塔里木盆地塔河地区石炭系烃源岩特征及展布

张冬丽,先 伟

(1.中国石油化工股份有限公司 西北油田分公司实验检测技术中心,乌鲁木齐 830011;2.中国石油化工股份有限公司 西北油田分公司勘探开发研究院,乌鲁木齐 830011)

石炭系是塔里木盆地油气勘探开发层系之一,具自生、自储、自封盖特征[1-2]。塔里木盆地西南部石炭系系主力烃源岩之一[3-7]。石炭系烃源岩分为碎屑岩类和碳酸盐岩类2种类型[8-9]。为查明石炭系烃源岩发育的规模,本文以石炭系为研究对象,对其开展了有机质类型、有机质丰度、有机质厚度、有机质分布范围、有机质成熟度研究。

1 塔河油田石炭系沉积特征

石炭纪时,塔里木盆地为海陆交互相的浅水沉积盆地,沉积相带主要为潮坪、潟湖、碳酸盐局限台地、开阔台地、近岸河流相、三角洲相。塔东北地区为潟湖-潮坪、近岸河流相、三角洲相沉积。早石炭世初期,随着海平面的上升,海水自西南向东北侵入塔北地区。此时沉积中心位于阿瓦提和满加尔地区,整个地区呈北高南低之势。烃源岩主要发育于满加尔坳陷区台地相潟湖及潮下带灰泥坪相区[10-11]。

根据区域地层发育情况、沉积旋回和岩性组合特征分析,巴楚组沉积早中期,在阿克库勒凸起西部至哈拉哈塘东部一带为呈马蹄型分布的潮坪砂泥岩相砂泥岩互层沉积,岩性以灰、棕褐色泥岩及灰、灰绿色砂岩互层为主。在阿克库勒凸起南部一带主要为潟湖相的膏泥岩沉积,在巴楚组早期该区是一个有障壁砂坝与广海相隔,同时又有通道与广海相连的半封闭海湾[12-13]。

巴楚组晚期,随着海平面上升速率加快,塔里木盆地石炭纪发生了大规模的海侵,海域不断向陆扩展,陆源区后退,碎屑物质供给减少,潟湖水体淡化。在全盆范围内除了在柯坪古陆南侧及草湖地区为潮坪相带的砂泥岩沉积外,广泛发育了清水碳酸盐岩台地相沉积(即“双峰灰岩”)。

塔北的大部分地区在卡拉沙依组沉积早期处于潮下环境,中期多为潮间环境,晚期以潮上沉积为主,总体接受了一套辫状河三角洲和咸化潟湖-潮坪相沉积。其中在塔河油田,卡拉沙依组上部以辫状河三角洲-潮坪砂泥岩相沉积为主,砂泥岩互层段中的薄层砂岩是塔河油田石炭系较好的储集砂体。卡拉沙依组下部则以潟湖相沉积为主。在塔北的草湖地区为河流相的砂、泥岩互层沉积,岩性为砂、泥岩互层,具有向上变细的沉积特征。在顺托果勒地区则广泛发育了一套潮下灰泥坪相沉积环境的灰绿色泥岩、灰质泥岩夹泥灰岩沉积[14-15]。

晚石炭世,随着海平面下降,海域不断西退,沉积范围变小,发生于晚二叠世末的海西晚期运动,又使塔北地区的上石炭统遭受严重剥蚀。在巴楚地区小海子以南为潮坪相灰色粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩。

从上述沉积相展布特征看,石炭系总体处于干旱气候条件下较为浅水的沉积环境,由于水体浅,而不利于生烃母质的繁盛与保存。塔北地区该套烃源岩主要发育于台地相潟湖及潮下带灰泥坪亚相,主要为潮下灰泥坪相的灰绿色泥岩、灰质泥岩夹泥灰岩沉积,面积大于2×104km2。沉积中心最大厚度200 m,有机碳含量(质量分数)0.1%～1.43%,镜质体反射率介于0.6%～0.8%。在广阔的塔北地区尚未发现连片的、高有机质丰度的石炭系烃源岩层段。

