第五章烃源岩特征.docx

1、第五章烃源岩特征第五章 烃源岩特征及油气源对比第一节 烃源岩分布及地球化学特征一、烃源岩岩性、岩相及厚度1、岩性、岩相特征柴北缘早侏罗世断陷盆地为碎屑岩沉积区，烃源岩主要为湖泊、三角洲、沼泽相暗色泥岩、页岩及炭质泥页岩，富含有机质。据研究，该地区烃源岩的主要岩相类型包括：（1）前扇三角洲暗色泥岩主要发育于湖西山组和小煤沟组，形成于湖水面相对较高、距物源区近、湖盆坡度相对较陡且受同沉积正断层控制的背景下，由冲积扇直接入湖形成。前扇三角洲暗色泥岩的特点是沉积厚度大，在剖面上常与厚层或透镜状的砂砾岩互层，二者之间多突变接触。前扇三角洲距河口近，有机质来源丰富，湖水较深，加上沉积速率较高、快速埋藏，有

2、利于有机质的保存。但陆源高等植物输入较多，有机质以型为主。（2）湖相暗色泥岩主要为半深湖深湖相，有机质既有陆源高等植物，也有湖相水生生物，其相对丰度取决于水体距物源的距离。冷西次凹的北部在早侏罗世处于较深湖区，距物源区相对较远，陆源高等植物的输入减少，水生生物较发育，所形成的暗色泥岩中型有机质较丰富。如石深7井下侏罗统深水湖底扇暗色泥岩厚度为136m，占地层厚度的38%，有机质类型较好。（3）沼泽相炭质泥岩沼泽相富含植物组分的炭质泥岩、页岩甚至煤层也是重要的烃源岩，但其生油潜力有限。从现有资料看，下侏罗统最有利的烃源岩为湖泊相暗色泥岩；中侏罗统烃源岩除了J2d6J2d7湖相泥岩、页岩和油页岩外

3、，还有J2d5沼泽相煤系地层。2、研究区的烃源岩厚度分布青海石油勘探开发研究院根据烃源岩发育的控制因素、利用测井方法识别和评价了生油岩的分布，编制了下侏罗统暗色泥岩厚度等值线图（见图51）。下侏罗统具有多个生烃中心，其烃源岩厚度大，分布面积广。烃源岩厚度变化规律与地层厚度类似。其中，昆特依断陷北部的鄂博梁次凹和冷西次凹发育了巨厚的烃源岩，厚度达6001200米，冷湖四、五号一带烃源岩厚度也较大，为400900米左右，昆北斜坡100200米左右，昆1井附近为200400米左右；昆特依断陷中部厚度多为200米左右（图51）。对冷湖一号至三号构成有意义的下侏罗统烃源岩主要分布于冷西次凹。图51 柴北

4、缘西段下侏罗统暗色泥页岩厚度等值线图（据青海油田研究院）中侏罗统烃源岩主要发育于J2d5、J2d6、J2d7等3个岩性段，J26J27为中等到好生油岩，J2d5为差生油岩。平面上，中侏罗统烃源岩主要分布于冷湖构造带东北侧，赛什腾凹陷中部较厚，可达100200米，赛什腾凹陷西部和潜西地区的厚度不到100米，因此中侏罗统烃源岩对冷湖三号及其以西的各构造没有影响。二、烃源岩有机质丰度及类型1、烃源岩的丰度柴北缘存在三类烃源岩，即湖相泥岩（包括油页岩类）、沼泽相泥岩及煤(包括炭质泥岩)。因为冷湖三号构造及其以西的各构造单元的油气主要来自冷西次凹的湖相暗色泥岩，因此这里主要讨论该地区的湖相暗色泥岩的问题

