黃橋－句容地區(qū)二疊－三疊系烴源巖生烴歷史及晚期成藏研究

黃儼然，張枝煥 （油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

劉繼勇 （中國石油化工股份有限公司華東分公司，江蘇 南京210011）

黎 瓊，藏春娟 （油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

黃橋－句容地區(qū)二疊－三疊系烴源巖生烴歷史及晚期成藏研究

黃儼然，張枝煥 （油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

劉繼勇 （中國石油化工股份有限公司華東分公司，江蘇 南京210011）

黎 瓊，藏春娟 （油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

黃橋－句容地區(qū)二疊－三疊系生儲蓋條件優(yōu)越，是目前油氣勘探的主要區(qū)域。烴源巖總體處于成熟和高成熟階段，生烴模擬試驗表明總有機碳含量在生烴過程中損失較少，可以作為評價較高成熟度烴源巖的有效指標。孤峰組、龍?zhí)督M和大隆組泥質烴源巖評價均為較好－好烴源巖，而以灰?guī)r為主的棲霞組和青龍組烴源巖生烴能力則很差。高含量的礦物瀝青基質和低值活化能的分布顯示源巖處于正在生烴的階段，活化能分布特征一定程度上反映了烴源巖的生烴過程，黃橋地區(qū)生烴溫度范圍跨度小，一進入主生烴期就能快速斷鍵生烴，而句容地區(qū)則更傾向于早期、多期生烴的特點。源巖均普遍經(jīng)歷了多次生烴，喜山期的二次生烴相繼進入生烴高峰階段，生烴轉化率主要取決于沉積埋藏史，演化程度慢的烴源巖保留生烴潛力，晚期繼續(xù)生烴有利于強烈構造運動下的保存成藏。

黃橋；句容；烴源巖評價；生烴歷史；晚期成藏

1 地質概況

下?lián)P子地區(qū)是我國南方重要的海相地層沉積及油氣分布的區(qū)域，具有巨大的勘探潛力，根據(jù)生儲蓋組合特征可分為上下兩套含油氣系統(tǒng)，上組合含油氣系統(tǒng)烴源層主要指上古生界二疊系和中生界下三疊統(tǒng)［1］。該地區(qū)經(jīng)歷了長期復雜的構造運動，喜山運動后形成了現(xiàn)今蘇南和蘇北兩大構造單元格局［2］，蘇南地區(qū)以隆升剝蝕為主，剝蝕程度自北向南逐漸加??；而蘇北地區(qū)則以持續(xù)性沉降為主要特征。黃橋－句容地區(qū)均是其中含油氣遠景較好的地區(qū)［3］，勘探程度相對較高，有大量的油氣顯示并有低產(chǎn)油流發(fā)現(xiàn)?？傮w上上組合的烴源巖地球化學特征比較相似［4］，研究其烴源巖的地球化學特征和生烴歷史，有助于了解該地區(qū)油氣來源、生烴過程和不同歷史時期生烴與成藏的時空配置關系，特別是強烈構造運動背景下的 “二次生烴、晚期成藏”利于保存的組合關系，從而為該區(qū)油氣勘探和評價提供地球化學依據(jù)。

2 烴源巖地球化學特征

2.1 烴源巖分布特征

黃橋－句容地區(qū)上組合烴源巖類型按巖性主要分為碳酸鹽巖和碎屑巖兩大類，自下而上分別為二疊系棲霞組 （P1q）、孤峰組 （P1g）、龍?zhí)督M （P2l）、大隆組 （P2d）和下三疊統(tǒng)青龍組 （T1qn）。由于斷層廣泛發(fā)育，地層破碎嚴重，黃橋－句容地區(qū)主要運用地層對比法進行烴源巖分布層段厚度的恢復。其中P1q以大套灰?guī)r為主，包括生物碎屑灰?guī)r及臭灰?guī)r，偶見薄煤層，最大累計厚度可達500m；P2l以含煤的泥巖為主，夾多套致密砂巖，地層厚度較大，一般在150m左右；P1g以黑色泥巖、碳質泥巖和煤為主；P2d以泥巖夾硅質泥巖為主，厚度均相對較??；T1qn上部以深灰色灰?guī)r為主，下部為灰?guī)r、黑色薄層泥巖夾泥灰?guī)r，厚度可達1000m以上。烴源巖的沉積環(huán)境是陸表海相－海陸過渡相－陸緣海相－海陸過渡相－陸表海相的演化過程，有機質的來源以海相有機質為主。

