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Advances in Geosciences
Vol.06 No.06(2016), Article ID:19331,9 pages
10.12677/AG.2016.66047

The Characteristics of Source Rock of Es1x in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

Dexiang Yang1, Quan Wang1, Fangwen Chen2*, Shuangfang Lu2

1Exploration and Development Research Institute, Huabei Oilfield Company, PetroChina, Renqiu Hebei

2Unconvertional Oil & Gas and Renewable Energy Research Institute, China University of Petroleum, Qingdao Shandong

Received: Dec. 2nd, 2016; accepted: Dec. 19th, 2016; published: Dec. 22nd, 2016

Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

ABSTRACT

Because of the accumulation and wealth of the core analysis data from the lower part of first member (Es1x) source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag in recent years, it’s necessary to evaluate the hydrocarbon-generation amount of the Es1x source rocks. The geochemical characteristics of core samples from the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag were analyzed. The hydrocarbon-generation amount of the Es1x source rock in Lixian Slope-Suning Subsag was calculated using the chemical kinetics, which is based on the high- temperature thermal simulation of low maturity source rock samples. The results show that: the Es1x source rock in Lixian Slope-Suning Subsag is high richness of organic matter, good type (II1-I), and the thermal evolution stage is from low-mature to mature. The threshold of hydrocarbon generation of them is about 3000 m, and beginning to quickly generate hydrocarbon at about 3500 m. The source rocks of Es1x are mainly generated oil. The amounts of generated oil and gas are 7.14 × 108 t and 0.21 × 1011 m3. The oil and gas resource are (0.36 - 1.43) × 108 t and (0.001 - 0.004) × 1011 m3 from the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag.

Keywords:Raoyang Sag, Lixian Slope-Suning Subsag, Lower Part of First Member (Es1x), Source Rocks

饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩特征

杨德相1，王权1，陈方文2*，卢双舫2

1中国石油华北油田公司勘探开发研究院，河北 任丘

2中国石油大学(华东)非常规油气与新能源研究院，山东 青岛

收稿日期：2016年12月2日；录用日期：2016年12月19日；发布日期：2016年12月22日

摘 要

随着近些年饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩层段岩心分析资料的积累和丰富，有必要对其生烃量进行定量评价。本文通过对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段(Es1x)烃源岩岩心样品进行地化特征统计，以低成熟度的烃源岩样品进行高温热模拟实验为基础，利用化学动力学方法计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩生烃量。研究结果表明：饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩有机质丰度较高、类型主要为II1-I型、处于低熟–成熟热演化阶段；其生烃门限大约为3000 m，约在3500 m开始大量生烃；该烃源岩以生油为主，生油、生气量分别为7.14 × 108 t和0.21 × 1011 m3，所能聚集的油、气资源量分别为(0.36~1.43) × 108 t和(0.001~0.004) × 1011 m3。

关键词 :饶阳凹陷，蠡县斜坡–肃宁洼槽，沙一下亚段，烃源岩

1. 引言

饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段(Es1x)包括下部“尾砂岩”和上部“特殊岩性段”等2部分。“特殊岩性段”主要沉积砂岩、泥岩、油页岩、生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、泥灰岩和白云岩等岩性，按照狭义和广义的定义都属于典型的“混积岩” [1] 。国内外众多学者对海陆过渡带、海滨岸带和陆棚环境“混积岩”进行了大量研究，提出了4中混合成因：间断混合(punctuated mixing)；相混合(facies mixing)；原地混合(in situ mixing)；源地混合(source mixing) [2] ；总结了4种混合沉积环境和沉积相模式：陆相环境；海陆过渡环境和滨海岸环境；陆棚环境；斜坡到盆地环境 [3] [4] ；分析构造作用、气候条件、物源、海平面变化等因素对“混积岩”控制作用 [5] [6] [7] ；定性评价其成岩作用、划分成岩阶段 [8] ；开展层序地层特征研究，进行等时层序对比 [9] 。这些研究主要集中在对“混积岩”的成因和沉积等方面，而专门针对陆相湖盆的“混积岩”的烃源岩特征研究相对较少，尤其是研究区目的层段上部“特殊岩性段”中烃源岩成烃转化率、生烃量等问题已经严重制约该区油气的勘探与开发，亟需解决。因此，本文选取饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩作为研究对象，对烃源岩的丰度、类型、成熟度、成烃转化率和生烃量等开展研究。

