柴北緣侏羅系烴源巖甲基菲指數(shù)與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系

柴北緣侏羅系烴源巖甲基菲指數(shù)與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系

0甲基菲比值與表面活性劑的相互作用柴達(dá)木盆地北緣的油氣主要來自中侏羅世泉巖和下侏羅統(tǒng)儲液，但不同油田的原油成熟度存在顯著差異。低產(chǎn)油分布在高成熟的凝析油中。原油成熟的確定對評估油源和跟蹤原油形成過程非常重要。目前確定烴源巖中有機(jī)質(zhì)的成熟度相對較容易且方法較多,而確定原油成熟度則主要利用甾萜類和芳烴等分子成熟度參數(shù)。但許多常用的分子成熟度參數(shù)均有其自身的局限性,大多只適用于生油高峰前的演化階段,不能準(zhǔn)確衡量來源于生油窗晚期或高成熟階段烴源巖生成原油的成熟度。甲基菲指數(shù)作為成熟度參數(shù)具有較廣的適用范圍。據(jù)包建平等的研究,甲基菲比值與鏡質(zhì)體反射率及埋深之間的相關(guān)性優(yōu)于甲基菲指數(shù),應(yīng)用甲基菲比值研究原油(尤其是高熟的輕質(zhì)油和凝析油)成熟度更為有效。本次研究通過烴源巖熱模擬實(shí)驗(yàn),分析甲基菲的組成特征,建立柴北緣侏羅系烴源巖甲基菲比值或指數(shù)與鏡質(zhì)體反射率Ro間的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上確定原油的成熟度。1烴源巖樣色質(zhì)譜分析考慮到柴北緣原油大多來源于中、下侏羅統(tǒng)Ⅱ型有機(jī)質(zhì)的湖相烴源巖,故分別選擇深86井3505m和魚25井294m的2個未成熟—低成熟階段烴源巖樣品,前者代表柴北緣下侏羅統(tǒng)上部有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型的湖相烴源巖,后者代表柴北緣中侏羅統(tǒng)有機(jī)質(zhì)類型偏腐泥型的湖相烴源巖(見表1)。實(shí)驗(yàn)方法:選擇250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃和450℃共8個溫度點(diǎn),采取程序升溫的形式,在設(shè)定溫度點(diǎn)恒溫72h對烴源巖樣品進(jìn)行模擬加熱,模擬實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)間對應(yīng)的Ro值介于0.6%～2.28%。對烴源巖在熱模擬過程中生成的液態(tài)烴進(jìn)行定量色譜質(zhì)譜分析。色譜質(zhì)譜分析:色譜和質(zhì)譜儀器分別為HP6890色譜儀和5973MSD臺式質(zhì)譜儀。色譜柱為HP-5ms石英彈性毛細(xì)柱(30m×0.25mm×0.25μm)。升溫程序:50℃恒溫1min,從50℃至100℃的升溫速率為20℃/min,100℃至310℃的升溫速率為3℃/min,310℃恒溫20min。進(jìn)樣器溫度300℃,進(jìn)樣方式為脈沖不分流,脈沖壓力6.90kPa。色譜柱采用恒流模式,流量1.0mL/min。質(zhì)譜離子源類型為電子轟擊(EI),離子源溫度為230℃,離子源電離能為70eV。2結(jié)果與討論2.1有機(jī)質(zhì)類型對mpi與ro的關(guān)系Radke等通過在西加拿大的研究,提出了甲基菲指數(shù)MPI,并建立了鏡質(zhì)體反射率與甲基菲指數(shù)間的回歸方程。他們認(rèn)為,在正常有機(jī)質(zhì)演化階段,甲基位置的重排占據(jù)主導(dǎo)地位,即甲基由熱不穩(wěn)定的C-1和C-9位轉(zhuǎn)移到熱穩(wěn)定的C-2和C-3位,MPI由小變大;而在高成熟階段脫甲基作用成為主要因素,因而無取代基的菲含量增加,并導(dǎo)致MPI由大變小。后來陸續(xù)有研究者在不同盆地針對不同沉積相帶不同有機(jī)質(zhì)類型研究了MPI與有機(jī)質(zhì)成熟度間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)這一參數(shù)不但受有機(jī)質(zhì)成熟度的影響,而且還受沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)類型的影響[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18],這就大大地限制了這一參數(shù)的地質(zhì)應(yīng)用。筆者在研究過程中也發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況頗為復(fù)雜,如:無取代基菲的含量在具有相近成熟度的不同樣品中差異懸殊;即使是在未成熟的樣品中無取代基菲的含量也很高;而在有些烴源巖中,隨著埋深增加,無取代基菲的含量并沒有發(fā)生相應(yīng)的變化。本次實(shí)驗(yàn)揭示,隨模擬實(shí)驗(yàn)溫度的升高,3-甲基菲(3-MP)和2-甲基菲(2-MP)的相對含量增加(相對于9-甲基菲(9-MP)和1-甲基菲(1-MP)),同時無取代基菲(P)在菲系列化合物中的相對含量也迅速增加(見圖1、圖2)。這一現(xiàn)象證實(shí)在有機(jī)質(zhì)熱演化過程中,不但甲基的位置發(fā)生了轉(zhuǎn)移,即由熱不穩(wěn)定的異構(gòu)體向熱穩(wěn)定的異構(gòu)體轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致3-甲基菲和2-甲基菲的豐度逐漸增加,而9-甲基菲和1-甲基菲的豐度則逐漸下降;同時還發(fā)生了明顯的脫甲基作用,即甲基菲發(fā)生脫甲基作用轉(zhuǎn)變成無取代基的菲。