內(nèi)蒙古林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組烴源巖特征研究

潘建旭，王永建，李 飛，鄭貴強(qiáng)，韓 永

(華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

0 引言

在中國傳統(tǒng)油氣地質(zhì)研究中，晚古生代地層作為東北油氣區(qū)中生代、新生代盆地海西期褶皺的“基底”，在很長一段時(shí)間內(nèi)，都被認(rèn)為由于存在區(qū)域變質(zhì)作用，受到油氣勘探界的忽視。然而，近幾年區(qū)域油氣地質(zhì)調(diào)查研究結(jié)果顯示，東北地區(qū)上古生界地層大部分仍未變質(zhì)，而且發(fā)育有巨厚層的暗色泥頁巖(圖1)，具有較好的油氣勘探前景［1］，特別是上二疊統(tǒng)林西組發(fā)育的一套暗色泥巖，由于分布廣泛且厚度巨大受到普遍關(guān)注，被 認(rèn)為是油氣勘探的新層系［2］。

圖1 松遼盆地周緣石炭－二疊紀(jì)地層分布略圖

上二疊統(tǒng)林西組主要為一套含暗色泥巖的濱淺湖－半深湖沉積，早期可能存在微咸水的海陸過渡相沉積［3－4］。1982年顧國寅等將官地剖面分為4個(gè)巖段，下部兩巖段為林西組，以黑色板巖為主，上部兩巖段劃歸陶海營子組，為黃綠、紫色巖層分別代表上部獨(dú)立沉積旋回。本次研究針對(duì)內(nèi)蒙林西縣官地鎮(zhèn)大井村剖面林西組暗色泥巖，共采集279塊露頭暗色泥巖樣品進(jìn)行烴源巖有機(jī)巖石學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)而對(duì)烴源巖及其生烴潛力做出初步評(píng)價(jià)。

1 有機(jī)巖石學(xué)特征

本次研究主要采用全巖分析方法進(jìn)行有機(jī)巖石學(xué)研究，即應(yīng)用煤巖學(xué)理論與方法，在不破壞烴源巖原生結(jié)構(gòu)的前提下，利用反射光和熒光顯微鏡進(jìn)行有機(jī)顯微組分的鑒定和定量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組暗色泥巖顯微鏡下熒光特征不明顯，有機(jī)顯微組分中幾乎未見殼質(zhì)組分，主要以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組分居多。樣品中各顯微組分特征差異不明顯，在油浸反射光下鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組均呈亮白－灰白色，且均呈碎屑狀(圖2、圖3)，很難根據(jù)形態(tài)和顏色進(jìn)一步識(shí)別具有明顯特征的亞組分。定量結(jié)果顯示，泥巖樣品有機(jī)顯微組分含量為 0.01% ～5.5%，平均0.53%，含量較低(圖4)。因此，根據(jù)有機(jī)巖石學(xué)研究結(jié)果表明，本區(qū)林西組暗色泥巖中有機(jī)顯微組分破壞嚴(yán)重，鏡下識(shí)別難度大，定量結(jié)果較低，顯示出較高的變質(zhì)程度。

圖2 碎屑鏡質(zhì)體上二疊統(tǒng)林西組油浸反射光500×

圖3 絲質(zhì)體碎屑上二疊統(tǒng)林西組油浸反射光500×

圖4 林西組暗色泥巖有機(jī)顯微組分含量分布圖

2 有機(jī)地球化學(xué)特征

根據(jù)有機(jī)地球化學(xué)研究方法，對(duì)內(nèi)蒙古林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組暗色泥巖進(jìn)行有機(jī)碳含量(TOC)測定、氯仿瀝青“A”抽提、巖石熱解、干酪根鏡鑒、鏡質(zhì)組反射率(Ro)測試等實(shí)驗(yàn)，從泥巖樣品的有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度三個(gè)方面進(jìn)行特征研究。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

2.1.1 有機(jī)碳含量(TOC)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，我國中、新生代泥質(zhì)生油巖有機(jī)碳含量的下限為0.4%，好生油巖在1%左右，高者達(dá)2% ～3%［5－8］。林西組暗色泥巖有機(jī)碳含量主要為0.05%～1.49%，平均0.61%，其中25.8%的泥巖樣品有機(jī)碳含量低于0.4%， 7.5%的樣品高于1.0%，還有高達(dá)66.7%的樣品有機(jī)碳含量在0.4%～1.0%之間(圖5)，根據(jù)有機(jī)碳含量測試結(jié)果，林西組暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，大部分具有較好的生烴基礎(chǔ)，可以認(rèn)為其屬于較好的烴源巖。

