东营凹陷北部沙四段下亚段盐湖相烃源岩特征及展布

高阳

（中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

东营凹陷北部沙四段下亚段盐湖相烃源岩特征及展布

高阳

（中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

对东营凹陷北部沙四段下亚段盐湖相烃源岩特征及展布缺乏系统研究，尤其对盐湖沉积物中普遍发育的含膏泥岩、含盐泥岩、膏质泥岩和盐质泥岩的生烃潜力认识不清。首先利用有机碳、岩石热解等实验分析手段，对不同岩相烃源岩的生烃潜力进行研究；然后基于实验分析数据，建立了盐湖相烃源岩有机碳含量测井评价模型，利用评价结果分析了烃源岩展布特征，结合埋藏史和热演化史研究了烃源岩生烃史。结果表明：研究区沙四段下亚段烃源岩有机质以腐泥型为主，有机质类型主要为I—II1型，少量为II2型，都是优质的生油母质；证实了含膏泥岩、含盐泥岩、膏质泥岩和盐质泥岩都具备生烃潜力，可孕育有效烃源岩。民丰地区、利津地区和胜坨下降盘是有效烃源岩发育的有利位置，这些地区有效烃源岩累积厚度大，有机碳含量高。研究区沙四段下亚段烃源岩普遍经历了“快—慢—快”的埋藏过程，生油高峰持续时间长，目前处于烃源岩热解和原油裂解生气阶段，有利于烃源岩热解气和原油裂解气成藏。

盐湖烃源岩含膏泥岩含盐泥岩膏质泥岩测井评价东营凹陷

近年来，东营凹陷北部沙四段下亚段天然气勘探取得突破［1］，其中丰深1-斜1井在沙四段下亚段试气，经CO2压裂后，6 mm油嘴求产获产气量为7.3× 104m3/d，凝析油产量为18.7 m3/d的高产工业油气流［2］；丰深1井通过CO2压裂，5 mm油嘴求产获产量为8×104m3/d的凝析气［3］；邻近的丰深3、丰深5、丰深10、坨深4等井也在该层段见到良好油气显示［4］，证实研究区沙四段下亚段蕴含丰富的油气资源。

前人通过油源对比，认为东营凹陷北部沙四段下亚段天然气主要来自该层段盐湖相烃源岩热解和原油裂解［5］。在沙四段下亚段沉积时期，研究区发育典型的盐湖相沉积，可以孕育优质烃源岩［6-8］，但由于埋藏深度大（超过4 000 m），取心样品少，对这套烃源岩的性质和展布缺乏系统研究，而且前人只把纯泥岩作为烃源岩分析的主要研究对象，对盐湖沉积物中普遍发育的含膏泥岩、含盐泥岩、膏质泥岩和盐质泥岩是否具有生烃潜力的认识不足。针对这些问题，笔者通过采集各类岩相的泥岩样品，开展有机碳、岩石热解、可溶有机质抽提和族组分分析等实验，明确了研究区沙四段下亚段烃源岩特征；并基于实测数据建立了盐湖相烃源岩有机碳含量（TOC）测井评价模型，对烃源岩的展布进行了研究；基于实测镜质组反射率（Ro）数据，结合埋藏史和热史研究成果，分析了烃源岩的热演化过程和生烃史，以期为下一步油气资源评价奠定基础。

1 沉积背景

在沙四段沉积时期，东营凹陷北部处于裂谷盆地演化早期，气候干热，湖盆面积小，水体大量蒸发使盐度增高，湖水咸化［9-11］。在沙四段下亚段沉积早期，自湖盆边缘向中心依次发育碎屑岩—碳酸盐岩—硫酸岩组合，紫红色泥岩与蒸发岩共生［12］。在沙四段下亚段沉积晚期，气候逐渐湿润，湖盆面积进一步扩大，尤其在湖盆北部形成“高山深湖”的沉积格局，湖水在重力作用下形成下部卤水和上部咸水、微咸水的分层现象［13］，当卤水达到盐类结晶浓度时便有盐类沉积，当气候变化，发生风暴、浊流或季节性洪水涌入等使湖水大规模震荡时，卤水分层结构就会遭到破坏，形成碎屑岩沉积。在沙四段下亚段上部常见灰白色石膏、盐岩与深灰色泥岩频繁韵律互层，石膏、盐岩层的单层厚度不超过25 m。由于盐湖湖盆底层具有缺氧、强还原、高盐度条件，使有机质得以最大程度的保存［14］，与石膏、盐岩互层的泥岩和油页岩一般具有较高的有机质丰度。湖盆南缘水体变浅，主要发育紫色泥岩和蒸发岩。湖盆北缘紧邻陈家庄断层，发育巨厚砂砾岩体［15］，在砂砾岩体中发育扇间泥岩。根据泥岩沉积特征，将与石膏、盐岩互层的纹层泥岩定义为盐湖纹层泥岩相，将含膏泥岩、含盐泥岩、膏质泥岩和盐质泥岩定义为盐湖膏盐泥岩相，砂砾岩中夹层泥岩定义为扇间泥岩相。

