东海盆地西湖凹陷烃源岩成熟度厘定——FAMM分析的证据

张 隽

(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)



东海盆地西湖凹陷烃源岩成熟度厘定
——FAMM分析的证据

张 隽

(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)

镜质体反射率是评价烃源岩有机质成熟度的主要指标之一，已有研究表明，镜质体反射率(Ro)除受控于有机质热演化程度外，还受烃源岩有机质类型等因素的影响，镜质体富氢程度制约镜质体反射率的抑制程度，影响了Ro测值的准确性。多组分荧光变化(FAMM)技术可有效解决镜质体反射率的抑制问题。利用FAMM技术和镜质体反射率分析方法，对取自东海盆地西湖凹陷9口钻井的10件平湖组烃源岩样品进行了成熟度分析，结果显示样品的镜质体反射率存在不同程度的抑制，抑制校正值介于0.01%～0.25%，个别样品稍有增强现象。根据FAMM分析结果，以TWT1井为例，厘定了该井区平湖组烃源岩的成熟度，认为TWT1井区平湖组烃源岩的现今成熟度应处于0.90%～1.41%，而不是实测镜质体反射率分析结果显示的0.77%～1.21%。研究结果有助于合理评价平湖组烃源岩生烃潜力及油气资源潜力。

镜质体反射率；多组分荧光变化技术；成熟度；烃源岩；平湖组；西湖凹陷；东海盆地

西湖凹陷是东海盆地的一个次级凹陷，位于盆地的中部，为中国近海一个重要的含油气区，发育始新统平湖组、渐新统花港组和中新统龙井组等3套烃源岩，其中平湖组是凹陷的主要烃源岩系[1-2]。根据盆地构造演化和地层沉积特征分析，西湖凹陷平湖组为半封闭海湾沉积，烃源岩发育，从岩性上可分为深灰色泥岩、碳质泥岩和煤[3-4]。平湖组烃源岩有机显微组分分析[4-8]表明，除个别煤样以腐泥组+壳质组为主外，平湖组煤和泥岩有机显微组分有机质丰度较高；岩石热解参数结果表明，有机质类型主要为Ⅱ2-Ⅲ型的偏腐殖型干酪根，少量Ⅱ1型[1-4,9]，以镜质组为主(平均含量在50%～95.0%)，其次为壳质组，微量腐泥组和惰质组，并且在镜质组中含有较多的富氢组分(即荧光镜质体和无定形类脂腐殖混合体)[8]。已有研究结果[10-18]表明，富氢镜质体反射率会受到一定程度抑制，从而导致实测镜质体反射率(Ro)偏低，有机质类型越好，其镜质体反射率抑制程度越大；相反，相对贫氢的镜质体，其实测镜质体反射率会存在增强现象。另外，目前对西湖凹陷烃源岩的成烃门限(Ro=0.55%)深度存在争议。如在平北地区存在2 600 m[19]和3 100 m之争[9]，这可能与镜质体反射率存在一定程度的抑制有关。成熟度的正确厘定，关系到西湖凹陷平湖组等烃源岩系生烃量和资源量评价结果的准确性。而多组分荧光变化(FAMM ：fluorescence alteration of multiple macerals) 技术是目前能有效解决镜质体反射率存在抑制问题的一种方法[11-12]。本文对西湖凹陷平湖组等烃源层系10件样品开展了FAMM分析，并结合前人研究成果，探讨烃源岩的成熟度，以期为评价西湖凹陷平湖组等烃源岩的生烃量与资源量提供参考。

1 FAMM分析方法

1.1 FAMM技术原理

FAMM技术是利用波长为488 nm的蓝色激光、空气冷却的氩离子激光器作为激发光源，获取烃源岩样品中多显微组分随激光束辐射时间而变化的荧光变异光谱图，从而得到最终荧光强度(I400)和荧光变异比(I400/I0)2个主要参数，其中I400与镜质体富氢程度正相关，I400/I0与烃源岩成熟度负相关，通过数理统计及综合数据图解分析来确定能直接应用于盆地模拟的“等效镜质体反射率” (EqVRo)。

