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user: 3. 烃源岩特征实验评价及分析 烃源岩通常是指具有生成油气资源或者已经生成油气的岩石 [ 11 ] ，因此，对目标区块烃源岩地质地化及排烃特征的系统研究具有重要的意义。基于北塘凹陷沙三段获取的岩样及地质勘探等资料，从有机质丰度、有机质类型及有机质成熟度三个主要方面，并通过运用H/C实验方法对目标工区的烃源岩特征进行了系统的分析。 3.1. 有机质丰度 有机质是烃源岩最终形成油气的物质基础，一般认为有机质丰度与烃源岩的有效体积的有效乘积看作有机质的有效含量 [ 12 ] 。因此，有机质丰度被看作是烃源岩评价的最基本的参数之一，主要通过氯仿沥青“A”、有机碳含量(TOC)、热解生烃潜量等一系列参数进行评价。 1) TOC含量测定 北塘凹陷沙三段烃源岩样品的TOC含量分布频率(图1)。从图中结果可看出，研究目标烃源岩的TOC含量相对较高，为0.4%~2.0%，其中TOC大于1.0%部分占比约为62%，0.6~1.0%部分占比为26%。此外，纵向上看， Es 2 3 、 Es 4 3 和 Es 5 3 的TOC较高，且TOC大于1%的样品的比例明显较高， Es 1 3 和 Es 3 3 明显较低，表现出了较强的规律性。 图1. 北塘凹陷沙三段烃源岩有机碳含量分布频率图 2) 氯仿沥青“A”和总烃含量 基于现场获取的多个烃源岩原样，采用氯仿抽提法，进行了氯仿沥青“A”测试，氯仿沥青“A”含量及其族组成特征分析结果(表1)。 Table 1 The mean distribution of the composition of chloroform asphaltenes in source rocks of each member of Shahejie formation， Beitang depressio 层位 沥青“A” (%) 总烃含量 (ppm) 平均族组成，% 饱/芳 非/沥 A/TOC 总烃/ 非 + 沥 饱和烃 芳烃 非烃 沥青质 Es 3 1 0.1070 (2) 459.6 28.45 14.50 37.65 13.10 1.9 3.3 4.21 0.94 Es 3 2 0.1347 (9) 681.7 35.64 14.97 29.76 15.57 2.4 2.1 5.44 1.21 Es 3 3 0.0650 (8) 320.3 34.96 14.32 25.26 21.55 2.5 1.6 5.09 1.10 Es 3 4 0.0703 (14) 391.8 37.91 17.82 25.60 13.56 2.4 2.6 5.38 1.50 Es 3 5 0.2153 (9) 1318.1 46.62 14.60 27.19 9.28 3.3 3.5 12.90 1.77 表1. 北塘凹陷沙三段各层段烃源岩氯仿沥青族组成均值分布 注：括号中的数字为样品数；其它各列数据平均值的样样品数相同。 从表1中的结果可看出，北塘凹陷沙三段烃源岩的氯仿沥青“A”的含量总体都较高，且大部分烃源岩的氯仿沥青“A”含量均超过了湖相烃源岩的下限标准(0.015%)，总烃含量大多大于100 −6 。因此，可判断沙三段烃源岩属于好–较好烃源岩类型。而从氯仿沥青“A”转化率的分布来看，其转化率自上而下呈现出逐渐升高的趋势，应该是由于烃源岩成熟度自上而下逐渐增加特征引起的。 3) 热解生烃潜量(PG) 北塘凹陷沙三段烃源岩的热解生烃潜量分析结果(图2)。 图2. 北塘凹陷沙三段烃源岩生烃潜量分布频率图 从图2结果可看出，总体上生烃潜量的分布呈现比较离散的特点，但从纵向上看各层段的分布仍然具有一定的规律，可概括为以下几点：a) 与烃源岩有机碳含量等的分布特征一样， Es 3 1 、 Es 3 3 的PG值较低，而 Es 3 2 、 Es 3 4 、 Es 3 5 较高；b) Es 3 2 、 Es 3 4 与 Es 3 5 烃源岩的重要差别在于其PG值分布的值域范围大，而 Es 3 5 烃源岩PG值的众数范围在4~6 mg/g，明显高于 Es 3 1 ~ Es 3 4 烃源岩；c) PG值与总有机碳间具有一定的正相关系，但不同层段其相关性有较大差别： Es 3 2 、 Es 3 3 烃源岩，PG与TOC关系相对离散，说明同层段有机质的结构特征存在一定差异。而 Es 3 4 + 5 与TOC关系较好，说明区域上其有机质的有机组成较为相似，横向上具有较好的可比性；d) 平面上，PG值的分布与其它地球化学参数的分布一样具有明确的环带分布现象，反映了北塘凹陷烃源岩有机质的分布和富集特征。 