塔里木盆地塔河地區石炭系烴源巖特征及展布

張冬麗,先 偉

(1.中國石油化工股份有限公司 西北油田分公司實驗檢測技術中心,烏魯木齊 830011;2.中國石油化工股份有限公司 西北油田分公司勘探開發研究院,烏魯木齊 830011)

石炭系是塔里木盆地油氣勘探開發層系之一,具自生、自儲、自封蓋特征[1-2]。塔里木盆地西南部石炭系系主力烴源巖之一[3-7]。石炭系烴源巖分為碎屑巖類和碳酸鹽巖類2種類型[8-9]。為查明石炭系烴源巖發育的規模,本文以石炭系為研究對象,對其開展了有機質類型、有機質豐度、有機質厚度、有機質分布范圍、有機質成熟度研究。

1 塔河油田石炭系沉積特征

石炭紀時,塔里木盆地為海陸交互相的淺水沉積盆地,沉積相帶主要為潮坪、潟湖、碳酸鹽局限臺地、開闊臺地、近岸河流相、三角洲相。塔東北地區為潟湖-潮坪、近岸河流相、三角洲相沉積。早石炭世初期,隨著海平面的上升,海水自西南向東北侵入塔北地區。此時沉積中心位于阿瓦提和滿加爾地區,整個地區呈北高南低之勢。烴源巖主要發育于滿加爾坳陷區臺地相潟湖及潮下帶灰泥坪相區[10-11]。

根據區域地層發育情況、沉積旋回和巖性組合特征分析,巴楚組沉積早中期,在阿克庫勒凸起西部至哈拉哈塘東部一帶為呈馬蹄型分布的潮坪砂泥巖相砂泥巖互層沉積,巖性以灰、棕褐色泥巖及灰、灰綠色砂巖互層為主。在阿克庫勒凸起南部一帶主要為潟湖相的膏泥巖沉積,在巴楚組早期該區是一個有障壁砂壩與廣海相隔,同時又有通道與廣海相連的半封閉海灣[12-13]。

巴楚組晚期,隨著海平面上升速率加快,塔里木盆地石炭紀發生了大規模的海侵,海域不斷向陸擴展,陸源區后退,碎屑物質供給減少,潟湖水體淡化。在全盆范圍內除了在柯坪古陸南側及草湖地區為潮坪相帶的砂泥巖沉積外,廣泛發育了清水碳酸鹽巖臺地相沉積(即“雙峰灰巖”)。

塔北的大部分地區在卡拉沙依組沉積早期處于潮下環境,中期多為潮間環境,晚期以潮上沉積為主,總體接受了一套辮狀河三角洲和咸化潟湖-潮坪相沉積。其中在塔河油田,卡拉沙依組上部以辮狀河三角洲-潮坪砂泥巖相沉積為主,砂泥巖互層段中的薄層砂巖是塔河油田石炭系較好的儲集砂體?？ɡ骋澜M下部則以潟湖相沉積為主。在塔北的草湖地區為河流相的砂、泥巖互層沉積,巖性為砂、泥巖互層,具有向上變細的沉積特征。在順托果勒地區則廣泛發育了一套潮下灰泥坪相沉積環境的灰綠色泥巖、灰質泥巖夾泥灰巖沉積[14-15]。

晚石炭世,隨著海平面下降,海域不斷西退,沉積范圍變小,發生于晚二疊世末的海西晚期運動,又使塔北地區的上石炭統遭受嚴重剝蝕。在巴楚地區小海子以南為潮坪相灰色粉砂巖、粉砂質泥巖及泥巖。

從上述沉積相展布特征看,石炭系總體處于干旱氣候條件下較為淺水的沉積環境,由于水體淺,而不利于生烴母質的繁盛與保存。塔北地區該套烴源巖主要發育于臺地相潟湖及潮下帶灰泥坪亞相,主要為潮下灰泥坪相的灰綠色泥巖、灰質泥巖夾泥灰巖沉積,面積大于2×104km2。沉積中心最大厚度200 m,有機碳含量(質量分數)0.1%～1.43%,鏡質體反射率介于0.6%～0.8%。在廣闊的塔北地區尚未發現連片的、高有機質豐度的石炭系烴源巖層段。

