碳酸盐岩缝合线与基质的排烃效应——以川东地区石炭系和奥陶系碳酸盐岩为例

为了探究碳酸盐岩缝合线与基质的排烃效应及其物质组成的差异,采集了四川盆地东部大池干构造带座3、池53、五科1等取心井含缝合线的石炭系和奥陶系碳酸盐岩岩心样品,进行了缝合线与基质的岩心与铸体薄片观察以及全岩X-射线衍射矿物成分含量、有机碳含量、热解（Rock-Eval）、可溶有机质抽提、族组分分离与定量等实验测试。实验分析表明,缝合线比基质的物质组成有较大差异,这主要与压溶作用有极为密切的关系。由于碳酸盐矿物的压溶作用,缝合线比基质含有更多的白云石、黄铁矿、有机质等不溶物质,矿物颗粒主要呈基底胶结、杂基支撑,基质中的矿物颗粒之间主要呈线状、凹凸状紧密接触。这种矿物组成和结构特征使得缝合线比基质有相对更好的孔渗性,可以成为地质历史时期中碳酸盐岩内部流体排出的重要通道,所以,缝合线的排烃效应比基质明显。对于含有缝合线的低有机质丰度碳酸盐岩来说,缝合线有机质可以作为碳酸盐岩生烃的重要补充。此外,缝合线中较多的可溶有机质对热解参数有一定影响。     

碳酸盐岩缝合线研究及油气地质意义

系统地阐述了碳酸盐岩缝合线的成因、类型、物质组成与成岩作用及其对碳酸盐岩地层厚度恢复、油气输导、储集扣生排烃作用等方面影响的研究现状.认为缝合线的空间分布特征、类型与成因研究比较成熟,并明确了缝合线主要是应力与溶解作用的结果.缝合线主要由难溶的黏土矿物、石英、固体有机质、沥青以及次生的黄铁矿、方解石等组成,其形成导致了碳酸盐岩原始地层厚度的减小.次生改造作用使得缝合线对碳酸盐岩储集层油气聚集与输导具有重要作用.低有机质丰度背景上富含有机质的缝合线对于生排烃具有重要意义,但研究程度远远不够.碳酸盐岩缝合线对油气输导、储集的作用以及有机质富集特征与生排烃机理是今后应加强研究的重要领域.     

鄂尔多斯盆地西缘奥陶系烃源岩生烃能力评价

鄂尔多斯盆地西缘深水斜坡相沉积是海相烃源岩发育的有利区带。为此，在综合研究该盆地西缘奥陶系海相烃源岩有机地球化学特征的基础上，通过对不同岩性、不同有机质丰度和不同成熟度样品的系统地化分析与比对，评价了其生烃潜力。研究表明：鄂尔多斯盆地西缘奥陶系烃源岩有机质丰度总体偏低，泥质岩和泥质灰岩的有机碳含量高于质纯的碳酸盐岩；有机质性质、生（排）烃能力与有机质丰度关系密切，随着有机碳含量增加，干酪根类型变好，生（排）烃能力也增强；下奥陶统克里摩里组-中奥陶统乌拉力克组是该区相对有利的生排烃层段，也是下古生界的主力生烃层段。     

关于古生界烃源岩有机质丰度的评价标准

我国海相碳酸盐岩地球化学评价的焦点问题之一，是如何确定有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％）是适合的。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。     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组湖相混合沉积中缝合线发育与有机质富集研究

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组湖相混合沉积中有机质富集并且有缝合线分布。通过Jy74等井的岩心观察发现,沉积岩中有较多的微裂缝与缝合线,缝合线发育程度低,其中的锯齿状缝合线变化幅度较大,主要与单纯的压溶作用有关,往往延伸范围大,可以切穿层理;波状缝合线一般变化幅度小,主要在层面基础上通过压溶作用形成,延伸范围可大可小。缝合线有利于有机质富集,并与微裂缝组合利于油气运移。通过Jy74井有缝合线与无缝合线发育的岩石有机质丰度对比认为,缝合线的形成与有机质丰度和碳酸盐含量的关系不明显。通过不同岩性有机质丰度与矿物成分的相关分析可见,芦草沟组混合沉积的有机质富集受多种因素控制,砂岩、云岩与灰岩以运移烃为主,泥岩主要为残留烃,但部分云岩、砂岩与灰岩不同程度地含有原始固体有机质,具有生烃潜力,以泥岩类的生烃能力最强。     

