十三间房水西沟群煤系烃源岩生烃条件及资源潜力.pdf

新疆地质XINJIANGGEOLOGY2023年6月Jun.2023第41卷 第2期Vol.41No.2中图分类号:P618.130.2文献标识码:A文章编号：1000-8845(2023)02-226-07项目资助：陕西省教育厅重点研究计划（17JS109）和陕西省科技厅研究发展计划项目（2012JQ5011）联合资助收稿日期：2021-11-25;修订日期：2022-02-17;作者E-mail：第一作者简介：白栋（1996-），男，陕西榆林人，西安石油大学矿产普查与勘探硕士在读，研究方向为油气成藏地质通讯作者：肖辉（1980-），男，陕西西安人，博士，副教授，主要从事油气成藏地质学及盆地构造热演化史教学工作；E-mail：十三间房水西沟群煤系烃源岩生烃条件及资源潜力白栋1，肖晖1，2，王振豪3(1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065；2.西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065；3.中国石油长庆油田公司第一采油厂，陕西 西安 710021）摘要：据录井和岩样分析化验等资料，结合LogR技术和油气资源评价方法（成因法），对十三间房水西沟群煤系烃源岩生烃条件和油气资源潜力进行分析和预测。结果表明：研究区水西沟群泥岩有机质丰度随埋深由好变差，并受控于古水深变化，有机质类型为2-型，煤为中等烃源岩，了墩以北处于成熟阶段且拟合古地温梯度达3.8/100 m；水西沟群山前带发育滨浅湖-沼泽相，发育较厚有效烃源岩。产烃率图版、烃源岩厚度和资源量预测结果分析表明，该区泥岩生烃能力强于煤并受控于烃源岩厚度；西山窑组为该区主力生烃层，八道湾组天然气资源贡献不低。水西沟群石油和天然气预测资源量分别为（52.2085.183）106t、（77.94118.89）108m3，证实十三间房水西沟群生烃条件优越，资源量丰富，可为油气藏形成提供强有力的物质基础。关键词：十三间房地区；水西沟群；煤系烃源岩；LogR技术；生烃能力；资源量十三间房地区地处小草湖地区东部低勘探领域，区块东南部紧邻了墩凸起1，面积约3 031 km2，具山前带、南斜坡和了墩隆起3个构造单元。水西沟群西山窑组和八道湾组为生油气“甜点段”，三工河烃源岩不发育。西山窑组和八道湾组各具1个二级沉积旋回（图1）。据标志层，进一步将西山窑组四分，八道湾组二分。前人对邻区小草湖洼陷研究程度较高，该区水西沟群煤系烃源岩较发育，有机质丰度好，发育岩性构造和岩性-构造油气藏2。成因法预测该区水西沟群油（气）资源量分别为（85.56143.82）106t、（316.67505.85）108m33。郭贵安等对吐哈盆地生烃演化研究认为煤系泥岩以产气为主，累计产烃率比煤高，煤以产油为主。张凯等从地震剖面发现地层北深南浅，房1井处七克台组呈背图1 研究区位置示意及地层柱状图Fig.1 Position diagram and stratigraphic column of the study area1.井位；2.研究区；3.巴里坤山；4.构造边界；5.粉砂质泥岩；6.泥岩；7.细砂岩；8.煤；9.炭质泥岩；10.砂砾岩；11.含砾细砂岩;12.泥质粉砂岩第41卷第2期白栋等：十三间房水西沟群煤系烃源岩生烃条件及资源潜力斜，仅有油气显示。吴志远等认为水西沟群暗色泥岩和炭质泥岩机质丰度中等，干酪根为II-型，煤为好生油岩。利用生烃潜力法发现该区泥岩排烃门限为2.2 km，煤排烃门限较泥岩浅200 m，煤排烃速率峰值150 mg/(ghm)，是泥岩的2.5倍4。本文应用煤系烃源岩评价及logR法对研究区水西沟群不同层位岩心资料进行有机质分析及烃源岩纵向评价，确定有效烃源岩展布特征，分析有机质丰度及有效烃源岩发育主控因素。通过有效生油（气）强度下限圈定有利生油（气）面积，对资源潜力进行评价，结合Ro和产烃率关系对泥和煤生烃能力分析。1 水西沟群烃源岩岩样分析岩样分析化验数据来源于研究区及邻区水西沟群181个样品。本次煤系烃源岩有机质分析研究采用陈建平等提出的划分方案5。1.1 有机质丰度及类型烃源岩有机质丰度是判别烃源岩生烃能力的重要指标6-7。