2 石炭系烃源岩地球化学特征

烃源岩包括油源岩、气源岩和油气源岩,习惯上通常叫作生油岩。烃源岩是控制油气藏形成与分布的关键性因素之一。确定有效烃源岩是含油气系统的基础。烃源岩评价涉及许多方面,虽然在不同勘探阶段以及不同的沉积盆地,评价重点也有所不同,但是总体上主要包括2大方面:(1)烃源岩的地球化学特征评价,如有机质的丰度、有机质的类型、有机质的成熟度;(2)烃源岩的生烃能力评价,如生烃强度、生烃量、排烃强度等。

2.1 有机质丰度

有机质丰度是评价烃源岩生油能力的重要参数之一。烃源岩的有机质丰度是指单位质量的烃源岩中有机质的百分含量。烃源岩有机质丰度评价标准沿用“七五”攻关项目“75-54-03-03-01”《新疆塔里木盆地东北地区烃源岩评价及油气源研究》报告采用标准,即中新生界泥质岩类烃源岩有机碳下限值取0.5%,古生界泥质岩类烃源岩有机碳下限值取0.4%。并在此基础上加上前人研究有机质丰度评价的其他指标标准(表1)。

表1 塔北地区烃源岩有机质丰度评价标准Table 1 Evaluation criteria of the organic matter abundance of source rocks in Tabei area

2.1.1 有机碳含量

塔河石炭系烃源岩主要发育在下石炭统巴楚组和卡拉沙依组。卡拉沙依组主要发育泥质烃源岩,巴楚组主要发育碳酸盐岩烃源岩。烃源岩主要分布于局限台地相和潮坪相泥岩中。整体来看,塔河石炭系烃源岩有机碳丰度较差,有机碳含量分布于0.04%～1.28%,平均值0.29%。从塔河石炭系有机质丰度表来看(表2),石炭系烃源岩泥质岩有机质较差,分布于0.04%～1.28%,平均值0.30%;碳酸盐岩有机碳丰度较好,有机碳分布于0.04%～0.44%,平均值0.22%。泥质岩有机碳达标率24.24%,碳酸盐岩有机碳达标率87.5%。

表2 塔河石炭系烃源岩有机质丰度Table 2 TOC abundance of Carboniferous source rocks in Tahe area

图1 塔河石炭系有机碳分布图Fig.1 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Tahe

从有机碳含量分布图可以看出(图1),石炭系烃源岩TOC的样品小于0.5%占84%,TOC在0.5%～1%范围的占14.7%,TOC大于等于1%的仅占1.3%,说明发育差烃源岩。

另外,从塔河石炭系有机碳含量在深度上的分布可以看出(图2),在深度4 500 m到5 000 m层段,该段TOC含量较高,属于石炭系较优质的烃源岩。从不同井及不同地区之间有机碳含量分布可以看出(图3),石炭系烃源岩有机碳含量总体偏低,BT5井有机碳含量相对较高,平均值可达1%以上。

2.1.2 氯仿沥青“A”含量

氯仿沥青“A”是岩石中的可溶有机质,为石油运移后的剩余部分,其含量的高低能反映出烃源岩的生油气能力。氯仿沥青“A”含量的高低,不仅取决于原始有机质的丰富程度和有机质类型,也决定于成岩后岩石分散有机质的演化程度。(1)成熟阶段:演化程度高,则氯仿沥青“A”增加;(2)过成熟阶段:演化程度高,则氯仿沥青“A”降低。

从氯仿沥青“A”的统计情况来看,塔河石炭系烃源岩氯仿沥青“A”含量相对较低,(表2、图4)。氯仿沥青“A”含量为0.00008%～0.605%,平均值为0.032%,71.4%的样品小于0.06%,仅6.3%的样品氯仿沥青“A”含量高于0.12%,显示烃源岩生油能力较差。

图2 塔河石炭系TOC与深度相关图Fig.2 Relationship between TOC and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

图3 不同地区之间有机碳含量分布图Fig.3 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in different fields

图4 塔河石炭系烃源岩氯仿沥青“A”分布直方图Fig.4 Distribution of chloroform bitumen“A”of Carboniferous source rocks in Tahe