2 石炭系烴源巖地球化學特征

烴源巖包括油源巖、氣源巖和油氣源巖,習慣上通常叫作生油巖。烴源巖是控制油氣藏形成與分布的關鍵性因素之一。確定有效烴源巖是含油氣系統的基礎。烴源巖評價涉及許多方面,雖然在不同勘探階段以及不同的沉積盆地,評價重點也有所不同,但是總體上主要包括2大方面:(1)烴源巖的地球化學特征評價,如有機質的豐度、有機質的類型、有機質的成熟度;(2)烴源巖的生烴能力評價,如生烴強度、生烴量、排烴強度等。

2.1 有機質豐度

有機質豐度是評價烴源巖生油能力的重要參數之一。烴源巖的有機質豐度是指單位質量的烴源巖中有機質的百分含量。烴源巖有機質豐度評價標準沿用“七五”攻關項目“75-54-03-03-01”《新疆塔里木盆地東北地區烴源巖評價及油氣源研究》報告采用標準,即中新生界泥質巖類烴源巖有機碳下限值取0.5%,古生界泥質巖類烴源巖有機碳下限值取0.4%。并在此基礎上加上前人研究有機質豐度評價的其他指標標準(表1)。

表1 塔北地區烴源巖有機質豐度評價標準Table 1 Evaluation criteria of the organic matter abundance of source rocks in Tabei area

2.1.1 有機碳含量

塔河石炭系烴源巖主要發育在下石炭統巴楚組和卡拉沙依組?？ɡ骋澜M主要發育泥質烴源巖,巴楚組主要發育碳酸鹽巖烴源巖。烴源巖主要分布于局限臺地相和潮坪相泥巖中。整體來看,塔河石炭系烴源巖有機碳豐度較差,有機碳含量分布于0.04%～1.28%,平均值0.29%。從塔河石炭系有機質豐度表來看(表2),石炭系烴源巖泥質巖有機質較差,分布于0.04%～1.28%,平均值0.30%;碳酸鹽巖有機碳豐度較好,有機碳分布于0.04%～0.44%,平均值0.22%。泥質巖有機碳達標率24.24%,碳酸鹽巖有機碳達標率87.5%。

表2 塔河石炭系烴源巖有機質豐度Table 2 TOC abundance of Carboniferous source rocks in Tahe area

圖1 塔河石炭系有機碳分布圖Fig.1 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Tahe

從有機碳含量分布圖可以看出(圖1),石炭系烴源巖TOC的樣品小于0.5%占84%,TOC在0.5%～1%范圍的占14.7%,TOC大于等于1%的僅占1.3%,說明發育差烴源巖。

另外,從塔河石炭系有機碳含量在深度上的分布可以看出(圖2),在深度4 500 m到5 000 m層段,該段TOC含量較高,屬于石炭系較優質的烴源巖。從不同井及不同地區之間有機碳含量分布可以看出(圖3),石炭系烴源巖有機碳含量總體偏低,BT5井有機碳含量相對較高,平均值可達1%以上。

2.1.2 氯仿瀝青“A”含量

氯仿瀝青“A”是巖石中的可溶有機質,為石油運移后的剩余部分,其含量的高低能反映出烴源巖的生油氣能力。氯仿瀝青“A”含量的高低,不僅取決于原始有機質的豐富程度和有機質類型,也決定于成巖后巖石分散有機質的演化程度。(1)成熟階段:演化程度高,則氯仿瀝青“A”增加;(2)過成熟階段:演化程度高,則氯仿瀝青“A”降低。

從氯仿瀝青“A”的統計情況來看,塔河石炭系烴源巖氯仿瀝青“A”含量相對較低,(表2、圖4)。氯仿瀝青“A”含量為0.00008%～0.605%,平均值為0.032%,71.4%的樣品小于0.06%,僅6.3%的樣品氯仿瀝青“A”含量高于0.12%,顯示烴源巖生油能力較差。

圖2 塔河石炭系TOC與深度相關圖Fig.2 Relationship between TOC and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

圖3 不同地區之間有機碳含量分布圖Fig.3 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in different fields

圖4 塔河石炭系烴源巖氯仿瀝青“A”分布直方圖Fig.4 Distribution of chloroform bitumen“A”of Carboniferous source rocks in Tahe