5、。从有机碳含量分布直方图（图52A）可以看出，平均有机碳含量1.97，其中好生油岩占68%，中等生油岩占18%，差生油岩占11%，非生油岩仅占3%。中等以上烃源岩占86%。表明下侏罗统烃源岩有机质丰度非常高。在昆特依断陷内，存在两个有机质丰度高值区，即鄂博梁次凹和冷西次凹，分别与两个深湖沉积区分布相一致。与研究区内成烃有关的主要是冷西次凹的烃源岩，按有机碳含量属于好烃源岩。（评价的标准是什么？）从生烃潜力分布直方图（图53A）可以看出，下侏罗统生烃潜力平均值达5.79mg/g，其中生烃潜力在6mg/g以上的好生油岩占42.71%，在26mg/g的中等生油岩占21.88%，20.5mg/g的差生

6、油岩占19.79%，而小于0.5mg/g的非生油岩仅占14.58%，中等以上烃源岩占64.59%。从纵向上看，以湖西山组第二段泥岩生烃潜力较高，基本在6mg/g以上，属于好烃源岩。生烃潜力评价结果表明：尽管柴北缘下侏罗统有机碳丰度较高，但生烃潜力较差，原因是有机质类型较差。（矛盾？）图52 柴北缘下侏罗统暗色泥岩有机碳（A）和总烃（B）含量分布直方图图53 柴北缘下侏罗统暗色泥岩生烃潜力（A）和氯仿沥青“A”（B）分布直方图从总烃含量分布图（图52B）中可以看出，柴北缘下侏罗统生油岩总烃含量平均达434ppm，其中，好烃源岩占30.88，中等烃源岩占33.82，11.76%属于差烃源岩，而非烃

7、源岩占22，中等好烃源岩占64。与生烃潜力评价结果基本一致。暗色泥岩氯仿沥青“A”含量（图53B）平均为0.081%，其中，好烃源岩占28.81%，中等烃源岩占28.81%，差烃源岩占33.9%，而非烃源岩占9.32，中等好烃源岩占57，稍差于生烃潜力评价结果。2、有机质类型赵文智等在对柴北缘地区下侏罗统烃源岩的干酪根元素组成、同位素分布、热解参数特征和有机质显微组分特征等进行了全面分析的基础上，对该地区的有机质类型进行了系统的鉴定。干酪根元素组成的研究表明，柴北缘侏罗系暗色泥岩有机质类型较差。其中，湖西山组第三段有机质类型偏好，基本为1型；湖西山组一、二段地层烃源岩类型偏差，基本为2型有机质

8、。有机质类型主要与烃源岩沉积环境有关。柴北缘侏罗系泥岩干酪根碳同位素13C值分布范围较广，为2127，有50的样品为1型干酪根，有30的样品为型干酪根，有20的样品为2型干酪根。煤干酪根13C较重，分布于2125之间，绝大多数样品为1型干酪根。油页岩干酪根13C值最轻，为31.4，为型干酪根。由干酪根碳同位素分布可见，油页岩干酪根类型最好，煤和暗色泥岩有机质类型主要为1型。干酪根热解参数分析也得出了同样的认识。（评价型型干酪根占有效烃源岩比例是多少？）综合干酪根元素组成、碳同位素特征、热解特征及有机显微组成特征，柴北缘下、中侏统烃源岩有机质类型为2型。昆特依坳陷除鄂博梁次凹、冷西次凹有机质类型

9、为型外，其它地区匀为1型（图54）。中侏罗统烃源岩多为21。从柴北缘下、中侏罗统烃源岩有机质类型看，下侏罗统为主要生油烃源岩，而中侏罗统应以生气为主生油为辅的烃源岩。三、烃源岩生物标志化合物特征1、正构烷烃正构烷烃是源岩抽提物饱和烃馏分中分布最为广泛、含量最丰富的一个化合物系列，一般占整个饱和烃馏分的5080。正构烷烃主要由生物体中的脂肪酸和酯类化合物转化而来。不同生物来源的正构烷烃碳数分布具有显著差异，以图54 柴北缘西段下侏罗统有机质类型图（据青海油田研究院）藻类、低等浮游生物为主要来源的正构烷烃以低碳数占优，主峰碳数较低，常以nC15、nC17为主峰；而陆生植物来源的正构烷烃主要源于生物

