Method for identifying effective carbonate source rocks:a case study from Middle-Upper Ordovician in Tarim Basin,China

Hydrocarbon expulsion occurs only when pore fluid pressure due to hydrocarbon generation in source rock exceeds the force against migration in the adjacent carrier beds.Taking the Middle-Upper Ordovician carbonate source rock of Tarim Basin in China as an example,this paper proposes a method that identifies effective carbonate source rock based on the principles of mass balance.Data from the Well YW2 indicate that the Middle Ordovician Yijianfang Formation contains effective carbonate source rocks with low present-day TOC.Geological and geochemical analysis suggests that the hydrocarbons in the carbonate interval are likely self-generated and retained.Regular steranes from GC-MS analysis of oil extracts in this interval display similar features to those of the crude oil samples in Tabei area,indicating that the crude oil probably was migrated from the effective source rocks.By applying to other wells in the basin,the identified effective carbonate source rocks and non-source rock carbonates can be effectively identified and consistent with the actual exploration results,validating the method.Considering the contribution from the identified effective source rocks with low present-day TOC(TOC_(pd))is considered,the long-standing puzzle between the proved 3 P oil reserves and estimated resources in the basin can be reasonably explained.

陆相咸化湖盆“低TOC”烃源岩高生烃效率探讨——以苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段泥页岩为例

苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段(以下简称阜二段)页岩油勘探取得重大突破,但其泥页岩总有机碳含量(TOC)普遍不高,一般低于2%。业界认为陆相咸化湖盆“低TOC”烃源岩能生成大量油气,称之为陆相咸化湖盆的“低TOC”高效生烃模式。由于生排烃效应,烃源岩的TOC会降低,因此,恢复烃源岩原始TOC对客观认识烃源岩的生烃能力、油气资源评价和持续增储上产具有重要意义。以溱潼凹陷典型钻井阜二段泥页岩为研究对象,利用生烃模拟实验和岩石热解资料,采用热模拟TOC演化、有效碳(PC)演化和元素质量守恒法,对QY1井阜二段泥页岩TOC进行了恢复。结果表明:咸化湖盆烃源岩的TOC恢复系数最高可达3~4,且受到岩相的重要影响。随着热演化程度增高,TOC恢复系数增大,纹层状页岩TOC恢复系数高于块状泥岩,QY1井阜二段Ⅳ亚段泥岩、Ⅰ—Ⅲ亚段页岩TOC恢复系数可分别高达1.1~1.5、1.5~3.0。母质类型和生烃活化能的差异导致页岩成烃转化率和TOC恢复系数高于泥岩。

低丰度碳酸盐岩有效烃源岩存在的证据及其TOC下限

中国碳酸盐岩分布面积广、热演化程度高、有机质丰度普遍较低,研究低丰度碳酸盐岩能否成为有效烃源岩对评价碳酸盐岩油气潜力和勘探前景具有重要意义。多方面研究表明,随着深度增大或热演化程度的提高,碳酸盐岩烃源岩TOC降低、生烃潜力和残留烃量均表现出先增大后减小的趋势,生烃热模拟实验结果等都表明低丰度碳酸盐岩烃源岩可以发生生排烃作用,国外勘探实践亦发现低丰度碳酸盐岩作为烃源岩的油气田,这都表明低丰度碳酸盐岩可以成为有效烃源岩。确定碳酸盐岩烃源岩TOC下限需要考虑多个因素,研究认为碳酸盐岩烃源岩的TOC下限应该比泥页岩的0.5%低一些。根据排烃门限,利用生烃潜力法和物质平衡数值模拟计算法确定了不同成熟阶段有效烃源岩TOC下限,结合前人研究成果和勘探实践,综合确定低成熟阶段、成熟阶段和高过成熟阶段碳酸盐岩有效烃源岩的TOC下限分别为TOC≥1.4%、TOC=0.1%～1.4%和TOC<0.1%。

海相碳酸盐岩烃源岩评价的有机碳下限问题

随着勘探程度的提高,深部石油天然气勘探在我国将越来越重要。我国碳酸盐岩地层分布广,埋藏深,其生烃评价是深部石油天然气勘探不可回避的问题。针对我国科学家在这一问题上的争论,提出了海相碳酸盐岩烃源岩评价的三个下限标准,即最低烃源岩的有机碳下限、有效烃源岩有机碳下限和形成大规模油气田的烃源岩有机碳下限。认为以往的争论是最低烃源岩、有效烃源岩下限的争论。通过文献整理、实验研究和计算,认为海相碳酸盐岩普遍存在的Ⅱ型有机质,其最低、有效油源岩的下限值可能在0.1%和0.4%左右,最低、有效气源岩下限可能在0.1%和0.3%左右,大规模油气田形成的TOC应在1%以上。

