东濮凹陷北部低有机质丰度烃源岩高效成藏机理

鹿坤 ，李长春 ，周峰 ，张成富 ，徐田武

（1.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 濮阳 457001；2.中国石化中原油田分公司文卫采油厂，河南 濮阳 457001）

东濮凹陷北部面积1 800 km2，烃源岩总有机碳质量分数（TOC）平均为0.80%，70%的岩心样品TOC低于1.00%。按陆相烃源岩的评价标准，该区域烃源岩属于低有机质丰度烃源岩。截至2020年底，东濮凹陷探明石油地质储量58 165×104t，探明率为55.3%，探明天然气地质储量667.5×108m3，探明率为19.7%；且油气探明储量的90%都在北部。按储量规模分类，该凹陷属于大型油田。低有机质丰度烃源岩、高储量丰度，其高效成烃成藏机理值得探究。目前，国内外对低有机质丰度烃源岩的研究多集中在对其有机质丰度下限的判识方面［1-3］。前人对东濮凹陷烃源岩生烃潜力方面的研究比较深入［4-14］，但对北部烃源岩低丰度的原因及其高效成藏的机理未曾研究。本文运用有限空间热压模拟、镜下鉴定等方法对此进行了分析探讨，研究成果可为东濮凹陷油气富集规律、资源评价、页岩油气及同类型油气勘探提供依据。

1 地质概况

东濮凹陷位于渤海湾盆地南缘，东侧以兰聊断层为界，西侧与内黄隆起相接，南至兰考凸起，北到马陵断层，总体呈北北东向展布，南宽北窄，面积约5 300 km2［15］。本次研究区域为东濮凹陷北部地区，包括含盐区和无盐区（见图1）。

图1 东濮凹陷构造单元划分

东濮凹陷具有远源汇聚、高隆闭流的沉积特点，细粒沉积岩广泛发育。北部盐岩发育，主要发育沙一盐、沙三上盐、卫城上盐、卫城下盐等，形成了多套以盐岩为盖层的储盖组合，油气具有近源聚集的特点；暗色泥岩主要分布在古近系沙河街组，其中，沙一段、沙三上亚段、沙三中亚段、沙三下亚段和沙四上亚段是主力烃源岩发育段。

2 低有机质丰度烃源岩地球化学特征

2.1 有机质丰度

东濮凹陷北部含盐区优质烃源岩以石灰质或白云质页岩为主，TOC平均为1.46%，TOC大于1.00%的烃源岩占比超过35%；半咸水环境烃源岩多为块状泥岩，TOC主要在0.30%～1.50%，平均为0.65%，生烃潜力中等。由此可见越靠近盐岩发育区，有机质丰度越高。从纵向上来看：北部沙四上、沙三下亚段烃源岩好于沙三中、沙三上亚段，特别是前梨园洼陷沙四上亚段盐间优质烃源岩TOC最高可达6.00%；其次是沙三下亚段烃源岩，TOC平均为1.48%，生烃潜量平均为8.58 mg/g，氯仿沥青“A”平均为0.39%，为好—优质烃源岩；沙三上亚段烃源岩有机质丰度最差，为差—中等烃源岩。按照中国陆相生油层评价标准判断，东濮凹陷北部烃源岩总体属于差—中等烃源岩。

2.2 有机质类型

东濮凹陷北部干酪根类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，占比分别为30%，40%，兼有部分Ⅰ型和Ⅲ型（见图2）。从平面上来看：含盐区干酪根类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，占比分别为30%，40%；无盐区干酪根类型以Ⅱ2型为主，占比为50%。——含盐区干酪根类型略好于无盐区。这说明古沉积环境对烃源岩生物来源起着重要的控制作用：含盐区为封闭的还原环境，以沟鞭藻等水生生物来源为主；无盐区为半开放环境，陆源高等植物占一定的比例，干酪根类型略差。

图2 东濮凹陷北部干酪根类型判别

2.3 生物标志化合物特征

总体来看：东濮凹陷北部烃源岩正构烷烃碳数分布以前峰型为主，具有植烷优势；γ蜡烷质量分数高，指示咸水强还原环境（见图 3a）；甾烷 C27，C28，C29呈“L”型分布（见图3b），以水生生物来源为主。但含盐区和无盐区烃源岩生物标志化合物特征略有差别——含盐区γ蜡烷质量分数高于无盐区，含盐区甾烷C27，C28，C29质量分数呈“L”型分布，无盐区甾烷 C27，C28，C29质量分数则部分呈“V”型分布。这说明越靠近盐岩发育区，古生物来源越好。

图3 东濮凹陷北部生物标志化合物特征

3 低有机质丰度烃源岩高效排烃因素

3.1 凹陷北部储层高温、高压、频繁砂泥岩互层

东濮凹陷北部储层埋深大，热演化程度高，镜质组反射率（Ro）可达2.0%；普遍发育超压，压力系数最高可达2［16-17］；凹陷层序发育具有高频振荡特征，湖平面变化频率大于1 000次/Ma，致使砂泥岩互层普遍发育。