化验数据分析表明：水西沟群暗色泥岩TOC 为 0.6%9.06%，均值 2.5%；生烃潜力为 0.4317.07 mg/g，均值4.45 mg/g，综合评价为差-中等烃源岩；碳质泥岩TOC为6.33%53%，均值13.5%；生烃潜力 10.93119.06 mg/g，均值 38.7 mg/g，综合评价为中等烃源岩；煤 TOC 为 36.7%45.1%，平均39.9%；氯仿沥青“A”为0.2951.9402/%，均值1.223 2%；生烃潜力13.35159.76，均值83.75 mg/g，综合评价为中等烃源岩。有机质类型是烃源岩评价又一指标8。图2-B中干酪根元素组成显示，H/C和O/C平均值分别为0.85和0.14，图2-C共同指示水西沟群有机质类型为II-型。从图2-A，B，C中西山窑组和八道湾组样品点分布看出，水西沟群烃源岩随埋深有机质丰度和类型具逐渐变差趋势。1.2 有机质成熟度及古地温梯度分析在机质类型和丰度确定基础上，有机质成熟度是烃源岩能否有效生烃的必要条件9-10。研究区埋深约 2 000 m 进入成熟阶段，达到生烃门限（Ro=0.6%）；实测Ro数据为0.61%1.01%，均值0.76%，因此水西沟群达到成熟阶段。应用Barker和Pawlewicz提出的镜质体反射率与古地温换算公式，对十三间房地区红台1、胜房1和房1三井拟合，得到古地温梯度达 3.8/100 m（图 2-D）11，较小草湖地区高0.2/100 m。高古地温梯度有助于提高有机质演化程度。前人利用地质软件分析得出，Ro向西北变图2 研究区有机质综合判识图Fig.2 Comprehensive identification map of organic matter in the study area227新疆地质2023年大。在此基础上，结合胜房1井Ro资料绘制Ro平面图，显示水西沟群Ro北高南低，西山窑组和八道湾组均在了墩凸起以北达到成熟阶段（Ro=0.6%）（图4-C，D）。2 泥岩TOC含量预测2.1 模型建立及参数选取测井技术评价获得纵向高质量TOC数据，可弥补分析资料不足造成烃源岩纵向识别评价困难12。本次研究应用LogR技术预测TOC，在去除煤层数据基础上，石文软件中深度比例调至1 500对西山窑组一二段、三四段和八道湾一、二段分别选取基线参数，有效避免其他岩性对预测结果的影响，预测效果好。logR与计算TOC模型如下：logR=logRR基+t-t基164（1）CTOC=logR101.5374-0.994Ro（2）（1）、（2）式中：LogR实测曲线间距在对数电阻率坐标上的读数；R测井仪实测的电阻率；t实测传播时间；R基线基线对应的电阻率；t基基线对应的传播时间；CTOC计算的有机碳含量；Ro镜质体反射率。2.2 TOC预测可靠性及评价分析预测结果以大步2井为例，由图3看出，大步2井实测TOC值与预测TOC值拟合优度R2高达0.920 4，平均误差14%，在20%误差范围内。房1井和红台3等重点井位预测效果良好。因此，在邻区十三间房地区该模型所预测TOC数据可靠。图3评价结果获得西山窑组为中等-好烃源岩，八道湾组为差-中等烃源岩，同时印证图2-A水西沟群烃源岩由深到浅有机质丰度变好趋势。3 古水深分析及有效烃源岩展布本节开始西山窑组和八道湾组以字母J2x和J1b代替（除结论）。据古水深由浅变深泥岩比例变大，煤厚度比例先大后小及古水深和有机质保存变化原理，对研究区古水深演化进行分析13。J2x煤/泥岩厚度比率由南向北变小，胜房1井J2x比率仅为0.049。山前带煤变薄，J2x泥岩有机质丰度中-好，山前带泥岩发育（图4-A、C、图2-A），据图3大步2井J2x有效烃源岩占地层比高达52.8%。J1b煤/泥岩厚度比率由南向北变大，胜房1井J1b该比率高达0.269，山前带煤变厚，J1b泥岩有机质丰度差-中，泥岩厚度小（图4-B，D、图2-A），据图3大步2井J1b有效烃源岩图3 大步2井水西沟群纵向评价及误差分析图Fig.3 Longitudinal evaluation and error analysis chart of Shuixigou Group in Well Dabu 2（岩性图例与图1一致）228第41卷第2期白栋等：十三间房水西沟群煤系烃源岩生烃条件及资源潜力占地层比仅31.5%。