2.1.3 岩石热解分析

S1代表岩样中的自由烃,S2代表岩样的非挥发性有机物热裂解产生的烃,S1+S2代表烃源岩的生烃潜力,它能更真实地反映岩石中干酪根热解能够生烃的潜力,因此,用它来表示有机质丰度特征更加具有代表性。根据收集资料显示,塔河石炭系烃源岩大部分样品生烃潜力指数(S1+S2)小于1 mg/g,收集的41个岩石热解样品中只有3个样品分布在1 mg/g以上,说明石炭系生烃潜力较差。

烃源岩演化到不同阶段时的生烃潜力可用不同埋深下源岩的生烃潜力表示。这样,通过研究不同埋深下源岩的生烃潜力指数大小及其随埋深增加而发生的变化规律,就可以确定出源岩的排烃门限及其在进入排烃门限后各个演化阶段下单位质量有机质的排烃量,即排烃率值。从塔河石炭系生烃潜力指数随深度的变化情况来看(图5),整体上表现出先增大后变小的特征,烃源岩的排烃门限在4 800 m左右,5 100 m以下排烃效率基本不在变化,显示该深度时塔河石炭系烃源岩可能已到排烃极限。

另外,研究实测烃源岩岩石热解显示(表3),S68井石炭系4 823 m处烃源岩生烃潜力较大,生烃潜力指数(S1+S2)为113.17 mg/g,T205井石炭系4 841 m处烃源岩生烃潜力指数为1.75 mg/g,5 315 m处烃源岩生烃潜力指数为0.09 mg/g。

图5 塔河石炭系烃源岩生烃潜力指数随深度变化图Fig.5 Relationship between pyrolysis hydrocarbon generation potential (S1+S2) and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

表3 塔河石炭系烃源岩岩石热解数据表Table 3 Statistics of rock pyrolysis of Carboniferous source rocks in Tahe

2.2 有机质类型

有机质类型是评价烃源源生烃能力的重要参数之一。通过干酪根和可溶有机质的有机岩石学与有机地球化学方法评价具体烃源岩有机质的母质类型。烃源源有机质的来源与组成十分复杂,只有通过多种地球化学指标的综合分析,才能正确认识和评价有机质的类型。本次研究从3个方面开展了研究区石炭系烃源岩干酪根类型划分。

(1)根据不同显微组分的含量来划分不同的干酪根类型

干酪根的各显微组分揭示了不同的生烃能力,因此可根据不同显微组分的含量来划分不同的干酪根类型。目前采用的干酪根分类方法主要有2种:一种是干酪根的类脂组含量与镜质组含量的相对大小;另一种是同时考虑4种组分(类脂组、壳质组、镜质组、惰质组)的含量,采用类型指数(TI)来划分干酪根类型:

TI=(类脂组含量×100+壳质组含量×50-镜质组含量×75-惰质组含量×100)/100

加权系数是根据干酪根中各显微组分对生油的贡献能力制定的,根据TI值将干酪根分为Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ型,详见表4。

表4 干酪根镜下鉴定分类标准Table 4 Criteria for identification and classification for kerogen under microscope

显微组分分析表明(表5),S48井石炭系烃源岩有机质以壳质组为主,类型指数为9.5,为Ⅱ2干酪根;T205井石炭系烃源岩有机质主要以壳质组为主,类型指数小于0,为Ⅲ型干酪根。

(2)应用有机地球化学手段研究干酪根类型

有机地球化学手段研究干酪根类型的主要指标是干酪根元素分析的H/C、O/C及岩石热解IH、IO与Tmax。

塔河石炭系烃源岩干酪根元素的H/C原子比分布于0.42～0.86,O/C原子比分布于0.08～0.21(表6),碳酸盐岩比泥质岩有较好的有机质类型,从H/C、O/C原子比范氏图(图6)上可以看出,碳酸盐岩烃源岩有机质类型主要为Ⅱ～Ⅲ型,泥质岩有机质类型以Ⅲ型为主。

表5 塔河石炭系烃源岩干酪根镜下分析统计表Table 5 Statistical table of kerogen analysis under microscope in Tahe Carboniferous source rock

