鄂尔多斯盆地南部旬-宜探区延长组长7烃源岩特征及评价

侯 娟，曹建康，庄一鹏，邢丽娟，李国辉，张高源，王导丽

(1. 中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南 南阳 473132；2.江苏省有色金属华东地质勘查局八一四队，江苏 镇江 212005)

0 引言

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7期是整个盆地湖盆发育的鼎盛时期[1-2]，半深湖—深湖相沉积了大面积富有机质优质烃源岩，具有烃源岩厚度大、总有机碳丰度高及生烃潜量大等特征，是盆地中生界三叠系延长组的主力烃源岩层系[3-6]，同时也是近年来鄂尔多斯盆地三叠系页岩油勘探的重点层系[7-9]。

前人对该盆地三叠系烃源岩特征的研究工作多围绕盆地斜坡区展开，并已取得了大量的研究成果[1-14]，位于盆地东南部的旬—宜探区的烃源岩特征分析尚未系统开展。为此，本次在对探区内三叠系延长组长7页岩层系烃源岩进行采样的基础上，利用地球化学指标展开烃源岩评价；并参考区域资料，与周缘烃源岩特征进行类比，旨在综合评价该区长7页岩层系烃源岩特征，以期为建立鄂尔多斯盆地整体的烃源岩体系和加快勘探区下一步油气勘探步伐提供一定的地质依据。

1 地质背景

旬—宜探区地处鄂尔多斯盆地东南部，行政上，跨旬邑、宜君、黄陵三县；构造上，位于伊陕斜坡与渭北隆起结合部位(图1)，总体上呈现出“南高北低、东高西低”的构造格局；受印支、燕山及喜山运动的影响，区内构造活动强烈，断裂较盆地主体区发育，特别是工区东南部发育区域断裂带。晚三叠世长7沉积期，整个湖盆快速扩张，在南部形成大型湖泊，旬—宜探区位于沉积中心[11]，发育半深湖—深湖相沉积体系，沉积了一套半深湖—深湖相的优质烃源岩，为延长组油气藏的形成提供了良好的物质基础。

图1 鄂尔多斯盆地构造区划分及研究区位置图

2 烃源岩分布特征

作为三叠系延长组主力烃源岩层系，长7烃源岩分布范围非常广，尤其是长7下部的“张家滩页岩”是最优质的烃源岩，为研究区的油气聚集提供了丰富的物质基础[12]。通过钻井取心观察，发现区内长7烃源岩主要呈深灰色、灰色、灰黑色，质地较硬，多见1～2 cm黄铁矿夹层，局部含凝灰岩；包括灰黑色油页岩、灰黑色碳质泥岩、灰色泥岩等，以灰黑色油页岩为主；测井曲线上则表现为高电阻、高伽马、高声波时差、自然电位负异常等特征。

2.1 平面分布特征

受区域构造运动的影响，旬—宜探区延长组长7页岩层系整体埋藏浅，其中西北埋藏深，多大于1200 m；东北部、东南部埋深浅，顶面埋深为500～700 m。

通过对全区90余口钻穿长7油层组探井统计显示，研究区延长组长7富有机质页岩整体呈NW—SE向展布，分布稳定，累计厚度大，单井累计厚度超过70 m，一般厚度为30～50 m(图2)，且中部厚度大，向北东、南西呈环带状递减。整体上，区内页岩具分布广、厚度大等特征，为油气的富集提供了良好的物质基础[13]。

图2 旬—宜探区延长组长7富有机质页岩累计厚度等值线图

2.2 纵向分布特征

根据沉积旋回、测井响应等特征，把延长组长7油层组划分为长71、长72和长73等三个亚油层组；纵向上，富有机质页岩主要发育在长73中下部，其在测井曲线上表现出“高伽马、低电位、高声波时差和高电阻”的“三高一低”特征，俗称“张家滩页岩”，且区内多数探井钻遇，厚度在20～30 m之间；另外，长71、长72亚油层组也发育黑色页岩和暗色泥岩(图3)。

图3 旬—宜探区烃源岩的纵向分布特点及测井响应特征

3 烃源岩地球化学特征

为了搞清研究区长7烃源岩特征，对Y2井长7烃源岩层段岩心进行了系统的采样和测试，结合W12、W56及野外露头等少部分测试数据，综合评价研究区长7烃源岩有机地球化学特征及生烃潜力，并与邻区烃源岩特征进行了对比分析。