2. 研究区概况

蠡县斜坡–肃宁洼槽是冀中拗陷最为重要的勘探区域之一，位于富油的饶阳凹陷西部，属于西高东低、北东走向的继承性沉积缓坡–洼槽组合 [10] 。蠡县斜坡–肃宁洼槽北部以出岸鼻状构造右翼为界，南部以高阳–西柳鼻状构造带左翼为界，西部以高阳断层为界，东部以任西洼槽和肃宁洼槽东坡为届。研究区自北向南发育4组北西向鼻状构造：同口–博士庄鼻状构造、高阳–西柳鼻状构造、大百尺–赵皇庄鼻状构造和蠡县鼻状构造。研究区具有南北分区、东西分带的构造格局 [11] 。蠡县斜坡–肃宁洼槽走向上以高阳–西柳鼻状构造带为界分为南部和北部，同时根据断层发育特征和地层形态特点在倾向上(NW-ES)将蠡县斜坡划分为斜坡内带、斜坡中带和斜坡外带(图1)。自北向南总体呈现出台地区和单斜区

I：蠡县鼻状构造；II：大百尺–赵皇庄鼻状构造；III：高阳–西柳鼻状构造；IV：同口–博士庄鼻状构造

Figure 1. The exploration result of Es1x in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

图1. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段勘探成果图

两大地貌单元，而斜坡东西方向，从凸起到洼陷则分为单斜区和平台–台坪区 [12] 。

研究区古近纪经历了2次大规模的湖进与湖退，一次为沙三段沉积早中期，另一次为沙一段沉积早期，即沙一下亚段沉积时期 [13] 。来自西南方向的安国–博野水系和北部的清苑–高阳水系控制着研究区碎屑岩沉积展布。前者为主物源，覆盖了蠡县斜坡大面积地区，从南部一直延伸到高阳–西柳鼻状构造带的东翼。北部为次要物源方向，控制了同口–博士庄等地区的沉积相。陆源碎屑主要为三角洲平原、三角洲前缘和滨浅湖沉积。随着湖平面快速上升，加之物源供应不足，在研究区目的层段上部广泛发育一套“特殊岩性段”，包括碎屑岩砂质滩坝、碳酸盐滩坝(含鲕粒灰岩、生物灰岩、泥灰岩、白云岩等)和油页岩等 [14] [15] ，形成一套自生自储的含油层系。其中，“特殊岩性段”中的暗色泥岩和油页岩是主要的烃源岩。蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段已探明油气主要分布斜坡外带、肃宁洼槽陡坡带和斜坡北部等构造高部位。油藏类型主要为断鼻油藏和断块油藏、其次为上倾尖灭油藏和透镜体油藏 [16] 。

3. 烃源岩地化特征

3.1. 有机质丰度

对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽内110口钻遇中沙一下亚段的探井和评价井共1819个样品点的地化特征进行统计(图2)。沙一下亚段烃源岩TOC值范围为0.08%~6.02%，数据点多大于0.6%，平均值为1.37%；

(A) 有机碳TOC；(B) 产油潜量S1 + S2；(C) 氯仿沥青“A”

Figure 2. Distribution histogram of richness of organic matter from the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

图2. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质丰度分布直方图

产油潜量S1 + S2值范围为0.02~59.51 mg/g，数据点多大于2.00 mg/g，平均值为23.07 mg/g；氯仿沥青“A”含量为0.02%~1.66%，平均值为0.44%。按照黄第藩等 [17] 提出的陆相源岩的评价标准，饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩有机质丰度较高，达到好–优质源岩的标准。

3.2. 有机质类型

通过对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽14口探井共24个Es1x烃源岩样品的有机元素分析数据进行统计，制作饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x有机质氢碳原子比和氧碳原子比H/C-O/C关系图(图3)，确

Figure 3. H/C-O/C relation diagram of organic matter from the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

图3. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质H/C-O/C关系图

定饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质类型主要为II1-I型。从有利于生油的角度上看，饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩类型较好。

3.3. 有机质成熟度

镜质体反射率(Ro)是反映有机质成熟度最有效的参数。一般认为Ro < 0.5%对应未成熟阶段，0.5%~1.3%对应低熟–成熟阶段，1.3%~2.0%对应高成熟阶段，Ro > 2.0%对应过成熟阶段。对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩的29口探井共97个样品点进行统计(图4)，饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质Ro值分布为0.36%~1.11%，均值为0.66%，基本处于低熟–成熟热演化阶段，少部分样品点分布于未成熟阶段。另外，H/C-O/C关系也显示饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩热演化程度处于低熟–成熟阶段(图3)。

