长岭断陷烃源岩有机质类型判断

2018-08-02 02:08樊薛沛李金龙张玉萍吴红霞

天然气技术与经济 2018年3期

樊薛沛李金龙张玉萍杨伟吴红霞常迪吕品

（1.中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林长春 130062；2.中国石油青海油田公司采气一厂，青海格尔木 861099）

0 引言

有机质类型直接影响着烃源岩生排烃效率，是评价烃源岩生烃潜力的重要地球化学参数之一[1]，国内一般采用三种四类方法来划分烃源岩的有机质类型，即腐泥型（Ⅰ型）、腐殖—腐泥型（Ⅱ1型）、腐泥—腐殖型（Ⅱ2型）和腐殖型（Ⅲ型）。常用的判断烃源岩有机质类型的方法包括氯仿沥青“A”族组分，岩石热解、干酪根显微组分、干酪根碳同位素等[2-3]。毋庸置疑，以上的有机质类型判断方法均存在局限性。长岭断陷位于松辽盆地中央坳陷区南部，为中生代断坳叠置的双重结构盆地，断陷层面积约为7240km2，盆地基底最大埋深超过8000m，总体上来说，地层时代在东部断陷中比较老，埋深比较大[4]。目前长岭断陷层钻遇的烃源岩主要分布在沙河子组与营城组，其埋深大部分均在3500m以下，烃源岩已进入高—过成熟阶段，烃源岩有机质类型仅仅用单一的方法来判断明显不能满足要求，针对此类烃源岩，笔者拟采用多种方法综合判断长岭断陷层烃源岩的有机质类型。

1 有机质类型判断

1.1 岩石热解判定有机质类型

岩石热解参数容易获取，是评价有机质类型最常用的方法。常用的评价参数为氢指数（IH）和热解峰温（Tmax）。值得注意的是热解参数也是随热演化程度加深而发生变化的，生油岩在低成熟—中等成熟阶段，热解参数划分有机质类型是恰当的，而在高成熟阶段则要综合其他参数而定[5-6]。由于洼陷带中，如查干花次凹、龙凤山次凹、伏龙泉次凹等样品Tmax值过高，热解关系图难以准确判别其有机质类型，但能反映成熟度较低的新安镇次凹烃源岩的有机质类型。长岭断陷沙河子组与营城组烃源岩IH-Tmax关系如图1所示，从图1中可知，营城组新安镇次凹主要为Ⅲ型有机质，而沙河子组主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型有机质。彭平安院士（2014）通过模拟试验表明，烃源岩排烃率达到58%时继续排烃会造成IH降低和Tmax值突增，进而造成有机质类型变差[7]。龙凤山次凹沙河子组烃源岩IH值均小于30mg／g，Tmax值均大于520℃，计算其烃源岩排烃率高达85%，高演化程度烃源岩热解显示有机质类型以Ⅲ型为主，而演化程度较低的北1井却落在IH-Tmax图版Ⅱ2型范围内（图1b）。按此观点，推测本区有机质类型可能为Ⅱ型。

1.2 有机元素判定有机质类型

干酪根主要由C、H、O和少量的S、N等5种元素组成，有机质来源不同，干酪根元素组成则不同，水生生物来源的干酪根元素相对富氢贫氧，富含类脂组，因此可以根据干酪根有机元素判定有机质类型。一般把干酪根的H／C和O／C比值放在“范氏”图版上来确定有机质类型。但干酪根的元素组成不仅取决于原始有机质的品质，而且与演化程度有关。在“范氏”图版上，对于演化程度较高的阶段，难以给出有机质类型的特定划分界限[8]。图2是根据测定的有机元素数据作出的H／C原子比和O／C原子比“范氏”图，从图2可看出，新安镇次凹和查干花次凹断陷层主要发育Ⅲ型有机质，查干花北次凹的沙河子组局部还发育Ⅱ2型有机质。由于长岭断陷各个次凹烃源岩成熟度都较高，“范氏”图判别有机质类型失真。

