苏北盆地W凹陷阜四段烃源岩研究

王雨薇，史盼盼

（1. 东北石油大学地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中国海洋石油有限公司天津分公司，天津 塘沽 300452）

苏北盆地W凹陷阜四段烃源岩研究

王雨薇1，史盼盼2

（1. 东北石油大学地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中国海洋石油有限公司天津分公司，天津 塘沽 300452）

基于大量的岩性资料和地球化学资料对W凹陷阜四段烃源岩研究表明, 阜四段岩石类型主要为暗色机质含量丰富的泥质岩类，有效烃源岩以Ⅰ和Ⅱ型为主，该套有效烃源岩均具良好的生油能力；现今阜四段成熟烃源岩主要分布在深凹带内，由于不同地区剥蚀厚度的差异以及后期盐地层积厚度差异的影响，凹陷东西部地区在成熟深度上存在一定差异；究区阜四段排烃具有自身的特殊性，有机质丰度对于排烃强弱的影响相对较小，排烃的效率与所处烃源岩内部的位置有关，此外排烃效率与其构造背景、生储盖组合和成岩环境具有密切的关系。

苏北盆地；W凹陷；阜宁组；烃源岩

W 凹陷是苏北盆地南部东台拗陷中的一个次一级凹陷，面积2 670 km2。凹陷受控于南部的边界大断层，总体结构呈南断北超的箕状断陷结构。经历近五十多的勘探，W凹陷积累了大量的烃源岩分析化验资料。前人的油源对比分析表明，W凹陷戴南组、三垛组油气藏的形成主要与阜四段上部暗色泥岩和泥灰岩有关[1,2]，但针对烃源岩本身相对缺乏系统的分析。本文在前人研究成果的基础上，对烃源岩的特征、有机质丰度及类型，有机质热演化特征和排烃效率进行了系统剖析，这对于在W凹陷内老区挖潜和寻找隐蔽油气藏具有重要的指导意义。

1 阜四段烃源岩特征

阜四段（E1f4）一般为深灰-灰黑色泥岩、泥灰岩、泥云岩夹薄层泥质灰岩、泥质白云岩，局部层段具有微细层理，碳酸盐岩含量高，微古化石如介形虫及藻类十分发育。电性上表现为十分明显的一系列高阻的尖峰，电阻率整体高于下部弹簧段暗色泥岩。

微量元素分析表明，阜四上段Sr/Ba均大于1.0，B/Ga一般大于4.2，接近现代海水；碳酸盐岩碳氧同位素Z值大于120，具有相对高的古盐度，一般处于中-多盐阶段（18‰～35‰），属于咸化-半咸化的沉积环境。Fe/M小于100；干酪根鉴定中常发现丰富的黄铁矿，局部样品的黄铁矿晶体呈分散状分布，表明强还原沉积环境，阜四段，古Eh值为还原-强还原环境，古Ph表现为弱碱性-碱性沉积环境。古生物资料反映阜四段上部化石丰富，既有陆生的介形类、腹足类、瓣鳃类、叶肢类、藻类、孢子、花粉等，又有具海相性或与海有关的有孔虫、多毛纲龙介虫、膨胀新单角介、鲨鱼牙、鲱鱼、钙质超微化石、沟鞭藻等分布。藻类研究表明，E1f4上段、E1f2中下、K2t2某些层位中的藻类种属单调、数量众多，有些层位中以钵球藻、费罗姆球藻属占优势，有些以粘球藻为主。半深湖-深湖区生物相带的浮游生物发育，为本区石油形成提供了良好的有机质来源。

2 阜四段烃源岩有机质丰度及类型

有效烃源岩是指有机质丰度相对较高且已进入成熟生烃阶段的烃源岩，是所生成油气的主要贡献者。近年来有关未熟、低熟油研究表明，烃源岩在低、未熟阶段也能生烃[3-5]。但是越来越多的勘探实践和混源实验表明，大部分低未熟油藏中，成熟油仍然是主要部分，未熟油的贡献相当小[6,7]，因此，本文认为有效烃源岩主要为达到热成熟阶段的烃源岩，因此以成熟烃源岩作为研究对象。

岩石有机质丰度是生油的物质基础。目前普遍采用有机碳 C、氯仿沥青“A”、总烃HC、产油潜量S1+S2等多项综合指标作为评价生油岩的依据。W凹陷阜四段上部多尖峰泥（灰）岩段有机质丰度比下部弹簧段高，有机碳含量基本集中在0.6%～1.7%范围内，平均1.18（图1）；氯仿沥青“A”：0.050%～0.250%，平均 0.148；S1+S2：2-20，平均3.22[8]。有机质丰度反映的是有机质的数量，而类型则反映其质量，不同的成油母质类型具有不同的油气生成能力。根据烃源岩有机质类型指标的研究，阜四段有效烃源岩以Ⅰ和Ⅱ型为主，有机质热解分析样品Ⅰ-Ⅱ1干酪根占 50.5%，镜下鉴定Ⅰ-Ⅱ1干酪根占79.3%（表1），说明该套有效烃源岩均具良好的生油能力。