由于全区延长组长7油层组埋深差异不大，故整个长7油层组演化程度相当，所以本次研究主要以Y2井长7烃源岩测试结果说明长7烃源岩特征具有一定的代表性。

3.1 有机质丰度

有机质丰度是评价烃源岩优劣及生烃潜量的重要指标[3]，一般来说，有机质丰度越高，体积越大，其生烃潜量越大[14]。本次采用有机碳含量和生烃潜量两个指标评价研究区长7有机质丰度。结果表明，三叠系延长组长7页岩有机碳含量高，主要分布在2%～6%之间，平均7.6%(图4)；且85%以上的样品TOC含量大于2%；生烃潜量(S1+S2)平均值为31.1 mg/g，大于6 mg/g的样品占总数的93.71%，大于20 mg/g的样品占总数的46.83%，生烃潜量大。其次是灰色泥岩，有机碳主要分布在1%～2%之间，平均2.9%，生烃潜量平均7.5 mg/g(图5)。另外，工区东南棋盘镇页岩矿TOC含量也较高，平均含量超过12%(表1)。根据我国“陆相烃源岩地球化学方法标准”[15]，综合评价，认为长7页岩有机质为“好”至“最好”烃源岩。区内有机质丰度较高的黑色页岩和灰色泥岩具有较高的生排、烃能力，奠定了丰富的油源物质基础。

表1 旬—宜探区延长组长7烃源岩有机质丰度统计

图4 旬—宜探区延长组长7黑色页岩有机质丰度指标统计

图5 旬—宜探区延长组长7灰色泥岩有机质丰度指标统计

3.2 有机质类型

烃源岩生烃潜量和烃类产物的特征与烃源岩中的有机质类型紧密相关[16]。通过分析研究区延长组长7烃源岩的有机质显微组分、热解参数及可溶有机质族组分等，综合判定延长组长7烃源岩有机质母质类型以Ⅱ1～Ⅱ2型为主。

3.2.1 干酪根显微组分

烃源岩干酪根有机显微组分能反映出母质沉积时的特征、类型、沉积环境及热演化特征[16]。干酪根有机显微组分统计表明(表2)，延长组长7烃源岩干酪根的壳质组含量最高，平均体积分数为85.7%；其次为镜质组，平均体积分数为11.5%；惰质组含量低，其体积分数仅占2.8%；干酪根显微组分三角图上显示，工区延长组长7烃源岩有机质类型主要是Ⅱ1～Ⅱ2(图6)。

表2 旬—宜探区延长组长7烃源岩干酪根有机显微组分

图6 旬—宜探区延长组长7烃源岩干酪根显微组分三角图

通过有机质类型指数(Ti)的计算可划分出干酪根类型[17]。计算公式为Ti=[(φ腐泥组)×100+φ(壳质组)×50-φ(镜质组)×75-φ(惰质组)×100)]/100，其中，φ表示体积分数。

计算结果显示，Ti指数在0～80之间；综合分析认为区内长7烃源岩干酪根类型为Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根。

3.2.2 烃源岩热解参数

岩石热解参数也是用来划分泥页岩有机质类型的良好指标[18]。本次研究热解分析样品40个，最高热解峰温(Tmax)分布在435℃～453℃之间，平均447℃；氢指数(IH)分布在(114～495)mg/g·TOC之间，平均286 mg/g·TOC；降解率(D)分布在10%～43%之间，平均27.5%。通过Tmax-D图解(图7a)，烃源岩有机质类型以Ⅰ型为主。但根据Tmax-IH图解(图7b)，样品主要落在Ⅱ1～Ⅱ2型范围内；总体降解率(D)较高，认为是有机质生烃后运移出去造成的，从而影响了Tmax-D图解法对有机质类型识别。

图7 Tmax - D (a) 与Tmax - IH (b) 有机质类型划分图

3.2.3 可溶有机质族组分

可溶有机质族组分特征能反映烃源岩的母质类型。通过对Y2井延长组长7烃源岩可溶有机质族组分分析可知，饱和烃的含量为37.36%～58.75%，平均44.31%；芳烃含量为21.40%～27.84%，平均24.64%，非烃的含量为12.84%～20.15%，平均16.38%；“饱/芳比”为1.34～2.75，平均1.82；总体上，族组分表现为饱和烃、芳烃和非烃含量以及饱/芳比等较低，依据陆相烃源岩有机质类型的可溶有机质组成划分标准SY/T 5735-1995，认为区内长7烃源岩有机质为Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根(表3)。

表3 旬—宜探区延长组长7烃源岩可溶有机质组分与有机质类型划分

根据干酪根显微组分、岩石热解及可溶有机质组分等不同地球化学指标综合分析，认为旬—宜探区延长组长7烃源岩有机质类型主要为Ⅱ1～Ⅱ2型，类型较好，具有较大的生烃潜力。

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是评价烃源岩的重要指标之一。其中，镜质体反射率(Ro)和最高热解峰温(Tmax)均是反映有机质热演化程度的常用指标；Ro是有效加热时间和温度的函数，具有不可逆性。因此Ro是干酪根热演化阶段和成熟度的最佳参数，其值越大，则热演化程度越高[16]。分析74个样品的Tmax，主频在441℃～450℃之间(图8)；依据不同类型干酪根Tmax与Ro的关系(表4)，认为区内延长组长7烃源岩有机质处于生油阶段；镜质体反射率Ro在0.65%～0.82%之间，平均0.78%(表5)，均已经进入成熟阶段，以生油为主，此时烃源岩具有很强的生、排烃能力[19]。

