一般的,评价某种泥岩能否成为烃源岩的最主要的三个参数是:(残余)有机碳丰度(TOC)、成熟度(Ro,注:这个下标是英文o决不是数字0,代表油镜下的反射光强度。前几日看到某国内著名期刊的稿件修改意见中居然要求这里是0,有点惊愕了~)及有有机质类型。在评价一种烃源岩的优劣时,这至少这三个参数是要同时考虑的,才能得出最初的评价——不是最终的结论!。
一、有机碳丰度(TOC%)
好的烃源岩一般具有高丰度的有机碳,但是反过来却是不成立的,即丰度高并不能代表好的烃源岩。因为烃源岩要生烃,不仅要有碳,还要有氢。如果烃源岩的氢含量极少(即HI或H/C原子比很小),那么这块源岩至多只能是气源岩,不足以生油。烃源岩中氢的含量(用氢指数或氢碳原子比衡量)其实很大程度是决定了有机质的类型,即氢指数反映有机质类型。如Ⅰ型有机质的HI一般在600~800mg/g(HImax=1200),Ⅱ型则是200~600,Ⅲ型一般就要小于200了。
在用有机碳丰度来评价烃源岩优劣时,不能不考虑成熟度的影响——烃源岩在生烃过程中,根所物质平衡的原则,有机碳丰度总是要降低的。因此,如果不考虑有机质成熟度,而用简单的TOC的分级(如1~2中等,>2好烃源岩)评价烃源岩的优劣可能得出错误的结论。笔者认为评价一种烃源岩首先要对其成熟度做出大致的评估。如果一种有机质的成熟很低(小于0.6%),那么后续的评价没有多大的意义,有机碳丰度再高,类型再好有什么用呢?——这种源岩要生油,再过几Ma年再来吧。
[此部分作为对haolly评论而发,对上面的表述可能产生的一些误解进行些许解释]
关于原始有机质丰度评价问题
原始烃源岩的有机质丰度很难恢复,目前几乎所有的有机碳的恢复算法,不论复杂与否,其最核心内容都是对转换率进行估算。而对转换率的估算往往会出现“乌龙球”的现象。比如,K.E Peter(The Biomarker Guide,Vol1,P117)提出用HI来恢复原始有机碳,其公式推导很复杂,在他的生标物指南(上)中大概花了两个页面来推导,但是仔细看,就可以发现他的算法要完成有机碳恢复最关键的是给出原始HI的值。这样我们可以反观一下,如果业已知道原始的HI,那么根据当前的HI,完全可以对这个源岩的生烃量有一个准确的评价——这也是恢复原始有机碳终级目的!现在这个乌龙是这样的:残余有机质丰度指标->原始有机质丰度指标估计->丰度恢复->源岩生烃贡献<-物质平衡法计算生烃量(原始有机质丰度-残余有机质丰度)。
恢复原始有机碳还有一种方法是通过对盆地边缘取样,以盆地边缘低成熟的样品来作为盆地中央高成熟样品的原始状态。这也是我们目前采取评价低成熟烃源岩可以成功的重要原因——大部分探井不是为找烃源岩而设计的,因此往往只打到真正供烃的源岩的边缘,如果烃源岩比较均质的,那么可以近似的认为这些可以反映成熟烃源岩的原始状态。
原始有机碳丰度恢复的最后一种方法是通过烃源岩演化剖面来确定恢复系数的或转化率。这种方法是可行的,但实际操作是比较复杂的——你要在一个盆地找到可认为是同一套烃源岩的不同成熟度点的样品,然后来绘制这个剖面。但是,有多少人是只画了几口井的地化剖面,然后就指着这口井的地化演化剖面来评价烃源岩的成熟或排烃门限的?-----------当然可能还有其它一些方法,限于阅读面,不能一一列举。
二、有机质类型
判断有机质类型最常用的是在范氏图(Van Krevelen)上对岩石热解(Rock-Eval)数据进行解释。用这种方法解释有机质类型时,应当考虑混合类型源岩的存在。比如Ⅰ型和Ⅲ型混合可能解释为Ⅱ型,但是从范氏图上估算两者之间的混合比例是比较困难的。不过由于不同类型源岩的S2峰是不同的,因此,可以通过PY-GC来评价各种类型有机质所占的比例。事实上,特别是在范氏图上分界的附近的有机质类型变数更大,因此很有必要采取范氏图之外其它的手段来确定有机质类型。
三、有机质成熟(Ro%)
有机质成熟度最最常用的就是镜质体反射率的。镜质体反射率的测试对像是均质镜质体,在镜下表现为比较连续的灰白色区域。镜质体反射率的测定对于可以取到对应层位的煤样的地方,基本可以得到准确的数值,但是对于如湖相源岩,这种情况较为难得,因此Ro的测量值会有比较大的误差——找不到均质镜体或少有均质镜质体。而且也有研究认为一些高丰度的烃源岩,对Ro也有抑制作用。尽管Ro的测量值存在这样或那样的问题,但是结合Tmax,HI等参数,笔者认为大部分时候还是可以得到较为满意的测试结果。Ro用于解释烃源岩的生排烃史时,最大的问题可能在于盆地的抬升,剥蚀的干扰。如果不考虑这些地质条件,可能得到不可靠的结论。所以,大部分时候我们需要借助1D模拟来辅助判断(现在1D的模型已经很成熟了,而且也有免费的商业软件——PetroMod 1D,如果你找不到,赶紧Call我吧)。-------------对于一些特殊的沉积环境,成熟度还有更可靠的指标,比如牙形石,孢粉指数等,这部分可以参见http://www.humble-inc.com/上的参考资料。
[Ref] AAPG.Bull v.93(3),2009- Harry Dembicki Jr. Three common source rock evalution errors made by geologist during prospect or play appraisals.