魯西地區(qū)上古生界煤系烴源巖生烴潛力

馮陣東 程秀申 王生朗 張繼標(biāo) 李建國(guó)

1.中國(guó)石化中原油田勘探開發(fā)科學(xué)研究院 2.中國(guó)石化中原油田勘探事業(yè)部 3.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院

魯西地區(qū)是指郯廬斷裂以西、蘭聊斷層以東、渤海灣盆地以南、南華北盆地黃口凹陷及以北的廣大區(qū)域。該區(qū)上古生界煤系烴源巖發(fā)育，區(qū)內(nèi)發(fā)育多個(gè)中、新生代含鹽凹陷（圖1），其中規(guī)模較大的凹陷包括覆蓋于魯西隆起之上的汶上、濟(jì)寧、巨野、成武、魚臺(tái)凹陷和南華北盆地的黃口凹陷[1]。這些凹陷內(nèi)的古近系鹽膏巖十分發(fā)育，與東濮凹陷文23煤成氣田具有相似的成藏條件[2－9]。

圖1 魯西地區(qū)主要凹陷分布圖

凹陷內(nèi)部及斜坡帶發(fā)育多處低凸起，擁有上古生界上石盒子組的泥巖和煤層、古近系鹽膏巖為區(qū)域性蓋層，上古生界、中生界、古近系發(fā)育多套陸相碎屑巖，可以作為有利儲(chǔ)集層[10－11]，可形成有利的生儲(chǔ)蓋組合，繼承性發(fā)育的斷層、區(qū)域不整合可以作為煤成氣運(yùn)移的通道[12－14]。

進(jìn)一步研究認(rèn)為，烴源巖的生烴潛力是制約該區(qū)油氣勘探的主要因素，研究烴源巖的分布、類型、生烴演化過(guò)程，評(píng)價(jià)其生烴潛力對(duì)該區(qū)的油氣勘探至關(guān)重要。

1 烴源巖類型及分布特征

魯西地區(qū)的主要烴源巖為煤層、暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖，縱向上分布于石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組。其中煤層主要分布于太原組和山西組，具有層數(shù)多、單層厚度薄的特點(diǎn)，平面上總厚度分布介于8～18m，厚度較大的地區(qū)分布在成武、魚臺(tái)、巨野凹陷，厚度大于13m；暗色泥巖主要分布于下石盒子組，厚度介于200～220m，部分分布于石炭系本溪組，厚度多在15～20m；碳質(zhì)泥巖則分布于太原組、下石盒子組，厚度介于25～35m。

區(qū)內(nèi)的煤層、碳質(zhì)泥巖的TOC普遍大于50%，是品質(zhì)最好的氣源巖；而暗色泥巖具有下好上差的特點(diǎn)，深部太原組和山西組的暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高（1.5%左右），屬中等—好烴源巖，上、下石盒子組暗色泥巖的生烴能力相對(duì)較差，多屬于非—差烴源巖。通過(guò)對(duì)干酪根鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)，暗色泥巖主要含鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，干酪根以腐殖型為主。黃口凹陷的部分干酪根中腐泥組和殼質(zhì)組的總含量大于50%，以偏腐殖混合型—腐殖型為主（表1）；煤巖的氫碳原子比均在0.5～1.0，氧碳原子比小于0.1，均為腐殖型干酪根。

2 烴源巖生烴演化過(guò)程

自上古生界煤系烴源巖沉積以后，因該區(qū)覆于穩(wěn)定的華北地臺(tái)之上，接受的沉積厚度相差不大（2 500 m左右），各地區(qū)地溫梯度基本相同，煤系烴源巖的Ro達(dá)到0.5%左右，開始少量生烴。三疊紀(jì)末期受印支運(yùn)動(dòng)影響，該區(qū)大規(guī)模抬升[12－15]，有機(jī)質(zhì)演化得到抑制。此后，凹陷區(qū)進(jìn)入差異演化階段，導(dǎo)致地溫梯度也開始分異：黃口、成武、魚臺(tái)等凹陷因接受大規(guī)模的中生界沉積，煤系烴源巖埋深超過(guò)3 500m，開始二次生烴；此時(shí)的汶上、濟(jì)寧、巨野等凹陷中生界沉積厚度較薄、埋藏較淺，烴源巖未能滿足液態(tài)烴生烴條件。