2.1.3 巖石熱解分析

S1代表巖樣中的自由烴,S2代表巖樣的非揮發性有機物熱裂解產生的烴,S1+S2代表烴源巖的生烴潛力,它能更真實地反映巖石中干酪根熱解能夠生烴的潛力,因此,用它來表示有機質豐度特征更加具有代表性。根據收集資料顯示,塔河石炭系烴源巖大部分樣品生烴潛力指數(S1+S2)小于1 mg/g,收集的41個巖石熱解樣品中只有3個樣品分布在1 mg/g以上,說明石炭系生烴潛力較差。

烴源巖演化到不同階段時的生烴潛力可用不同埋深下源巖的生烴潛力表示。這樣,通過研究不同埋深下源巖的生烴潛力指數大小及其隨埋深增加而發生的變化規律,就可以確定出源巖的排烴門限及其在進入排烴門限后各個演化階段下單位質量有機質的排烴量,即排烴率值。從塔河石炭系生烴潛力指數隨深度的變化情況來看(圖5),整體上表現出先增大后變小的特征,烴源巖的排烴門限在4 800 m左右,5 100 m以下排烴效率基本不在變化,顯示該深度時塔河石炭系烴源巖可能已到排烴極限。

另外,研究實測烴源巖巖石熱解顯示(表3),S68井石炭系4 823 m處烴源巖生烴潛力較大,生烴潛力指數(S1+S2)為113.17 mg/g,T205井石炭系4 841 m處烴源巖生烴潛力指數為1.75 mg/g,5 315 m處烴源巖生烴潛力指數為0.09 mg/g。

圖5 塔河石炭系烴源巖生烴潛力指數隨深度變化圖Fig.5 Relationship between pyrolysis hydrocarbon generation potential (S1+S2) and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

表3 塔河石炭系烴源巖巖石熱解數據表Table 3 Statistics of rock pyrolysis of Carboniferous source rocks in Tahe

2.2 有機質類型

有機質類型是評價烴源源生烴能力的重要參數之一。通過干酪根和可溶有機質的有機巖石學與有機地球化學方法評價具體烴源巖有機質的母質類型。烴源源有機質的來源與組成十分復雜,只有通過多種地球化學指標的綜合分析,才能正確認識和評價有機質的類型。本次研究從3個方面開展了研究區石炭系烴源巖干酪根類型劃分。

(1)根據不同顯微組分的含量來劃分不同的干酪根類型

干酪根的各顯微組分揭示了不同的生烴能力,因此可根據不同顯微組分的含量來劃分不同的干酪根類型。目前采用的干酪根分類方法主要有2種:一種是干酪根的類脂組含量與鏡質組含量的相對大小;另一種是同時考慮4種組分(類脂組、殼質組、鏡質組、惰質組)的含量,采用類型指數(TI)來劃分干酪根類型:

TI=(類脂組含量×100+殼質組含量×50-鏡質組含量×75-惰質組含量×100)/100

加權系數是根據干酪根中各顯微組分對生油的貢獻能力制定的,根據TI值將干酪根分為Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ型,詳見表4。

表4 干酪根鏡下鑒定分類標準Table 4 Criteria for identification and classification for kerogen under microscope

顯微組分分析表明(表5),S48井石炭系烴源巖有機質以殼質組為主,類型指數為9.5,為Ⅱ2干酪根;T205井石炭系烴源巖有機質主要以殼質組為主,類型指數小于0,為Ⅲ型干酪根。

(2)應用有機地球化學手段研究干酪根類型

有機地球化學手段研究干酪根類型的主要指標是干酪根元素分析的H/C、O/C及巖石熱解IH、IO與Tmax。

塔河石炭系烴源巖干酪根元素的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),碳酸鹽巖比泥質巖有較好的有機質類型,從H/C、O/C原子比范氏圖(圖6)上可以看出,碳酸鹽巖烴源巖有機質類型主要為Ⅱ～Ⅲ型,泥質巖有機質類型以Ⅲ型為主。

表5 塔河石炭系烴源巖干酪根鏡下分析統計表Table 5 Statistical table of kerogen analysis under microscope in Tahe Carboniferous source rock

