济阳坳陷古近系烃源岩结构及排烃的非均一性

文章编号:1000-0747(2003)06-0045-03

济阳坳陷古近系烃源岩结构及排烃的非均一性

陈中红,查明

(石油大学(华东)地球资源与信息学院)

基金项目:国家“十五”重点科技攻关项目(2001BA605A-09)

摘要:济阳坳陷古近系湖相纹层状泥页岩中的有机碳分布非均一性强烈,烃源岩结构有大段纯泥岩式、砂岩嵌入式、指状式、泥岩嵌入式、泥包砂式、砂包泥式和砂泥交互式等,其压实状态、压力分布状态及排烃特征互不相同。烃源岩压实不均衡导致排烃的非均一性,厚层烃源岩中的滞排现象和超压体系的幕式排烃特征是非均一性的两种极端体现。烃源岩排烃的非均一性为分阶段进行排烃模拟提供了新思路。图3表1参22

关键词:烃源岩;排烃;非均质性;济阳坳陷;古近系

中图分类号:TE122.1 文献标识码:A

济阳坳陷的古近系烃源岩的生烃问题进行过详细研究[1-6],排烃研究相对薄弱。烃源岩排烃存在强烈的非均质性,烃源岩结构也存在非均质性,如果忽略这一点,根据有限的样品分析,用局部的排烃模型代表整体排烃模型,可能会得出一些错误结论。

1济阳坳陷烃源岩结构特征

1.1烃源岩有机质分布特征

济阳坳陷主要烃源岩是沙河街组湖相泥质岩中的纹层状泥质岩[6,7],纹层以伸长、压扁、片状或藻类化石层等形式存在[6]。富有机质纹层页岩由有机质纹层和黏土矿物组成;钙质纹层页岩的一类由有机质纹层和钙质超微化石纹层组成,另一类由有机质纹层和含有钙质超微化石的粗粒方解石纹层组成;钙质纹层泥岩由细粒方解石纹层和含有机质的黏土矿物组成。

泥岩中的黏土矿物一方面作为有机质附着的“载体”和成烃的“催化剂”,另一方面又是吸附残留烃的“吸附剂”,对生排烃影响显著,那些分布不均一的、由藻类勃发形成的颗石藻化石纹层更有重要的控制作用[8,9]。有机质在烃源岩中的赋存主要有3种形式:顺层富集型、分散型和局部富集型[10]。沙三段深湖—半深湖相沉积中的有机碳多顺层富集,有机碳含量一般在1%以上,通常在厚层烃源岩中形成向外排烃的重要通道———层理或页理,对烃源岩的生烃及排烃都能产生积极影响,碳酸盐含量也高,属好的烃源岩。滨浅湖—三角洲—河流相沉积中的有机碳呈分散型,有机碳含量多小于1%,碳酸盐含量低,对生排烃不利。

即使在有机碳含量高的层段,有机碳分布离散也较大[11],牛38井的纵向有机碳含量分布呈现波峰—

波谷的波动特点,如沙三段下部(3280～3370m)有机碳含量为0.35%～12.8%,相差两个数量级[5]。有机碳分布的纵横向非均质性通常导致厚层泥岩中存在有机碳局部集中、丰度较高的薄层,这些薄层是对生排烃有较大贡献的“优质烃源岩”[12]。

1.2烃源岩岩性结构特征

烃源岩岩性结构指烃源岩与分布于其中的砂岩的组合模式,对烃源岩排烃的影响主要表现为单层泥岩越薄、砂泥交互越频繁,排烃效率越高。根据大量统计分析,济阳坳陷古近系烃源岩结构主要有7种形式(见表1)。

表1　烃源岩岩性配置特征

岩性组合特征描述定量描述排烃特征典型实例

纯泥岩不含砂岩的大套纯泥岩L m≥20,L s=0具“滞排带”坨77井,2720～2770m 砂岩嵌入式单层泥岩中嵌入薄层砂岩L m≥20,02优先排烃坨158井,3255～3295m 砂包泥式单层泥岩较单层砂岩少,呈泥岩被砂岩包围式接触L m≤L s,5≥L m≥2充分排烃坨76井,2940～2965m

交互式单层泥岩与单层砂岩相当,呈交互式相互接触L

m ≈L

s

,20>L

m

,L

s

>2优先排烃坨123井,2570～2595m

注:L m—单层泥岩厚度,m;L s—单层砂岩厚度,m 45

石　油　勘　探　与　开　发

　2003年12月 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPME NT Vol.30　No.6

济阳坳陷古近系烃源岩中的砂泥组合主要为大套纯泥岩,其次为泥包砂式及砂岩嵌入式,其余很少。沙一段约40%为泥包砂式,单层泥岩一般薄于5m;随深度加深,单层泥岩厚度逐渐增加,至沙三中亚段纯泥岩约达60%,泥包砂组合为13.7%,砂岩嵌入式为20%;再向下泥包砂组合变多,纯泥岩组合变少。