关于古生界烃源岩有机质丰度的评价标准

我国海相碳酸盐烃源岩地球化学评价的焦点问题之一,是如何确定其有机质丰度下限和划分有效烃源岩与非烃源岩的标准。长期以来,国内一些颇具影响的论点使人们相信,有机碳含量低到0.1％的碳酸盐岩仍能作为有效烃源岩。然而,国内外大量的勘探实践和实验室研究表明,有机碳含量为0.1％-0.2％的纯碳酸盐岩不能作为有效烃源岩,否则,有机质丰度不会成为油气勘探评价中的一个限定因素。在海相地层或海相碳酸盐岩中,能有效生烃的烃源岩是其中有机质丰度高的泥岩、泥灰岩和泥晶灰岩。碳酸盐岩或泥质岩中相同类型干酪根的有机质转化率相似,不存在碳酸盐烃源岩烃转化率高于泥岩的现象;生排烃过程一般并不会导致有机碳含量显著降低。因此,评价海相地层或碳酸盐岩地层中的烃源岩,沿用泥岩的有机质丰度下限值（有机碳含量为0.5％）是合适的。有效烃源岩的厚度不必很大,但有机质丰度必须高（有机碳含量大于0.5％）,且要有一定的分布范围。图3表1参31（张水昌摘）

应用岩石热解数据S_2-TOC相关图进行烃源岩评价

应用岩石热解数据评价烃源岩的传统方法具有一定的局限性。由于矿物基质的吸附或"死碳"的影响,有机质类型的"范氏图解"往往夸大烃源岩有机质类型的非均质性。对松辽盆地上白垩统不同有机质丰度和有机质类型的烃源岩生烃动力学研究表明,它们具有相似的生烃动力学特征,说明尽管有机质丰度存在较强的非均质性,但其有效源岩类型(区别于应用范氏图划分的有机质类型)是一致的。这些烃源岩的岩石裂解烃(S2)与有机质丰度(TOC)的相关系数很高,与生烃动力学的分析结果一致,表明应用S2-TOC相关图划分烃源岩的有机质类型可以更真实地反映烃源岩的有效源岩类型,S2-TOC相关图是评价烃源岩有效源岩类型的有效手段。过去岩石热解数据用于反映烃源岩成熟度的主要指标是tmax,tmax对于偏Ⅱ/Ⅲ型的烃源岩比较适用,而对于Ⅰ型烃源岩,由于生油窗内变化不明显,tmax不能完全反映有机质的成熟过程;而且tmax也受运移油等其他因素影响。不同成熟度的烃源岩的S2-TOC图分析结果显示,随着成熟度的增加,S2-TOC的回归斜率和TOC逐渐减小;利用不同成熟度的烃源岩建立的S2-TOC图可用于评价烃源岩的成熟度。松辽盆地不同沉积相中烃源岩的S2-TOC相关图的特征表明,只要有有利的有机质保存条件,各沉积相下均可发育优质的烃源岩;S2-TOC相关图可以反映烃源岩形成的沉积环境和有机质保存条件。

有效烃源岩的识别与应用——以塔里木盆地为例

长期以来有效烃源岩的定义为已经生成和排出烃类,且所排出的烃类足以形成商业性油气藏的岩石。在勘探程度不高的塔里木盆地,为便于有效指导勘探,在潜在烃源岩(具有生烃能力的暗色泥岩、灰岩、泥灰岩和煤系地层)的基础上定义和识别有效烃源岩。侏罗系和石炭系的有效烃源岩为潜在烃源岩中Ro>0.5%、有机碳>0.5%的岩石。寒武系和奥陶系具有一次生烃可能或二次生烃潜力的潜在烃源岩视为有效烃源岩。有效烃源岩的识别往往依据井点的地化参数,如有机碳含量等。对于井位多的地区,依据井点的有机地化指标可准确圈定有效烃源岩的范围。而塔里木盆地勘探程度不高,仅凭井点的地化指标,是不能准确圈定有效烃源岩分布的。由于烃源岩的发育与沉积环境密切相关,因而可通过沉积相带的展布在平面上圈定有效烃源岩的分布范围,同时考虑烃源岩的埋藏史,最终确定有效烃源岩的范围。

