松辽盆地齐家致密油区青山口组有效烃源岩评价

赵 荣，刘顺宇

(东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318)

0 前 言

烃源岩是油气生成的物质基础，有效烃源岩的研究在油气勘探和资源评价中具有重要的意义，一直是国内外学者研究的热点[1-5]，然而，不同的学者对有效烃源岩的定义不同：一些学者认为有效烃源岩是既有油气生成又有油气排出的岩层[6-9]。另外，有些人认为有效烃源岩对油气成藏有贡献[10-11]。前者侧重烃源岩的生烃能力和排烃效率，后者则强调烃源岩对油气成藏的贡献。张艳认为有效烃源岩在勘探的不同阶段定义应有所不同[12]。霍秋立则认为实际工作中特别是勘探程度较低的地区油—岩关系尚未确立或非常复杂，对于强调烃源岩对成藏的贡献这一点，是不利于划分有效烃源岩的分布[13]。基于此，文中有效烃源岩是指既有油气生成又有油气排出的岩层。

常规油气有效烃源岩的评价经历了从有机质丰度、类型、成熟度等注重烃源岩的生烃能力到有机碳含量下限、排烃门限等反映其排烃能力等参数建立的过程。随着常规油气勘探开发难度的不断加大，非常规油气资源已日益引起全世界的高度重视[14]，致密油作为典型的非常规油气资源，在中国主要盆地广泛分布。根据贾承造、邹才能等认为致密油是指以吸附或游离状态赋存于生油岩中，或与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中，未经过大规模长距离运移的石油聚集[15-19]，所以许多学者对致密油有效烃源岩进行过研究。张斌通过TOC值评价四川盆地中—下侏罗统致密油有效烃源岩[20]。刘俊田利用TOC值分级划分三塘湖盆地二叠系条湖组致密油有效烃源岩[21]。蔚远江通过TOC和Ro识别了伊犁盆地致密油有效烃源岩[22]。卢双舫通过建立TOC和超压的关系确定松辽盆地南部扶余油层致密油气源岩下限[23]。本文以齐家地区青山口组致密油为例，综合前人的研究方法，提出了致密油有效烃源岩的评价标准。

1 区域地质概况

齐家地区位于松辽盆地北部中央坳陷区，包括齐家—古龙凹陷、龙虎泡—大安阶地两个二级构造单元的北部主体[24](图1)。齐家地区主要沉积和产油的地层为白垩系地层，早白垩系包含沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组，晚白垩系包含青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组以及明水组[25]。研究区发育青山口组一段(青一段，K2qn1)、青山口组二段+三段(青二段、青三段, K2qn2+3)以及嫩江组一段(嫩一段，K2n1)3套主力烃源岩[26]。齐家地区致密油主要分布在青山口组高台子油层的高三、高四油层组，平面上主要分布于齐家地区中部、南部和斜坡处。在青山口组沉积时期，发生一次大规模的湖侵事件[26-29]，青一段形成了以黑色泥岩、油页岩为主的深湖和半深湖相烃源岩、青二、三段形成了以深灰色、灰色泥岩为主的滨浅湖相烃源岩。

图1 齐家地区井位分布

2 青山口组烃源岩品质

2.1 地球化学特征

通常粒细、色暗，有机质丰度高的烃源岩为好烃源岩标准[6]。在岩芯观察中，可以按颜色将烃源岩区分为两大类，一类主要是黑色和灰黑色泥岩，泥岩中常见植物化石，对应的地化指标为TOC主要在1%～4%之间，干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ1型，将此生油岩定义为Ⅰ类源岩(见图2)；另一类主要是灰色粉砂质泥岩，以透镜状、脉状和水平层理为主，对应的地化指标为TOC主要在1%～2%之间，干酪根类型为Ⅱ1型，将此类生油岩定为Ⅱ类源岩(见图3)。两类源岩都是典型的生油母质，Ro在0.5%～1.3%范围内，处于大量生油的阶段(图4a、b、c)。

图2 Ⅰ类源岩岩心特征

图3 Ⅱ类源岩岩心特征

2.2 生排烃能力

在生烃能力方面，两类源岩在生油窗初始阶段TOC转化率相近，在进入生油窗阶段后，TOC转化率迅速增加，呈指数型上升，I类源岩的TOC在不同阶段的转化率较高，均高于Ⅱ类源岩， I类源岩在生油窗末期转换率可达到6%左右，均值在4%左右，随着热演化作用加剧I类源岩TOC转化率要高于Ⅱ类源岩，Ⅱ类源岩最终转换率均较低，平均值在2%左右(图4d)。