1.2 FAMM分析方法

FAMM分析方法涉及到样品制备、设备标定与分析条件、镜质体颗粒荧光光谱采集及等效镜质体反射率确定等4个方面。

1.2.1 样品制备

参照标准《SY/T5124-2012沉积岩中镜质体反射率测定方法》中“送样要求及光片制备”，将烃源岩样品粉碎至1.0～0.5 mm范围内，用20目分析筛筛选出合适的样品，后用环氧树脂将其胶结并抛光，制成光片。

1.2.2 设备标定与分析条件

FAMM分析使用的设备由三部分组成,即RANISHAW inVia型激光拉曼光谱仪、Ar+激发488nm激光器和Leica DMLP偏光显微镜。仪器标定：使用单晶硅片和澳大利亚二叠纪Leigh Creek标准煤样，在50×10倍Leica显微反射光源观察下，样品表面功率设定为(75±5) μW(以不烧灼样品表面为界限)，取1 s曝光时间，采集硅片的520 cm-1拉曼光谱，调整激光功率，使得拉曼位移强度至少大于3 000 counts。分析条件：利用激光器对镜质体显微颗粒进行间断定态光谱扫描，激发出624.5～625.5 nm波长的荧光变异图谱，5 min内激光器曝光143次，每次曝光时间1 s，间隔0.5 s。

1.2.3 镜质体颗粒荧光光谱采集

在Leica DMLP偏光显微镜反射光源下(50×10倍)寻找镜质体颗粒，按确定的条件对镜质体显微颗粒进行间断定态光谱扫描(图1b)，获取624.5～625.5 nm波长的荧光变异光谱曲线(图1a)，对一个烃源岩样品至少采集6个测点的荧光变异光谱。对获得的荧光变异曲线进行分析，分别得到初始荧光强度和扫描时间为400 s时的荧光强度，并计算二者的比值。

图1 东海盆地西湖凹陷平湖组烃源岩镜质体颗粒荧光光谱采集

1.2.4 等效镜质体反射率确定

计算全部测点的最终荧光强度I400及荧光变异比I400/I0的算术平均值，将分析结果投落到FAMM分析厘定等效镜质体反射率与镜质体反射率抑制程度图版[12]上，就可以获得测试样品的真实成熟度，即等效镜质体反射率，同时也可以获知测试样品的镜质体反射率抑制程度。当等效镜质体反射率与全岩镜质体反射率差值和FAMM分析获得的抑制程度差值之绝对值小于0.05%时，说明FAMM分析获得的等效镜质体反射率是可靠的。

1.3 地质应用

FAMM技术作为一种有效的、针对富氢镜质体反射率的校正新方法，能够有效解决烃源岩中镜质体反射率受抑制等问题，可以作为烃源岩成熟度评价方法的一种有效补充。20世纪90年代初，Wilkins等[11]创建了基于澳大利亚二叠纪煤R-I-VRo校正图版的FAMM 分析技术；Weld等[20]对荷兰存在镜质体抑制的威斯特伐利亚阶(C2)煤进行了多种显微组分的荧光变化研究，对“异常”煤进行了镜质体反射率校正，误差较小( 绝对误差≤0.05% )。郭汝泰等[15]利用激光显微荧光探针和MPV-II显微光度计，对济阳坳陷东营凹陷沙河街组典型烃源岩的成熟度进行了系统研究，发现烃源岩镜质组反射率受到明显的抑制，且有机质类型越好，抑制程度越强。刘祖发等[21]利用激光显微荧光探针和MPV-II显微光度计等，系统研究了中国二叠纪煤中镜质组的荧光强度和荧光变化特征，选择华北地区二叠系山西组煤并与澳大利亚二叠纪煤进行对比，发现山西组煤层不存在镜质体反射率抑制，可作为我国标准煤样，在此基础上，建立了我国煤的镜质组荧光变化与成熟度之间的相关模式图，将烃源岩成熟度评价范围扩展到了VRo=2.0%。钟宁宁等[22-23]采用激光荧光显微探针技术，初步研究了各种显徽组分的激光诱导荧光特性与富氢程度的关系，研究发现荧光性取决于显微组分的富氢程度，获得了镜质组和惰质组H/C原子比与激光诱导荧光强度具有明确的半定量关系。由于显微组分的油气产率完全取决于它本身的富氢程度，因此，荧光特性也表现出与显微组分气/油比分配的定量关系，进而可以利用荧光特性定量地确定显微组分的产油气潜力。随后国内一些学者[17-18，24-25]利用FAMM技术对松辽盆地青一段、东营凹陷沙三下亚段-沙四上亚段、泌阳凹陷核桃园组湖相烃源岩等富氢镜质体进行了分析，发现烃源岩有机质类型越好, 镜质体反射率抑制程度越强；且建立了实测镜质体反射率与等效镜质体反射率的关系，正确厘定了富含富氢镜质体的烃源岩成熟度。