10、蜡，因此常常以高碳数峰群为特征。冷湖地区生油岩正构烷烃分布多呈双峰群分布，根据峰型特征可分为两种类型：第一种类型是前峰群小，后峰群大，冷湖地区生油岩多为这一类型，（多到何程度？数字，可根据测试结果并结合沉积环境来推断）其nC21nC22(和nC22nC23nC28nC29)比值小于1.0，表明物源中高等植物较为丰富，有机质类型多属型有机质；第二种为前峰群高大，后峰群小，呈现低碳数的C17、C16为主峰的双峰群分布，低碳数部分明显超过高碳数部分，nC21nC22比值大于1.0，最高可达2.79，nC22nC23/nC28nC29 比值一般大于1.0，表明低等水生生物和菌藻类较为丰富，生油岩有机质

11、类型多属I和型有机质。2、类异戊二烯烷烃通常认为，姥鲛烷和植烷的前驱物是叶绿素。在氧化环境下，叶绿素植烷侧链开裂经氧化脱羧后形成姥鲛烷；在还原环境下，植烷侧链植醇经加氢还原脱水形成植烷；另一方面，在低成熟样品中，高姥植比(PrPh3)并不完全反映沉积环境，而是代表了陆源有机质的输入；再者，古细菌中C40二植烷基丙三醇二醚的选择性降解也可以生成包括植烷在内的C15至C40的类异戊二烯烷烃。下侏罗统主要以陆生植物为主的煤沼沉积，煤及炭质泥岩的类异戊二烯烷烃中姥鲛烷丰度较高，具姥鲛烷优势，PrPh比值在3以上，反映了较为氧化的成煤环境，为典型陆生高等植物成因特征。（反映了氧化和还原的比值）3、甾烷系

12、列甾烷广泛存在于源岩和原油中。甾烷是生物体中的甾醇在还原环境下，经甾烯(甾二烯)等中间产物转化而来。在成岩作用过程中，生物甾醇在热力等作用下形成各种生物甾烷，生物甾烷对热不稳定，进一步受热或经过催化作用，形成地质构型甾烷。不同生物来源各碳数甾烷的相对含量不尽相同，因而地质体中规则甾烷的内分布特征是确定有机母质来源的较为可靠的参数之一。一般情况下，规则甾烷内组成以C27甾烷为主，则表征以低等水生生物和藻类为主的有机质输入；而C29甾烷占优势，说明陆生高等植物的输入占主导地位。同时，高含量的甾烷以及高的甾藿比值(1)似乎主要来源于浮游或底栖的藻类生物，为海相有机质的特征；相反，低含量的甾烷和低的甾

13、藿比值主要指示陆源和或微生物改造过的有机质输入特征。根据甾烷的相对组成可分析生油岩有机质母质来源，冷湖地区生油岩C27甾烷含量为18.0622.76，平均为20.99，C29甾烷含量为54.9165.18，平均为58.06，C28甾烷含量为15.7625.09，平均为20.95，C29含量比C27含量高约3449，表明生油岩的母质类型多属腐殖型，柴北缘侏罗系煤的重排甾烷含量相对较低，但下侏罗统烃源岩的重排甾烷含量依然较高，重排甾烷/正常甾烷0.4，特别是C29重排甾烷13，1720R和20S的峰值常常可以与5C2720R等高。煤和炭质泥岩中甾烷的含量相对较低，甾烷/萜烷在0.1以下，而湖相泥岩