圖5 林西組暗色泥巖有機(jī)碳含量分布圖

2.1.2 氯仿瀝青“A”

巖樣未被鹽酸處理前，用氯仿抽提出來的瀝青物質(zhì)，由飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組成。通常氯仿瀝青A值用被抽提出來的瀝青物質(zhì)質(zhì)量與巖樣質(zhì)量之比表示。氯仿瀝青能比較準(zhǔn)確的代表巖樣中溶于氯仿的瀝青物質(zhì)含量。與酒精－苯瀝青相比，氯仿瀝青的烴類含量較高，在成分上更接近石油。因此，在有機(jī)物質(zhì)相同的情況下，氯仿瀝青的含量愈高，說明有機(jī)物質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的程度愈高。在實(shí)際分析中，一般認(rèn)為，氯仿瀝青“A”含量大于0.2%為極好烴源巖，0.1% ～0.2%之間為好烴源巖，0.015%以下為非烴源巖［9］。本次研究對(duì)林西組暗色泥巖樣品進(jìn)行氯仿瀝青“A”抽提實(shí)驗(yàn)，部分樣品中可抽提的有機(jī)質(zhì)含量極低，抽提實(shí)驗(yàn)無法得到有效數(shù)據(jù)。根據(jù)測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，林西組泥巖氯仿瀝青“A”含量為0.000345%～0.00859%，平均0.00158%。遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氯仿瀝青“A”生烴門限值0.015%，可見，由于本區(qū)林西組泥巖較高的變質(zhì)程度，利用氯仿瀝青“A”分析有機(jī)質(zhì)豐度存在問題。

2.1.3 生烴潛量(S1+S2)

通常情況下源巖的生烴潛量(S1+S2)大于6.0 mg/g為好烴源巖，2.0～6.0 mg/g為較好烴源巖，0.5～2.0 mg/g為較差烴源巖，小于0.5 mg/g為非烴源巖。利用巖石熱解實(shí)驗(yàn)，得到林西組暗色泥巖生烴潛量(S1+S2)，數(shù)據(jù)結(jié)果為0.05～ 0.06 mg/g，平均0.05 mg/g，全部低于生烴潛量(S1+S2)門限值0.5 mg/g，同樣由于本區(qū)林西組泥巖較高的變質(zhì)程度，利用生烴潛量(S1+S2)分析有機(jī)質(zhì)豐度也已失去意義。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

2.2.1 干酪根鏡鑒

本次研究對(duì)研究區(qū)暗色泥巖樣品進(jìn)行干酪根樣品制備，并進(jìn)行了干酪根鏡下鑒定實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，多數(shù)樣品鏡下干酪根顯微組分全部為腐泥無定形組分(如圖6，圖7)。圖中有機(jī)顯微組分基本均為無定形組織，呈絮狀，熒光下不可見，透射光下主要是褐黑－黑色，顏色隨著熱演化作用的加強(qiáng)而變深。

類型指數(shù)TI是根據(jù)烴源巖有機(jī)顯微組分的百分比計(jì)算得來，其公式為TI=(Alg×100+MB ×50+E×50－V×75－I×100)/100;(注:Alg－藻類體含量，MB－礦物瀝青質(zhì)體，E－殼質(zhì)組含量，V－鏡質(zhì)組含量，I－惰質(zhì)組含量。)一般認(rèn)為TI＞80為Ⅰ型，80－40為Ⅱ1型，40－0為Ⅱ2型，＜0為Ⅲ型［10］。

干酪根鏡檢結(jié)果顯示，類型指數(shù)(TI)為－32～28，且TI值＜0的樣品居多，因此，林西組泥巖有機(jī)質(zhì)類型基本以Ⅲ型為主，有極少部分為Ⅱ2型存在。

圖6 Ⅲ型，腐泥無定形組，透射光，500×

2.2.2 巖石熱解氫指數(shù)(IH)

氫指數(shù)是進(jìn)行干酪根類型劃分的常用指標(biāo)，它是巖石熱解過程中產(chǎn)生的熱解烴與有機(jī)碳的比值即S2/TOC;一般的劃分標(biāo)準(zhǔn)為＞700為Ⅰ型，700～350為Ⅱ1型，350～150為Ⅱ2型，＜150為Ⅲ型。

圖7 Ⅱ2型，腐泥無定形組，透射光，500×

根據(jù)本次研究進(jìn)行巖石熱解實(shí)驗(yàn)得到各泥巖樣品氫指數(shù)(IH)值，氫指數(shù)最低值為4 mg/g，最高值為7 mg/g，平均值為6.5 mg/g。實(shí)驗(yàn)所得氫指數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于劃分標(biāo)準(zhǔn)下限值150 mg/g，可見由于泥巖樣品較高的變質(zhì)程度，利用氫指數(shù)(IH)劃分有機(jī)質(zhì)類型已失去其實(shí)際意義。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