此次研究采集了坨176井、丰深2井、新利深1井等6口井53块泥岩样品，其中盐湖纹层泥岩11块，盐湖膏盐泥岩样品32块，扇间泥岩样品10块，对这些样品开展了有机碳、岩石热解、族组分、干酪根显微组分、饱和烃色谱等实验分析。

2 烃源岩地球化学特征

干酪根显微组分分析结果（表1）显示，研究区沙四段下亚段烃源岩的有机质以腐泥组为主，含少量镜质组，类型指数为23～90.1，腐泥组主要源自水生嗜盐藻类和菌类，在显微镜下可以看到大量的无结构藻类体及少量壳屑体。其中盐湖纹层泥岩和盐湖膏盐泥岩的有机质类型多为Ⅰ—Ⅱ1型，扇间泥岩的为Ⅱ2—Ⅱ1型，都是优质的生油母质。盐湖环境下水介质盐度高，易形成强还原环境，中国许多盆地盐湖相烃源岩均具有较好的有机质类型，如江汉盆地潜江组盐湖相和泌阳盆地核二段烃源岩均为偏腐泥型和腐泥型干酪根［16］。

表1 东营凹陷北部沙四段下亚段烃源岩干酪根显微组分及有机质类型

图1 东营凹陷北部沙四段下亚段泥岩有机碳含量分布频率及其与深度的关系

有机碳含量分析结果显示：东营凹陷北部沙四段下亚段不同岩相烃源岩的有机质丰度差别不大（图1a）。盐湖纹层泥岩TOC值为0.4%～2.4%，平均为1.0%，主要为0.5%～1%，TOC值随深度变化不明显（图1b）；盐湖膏盐泥岩TOC值为0.4%～4.0%，平均为1.2%，主要为0.5%～1.5%，随深度增加略有减小；扇间泥岩TOC值为0.1%～2.0%，平均为1.0%，频率分布均匀，随深度增加明显降低，其中坨176井3 222～3 224 m扇间泥岩TOC值超过2%，而丰深2井5 540～5 580 m扇间泥岩TOC值小于0.5%。

岩石热解技术是快速、经济地评价生油岩的有效方法，一般认为生烃潜力（S1+S2）低于2 mg/g为差烃源岩，2～6 mg/g为中等烃源岩，超过6 mg/g为好烃源岩［17］。研究区沙四段下亚段盐湖纹层泥岩S1+S2值为1.02～13.5 mg/g；盐湖膏盐泥岩S1+S2值为0.3～13.6 mg/g，大于2 mg/g的样品占总样品数的54%；扇间泥岩S1+S2值为0.3～6.8 mg/g，大于2 mg/g的样品占总样品数的33%（表2）。从最高热解峰温（Tmax）看，研究区沙四段下亚段烃源岩多处于凝析油气、湿气阶段，少数埋深小于4 000 m的样品处于生油高峰阶段，大量的富氢组分生成原油并已排出，导致烃源岩热解氢指数偏低，但在经历了一定程度的热演化之后，烃源岩仍具有较高的生烃潜力。

表2 东营凹陷北部沙四段下亚段泥岩地球化学特征

研究区泥岩氯仿沥青“A”族组成具有“一高二低”的特征，即高饱和烃、低芳烃和低非烃—沥青质，饱和烃含量为65%～88%，芳烃为3%～11%，非烃—沥青质一般为2%～18%，最高达49%，饱和烃/芳烃值高，非烃/沥青质值高，反映了腐泥型母质成烃的贡献远大于腐殖型母质，而较高的非烃/沥青质可能反映杂原子化合物聚合程度低的特征。

研究区沙四段下亚段烃源岩具有高伽马蜡烷和显著的植烷优势，伽马蜡烷/C30藿烷多高于0.20，Pr/Ph一般小于1.0（表3），这些特征表明烃源岩沉积过程中湖水具有较高的盐度和强还原底水条件。CPI值趋近于1，说明烃源岩处于成熟—过成熟演化阶段。烃源岩的重排甾烷含量低，C27重排甾烷/C27甾烷值多小于0.25，与咸化环境条件富硫酸盐矿物、盐岩和碳酸盐矿物的特征一致。沙四段下亚段烃源岩中规则甾烷含量分布既存在C29＞C27＞C28，也存在C27＞C29＞C28，说明有机质来源非常复杂（图2）。