表6 塔河石炭系烃源岩干酪根元素分析Table 6 Elemental analysis data of kerogen of Carboniferous source rocks in Tahe

图6 塔河石炭系烃源岩H/C、O/C原子比范式图Fig.6 Relationship between atomic ratio of H/C and O/C of Carboniferous source rocks in Tahe

(3)根据有机地球化学手段研究烃源岩有机质类型

一般来讲,水生生物发育的沉积盆地,一般沉积的有机质为腐泥型(Ⅰ型)或腐殖—腐泥型(Ⅱ1型),这2类有机质主要为生油母质,在生油阶段生成的天然气相对较少;以陆源有机质为主沉积盆地有机质类型主要以腐泥—腐殖(Ⅱ2型)与腐殖型(Ⅲ型)为主,主要生成天然气与少量的凝析油。

现代生物化学研究表明,动物和植物中都含有甾族化合物,而C27(胆甾烷)与水生浮游动植物有关,C28(豆甾烷)和C29(麦角甾烷)与高等植物有关。而前人研究表明,腐泥型有机质主要来源与水中浮游生物以及一些底栖生物、水生植物等;腐殖型有机质主要来源于高等植物。所以不同母质类型的烃源岩中,其甾烷的组成和分布特征是不一样的。用甾烷(C27(胆甾烷)、C28(豆甾烷)、C29(麦角甾烷))相对含量来区分有机质母质类型是一种可靠的指标。利用3种类型的甾烷相对含量做三角图(图7),可以发现绝大多数样品数据点都落在了Ⅱ2和Ⅲ范围内。与显微组分分析结果、干酪根元素分析结果基本一致。

图7 塔河石炭系烃源岩饱和烃色质C27-C28-C29三角图Fig.7 Triangular diagram of C27,C28 and C29 regular sterane of Carboniferous source rocks in Tahe

2.3 有机质成熟度

烃源岩有机质成熟度是衡量烃源岩实际生烃能力的重要指标之一,是评价一个地区或某一烃源岩系生烃量及资源前景的重要依据。表征烃源岩成熟度已有多种的指标,如光学的、化学的和生物标记物的等多方面的参数,其中镜质体反射率(Ro)、热解峰顶温度(Tmax)是常用的成熟度指标。应用镜质体反射率和热解峰顶温度基本上可以将

有机质热演化过程的基划分为未成熟、低成熟、成熟和过成熟等4个大的阶段。勘探实践表明,在有机质成熟区找油成功率可达25%～50%,而未成熟区仅为2.5%～5%。本区烃源岩成熟度划分标准也主要依据“七五”、“八五”所采用的成熟度划分标准(表7)。

表7 塔河烃源岩成熟度划分标准Table 7 Mature classification criteria of source rocks in Tahe

塔河石炭系烃源岩实测镜质体反射率见表8,镜质体反射率分布于0.53%～2.10%,项目新测4个反射率见表9。可以看出,塔河石炭系烃源岩Ro基本分布在0.5%以上,大部分大于0.8%(图8),基本处于成熟阶段。其中,T205井石炭系烃源岩Ro反映其烃源岩成熟度较高。

表8 塔河石炭系烃源岩成熟度分布Table 8 Distribution of mature of carboniferous source rocks in Tahe

表9 塔河石炭系烃源岩Ro及TmaxTable 9 Ro &Tmax of Carboniferous source rocks in Tahe

图8 塔河石炭系烃源岩Ro分布直方图Fig.8 Ro histogram of Carboniferous source rocks in Tahe

从塔河石炭系烃源岩Ro的纵向变化情况来看(图9),随深度增大Ro值有略微的增加,表现为较为明显的线性关系,总体变化差异不大。从塔河不同区块以邻区地区石炭系烃源岩Ro分布来看(图10),塔北地区石炭系烃源岩总体上成熟度变化不大。

