孔南地区孔二段致密油生烃评价及有利区预测

董清源，刘小平，张盼盼，李洪香，刘子藏

(1.中国石化石油物探技术研究院，江苏 南京 211103；2.中国石油大学，北京 102249；3.油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学，北京 102249；4.中国石油大港油田分公司，天津 300280)



孔南地区孔二段致密油生烃评价及有利区预测

董清源1，2，刘小平2，3，张盼盼2，3，李洪香4，刘子藏4

(1.中国石化石油物探技术研究院，江苏 南京 211103；2.中国石油大学，北京 102249；3.油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学，北京 102249；4.中国石油大港油田分公司，天津 300280)

孔南地区孔二段富有机质页岩是该区重要的烃源岩，勘探中发现了广泛的致密油显示。在结合大量样品分析和勘探实践的基础上，探讨了孔南地区孔二段致密油的生烃潜力及有利区分布。研究认为，研究区Ek22、Ek23优质源岩具有良好的致密油生烃基础，横向上广泛分布，纵向上叠置连片，受构造、沉积因素影响明显。基于实验、盆地模拟、地质及地震资料分析，综合考虑致密油形成的8类控制因素，建立了研究区致密油评价参数体系，预测了有利区的分布，对研究区下一步勘探部署具有重要意义。

致密油；生烃评价；有利生烃区；孔二段；孔南地区；黄骅坳陷

0 引 言

近年来，随着油气勘探开发技术的不断进步，世界各国加大了对致密油勘探开发的力度[1]。黄骅坳陷孔南地区为一个半咸水—咸水的断陷湖盆，该地区孔店组二段(Ek2)广泛分布湖相富有机质泥页岩。2013年底，在孔南地区枣园—王官屯地区，多口井在钻至孔二段页岩层系时发生油气侵，气测显示异常，证明了研究区致密油具有一定的勘探潜力。

结合致密油勘探思路和前人研究基础，充分运用地球化学、沉积、构造、测井及地震资料，综合评价了孔南地区孔二段的生烃潜力，精细分析了不同油组优质烃源岩的分布特征，并结合致密油评价标准，预测了孔南地区孔二段致密油的有利生烃区，为研究区下一步的致密油勘探部署提供了重要的参考依据。

1 区域地质背景

孔南地区为渤海湾盆地中部的一个坳陷型湖盆，其中孔二段面积可达1 500 km2。孔二段时期，凹陷主要受盆内断层控制，发育有沧东、南皮2个生油气凹陷及小集、孔店潜山、沧市、东光及乌马营构造带等二级构造带[2]。

孔南地区孔店期盆地主要经历了早期断陷期、坳陷期、断陷期和断陷充填期4个演化阶段。在坳陷期主要发育了孔二段地层，自上而下可分为2个完整的细—粗的沉积旋回。沉积相以深湖—半深湖、滨浅湖、三角洲或扇三角洲沉积为主。岩性主要为暗色泥页岩，并夹有粉—细砂岩、白云岩等隔层，局部夹基性侵入岩，厚度较大(100～600 m)，分布面积广。孔二段自上而下划分为Ek21、Ek22、Ek23和Ek24四个油组，该研究主要针对的是Ek21、Ek22和Ek23三套页岩层系[3]。

2 烃源岩生烃评价

以孔南地区104口井近1100块样品的热解和有机碳等地球化学实验数据为基础，结合地球化学指标分析和生烃模拟，对孔南地区有机质丰度、类型、成熟度、生烃能力等参数进行研究，确定孔二段Ek21、Ek22和Ek23三套页岩层系形成致密油的能力。

2.1 有机质丰度

通过对北美巴肯地区及中国济阳坳陷致密油生烃评价的各项参数调研，把有机碳含量大于3%作为划分孔南地区优质烃源岩标准的下限，并根据有机碳含量、氯仿沥青“A”和其他地球化学参数的关系，建立了相对合理的优质烃源岩划分标准(表1)。

表1 优质烃源岩的划分标准

根据统计分析，研究目的层1 075个泥页岩样品TOC为0.05%～10.00%，平均为3.32%，整体较高。从纵向上来看，Ek21的TOC为0.08%～7.43%，平均为2.69%；Ek22的TOC为0.05%～9.39%，平均为3.20%；Ek23的TOC为0.11%～10.00%，平均为3.62%。对比来看，Ek23烃源岩的TOC最高，Ek22次之，Ek21最差。氯仿沥青“A”和生烃潜量的统计结果也大致反映了机碳含量这一规律。