表6 塔河石炭系烴源巖干酪根元素分析Table 6 Elemental analysis data of kerogen of Carboniferous source rocks in Tahe

圖6 塔河石炭系烴源巖H/C、O/C原子比范式圖Fig.6 Relationship between atomic ratio of H/C and O/C of Carboniferous source rocks in Tahe

(3)根據有機地球化學手段研究烴源巖有機質類型

一般來講,水生生物發育的沉積盆地,一般沉積的有機質為腐泥型(Ⅰ型)或腐殖—腐泥型(Ⅱ1型),這2類有機質主要為生油母質,在生油階段生成的天然氣相對較少;以陸源有機質為主沉積盆地有機質類型主要以腐泥—腐殖(Ⅱ2型)與腐殖型(Ⅲ型)為主,主要生成天然氣與少量的凝析油。

現代生物化學研究表明,動物和植物中都含有甾族化合物,而C27(膽甾烷)與水生浮游動植物有關,C28(豆甾烷)和C29(麥角甾烷)與高等植物有關。而前人研究表明,腐泥型有機質主要來源與水中浮游生物以及一些底棲生物、水生植物等;腐殖型有機質主要來源于高等植物。所以不同母質類型的烴源巖中,其甾烷的組成和分布特征是不一樣的。用甾烷(C27(膽甾烷)、C28(豆甾烷)、C29(麥角甾烷))相對含量來區分有機質母質類型是一種可靠的指標。利用3種類型的甾烷相對含量做三角圖(圖7),可以發現絕大多數樣品數據點都落在了Ⅱ2和Ⅲ范圍內。與顯微組分分析結果、干酪根元素分析結果基本一致。

圖7 塔河石炭系烴源巖飽和烴色質C27-C28-C29三角圖Fig.7 Triangular diagram of C27,C28 and C29 regular sterane of Carboniferous source rocks in Tahe

2.3 有機質成熟度

烴源巖有機質成熟度是衡量烴源巖實際生烴能力的重要指標之一,是評價一個地區或某一烴源巖系生烴量及資源前景的重要依據。表征烴源巖成熟度已有多種的指標,如光學的、化學的和生物標記物的等多方面的參數,其中鏡質體反射率(Ro)、熱解峰頂溫度(Tmax)是常用的成熟度指標。應用鏡質體反射率和熱解峰頂溫度基本上可以將

有機質熱演化過程的基劃分為未成熟、低成熟、成熟和過成熟等4個大的階段?？碧綄嵺`表明,在有機質成熟區找油成功率可達25%～50%,而未成熟區僅為2.5%～5%。本區烴源巖成熟度劃分標準也主要依據“七五”、“八五”所采用的成熟度劃分標準(表7)。

表7 塔河烴源巖成熟度劃分標準Table 7 Mature classification criteria of source rocks in Tahe

塔河石炭系烴源巖實測鏡質體反射率見表8,鏡質體反射率分布于0.53%～2.10%,項目新測4個反射率見表9?？梢钥闯?塔河石炭系烴源巖Ro基本分布在0.5%以上,大部分大于0.8%(圖8),基本處于成熟階段。其中,T205井石炭系烴源巖Ro反映其烴源巖成熟度較高。

表8 塔河石炭系烴源巖成熟度分布Table 8 Distribution of mature of carboniferous source rocks in Tahe

表9 塔河石炭系烴源巖Ro及TmaxTable 9 Ro &Tmax of Carboniferous source rocks in Tahe

圖8 塔河石炭系烴源巖Ro分布直方圖Fig.8 Ro histogram of Carboniferous source rocks in Tahe

從塔河石炭系烴源巖Ro的縱向變化情況來看(圖9),隨深度增大Ro值有略微的增加,表現為較為明顯的線性關系,總體變化差異不大。從塔河不同區塊以鄰區地區石炭系烴源巖Ro分布來看(圖10),塔北地區石炭系烴源巖總體上成熟度變化不大。