烃源岩的有机酸生成及其影响因素的模拟实验研究

不同温度下地层水-烃源岩相互作用模拟实验结果表明：（1）在整个实验温度范围内（60—300℃），均有有机酸的生成，有机酸的总浓度在35．4mg／l至153．9mg／l之间，其中在100℃和140℃的温度下浓度最大，其它温度下浓度相对较低；（2）在低温（60℃）条件下，成熟度相对较高、有机碳含量较大的烃源岩，有利于生成有机酸，但是在中温（140℃）和高温（180℃、220℃和300℃）条件下，有机酸的生成受有机碳含量、成熟度和碳酸盐含量的多重影响；（3）中低温（60℃和140℃）时，随着碳酸盐含量的增加，有机酸浓度表现为逐渐降低的趋势，表明在60-140℃，有机酸对碳酸盐的溶解和沉淀起主要的控制作用，而高温（180℃、220℃和300℃）条件下，碳酸盐的溶解和沉淀作用受有机酸和CO2的共同控制，从而导致有机酸浓度与碳酸盐的关系变化复杂。

低程度勘探区有效烃源岩的识别与平面成图——以塔里木盆地孔雀河地区为例

塔里木盆地孔雀河低勘探区有效烃源岩的识别是在潜在烃源岩的基础上进行的。孔雀河地区的潜在烃源岩包括古生界的暗色泥岩、灰岩、泥灰岩和中生界的暗色泥岩和煤层,当潜在烃源岩满足w(TOC)>0.5%,0.5%<RO<4.0%时为有效烃源岩。井点上依地化参数可准确识别出有效烃源岩,并确定有效烃源岩形成的沉积环境,建立有效烃源岩-沉积环境模式。将这种模式应用于井间区域,确定井间有效烃源岩的分布和厚度,实现有效烃源岩的平面成图。同时,通过古地温的恢复,剔除未成熟和过成熟的不具有生烃能力的烃源岩,进一步确定有效烃源岩的分布。采用此方法编制了孔雀河地区有效烃源岩平面图,预测结果得到新钻井的验证。

鄂尔多斯盆地陇东地区延长组非主力有效烃源岩发育特征

通过油源对比确定了鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长4+5、长6、长9暗色泥岩和长7油页岩与暗色泥岩的有效性,进一步采用热解烃指数(HCI)、可溶有机质与有机碳含量关系确定了有效烃源岩的有机碳含量下限为1.1%。以此下限值作为标准,与单井测井资料预测的有机碳含量值结合,确定了单井不同层段有效烃源岩的厚度。通过大量钻井有效烃源岩的厚度统计,确定了不同层段有效烃源岩的厚度分布特征。长4+5有效烃源岩主要分布在研究区中部,最大厚度超过60m。长6有效烃源岩的分布中心集中在庆城—马岭一带,最大厚度超过70m,沉积中心的厚度在20～70m,分布范围与长7油页岩的分布较为一致。长9有效烃源岩在东北部的志丹地区,主体厚度在30～60m。

论层序地层学与含油气系统在油气勘探中的联系——以鄂尔多斯中生代盆地为例

虽然层序地层学与含油气系统理论的各自研究对象和研究方法不同,但由于层序地层学研究对象(沉积岩)是含油气系统研究对象(油气)的载体,二者可以由含油气盆地分析有机的结合起来。层序地层分析包含了对含油气系统的地质要素及成藏作用载体的分析,因而沉积层序的组成单元与含油气系统的地质要素有必然的联系:在一个沉积盆地的数个沉积层序中,成熟烃源岩往往是地史中具一定埋深、分布广、厚度大、有机质含量高的凝缩层,这个凝缩层往往是一个构造超层序的最大海(湖)泛面;储集岩往往是成熟烃源岩之上层序的低水位体系域或紧邻成熟烃源岩的高水位体系域;有效盖层为储集岩之上层序的水进体系域及凝缩层;成熟烃源岩之上的沉积层序为上覆岩层;低水位体系域储集岩有可能沿上倾方向尖灭,被层序界面及其上层序的水进体系域岩性圈闭;除构造裂缝外,低水位体系域下切谷可作为油气向上运移通道;一个含油气系统往往跨越不同的沉积层序甚至构造超层序。

