沧东次凹沙河街组成烃环境及生排烃特征*

于超

(天津市大港油田勘探开发研究院，天津 300280)



沧东次凹沙河街组成烃环境及生排烃特征*

于超

(天津市大港油田勘探开发研究院，天津 300280)

沧东次凹沙河街组主要发育低熟烃源岩，为了明确该区低熟油的勘探潜力，围绕低熟与成熟烃源岩生烃物质及生排烃机理的差异性,进一步深化了成烃环境及生排烃的特征研究，并得到以下结论：沧东次凹以咸化-半咸化湖强还原相为主，成烃环境最好；盐山次凹沙一段为咸化-半咸化湖强还原相，成烃环境有利；南皮次凹以淡-半咸化湖还原相为主；吴桥次凹为淡-微咸化湖还原-弱还原相，成烃环境较差。同时，利用含油饱和度开展了生排烃研究，证实了沙河街组未熟-低熟烃源岩具有明显的生排烃过程，沙一段排烃门限浅于沙三段，其中沧东次凹沙河街组烃源岩具有较强的排烃能力。

沧东凹陷；成烃环境；含油饱和度；排烃门限

0　引言

图1沧东凹陷勘探成果

沧东凹陷是大港探区第二大富油气凹陷，总面积达4 700 km2，是大港油田重要的勘探战场之一。随着勘探程度的不断提高，勘探难度日益加大，资源接替成为制约油田发展的主要问题之一。前人研究证实,位于主凹周边的次凹区(包括沧东、盐山，南皮、吴桥次凹,统称为沧东次凹)沙河街组烃源岩有机质丰度高、母质类型好，具有一定的生烃潜力，但埋深偏浅，热演化程度低(如图1所示)。生排烃模拟实验和有机岩石学的研究结果表明，该区沙河街组具备形成未熟-低熟石油的能力，而目前研究比较偏重于生烃的物质基础[1-2],因此，需深化未熟-低熟油的排烃特征分析及其成烃环境研究，从而为低熟油的勘探决策提供依据。

1　烃源岩分布特征

对沧东次凹内所有探井烃源岩的发育状况进行了系统的统计分析，明确了沙河街组烃源岩主要发育在沙三段和沙一段，其中沙三段为稳定的湖盆沉积，主要分布在孔南地区的沧东、南皮和吴桥3个次凹，总面积约为3 100 km2。沧东-南皮次凹沙三段地层以深灰色泥岩为主，夹有少量红色泥岩及灰色砂岩；南部吴桥次凹中心沉积了较大的深湖-半深湖相暗色泥岩，其间夹有薄-中厚层砂岩。沙一段是早第三纪湖盆扩大的极盛期，分布范围广，在沧东凹陷的4个次凹均有沉积，总体上具有北厚南薄的分布格局[3-4]。

2　沙河街组烃源岩成烃环境分析

烃源岩中有机质的分布、数量和质量，特别是生物标志化合物的组成与分布和沉积水体深度和盐度、水生或陆源生物的加入、区域气候条件、沉积体氧化-还原环境等因素密切相关。因此，有必要开展烃源岩成烃环境研究[5]，寻找优质烃源岩沉积环境的地球化学标志，为勘探决策提供依据。

图2沧东凹陷原油密度与含硫量分布

2.1不同次凹原油物性特征

通过对沧东次凹来源于沙河街组沙一段烃源岩的原油物性特征进行对比分析，发现其原油的密度明显比孔二段原油的密度大，含硫量也高。与我国其他地区未熟-低熟油相关特征对比[4]，发现沧东次凹和盐山次凹沙一段原油形成环境的盐度较高(如图2所示)。