根据塔河石炭系实测Ro绘制等值线图,结果显示塔河石炭系烃源岩基本处于成熟阶段,其中东北即塔河四区、塔河五区、塔河六区和西南即托甫台、塔河十一区成熟度相对较高。

自20世纪60年代初期以来,人们一直将正构烷烃奇偶数碳优势比(OEP)值或优势指数(CPI)视为经典的成熟度指标,通常而言,OEP大于1.2为未成熟,1.0～1.2为成熟,趋近于1为高成熟到过成熟,但是它只能鉴别有机质是否成熟不能进一步划分不同的热演化阶段。塔河石炭系烃源岩OEP与CPI均分布于1左右(图11),显示烃源岩已经成熟。

在生物标志物中反映成熟度的参数主要有甾烷C2920S/20(R+S)、藿烷C3122S/22(R+S)、芳香烃中甲基菲系列参数等。根据前人研究结果,应用C2920S/20(R+S)划分成熟度标准为:C2920S/20(R+S)<15%,为未成熟阶段;15%30%,为成熟阶段。

塔河石炭系烃源岩色质成熟度指标显示大部分样品达到了平衡转化阶段(图12),同样显示烃源岩基本进入了成熟阶段。

图9 塔河石炭系烃源岩Ro与深度关系Fig.9 Relationship between Ro and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

图10 塔河及邻区石炭系烃源岩Ro对比Fig.10 Ro correlation of Carboniferous source rocks in Tahe and adjacent areas

图11 塔河石炭系烃源岩OEP和CPI相关图Fig.11 Correlation diagram of OEP and CPI of Carboniferous source rocks in Tahe

图12 塔河石炭系烃源岩色质成熟度Fig.12 Color maturity of Carboniferous source rocks in Tahe

2.4 有机质沉积环境

从生物体到沉积有机质,最后转化为油气,是一个漫长而复杂的地质、物理化学演化过程。在这一过程中,石油、天然气的化学组成、结构及性质和已知原始有机质的性质已完全不同,但其中还保留了一些来自活的生物体的“遗传”信息。生物标志化合物正是这种信息的“传递者”,它能为沉积物中的有机质来源的生物类型传递信息。可溶有机质的组分受烃源岩沉积环境的影响和有机质母质来源的控制,在划分沉积环境时可作为可靠的指标。

因此,本次研究采用生物标志化合物、组分同位素来反映烃源岩沉积有机质的来源、沉积环境。

塔河石炭系烃源岩主要发育在局限台地相和潮坪相泥岩中,卡拉沙依组(C1kl)烃源岩主要以深灰色泥岩为主,巴楚组烃源岩主要以灰色灰岩为主。塔河C1kl烃源岩主峰碳偏高,为C19～C23(图13-A),并且出现了2个高峰(当沉积物中混有来自海生的浮游植物、藻类和来自陆生高等植物的有机质时,气相色谱上出现2个高峰—中等碳数和高等碳数),显示了较多的高等植物来源,也有可能是受到了氧化事件的影响。而塔河C2x烃源岩主峰碳偏低,为C16～C19(图13-B)显示其低等生物来源。

图13 塔河石炭系烃源岩组分分布图Fig.13 Distribution of component of Carboniferous source rocks in Tahe

在沉积环境恢复过程中,姥鲛烷和植烷由于结构稳定、含量较高,常被作为有效的生物标志化合物指标。根据中国石油研究大量分析资料来看,Pr/Ph比值确实跟原始沉积环境有着密切关系。过高姥植比(Pr/Ph>3.0)并不完全反映沉积环境,而是反映氧化条件下陆源有机质的输入,低姥植比(Pr/Ph<0.6)反映典型的缺氧条件,通常是高盐度或碳酸盐岩沉积环境。对于Pr/Ph值在0.8～2.5范围的样品,不能将Pr/Ph值作为古环境的标志。

而姥鲛烷/nC17和植烷/nC18这2个比值常用于判断沉积环境。饱和烃色谱指标图版显示(图14),塔河石炭系烃源岩既有陆相也有海相有机质来源。

图14 塔河石炭系烃源岩饱和烃气相色谱指标Fig.14 Gas chromatographic index of saturated hydrocarbon of Carboniferous source rock in Tahe