对比标准综合分析Ek21、Ek22及Ek23各项评价参数，Ek22、Ek23为优质烃源岩，Ek21仅为好烃源岩，说明Ek22、Ek23页岩层系富集致密油的潜力高于Ek21。

2.2 有机质类型

北美致密油产区均为海相地层，有机质类型以Ⅰ型和或Ⅱ1型为主[4]。结合研究区样品分析可知，Ek21主要为Ⅱ2型，有机质以腐泥腐殖型为主，类型较差；Ek22主要为Ⅱ1—Ⅱ2型，有机质以腐殖腐泥—腐泥腐殖型为主，富含藻类化石，类型较好；Ek23主要为Ⅱ1—Ⅰ型，有机质以腐泥—腐泥腐殖型为主，富含藻类化石，类型很好。综合评价认为，Ek22、Ek23为有机质类型较好—好的烃源岩，生烃能力强，与北美致密油气产区有机质类型有较好的可比性。

2.3 有机质热演化程度

通过研究区257个样品数据分析可看出，孔二段整体介于未熟—成熟阶段，其中Ek21、Ek22和Ek23具有一定差异。Ek21的Ro主要为0.30%～0.60%，平均为0.47%，处于未熟—低熟阶段；Ek22的Ro主要为0.50%～0.90%，平均为0.63%，处于低熟—成熟阶段；Ek23的Ro主要为0.50%～1.30%，平均为0.65%，处于低熟—成熟阶段。

通过分析可看出，Ek21成熟度低，部分至今还未进入生油门限，难以大量生油；而成熟度较高的Ek22、Ek23基本进入生油阶段，油大量生成，是研究区致密油成藏的先决条件。

2.4 生烃模拟

在孔二段地球化学指标综合分析的基础之上，参考实际勘探过程中的致密油显示情况，确定Ek22、Ek23页岩层系为该区致密油研究的重点层段。结合前人研究成果[5]，运用反演模拟分析，定量评价研究区烃源岩的生烃潜力(图1、2)。

图1 G995井孔二段烃源岩盆地模拟剖面

图2 孔二段烃源岩及威利斯顿盆地bakken页岩生烃演化剖面

结合盆地模拟可知：Ek22、Ek23的优质源岩在始新世初期就已进入未熟阶段(Ro等于0.4%)，开始形成未成熟—低成熟油；在渐新世中期进入生油门限(Ro等于0.5%)，开始生烃，并发生明显的排烃现象；馆陶末期进入低成熟—成熟阶段(Ro等于为0.65%)，开始大量生排烃(图1a)。受后期构造运动的影响，目前Ek22、Ek23的优质源岩仍处于浅埋藏阶段，长期生排烃，具有明显的早期生烃、晚期成藏的特点。具体可以将其生烃划分为3个阶段，第1阶段为未成熟生烃阶段(Ro小于0.5%)，埋深小于1 700 m，生烃转化率可达5%～15%；第2阶段为低成熟—成熟生烃阶段(Ro为0.5%～1.3%)，埋深为1 700～3 500 m，该阶段是孔二段烃源岩的主要生烃阶段，生烃转化率达到20%～50%，产烃指数为10%～70%；第3阶段为高成熟生烃阶段(Ro大于1.3%)。由于目前孔二段富有机质页岩大部分尚未进入该阶段，故而在演化剖面上缺少样品点分布(图2a)。

由此可见，孔南地区Ek22、Ek23的优质源岩主要经历了未成熟、低成熟、成熟生烃3个阶段，其中低成熟—成熟阶段油气大量生成，生烃转化率较高，最高可以达到50%。将其与北美威利斯顿盆地的Bakken页岩层系对比可知，二者的主生烃带大致相当，但Bakken页岩的生烃效率明显相对较高，最高可以达到80%以上(图2b)。初步认为，造成一定差异的原因主要为优质陆相烃源岩质量相对差于优质海相烃源岩；研究区Ek22、Ek23页岩层成熟度相对较低。综合地球化学分析指标和生烃模拟结果，整体认为孔南地区Ek22、Ek23页岩层系在中国陆相盆地中生烃条件相对突出，油气转化能力强，且目前仍处于生烃高峰，近源聚集且发育异常高压(压力系数大于1.2)(图1b)，与国外致密油气产区源岩评价参数可比性高，具有优越的致密油气形成基础和勘探潜力。