根據塔河石炭系實測Ro繪制等值線圖,結果顯示塔河石炭系烴源巖基本處于成熟階段,其中東北即塔河四區、塔河五區、塔河六區和西南即托甫臺、塔河十一區成熟度相對較高。

自20世紀60年代初期以來,人們一直將正構烷烴奇偶數碳優勢比(OEP)值或優勢指數(CPI)視為經典的成熟度指標,通常而言,OEP大于1.2為未成熟,1.0～1.2為成熟,趨近于1為高成熟到過成熟,但是它只能鑒別有機質是否成熟不能進一步劃分不同的熱演化階段。塔河石炭系烴源巖OEP與CPI均分布于1左右(圖11),顯示烴源巖已經成熟。

在生物標志物中反映成熟度的參數主要有甾烷C2920S/20(R+S)、藿烷C3122S/22(R+S)、芳香烴中甲基菲系列參數等。根據前人研究結果,應用C2920S/20(R+S)劃分成熟度標準為:C2920S/20(R+S)<15%,為未成熟階段;15%30%,為成熟階段。

塔河石炭系烴源巖色質成熟度指標顯示大部分樣品達到了平衡轉化階段(圖12),同樣顯示烴源巖基本進入了成熟階段。

圖9 塔河石炭系烴源巖Ro與深度關系Fig.9 Relationship between Ro and depth of Carboniferous source rocks in Tahe

圖10 塔河及鄰區石炭系烴源巖Ro對比Fig.10 Ro correlation of Carboniferous source rocks in Tahe and adjacent areas

圖11 塔河石炭系烴源巖OEP和CPI相關圖Fig.11 Correlation diagram of OEP and CPI of Carboniferous source rocks in Tahe

圖12 塔河石炭系烴源巖色質成熟度Fig.12 Color maturity of Carboniferous source rocks in Tahe

2.4 有機質沉積環境

從生物體到沉積有機質,最后轉化為油氣,是一個漫長而復雜的地質、物理化學演化過程。在這一過程中,石油、天然氣的化學組成、結構及性質和已知原始有機質的性質已完全不同,但其中還保留了一些來自活的生物體的“遺傳”信息。生物標志化合物正是這種信息的“傳遞者”,它能為沉積物中的有機質來源的生物類型傳遞信息?？扇苡袡C質的組分受烴源巖沉積環境的影響和有機質母質來源的控制,在劃分沉積環境時可作為可靠的指標。

因此,本次研究采用生物標志化合物、組分同位素來反映烴源巖沉積有機質的來源、沉積環境。

塔河石炭系烴源巖主要發育在局限臺地相和潮坪相泥巖中,卡拉沙依組(C1kl)烴源巖主要以深灰色泥巖為主,巴楚組烴源巖主要以灰色灰巖為主。塔河C1kl烴源巖主峰碳偏高,為C19～C23(圖13-A),并且出現了2個高峰(當沉積物中混有來自海生的浮游植物、藻類和來自陸生高等植物的有機質時,氣相色譜上出現2個高峰—中等碳數和高等碳數),顯示了較多的高等植物來源,也有可能是受到了氧化事件的影響。而塔河C2x烴源巖主峰碳偏低,為C16～C19(圖13-B)顯示其低等生物來源。

圖13 塔河石炭系烴源巖組分分布圖Fig.13 Distribution of component of Carboniferous source rocks in Tahe

在沉積環境恢復過程中,姥鮫烷和植烷由于結構穩定、含量較高,常被作為有效的生物標志化合物指標。根據中國石油研究大量分析資料來看,Pr/Ph比值確實跟原始沉積環境有著密切關系。過高姥植比(Pr/Ph>3.0)并不完全反映沉積環境,而是反映氧化條件下陸源有機質的輸入,低姥植比(Pr/Ph<0.6)反映典型的缺氧條件,通常是高鹽度或碳酸鹽巖沉積環境。對于Pr/Ph值在0.8～2.5范圍的樣品,不能將Pr/Ph值作為古環境的標志。

而姥鮫烷/nC17和植烷/nC18這2個比值常用于判斷沉積環境。飽和烴色譜指標圖版顯示(圖14),塔河石炭系烴源巖既有陸相也有海相有機質來源。

圖14 塔河石炭系烴源巖飽和烴氣相色譜指標Fig.14 Gas chromatographic index of saturated hydrocarbon of Carboniferous source rock in Tahe