低丰度高演化海相碳酸盐烃源岩有机质原生性研究

碳酸盐烃源岩有机质原生性直接影响到其生烃能力的客观评价 ,特别对于低丰度高演化海相碳酸盐烃源岩生烃能力评价的影响尤为严重。文章阐述了碳酸盐岩的普遍存在运移沥青 ,以及识别烃源岩有机质原生性的各种方法 ,并以鄂尔多斯盆地下古生界为例 ,建立了一套适合于低丰度高演化海相碳酸盐烃源岩有机质原生性识别的有效方法。

吉木萨尔凹陷芦草沟组有效源岩有机碳含量下限分析

通过对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷吉174井芦草沟组烃源岩发育与有机地化特征的分析,根据排烃机理,利用可溶有机质转化率、热解S1/w(TOC)参数与有机碳含量的关系,确定了泥岩类烃源岩排烃有机碳含量下限值。总体上,吉174井芦草沟组泥质烃源岩发育,不同岩性泥岩生排烃条件相近,但由于不同岩性泥岩的矿物组成、有机质特征的差异,导致其排烃的有机碳含量下限值有所不同,较纯泥质烃源岩、粉砂质烃源岩、灰质和云质有效烃源岩的有机碳含量下限值分别为2.50%,2.80%,1.45%,1.30%。含碳酸盐的有效烃源岩相对所占比例要高于较纯泥岩和粉砂质泥岩,但都超过了50%。吉174井芦草沟组泥质有效烃源岩发育,有机质丰度下限值明显较高,对油气藏有重要贡献。

贝尔凹陷贝中次凹南屯组一段储层特征研究

利用钻井岩心、铸体薄片、扫描电镜及地球化学等分析资料对贝中次凹南屯组一段储层发育特征进行了系统的研究。结果表明:贝中次凹南屯组一段属于中低孔—低渗、特低渗储层,岩性以长石岩屑砂岩和长石砂岩为主,成分成熟度和结构成熟度均较低,储层的储集空间主要为次生孔隙。沉积环境、有机质演化中产生的有机酸、烃源岩与储层的组合关系以及碳酸盐含量是影响储层有效性的主要因素。

有机地球化学指标的分析

有机地球化学的指标经过近几十年的研究,已能较好地指导油气勘探工作。通过对未熟—低熟烃源岩及原油与成熟烃源岩及原油的有机地球化学指标的比较,着重论述了未熟—低熟油、源中可用的指标系列及内涵,指出成熟度方面甾烷C2920Rββ/(αα+ββ)、αααC2920S/(20S+20R)及βα-莫烷/αβ-藿烷和ββ-藿烷等是比较可靠的地球化学参数;在生源方面非环状类异戊二烯化合物、三环萜烷和四环萜烷系列等是可靠的标志物;形成环境方面β-胡萝卜烷及重排甾烷/规则甾烷等都是重要的指标。

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组规模性有效烃源岩的发现及其地质意义

尽管对于鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组天然气的来源问题一直都存在着不同的认识,但所有观点均不认为马家沟组自身发育TOC〉0.5%的规模性烃源岩。通过分析该盆地中东部奥陶系近年来大量新钻井的岩心和岩屑样品,揭示了马家沟组不同岩石类型烃源岩的有机质丰度特征,首次发现并证实马家沟组存在有机质丰度高的规模性有效烃源岩。研究结果表明：①马家沟组有效烃源岩的岩性主要为暗色薄层—厚层状含云泥岩、云质泥岩和泥云岩,其富集分布明显受沉积相的控制,马家沟组沉积期间海退期较海侵期更有利于规模性有效烃源岩的发育,层位上主要集中分布在马五上段,其次为马五中—下段、马三段和马一段;②平面上有效烃源岩围绕米脂盐洼呈双环带状分布,次级洼陷有效烃源岩呈中厚—厚层状,累计厚度大、有机质丰度高;③有效烃源岩在米脂凹陷中心和次级隆起则呈薄层状,累计厚度小、有机质丰度低;④有效烃源岩的有机碳含量变化范围为0.30%~8.45%,其生烃母质为浮游藻类和疑源类,有机质类型为腐泥型或偏腐泥混合型。结论认为：该盆地奥陶系有效烃源岩普遍处于过成熟阶段,以产干气为主,生气量大,是马家沟组天然气的主要贡献者。