圖1 黃橋－句容地區(qū)烴源巖鏡質體反射率Ro分布圖

2.2 有機巖石學特征

對黃橋－句容地區(qū)烴源巖進行評價就不得不考慮到其演化程度，統(tǒng)計巖心樣品鏡質體反射率 （Ro）分布發(fā)現(xiàn)，Ro主要集中在1%～1.4%之間 （圖1），總體上處在成熟和高成熟階段。烴源巖顯微組分以鏡質組為主，大多數(shù)在80%以上，部分甚至達到100%，而惰質組和殼質組的含量極低。有機質類型主要為Ⅲ型，少量為Ⅱ2型。主要生烴組分為藻質碎屑，形態(tài)有機質含量較低，一般在0.8%～3%之間，在很多灰?guī)r樣品中鏡下根本沒有發(fā)現(xiàn)形態(tài)有機質，生烴能力很差。而鏡下顯示大部分樣品均含有相當數(shù)量的礦物瀝青基質，如黃橋地區(qū)溪2井P2l泥巖樣品中含量達88.2%，句容地區(qū)句13井T1qn泥巖樣品中達67.5%。礦物瀝青基質在巖石中往往以隱含的細分散有機質形態(tài)出現(xiàn)，以次生產(chǎn)狀和較強的黃色、黃綠色熒光而與其他類型有機質或礦物相區(qū)別，主要是由于生排烴作用形成的［5］，并不代表生烴的富氫組分，表明源巖處在正在生烴的階段。因此在對烴源巖評價的過程中必須考慮到已發(fā)生生烴作用的現(xiàn)今烴源巖殘余有機質豐度能否代表其完整的生烴潛力。

2.3 生烴條件分析

二疊－三疊系烴源巖巖性復雜，其中包括泥巖、頁巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、碳質泥巖和煤等。通過對黃橋－句容地區(qū)137塊巖心樣品不同層位巖性分布統(tǒng)計發(fā)現(xiàn) （圖2），T1qn以灰?guī)r為主，但泥巖和泥質灰?guī)r也占了相當比例；P2d和P2l巖性類似，均以泥巖為主，夾一些薄煤層；P1g以煤層和泥巖層段為主；而P1q以灰?guī)r為主，局部夾一些煤線，這與在安徽巢湖地區(qū)地表露頭所見到相同地層的巖性分布情況一致。

表1 封閉性生烴模擬試驗樣品殘渣有機質豐度參數(shù)分布特征

由于經(jīng)歷了一定的生烴過程，現(xiàn)今各參數(shù)均為殘余的地球化學評價指標。在此選取具有代表性的黃橋地區(qū)N9井T1qn和溪1井P2d烴源巖樣品進行封閉性生烴模擬試驗，熱模擬溫度分別為300、350、375、400、450℃，各溫度點條件下恒溫24h。收集反應后樣品殘渣分為兩份，一份抽提出可溶有機質，另一份未經(jīng)任何處理，其有機地球化學參數(shù)變化如表1所示。由表中可以看出，隨著反應溫度的升高，生烴程度逐漸增大，375℃時2個樣品Ro達到1.29%，已基本進入高成熟階段。其樣品殘渣可溶烴S1、熱解烴S2等迅速降低，經(jīng)二氯甲烷抽提可溶有機質的樣品殘渣生烴潛力更低，反映了隨著生烴反應程度的增加，剩余生烴潛力逐漸減小。而不同生烴程度的烴源巖有機碳含量基本不變，已抽提和未抽提樣品殘渣的TOC也變化不大，生烴過程中有機碳含量相對于整體有機質損失較少，可反映原始的有機質豐度，且黃橋－句容地區(qū)烴源巖TOC與S1＋S2有很好的正相關關系 （圖3），因此可以作為評價較高成熟度烴源巖有機質豐度的有效手段。統(tǒng)計黃橋－句容地區(qū)二疊－三疊系不同層位不同巖性烴源巖有機質豐度評價參數(shù)平均值分布如表2所示，根據(jù)不同巖性采用不同的評價標準，整體而言二疊－三疊系為較好－好的烴源巖，T1qn和P1q的灰?guī)r烴源巖生烴潛力相對較低，TOC分別為0.17%和0.23%，主要的生烴能力應該是來自于其中的泥巖層段。顯微特征和IH－Tmax相關性均顯示有機質類型以Ⅲ型為主。