据此分析水西沟群时期古水深逐渐变深，泥岩逐渐发育，煤逐渐变薄。得出古水深变化为J2x泥岩，实测TOC好于J1b的评价结果。沉积分析表明，水西沟群在南斜坡以北发育滨浅湖-沼泽相，房1井以北烃源岩较发育。据log法对单井水西沟群烃源岩纵向评价结果为中等和好源岩烃为有效烃源岩，煤厚度以录井为准，对J2x和J1b有效烃源岩及煤平面展布图进行预测（图4-A，B）。J2x有效烃源岩为100200 m，在山前带次洼内预测其厚度达300 m，煤层厚度1040 m。J1b有效泥岩厚度为50200 m，煤岩厚度565 m。两组有效烃源岩南薄北厚呈带状分布，在山前带次洼最厚。J2x有效烃源岩较J1b总体分布较厚，分布面积稍大，J2x煤厚度分布较J1b总体分布较薄，J2x分布面积相对较大，占研究区总面积的56.4%。4 资源潜力评价利用多方法对邻区小草湖资源量预测，由于十三间房勘探程度低，采用成因法计算排烃量对资源量预测。资源量评价公式如下：Q资源=SD生（3）D生=HCg（4）（3）、（4）式中：Q资源资源量，108t；油气运聚系数；S研究区目的层分布有利生烃面积，km2；D有利生烃强度面积内平均生烃强度值108t/km2；D生油（气）强度14，kg/km2；H泥、煤厚度，km；C总有机碳含量，%；泥或煤密度，108t/km3；g产烃率，kg/tTOC4.1 资源潜力预测及参数选取成因法资源潜力预测，首先计算生烃强度，确定有利生烃区面积及油气运聚系数，然后预测油气资源量。4.1.1 生油（气）强度参数选取及预测结果分析为进一步圈定有利生烃面积，精确选取计算生图4 研究区烃源岩厚度及岩性、Ro分布图Fig.4 Thickness,lithology and Ro distribution of source rocks in the study area1.地点；2.井位；3.研究区范围；4.巴里坤山；5.有效烃源岩等值线(m)；6.煤岩等值线(m)；7.Ro等值线；8.煤/泥岩的厚度比值；9.水体变深趋势229新疆地质2023年烃强度参数，选取通过logR法对J2x和J1b预测TOC值中代表值为TOC参数。选取生烃率参数据前人对吐哈盆地台北凹陷侏罗系煤和煤系泥岩烃源岩生烃演化模拟实验研究得到的有机质生烃演化模式15。据图4-A，B选取有效泥岩、煤岩厚度。参数选定后对J2x和J1b泥岩与煤的生油（气）强度进行计算，并统计总生气强度和总生油强度（表1）。研究区J2x和J1b生油（气）强度南高北低呈条带状展布，与有效烃源岩和Ro分布变化趋势相同，说明生油（气）强度受控于有效烃源岩及成熟度。J2x生油（气）强度值总体分布及分布范围较J1b更高更广（图5）。4.1.2 有利生烃区面积及油气运聚系数参数以能形成具有商业价值的油气藏生油强度下限1106t/km2，生气强度下限1.5108m3/km2为下边界16。巴里坤山为上边界，面积圈定结果如下，浅红（蓝）色即为有利生油（气）面积（图5），J2x有利生油面积为803 km2，有利生气面积分别为549 km2；J1b有利生油面积为 401 km2，有利生气面积分别为442 km2。小草湖与研究区经类似的构造运动和沉积演化，选取袁明生对小草湖次凹资源量预测时所用油气运气系数（表2）。4.2 资源潜力及生烃能力分析据所选参数预测资源结果（表3），可得J2x石油预测资源量（35.0157.33）106t，天然气资预测源量（46.1270.27）108m3；J1b石油预测资源量（17.1927.85）106t，天然气资预测源量（31.8248.62）108m3。显示J2x油（气）预测资源量下限为J2x上限，J2x生烃能力较J1b强。