白堊紀(jì)末期，受燕山運(yùn)動(dòng)影響，差異演化進(jìn)一步加?。簼?jì)寧、巨野等凹陷持續(xù)抬升，直至新近紀(jì)才開始接受少量沉積，烴源巖一直未達(dá)到液態(tài)烴生烴條件；汶上凹陷古近紀(jì)埋深達(dá)到5 000m，僅局部達(dá)到二次生烴條件；黃口、成武、魚臺(tái)等凹陷在古近紀(jì)劇烈沉降，烴源巖Ro超過(guò)2.0%，普遍達(dá)到成熟—過(guò)成熟高熱演化階段（圖2）。

表1 豐參1井上古生界暗色泥巖干酪根組分表

圖2 魯西地區(qū)煤系烴源巖生烴演化圖

3 不同凹陷烴源巖的生烴能力

根據(jù)凹陷的熱演化歷程，可以將不同凹陷烴源巖劃分為以下3種類型：①濟(jì)寧、巨野凹陷為印支期一次生烴型，Ro在0.5%左右，基本不具備液態(tài)烴生烴能力；②汶上凹陷為印支—喜馬拉雅山期二次生烴型，Ro在0.8%左右，生烴能力較有限；③黃口、成武、魚臺(tái)凹陷為印支—燕山期、喜山期二次生烴型，各凹陷沉降中心烴源巖Ro超過(guò)2.5%，進(jìn)入大量生烴階段。3種類型中，印支—燕山期、喜馬拉雅山期二次生烴潛力最大，可形成煤成氣有利的勘探目標(biāo)，印支—喜馬拉雅山期二次生烴型次之，印支期一次生烴型最差。使用熱模擬產(chǎn)烴率法對(duì)魯西地區(qū)煤成氣資源量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明：該區(qū)喜馬拉雅山期生成煤成氣資源量為970.81×108m3，其中黃口凹陷為381.48×108m3，成武凹陷為291.15×108m3，魚臺(tái)凹陷為235.82×108m3，3個(gè)凹陷占總資源量的93.6%，具有較大的勘探潛力。

煤系烴源巖除平面上的差異演化外（圖3），不同歷史階段的生烴量也有巨大的差異。

圖3 魯西地區(qū)煤系烴源巖Ro等值線圖

三疊紀(jì)末期烴源巖基本不具備生烴能力，其后的隆升對(duì)有機(jī)質(zhì)的聚集和保存十分有利；白堊紀(jì)末期的燕山運(yùn)動(dòng)階段，僅有部分地區(qū)達(dá)到生烴條件，生烴量有限；古近紀(jì)以后，黃口、成武、魚臺(tái)等凹陷開始大量生烴，其上部沉積的巨厚鹽膏巖蓋層對(duì)煤成氣的保存十分有利，黃口凹陷商1、黃1井中生界見油氣顯示，表明該類型的凹陷具有良好的煤成氣勘探前景[16－17]。

4 結(jié)論

1）魯西地區(qū)上古生界烴源巖主要由煤層、碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖組成，除黃口凹陷部分泥巖的干酪根為偏腐殖混合型—腐殖型外，絕大多數(shù)地區(qū)的烴源巖為腐殖型；煤層、碳質(zhì)泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度較高，是優(yōu)質(zhì)氣源巖，暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度低，生烴能力相對(duì)較差。

2）各凹陷烴源巖的熱演化過(guò)程有3種類型：濟(jì)寧、巨野凹陷為印支期一次生烴型，生烴能力極差，對(duì)該區(qū)煤成氣成藏貢獻(xiàn)不大；汶上凹陷為印支—喜馬拉雅山期二次生烴型，但僅局部達(dá)到二次生烴條件，生烴潛力有限；黃口、成武、魚臺(tái)等凹陷為印支—燕山期、喜馬拉雅山期二次生烴型，烴源巖大面積成熟，生烴潛力最大。

3）煤系烴源巖平面差異演化的同時(shí)，不同階段的生烴強(qiáng)度也有明顯差異，三疊紀(jì)、白堊紀(jì)末期局部成熟，生烴量極為有限；古近紀(jì)是最主要的生烴階段，此時(shí)大量生烴的黃口、成武、魚臺(tái)等凹陷可形成有利的煤成氣勘探目標(biāo)。

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