4. 油气生成量及资源量评价

4.1. 成烃转化率

为了利用化学动力学计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质的成烃转化率，选取成熟度相对较低的高58井饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩样品(Ro = 0.44%)进行热解实验。热解实验在Rock-Eval-II型热解仪上进行，从200℃开始，分别以10℃/h、20℃/h和40℃/h的升温速率将样品加热至600℃，实时记录产油量、产气量与温度(时间)之间的关系。即可得到不同升温速率条件下各温度点的成油和成气转化率，以此数据进行化学动力学标定(图5)，标定方法见文献 [18] [19] 。

通过化学动力学标定，得到饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质成油、成气转化率与深度的关系(图6)。根据成烃转化率与深度的关系，确定饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩生烃门限约为3000 m，约在3500 m进入生烃高峰。

Figure 4. The relationship of Ro and depth from the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

图4. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质镜质体反射率Ro与深度关系

4.2. 原始有机碳与原始氢指数

虽然饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩处于未成熟至成熟演化阶段，但也生成并排出了一定数量的油气。目前实测的残余有机碳(TOC)不能反映烃源岩有机质的原始丰度，各项有机质性质指标所反映的有机质类型也有偏差。因此，进行生烃量计算时需要对有机质原始有机碳(TOC0)和原始氢指数(HI0)进行恢复。

依据化学动力学原理计算成烃转化率并恢复有机质原始有机碳和原始氢指数方法 [20] ，利用上述成烃转化率，结合研究区埋藏史和热史，即可得到饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质的原始有机碳和原始氢指数(表1)。恢复后的原始有机碳(TOC0)和原始氢指数(HI0)均明显高于实测残余有机碳(TOC)和残余产油潜量(HI)。

4.3. 油气资源量计算

以饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩原始有机碳等值线图、原始氢指数等值线图、烃源岩顶底埋深等值线图以及有机质成烃转化率、烃源岩密度随深度的变化规律等数据为基础，对饶阳凹陷蠡县

Figure 5. Transformation ratio of oil and gas generated from Es1x source rocks of Gao58 well at different temperature and heating rate

图5. 高58井Es1x烃源岩样品成油、成气转化率与温度及升温速率的关系

Figure 6. Transformation ratio section of the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

图6. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩成烃剖面

Table 1. Average original hydrogen index and total organic carbon of the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

表1. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩平均原始氢指数和原始有机碳

斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩油气生成量进行定量计算。其中，原始有机碳等值线图、原始氢指数等值线

Table 2. Generated oil and gas of the Es1x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag

表2. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩总生油气量

图和有机质成烃转化率随深度的变化规律是根据现有地化分析数据利用化学动力学计算得到；烃源岩顶底埋深等值线图为井震相结合的解释结果；烃源岩密度随深度的变化规律由实测样品点对密度测井曲线进行校正而得到。首先，将饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x地层按照200 m × 200 m × 1 m进行三维网格化；然后给每个网格单元赋予相应的烃源岩厚度、原始有机碳、原始氢指数和有机质成烃转化率；最后利用微积分方法将每个网格单元的油气生成量进行累加，即得到油气生成量。

按照现代油气成因机制，单位体积源岩生成油气量取决于有机质的丰度、类型和成熟度，每个网格单元的油气生成量计算方法为公式

(1)

利用微积分求取凹陷总油气生成量计算方法见公式

(2)

式中，S为网格单元面积，m2；ρ(z)为源岩密度，t/m3；F(z)为由化学动力学模型计算得到的成烃转化率，z0和z分别为烃源岩的最小和最大埋深，m；n为网格单元数目。

按照此方法计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩生油、生气量分别为7.14×108 t和0.21 × 1011 m3。饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩主要以生油为主，伴生少量天然气。参考前人研究结果 [17] [21] ，分别取油、气的运聚系数为5%~20%和0.5%~2%，饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩生成油气所能聚集的油、气资源量分别为(0.36~1.43) × 108 t和(0.001~0.004) × 1011 m3 (表2)。

5. 结论

1) 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩有机质丰度较高，类型主要为II1-I型，处于低熟–成熟热演化阶段。

2) 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩的生烃门限大约为3000 m，约在3500 m开始大量生烃。

3) 利用化学动力学方法计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩以生油为主，生油、生气量分别为7.14 × 108 t和0.21 × 1011 m3，所能聚集的油、气资源量分别为(0.36~1.43) × 108 t和(0.001~0.004) × 1011 m3。

基金项目

国家自然科学基金项目(41302101, 41530315)，国家留学基金资助(201606455008)，山东省自然基金项目(ZR2016DL07)。

文章引用

杨德相,王权,陈方文,卢双舫. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩特征
The Characteristics of Source Rock of Es1x in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag[J]. 地球科学前沿, 2016, 06(06): 450-458. http://dx.doi.org/10.12677/AG.2016.66047

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    22. NOTES

    *通讯作者。

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