表3 东营凹陷北部沙四段下亚段烃源岩饱和烃色谱特征

图2 东营凹陷北部沙四段下亚段烃源岩质谱分析结果

3 烃源岩测井评价及展布特征

研究区钻遇沙四段下亚段的井较少，且烃源岩取心数量有限。基于测井信息与烃源岩实测TOC值之间的关系，可以计算烃源岩评价所需相关参数［18］，增加了烃源岩评价数据量，有利于揭示岩性变化大、有机质分布复杂的盐湖相烃源岩的展布特征。

3.1 测井评价模型

研究区沙四段下亚段烃源岩中富含石膏和盐等矿物，使岩石的自然伽马和密度降低，声波时差和电阻率增大，对常规Δlg Rt法预测烃源岩TOC值产生不良影响［19-20］。因此，在岩性识别的基础上，首先定量分析泥页岩中的膏质和盐质含量，再根据实测烃源岩TOC值，分不同岩性建立测井烃源岩评价模型，即

式中：TOC为有机碳含量，%；AC为声波时差，μs/ft；Rt为电阻率，Ω·m；DEN为密度，g/cm3；SH为泥质含量；GR为自然伽马，API；GRSG为纯石膏或纯盐自然伽马，API；GRM为纯泥岩自然伽马，API。

为检验模型的准确性，将计算所得TOC值与实测TOC值进行对比，发现其相关系数可达82%，再选取烃源岩发育的丰深2井进行实测值和计算值对比（图3），发现二者吻合较好，说明所建立的盐湖相烃源岩测井评价模型是可靠的。

在测井数据标准化的基础上，利用烃源岩测井评价方法对研究区62口井的沙四段下亚段烃源岩进行评价，获取了大量的烃源岩评价参数，实现了对研究区沙四段下亚段盐湖相烃源岩的精细评价。

3.2 有效烃源岩展布特征

通过岩心观察和地球化学分析，结合前人研究成果，认为TOC值大于0.5%的烃源岩才有效，介于1%～2%为中等烃源岩，超过2%为优质烃源岩［21-22］，以此为标准，利用测井评价烃源岩的结果绘制了研究区沙四段下亚段有效和优质烃源岩累积厚度等值线分布。

图3 丰深2井TOC实测值与计算值对比

东营凹陷北部沙四段下亚段有效烃源岩主要分布在陈家庄断层以南，胜科1、郝科1井以北，滨680、利古6井以西，其中丰深2—东风8井区有效烃源岩累积厚度超过了350 m。中央隆起带以南仅在局部（梁125—梁6井区、官130井区）发育有效烃源岩，累积厚度不超过100 m（图4a），在利津地区（新利深1井南）、胜坨地区下降盘（坨深1井区）、民丰地区（丰深2—丰深6井区）有效烃源岩的TOC均值超过1.8%，郝科1井区TOC均值超过1.6%，总的来看，有效烃源岩向东、向南厚度减薄，品质变差。

优质烃源岩控制着凹陷内油气藏的形成和分布。研究区优质烃源岩的分布较为局限，厚度最大不超过60 m，超过30 m的区域包括郝科1井区、丰深2—丰深1井区、坨深1井区和新利深1井南（图4b）。

湖盆有机质沉积并保存下来的主要控制因素是古生产力和缺氧环境［23］，二者控制了优质烃源岩的发育。一方面，高盐条件下生物种类减少，但生物数量不减，在镜下观察到烃源岩样品中发育大量藻类富集纹层，可见高盐度卤水中，生命仍然繁盛［24］，这说明高盐环境虽然抑制了寄生生物生长，但有利于藻类勃发，同样可以提高生产力［25］；另一方面，盐湖水体分层导致下部水体形成强还原环境，有机质得以有效保存。在沙四段下亚段沉积时期，东营凹陷北部利津和民丰地区是沉积中心，发育深水—半深水盐湖，沉积了巨厚的泥岩、含膏泥岩、含盐泥岩、膏质泥岩和盐质泥岩，这些泥岩有机质类型好，丰度高，后期又得以有效保存，有利于有效烃源岩发育。