2.3.1 鏡質(zhì)組反射率(Ro)

對(duì)于烴源巖的生烴特性，一般認(rèn)為鏡質(zhì)組反射率Ro＜0.5%為未成熟帶;0.5%＜Ro＜1.3%為石油主要生成帶;1.3%＜Ro＜2.0%主要是濕氣和凝析氣帶;Ro＞2.0%屬已過成熟階段的干氣帶。

由于大量泥巖樣品有機(jī)顯微組分中鏡質(zhì)組呈現(xiàn)雜亂的碎屑狀，不能成為檢測鏡質(zhì)體反射率的有效樣品(根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求塊狀鏡質(zhì)體＞5μm2)。最終可以進(jìn)行鏡質(zhì)體反射率有效測試的樣品一共只有131個(gè)。鏡質(zhì)組反射率(Ro)測試結(jié)果最低1.04%，最高 3.07%，平均 1.63%。其中，15.60%的樣品處于低成熟階段，63.60%的樣品處于高成熟階段，另有21.80%的樣品處于過成熟階段(圖8)。

2.3.2 熱解最高峰溫(Tmax)值

在巖石熱解實(shí)驗(yàn)中，Tmax值指干酪根最大熱解烴量時(shí)的峰頂溫度，反映干酪根的成熟度。其溫度的高低反映成熟度的演化階段，Tmax值低于435℃表示未成熟階段，Tmax值在區(qū)間435℃ ～455℃代表成熟階段，在區(qū)間455℃ ～500℃表示高成熟階段，高于500℃表示過成熟階段［11］。

圖8 林西組暗色泥巖鏡質(zhì)體反射率分布圖

林西組泥巖熱解最高峰溫為490℃ ～529℃，平均507℃，其中，3%的樣品處于低成熟階段，51.5%的樣品處于高成熟階段，45.5%的樣品處于過成熟階段(圖9)。

圖9 林西組暗色泥巖熱解最高峰值(Tmax)分布直方圖

根據(jù)鏡質(zhì)體反射率及巖石熱解Tmax值測試結(jié)果，林西組泥巖有機(jī)質(zhì)演化程度總體較高，大部分烴源巖樣品都已經(jīng)進(jìn)入高成熟甚至過成熟的演化階段。可以看出，應(yīng)用有機(jī)地球化學(xué)方法進(jìn)行有機(jī)質(zhì)成熟度實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與應(yīng)用有機(jī)巖石學(xué)顯微鏡下觀察鑒定認(rèn)識(shí)一致，充分證明了泥巖樣品具有較高的變質(zhì)程度。

3 結(jié)論

1)根據(jù)有機(jī)巖石學(xué)研究結(jié)果，林西組暗色泥巖有機(jī)顯微組分幾乎未見殼質(zhì)組分，主要以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組分居多，各組分識(shí)別程度較低，特征差異不明顯，無法進(jìn)一步區(qū)分顯微亞組分，定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示有機(jī)顯微組分含量低，各項(xiàng)結(jié)果表明泥巖變質(zhì)程度較高。

2)鑒于林西組泥巖變質(zhì)程度較高，以及有機(jī)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用氯仿瀝青“A”和生烴潛量(S1+S2)在此衡量有機(jī)質(zhì)豐度已失去意義，因此，根據(jù)有機(jī)碳含量分布特點(diǎn)，可認(rèn)為林西組泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，作為烴源巖質(zhì)量較好。

3)同時(shí)，利用氫指數(shù)(IH)劃分較高變質(zhì)程度的林西組泥巖機(jī)質(zhì)類型同樣存在問題。因此，依據(jù)類型指數(shù)劃分，林西組泥巖主要為Ⅲ型有機(jī)質(zhì)，少量屬于Ⅱ2型。

4)根據(jù)鏡質(zhì)體反射率(Ro)測定結(jié)果，結(jié)合巖石熱解最高峰溫(Tmax)值判斷，林西組泥巖已處于高成熟－過成熟的演化階段。

5)綜合有機(jī)巖石學(xué)以及有機(jī)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析，內(nèi)蒙古林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組泥巖應(yīng)屬于較好烴源巖，具有較強(qiáng)的生烴能力，但由于其有機(jī)質(zhì)類型較差，變質(zhì)程度較高，初步認(rèn)為其具有較大的的生烴潛力，且生烴應(yīng)以生氣為主。

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