图1 阜四段有机碳含量分布统计图Fig.1 Statistical figure of organic carbon content distribution in E1f4formation

表1 苏北盆地主要凹陷阜四段有机质类型百分含量统计表Table 1 Statistics on percentage composition of organic matter types in E1f4formation, major sags of Subei Basin %

3 阜四段烃源岩有机质热演化特征

阜四段在W凹陷分布广泛，从斜坡到深凹都有分布，样品深度分布范围也相对较大，在1150～4 225 m范围内（图2），这十分有利于直接分析阜四段烃源岩热演化特征。

现今阜四段烃源岩Ro值主要界于0.4%～1.4%，成熟烃源岩主要分布在深凹带内。浅层个别样点Ro等指标出现异常，主要是因为受岩浆岩侵入烘烤所致，主要出现在北斜坡地区。阜四段烃源岩在 Ro为0.65进入大量生烃阶段（图3），由于不同地区剥蚀厚度的差异以及后期盐城组沉积厚度差异的影响，凹陷东西部地区在成熟深度上存在一定差异（图4），在凹陷西部对应现今深度约为2 250 m，而在东部地区对于现今深度约为2 700 m。

4 阜四段烃源岩排烃效率

烃源岩排烃作用是一个复杂的地质现象，主要包括两个连续的过程，生成的烃类从干酪根中得到释放以及释放出来的烃类从源岩内经过初次运移向外排出。一种观点认为，烃类从干酪根中释放是烃类排出的关键过程，烃类的排烃效率主要受干酪根中烃类的吸附量及富油程度控制[9]。

另一观点认为，烃类排出很大程度取决于源岩内烃类运移的可能机制，它受几方面因素的控制，如有机质含量及有机质类型、排烃的临界含油饱和度、源岩内有效的运移通道[10]、烃源岩内压力的分布及微裂缝的发育情况[11]，对于气溶相的液态烃的排出还受气态烃是否来源充足影响[12]。排烃作用不仅仅是烃源岩自身的过程，外部接受体的岩性、物性以及地层压力等都控制着排烃的效率。因此影响排烃作用的地质因素应从烃源岩内部以及外部接受体因素综合考虑。

图2 阜四段烃源岩指标随埋深演化图Fig.2 Evolution of hydrocarbon source rocks indexes with depth in E1f4formation

图3 阜四段烃源岩指标随镜质体反射率变化图Fig.3 Variation of hydrocarbon source rocks indexes with vitrinite reflectance in E1f4formation

图4 阜四段Ro等值线图（%）Fig.4 Roisolines in E1f4formation (%)

对于区带评价而言，排烃效率是衡量烃源岩排烃差异的有效指标，也称为排烃系数，指的是烃源岩排烃量与原始生烃量之比。综合考虑W凹陷的勘探程度及资料情况，本文采用无效碳守恒的方法对阜四段烃源岩原始有机碳进行恢复，进而就可以通过热解分析参数定量的计算烃源岩排烃效率。

现今残余生烃潜量（ST）由岩石中的可溶烃（S1）和热解烃（S2）两部分构成，即

ST=S1+S2 （1）

残余有效碳与残余生烃潜量存在如下关系：

CP=(S1+S2)×0.083 （2）

根据有效碳与有机碳含量可得到残余降解率：

DT= CP/ CT（3）

原始降解率（DO）由干酪根类型决定，每种干酪根类型的DO值对应于该种类型干酪根不同残余降解率值的上限，即为有机质没有成熟尚未发生排烃时的降解率值。温压釜模拟和ROCK-EVAL法都可以获得此值。参考热解分析数据，高邮凹陷阜四段烃源岩以II1型烃源岩为主，对照该图版，DO值取值为0.4。

由于现今烃源岩实测的有机碳是烃源岩生排烃作用残余的有机碳部分，其中又可分为有效碳和无效碳两部分。有效碳是指干酪根在足够的温度和时间作用下能够生成油气的碳。而无效碳是指干酪根中不能转化为烃类的部分，在油气生成和运移的过程中，其绝对含量保持不变[13,14]，即

CO(1－DO)= CT(1－DT) （4）

上式左边为原始有机碳中的无效碳，右边为现今残余有机碳中的无效碳，利用该关系可确定原始有机碳的恢复系数（RC）：

RC=CO/CT＝(1－DT)/(1－DO) （5）

利用以上关键参数就可以得到原始生烃潜量（SO）、排烃量（SP）和排烃效率（KP）：

CO=CT×RC（6）

SO=CO×DO/0.083 （7）

SP=SO－ST（8）

KP= SP/SO （9）

式（1）- （9）中:S1为现今测得的单位质量岩石中的可溶烃,mg/g; S2为现今测得的单位质量岩石中的热解烃,mg/g; ST为单位质量岩石现今残余生烃潜量,mg/g；CP为现今残余有机碳中的有效碳含量,%；CT为现今测得的残余有机碳含量,%；DT为有机碳现今降解率,%; CO为原始有机碳含量,%；DO为有机碳原始降解率,%；RC为原始有机碳恢复系数；SO为单位质量烃源岩原始生烃潜量,mg/g；SP为单位质量烃源岩现今累积排烃量,mg/g；KP为排烃系数或排烃效率。