烴源巖中的有機質碳同位素組成取決于原始有機質的來源、性質、生成環境及原始有機質的演化程度,不同成因的有機質碳同位素組成有較大差異,因此,根據碳同位素δ13C值進行烴源巖沉積環境的判斷具有較大可靠性。

沉積有機質在沉積-成巖-熱演化過程中,碳同位素受物理、化學和生物的作用而發生分餾,一般來講,隨著沉積有機質氯仿瀝青“A”中飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質化學族組分極性的增大,其碳同位素δ13C值會逐漸變重,即δ13C飽和烴<δ13C芳烴<δ13C非烴<δ13C瀝青質。

烴源巖碳同位素分布特征見表10。從組分同位素指標圖版來看(圖15),塔河石炭系烴源巖既有陸相有機質來源也有海相有機質來源。

圖15 塔河石炭系烴源巖飽和烴、芳香烴同位素Fig.15 Isotopes of saturated hydrocarbon and aromatic hydrocarbon of Carboniferous source rocks in Tahe

表10 塔河地區烴源巖同位素(δ13CPDB(‰))分布特征Table 1 Isotopic distribution of δ13CPDB (‰) in source rocks in Tahe area

從組分同位素分布圖來看(圖15),一棵樹剖面C2b烴源巖飽和烴、芳香烴碳同位素較輕,阿西金礦附近C1a烴源巖飽和烴、芳香烴碳同位素較重;C1a和C1kl烴源巖組分碳同位素分布特征相似,飽和烴碳同位素較芳香烴碳同位素重,C1b、C2a+k和C2b烴源巖組分同位素特征相似(圖16)。

圖16 塔河石炭系烴源巖族組分同位素分布Fig.16 Isotopic distribution of Carboniferous source rock groups in Tahe

3 石炭系烴源巖縱橫向展布

從油氣勘探階段來看,在勘探早期由于鉆井取芯分析資料相對較少,因此,烴源巖評價內容主要以地球化學特征分析基礎,從單井特征分析到建立烴源巖演化剖面,從而預測有利烴源巖的空間分布。

3.1 典型井烴源巖縱向發育特征

(1)S14井石炭系烴源巖發育特征

根據S14井實測的烴源巖有機碳數據來看(圖17),有機碳含量分布在0.1%～0.79%之間,平均值0.25%。大約73%的樣品有機碳含量小于0.5%,為非烴源巖;大約27%的樣品分布在0.5%～1%之間,為較好烴源巖。

圖17 S14井石炭系有機碳含量分布圖Fig.17 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S14

從S14井相關地化資料結合S14井單井測井相應特征來看,烴源巖取芯段測井總體顯示為“高聲波、高電阻、高伽馬、低密度”的特征。從有機碳含量在深度上的顯示來看,有機碳含量與深度并無太大關系,但可以明顯看出的是,灰巖段烴源巖有機碳含量普遍較泥巖段有機碳含量低,說明碳酸鹽巖烴源巖有機質較低。另外從巖石熱解數據來看,S14烴源巖生烴潛力(S1+S2)較低,Tmax顯示大部分大于430 ℃,烴源巖已達成熟階段。綜合來看,S14井取芯顯示,有機碳含量較低,生烴含量很低,大部分為非烴源巖。

(2)S22井石炭系烴源巖發育特征

從S22井地化綜合柱狀圖來看,石炭系各個小層皆有取芯,烴源巖取芯段測井總體顯示為“高聲波、高電阻、高伽馬、低密度”的特征。從有機碳含量在深度上的顯示來看,有機碳含量與深度并無太大關系,但可以明顯看出的是,灰巖段烴源巖有機碳含量普遍較泥巖段有機碳含量低,說明碳酸鹽巖烴源巖有機質較低。另外從巖石熱解數據來看,S22烴源巖生烴潛力(S1+S2)較低,Tmax顯示大部分大于430 ℃,烴源巖已達成熟階段。綜合來看,S22井取芯顯示,有機碳含量較低,生烴含量很低,與S14井相似大部分為非烴源巖。

根據S22井實測的烴源巖有機碳數據來看(圖18),17個樣品顯示,有機碳含量分布在0.16%～0.68%之間,平均值0.38%,大約73%的樣品有機碳含量小于0.5%,為非烴源巖;大約27%的樣品分布在0.5%～1%之間,為較好烴源巖。僅從有機碳含量分布來看,與S14井有些相似。