Ro1.1%时，泥岩和煤气态烃产率相近，由于J2x和J1b有效烃源岩厚度为煤岩的213倍（图5-A，B），预测结果J2x和J1b泥岩产气资源量为煤岩的46倍，所以J2x和J1b泥岩生气能力较煤岩强；1.1%Ro1.4%时，泥岩气态产烃率增幅较快，煤岩增幅平缓，Ro为1.4%时，泥岩气态烃产率为煤的3倍，所以J1b泥岩生气能力强于煤岩；泥岩和煤液态烃产率先变大后变小，在Ro为1.2%时达到峰值，泥岩峰值是煤岩的50%，所以煤岩以生油为主，泥岩液井号J1b生气强度J1b生油强度J2x生气强度J2x生油强度胜房115.931.4312.711.30胜房20.530.116.931.01房11.220.122.820.46大步22.550.3117.992.52红台13.800.6613.522.11红台32.810.736.781.36表1 井生油（气）强度预测结果表Table 1 Prediction results of well oil(gas)intensity注：生油强度单位：106t/km2；生气强度：108m3/km2图5 研究区有效生烃面积圈定图Fig.5 Delineation map of effective hydrocarbon generation area in the study area1.地点；2.井位；3.研究区范围；4.巴里坤山；5.生气强度等值线（108m3/km2）；6.生油强度等值线（106t/km2）；7.有利生油面积；8.有利生气面积230第41卷第2期白栋等：十三间房水西沟群煤系烃源岩生烃条件及资源潜力态烃贡献相对小。由于J2x和J1b有效烃源岩厚度的绝对优势，预测结果J2x和J1b泥岩产油资源量为煤岩的45倍，所以泥岩生油能力强于煤岩。综合分析认为十三间房泥岩生烃能力强于煤，生烃能力受控于烃源岩厚度，煤岩对研究区油气资源也有贡献。4.3 有利生烃区预测研究区山前带水西沟群发育滨浅湖-沼泽相，烃源岩较发育，在了墩凸起以北均进入成熟阶段。J2x时期古水深较J1b深，J2x有效烃源岩厚度及有机质丰度均比J1b高。据LogR法纵向评价J2x烃源岩好于J1b；J2x油气预测资源量比 J1b丰富（表 3），J2x生油（气）强度分布及范围均高于J1b（图5）。因此，J2x生烃能力较J1b强。大步1与胜房2井之间J2x具较高的排烃强度，最高值为4105t/km2，其紧靠红台油气田，胜房1井J2x有油气显示，J2x生气强度达12.71108m3/km2。据此将有利生烃区划分为3类，J2x层有井控的山前带西北部即胜房1井与大步2井之间为类有利生烃区；J2x层和J1b层未有井控的山前带东北部为类有利生烃区。5 结论（1）水西沟群有机质丰度受古水深控制，八道湾组至西山窑组随着古水深变深，有机质丰度由差变好，log法烃源岩纵向评价结果与其一致；有机质类型为2-型，煤为中等烃源岩。水西沟群了墩以北处于成熟阶段，古地温梯度达3.8/100 m。研究区北部水西沟群发育滨浅湖-沼泽相，有效烃源岩较厚，在山前带最发育。水西沟群有效烃源岩介于200500 m，煤为1085 m。因此，研究区水西沟群生烃条件优越。（2）水西沟群资源潜力大，西山窑组石油及天然气预测资源量分别为 35.0110657.33106t、46.1210870.27108m3；八道湾组石油及天然气预测资源量分别为17.1910627.85106t，天然气资预测源量31.8210848.62108m3；水西沟群泥岩生烃能力强于煤，生烃能力受控于烃源岩厚度。（3）西山窑组生油（气）强度高、分布广、排烃能力强，有效烃源岩发育，为主力生烃层。八道湾组天燃气资源较丰富。西山窑组在山前带西北部为最优先钻井的类有利生烃区，其次是西山窑组和八道湾组山前带东北部为类有利生烃区。参考文献1吴志远,彭苏萍,杜文凤.吐哈盆地十三间房地区煤系烃源岩生烃评价及排烃特征J.矿业科学学报,2016,1(2):103-112.2刘俊田,王劲松,任忠跃,等.小草湖洼陷西山窑组油气成藏特征及主控因素J.特种油气藏,2014,21(6):10-14,141.3袁明生,梁世君,燕列灿,等.吐哈盆地油气地质与勘探实践M.北京:石油工业出版社,2002:206-497.4吴志远,彭苏萍,杜文凤.吐哈盆地十三间房地区煤系烃源岩特征及其埋藏演化史J.科学技术与工程,2016,16(12):211-219.5陈建平,王绪龙,邓春萍,等.准噶尔盆地南缘油气生成与分布规律烃源岩地球化学特征与生烃史J.石油学报,2015,36(7):767-780.6李飞龙,杨圣.塔里木盆地北部坳陷寒武系烃源岩特征及热演化史模拟J.新疆地质,2021,39(1):112-117.7张一帆,查明,丁修建,等.吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩含油性评价及控制因素J.