表2为W不同地区阜四段有效烃源岩热解参数及排烃效率计算结果。计算结果表明，有机质丰度对于排烃强弱的影响相对较小；较低成熟度的烃源岩排烃效率一般较低，如y12、h2井。此外，排烃的效率还与所处烃源岩内部的位置有关，越靠近烃源岩内部排烃效率越低，越靠近边部排烃效率越高，如 x7井，样点十分靠近烃源岩与戴南组砂岩接触面，尽管埋藏浅成熟度较低，但也有较高的排烃效率。

表2 阜四段烃源岩排烃效率计算参数表Table 2 Parameters for hydrocarbon expulsion efficiency calculation in E1f4formation

除了普遍的影响因素外，研究区阜四段排烃具有自身的特殊性，取决于其特殊的生储盖组合、特殊的成岩环境和特殊的构造环境。首先，阜四段形成于广泛性的湖盆，深湖半深湖相几乎覆盖整个高邮凹陷，岩性单一，主要为深灰色泥岩，内部无砂体发育，没有形成与砂层互层或指状较差的过渡带。其次阜四下段弹簧段泥岩为差生油层，阻碍了上部主要烃源岩的向下排烃作用，因此上部有效烃源岩主要与上覆戴南三垛组构成单一的下生上储的生储盖组合形式。再次，频繁的断层作用对烃源岩排烃起着重要的控制作用。由于阜四段烃源岩内部结构单一，生储盖组合形式单一，这些外部因素集中表现为上覆岩性的性质及切入烃源岩层断层的性质。如表2中hu20井排烃效率较低，主要因素为烃源岩上覆岩层的性质。该井紧邻深凹位置，远离大断层，且无小断层切入烃源岩内，而上覆戴南组岩性为大套泥岩，因此该井位置烃源岩排烃作用受到极大遏制，使得烃源岩内部压力很高，并产生裂缝，钻遇该段过程中在泥浆柱352 kg/cm2压力下油气上窜速度为25.7～30 m/h，为防止发生井喷加了重晶石压井，测试中共获油气6.65 m3。y14、x7等井由于上覆地层砂岩百分含量较高排烃作用明显。

4 结 论

W凹陷阜四段岩石类型主要为深灰、灰黑色暗色泥质岩类，有机质含量丰富，根据烃源岩有机质类型指标的研究，阜四段有效烃源岩以Ⅰ和Ⅱ型为主，有机质热解分析样品Ⅰ-Ⅱ1干酪根占50.5%，镜下鉴定Ⅰ-Ⅱ1干酪根占79.3%，表明该套有效烃源岩均具良好的生油能力；现今阜四段成熟烃源岩主要分布在深凹带内，由于不同地区剥蚀厚度的差异以及后期盐城组沉积厚度差异的影响，凹陷东西部地区在成熟深度上存在一定差异；有机质丰度对于排烃强弱的影响相对较小，排烃的效率与所处烃源岩内部的位置有关，越靠近烃源岩内部排烃效率越低，越靠近边部排烃效率越高，除了普遍的影响因素外，烃源岩排烃效率取决于其特殊的构造环境、生储盖组合和成岩环境。

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Study on Hydrocarbon Source Rock of the Fourth Member of Funing Formation in W Sag of Subei Basin

WANG Yu-wei1，SHI Pan-pan2
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China；2. China National Offshore Oil Corporation, Tianjin 300452, China）

Based on a large number of lithologic data and geochemical data, hydrocarbon source rock of the fourth member of Funing formation in W sag of Subei basin was studied. The results indicate that rock type of the fourth member of Funing formation is argillaceous rock with abundant dark organic matter, effective hydrocarbon source rocks are I and II type rocks, the sets of effective hydrocarbon source rocks have favorable oil generating capacity. Nowadays mature source rocks of the fourth member of Funing formation are mainly distributed in the deep sag zone. Due to the differences of denudation thickness in different regions and the difference of salt formation accumulation thickness difference at later stage, there are some differences in maturity depth in the study area; the fourth member of Funing formation in the study area has its own particularity, hydrocarbon expulsion will be less affected by the abundance of organic matter, hydrocarbon expulsion efficiency is related to the location of source rock, moreover, hydrocarbon expulsion efficiency has close relationship with its tectonic background, layer assemblage and diagenetic environment.

Subei basin; W sag; Funing formation; Hydrocarbon source rock

TE 122.1

A

1671-0460（2014）11-2437-05

2014-09-22

王雨薇（1987-），女，黑龙江大庆人，硕士，东北石油大学矿物学、岩石学、矿床学专业研究生。研究方向：油气藏形成与资源评价。757548500@qq.com。

史盼盼（1988-），女，河北保定人，助理工程师，研究方向：油气藏形成与资源评价。shipanpan1019@163.com。