作为有效源岩最基本的要求是要有生成的油气排出[30-31]，(S1+S2)/TOC为烃源岩的生烃潜量，实例研究表明，(S1+ S2)/TOC值表现出随埋深增大先增加,然后达到某一极大值后再相对降低的趋势，降低意味着烃源岩已达排烃门限并开始排出烃类[9]。图4e曲线的先增加后减少，1 850 m为排烃门限，Ⅱ类源岩排烃量中等，最大生烃潜量为600 mg/g，其主要生烃潜量范围在400～600 mg/g之间，其生烃潜量分布范围较窄，而I类烃源岩整体生烃潜量分布广，最大生烃潜量可达800 mg/g，整体排烃强度高于Ⅱ类源岩。

3 致密油有效烃源岩评价关键参数

不同的学者评价有效烃源岩的标准也不同，金强[8]、高岗[32]等人应用有机碳含量下限作为评价有效烃源岩的标准，庞雄奇等人[31]通过排烃门限识别有效烃源岩，霍立秋[13]综合考虑了烃源岩有机质丰度、类型和成熟度的影响，评价烃源岩的有效性。本文根据研究区致密油分布特征与规律，结合烃源岩特征，探讨致密油有效烃源岩评价标准。

3.1 有机碳含量下限

高岗、柳广弟认为热解 S1和氯仿沥青“A”含量代表烃源岩中的已生烃量[32]，在不排烃情况下，随有机碳含量增加而增大，当其减小时则表明有烃类的排出，开始降低时对应的有机碳质量分数大体相当于排烃泥岩的有机碳质量分数下限值[32-34]。图5～6，在开始的某一阶段两类源岩的S1、氯仿沥青“A”和有机碳含量具有正相关关系，当Ⅰ类源岩有机碳含量达到1.8%，Ⅱ类源岩有机碳含量达到1.2%时残留烃相对于有机碳含量开始降低，这两个有机碳含量值就是对应的两类源岩有机碳含量下限。

图4 齐家致密油区青山口组源岩有机地化特征

图5 有机碳含量和残留烃散点图

图6 有机碳含量和氯仿沥青“A”散点图

3.2 有效排烃厚度

范柏江等认为在地质条件下，烃源岩生成的烃量只有满足了源岩的自身吸附、孔隙水溶、油溶和毛细管封闭等多种残留形式的需要后，才能从源岩中排出[9]。理论上，烃源岩有机碳含量越高，生成的油气越丰富，更容易满足烃源岩自身的吸附等条件进而发生排烃。然而，两类源岩的演化程度相同，Ⅰ类源岩的有机质丰度、类型都要优于Ⅱ类源岩，可是Ⅰ类源岩的有机碳下限反而要高于Ⅱ类源岩。姜乃煌认为烃源岩的厚度是排烃的重要制约因素，厚度太大，生油岩中的烃类很难运移出去[35]。基于以上的分析，统计了研究区烃源岩样品的厚度(图7)，发现Ⅰ类源岩各个厚度区间的烃源岩发育比较平均，而Ⅱ类源岩的厚度主要是分布在1 m左右的范围，由此可见，两类源岩的厚度存在一定的差异。

图7 烃源岩厚度频率分布直方图

有机碳含量本身的大小能反映烃源岩的有机质丰度，有机碳含量和生烃潜量具有良好的线性关系(图8)，所以有机碳含量整体的变化趋势能反映烃源岩的排烃过程，建立有机碳含量和烃源岩厚度的关系(图9)，在样品集中的区域内，同种烃源岩在某一范围内的TOC随厚度先增大后减小，TOC随厚度增大的阶段是烃源岩生成的油气满足自身的吸附作用的过程，TOC随厚度减小说明烃源岩发生了排烃。所以当某种烃源岩的TOC达到排烃所对应的有机碳含量下限时，TOC开始减小的点所对应的厚度就是这种烃源岩所对应的有效排烃厚度下限。对于同种烃源岩当达到排烃所对应的有机碳含量下限时，TOC开始不发生变化的点，说明没有排烃，所对应的厚度就是这种烃源岩的有效排烃厚度上限。但是在实际环境中也会存在一些特殊的情况，在蓝线左侧，是属于TOC高，而厚度低的区域，它们本身就是有机质饱和的烃源岩，生烃和排烃几乎同时进行，所以在饱和区，TOC不随厚度增加而变化。在绿线右侧，是属于厚度大而TOC小的区域，正常情况下(无外来油气进入)，烃源岩生成的油气无法满足自身的吸附作用，油气无法排出，所以在过厚区，TOC不随厚度增加变化。