烃源岩中的有机质碳同位素组成取决于原始有机质的来源、性质、生成环境及原始有机质的演化程度,不同成因的有机质碳同位素组成有较大差异,因此,根据碳同位素δ13C值进行烃源岩沉积环境的判断具有较大可靠性。

沉积有机质在沉积-成岩-热演化过程中,碳同位素受物理、化学和生物的作用而发生分馏,一般来讲,随着沉积有机质氯仿沥青“A”中饱和烃、芳烃、非烃和沥青质化学族组分极性的增大,其碳同位素δ13C值会逐渐变重,即δ13C饱和烃<δ13C芳烃<δ13C非烃<δ13C沥青质。

烃源岩碳同位素分布特征见表10。从组分同位素指标图版来看(图15),塔河石炭系烃源岩既有陆相有机质来源也有海相有机质来源。

图15 塔河石炭系烃源岩饱和烃、芳香烃同位素Fig.15 Isotopes of saturated hydrocarbon and aromatic hydrocarbon of Carboniferous source rocks in Tahe

表10 塔河地区烃源岩同位素(δ13CPDB(‰))分布特征Table 1 Isotopic distribution of δ13CPDB (‰) in source rocks in Tahe area

从组分同位素分布图来看(图15),一棵树剖面C2b烃源岩饱和烃、芳香烃碳同位素较轻,阿西金矿附近C1a烃源岩饱和烃、芳香烃碳同位素较重;C1a和C1kl烃源岩组分碳同位素分布特征相似,饱和烃碳同位素较芳香烃碳同位素重,C1b、C2a+k和C2b烃源岩组分同位素特征相似(图16)。

图16 塔河石炭系烃源岩族组分同位素分布Fig.16 Isotopic distribution of Carboniferous source rock groups in Tahe

3 石炭系烃源岩纵横向展布

从油气勘探阶段来看,在勘探早期由于钻井取芯分析资料相对较少,因此,烃源岩评价内容主要以地球化学特征分析基础,从单井特征分析到建立烃源岩演化剖面,从而预测有利烃源岩的空间分布。

3.1 典型井烃源岩纵向发育特征

(1)S14井石炭系烃源岩发育特征

根据S14井实测的烃源岩有机碳数据来看(图17),有机碳含量分布在0.1%～0.79%之间,平均值0.25%。大约73%的样品有机碳含量小于0.5%,为非烃源岩;大约27%的样品分布在0.5%～1%之间,为较好烃源岩。

图17 S14井石炭系有机碳含量分布图Fig.17 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S14

从S14井相关地化资料结合S14井单井测井相应特征来看,烃源岩取芯段测井总体显示为“高声波、高电阻、高伽马、低密度”的特征。从有机碳含量在深度上的显示来看,有机碳含量与深度并无太大关系,但可以明显看出的是,灰岩段烃源岩有机碳含量普遍较泥岩段有机碳含量低,说明碳酸盐岩烃源岩有机质较低。另外从岩石热解数据来看,S14烃源岩生烃潜力(S1+S2)较低,Tmax显示大部分大于430 ℃,烃源岩已达成熟阶段。综合来看,S14井取芯显示,有机碳含量较低,生烃含量很低,大部分为非烃源岩。

(2)S22井石炭系烃源岩发育特征

从S22井地化综合柱状图来看,石炭系各个小层皆有取芯,烃源岩取芯段测井总体显示为“高声波、高电阻、高伽马、低密度”的特征。从有机碳含量在深度上的显示来看,有机碳含量与深度并无太大关系,但可以明显看出的是,灰岩段烃源岩有机碳含量普遍较泥岩段有机碳含量低,说明碳酸盐岩烃源岩有机质较低。另外从岩石热解数据来看,S22烃源岩生烃潜力(S1+S2)较低,Tmax显示大部分大于430 ℃,烃源岩已达成熟阶段。综合来看,S22井取芯显示,有机碳含量较低,生烃含量很低,与S14井相似大部分为非烃源岩。

根据S22井实测的烃源岩有机碳数据来看(图18),17个样品显示,有机碳含量分布在0.16%～0.68%之间,平均值0.38%,大约73%的样品有机碳含量小于0.5%,为非烃源岩;大约27%的样品分布在0.5%～1%之间,为较好烃源岩。仅从有机碳含量分布来看,与S14井有些相似。