圖2 不同層位巖心樣品巖性統(tǒng)計

圖3 成熟烴源巖有機碳與生烴潛力對應關系

表2 黃橋－句容地區(qū)二疊－三疊系烴源巖有機地球化學參數(shù)平均值分布

2.4 活化能分布特征

從化學動力學來看，油氣的生成是成分和結構極其復雜的干酪根在吸收一定熱量后，各種不同雜原子鍵和碳鍵斷裂或結合生成烴類產(chǎn)物的過程，活化能的大小直觀地反映了生烴母質的動力學特征［6］。對下?lián)P子地區(qū)較高成熟度和以Ⅲ型有機質為主的烴源巖，適用于具有一個相同指前因子和一個活化能離散分布的平行一級反應模型［7］，來反映不同生烴組分的生烴特征。在此選取有機質豐度較高而成熟度相對較低的烴源巖，主要包括黃橋地區(qū)N9井、溪2井和句容地區(qū)N1井、N10井巖心樣品，在減小試驗誤差的情況下盡可能反映烴源巖完整的生烴特征。為了提高參數(shù)求取過程的穩(wěn)定性，分別采用了10～50℃/min共5種升溫速率進行試驗，10℃/min升溫速率試驗結果如圖4所示。黃橋地區(qū)烴源巖生烴活化能集中分布于330kJ/mol左右，生烴潛能占60%以上，其活化能整體高于一般Ⅰ、Ⅱ型干酪根的生烴活化能分布。這主要有兩方面原因：一是有機質類型相對較差，以腐殖型有機質為主，而腐殖型有機質生烴所需的活化能普遍大于腐泥型；二是低活化能有機質生烴組分所需能量低，從而容易生烴，剩下未生烴的組分活化能則相對較高。句容地區(qū)源巖活化能分布特征與黃橋地區(qū)相似，但生烴活化能主峰帶相對較低，主要集中在270kJ/mol左右，值得注意的是在100kJ/mol左右有一個明顯的高峰帶，現(xiàn)代沉積物中浮游藻和底棲藻有機質生烴活化能也為217kJ/mol［8］，源巖生烴組分不可能有這么低的活化能，因此推測為源巖中已生成烴類產(chǎn)物的裂解反應，黃橋地區(qū)樣品也有類似現(xiàn)象，只是相對沒有句容地區(qū)樣品那么明顯。

圖4 不同烴源巖的生烴轉化率與溫度對應關系

3 生烴歷史研究

絕大部分源巖已經(jīng)歷了一定的生烴反應，因此其活化能分布特征并不能表述源巖整個生烴過程，但通過不同成熟度的源巖特征仍可以研究其生烴規(guī)律。將各生烴帶活化能與其生烴潛能占IH比率乘積的和視為幾何平均活化能，可以發(fā)現(xiàn)其活化能分布基本上隨著成熟度的增大而增大，這也說明了為什么現(xiàn)今成熟源巖的活化能普遍偏高。將10%～90%轉化率視為有效生烴階段，50%轉化率作為轉化中軸，黃橋地區(qū)源巖生烴曲線陡峭，當溫度上升到一定階段時，有機質將迅速轉化生烴；相比之下句容地區(qū)樣品生烴曲線則較為寬緩，生烴期較長。生烴活化能跨度ΔE和溫度跨度ΔT表現(xiàn)為：ΔE黃橋＞ΔE句容，ΔT句容＞ΔT黃橋，而生烴速率V黃橋＞V句容。黃橋地區(qū)樣品有效生烴溫度高，生烴溫度范圍跨度小，生烴成分主要化學鍵斷裂所需能量相近，一進入主生烴期就能快速斷鍵生烴；而句容地區(qū)50%生烴轉化率時溫度最低，生烴溫度范圍跨度大，更傾向于早期、多期生烴的特點。油源對比證實了原油主要來源于二疊－下三疊統(tǒng)源巖，據(jù)鉆遇地層發(fā)育狀況和構造運動背景，結合地質參數(shù)模擬單井生烴史－埋藏史結果見圖5所示，可見烴源巖普遍經(jīng)歷了二次生烴，一次生烴發(fā)育在燕山早中期，由于受到抬升生烴暫時終止，二次生烴則主要發(fā)育在喜山期，相繼進入了生烴高峰階段。