图8 有机碳含量和生烃潜量散点图

图9 有机碳含量和厚度散点图

综上，在饱和区的烃源岩虽然排烃能力强，但烃源岩规模小，不作为主要有效烃源岩考虑。过厚区不发生排烃作用，因此不是有效烃源岩。所以着重研究TOC随厚度先增后减的烃源岩的排烃厚度。根据之前分析，两类源岩的有机碳下限分别为1.8%和1.2%，其对应的有效排烃厚度为0.9～1.5 m和0.7～1.3 m。由于Ⅰ类源岩的有机碳含量主要分布在1%～4%之间，Ⅱ类源岩的有机碳含量主要分布在1%～2%之间，因此Ⅰ类源岩的有效排烃厚度在0.9～2.8 m的范围内，Ⅱ类源岩的有效排烃厚度在0.7～1.5 m范围内。

3.3 烃源岩成熟度的影响

烃源岩具有一定的有机质和相应的排烃厚度，不代表一定有油气排出，因为油气虽然是有机质生成的，但有机质并不等于油气，从有机质到油气需要经历一系列的过程。衡量这种变化程度的参数为成熟度指标[6]。镜质体反射率是划分有机质成熟度最好、最有效的指标。根据图4，烃源岩的成熟度与深度呈线性关系，所以烃源岩达到排烃门限对应的镜质体反射率也就是达到排烃所需的成熟度。当两类源岩达到最大生烃潜量也就是排烃门限时，镜质体反射率为0.8%。所以认为达到排烃门限对应的成熟度为0.8%(图10)。

图10 镜质体反射率和生烃潜量散点图

综上，有效烃源岩是指有机质达到有机碳含量下限时，具有对应的有效排烃厚度的足够成熟的烃源岩。

4 有效烃源岩综合判别

根据生烃潜量、有机碳含量、烃源岩厚度、成熟度(Ro)4个参数绘制有效烃源岩图版(点大小为厚度大小)。在成熟度大于0.8%的范围里，以有机碳含量下限和有效排烃厚度为限制条件，Ⅰ类有效源岩主要分布在生烃潜量600～800 mg/g范围内，Ⅱ类有效源岩主要分布在生烃潜量350～600 mg/g的范围内。另外，无效烃源岩分为两类，一类不属于Ⅰ类、Ⅱ类源岩，即有机碳含量低于1%、成熟度小于0.8%的烃源岩，另一类是在Ⅰ类、Ⅱ类源岩中成熟度低、或者有机碳含量低厚度大以及有机碳含量高厚度小的烃源岩(图11)。

图11 有效烃源岩识别图版

满足有机碳含量下限、厚度有效的一系列烃源岩具有完整且连续的演化过程，完整体现在烃源岩既生烃也排烃，连续体现烃源岩整体演化趋势相似且持续。所以在完整连续的演化过程中有机碳含量和生烃潜量、厚度才具有前文描述的关系。而厚度相对较大或薄的烃源岩在随生烃潜量演化过程中往往偏离有效烃源岩的演化趋势，厚度大有机碳含量低的烃源岩生烃却很难排烃，厚度小有机碳含量高的烃源岩生排烃同时进行，所以生烃潜量较低，不作为主要有效烃源岩考虑。

综上，有效烃源岩是一系列达到有机碳含量下限和满足有效排烃厚度的烃源岩，具有完整连续的演化过程。反过来讲，具有完整连续演化过程的一系列烃源岩，其有机碳含量和厚度、生烃潜量通常具有相关性，往往能形成有效烃源岩。因此在油气勘探阶段，可以寻找同类源岩中演化过程完整连续的一系列烃源岩，建立有机碳含量和排烃门限等参数的关系，确定有效烃源岩的评价标准，进一步识别有效烃源岩。