圖18 S22井石炭系有機碳含量分布圖Fig.18 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S22

(3)S23井石炭系烴源巖發育特征

根據S23井實測的烴源巖有機碳數據來看(圖19),8個樣品顯示,有機碳含量分布在0.22%～0.54%之間,平均值0.40%。大約75%的樣品有機碳含量小于0.5%,為非烴源巖;大約25%的樣品分布在0.5%～1%之間,為較好烴源巖。

圖19 S23井石炭系有機碳含量分布圖Fig.19 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well S23

S23井石炭系取芯段為CK1及雙峰灰巖段,烴源巖取芯段測井總體顯示為“高聲波、高電阻、高伽馬、低密度”的特征。從有機碳含量在深度上的顯示來看,有機碳含量與深度并無太大關系,但可以明顯看出的是,灰巖段烴源巖有機碳含量普遍較泥巖段有機碳含量低,說明碳酸鹽巖烴源巖有機質較低。另外從巖石熱解數據來看,S23烴源巖生烴潛力(S1+S2)較低,Tmax顯示大部分大于430℃,烴源巖已達成熟階段。綜合來看,S23井取芯顯示,有機碳含量較低,生烴含量很低,與S14井、S22井相似大部分為非烴源巖。

(4)巴探5井石炭系烴源巖發育特征

根據巴探5井實測的烴源巖有機碳數據來看(圖20),18個樣品顯示,有機碳含量分布在0.19%～1.42%之間,平均值達到0.92%。大約11%的樣品有機碳含量小于0.4%,為非烴源巖;大約56%的樣品分布在0.6%～1%之間,為較好烴源巖;大于33%的樣品有機碳含量大于1%,顯示為好烴源巖。氯仿瀝青“A”分布范圍為0.005%～0.017%,41%的樣品為非烴源巖,59%的樣品為差烴源巖(圖21)。鏡質體反射率Ro主要分布在1.09%～1.49%,顯示44%的樣品為成熟階段,56%的樣品為高成熟階段(圖22)。

圖20 巴探5井石炭系烴源巖有機碳分布圖Fig.20 Distribution of TOC of Carboniferous source rocks in Well Batan5

圖21 巴探5井石炭系氯仿瀝青“A”含量分布圖Fig.21 Distribution of chloroform bitumen“A” of Carboniferous source rocks in Well Batan5

圖23 巴探5井石炭系烴源巖綜合柱狀圖Fig.23 The comprehensive profile of Carboniferous source rocks in Well Batan5

將巴探5井相關地化資料結合S23井單井測井響應特征來看(圖23),石炭系取芯段為灰黑色碳質泥巖、泥巖夾粉砂巖條帶(第4回次芯),厚度約47 m,烴源巖取芯段測井總體顯示為“高電阻、高伽馬”的特征。從有機碳含量在深度上的顯示來看,有機碳含量與深度并無太大關系。從計算TOC與實測TOC對比來看,兩者契合度比較高,說明預測效果較好。綜合來看,巴探5井取芯顯示,有機碳含量較高,成熟度處于成熟—高成熟階段,為較好—好烴源巖。

3.2 平面分布特征

3.2.1 TOC測井解釋

烴源巖是油氣生成的物質基礎,烴源巖評價是沉積盆地油氣資源潛力分析與勘探前景評價的核心內容之一,烴源巖中的總有機碳含量(TOC)是烴源巖評價的重要參數。在利用有機地球化學資料評價烴源巖時,一般隔一定距離取芯采樣進行測試分析,但受取芯數量和分析化驗成本等影響,難以獲取縱向上連續的TOC值,而測井資料具有縱向上連續,分辨率高等優勢,且多種測井參數與烴源巖TOC之間具有一定的響應關系,可據此建立預測模型對烴源巖TOC進行定量預測,并獲取烴源巖厚度。

本次研究由于石炭系烴源巖研究較為薄弱,取芯實測數據并不能覆蓋整個工區,因此,本次研究基于測井資料,結合實測烴源巖TOC數據,采用多元線性回歸法建立模型對塔河石炭系烴源巖進行TOC預測,并計算烴源巖厚度(TOC>0.5%)。