2 西湖凹陷烃源岩成熟度厘定

2.1 样品特征

用于FAMM分析的10个样品取自西湖凹陷的9口钻井，岩性为泥岩和煤，其中平湖组8个样品(包括2个煤样)，花港组2个样品(表1)。为了与FAMM分析结果进行对比，评价其正确性与合理性，对10个样品同时开展了全岩镜质体反射率分析(表1)。

2.2 分析结果

由表1和图2可见，西湖凹陷平湖组和花港组烃源岩的镜质体反射率(Ro)和FAMM分析获得的等效镜质体反射率(EqVRo)存在差异，两者差值与FAMM分析获得的抑制校正值之差值绝对值均小于0.05%，说明FAMM分析获得的等效镜质体反射率值是可靠的。除JG3-17样品镜质体反射率值出现稍有增强外(与镜质体相对贫氢有关)，其他样品均存在不同程度抑制，抑制程度在0.01%～0.25%不等，但大部分样品抑制程度小于等于0.10%(表1)。

表1 东海盆地西湖凹陷平湖组和花港组烃源岩样品分析结果

图2 东海盆地西湖凹陷平湖组等烃源岩样品FAMM分析成熟度图解

由表1可见，西湖凹陷QY3井平湖组煤的FAMM分析等效镜质体反射率厘定的真实成熟度为1.19%，镜质体反射镜率抑制校正值为0.1%；JG3井平湖组深灰色泥岩FAMM分析等效镜质体反射率值与镜质体反射率实测值相近，镜质体反射率略有增强；BSh1井平湖组深灰色碳质泥岩FAMM分析等效镜质体反射率厘定的真实成熟度为0.96%，镜质体反射镜率抑制校正值0.09%；TWT1井平湖组灰色粉砂质泥岩FAMM分析等效镜质体反射率厘定的真实成熟度为1.01%，镜质体反射镜率抑制校正值较大，达0.19%；KQT5井4 202.9 m和4 204.4 m深度段平湖组深灰色碳质泥岩和深灰色泥岩FAMM分析等效镜质体反射率厘定的真实成熟度均为0.92%，而抑制校正值分别为0.24%和0.10%；LHT1井平湖组煤FAMM分析等效镜质体反射率厘定的真实成熟度为0.79%，抑制校正值为0.09%；PH11井平湖组深灰色碳质泥岩FAMM分析等效镜质体反射率厘定的真实成熟度为1.08%，抑制校正值为0.09%。另外，PH1井花港组灰黑色泥岩FAMM分析等效镜质体反射率值与镜质体反射率实测值相近，真实成熟度为0.67%，抑制校正值低，为0.01%；HXT3井花港组深灰色粉砂质泥岩FAMM分析等效镜质体反射率厘定的真实成熟度为1.19%，抑制校正值为0.05%。综上可见，相对济阳坳陷东营凹陷沙三下至沙四上亚段优质烃源岩镜质体反射率抑制程度[15，17-18]而言，西湖凹陷平湖组和花港组烃源岩镜质体反射率抑制程度相对较低，这与西湖凹陷烃源岩样品的有机质类型主要为Ⅱ2-Ⅲ型[1-4,8]相吻合。

2.3 TWT1井区平湖组烃源岩成熟度厘定

由上面的FAMM分析结果表明，平湖组烃源岩实测镜质体反射率普遍存在一定程度的抑制，这种特点从TWT1井单井不同深度段样品的镜质体反射率与深度关系图上体现得很明显(图3)。