图18 S22井石炭系有机碳含量分布图Fig.18 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S22

(3)S23井石炭系烃源岩发育特征

根据S23井实测的烃源岩有机碳数据来看(图19),8个样品显示,有机碳含量分布在0.22%～0.54%之间,平均值0.40%。大约75%的样品有机碳含量小于0.5%,为非烃源岩;大约25%的样品分布在0.5%～1%之间,为较好烃源岩。

图19 S23井石炭系有机碳含量分布图Fig.19 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S23

S23井石炭系取芯段为CK1及双峰灰岩段,烃源岩取芯段测井总体显示为“高声波、高电阻、高伽马、低密度”的特征。从有机碳含量在深度上的显示来看,有机碳含量与深度并无太大关系,但可以明显看出的是,灰岩段烃源岩有机碳含量普遍较泥岩段有机碳含量低,说明碳酸盐岩烃源岩有机质较低。另外从岩石热解数据来看,S23烃源岩生烃潜力(S1+S2)较低,Tmax显示大部分大于430℃,烃源岩已达成熟阶段。综合来看,S23井取芯显示,有机碳含量较低,生烃含量很低,与S14井、S22井相似大部分为非烃源岩。

(4)巴探5井石炭系烃源岩发育特征

根据巴探5井实测的烃源岩有机碳数据来看(图20),18个样品显示,有机碳含量分布在0.19%～1.42%之间,平均值达到0.92%。大约11%的样品有机碳含量小于0.4%,为非烃源岩;大约56%的样品分布在0.6%～1%之间,为较好烃源岩;大于33%的样品有机碳含量大于1%,显示为好烃源岩。氯仿沥青“A”分布范围为0.005%～0.017%,41%的样品为非烃源岩,59%的样品为差烃源岩(图21)。镜质体反射率Ro主要分布在1.09%～1.49%,显示44%的样品为成熟阶段,56%的样品为高成熟阶段(图22)。

图20 巴探5井石炭系烃源岩有机碳分布图Fig.20 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well Batan5

图21 巴探5井石炭系氯仿沥青“A”含量分布图Fig.21 Distribution of chloroform bitumen“A” of Carboniferous source rocks in Well Batan5

图23 巴探5井石炭系烃源岩综合柱状图Fig.23 The comprehensive profile of Carboniferous source rocks in Well Batan5

将巴探5井相关地化资料结合S23井单井测井响应特征来看(图23),石炭系取芯段为灰黑色碳质泥岩、泥岩夹粉砂岩条带(第4回次芯),厚度约47 m,烃源岩取芯段测井总体显示为“高电阻、高伽马”的特征。从有机碳含量在深度上的显示来看,有机碳含量与深度并无太大关系。从计算TOC与实测TOC对比来看,两者契合度比较高,说明预测效果较好。综合来看,巴探5井取芯显示,有机碳含量较高,成熟度处于成熟—高成熟阶段,为较好—好烃源岩。

3.2 平面分布特征

3.2.1 TOC测井解释

烃源岩是油气生成的物质基础,烃源岩评价是沉积盆地油气资源潜力分析与勘探前景评价的核心内容之一,烃源岩中的总有机碳含量(TOC)是烃源岩评价的重要参数。在利用有机地球化学资料评价烃源岩时,一般隔一定距离取芯采样进行测试分析,但受取芯数量和分析化验成本等影响,难以获取纵向上连续的TOC值,而测井资料具有纵向上连续,分辨率高等优势,且多种测井参数与烃源岩TOC之间具有一定的响应关系,可据此建立预测模型对烃源岩TOC进行定量预测,并获取烃源岩厚度。

本次研究由于石炭系烃源岩研究较为薄弱,取芯实测数据并不能覆盖整个工区,因此,本次研究基于测井资料,结合实测烃源岩TOC数据,采用多元线性回归法建立模型对塔河石炭系烃源岩进行TOC预测,并计算烃源岩厚度(TOC>0.5%)。