3 优质烃源岩发育的控制因素及致密油有利生烃区预测

3.1 构造背景对优质烃源岩发育的影响

孔南地区孔二段地层主要发育于湖盆坳陷期，盆地构造形态主要受4条断层控制，分别为沧东、徐西、孔东及孔西断层，其中沧东、徐西断层为孔南地区的控盆断层，孔东及孔西断层为主要调节断层，在断层分布及孔二段后期的构造反转综合作用下，形成如今的“两断夹一隆”构造格局[6]。该格局下形成的孔东、孔西及南皮斜坡控制着优质烃源的展布。通过对研究区岩心及地震资料分析，发现孔二段时期的斜坡及深凹(现今为中央隆起带)是优质烃源岩的主要分布区，存在页岩、泥质岩和油页岩3类优质烃源岩，整体呈现连续、强的平行—亚平行的反射结构特征，受“两断夹一隆”构造的影响，中央隆起带成熟度较低，烃源岩多处于未成熟—低熟阶段，Ro一般小于0.7%，埋深为1 000～2 000 m；而孔东、孔西斜坡及南皮斜坡受到两侧断层的控制，大幅度沉降，致使其成熟度相对较高，进入低成熟—成熟阶段，Ro为0.7%～1.3%，埋深为2 000～3 500 m。

3.2 沉积环境对优质烃源岩发育的影响

研究区Z68-12、G181、G995井分别位于孔二段时期孔南地区的斜坡及深凹部位，整体为一套前三角洲—半深湖—深湖沉积环境，易发育优质源岩。结合典型井纵向上层序分析可知，Ek22、Ek23页岩层系为孔二段沉积时期的湖进体系域，形成了页理发育、薄互相间的优质烃源岩，而往上的水体逐渐变浅，亦导致Ek21页岩层系烃源岩质量相对较差，与之前生烃潜力评价分析结果亦有良好的对应关系(图3)。

图3 孔南地区Ek22、Ek23页岩层系优质烃源岩与相和层序的关系

3.3 优质烃源岩分布特征及致密油有利生烃区预测

3.3.1 优质烃源岩分布特征

根据研究区优质烃源岩的评价标准，在构造沉积特点认识的基础上，对孔东、孔西及南皮斜坡近90口单井进行了测井TOC解释(△logR法)及地球化学参数分析，统计了优质源岩厚度，准确地反映了Ek22、Ek23优质烃源岩的分布情况(图4)。Ek22、Ek23优质烃源岩厚度分别为20～60 m及30～70 m。由于受最大湖泛面影响，Ek23优质烃源岩分布面积相对较大。结合国内外致密油评价，初步将研究区的优质烃源岩厚度下限定为40 m，针对该评价标准，Ek22、Ek23优质烃源岩厚度大于40 m的平面分布具有一定差异。Ek22优质烃源岩主要集中在孔西斜坡，以Z68-12等井为高值中心；南皮斜坡，以G2209、GD6X1等井为高值中心；孔东斜坡，以G98、G995等井为高值中心；中央隆起带，以G180井为高值中心。与Ek22相比，Ek23优质烃源岩分布范围相似，仅东部地区具有一定差异，以G995井西南侧为高值中心，总体面积相对稍大。

图4 孔南地区孔二段有利生烃区预测

3.3.2 有利生烃区预测

根据上述对Ek22、Ek23页岩层系分析及评价结果，选取了影响研究区生烃区发育的构造背景、沉积相、地球化学参数、优质烃源岩厚度、压力系数等控制因素，建立了孔南地区孔二段有利生烃区评价参数表(表2)，综合预测了Ek22、Ek23页岩层系致密油的有利生烃区和较有利生烃区。

对比评价标准可以看出，Ek23页岩层系优质烃

表2 孔南地区孔二段有利生烃区评价参数

源岩生烃能力及资源储量相对优于Ek22油层组。平面上，Ek22页岩层系致密油有利生烃区整体成条带状分布，分别位于孔西斜坡(风化店—沈家铺—肖官屯西侧一带)、孔东斜坡(东关西南缘一带)、南皮斜坡(集北头西侧)；较有利生烃区受有机质成熟度、沉积、构造及压力系数等因素的制约，仅呈环状分布于中央隆起带区域的肖官屯地区。Ek23页岩层系致密油有利生烃区的面积比Ek22页岩层系大，分布区域较为相似，仅在孔东断层相关区域具有一定差别；较有利生烃区为中央隆起区域西侧，呈条带状分布(图4)。