碳酸盐岩烃源岩生烃增压规律及其含义

碳酸盐岩由于成岩-固结早,烃源岩排烃的动力主要是水热增压和生烃增压。通过碳酸盐岩烃源岩不同有机碳含量样品温、压关系的模拟实验,建立了增压值与温度的数值关系模型。实验结果表明,碳酸盐岩烃源岩生烃过程中生烃增压值远高于水热增压值。碳酸盐岩烃源岩排烃动力的大小主要受烃源岩有机质丰度和温度的影响。对于同一烃源岩来说,随着热演化程度增高,生烃增压值迅速增大;当热演化程度相当时,生烃增压值与样品的有机碳含量成正相关关系。若烃源岩有机碳含量过低,烃源岩产生的生烃增压值不足以有效地把烃类排出烃源岩。由于碳酸盐岩烃源岩中含水量通常很低,则生烃增压特别是生气增压对排烃而言更为重要。因此,碳酸盐岩烃源岩遵循生烃-增压-超压-压力释放-排烃的动力学模式。     

碳酸盐岩有效排烃动力条件与临界有机质丰度关系

在碳酸盐岩的可能排烃动力学模型中，微裂缝作为压力释放的有效通道至关重要。碳酸盐岩烃源岩生烃过程中微裂缝的形成难以直接观察，但可以通过模拟实验，根据产物计量和一定的数学模型，计算生烃增压值，并通过岩石物理性质得到的理论破裂压力阀值判断其形成的温压条件。结果表明，碳酸盐岩有效排烃动力与有机质丰度有关。当有机质类型和成熟度一定时．有机质丰度越高，所产生的生烃增压就越大。有机质丰度很低的碳酸盐岩在一般地温条件下，难以产生足够的生烃增压使岩石破裂并形成徽裂缝作为效排烃通道。在常规的油-2生成的温度压力条件下，有机碳含量0．2％～0．3％可能是满足有效排烃动力条件的l临界有机质丰度。图5表1参10     

碳酸盐岩生烃指标及生烃量评价的新认识

我国存在大量平均有机碳丰度很低(一般小于0.20%)、但仍能达到以往提出的碳酸盐岩烃源岩有机碳丰度下限(一般在0.10%)的碳酸盐岩,多年的勘探未发现其能生成原生工业性油气藏,表明该下限提得过低,原因在于传统观点笼统地认为碳酸盐岩中有机质生烃能力较高、碳酸盐岩排烃率高、提出过高的高演化阶段碳酸盐岩原始有机碳恢复系数,并且未考虑运移散失。在重新考虑这些因素后,认为烃源岩平均有机碳下限指标应主要由实际情况的类比来确定。碳酸盐岩烃源岩、高—过成熟阶段的烃源岩以及气源岩的有机碳丰度下限未必分别明显低于泥岩烃源岩、成熟阶段的烃源岩和油源岩,它们的平均有机碳含量都应在0.40%~0.50%以上。     

湖相与海相碳酸盐岩烃源岩生烃条件对比

根据分布特征、沉积环境、岩石类型、有机地球化学特征和生烃模式等方面的对比,讨论了湖相碳酸盐岩和海相碳酸盐岩两种相同岩性、不同沉积环境烃源岩生烃条件的异同。海相与湖相碳酸盐岩烃源岩,基本上都含有不同量的泥质成分;它们的干酪根类型一般以Ⅰ型或Ⅱ型为主;有机质赋存形式无太大差别,湖相碳酸盐岩烃源岩中可能存在更多的无形态有机质;海相碳酸盐岩有机碳含量普遍较低,而湖相中有机质含量则变化很大;湖相碳酸盐岩烃源岩的生烃模式相比海相研究薄弱,但其二次成烃作用不容忽视。湖相碳酸盐岩烃源岩的形成条件受到较多因素的控制,针对高有机质丰度湖相碳酸盐岩烃源岩形成的生物地球化学及沉积学等方面的研究尤其关键。另外,其晚期生烃可否为湖相深层油气勘探提供充足的烃源仍是未来工作的重要方向之一。     