4) 烃源岩显微组份含量 北塘凹陷烃源岩显微组分的分类及各显微组分的分布频率分析结果(表2)，不同层段显微组份平均含量特征(图3)。 从表2及图3结果可看出，北塘凹陷烃源显微组份组成同样具有较强的规律性：1) Es 3 1 ~ Es 3 3 烃源岩的镜质组含量相对较高，且 Es 3 5 烃源岩，镜质组相对丰度均不足形态显微态组分含量(TMC)的40%；2) 惰性组(I)含量均较低，一般不足显微组分组成的10%，各层段烃源岩差异甚小；3) 在镜质组丰度相对较低的 Es 3 4 和 Es 3 5 (Es 3 下)烃源岩中，主要以腐泥组含量>壳质组为特征，以 Es 3 5 烃源岩的分布尤为典型；4) 矿物沥青基质的含量分布与TMC组成的对应关系良好，说明矿物沥青基质的形成与有机质的生源输入特征和沉积环境特征有关。 Table 2 Maceral classification and distribution of source rocks in Beitang depressio 显微组分分类 成因 北塘凹陷烃源岩中 显微组分出现频率 组 组分 镜质组 结构镜质体 高等植物木质纤维 组织凝胶化作用产物 + 无结构镜质体 +++ 镜屑体 ++ 壳质组 抱子体 高等植物类脂物质和分泌物 +++ 树脂体 + 角质体 + 木栓质体 - 壳屑体 ++ 腐泥组 藻类体 藻类体A 低等水生生物 及其降解产物 ++ 藻类体B +++ 沥青质体 + 矿物沥青基质 有机–无机混合物 +++ 惰性组 丝质体 高等植物本质纤维 组织碳化作用的产物 + 半丝质体 + 粗粒体 - 菌类体 - 情屑体 + 表2. 北塘凹陷烃源岩显微组分分类及其分布 注：+++主要显微组分；++常见显微组分；+少见显微组分；-未见或罕见显微组分。 图3. 北塘凹陷沙三段烃源岩显微组分相对组成的关系 上述研究结果表明，原始生源输入特征和沉积环境特征是制约烃源岩显微组分组成的重要客观因素，烃源岩其它表征参数的差异，均与显微组分组成的不同有关。显微组分的分布特点在另一侧面反映的北塘凹陷烃源岩的有机质的分布特征和富集特点，各层段烃源岩显微组份的含量特征直接反映了它们在有机质丰度特征上的差异。 3.2. 有机质类型 烃源岩质量的评价指标还包括有机质类型，有机质种类不一样，它所具有的生烃潜力也不一样，且最终生成的产物组成也有所差别。导致这些差别的核心原因就是由于有机质的化学组构性质有关，因此有必要展开有机质类型研究 [ 13 ] 。有机质类型研究一般包括几个方面：元素组成、降解率及氢指数分布等。 1) 元素组成 依据元素组成分析结果，可以依据H/C和O/C原子比的变化过程来区分I、II、III型干酪根。北塘凹陷沙三段烃源岩样品的元素组成分析结果(图4)。从图中结果可看出，沙三段烃源岩的H/C原子比为0.60%~1.50%，众数分布范围为1.0%~1.40%，O/C原子比的众数分布范围为0.08%~0.16%。依据范式的有机质分类方法，可以将其主要类型界定为II型有机质。 图4. 北塘凹陷沙三段烃源岩的H/C、O/C分布频率图 2) 降解率、氢指数分布 降解率(D)、氢指数(IH)是反映烃源岩有机质生烃属性的参数，与有机质类型和成熟度有关 [ 14 ] ，分析结果如图5所示。结果表明，它们的总体分布特征与H/C原子比相似，且D、IH与H/C值具有较好的相关关系，进一步表明其在表述烃源岩有机质类型时的适用性。此外，实验用烃源岩样品的D值在20~60范围内，总体较高，表现出良好的生烃潜力。 图5. 降解率(D)、氢指数(HI)与H/C值关系图 3.3. 有机质成熟度 北塘凹陷沙三段烃源岩的有机质成熟度分析结果如表3所示，结果可看出北塘凹陷沙三段烃源岩的有机质成熟度跨越范围较大，从低成熟度到成熟阶段均有体现。 Table 3 Table of thermal evolution parameters of organic matter in hydrocarbon source rocks of Shahejie formation， Beitang depressio 井号 井深 m Ro，% T max ℃ 藿烷参数 甾烷参数 MPR I1 I2 塘34-2 4150.00 1.07 437 0.59 0.60 0.49 -- 塘38 2510.40 0.53 430 0.37 0.37 0.03 0.42 板深51 3492.00 0.70 438 0.58 0.58 0.37 0.69 板深51 3709.00 0.70 442 -- -- -- -- 塘20-1 3090.55 0.62 443 0.51 0.49 0.12 0.85 塘20-1 3104.00 0.62 439 0.50 0.49 0.12 0.91 塘20-1 3118.00 0.62 444 0.52 0.49 0.14 -- 塘20-1 3122.53 0.63 440 0.49 0.49 0.14 -- 塘38 2947.00 0.59 433 0.47 0.43 0.10 0.47 塘38 3093.02 0.62 440 0.54 0.51 0.17 0.63 塘40 3240.00 0.68 435 -- -- -- 1.06 塘21 3129.00 0.61 438 -- -- -- -- 塘31 3009.80 0.61 432 0.35 0.34 0.11 -- 塘31 3068.70 0.62 441 0.40 0.45 0.12 -- 塘32 3434.00 0.73 437 0.59 0.54 0.27 0.80 塘38-2 3330.00 0.71 431 -- -- -- -- 塘40 3558.00 0.76 440 0.58 0.53 0.26 0.97 塘42 3189.90 0.65 428 0.52 0.49 0.19 0.89 塘42-1 3669.60 0.81 441 -- -- -- -- 塘20 2918.00 0.51 437 -- -- -- -- 塘20 2919.80 0.59 434 0.50 0.47 0.09 0.80 塘21 3424.00 0.70 441 0.56 0.52 0.36 0.90 塘21 3426.00 0.71 442 -- -- -- -- 塘30 3461.00 0.74 439 0.55 0.54 0.34 0.61 塘30 3470.00 0.72 440 0.56 0.55 0.27 -- 塘31 3165.00 0.63 440 0.54 0.59 0.06 0.75 塘32 3635.00 0.77 443 0.57 0.52 0.41 -- 塘32 3770.00 0.89 441 -- -- -- -- 塘38-2 3650.00 0.77 441 -- -- -- 1.25 塘38-2 3913.00 1.01 444 -- -- -- 1.34 塘40 3655.00 0.79 441 0.54 0.50 0.39 1.19 塘43 3674.10 0.80 442 0.57 0.60 0.41 1.10 塘62 3500.78 0.72 -- 0.56 0.54 0.39 0.68 塘62 3503.89 0.72 -- 0.58 0.59 0.37 0.69 塘62 3505.00 0.73 439 0.54 0.58 0.26 0.65 塘32 3840.00 0.93 445 0.59 0.55 0.41 1.33 塘32 3915.00 1.02 444 -- -- -- -- 塘32 3995.00 1.04 443 0.59 0.53 0.41 1.22 塘39-2 3560.00 0.75 439 0.56 0.55 0.35 1.27 塘39-2 3750.00 0.87 444 -- -- -- -- 塘40 3739.00 0.85 441 0.57 0.55 -- 1.37 塘40 3850.00 0.95 441 0.55 0.54 -- 1.18 塘42-1 3813.00 0.92 441 -- -- -- -- 表3. 北塘凹陷沙三段烃源岩有机质热演化参数表 注：I1：C 31 -藿烷22S/(22S + 20R)；I2：C 32 -藿烷22S/(22S + 20R)；甾烷参数：C 29 -ααα甾烷20S/(20S + 20R)。 对沙三段烃源岩有机质成熟度主要参数进行深入分析，可知： 1) 现今埋深基本决定了镜质组反射率(Ro)。随着北塘凹陷烃源岩埋深的增加，其Ro呈连续增加的变化趋势(表3)，未见明显的转折拐点，反映了有机质演化程度主要受现今埋藏深度的影响。当埋深3000 m~3700 m时，Ro增加幅度逐渐变小，仅为0.15%~0.20%。 2) 现今埋深基本决定了最高热解峰温(T max )。最高热解峰温T max 是有机质成熟度指标的基础因素。随着烃源岩埋深的增加(2500 m~4150 m)，T max 值呈现连续性的增大趋势，未见明显转折点(表3)。 综合上述分析结果表明，北塘凹陷沙三段烃源岩有机质的演化程度总体上未达到成熟演化阶段。