi Sag，Liaodongwan Bay Area［J］.Journal of Palaeogeography，2005，7（4）：449－459.

［14］朱筱敏，刘泽荣，赵景龙，等.辽东湾南部下第三系地震地层学研究［J］.海洋地质与第四纪地质，1991，10（4）：10－20.

Zhu Xiaomin，Liu Zerong，Zhao Jinglong.On seismic stratigraphy of Eogene in southern Liaodong Bay［J］.Marine Geology＆Quaternary Geology，1991，10（4）：10－20.

［15］Pepper A S，王世谦，刘成根.定量评价烃源岩排烃特性的一种新办法［J］.天然气勘探与开发，1995，18（2）：12－26.

Pepper A S，Wang Shiqian，Liu Chenggen.A newmethod to quantitative assessment source rock expulsion characteristics［J］.Natural Gas Exploraiton＆Development，1995，18（2）：12－26.

［16］Sweeney J J，Braun R L，Burnham A K，et al.Chemical kineticmodel of hydrocarbon generation，expulsion，and destruction applied to themaracaibo Basin，Venezuela［J］.AAPG Bulletin，1995，79（10）：1515－1532.

［17］Nakayama K.Hydrocarbon-expulsionmodel and its application to Niigata area，Japan［J］.AAPG Bulletin，1987，71（7）：810－821.

［18］张文正，杨华，李剑锋，等.论鄂尔多斯盆地长－7段优质油源岩在低渗油气成藏富集中的主导作用——强生排烃特征及机理分析［J］.石油勘探与开发，2006，33（3）：289－293.

Zhang Wenzheng，Yang Hua，Li Jianfeng，et al.Leading effect of high-class source rock of Chang-7 in Ordos Basin on enrichment of low permeability oil-gas accumulation—hydrocarbon generation and expulsionmechanism［J］.Petroleum Exploration and Development，2006，33（3）：289－293.

［19］卢双舫，徐立恒，申家年，等.富台油田成藏期与生排烃期的匹配关系［J］.新疆石油地质，2006，27（3）：270－272.

Lu Shuangfang，Xu Liheng，Shen Jianian，etal.Relationship between hydrocarbon accumulation stage and hydrocarbon generation and expulsion stage in FutaiOilfield［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2006，27（3）：270－272.

［20］石广仁.油气盆地数值模拟方法［M］.北京：石油工业出版社，1994：107－132.

ShiGuangren.Numericalmethods of petroliferous basinmodeling［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，1994：107－132.

［21］Burrus J，Wolf S，Osadetz K，etal.Physical and numericalmodelling constraints on oil expulsion and accumulation in the Bakken and Lodgepole petroleum systemsof theWilliston Basin （Canada-USA）［J］.Bulletin of Canadian Petroleum Geology，1996，44（3）：429－445.

［22］周杰，庞雄奇.一种生、排烃量计算方法探讨与应用［J］.石油勘探与开发，2002，29（1）：24－27.

Zhou Jie，Pang Xiongqi.Amethod for calculating the quantity of hydrocarbon generation and expulsion［J］.Petroleum Exploration and Development，2002，29（1）：24－27.

［23］庞雄奇.排烃门限控油气理论与应用［M］.石油工业出版社，1995：22－73.

Pang Xiongqi.Theory and application of hydrocarbon expulsion threshold control oil and gas［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，1995：22－73.

［24］庞雄奇，陈章明.排油气门限的基本概念、研究意义与应用［J］.现代地质，1997，11（4）：510－520.

Pang Xiongqi，Chen Zhangming.Basic concept of hydrocarbon expulsion threshold and its research significance and application［J］.Geoscience，1997，11（4）：510－520.

［25］马中振，庞雄奇，吴河勇，等.用生烃潜力法研究松辽盆地北部中浅层烃源岩资源潜力［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2009，33（4）：27－31.

Ma Zhongzhen，Pang Xiongqi，Wu Heyong.Research on resource potential ofmiddle-shallow source rocks of the northern part of Songliao Basin with hydrocarbon-generation potentialmethod［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natare Science），2009，33（4）：27－31.

（编辑张亚雄）

中图分类号：TE122.1

文献标识码：A

文章编号：0253－9985（2011）02－0251－08

收稿日期：2010－10－02。

第一作者简介：马行陟（1984—），男，博士研究生，油气成藏与天然气地质。

基金项目：中海石油（中国）有限公司科研项目（SC06TJ－TQL－004）。

Hydrocarbon expulsion characteristics and resource potential of deep source rocks in the Liaodong Bay

Ma Xingzhi1，2，Pang Xiongqi3，Meng Qingyang1，2，Jiang Fujie3
（1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing 100083，China；
2.Key Laboratory of Basin Structure＆Hydrocarbon Accumulation of CNPC，Beijing 100083，China；
3.Research Center for Basin and Reservoir，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Abstract：Based on available geochemical data such as pyrolysis and total organic carbon（TOC），we studied the hydrocarbon expulsion characteristics of the deep source rocks by using the hydrocarbon-generation potentialmethod，which is based on geological threshold theory.Three types of hydrocarbon expulsionmodelswere established in this paper，with the type-I source rock expelling hydrocarbons earlier andmore efficiently than the type-Ⅱand type-Ⅲ.The E s3source rocks，themain source rocks in Liaodong Bay，started expelling hydrocarbons（dominated by oil）at the end of Shahejie Formation and the total amountof hydrocarbons expelled is4.33 billion tons.In comparison，the E s1+2source rocks started expelling hydrocarbons during the deposition of the Dongying Formation，with a total expulsion amount of 2.26 billion tons.The total amount of hydrocarbons expelled from the deep source rocks is 6.59 billion tons.The resource volume is estimated to be 2.106 billion tons，ofwhich oil is 1.712 billion tons.The study results indicate that the resource potential of the deep layers in Liaodong Bay is very huge and dominated by oil.The Liaoxisalient located between the Liaoxiand Liaozhong troughs both ofwhich are hydrocarbon kitchens is very favorable for hydrocarbon accumulation.

Key words：deep source rock，hydrocarbon expulsion characteristics，hydrocarbon-generation potential，resource volume，Liaodong Bay