图1 长岭断陷沙河子组与营城组烃源岩IH-Tmax关系图

图2 长岭断陷营城组与沙河子组烃源岩干酪根H／C原子比和O／C原子比“范氏”图

1.3 “A”族组分判定有机质类型

饱和烃和芳香烃分别来自脂肪酸、生物蜡、色素和木质素，非烃和沥青质含量越高表明母源中能生成的烃类物质越少[9]。不同生烃次凹沙河子组烃源岩“A”族组分三角图如图3所示。如图3a、3b，新安镇次凹营城组和沙河子组的饱和烃含量均较高，分别为40%～60%和50%～75%，饱芳比分别为1.5～3.5和1.6～6。据此认为，新安镇次凹营城组有机质类型主要属于Ⅱ1型，沙河子组有机质类型主要属于Ⅱ1型和Ⅰ型，有机质类型均较好。龙凤山次凹营城组和沙河子组的“A”族组分相对含量变化较大，靠近深洼的新深1井饱和烃含量约为40%，饱芳比一般大于2，主要以Ⅱ1型干酪根为主；而靠近斜坡的北1井饱和烃含量较低，饱芳比一般小于1，以Ⅲ型干酪根为主。查干花次凹营城组和沙河子组的饱和烃含量均集中分布在30%～40%，饱芳比均集中分布在1.6～3，以Ⅱ1型干酪根为主。查干花南次凹沙河子组的饱和烃含量较高，主要分布在40%～75%，饱芳比一般大于3，以Ⅰ型干酪根为主。伏龙泉次凹样品点仅有SN70，揭示沙河子组烃源岩的有机质类型属于Ⅱ2型。

图3 长岭断陷不同生烃次凹沙河子组烃源岩“A”族组分三角图

1.4 干酪根显微组分判断有机质类型

根据干酪根显微组分三角图版来判定有机质类型[10]。研究结果表明，长岭断陷不同构造带断陷层烃源岩的有机质类型差异较大。龙凤山次凹沙河子组干酪根的显微组分主要为腐泥组和镜质组，其中腐泥组含量为10%～30%，镜质组含量为30%～60%。认为该地区沙河子组有机质类型主要为腐泥—腐殖型（Ⅱ2型），局部见腐殖型（Ⅲ型）；营城组的干酪根显微组分中腐泥组和壳质组的含量达到59.1%，判定有机质类型为腐殖—腐泥型（Ⅱ1型）。新安镇次凹营城组和沙河子组的干酪根显微组分中腐泥组含量主要分布在55%～90%，镜质组含量为15%～25%，主要为藻类等低等水生生物来源，也存在部分高等植物来源，有机质类型以腐殖—腐泥型（Ⅱ1型）为主，类型较好，局部见腐殖型（Ⅲ型）。达尔罕断凸带目前仅收集到DB11井营城组的干酪根显微组分数据，其腐泥组含量高，达到82%，有机质类型主要为腐泥型，类型好。查干花次凹分为南北两个生烃凹陷，北次凹营城组干酪根显微组分中不含腐泥组和惰质组，壳质组含量主要分布在50%～95%，主要为高等植物来源，有机质类型主要为中间型（混合型）和腐殖型（Ⅲ型）。查干花南次凹营城组干酪根显微组分中主要含腐泥组和镜质组，腐泥组含量为50%～60%，镜质组含量主要在30%左右，有机质类型以中间型（混合型）为主，部分为腐泥型。沙河子组干酪根显微组分中镜质组含量较高，高达80%，有机质类型以腐殖型（Ⅲ型）为主。伏龙泉次凹营城组目前仅采到胜利1井的营城组样品，其腐泥组含量约为18.8%、镜质组含量约为62.5%，有机质判定为Ⅱ2型；沙河子组干酪根显微组分中腐泥组含量主要为50%～65%，镜质组含量主要为15%～30%，有机质类型以Ⅱ1型为主，部分为Ⅲ型。