本次模擬實(shí)驗(yàn)分析了2種有機(jī)質(zhì)類型不同的烴源巖樣品甲基菲指數(shù)MPI(MPI=1.5×(3-MP+2-MP)/(P+9-MP+1-MP))與Ro(Ro值介于0.50%～1.80%)之間的關(guān)系。總體上MPI與Ro間的關(guān)系呈現(xiàn)出2段式變化,即在早期階段,MPI與Ro是正相關(guān)的,而在晚期階段MPI與Ro負(fù)相關(guān);而且對于有機(jī)質(zhì)類型存在差異的不同烴源巖而言,正相關(guān)與負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率值也存在差異(見圖3)。這一現(xiàn)象說明MPI除受有機(jī)質(zhì)成熟度影響外,也受有機(jī)質(zhì)類型影響,進(jìn)一步證實(shí)用甲基菲指數(shù)MPI判斷有機(jī)質(zhì)成熟度不太合適。通過數(shù)學(xué)回歸,可分別得到有機(jī)質(zhì)類型不同的2類烴源巖中甲基菲指數(shù)MPI與折算鏡質(zhì)體反射率Rc間的關(guān)系式。①有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型烴源巖:Rc=1.5018MPI+0.0988；R2=0.9797(Ro≤1.0%)Rc=?1.2383MPI+1.8274；R2=0.9494(Ro≥1.0%)Rc=1.5018ΜΡΙ+0.0988；R2=0.9797(Ro≤1.0%)Rc=-1.2383ΜΡΙ+1.8274；R2=0.9494(Ro≥1.0%)②有機(jī)質(zhì)類型偏腐泥型烴源巖:Rc=1.5157MPI+0.1142；R2=0.9529(Ro≤1.2%)Rc=?1.8903MPI+2.4639；R2=0.9958(Ro≥1.2%)Rc=1.5157ΜΡΙ+0.1142；R2=0.9529(Ro≤1.2%)Rc=-1.8903ΜΡΙ+2.4639；R2=0.9958(Ro≥1.2%)根據(jù)上述關(guān)系式,可以利用MPI計(jì)算原油的成熟度。但由于在有機(jī)質(zhì)熱演化的不同階段,甲基菲指數(shù)MPI與鏡質(zhì)體反射率間呈現(xiàn)出不同的關(guān)系式,故據(jù)此關(guān)系式同一MPI值將推算出2個大小不同的Rc值,判斷原油成熟度易出現(xiàn)偏差。而通過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),無論烴源巖有機(jī)質(zhì)類型偏腐泥型還是偏腐殖型,甲基菲比值MPR(MPR=(3-MP+2-MP)/(9-MP+1-MP))與鏡質(zhì)體反射率之間均具有很好的線性正相關(guān)關(guān)系,Ro介于0.50%～1.80%時MPR呈現(xiàn)單調(diào)增加的趨勢,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.90以上(見圖4),而且在高成熟階段兩者間的關(guān)系也是正相關(guān)的。利用這一相關(guān)關(guān)系計(jì)算原油生成時烴源巖中有機(jī)質(zhì)的成熟度不但有理論依據(jù),而且切實(shí)可行。通過數(shù)學(xué)回歸,分別得到柴北緣地區(qū)有機(jī)質(zhì)類型不同的2類侏羅系烴源巖中甲基菲比值MPR與折算鏡質(zhì)體反射率Rc間的關(guān)系式。①有機(jī)質(zhì)類型偏腐泥型的烴源巖:Rc=0.5946ln(MPR)+0.9728R2=0.9289(Ro＜1.8%)Rc=0.5946ln(ΜΡR)+0.9728R2=0.9289(Ro＜1.8%)②有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型的烴源巖:Rc=0.5561ln(MPR)+0.9148R2=0.9257(Ro＜1.8%)Rc=0.5561ln(ΜΡR)+0.9148R2=0.9257(Ro＜1.8%)2.2不同構(gòu)造上烴源巖埋深對油氣的支持以上研究是在對柴北緣地區(qū)2種主要類型烴源巖進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,所得公式也是建立在對柴北緣烴源巖的清晰認(rèn)識和對大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的細(xì)致分析之上的,筆者認(rèn)為用MPR與Ro間關(guān)系式判斷柴北緣原油成熟度,依據(jù)是充分的。為了能客觀體現(xiàn)不同構(gòu)造單元上原油的成熟度,克服不同有機(jī)相帶烴源巖所生原油混合的影響,采用取2類烴源巖關(guān)系式計(jì)算結(jié)果平均值的方法確定原油成熟度,計(jì)算結(jié)果見圖5。通過計(jì)算,冷湖構(gòu)造帶由三號構(gòu)造到四號構(gòu)造再到五號構(gòu)造原油成熟度逐漸升高;南八仙構(gòu)造深部儲集層中原油的成熟度高于淺部儲集層中原油;馬北構(gòu)造不同井不同層位原油的成熟度較為接近。從近年油氣成藏研究成果來看,冷湖構(gòu)造帶由三號構(gòu)造到四號構(gòu)造再到五號構(gòu)造原油成熟度增大的現(xiàn)象與其烴源巖埋深逐漸增大的趨勢一致,反映出盡管其原油來源相似,但不同構(gòu)造烴源巖埋深不同,熱演化程度存在差異;南八仙構(gòu)造存在油氣多期充注,次生成藏作用較強(qiáng);馬北地區(qū)油氣來源則相對單一。由此可見,利用以上通過模擬實(shí)驗(yàn)建立的柴北緣侏羅系烴源巖鏡質(zhì)體反射率與甲基菲比值間的關(guān)系計(jì)算得到的柴北緣各油田原油成熟度,與地質(zhì)背景吻合較好,可信度高,進(jìn)一步證實(shí),相對于甲基菲指數(shù),甲基菲比值能夠更好地反映有機(jī)質(zhì)的熱演化。3甲基菲比