陆相低成熟烃源岩有机硫与热解成烃动力学关系初探

对陆相低成熟烃源岩（Ｒｏ≤０．５％）有机硫与成烃动力学关系进行了研究。结果表明：①有机硫含量与镜质体反射率（Ｒｏ）之间呈负相关关系，即有机硫含量随成熟度提高而减少；②源岩的平均活化能（）有随有机硫含量增大而减小的趋势；③有机硫含量与源岩活化能分布最小值（Ｅｍｉｎ）和经可溶有机质抽提后的活化能分布最小值（ＥＳＥｍｉｎ）之间存在正相关关系；④活化能分布范围Ｅｍｉｎ～ＥＳＥｍｉｎ（ＥＳＥｍｉｎ＞Ｅｍｉｎ）内的可溶有机质生烃能力与有机硫含量具有一定的相关性；⑤综上结果推断东营凹陷南斜坡东段沙四段（Ｅｓ４）源岩中的有机硫在成烃过程中可能起到了一定的作用。

确定有效烃源岩有机质丰度下限的一种新方法——以鄂尔多斯盆地陇东地区上三叠统延长组湖相泥质烃源岩为例

以鄂尔多斯盆地陇东地区三叠系上三叠统延长组长4+5、长6、长7和长9段暗色泥岩为例,利用有机碳与氯仿沥青"A"转化率、热解有机质相对生烃量(IHC=S1/w(TOC),%)的关系,建立了适合研究区的湖相有效泥质烃源岩的有机质丰度下限值.热解S1和氯仿沥青"A"含量代表烃源岩中的已生烃量,在不排烃情况下,随有机碳含量增加而增大,当其减小时则表明有烃类的排出.代表有机质相对生烃量的热解参数IHC和沥青转化率(w(A)/w(TOC),%)随有机碳含量增加而开始降低的转折部位对应的有机碳含量即为有效烃源岩的下限值,研究区的有机碳质量分数为1.1%,相应的热解S1+S2下限值为2.2 mg/g,氯仿沥青"A"质量分数下限值为0.03%,总烃质量分数下限值为150×10-6.该下限值主要适合于研究区湖相有效烃源岩的识别,不同含油气盆地不同层段的有效烃源岩有机质丰度下限值应根据相应的分析数据加以确定.

烃源岩中有效有机质的类型评价及意义

在经典干酪根质量划分方案的基础上,将原来的惰性干酪根进一步细分为"死碳"和无效碳,分别为不参与生烃和参与生烃但不作为油气产物的有机碳。新的干酪根质量划分方案可以很好地解释地质条件下氢质量分数与有机质丰度之间常见的协变关系。结合生、排烃模型,随着成熟度的增加,氢质量分数沿带状曲线逐渐降低,并不是沿某一条曲线逐渐降低,与地质数据相符,说明一套烃源岩原始的氢质量分数采用定值并不合适。烃源岩中有效有机质的类型定义为参与生烃的有机质类型,烃源岩有机质由有效有机质与无效有机质组成,后者无生烃潜力但会降低氢质量分数的计算值。一套烃源岩内氢质量分数的变化可能是有机质保存条件的波动(如硫酸盐还原强度的变化)的反映,并非一定是由于有机质类型输入的变化。有效有机质类型评价表明,有效有机质类型为倾油(油源岩),但原始氢质量分数低的烃源岩仍是形成滞留油裂解气型页岩气藏的有利烃源岩,常规有机质类型评价可能将这些烃源岩忽略。

海相碳酸盐岩烃源岩有效性探讨——以川西坳陷中三叠统雷口坡组为例

中三叠统雷口坡组是近年来四川盆地川西坳陷天然气勘探的热点层系,对其海相碳酸盐岩烃源岩有效性认识的分歧制约了对主力气源和勘探方向的认识。对川西坳陷雷口坡组有机岩石学和有机地球化学等方面进行了综合研究,结果表明雷口坡组碳酸盐岩中干酪根显微组分以腐泥无定形体为主;藻纹层与非纹层部分有机碳含量没有明显差异;雷口坡组三段有机碳含量与黏土矿物含量呈正相关,与碳酸盐矿物含量呈负相关;与常规方法测得的有机碳含量相比,包含有机酸盐在内的总有机碳含量略高,但差值多小于0.2%。雷口坡组碳酸盐岩有机质丰度和生烃潜力整体偏低,有效烃源岩达标率仅为6.13%,相对富有机质层段的分布具有较强的局限性。雷口坡组碳酸盐岩单独难以构成主力烃源岩,对气藏的贡献较为有限。因此,气源输导条件是川西坳陷雷口坡组勘探的重要影响因素,寻找规模性的天然气聚集,应重点关注连通下伏上二叠统烃源岩的通源断裂发育区。