14、的比值大于0.1，多在0.15以上。第二节 烃源岩成熟度和热演化史烃源岩成熟度及生烃演化史研究是油藏解剖和油气分布规律研究的重要基础内容，是确定油气生成、运移和成藏期的前提。一、烃源岩成熟度确定烃源岩成熟度的常用指标有镜质体反射率（Ro）、岩石热解最高峰温Tmax及可溶有机质中的生物标志化合物等参数。1、镜质体反射率（Ro）不同地区下侏罗统烃源岩现今Ro值具有明显差异：在冷湖三号构造，Ro值为0.550.99%，为低熟成熟阶段，大部分正处于低成熟阶段，仅石深25井成熟度较高，处于生烃高峰阶段；冷湖四号，Ro值为0.41.65%，显示出该区烃源岩处于未熟成熟高成熟阶段；冷湖五号，Ro值为0.48

15、1.37%，从未熟成熟高成熟阶段均有分布，但大部分烃源岩处于成熟阶段。冷湖地区烃源岩的Ro值随深度增加而明显增大，且自三号的石地22井、石深3井至冷湖四号的石深75井、石深85井再至冷湖五号的冷科1井，烃源岩的生烃门限深度自小于600米至3600米，大量生烃深度自635米至4200米，揭示烃源岩的泠科1井下侏罗统烃源岩钻至5200米深度，镜质体反射率仅为1.1%，表明冷湖地区下侏罗系烃源岩目前正处于生烃高峰阶段，有利于油藏的形成，同时，生烃门限的巨大差异也反映了不同构造剥蚀厚度的变化。现今下侏罗统烃源成熟度分布也具有一定的规律性，冷湖地区，对于同一层位，自冷湖三号四号五号六号，成熟度逐渐增加，

16、从未熟低成熟为主变为以低熟成熟，进而达到成熟高成熟，甚至于过成熟。从现今的下侏罗统烃源岩Ro等值线图可以看出，现今的有效生油岩主要集中在冷湖构造带，而鄂博梁次凹、昆北斜坡带、伊北次凹等其它地区下侏罗统烃源岩成熟度较高（Ro1.3%），因此下侏罗统烃源岩目前热演化程度高，以生气为主，属于气源岩分布区。2、岩石热解最高峰温Tmax冷湖三号地区下侏罗统烃源岩的Tmax值为418534；冷湖四号Tmax值为421426，明显偏低，呈现出未熟特征；冷湖五号Tmax值为417446，属未熟成熟。在冷湖五号地区，Tmax随深度增加而增大；深度为3640米时Tmax达到430，基本上进入生烃门限；364041

17、00米以430445为主，处于低成熟阶段；41004200米内，Tmax明显增高，形成一个峰值，最大达455，这一段的Ro为0.690.84%，有机质处于成熟阶段；42005200米深度内，Tmax值介于430450。在冷湖地区的烃源岩成熟度评价中，还利用了可溶有机质演化、生物标志化合物、生标异构化参数等。总之，现今下侏罗统烃源岩多已达到成熟，但各地成熟度有所差别，并呈现一定规律。下侏罗统烃源岩自冷湖三号至七号，成熟度逐渐增加，四号五号处于低成熟成熟阶段，六号七号成熟高成熟阶段；昆特依断陷烃源岩成熟度较高。二、烃源岩热演化史柴北缘不同地区中生代以来埋藏史存在明显差别。下侏罗统主要分布在冷湖南八

18、仙构造带以西以南，但该地区在中生代晚期经历了较长时间的抬升剥蚀，缺失了中、上侏罗统白垩系，现今仅存在下侏罗统。第三纪巨厚的沉积对烃源岩成熟度和生烃作用、时间都产生了重大影响。据研究，在冷西次凹和鄂博梁次凹，沉积了巨厚的半深湖深湖相下侏罗统，为该地区的主要生烃中心。根据本地区的古地温研究成果，下侏罗统烃源岩的生烃门限深度在34003600米左右；在该两个构造单元中，生油层于晚第三纪初期较早地进入了生烃门限，晚第三纪为主要的生烃高峰期。尽管其下部的镜质体反射率现今已超过2%，但湖西山组中上部主力生油层仍处于高成熟阶段；这两个主要生油凹陷目前正处于大量生气阶段。图55显示了冷西次凹的下侏罗统烃源岩的

