渤海湾盆地辽东南洼陷优质烃源岩定量评价

赵弟江，韦阿娟，郭永华，付　立，吴庆勋，曾金昌



渤海湾盆地辽东南洼陷优质烃源岩定量评价

赵弟江，韦阿娟，郭永华，付立，吴庆勋，曾金昌

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

辽东南洼陷埋藏较浅，构造演化复杂，勘探程度低，资源潜力认识不清，对其开展烃源岩评价极为必要。运用地球化学、古生物等分析手段，确定了辽东南洼陷主要生烃层系，认为渐新统沙河街组沙一—沙二段与沙三段有机质丰度高，类型较好，成熟度较高，是研究区主力烃源岩；沙四段—孔店组烃源岩有机质丰度稍差，但成熟度较高，且发育规模较大，是辽东南洼陷非常有潜力的烃源岩；渐新统东营组东三段烃源岩成熟度较低，生烃贡献较小。根据测井资料与地震多属性反演技术，对各套烃源岩发育规模进行定量评价后发现，辽东南洼陷烃源岩发育层系较多，分布范围较广，生烃潜力较大，极具油气勘探潜力。辽东南洼陷北部优质烃源岩厚度明显比南部大，是研究区生烃中心，南部烃源岩主要沿走滑断层呈串珠状分布，明显受到走滑断层控制。

渤海湾盆地；辽东南洼陷；优质烃源岩；古生物；测井响应；多属性反演；定量评价

处于勘探早期的地区，因钻井资料较少，很难利用探井岩心和岩屑等资料识别优质烃源岩并探讨其平面分布规律，随着测井技术的不断完善，许多学者开始探索烃源岩的地球化学参数和测井信息之间的关系，尝试运用不同测井参数计算烃源岩中有机质丰度［1-4］，有效地弥补了岩石地球化学分析的不足，但受限于钻井数量，无法对烃源岩的平面展布范围进行评价。进入21世纪以来，通过地震反射特征、地震相与地震速度岩性的分析与探索，从定性到定量开展烃源岩的识别和评价，刻画烃源岩平面分布规律与发育规模，在无井、少井地区取得了良好的效果［5-7］。

辽东湾坳陷是渤海油田重要的油气产区，长期以来，许多学者对辽东湾坳陷烃源岩进行了研究［8-12］，明确辽中凹陷与辽西凹陷北部洼陷是富烃区，主要烃源岩层段为渐新统沙河街组沙一段、沙二段、沙三段和东营组东三段。而位于辽东湾坳陷东缘的辽东凹陷，尚未进行烃源岩评价研究，前人认为其烃源岩层系应与辽东湾坳陷其他地区相同，优质烃源岩发育规模较小，资源潜力有限。2002年以来，在辽东南洼陷西部走滑断层构造带与东斜坡取得较好的油气发现，展现出良好的勘探前景。辽东南洼陷无资源潜力评价已制约了油气勘探进展，因此，对辽东南洼陷烃源岩发育规模与生烃潜力进行深入研究，具有重要意义。

1　地质概况

辽东凹陷位于渤海湾盆地辽东湾坳陷东缘，以辽东凸起南段的北东—南西向断层F8为界分为南北2个洼陷，辽东南洼陷为本次研究目标区（图1）。辽东南洼陷西与辽中凹陷以中央走滑断层F5为界，东侧以斜坡向胶辽隆起逐渐过渡，南与渤东凹陷以北东—南西向断裂F9为界。辽东南洼陷为西断东超的箕状凹陷，曾属于古辽中凹陷的一部分，在早渐新世沙一段和沙二段沉积期，郯庐走滑断裂带穿过古辽中凹陷，断裂带内的差异升降和挤压形成了辽东凸起与南部反转构造带，使辽东南洼陷分离开来，成为相对独立的沉积洼陷。辽东南洼陷经历了断陷期和拗陷期2个演化阶段，自下而上发育古新统孔店组、渐新统沙河街组和东营组、中新统馆陶组、上新统明化镇组、第四系。目前认为主力烃源岩层为孔店组（E1k）、沙河街组沙四段（E2s4）、沙三段（E2s3）、沙一—沙二段（E2s1-2）和东营组东三段（E3d3），主要含油层系为东二段和沙二段。