油气初次运移需要烃源岩与外界存在过剩压力梯度[13-16]。不同岩性结构的烃源岩压力分布不同,排烃特征也不同。指状式、泥岩嵌入式、砂包泥式烃源岩具有统一的较小流体压力梯度,随压实作用不断加强,泥岩质点很快紧密接触,烃类能向上下充分排出,上部地层传递给孔隙的过剩压力随流体排出而释放,没有相对优越的运移方向。交互式、泥包砂式烃源岩中有一高孔隙压力点,压力分别向上下砂岩方向降低,最高压力点偏于泥岩下部的优先向上排烃,向上排液带厚度大于向下排液带;最高压力点偏向泥岩上部的(研究区内较少见)优先向下排烃,向下排液带厚度大于向上排液带。厚层烃源岩除上下部有一排烃带外,内部还有一滞排带,滞排带厚度与泥岩的厚度和上下砂岩的渗透性、连通性有关,连续泥岩越厚滞排带的厚度越大,异常高压的高点在滞排带内。

2厚层烃源岩的滞排特征

厚层烃源岩界面附近的压实作用能正常进行,但向烃源岩内部受到阻碍,只要烃源岩内部孔隙流体压力没有增大到超过岩石的破裂压力,就能维持较高的孔隙度,出现烃类相对滞排现象[17-19]。如利14井2318.5～2341m井段厚22.5m的油源层向上排烃厚度17m,向下排烃厚度4m,二者间的滞排带厚1.5m,氯仿沥青“A”、烷烃、芳烃、总烃等含量在2336m深度出现相对高值。牛38井2884.5～2906m井段的单层泥岩内出现相对滞排现象,从泥岩层顶部向内部,随排烃系数减小,单位有机碳中测得的可溶烃含量非线性增大, 2903m附近为高值带。由于存在滞排现象,确定有效排烃厚度是一个难题,需要获得能反映不同厚度的单层泥岩排烃的地球化学信息,统计、对比、分析这些信息,获得不同厚度泥岩的排烃特点,得出有效排烃厚度或有效排烃厚度与单层泥岩厚度的关系。

滞排带在声波时差曲线上通常为异常高值段(见图1)。由于地球化学测试资料不足,本文只能结合泥岩内孔隙度和剩余孔隙流体压力的变化与地球化学测试资料,讨论烃源岩的有效排烃厚度。对研究区内单层泥岩厚20～50m的剖面进行统计,得到的有效排烃

厚度(y)与单层泥岩(x)厚度的关系见图2。

图1　利54井2607.5～2633.375m井段单层泥岩内

滞排带在声波时差曲线上的反映

图2　有效排烃厚度与单层泥岩厚度关系图

该关系还不能完全反映厚层烃源岩排烃特征,需获得更多能反映排烃特征的地球化学信息进行分析。

3超压系统的幕式排烃

通常压实在浅层能正常进行,浅层为常压系统,在深层受到阻碍,形成各种级别的“压力封存箱”[20]。当封存箱中泥岩孔隙流体压力超过封隔层的破裂压力时,可产生大量微裂缝,成为超压流体释放的通道,待流体释放,压力减小到一定程度时,微裂缝封闭,开始下一循环。近年来,大多数定量模拟专家认为,当孔隙流体压力超过上覆地层静压力的85%时,将导致流体压裂上覆地层,形成微裂缝[21]。

东营凹陷约2750m以上为常压系统,以下为超压系统(见图3),古近系烃源岩目前基本处于超压状态。 通过综合分析钻井实测压力、测井曲线及地震速度,沙三下亚段、沙四段及孔店组在利津、牛庄、民丰洼陷的中央部位区域性超压的压力系数可达1.3～1.5,利津洼陷沙三中亚段局部超压的压力系数为1.2～1.4,利津洼陷中央地带压力系数可达1.7,超压层段基本是成熟烃源岩段[22]。东营凹陷沙三段、沙四段高压层(致密钙质层)的顶部附近大量垂直微裂缝是烃源岩幕式向上排烃的有力证据。燕山运动产生的北东向、北西向及东西向基底断裂与渐新世东营运动产生的大量生长断层也是超压系统幕式排烃的重要通道。

46石油勘探与开发·石油地质研究 Vol.30　No.6