黄骅坳陷奥陶系碳酸盐岩基本生烃特征

黄骅坳陷臭陶系碳酸盐岩厚度大，从烃源岩的有机质类型、丰度、热演化特征等方面评价其基本生烃条件，认为有机质类型好，由于热演化程度较高，残余有机质平均丰度不很高。对系统取样井的臭陶系样品分析结果，其残余有机碳含量大于0．3％的样品占49％，大于0．4％的样品占32％，若恢复其原始有机碳丰度，其值会更高。据此判断黄骅坳陷应存在较好的臭陶系碳酸盐岩生烃层。图5表3参9     

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。     

烃源岩有机碳含量与生排油效率动态评价

选择海相典型烃源岩样品和人工配制烃源岩样品进行热压模拟实验,对比分析了海相烃源岩的生油量、生排油效率与烃源岩有机碳含量的关系,模拟结果表明:（1）烃源岩的生排油量与烃源岩有机碳含量呈线性正相关关系,生排油效率与有机碳含量呈曲线（非线性）正相关关系,相关系数的大小与烃源岩的干酪根类型、岩性及演化史等有关;（2）在整个生烃演化过程中,高有机质含量的优质烃源岩（TOC一般大于2%）的生排油量和效率都高于中等有机质丰度的中等烃源岩（TOC一般在0.5%~2.0%之间）和低有机质丰度的差烃源岩（TOC一般小于0.5%）,只有高有机质丰度的优质烃源岩才能够大量生排出油并形成大油田,差烃源岩即使很厚也难以形成大量的油气聚集;（3）在地质演化过程中,烃源岩TOC含量及其生排油气能力始终都是动态变化的,因此需要在确定演化阶段的基础上,结合有机碳含量和生排油效率进行烃源岩和资源量动态评价。      

关于碳酸盐岩烃源岩有机质丰度恢复的探讨――以华北中、上元古界碳酸盐岩为例

不同烃源岩有机质丰度恢复方法的优缺点不同,但不同方法都以干酪根降解生烃理论为前提条件。原始有机质类型、烃产物的H/C值、高成熟烃源岩中间产物是否排出和反应体系的封闭程度是影响有机质丰度恢复系数大小的主要因素。原始有机质类型较好、烃产物H/C值比较低和中间产物液态烃排出较完全时,所求得的恢复系数比相反的情况要大。对华北北部地区中、上元古界海相碳酸盐岩的有机碳恢复结果表明,下马岭组和铁岭组碳酸盐岩具有较高的原始有机碳丰度,高于庄组部分碳酸盐岩也具有较高的原始有机质丰度:3组均为较好的烃源岩。     

海相碳酸盐岩成岩作用与排烃特征

碳酸盐岩在浅埋处几乎失去所有的原生孔隙,成岩以胶结和交代作用为主;其后,碳酸盐岩处于近完全封闭的压实流环境中,深埋和地温升高除形成小规模的压溶作用外,其他成岩作用很微弱。在进入生烃门限后,低丰度有机质虽可生成一定量的烃类,但碳酸盐岩不像泥岩那样可大量脱水,烃的运移既无“载体”,又无异常高压作为动力和造缝条件,烃类很难有效排出。此后,烃类或分散于封闭的晶间孔隙中,或与矿物结合形成晶包有机质和包裹体有机质,从而造成碳酸盐岩烃/有机碳常常高于泥页岩。由于碳酸盐岩先天性地有机质丰度低,再加上后期排烃困难,决定了其几乎不可能作为有效烃源岩。     

关于碳酸盐烃源岩的评价标准

通过模拟实验测得碳酸盐岩排烃下限值为TOC=0.06%～0.12%,并提出碳酸盐岩排烃下限值与碳酸盐烃源岩有机碳下限值应是两个概念。排烃下限值是烃源岩所固有的特性,不是人们自己设定的标准,而烃源岩有机碳下限值是一个评价标准,大小可以等于或大于排烃下限值,而不能小于排烃下限值。通过对碳酸盐岩有机质丰度、有机质类型、有机相和成熟度的研究,修正了过去碳酸盐岩只按Ⅰ类有机质的评价方法,而将碳酸盐岩有机质分为Ⅰ,Ⅱ₁,Ⅱ₂₃类,将碳酸盐烃源岩划分为4类,即很好烃源岩、好烃源岩、中等烃源岩、差烃源岩。未熟—成熟碳酸盐烃源岩有机碳下限值为0.2%～0.4%;高成熟—过成熟碳酸盐烃源岩有机碳下限值为0.1%～0.25%。      