图1　辽东南洼陷构造位置

2　烃源岩发育特征

2.1常规地球化学特征

通过对辽东南洼陷162块潜在烃源岩样品有机碳含量、生烃潜量等参数的统计（表1），可知沙一—沙二段与沙三段烃源岩有机质丰度评价指标最高，根据中国陆相含油气盆地的烃源岩有机质丰度评价标准［13］，好—非常好烃源岩占全部样品80%以上（图2），沙一—沙二段与沙三段烃源岩达到非常好；东三段烃源岩平均有机碳含量、平均总烃含量与平均生烃潜量稍低，好—非常好烃源岩频率达70%以上，氯仿沥青A含量频率对比中，中等烃源岩的频率较高，说明有机质丰度稍差；沙四段—孔店组烃源岩平均有机碳含量、平均生烃潜量等参数最低，频率对比图显示，有较多样品分布在差—中等烃源岩的区域，说明沙四段—孔店组有机质丰度相对最差。

表1　辽东南洼陷各潜在烃源岩层系部分参数统计

沙一—沙二段与沙三段烃源岩有机质类型最好，以Ⅰ型与Ⅱ1型为主；东三段次之，以Ⅱ1型为主；沙四段—孔店组烃源岩有机质类型相对最差，较多样品为Ⅱ1型与Ⅱ2型（图3）。

沙一—沙二段与沙三段烃源岩平均镜质体反射率大于0.50%，均已进入生烃门限（表1）；东三段烃源岩平均镜质体反射率为0.48%，整体未进入生烃门限；沙四段—孔店组烃源岩成熟度相对较高，平均镜质体反射率达0.76%.

综合分析可知，辽东南洼陷沙一—沙二段与沙三段烃源岩最好；东三段烃源岩有机质成熟度较低，成藏贡献可能较少；沙四段—孔店组烃源岩相对较差，但仍具有较高的生烃潜力。

2.2生物标志化合物特征

辽东南洼陷4套烃源岩的正构烷烃碳数分布特征均呈单峰态前峰型（图4），而饱和烃生物标志化合物中的伽马蜡烷与甾萜烷类则差异很大。沙一—沙二段Pr/Ph远小于1，伽马蜡烷含量非常高，显示半咸水—咸水强还原环境［10］，C27，C28，C29胆甾烷系列相对含量呈“L”形分布，表明水生生物可能是其主要有机质来源［11］；C19三环萜烷/C23三环萜烷与C24四环萜烷/C26三环萜烷较低，表明陆源有机质输入较低［12］，孕甾烷/升孕甾烷与重排藿烷/藿烷较低，规则甾烷/藿烷相对较高。沙三段Pr/Ph小于1，伽马蜡烷较低，显示淡水—微咸水还原环境，C27，C28，C29胆甾烷系列相对含量近“V”形分布，表明双重来源有机质输入［14］，C19三环萜烷/C23三环萜烷与C24四环萜烷/C26三环萜烷较低，显示陆源有机质输入相对较低［15］，孕甾烷/升孕甾烷较高，重排藿烷/藿烷与规则甾烷/藿烷相对较低，4-甲基甾烷/C29胆甾烷并不太高，这与渤海海域其他地区沙三段差异较大。沙四段—孔店组Pr/Ph大于1，伽马蜡烷含量也较低，显示沉积时期水体为淡水—微咸水弱还原—弱氧化环境，C27，C28，C29胆甾烷系列相对含量呈“L”形分布，表明水生生物输入贡献较大，C19三环萜烷/C23三环萜烷与C24四环萜烷/C26三环萜烷相对较高，又显示较高的陆源有机质输入，孕甾烷/升孕甾烷和重排藿烷/藿烷也较高［16］。东三段Pr/Ph大于1，伽马蜡烷含量低，显示淡水—微咸水弱还原—弱氧化环境［17］，C27，C28，C29胆甾烷系列呈“V”形分布，表明有机质输入具双重来源，C19三环萜烷/C23三环萜烷与C24四环萜烷/C26三环萜烷较高，显示陆源有机质输入较高，孕甾烷/升孕甾烷较高，重排藿烷/藿烷与规则甾烷/藿烷相对较低，4-甲基甾烷/C29胆甾烷较低。