综上所述，长岭断陷不同构造带断陷层烃源岩的有机质类型差异较大，其中新安镇次凹的营城组和沙河子组、伏龙泉次凹的沙河子组以腐泥型为主，有机质类型最好；龙凤山次凹的营城组和沙河子组均以中间型（混合型）为主，有机质类型一般。

1.5 干酪根稳定碳同位素组成判断有机质类型

表1 长岭断陷不同次凹烃源岩干酪根碳同位素表

不同来源、不同环境中发育的生物具有不同的稳定碳同位素组成。总体来讲在相同条件下，水生生物较陆生生物富集轻碳同位素，类脂化合物较其他组分富集轻碳同位素。因此，较轻的干酪根碳同位素组成一般反映较高的水生生物贡献和较多的类脂化合物含量，即对应着较好的有机质类型。干酪根碳同位素组成可以较好地反映其有机质来源及有机质类型。根据胡见义等（1991）的干酪根类型评价标准[11]，对长岭断陷不同次凹烃源岩的有机质类型进行了评价，见表1。从表1中可知，新安镇次凹的营城组有机质类型主要为Ⅲ型和Ⅱ2型，沙河子组主要为Ⅱ2型；龙凤山次凹营城组的有机质类型主要为Ⅲ型，沙河子组主要为Ⅲ型；达尔罕断凸带营城组有机质类型主要为Ⅱ1型；查干花北次凹的营城组有机质类型主要为Ⅲ型；查干花南次凹的营城组有机质类型较好，属于Ⅱ1型；伏龙泉次凹营城组有机质类型主要为Ⅰ型，沙河子组有机质类型主要为Ⅱ2型。总体上，营城组和沙河子组干酪根类型较差，以腐殖型和偏腐殖型的干酪根为主；以伏龙泉次凹和查干花南次凹的烃源岩有机质类型较好。

1.6 饱和烃色谱特征判断有机质类型

利用Pr／nC17和Ph／nC18图版可以判定有机质类型。不同层系烃源岩Pr／nC17与Ph／nC18的关系如图4所示。如图4a、4b，长岭断陷新安镇次凹营城组有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型，沙河子组主要为Ⅱ2型；龙凤山次凹营城组有机质类型主要为Ⅱ1型，沙河子组主要为Ⅱ2型；查干花南次凹有机质类型偏腐殖型，以Ⅱ2型为主；伏龙泉次凹沙河子组有机质类型以Ⅱ型为主。

图4 长岭断陷不同层系烃源岩Pr／nC17与Ph／nC18关系图

αααC27、αααC28、αααC29胆甾烷含量可用于判定烃源岩提取物所代表的有机质类型。一般来说，高等植物有机质为主的煤系沉积，贫C27甾烷而富C29甾烷是一个重要特征，有机质类型一般偏腐殖型，而低等水生生物来源有机质富含C27、C28甾烷，有机质类型一般偏腐泥型。新安镇次凹营城组烃源岩的规则甾烷分布一般呈反“L”形，αααC29胆甾烷含量高于αααC27，表明母质类型以高等植物输入为主，有机质类型主要为Ⅲ型；沙河子组烃源岩规则甾烷分布呈反“L”形和“V”形，表明为混合生物来源，高等植物输入稍占优势，有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型（图5a、5b、5c）。龙凤山次凹沙河子组烃源岩的规则甾烷分布呈“L”形和“V”形，表明为混合生物来源，且浮游动植物输入稍占优势，有机质类型主要为Ⅱ2型（图5d）。查干花北次凹营城组烃源岩的规则甾烷分布均呈“L”形，αααC27胆甾烷含量高于αααC29，表明母质类型以浮游动植物输入为主，有机质类型主要为Ⅱ1型（图5e、5f）。需要注意的是，由于查干花地区烃源岩成熟度以高熟—过熟为主，高熟情况下αααC29胆甾烷可能向αααC27胆甾烷转化，反映母质类型失真。