新疆地质,2021,39(2):297-301.8贾健,舍建忠,段旭杰,等.新疆富蕴县扎河坝凹陷石炭二叠系烃源岩特征及生烃条件分析J.新疆地质,2020,38(2):206-211.9冯德浩,刘成林,李培,等.新疆和什托洛盖盆地侏罗系油气成藏条件及资源潜力J.新疆地质,2020,38(2):212-216.10 马风华.哈山上石炭统太勒古拉组黑色页岩地球化学及有机质特征J.新疆地质,2018,36(4):507-512.11 E Barker-C,H Goldstein-R.Fluid-inclusion technique fordetermin-ing maximum temperature in calcite and itscomposition to the vi-trinire reflectance geothermometerJ.Geology,1990,18:1003-1006.12 赵桂萍,李良.杭锦旗地区基于测井响应特征的泥质烃源岩有机质丰度评价研究J.石油物探,2016,55(6):879-886,893.13 赵静,黄志龙,刘春锋,等.西湖凹陷平北地区煤系烃源岩识别与分布J.岩性油气藏,2021,33(5):95-106.14 付小东,陈娅娜,罗冰,等.四川盆地北部中二叠统茅口组孤峰段优质烃源岩特征及其油气地质意义J.地质学报,2021,95(6):1903-1920.15 郭贵安,陈义才,张代生,等.吐哈盆地侏罗系热模拟生烃演化特征研究J.西南石油学院学报,2005(4):5-6,13-15.16 侯连华,杨帆,杨春,等.常规油气区带与圈闭有效性定量评价原理及方法J.石油学报,2021,42(9):1126-1141.表2 油气运聚系数表Table 2 Hydrocarbon migration andaccumulation coefficients泥岩煤油（运聚系数）/%352-3气（运聚系数）/%0.60.90.30.5表3 研究区油气资源量预测结果表Table 3 Prediction results of oil and gas resourcesin the study area层位J2xJ1b岩性泥岩煤岩总计泥岩煤岩总计石油资源量/106t28.9148.186.109.1535.0157.3312.3920.654.807.2017.1927.85天然气资源量/108m339.5259.296.6010.9846.1270.2726.5239.785.308.8431.8248.62231新疆地质2023年Hydrocarbon Generation Conditions and Resource Potential of CoalMeasure Source Rocks in Shuixigou Group of ShanjianfangBai Dong1,Xiao Hui1,2,Wang Zhenghao3（1.School of Earth Sciences and Engineering,Xi an Shiyou University,Xi an,Shaanxi,710065,China;2.Shanxi KeyLaboratory of Petroleum Accumulation Geology,Xi an Shiyou University,Xi an,Shaanxi,710065,China;3.The FirstOil Production Plant，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xian,Shaanxi,710021，China）Abstract:Based on logging data and rock sample analysis,combined with LogR technology and oil and gas resourceevaluation method(genetic method),the hydrocarbon generation conditions and oil and gas resource potential of shuixi-gou