本文以TWT1井为例，来进一步探讨平湖组烃源岩的成熟度问题。由图3可见，TWT1井花港组下段(3 000 m左右)至平湖组上-中下段(4 200 m左右)，其泥岩或煤的实测镜质体反射率随深度的增加几乎没有变化。结合该井3 741.8 m深度段平湖组泥岩的FAMM分析结果，表明镜质体反射率抑制校正值达0.19%，推断上述现象显然与该井平湖组烃源岩镜质体反射率存在明显的抑制作用有关。假设认定实测镜质体反射率Ro代表了烃源岩样品的真实成熟度，结合近地表样品实测镜质体反射率Ro=0.25%[26]，那么该井烃源岩成熟度与深度的回归线如图3中虚线所示，按该回归线TWT1井区平湖组烃源岩的现今成熟度应处于0.77%～1.21%。而根据FAMM分析结果，该井3 741.8 m深度段平湖组泥岩的真实成熟度为1.01%，并且镜质体反射率抑制校正值在0.19%的情况下，该井烃源岩成熟度与深度的回归线应为图3中的实线所示，依据该回归线，TWT1井区平湖组烃源岩的现今成熟度应处于0.90%～1.41%。因此，根据FAMM分析结果厘定烃源岩的真实成熟度，可有助于正确恢复盆地的古地温史和热演化史，为合理评价烃源岩生烃潜力与油气资源潜力等奠定基础。

图3 东海盆地西湖凹陷TWT1井烃源岩样品成熟度与深度关系

3 结论

(1)FAMM技术作为一种有效的、针对富氢镜质体反射率的校正新方法，可以有效弥补常规镜质体反射率测定方法的测值失真与不足，能够正确厘定烃源岩成熟度，有助于正确恢复盆地的古地温史和热史。

(2)西湖凹陷平湖组烃源岩的镜质体反射率存在不同程度的抑制，抑制校正值介于0.01%～0.25%，这与西湖凹陷平湖组等烃源岩样品的有机质类型主要为Ⅱ2-Ⅲ型相吻合。

(3)TWT1井区平湖组烃源岩的现今成熟度应处于0.90%～1.41%，而不是实测镜质体反射率结果显示的0.77%～1.21%，这为合理评价西湖凹陷平湖组烃源岩的生烃潜力与油气资源潜力奠定了基础。

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(编辑 徐文明)

Maturity determination of hydrocarbon source rocks in Xihu Sag: Evidence from fluorescence alteration of multiple macerals

Zhang Jun

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

Vitrinite reflectance is one of the main indexes to determine the thermal maturity of hydrocarbon source rocks. Previous results indicated that vitrinite reflectance (Ro) is not only controlled by thermal maturity, but also affected by the type of organic matter of source rock. The hydrogen content of vitrinite controls the level of vitrinite reflectance suppression and influencesRoaccuracy. The fluorescence alteration of multiple macerals (FAMM) can solve vitrinite reflectance suppression effectively. The thermal maturity of 10 source rock samples from the Pinghu Formation in the Xihu Sag of East China Sea Basin were analyzed by means of FAMM and vitrinite reflectance. Results showed that the vitrinite reflectance of hydrocarbon source rocks from the Pinghu Formation were suppressed to some degree and the suppression corrected value varies from 0.01% to 0.25%. For well TWT1 the present thermal maturity of source rocks from the Pinghu Formation was determined as 0.90%-1.41%Roby FAMM, but 0.77%-1.21%Roby vitrinite reflectance analyses. The study helps evaluate hydrocarbon potential in the Pinghu Formation.

vitrinite reflectance; fluorescence alteration of multiple macerals (FAMM); maturity; source rock; Pinghu Formation; Xihu Sag; East China Sea Basin

1001-6112(2017)03-0417-06

10.11781/sysydz201703417

2016-09-14；

2017-04-28。

张隽(1974—)，女，硕士，工程师，从事石油实验地质研究。E-mail: zj_wuxi.syky@sinopec.com。

中国石化科技部项目“西湖凹陷平湖组油气资源评价与区带优选”(G5800-13-ZS-KJB028)资助。

TE135.2

A