(1)多元线性回归法原理

由于多种测井参数如中子、声波时差、电阻率、自然伽马、密度等均与烃源岩TOC存在响应关系,因此,先对各测井参数与实测TOC进行相关性分析,确定相关性较好的参数。在此基础上,将一种或多种测井参数作为自变量,TOC作为因变量建立一元或多元回归方程,通过多元回归分析确定最佳TOC定量预测模型。通常,多参数模型要优于单参数模型,且不同地区TOC的主控因素不同,预测模型也会具有地域差异。

(2)多元回归模型建立

经过烃源岩实测TOC与各参数相关性分析、模型拟合度对比,最后选择GR、CAL、RILD、CNL、AC、DEN这6个测井参数建立的模型为最佳预测模型(图7-24),模型相关系数为0.748。

TOC定量预测模型:TOC=-0.456 1+0.004 1×GR+0.040 3×CAL-0.020 7×RILD-0.011 8×CNL+0.001 6×AC+0.098 7×DEN

(3)解释成果

根据解释模型进行TOC解释,并与实测TOC进行比较,结果如下:解释TOC与实测TOC平均误差15.58%,拟合度较高。说明解释模型可有效地解释塔河石炭系烃源岩TOC。

图24 塔河石炭系烃源岩实测TOC与各测井参数交汇图Fig.24 Intersection diagram of measured TOC and logging parameters of Carboniferous source rock in Tahe

3.2.2 TOC分布特征

根据TOC预测模型,对塔河48口井进行典型TOC测井预测,并计算烃源岩厚度(TOC>0.5%)。如表11所示。

表11 塔河石炭系TOC解释成果统计表Table 11 Statistical table of TOC interpretation results of Carboniferous system in Tahe

根据塔河石炭系烃源岩实测TOC与测井解释TOC绘制TOC等值线图、厚度等值线图(图25、26),结果显示塔河石炭系烃源岩分布相对局限,主要分布于塔河一区、塔河盐边地区、托甫台等地,整体显示由西北向东南方向增厚。

图25 塔河石炭系卡拉沙依组泥岩TOC分布图Fig.25 Distribution of TOC of Carboniferous Kalashayi Formation mudstone in Tahe

图26 石炭系卡拉沙依组泥岩TOC>0.5%层段的厚度分布图Fig.26 Thickness distribution of TOC>0.5% in Karashai Formation mudstone of Carboniferous system in Tahe

4 烃源岩综合评价

本次研究根据所收集的大量有机碳、镜质体反射率、氯仿沥青“A”及岩石热解等资料,对研塔河石炭系烃源岩特征进行了分类统计,结合前文研究成果,对塔河地区石炭系烃源岩进行了综合评价(表12)。

表12 塔河石炭系烃源岩综合评价表Table 12 Synthetic evaluation criteria of Carboniferous source rocks in Tahe

5 结 论

a.石炭系烃源岩泥质岩有机质较差,分布于0.04%～1.28%,平均值0.30%;碳酸盐岩有机碳丰度较好,有机碳分布于0.04%～0.44%,平均值0.22%。泥质岩有机碳达标率24.24%,碳酸盐岩有机碳达标率87.5%;氯仿沥青“A”含量为0.000 08%～0.605%,平均值为0.032%,71.4%的样品小于0.06%,仅6.3%的样品氯仿沥青“A”含量高于0.12%,显示烃源岩生油能力较差。

b.碳酸盐岩烃源岩有机质类型主要为Ⅱ～Ⅲ型,泥质岩有机质类型以Ⅲ型为主。

c.塔河石炭系烃源岩Ro分布在0.53%～2.10%之间,基本分布在0.5%以上,大部分大于0.8%,基本处于成熟阶段。

d.塔河石炭系烃源岩既有陆相有机质来源也有海相有机质来源。

e.石炭系烃源岩在本区分布较广泛,主要分布于塔河一区、塔河盐边地区、托甫台等地,整体显示由西北向东南方向增厚。从有机碳含量和氯仿沥青“A”含量来看,塔河石炭系烃源岩较差,加之生烃潜力(S1+S2)较低,因此评价为差烃源岩。