表4 我国烃源岩Tmax与Ro关系对应范围表[20]

表5 旬—宜探区延长组长7烃源岩实测Ro统计

图8 旬—宜探区延长组长7烃源岩热解Tmax值分布直方图

3.4 饱和烃气相色谱特征

通过对Y2井延长组长7烃源岩11个样品饱和烃气相色谱分析，认为研究区长7烃源岩的饱和烃色谱整体呈单峰态前峰型，主峰碳分布范围在C17～C19之间，反映了烃源岩母质类型以低等生物为主，如浮游生物、藻类等；结合区域沉积背景，认为长7油层组主要为深湖—半深湖相沉积(图9)[19]。进一步分析发现(表6)，碳优势指数(CPI)范围为1.02～1.14，平均1.07；奇偶优势比(OEP)值范围为0.96～1.07，平均1.0，反映了烃源岩正构烷烃此时奇偶优势已经基本消失，处于成熟生油阶段；∑nC21-/∑nC22+比值范围为1.5～3.08，平均2.19，也反映出正构烷烃呈单峰态，低碳数组分占优势，显示生油母质以水生生物为主，类型较好；(nC21+nC22)/(nC28+nC29)值范围为3.1～6.67，平均4.79，表明研究区长7烃源岩母质沉积环境为还原环境，热演化程度较高，已达到成熟演化阶段[12]。

图9 旬—宜探区延长组长7烃源岩的饱和烃气相色谱图

前人研究认为，一般在强还原条件下，烃源岩有机质生成植烷(Ph)，而在氧化环境下生成姥鲛烷(Pr)，故通常用姥植比值(Pr/Ph)判别烃源岩沉积时的氧化还原条件，且当Pr/Ph值<0.8时可判别为强还原环境，当0.83.0时可判别为氧化环境[19，21]。统计发现(表6)，旬—宜探区延长组长7烃源岩有机质姥植比值(Pr/Ph)在0.72～1.18之间，平均0.86；Pr/nC17在0.13～0.24之间，平均0.17；Pr/nC18在0.11～0.33之间，平均0.20；这些均进一步反映研究区延长组长7烃源岩有机质热演化程度较高，主要为还原环境沉积。

表6 旬—宜探区延长组长7烃源岩饱和烃色谱参数统计(Y2井)

4 综合评价

为了进一步明确旬—宜探区长7烃源岩的特征，本次通过区域资料调研，展开区内与区域上油气勘探取得较好效果的庆城地区优质烃源岩特征进行对比：从平面分布来看，旬—宜探区延长组长7烃源岩广泛发育，呈NW—SE向展布，且中部厚度大，向北东、南西方向呈环带状递减，厚度在30～40 m之间，与西北华池—庆城一带相当[22]；从丰度来看，庆城地区长7黑色页岩TOC含量为6%～16%，平均13.8%，旬—宜探区黑色页岩TOC平均7.6%，研究区丰度比庆城地区差；从类型上庆城地区页岩有机质干酪根类型以Ⅱ1～I型为主，明显好于旬—宜探区；从成熟度来看，旬—宜探区长7烃源岩成熟度，低于庆城地区长7烃源岩成熟度(Ro在0.7%～1.1%之间)(表7)。

表7 旬—宜及邻区延长组长7烃源岩综合评价对比

虽然区内长7烃源岩有机质丰度、类型及成熟度均略差于庆城地区；但整体上，区内长7烃源岩页岩分布广、厚度大，有机质丰度较高；干酪根类型为Ⅱ1～Ⅱ2型，热演化程度适中，处于大量生烃的成熟阶段，有利于孔隙的形成，对油气的赋存起积极作用，仍具有较大的资源潜力。

5 结论

综合分析鄂尔多斯盆地旬—宜探区延长组长7页岩厚度及平面分布情况、总有机碳和生烃潜量(S1+S2)等，认为研究区延长组长7烃源岩有机质页岩厚度大、分布广、丰度高，具有较好的生烃潜力，总体评价为“好”烃源岩。

据有机质干酪根显微组分、热解参数、氢指数及降解率(D)等参数分析，认为长7烃源岩干酪根类型以Ⅱ1～Ⅱ2型为主；根据热解参数和镜质体反射率(Ro)分析，最高热解峰温(Tmax)在443℃～453℃之间，平均447℃；Ro在0.70%～0.82%之间，平均0.78%，热演化程度适中，已达到成熟阶段和排烃门限，为有效烃源岩，饱和烃气相色谱分析认为其形成于还原环境下陆相淡水湖盆的低等水生生物。总之，研究区延长组长7烃源岩具备较大的生烃潜力，可为延长组油气富集提供丰富的物质基础。