在实际应用中，将高三油层组共分为21个小层，高四油层组共分为18个小层，根据有效烃源岩的评价标准，图12～14将有机碳含量下限范围和镜质体反射率叠合到厚度等值线图，发现齐家地区烃源岩大部分进入排烃门限，中部、南部的Ⅰ类源岩和Ⅱ类源岩相对集中，分布面积大，烃源岩厚度有效。纵向上，选取两口不参与评价的试验井—齐平1井和杏83井(表1)，根据图12～14的结果齐平1井是有效烃源岩，杏83井主要是无效烃源岩，将两口井数据投到图11上发现，齐平1井烃源岩样品主要显示是有效烃源岩，杏83井的烃源岩主要显示是无效烃源岩。平面上，齐家地区有效烃源岩主要分布在齐家地区的中部和南部，与前人[36-37]对致密油分布的研究成果一致，因此本文对齐家地区致密油有效烃源岩的评价标准符合实际油气分布。

5 结 论

1)根据岩性和地球化学特征，齐家地区青山口组烃源岩主要分为Ⅰ类源岩和Ⅱ类源岩，其中Ⅰ类源岩主要是黑色和灰黑色泥岩，TOC主要在1%～4%之间，干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ1型；Ⅱ类源岩主要是灰色粉砂质泥岩，TOC主要在1%～2%之间，干酪根类型Ⅱ1型，两类源岩的Ro主要在0.5%～1.3%，是典型的生油母质，并且都处于生油阶段。

表1 烃源岩地球化学参数(部分)

图12 GⅣ2有机碳含量等值线图 图13 GⅣ2镜质体反射率等值线图 图14 GⅣ2烃源岩厚度等值线图

2)认为评价有效烃源岩的标准为有机碳含量下限、有效排烃厚度和成熟度，提出有效烃源岩是指有机质达到有机碳含量下限和具有对应的有效排烃厚度的足够成熟的烃源岩。齐家地区的有效烃源岩为：有机碳含量在1.8%以上、烃源岩厚度为0.9～2.8 m、镜质体反射率大于0.8%的Ⅰ类源岩和有机碳含量在1.2%以上、烃源岩厚度为0.7～1.5 m、镜质体反射率大于0.8%的Ⅱ类源岩。

3)有效烃源岩往往具有完整连续的演化过程，其有机碳含量和厚度、生烃潜量才具有相关性。

参考文献：

[1] Magnier C，Moretti I, Lopez J O, et al. Geochemical characterization of source rocks, crude oils and gases of Northwest Cuba[J]. Marine and Petroleum Geology, 2004, 21(2):195-214.

[2] 陈中红，吴孔友，赵卫卫.柴达木盆地东部第四系低丰度高效气源岩地球化学特征及成藏机理[J]. 地球科学与环境学报，2007, 29(1):1-46.

[3] 母国妍，钟宁宁，刘宝，等.湖相泥质烃源岩的定量评价方法及其应用[J].石油学报，2010,31(2)：218-224.

[4] 张林哗.湖相烃源岩研究进展[J].石油实验地质，2008,30(6):591-595.

[5] Mann U, Knies J，Chand S, et al. Evaluation and modelling of Tertiary source rocks in the central Arctic Ocean [J].Marine and Petroleum Geology, 2009, 26(8):1624-1639.

[6] 卢双舫，张敏，钟宁宁，等. 油气地球化学[M]. 北京: 石油工业出版社，2008.

[7] Peters K E, Walters C C, Moldowan J M. The biomarker guide (VOL I): biomarkers and isotpes in the environment and human history[M]. New York: Cambridge University Press, 2005.

[8] 金强. 有效烃源岩的重要性及其研究[J]. 油气地质与采收率,2001(1): 1-5.

[9] 范柏江,董月霞,庞雄奇. 有效源岩的精确厘定及其排烃量:以南堡凹陷为例[J]. 中南大学学报(自然科学版),2012,01:229-237.

[10] Hunt J M. Petroleum geochemistry and geology [M]. New York: W. H. Freeman & Company, 1995.

[11] 候读杰 张善文 肖建新, 等. 陆相断陷湖盆优质烃源岩形成机制与成藏贡献—以济阳坳陷为例[M]. 北京：地质出版社，2008.

[12] 张艳,王璞珺,陈文礼,等. 有效烃源岩的识别与应用——以塔里木盆地为例[J]. 大庆石油地质与开发,2006(6): 9-12.