2.3古生物特征

图2　辽东南洼陷潜在烃源岩部分有机质丰度指标频率分布对比

图3　辽东南洼陷烃源岩有机质类型划分

辽东南洼陷不同层段发育藻类组合具有较大差异性，沙一—沙二段藻类占微体古生物数量百分比较低，种类较少，多为沟鞭藻类与疑源类，主要发育Cleistosphaeridium，Filisphaeridium等耐高盐度藻类［18］，代表封闭—半封闭的咸水滨浅湖环境，这与伽马蜡烷丰度较高相对应；沙三段藻类含量较高，主要发育Bohaidina，Parabohaidina等沟鞭藻类，指示开放型微咸水中—深湖环境，但研究区沟鞭藻类的异常丰富与生物标志化合物上4-甲基甾烷丰度较低并不对应，这可能与4-甲基甾烷对沟鞭藻类的专属性不强，或者经过细菌改造有关［19］；沙四段—孔店组藻类含量仅在油页岩层段较高，主要发育Pediastrum，Chaetosphaeridium等绿藻类与疑源类，藻类组合表征淡水—微咸水滨浅湖环境［20］，腐泥型无定形体与碎屑体含量较高，对应了有机碳含量与氢指数较高层段，其他层段则相对较差；东三段整体藻类主要发育Leiosphaeridia，Granodiscus等，代表淡水—微咸水的中—深湖环境。

通过对辽东南洼陷4套烃源岩的分析，提出研究区优质烃源岩的标准：有机碳含量大于2%，有机质类型以Ⅰ型与Ⅱ1型为主，镜质体反射率大于0.7%.生物标志化合物参数组合与藻类组合指示：沉积环境主要为微咸水弱还原中—深湖环境或半咸水—咸水还原浅湖环境，有机质来源主要为陆源有机质或水生生物。

图4　辽东南洼陷4套烃源岩部分饱和烃生物标志化合物质量色谱

3　优质烃源岩的定量评价

3.1烃源岩测井定量评价

有机碳含量是评价生油岩生烃能力的主要指标之一［21］，本次研究尝试了多元回归法与ΔlogR法等多种方法建立测井参数与有机碳含量的关系，最终确定选用ΔlogR法计算有机碳含量，ΔlogR法是Passey等于20世纪90年代提出的能精确预测不同成熟条件下的有机碳含量烃源岩测井定量评价技术［22］，适用于碳酸盐岩和碎屑岩。

运用ΔlogR法计算了辽东南洼陷8口井主要烃源岩层段有机碳含量，计算结果表明，利用测井参数得到的有机碳含量与实测结果比较接近（图5），证实了ΔlogR法在辽东南洼陷的适用性，也为下一步地球物理反演提供井控资料。

3.2烃源岩地震资料多属性反演定量评价

以辽东南洼陷8口实钻井有机碳含量曲线为目标曲线，提取井旁道多种地震属性为自变量，应用统计学原理对测井计算的有机碳含量与地震属性进行相关性研究［6］，优选与有机碳含量相关性高的地震属性组合，通过神经网络训练，并利用盲井进行交互验证，发现主频、时间、瞬时振幅倒数、滤波切片、绝对振幅积分和瞬时振幅二阶导数6种地震属性与有机碳含量建立拟合方程误差最小，相关系数为0.600 8（图6），利用这6种属性建立了与有机碳含量之间的相关关系。将这一关系应用到三维地震体，即可得到有机碳含量数据体。在有机碳含量数据体中，对辽东南洼陷各烃源岩层段有机碳含量大于2%采样点的个数进行累加，乘以地震资料采样率，再分别乘以钻井揭示的各烃源岩层段稳定泥岩层统计得到的速度，从而得到沙一—沙二段、沙三段、沙四段—孔店组优质烃源岩空间展布（图7）。

图5　辽东南洼南L8井有机碳含量计算结果与实测数据对比

图6　辽东南洼陷有机碳含量地震属性拟合值与实测值相关性

辽东南洼陷不同层位优质烃源岩发育规模与资源潜力差异较大。沙三段优质烃源岩厚度最大，平均厚度达到151.23 m，分布面积846.30 km2；沙一—沙二段优质烃源岩有机质丰度最高，但厚度最小，平均厚度只有81.95 m，分布面积1 002.29 km2；沙四段—孔店组优质烃源岩厚度也较大，平均厚度达到130.00 m，分布面积838.97 km2，这是辽东南洼陷有别于辽东湾坳陷其他凹陷的重要层系，其生烃潜力值得关注。

辽东南洼陷3套主要优质烃源岩（有机碳含量大于2%的泥岩）总面积为2 687.56 km2，平均厚度达338.54 m.优质烃源岩较厚的区域主要分布在北部，平均厚度达到477.97 m，表明辽东南洼陷在烃源岩沉积期为沉积中心，南部地区优质烃源岩在断层东侧下降盘厚度较大，平均厚度204.91 m，厚度中心沿走滑断层呈串珠状分布，表明其发育明显受到走滑断层控制，沉积中心不断发生迁移。

