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南堡凹陷主要存在东三段(Ed3)、沙一段(Est)和沙三段(Es3)三套烃源岩,目前在主要烃源层的地球化学特征、区域分布趋势和油源分析上均取得了显著的研究进展。但是在有效烃源岩和优质烃源岩的地球化学特征、形成环境、分布特征及油源贡献等研究方面仍存在有待解决的问题。论文主要针对研究区油气勘探中存在的问题,系统分析了南堡凹陷古近系烃源岩的生烃潜力和演化特征,开展了精细的油源对比;在此基础上讨论了研究区有效烃源岩和优质烃源岩的地球化学特征、形成环境和分布规律。结果表明,研究区主力烃源岩分布在Ed3、ES1和Es3,其中Es3烃源岩主要分布在高柳断层以北的拾场次凹,南部地区很少钻揭这套地层;而Ed3和Es1烃源岩主要分布在高柳断层以南的林雀次凹、柳南次凹和曹妃甸次凹。
根据烃源岩中饱和烃生物标志物组合特征将南堡凹陷古近系烃源岩划分为A、B、C三大类型,其中有效烃源岩为A类和C类烃源岩,主要分布在Ed3、Es1和Es3。油源分析结果表明,柳赞油田和高尚堡油田明化镇组与馆陶组原油主要来源于Ed3-Es1的A类烃源岩,Es3原油主要来源于Es3的C类烃源岩,部分原油属于Ed3-ES1与Es3的混源油;老爷庙和北堡油田的原油主要来源于Ed3-Es1的A类烃源岩。混源油混源比估算结果显示,高柳断层附近原油为Es3和Ed3-Es1烃源岩的混源油,其中Ed3-Es1烃源岩的油源贡献占70%左右,Es3烃源岩油源贡献约30%,表明高柳断层对来源于Ed3-Es1段烃源岩的原油起输导作用,而对来源于Es3烃源岩油气有一定的封堵作用。
在烃源岩生烃潜力、演化规律和油源特征综合研究的基础上,提出了有效烃源岩和优质烃源岩的识别标志,其中有效烃源岩的识别标志为:岩性包括油页岩、钙质页岩和深灰色泥岩等,TOC大于0.5%,S1+S2大于4mg/g,有机质类型Ⅱ1为主,显微组分以壳质组和矿物沥青组分为主,Ro大于0.6%,Pr/Ph小于2,伽马蜡烷含量也很低,C27、C2s、C29规则甾烷呈“V”型分布,ααα20RC27甾烷大于或等于C29甾烷,含有一定含量的4-甲基甾烷。优质烃源岩特征为TOC大于1.5%,S1+S2大于6mg/g,有机质类型以Ⅱ1型为主,显微组分以壳质组和矿物沥青组分为主,Ro大于0.6%,C27规则甾烷含量大于C29规则甾烷,含有高丰度的4-甲基甾烷。
通过对典型油藏原油特征和油源的分析,明确了古近系A类和C类烃源岩可以为凹陷不同地区油藏提供油源,根据烃源岩的生物标志物特征,探讨了有效烃源岩的形成环境。结合潜在烃源岩的分布特征,不同地质时期的热演化特征以及沉积相资料,结合层序地层和地震地层研究成果,确定了凹陷内古近系有效烃源岩和优质烃源岩的分布范围,结果表明研究区有效烃源岩主要分布在拾场和柳南次凹的Es35,拾场、林雀和曹妃甸次凹的E833-4,林雀和曹妃甸次凹的Ed3以及Es1。优质烃源岩主要分布拾场次凹、林雀和曹妃甸次凹的Es33-4。