4 油氣地質意義

構造沉降－地層沉積是一般沉積盆地源巖成熟的主要原因，盆地模擬表明快速、大幅度沉降期是生烴的主要時期［9］，因此生烴史與其沉降類型緊密相連。下?lián)P子地區(qū)構造復雜，甚至有拉張走滑作用形成地層的倒轉和重復，給埋藏史的恢復帶來了相當大的困難。對于下?lián)P子復雜的構造運動背景來說，經(jīng)歷了多個沉積埋藏－抬升剝蝕的旋回過程，烴源巖往往不是簡單的一次性埋藏，而是夾著多次不同幅度的抬升和剝蝕，生烴過程復雜，因此普遍具有二次或晚期的生烴特征。早期生成的油氣散失嚴重不利于保存，而演化程度慢的烴源巖保留生烴潛力，使得晚期繼續(xù)生烴成藏，這是一種有效的 “保存實力”，時間越晚生烴有效程度越高，對晚期成藏貢獻越大。現(xiàn)今研究區(qū)正處于或者剛剛結束生烴高峰，源巖仍具有相當?shù)纳鸁N潛力，有利于晚期保存成藏。黃橋－句容地區(qū)原油主要來自于二疊－三疊系源巖，儲層則為P2l致密砂巖和T1qn裂縫型碳酸鹽巖，主要表現(xiàn)出自生自儲的的特點。油氣運移距離短，可能是運移條件不佳或運移時間尚短綜合造成的，而鏡下觀察源巖正在生烴，生成的油氣大量殘留在源巖中，總體反映了現(xiàn)今油氣的生成時間較晚，有利于強烈構造運動背景下的油氣保存。

圖5 黃橋－句容地區(qū)單井烴源層埋藏史－生烴史

5 結 論

1）黃橋－句容地區(qū)二疊－三疊系烴源巖巖性復雜，P1q和T1qn碳酸鹽巖生烴能力較差，主要的生烴能力是其中的泥質層段，而P1g、P2l和P2d泥質烴源巖均為較好－好的烴源巖。

2）源巖現(xiàn)今為成熟－高成熟演化階段，高含量的礦物瀝青基質和低值活化能的分布顯示源巖處于正在生烴的過程，殘余有機碳含量可以作為高成熟背景下評價有機質豐度的有效指標。

3）活化能總體較高，黃橋地區(qū)源巖生烴速率快，一進入主生烴期就能快速斷鍵生烴；而句容地區(qū)更傾向于早期、多期生烴的特點。

4）源巖普遍有二次生烴現(xiàn)象，二次生烴主要發(fā)育在喜山期，生烴轉化率主要取決于沉積埋藏史，生烴時間越晚越有利于保存成藏。

［1］肖開華，沃玉進，周雁，等.中國南方海相層系油氣成藏特點與勘探方向 ［J］.石油與天然氣地質，2006，27（3）：316～325.

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［3］楊盛良.下?lián)P子區(qū)中生界構造特征及油氣遠景 ［J］.石油勘探與開發(fā)，1997，24（3）：10～14.

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［5］Dembicki H J.Three common source rock evaluation errors made by geologists during prospect or play appraisals［J］.AAPG Bulletin，2009，93 （3）：341～356.

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［9］袁玉松，郭彤樓，胡圣標，等.下?lián)P子蘇南地區(qū)構造－熱演化及烴源巖成烴史研究——以圣科1井為例 ［J］.自然科學進展，2005，15（6）：753～758 .

Study on Permian－Triassic Hydrocarbon Generation Evaluation and History of Late Accumulation in Huangqiao－Jurong Area

HUANG Yan－ran，ZHANG Zhi－h(huán)uan，LIU Ji－yong，LI Qiong，ZANG Chun－juan（First Author's Address：State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum；Faculty of Earth Sciences，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

In Permian and Triassic in Huangqiao－Jurong Area，the conditions of oil generation，reservoir and caprock were favorable，which was the area for oil exploration.The source rocks were at mature and highly mature stage，the simulation experiment of hydrocarbon generation showed that the loss of total organic carbon in the process of hydrocarbon generation was less，and it could be regarded as an effective index in the assessment of high source rocks.The argillaceous source rocks of the Gufeng，the Longtan and the Dalong Formations were all good－better source rocks，but the limestone of the Qixia and the Qiliong Formations was poor.The high content of mineral asphalt matrix and low activation energy indicated that the source rocks were at the stage of hydrocarbon generating，activation energy distribution reflected the process of hydrocarbon generation at certain extent，the temperature range of hydrocarbon generation was small in Huangqiao Area，and it quickly generated hydrocarbon when it went into the main generation time，in contrast，Jurong Area was better for early and multi－time hydrocarbon generation.The source rocks generally experienced many times of hydrocarbon generation，for the secondary hydrocarbon generation in Himalayan Period，the source rocks are at the peak of hydrocarbon generation，its conversion rate mainly depends on sedimentary burial history，the source rocks in slow evolution process retain more potential，and the continuous hydrocarbon generation at the late stage is beneficial for keeping the accumulation on intense tectonic movement.

Huangqiao；Jurong；source rock evaluation；hydrocarbon generating history；hydrocarbon accumulation at the late stage

TE122.1

A

1000－9752 （2012）03－0044－05

2011－08－06

國家科技重大專項 （2008ZX05002－006）。

黃儼然 （1983－），男，2006年大學畢業(yè)，博士生，現(xiàn)主要從事油氣地球化學方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新