图7　辽东南洼陷3套优质烃源岩预测厚度分布

本次研究还运用有机碳法，计算了优质烃源岩的生油量与资源量，结果显示，辽东南洼陷优质烃源岩总生烃量为36.51×108t，总资源量为2.76×108t，而前人计算整个辽东凹陷资源量仅为1.68×108t［23］.随着勘探程度的加大，辽东南洼陷不断有越来越多的储量被发现，2002年以来，在西侧走滑断层构造带内钻探L2井和L3井等均取得良好油气发现，显示辽东南洼陷具有较强的供烃能力。2016年4月，在辽东南洼陷东斜坡勘探取得重大突破，发现了一构造-岩性油气藏，其油气来源于辽东南洼陷，表明研究区具有较大的勘探潜力。

4　结论

（1）辽东南洼陷沙一—沙二段与沙三段烃源岩有机质丰度高，类型较好，成熟度较高，是研究区主力烃源岩；沙四段—孔店组烃源岩稍差，但发育规模较大，仍是研究区较有潜力的烃源岩层段；东三段烃源岩成熟度较低，对油气的成藏贡献很少。

（2）辽东南洼陷沙一—沙二段烃源岩生物标志化合物特征为高伽马蜡烷与低三环萜烷类，发育高耐盐度的沟鞭藻类，指示高盐度的滨浅湖环境；沙三段烃源岩生物标志化合物特征为高规则甾烷/藿烷与低伽马蜡烷，渤海藻属富集，指示微咸水中—深湖环境；沙四段—孔店组烃源岩生物标志化合物特征为高Pr/ Ph与重排藿烷/藿烷，滨浅湖相淡水藻发育，表征了淡水滨浅湖环境；东三段生物标志化合物则以高三环萜烷类与低伽马蜡烷为特征，藻类为深湖相淡水藻，代表淡—微咸水中—深湖环境。

（3）辽东南洼陷优质烃源岩发育规模较大，生烃量与资源量较为可观，是渤海油田极具勘探潜力的地区。其中沙三段优质烃源岩厚度与生烃量最大，沙四段—孔店组次之，沙一—沙二段优质烃源岩生烃量最小。辽东南洼陷北部为主要烃源岩沉积中心，优质烃源岩较厚；南部优质烃源岩则主要沿走滑断层呈串珠状分布，发育明显受到走滑断层控制。

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文章编号：1001-3873（2016）04-0436-06

DOI：10.7657/XJPG20160409

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（编辑顾新元）

Quantitative Evaluation of High-Quality Source Rocks in Liaodong South Sub-Sag in Bohai Bay Basin

ZHAO Dijiang，WEI Ajuan，GUO Yonghua，FU Li，WU Qingxun，ZENG Jinchang
（Bohai Oilfield Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China）

The Liaodong south sub-sag in Bohai Bay basin is an area with shallow burial，complicated structural evolution，low exploration degree，and unclear resource potentials up to now，so evaluation of the source rocks in this area is extremely necessary.Based on geochemical and paleontological analysis，the main hydrocarbon-generating sequences are determined in this south sub-sag.It is considered that the Sha-1 to Sha-3 members of the Oligocene Shahejie formation are of high abundance and good type of organic matter as well as high maturity of source rocks，which could be as the major source rocks in the study area；the Sha-4 member to Kongdian formation are of relatively low abundance of organic matter with relatively high maturity and extensive distribution，which could be as the potential source rocks；the Dong-3 member of the Oligocene Dongying formation has relatively low maturity of the source rocks，so it provides less contributions to hydrocarbon generation.Based on logging data and multi-attribute seismic inversion processing，quantitative evaluation is made for each high-quality source rock development scale，and the result shows that several series of source rocks exist in the south sub-sag，which are widely distributed and have greater hydrocarbon-generating potentials，most being of petroleum exploration prospect.The high-quality source rocks in the north part of it are significantly thicker than that in the south part，which is the hydrocarbon-generating center in the study area.The source rocks in the south part are in beaded distribution along the strike-slip fault and controlled by the fault.

Bohai Bay basin；Liaodong south sub-sag；high-quality source rock；paleontology；logging response；multi-attribute seismic in version；version；quanti tative evaluation

TE112.115

A

1001-3873（2016）04-0436-06

10.7657/XJPG20160409

2016-04-22

2016-06-08

国家科技重大专项（2011ZX05023-006-002）

赵弟江（1987-），男，山东鄄城人，硕士，油气勘探，（Tel）022-25803493（E-mail）zhaodj3@cnooc.com.cn