2.2烃源岩碳硫特征

对沙河街组200多块烃源岩样品进行了有机碳硫分析，并对分析结果进行了相关统计，可以发现不同次凹不同层系烃源岩的碳硫含量差异十分明显。其中，沧东次凹烃源岩有机碳与硫含量相关性最好，有机碳含量随着硫含量的增加而升高，推测为还原环境，南皮与盐山次凹次之，吴桥次凹还原性最差(如图3所示)。

a 沙一段b 沙三段

2.3烃源岩生物标志物特征

综合烃源岩地球化学生物标志物特征进行分析，在沙一段沉积时期，沧东次凹姥姣烷比值(Pr/Ph)小于0.8，该样品占总样品数的84.5%，伽马蜡烷指数(Gr/C30)大于1.2的样品占总样品数的37.5%，以强还原、半咸-咸化沉积为主。南皮次凹伽马蜡烷指数(Gr/C30)为0.3～1.2，以强还原、半咸化沉积为主。盐山次凹伽马蜡烷指数(Gr/C30)小于0.3，样品占总样品数的50%，以强还原、淡-微咸和半咸沉积为主(如图4所示)；相对沙一段而言，沙三段水体偏淡，沉积环境以还原为主。其中，沧东次凹沙三段沉积以淡-微咸和半咸沉积为主，南皮次凹和吴桥次凹沙三段均以水体淡-微咸为主。

a 姥姣烷比值b 伽马蜡烷指数

3　沙河街组烃源岩生排烃特征

3.1烃源岩生烃特征

根据沧东凹陷沙河街组烃源岩生、排烃模拟实验的所得结果(见表1)，可建立沧东次凹沙河街组烃源岩泥的生排烃模式[6]。生排烃模式特征表现为生烃母质好，生排烃较早，镜煤反射率Ro在0.3%左右可以生成部分未熟油气，且总生油量大于残留的油量，这反映了在未熟阶段即可生成并排出未熟油；Ro在0.6%左右出现第一个生油高峰，并且生成量大，在这一阶段之前，生成的油气为未熟-低熟油；之后油气产率开始降低，低熟生油能力逐渐变差，直到Ro在0.75%左右，油气产率降到最低；从Ro=0.75%开始，烃源岩进入正常演化阶段。总体而言，沙河街组烃源岩在低演化阶段仍具有一定的生烃潜力[6]。

表1　Z46井灰黑色泥岩热模拟结果

3.2烃源岩排烃特征

与成熟烃源岩相比，低熟烃源岩以可溶有机质生烃为主，尤其是以非烃转化生烃为主。因此，热演化及排烃特征除常规参数外，应重点加强可溶有机质及族组成的特征参数研究[7-8]。通过含油饱和度的相关研究，合理选取了有效参数，以明确沧东、南皮、吴桥次凹的沙三、沙一段排烃门限。

3.2.1烃源岩含油饱和度与排烃门限的确定

通常不直接测试烃源岩的含油饱和度，这是由于岩心长期暴露在外，油气已经散失。这里含油饱和度中的“油”，是指未排除烃源岩而残留下来的烃量，主要以吸附状态存在于烃源岩中，通常情况下散失的量较少，因此氯仿沥青“A”是近似反映该指标的有效参数。由氯仿沥青“A”的定义得到饱和度计算公式：

S0=Dr×w(A)/(Φ×Do)×100%

式中：S0为含油饱和度，%；Φ为有效孔隙度，%；w(A)为氯仿沥青“A”质量分数，%；Do、Dr分别为原油和岩石的密度，g/cm2。

图5沧东凹陷不同次凹沙河街组排烃特征对比

对于某一地区而言，同种类型的干酪根在达到相同的演化阶段时，不管有机质丰度的高低如何，产生的烃类相对量是一定的，即w(A)/TOC(氯仿沥青与总有机碳质量分数的比值)就是一个定值，也就是说w(A)/TOC一定会有一个最大值，超过这一值就会发生排烃，从而导致了w(A)的减小。由此可见，w(A)/TOC比值随深度变化的外包络线即临界转化率，如果在相同演化阶段的某一深度处，该值是变小的，就意味着已发生排烃，排出的烃量等于外包络线与该值的差值，这一深度即可确定为排烃门限。