group coal measure source rocks in Shanjianfang area are analyzed and predicted.The results show that the organicmatter abundance of mudstone in shuixigou Group in the study area changes from good to bad with burial depth and iscontrolled by paleo-water depth.The organic matter type is type2-,and the coal is a medium source rock.The northof Zhuangdun is in mature stage and the paleogeothermal gradient is 3.8/100m.The shoreline-shallow lacustrine marshfacies is developed in the front zone of shuixigou mountains,and thick effective source rocks are developed.The analy-sis of hydrocarbon generation rate chart,source rock thickness and resource amount shows that mudstone is strongerthan coal in hydrocarbon generation capacity and is controlled by the thickness of source rock.Although Xishanyao For-mation(J2x)is the main hydrocarbon generation layer in this area,the contribution of Badaowan Formation(J1b)to hy-drocarbon resources is not low.The predicted oil and gas resources of Shuixigou group are 52.2010685.183106t and77.94108118.89108m3,It is proved that the shuixigou Formation of Shanjianfang has superior hydrocarbon genera-tion conditions and abundant resources,which can provide a strong material basis for the formation of oil and gas reser-voirs.Key words:Shisanjianfang area;Coal measures source rock;Shuixigou Group;LogR technology;Hydrocarbon gen-eration ability;Resource quantity新疆地质 入选中文核心期刊(第八版)中文核心期刊要目总览 编委会依据文献计量学的原理和方法，定量评价指标体系采用被摘量(全文、摘要)、被摘率(全文、摘要)、被引量、他引量(期刊、博士论文、会议)、影响因子、他引影响因子、5年影响因子、5年他引影响因子、特征因子、论文影响分值、论文被引指数、互引指数、获奖或被重要检索工具收录、基金论文比(国家级、省部级)、Web下载量、Web下载率16个评价指标，结合学科专家评审。新疆地质 入编 中文核心期刊要目总览 2017年版（即第8版）之“地质学”类的核心期刊。这是对 新疆地质 几年来的工作认可和肯定,对我刊今后的发展起着重要的促进作用。再次入选中文核心期刊是广大作者和读者多年来对本刊大力支持的结果。在此,特向广大读者和作者表示衷心的感谢!希望读者和作者继续支持和关爱本刊.让我们共同努力,将 新疆地质 办得更好,为中国及新疆地质事业的持续发展和创新而奋斗!232