19、埋藏演化的大致过程，从图中可见，柴北缘地区的下侏罗统烃源岩在其沉积之后的相当长的时间内（中侏罗世始新世）一直处于未成熟阶段，其成熟和大量生烃只是中新世之后的近20百万年的事件。图55 冷西次凹下侏罗统埋藏史和生烃史图在冷湖三、四、五号构造带，下侏罗统烃源岩在整个中生代并未达到成熟（图56），特别是中生代晚期该地区受到强烈的抬升，剥蚀了厚达7001200米左右的地层，下侏罗统烃源岩的热演化过程被中断；早第三纪期间形成的巨厚沉积仅补偿了因中生代晚期抬升而被剥蚀的厚度，因而下侏罗统烃源岩的绝大部分仍要等到晚第三纪早期才进入36003800米左右的生烃门限，而现今大部分仍处于生烃高峰期（图56）。如冷

20、湖四号的深86井，下侏罗统烃源岩的中上部在N1的中期进入生烃门限，到晚第三纪末达到最大埋深时，才演化到成熟阶段的早中期。喜马拉雅运动晚期的抬升再次导致了下侏罗统烃源岩热演化的停滞。深86井3500米下侏罗统烃源岩的实测镜质体反射率仅在0.5%左右，也说明了这一点。图56 冷湖三号构造下侏罗统烃源岩埋藏史和生烃史图第三节 冷湖三号油田原油地化特征及油源对比一、原油地球化学特征1、原油物性与柴达木盆地西部第三系原油物性明显不同，冷湖地区原油以低密度、低粘度、低含硫量、中等高含蜡量的轻质原油为特征（表522）。从冷湖三号到五号构造，原油凝固点、含蜡量依次降低，310前总收率、饱和烃芳烃含量逐渐增高，

21、这可能与生油母质类型、油藏保存条件及原油成熟度有关。从冷湖三号向五号构造，生油母质类型变差，油藏埋藏深度逐渐加深，原油成熟度增大。冷湖三号油田原油含蜡量最高，310前总收率最低，而非烃沥青质含量最高，与所谓的“原生油藏”不符，说明该油田由于埋藏深度小而经历了较长时间的破坏，其中的轻质馏分和气体组分已经大量散失。表51 柴北缘冷湖构造带原油物性特征油田名称密度(g/cm3)粘度(mPas)凝固点()含蜡量(%)含硫量(%)C27C28甾烷分布为特征（图59），为不对称的V字型分布，反映成油母质中陆源有机质输入占重要位置，冷湖原油的C27甾烷含量介于3040%之间，高于本地的烃源岩，说明冷湖原油来

22、自于周围母质类型更好的烃源岩，从反映原油成熟度的甾烷异构化参数C29甾烷S/（SR）比值及/（）值可以看出，冷湖地区原油为成熟到高熟。冷湖四号、五号原油的成熟度比本地烃源岩高，说明冷湖原油来自于周围成熟度比较高的烃源岩，三号原油成熟度大部分高于本地的烃源岩，但部分烃的成熟度与原油相当，说明三号原油部分可能来自于本地烃源岩。图58 柴北缘冷湖构造带原油Pr/Ph与Pr/nC17、Ph/nC18关系图59 柴北缘冷湖构造带原油与烃源岩C29甾烷组成三角图3）藿烷类柴北缘侏罗系原油中含有一定量的三环萜烷，其三环萜烷/藿烷0.05，一般在0.1以上。低碳数三环萜烷分布形式为C19C20C21C23，C