针对致密油勘探的部署，需在充分认识有利生烃区的分布范围基础上，综合考虑储层物性、含油气饱和度及埋深等多方面因素[7]。孔西斜坡Z68-12—G89—G139井连片区域、孔东斜坡G89—G995井连片区域、南皮斜坡G2209—GD6X1井连片区域为Ek22、Ek23页岩层系有利生烃区，且相互叠置，利于近源聚集；储层主要为三角洲前端沉积，物性相对较好，埋深为2 000～3 500 m。其中，致密油井Z68-12、G995、GD6X1测井解释的含油饱和度为30%～80%，整体致密油勘探潜力大、风险相对较低。而中央隆起带G181—G180井连片区域为较有利生烃区，主要分布于隆起区域，埋深较浅，成熟度相对较低，油质相对较重，油气转化能力较弱，且储集物性致密，其致密油勘探潜力相对较小，勘探难度亦相对较大。

4 结论与建议

(1) 明确了黄骅坳陷孔南地区孔二段生烃潜力，建立了研究区致密油优质烃源岩的评价标准，优选了Ek22和Ek23油层组为优质烃源岩。综合分析认为，Ek22、Ek23优质烃源岩具有双段式演化特征，早期生烃、晚期成藏，发育异常高压，生烃效率高，与北美Bakken页岩层系具有较好的可比性，资源潜力巨大。

(2) 孔南地区Ek22、Ek23优质烃源岩层系叠合连片，大面积分布，受构造背景及沉积环境影响明显，横向上与油气密切共生，致使油气源内或近源聚集。综合8类有利生烃区评价参数，认为Ek22、Ek23有利生烃区为风化店—沈家铺—肖官屯西侧一带、东关西南缘一带、集北头西侧一带；较有利生烃区主要为中央隆起带西—西南缘一带。

(3) 在孔二段有利生烃区分布、油气显示、储层物性及埋深条件认识下，建议以孔西斜坡Z68-12—G89—G139井连片区域、孔东斜坡G98—G995井连片区域和南皮斜坡G2209—GD6X1井连片区域为孔南地区孔二段致密油勘探部署区域。

[1] 林森虎，邹才能，袁选俊.美国致密油开发现状及启示[J].岩性油气藏，2011，23(4)：25-30.

[2] 韩冰，李勇，吕建荣.黄骅坳陷孔南地区孔二段沉积体系[J].特种油气藏，2011，18(5)：67-70.

[3] 董清源，刘小平，李洪香，等.黄骅坳陷孔南地区孔二段页岩油藏形成条件分析[J].天然气地球科学，2013， 24(1)：188-198.

[4] 王永诗，李政，巩建强，等.济阳坳陷页岩油气评价方法——以沾化凹陷罗家地区为例[J].石油学报，2013，34(1)：83-91.

[5] 国建英，等.黄骅坳陷孔南地区油页岩的排烃模拟试验[J].石油天然气学报， 2009，31(2)：1-5.

[6] 能源，等.黄骅坳陷孔南地区新生代断裂特征及其与油气关系[J].现代地质，2009，23(6)：1077-1084.

[7] 李宏军，等.南皮斜坡孔二段油气分布规律及主控因素分析[J].特种油气藏，2015，22(1)：56-61.

编辑 黄华彪

20150412；改回日期：20150601

国家自然科学基金“湖相未熟—低熟页岩油形成与聚集机理”(41372144)

董清源(1987-)，男，助理工程师，2010年毕业于长江大学资源勘查工程专业，2013年毕业于中国石油大学(北京)矿产普查与勘探专业，获硕士学位，现主要从事油气成藏地质学、地震综合解释研究工作。

刘小平(1971-)，男，副教授，1993年毕业于西南石油学院石油地质专业，2002年毕业于石油大学(北京)矿产普查与勘探专业，获博士学位，现主要从事石油地质教学和研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.013

TE122.1

A

1006-6535(2015)04-0051-05