图4 东营凹陷北部沙四段下亚段有效和优质烃源岩累积厚度等值线分布

4 烃源岩演化及生烃史

非常充分。明化镇组沉积中后期（7 Ma）以来，烃源岩埋深超过4 000 m，地层温度超过160℃，Ro＞1.2%，烃源岩中未排出的原油和古油藏中的原油都开始裂解，目前民丰地区大面积的区域处于烃源岩热解和原油裂解的生气阶段。

4.1 民丰地区

民丰地区沙四段下亚段烃源岩在沙四段—沙二段沉积时期被快速埋藏，埋藏速率平均为0.34 km/Ma，在沙三段下亚段沉积时期（39 Ma）进入生油门限，沙三段中亚段沉积时期（36 Ma）达到生油高峰，在东营组沉积末期，洼陷抬升遭受剥蚀，剥蚀厚度超过200 m，直到明化镇组沉积早期（9 Ma）才进入烃源岩热解生气阶段（图5），36～9 Ma的生油过程

图5 丰深2井沙四段下亚段烃源岩埋藏和生烃史

4.2 利津地区

利津地区沙四段下亚段烃源岩在沙四段—沙二段沉积时期快速埋藏，到沙三段沉积中期进入生油门限，沙三段沉积后期（32 Ma）进入生油高峰，沙一段—东营组沉积时期埋藏速率明显降低，东营组沉积后期洼陷抬升，遭受剥蚀，这一过程从24 Ma持续到17 Ma，馆陶组沉积时期又开始快速埋藏，但直到明化镇组沉积后期（6 Ma）烃源岩进入热解生气阶段，烃源岩在主要生油阶段渡过了26 Ma，生油过程充分。2 Ma以来，洼陷局部埋深超过4 100 m，温度超过了160℃，进入原油裂解生气阶段。

4.3 胜坨下降盘

同利津地区一样，胜坨下降盘深洼区沙四段下亚段烃源岩也经历了“快—慢—快”的埋藏过程。在沙三段沉积中期（36 Ma）达到生油门限，沙三段沉积后期进入生油高峰期，然后在明化镇组沉积后期（5.5 Ma）才达到烃源岩热解生气阶段。1.5 Ma以来，地层温度超过160℃，原油开始裂解，目前处于原油裂解生气阶段。

5 结论

东营凹陷北部沙四段下亚段盐湖相烃源岩富含有机质，有机质类型多为Ⅰ—Ⅱ1型，是优质的生油母质。通过有机碳、岩石热解等实验分析手段证实，盐湖沉积物中的含膏泥岩、含盐泥岩、膏质泥岩和盐质泥岩也具备一定的生烃能力，拓展了东营凹陷北部沙四段下亚段烃源岩研究范围。

针对盐湖相烃源岩不同岩性测井响应特征，基于实测数据建立烃源岩测井评价模型，利用测井信息评价了研究区62口探井沙四段下亚段烃源岩。以TOC＞0.5%为有效烃源岩界定标准，研究区有效烃源岩主要分布在中央隆起带以北，其中民丰地区、利津地区和胜坨下降盘的烃源岩有机碳含量高、累积厚度大，是中等和优质烃源岩发育有利区，这些区域是沙四段下亚段盐湖沉积中心，藻类勃发和强还原环境有利于有机质的富集和保存。

东营凹陷北部沙四段下亚段烃源岩普遍经历了早期（44～24 Ma）快速埋藏、中期（24～14 Ma）缓慢沉降和抬升、晚期（7 Ma至今）快速埋藏3个阶段，它们在沙三段沉积中后期就进入生油高峰，生油阶段持续时间长，生油作用充分；在明化镇组沉积中后期烃源岩进入热解生气阶段，目前深洼区沙四段下亚段埋深大多超过4 200 m，地层温度超过160℃，烃源岩中未排出的原油和古油藏中的原油都开始裂解生成原油裂解气。不同构造部位生烃史有所差异，其中民丰地区烃源岩热解和原油裂解持续时间长，两者对天然气成藏贡献都很大；胜坨下降盘和利津地区烃源岩热解生气作用持续时间长于原油裂解，前者对成藏贡献比后者大。

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编辑经雅丽

TE112.113< class="emphasis_bold">文献标识码：A

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1009-9603（2014）01-0010-06

2013-11-05。

高阳，男，工程师，博士，从事天然气成藏和低渗透储层研究。联系电话：18605469715，E-mail：swap124@163.com。

国家自然科学基金项目“咸化湖盆优质烃源岩形成及其有机质与盐类物质相互作用研究”（405272084），国家科技重大专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术”（2011ZX05006）。