热压模拟实验表明，演化程度越高，残余TOC越低（见图4）。东濮凹陷热演化程度高，这是其有机质丰度普遍偏低的重要原因。

图4 明8井残余TOC随Ro的变化

东濮凹陷超压发育，从前参2井异常高压与排烃效率的关系（见图5）可以看出，超压区排烃效率明显高于常压区。

图5 前参2井异常高压与排烃效率的关系

热压模拟实验证实，排烃方式不同，则排烃效率差异明显，少量多次的排烃方式排烃效率最高。东濮凹陷频繁砂泥岩互层，更利于烃类的排出。

热压模拟实验还证实，东濮凹陷有机碳恢复系数和排烃效率明显偏高。从明8井有限空间热压模拟实验结果可以看出，在主力生烃阶段（Ro在1.0%～2.5%），有机碳恢复系数介于2.5～2.8，排烃效率大部分介于60%～90%，明显高于其他凹陷（见图6）。

图6 明8井有机碳恢复系数、排烃效率随镜质组反射率的变化

3.2 东濮凹陷北部典型的咸水环境

从东濮凹陷北部烃源岩样品饱和烃色谱的Pr/Ph（即姥鲛烷与植烷质量比）来看，80%样品的Pr/Ph小于0.8；从烃源岩样品的微量元素Sr/Ba（Sr与Ba质量比）来看，均大于1：指示东濮凹陷北部为典型咸水环境。

虽然盐湖盆地水体盐度高，不利于淡水生物的生存，但现代盐湖环境证明，一些嗜盐的藻类、菌类等，可以在气候条件适当的情况下勃发。东濮凹陷盐湖环境的优质烃源岩由沟鞭藻、蓝藻等组成，镜下观察为金色或黄色强荧光，与碳酸盐构成纹层状分布（见图7）。

图7 东濮凹陷盐湖环境烃源岩富集有机质镜下照片

一般淡水沉积环境的藻类体原始生产力（即单位时间、面积生产的有机碳质量）为 300～400 g/（m2·a），而咸水环境藻类体原始生产力为 1 114～4 102 g/（m2·a），是淡水环境的4～10倍。从TOC与古盐度（ζs）关系（见图8）可以看出，ζs在 18‰～30‰时，TOC 最高。

图8 东濮凹陷古近系TOC与ζs的关系

从咸水和半咸水湖相泥岩生排烃模式对比来看：咸水环境烃源岩（如卫20井）生油高峰的Ro为0.8%，总生油率wo（即单位质量有机碳的生油质量）为699.2 kg/t；半咸水环境烃源岩（如胡19-23井和明8井）生油高峰的 Ro为 1.2%，wo为 600.0～650.0 kg/t（见图 9）。——说明咸水环境烃源岩具有早生烃、早排烃、生烃率高、生烃周期长的特点。究其原因，一是东濮凹陷发育巨厚盐层，而盐具有较高的热导率和聚热性能，利于与之紧密相邻的烃源岩早期生烃；二是无机盐类溶液属于强电解质溶液，降低了C—C键的键能，有利于有机质的脱羧生烃。

图9 不同环境烃源岩生排烃模式

3.3 东濮凹陷多套盐岩优良的封盖能力

东濮凹陷盐岩发育［18-21］，分布广，厚度大，纯盐层累加厚度最大达2 000 m以上，盐岩具有极好的封盖性能，利于油气聚集保存。从东濮凹陷的油气分布来看，探明储量主要分布在沙二段和沙三中亚段；同样，东濮凹陷盐岩分布最广的为沙一盐和沙三中盐。这说明盐岩的分布决定了东濮凹陷油气的分布。

横向上，盐岩与碎屑岩砂体具有长消关系（盐进砂退、盐退砂进）；纵向上，砂体与盐岩存在着指状交错关系。盐岩与砂岩、构造相配合，易形成多种类型油气藏，如盐岩作为侧向封堵形成砂岩上倾尖灭油气藏、盐下背斜油气藏、盐岩上盖+侧向封堵油气藏、盐岩上盖+断层封堵油气藏等。

综上所述，东濮凹陷北部储层高温、高压、频繁砂泥岩互层的特点，决定了烃源岩排烃效率高，有机质丰度普遍偏低，而典型的咸水环境使得烃源岩原始生产力高、早生烃、早排烃、生烃周期长、生烃率高，加上东濮凹陷多套盐岩具有优良的封盖能力，利于油气的聚集保存。这就是东濮凹陷北部烃源岩有机质丰度低而储量丰度高的高效成烃成藏的原因和机理。

4 结论

1）东濮凹陷高温、高压、频繁砂泥岩互层的特点，决定了烃源岩排烃效率高、有机碳恢复系数大，而残余TOC低。

2）东濮凹陷北部为典型的咸水环境，咸水烃源岩母质类型为沟鞭藻、蓝藻等水生生物，原始生产力高，具有早生烃、早排烃、生烃周期长、生烃率高等特点。

3）东濮凹陷发育多套盐岩，利于油气的聚集保存，易形成多种类型的油气藏。