(1)多元線性回歸法原理

由于多種測井參數如中子、聲波時差、電阻率、自然伽馬、密度等均與烴源巖TOC存在響應關系,因此,先對各測井參數與實測TOC進行相關性分析,確定相關性較好的參數。在此基礎上,將一種或多種測井參數作為自變量,TOC作為因變量建立一元或多元回歸方程,通過多元回歸分析確定最佳TOC定量預測模型。通常,多參數模型要優于單參數模型,且不同地區TOC的主控因素不同,預測模型也會具有地域差異。

(2)多元回歸模型建立

經過烴源巖實測TOC與各參數相關性分析、模型擬合度對比,最后選擇GR、CAL、RILD、CNL、AC、DEN這6個測井參數建立的模型為最佳預測模型(圖7-24),模型相關系數為0.748。

TOC定量預測模型: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)解釋成果

根據解釋模型進行TOC解釋,并與實測TOC進行比較,結果如下:解釋TOC與實測TOC平均誤差15.58%,擬合度較高。說明解釋模型可有效地解釋塔河石炭系烴源巖TOC。

圖24 塔河石炭系烴源巖實測TOC與各測井參數交匯圖Fig.24 Intersection diagram of measured TOC and logging parameters of Carboniferous source rock in Tahe

3.2.2 TOC分布特征

根據TOC預測模型,對塔河48口井進行典型TOC測井預測,并計算烴源巖厚度(TOC>0.5%)。如表11所示。

表11 塔河石炭系TOC解釋成果統計表Table 11 Statistical table of TOC interpretation results of Carboniferous system in Tahe

根據塔河石炭系烴源巖實測TOC與測井解釋TOC繪制TOC等值線圖、厚度等值線圖(圖25、26),結果顯示塔河石炭系烴源巖分布相對局限,主要分布于塔河一區、塔河鹽邊地區、托甫臺等地,整體顯示由西北向東南方向增厚。

圖25 塔河石炭系卡拉沙依組泥巖TOC分布圖Fig.25 Distribution of TOC of Carboniferous Kalashayi Formation mudstone in Tahe

圖26 石炭系卡拉沙依組泥巖TOC>0.5%層段的厚度分布圖Fig.26 Thickness distribution of TOC>0.5% in Karashai Formation mudstone of Carboniferous system in Tahe

4 烴源巖綜合評價

本次研究根據所收集的大量有機碳、鏡質體反射率、氯仿瀝青“A”及巖石熱解等資料,對研塔河石炭系烴源巖特征進行了分類統計,結合前文研究成果,對塔河地區石炭系烴源巖進行了綜合評價(表12)。

表12 塔河石炭系烴源巖綜合評價表Table 12 Synthetic evaluation criteria of Carboniferous source rocks in Tahe

5 結 論

a.石炭系烴源巖泥質巖有機質較差,分布于0.04%～1.28%,平均值0.30%;碳酸鹽巖有機碳豐度較好,有機碳分布于0.04%～0.44%,平均值0.22%。泥質巖有機碳達標率24.24%,碳酸鹽巖有機碳達標率87.5%;氯仿瀝青“A”含量為0.000 08%～0.605%,平均值為0.032%,71.4%的樣品小于0.06%,僅6.3%的樣品氯仿瀝青“A”含量高于0.12%,顯示烴源巖生油能力較差。

b.碳酸鹽巖烴源巖有機質類型主要為Ⅱ～Ⅲ型,泥質巖有機質類型以Ⅲ型為主。

c.塔河石炭系烴源巖Ro分布在0.53%～2.10%之間,基本分布在0.5%以上,大部分大于0.8%,基本處于成熟階段。

d.塔河石炭系烴源巖既有陸相有機質來源也有海相有機質來源。

e.石炭系烴源巖在本區分布較廣泛,主要分布于塔河一區、塔河鹽邊地區、托甫臺等地,整體顯示由西北向東南方向增厚。從有機碳含量和氯仿瀝青“A”含量來看,塔河石炭系烴源巖較差,加之生烴潛力(S1+S2)較低,因此評價為差烴源巖。