23、23三环萜烷1，C29Ts/C29藿烷介于0.040.65之间，一般在0.40.55之间，这与高成熟阶段Tm向Ts转化有关；冷湖地区原油伽玛蜡烷含量很低，伽玛蜡烷/C30藿烷仅在0.020.1范围，一般在0.05，反映成油母质形成于淡水环境。C30重排藿烷比较发育，C30重排藿烷/C30藿烷一般在0.10.3之间，反映成油母质形成于酸性环境，反映原油成熟度的藿烷异构化参数C32藿烷S/SR比值均在0.6以上，说明冷湖地区原油基本为成熟原油。图510 冷湖构造带原油与烃源岩成熟度比较（3）原油及单体烃碳同位素冷湖原油碳同位素分布范围较宽（表52），在2631之间。原油碳同位素与烃源岩的干酪根类型

24、、成烃过程中的同位素分馏作用及原油成熟度密切相关。母质类型是影响原油碳同位素的主要因素。运移作用导致的同位素分馏效应一般在1左右，而成熟度影响也不会超过2。因此，柴北缘原油碳同位素如此大的差异只能从成油母质类型差异来解释。冷湖地区原油中，从三号至五号构造，原油碳同位素值由30左右逐渐加重至25左右，说明三号构造原油的生油母质类型优于五号构造原油，三号原油的母质为偏型干酪根，而五号构造原油的母质为偏型，这也与其它地球化学指标所反映的特征相一致。原油单体烃碳同位素看，冷湖三号构造原油碳同位素偏轻，冷湖五号原油碳同位素偏重，冷湖四号北部的原油其单体烃碳同位素分布与三号原油相近，冷湖四号南部的原油单体

25、烃碳同位素分布曲线与五号原油类似，同样反映了原油的母质类型的差异。表52 柴北缘冷湖构造带原油碳同位素数据地区井号层位全油13C饱和烃13C芳香烃13C非烃13C沥青质13C冷湖三号7303J130.3628.0928.43770330.632.229.529.529.2石地2330.72729.429.629.5石地2331.4728.8229.40冷湖四号283E326.8824.9825.2758227.728.526.526.828.472627.7325.6624.92冷湖五号440N126.5724.3542227.0724.7725.2112226.1324.6025.44冷科1

26、J128.729.82827.526.624626.32725.126.2282162631.125.126.528.4二、油源对比柴北缘第三系烃源岩不发育，且该地区的原油地球化学特征与盆地西部第三系原油差别明显，大量的研究表明冷湖地区的原油来自于侏罗系烃源岩。由上述分析可知，冷湖地区原油地球化学特征主要表现为：正构烃碳数分布在C10C38，以低碳数烷烃含量高为特征，主峰碳在nC10nC17之间，C21/C22一般在310之间，OEP值1.01.2之间，CPI值为1.1左右，基本无奇偶优势，属于成熟原油；类异戊二烯烷烃丰富，原油姥植比Pr/Ph为2.05.0之间，具姥鲛烷优势，说明生油母质以陆

27、源输入为主、而且形成于较强的氧化沉积环境中。Pr/nC17与Ph/nC18比值较低，分别小于0.35和0.2，反映原油已经成熟；规则甾烷分布以C29C27C28为特征，反映成油母质中陆源有机质输入占重要位置。重排甾烷含量高，重排甾烷/规则甾烷比值在0.441.26之间，反映成油母质形成于酸性沉积环境；含有一定量的三环萜烷，其三环萜烷/藿烷0.05，一般在0.1以上。低碳数三环萜烷分布形式为C19C20C21C23，C23三环萜烷1，C29Ts/C29藿烷介于0.040.65之间，一般在0.40.55之间，说明成油母质为高成熟有机质。伽玛蜡烷含量很低，伽玛蜡烷/C30藿烷仅在0.020.1范围，一般在0.05，反映成油母质形成于淡水环境。C30重排藿烷比较发育，C30重排藿烷/C30藿烷一般在0.10.3之间，反映成油母质酸性介质环境；反映原油成熟度的甾烷异构化参数C29甾烷S/（SR）比值一般在0.4以上，藿烷异构化参数C32藿烷S