[13] 霍秋立,曾花森,张晓畅,等. 松辽盆地北部青山口组一段有效烃源岩评价图版的建立及意义[J]. 石油学报,2012(3):379-384.

[14] 赵靖舟．非常规油气有关概念、分类及资源潜力[J]．天然气地球科学，2012，23(3):393-406.

[15] 邹才能,朱如凯,吴松涛,等. 常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气为例[J]. 石油学报,2012( 2):173-187.

[16] 贾承造,邹才能,李建忠,等. 中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景[J]. 石油学报,2012(3):343-350.

[17] 邹才能，杨智，陶士振，等.纳米油气与源储共生型油气聚集 [J]. 石油勘探与开发，2012，39(1):13-26.

[18] 邹才能，陶士振，袁选俊，等 . “连续型”油气藏及其在全球的重要性 : 成藏、分布与评价 [J]. 石油勘探与开发，2009，36(6):669-682.

[19] 邹才能，陶士振，侯连华，等.非常规油气地质[M]. 北京:地质出版社，2011.

[20] 张斌,胡健,杨家静,等. 烃源岩对致密油分布的控制作用——以四川盆地大安寨为例[J]. 矿物岩石地球化学通报,2015(1):45-54.

[21] 刘俊田,卿忠,张品,等. 马朗凹陷致密油藏烃源岩评价及油源分析[J]. 特种油气藏,2015(6):35-39.

[22] 蔚远江,王社教,张洪,等. 伊犁盆地致密油形成地质条件及资源潜力[J]. 天然气地球科学,2016(9):1709-1720.

[23] 卢双舫,黄文彪,李文浩,等. 松辽盆地南部致密油气源岩下限与分级评价标准[J]. 石油勘探与开发,2017(3):1-9.

[24] 施立志,王卓卓,张革,等. 松辽盆地齐家地区致密油形成条件与分布规律[J]. 石油勘探与开发,2015(1):44-50.

[25] 袁青,罗群,李楠,等. 齐家南地区高台子油层致密油成藏模式[J]. 特种油气藏,2016(1): 54-57.

[26] 高瑞祺，蔡希源.松辽盆地油气田形成条件与分布规律[M].北京:石油工业出版,1997.

[27] 大庆石油地质志编写组.中国石油地质志(卷二)[M]. 北京：石油工业出版礼，1993.

[28] 侯启军，冯志强，冯子辉，等.松辽盆地陆相石油地质学[M]. 北京：石油工业出版社，2009.

[29] 朱筱敏,赵东娜,曾洪流,等. 松辽盆地齐家地区青山口组浅水三角洲沉积特征及其地震沉积学响应[J]. 沉积学报,2013(5): 889-897.

[30] 朱光有,金强,王锐. 有效烃源岩的识别方法[J]. 石油大学学报(自然科学版),2003(2):6-10.

[31] 姜福杰，姜振学，庞雄奇，等.松辽盆地滨北地区中浅层烃源岩残留烃量及其地质意义[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2006,28(3):193-196.

[32] 高岗,柳广弟,付金华,等. 确定有效烃源岩有机质丰度下限的一种新方法——以鄂尔多斯盆地陇东地区上三叠统延长组湖相泥质烃源岩为例[J]. 西安石油大学学报(自然科学版),2012(2):22-26.

[33] 匡立春,高岗,向宝力,等. 吉木萨尔凹陷芦草沟组有效源岩有机碳含量下限分析[J]. 石油实验地质,2014(2): 224-229.

[34] PANG Xiongqi, LI Maowen, LI Sumei, et al. Geochemistry of petroleum systems in the Niuzhuang south slope of Bohai Bay basin. Part 2: Evidence for significant contribution of mature source rocks to “immature oils” in the Bamianhe field[J]. Organic Geochemistry, 2003, 34(7): 931-950.

[35] 姜乃煌,贾凤英, 沈捷明. 泌阳凹陷核桃园组生油岩的排烃能力和排烃厚度初探[J]. 石油勘探与开发,1986(2):19-24.

[36] 王玉华,蒙启安,梁江平,等. 松辽盆地北部致密油勘探[J]. 中国石油勘探,2015(4):44-53.

[37] 施立志,王卓卓,张永生. 松辽盆地齐家地区高台子油层致密油分布及地质特征[J]. 天然气地球科学,2014,25(12):1943-1950.