鄂尔多斯盆地马家沟组烃源岩有效排烃有机质丰度下限探讨——以龙探1井为例

烃源岩残余有机碳含量下限值是划分有效烃源岩的重要指标之一。目前关于碳酸盐岩有效烃源岩有机碳含量下限值主要由经验分析来确定,取值高低存在比较大的分歧。鄂尔多斯盆地马家沟组碳酸盐岩热演化程度高、有机质类型好。笔者针对马家沟组烃源岩生成油气具有近距离运聚的成藏特征,从烃源岩吸附气定量分析出发,结合典型井不同有机碳含量的烃源岩排烃史模拟计算,综合分析认为以0.25%作为高成熟—过成熟碳酸盐岩有效排烃的烃源岩残余有机碳含量下限值。     

利用测井信息计算页岩有机质丰度 ——以川南长宁地区龙马溪组为例

充足的有机质是油气生成的物质基础,有机质丰度决定了烃源岩的生烃潜力,因此获取页岩有机质丰度对指导页岩气的勘探开发具有重要作用。在选取川南长宁地区龙马溪组下段泥、页岩作为研究对象的同时,利用总有机碳含量作为有机质丰度评价指标,对泥、页岩样品化验得出的有机碳含量和对应深度的测井数据进行拟合,得出总有机碳含量的计算公式,并依据不同测井响应参数的选取,总结出 3 种测井计算方法,相应地回归出 3 个计算公式,在研究区对计算结果进行验证和误差分析。结果表明：Δ lg R-密度法和密度-铀多元回归法得出的有机碳含量与样品实测的有机碳含量符合程度较高;单井纵向上表现出龙马溪组有机碳含量在下段底部附近较高,具有由底部向上逐渐降低的趋势;密度-铀多元回归公式计算的误差最小,表现出较强的适用性,可在长宁地区推广应用。     

川东涪陵地区长兴组烃源岩地球化学特征及生烃能力评价

通过涪陵地区上二叠统长兴组岩心、岩屑样品的残余有机碳含量、干酪根碳同位素、甾烷及萜烷色-质实验数据,分析了长兴组烃源岩的有机质丰度、类型、热演化程度.根据干酪根生烃原理,采用蒙特卡罗随机抽样模拟法计算烃源岩生烃强度.结合区域构造与沉积特征,认为涪陵地区上二叠统长兴组烃源岩主要发育于下旋回斜坡相碳酸盐岩,烃源岩具有低等级别的生烃能力.     

海相不同类型烃源岩有机质丰度热演化规律

烃源岩加水热压模拟实验和自然演化剖面实测都表明,海相不同类型烃源岩的有机质丰度热演化可分为3段:未成熟-低成熟阶段(R₀小于0.8%)随成熟度的增加有机碳含量及生烃潜量变化不明显;在成熟阶段中晚期(R₀为0.8%～1.3%)有机碳含量和生烃潜量随成熟度增加逐渐降低,其根本原因是油气不断大量生成和排出;在高成熟-过成熟阶段随成熟度的增加有机碳含量变化又不明显。未成熟-低成熟阶段到高成熟阶段,有机质丰度明显降低,需要进行原始有机碳含量的恢复。经不同类型源岩对比,恢复系数与生排烃潜力、干酪根类型、成熟度和有机质含量等因素有关,而与岩性关系不大。     

羌塘盆地托纳木地区上侏罗统索瓦组烃源岩特征

羌塘盆地托纳木地区的烃源岩主要为上侏罗统索瓦组一段—四段的灰岩和泥岩,烃源岩厚度较大。运用有机地球化学方法,分析了该区烃源岩的特征。该区烃源岩的有机碳含量和氨仿沥青“A”含量相对较低,有机质类型中等一较好,热演化程度中等一高成熟,生烃量巨大。烃源岩主峰碳主要以高碳数C25和C27为主,大部分具有较明显的重碳优势,但没有明显的奇偶优势,伽马蜡烷含量较低。综合分析表明,索四段碳酸盐岩和索三段泥岩为较好烃源岩,索三段和索二段的碳酸盐岩为中等一较差烃源岩,索二段泥岩、索一段泥岩与碳酸盐岩为较差的烃源岩。