3.2.2沧东次凹排烃特征

从不同次凹段排烃特征来看(如图5所示)，沙三段初次排烃门限深度有较大的差异，沧东次凹门限深度最浅，约为1 600 m，并且含油饱和度最高，超过1%；吴桥次凹最深，约为2 500 m，含油饱和度不超过1%。由此可见，在未熟-低熟阶段，沧东次凹沙三段的排烃条件最好，南皮次凹次之，吴桥次凹最差；沙一段初次排烃的门限深度相差不大，大致处于1 700～1 800 m之间，且盐山次凹一直维持着较高的实际含油饱和度。为此，沙一段盐山次凹的排烃条件最好。

4　结论

(1)沧东次凹以咸化-半咸化湖强还原相为主，成烃环境最好；盐山次凹沙一段为咸化-半咸化湖强还原相，成烃环境有利；南皮次凹以淡-半咸化湖还原相为主；吴桥次凹为淡-微咸化湖还原-弱还原相，成烃环境较差。

(2)沧东次凹沙河街组烃源岩在低演化阶段具有一定的生烃潜力；沧东次凹沙河街组未-低熟烃源岩具有明显的排烃过程，沙一段排烃门限均值为1 850 m，明显浅于沙三段，其中沧东次凹沙河街组烃源岩具有较强的排烃能力，可作为低熟油气勘探的重点战场。

[1] 黄第藩,李晋超.陆相沉积中的未熟-低熟石油及其意义[J].石油学报,1987,8(1):1-9.

[2] 王铁冠,钟宁宁,侯读杰,等.低熟油气形成机理与分布[M].北京:石油工业出版社,1995.

[3] 于学敏，何咏梅，姜文亚,等.黄骅坳陷歧口凹陷古近系烃源岩主要生烃特点[J].天然气地球科学，2011，22(6):1001-1008.

[4] 王振升，滑双君，于学敏,等.歧口凹陷沙河街组烃源岩分级评价及优质烃源岩分布[J].天然气地球科学,2014,25(12):1896-1901.

[5] 于超.歧口凹陷古近系优质烃源岩发育控制因素浅析[J].广东石油化工学院学报，2015，25(4):1-4.

[6] 邹华耀,文志刚,潘仁芳，等.苏北盆地管镇次凹陷阜四段低熟烃源岩生烃史与排烃史模拟[J].江汉石油学院学报,1996,18(3):13-17.

[7] 范柏江,庞雄奇,师良.烃源岩排烃门限在生排油气作用中的应用[J].西南石油大学学报,2012,34(5):65-69.

[8] 郭继刚,李建华,庞雄奇,等.准噶尔盆地南缘侏罗系烃源岩排烃效率研究[J].现代地质,2013,27(5):1081-1087.

(责任编辑：骆磊)

Hydrocarbon-forming Environment and Eneration-exhaustion Characteristic of Shahejie Formation in Cangdong Subsag

YU Chao

(PetroChina Dagang Oilfield Company, Tianjin 300280, China)

In Shahejie formation, Cangdong subsag, immature-low mature hydrocarbon source rocks is mainly developed. By studying the difference of hydrocarbon generating and generation-exhausting mechanism between immature and mature source rock, hydrocarbon-forming environment and generation-expulsion characteristic, it could be confirmed the difference of hydrocarbon precursor under the hydrocarbon-forming environment in different subsag; Based on the study of oil saturation, it is obvious that the immature-low mature hydrocarbon source rocks in shahejie formation has hydrocarbon generation-exhausting process, and the hydrocarbon-generating threshold of sha 1 formation is lower than that of sha 3 formation. The result has guiding significance for immature oil exploration and selection in this area.

Cangdong Sag; Hydrocarbon-forming environment; Oil saturation; Hydrocarbon-exhausting threshold

2016-06-27；

2016-07-25

于超(1979—)，女，天津人，工程师，主要从事油气勘探目标评价工作。

P618.13

A

2095-2562(2016)04-0006-04