濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系太原組有效烴源巖分析

姚海鵬

（內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，呼和浩特 010010）

濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系太原組有效烴源巖分析

姚海鵬

（內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，呼和浩特 010010）

濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系烴源巖在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下發(fā)生多次生烴演化，有機(jī)質(zhì)具有階段性成熟演化特征和多次生烴過程，其中燕山期和喜馬拉雅期是濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系烴源巖最重要的生烴期。采用煤巖學(xué)和地球化學(xué)相結(jié)合的方法對(duì)石炭-二疊系源巖進(jìn)行總體評(píng)價(jià)，就主要有效烴源巖太原組從埋藏史、成熟生烴史進(jìn)行了重點(diǎn)剖析，判定太原組有效烴源巖主要分布在沾化凹陷、東營(yíng)凹陷和惠民凹陷，而且生烴強(qiáng)度較大，有可能形成“小而肥”的油氣藏。

濟(jì)陽(yáng)坳陷；太原組；有效烴源巖；生烴演化

烴源巖作為石油、天然氣的母源，在油氣地質(zhì)研究和油氣勘探中占有相當(dāng)重要的位置。煤作為烴源巖，其生烴能力已被油氣勘探實(shí)踐所證實(shí)[1-4]。晚古生代石炭-二疊系在渤海灣盆地分布面積廣，厚度大，成熟度高。作為渤海灣盆地重要組成部分的濟(jì)陽(yáng)坳陷，晚古生代發(fā)育了300～400 m厚的石炭-二疊系烴源巖。因此以太原組為代表研究濟(jì)陽(yáng)坳陷晚古生代有效烴源巖及生烴特征，對(duì)本區(qū)石油及天然氣勘探具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

區(qū)域構(gòu)造單元上，濟(jì)陽(yáng)坳陷位于渤海灣盆地中南部，為渤海灣復(fù)式斷塊盆地內(nèi)一個(gè)重要坳陷。坳陷內(nèi)部被義和莊凸起、陳家莊凸起、無棣凸起、濱縣凸起、青坨子凸起和廣饒凸起分為車鎮(zhèn)凹陷、惠民凹陷、沾化凹陷和東營(yíng)凹陷4個(gè)凹陷帶，見圖1。坳陷東西長(zhǎng)約200 km，南北寬約130 km，總面積約26 500 km2，是我國(guó)第二大油田——?jiǎng)倮吞锏闹黧w部分。

濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系與整個(gè)華北地區(qū)具有相似性，在早古生代奧陶紀(jì)晚期，由于加里東運(yùn)動(dòng)的影響，整體抬升接受剝蝕，缺失了上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)的沉積，從晚石炭世開始華北地臺(tái)重新沉降接受沉積，至晚二疊世形成了一套海陸交互相的含煤地層。其中有兩套比較明顯的沉積組合：晚石炭世至早二疊世早期，濟(jì)陽(yáng)坳陷與華北地區(qū)一樣為大型陸表海盆地，沉積了一套“海陸交替型”含煤地層，也就是石炭-二疊系主要的富含烴源巖的地層；早二疊世至晚二疊世末期，為大型陸相坳陷盆地，沉積了一套陸相地層，基本不含海相沉積，含煤性較差。

2 烴源巖特征

由于受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系烴源巖的分布很不均衡。據(jù)鉆井統(tǒng)計(jì)，煤層總厚度平均為25 m，最大為40.5 m，最小為4.5 m；泥巖總厚度一般在20～60 m，最大總厚555.5 m，最小為3.5 m。

有機(jī)巖石學(xué)專家普遍認(rèn)為，煤成烴能力與煤系烴源巖類型及其顯微組分密切相關(guān)[2-3]。據(jù)研究[4]，濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊煤系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，部分為Ⅱ2型。

從圖2可以看出，煤系烴源巖無論是煤或是泥巖均以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主（少量除外），殼質(zhì)組和腐泥組含量一般少于10%，故判定其烴源巖以Ⅲ型干酪根為主，傾向生氣。

3 有效烴源巖

要成為有效烴源巖，必須要有一定的生烴效率和充分的排烴效率[5-6]，既有油氣生成又有油氣排出的才能稱為有效烴源巖。

對(duì)各凹陷煤巖和泥巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，如表1所示，濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系煤巖總體特征為較好氣源巖，局部達(dá)到好的氣源巖，同時(shí)各凹陷中TOC、Sl+S2和HI分布特征也基本近似，總體評(píng)價(jià)為較好氣源巖；惠民凹陷南坡泥巖為較差源巖，濟(jì)陽(yáng)坳陷北部泥巖屬差-中等源巖。

濟(jì)陽(yáng)地區(qū)太原組厚度一般在100～150 m，分布面積廣，剝蝕較為嚴(yán)重，具有南北分帶、東西分塊分布的特點(diǎn)，見圖3-a。車鎮(zhèn)和沾化地區(qū)局部地區(qū)厚度可達(dá)200 m左右，惠民地區(qū)多在100～150 m，東營(yíng)地區(qū)在50～100 m，陳家莊地區(qū)、車鎮(zhèn)南部以及惠民北部地區(qū)有較大面積缺失。喜馬拉雅期，太原組煤巖和泥巖生烴率大致相同，見圖3-b，都在30～60 mg/g。由于煤巖對(duì)烴類有著強(qiáng)烈的吸附作用，本區(qū)一般10～16 mg/g，見圖3-c。太原組煤巖的排烴的展布趨勢(shì)總體上呈NNE向，有利排烴區(qū)域相對(duì)較小，排烴最大可達(dá)80 mg/g，見圖3-d，從排烴率等值線圖上可以清晰地確定有效煤層烴源巖的展布。有效烴源巖的分布范圍相對(duì)較小，僅在沾化凹陷、東營(yíng)凹陷和惠民凹陷有分布，車鎮(zhèn)凹陷和沾化凹陷往往會(huì)形成“小而肥”的油氣藏。

4 烴源巖埋藏史

石炭-二疊系沉積后，大致經(jīng)歷了海西-印支期的抬升剝蝕、侏羅白堊的沉降埋深、燕山期晚期的抬升剝蝕和喜馬拉雅期再次沉降埋藏的交替演化。

燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，郯廬斷裂帶呈現(xiàn)拉張兼走滑特征。本區(qū)在早、中侏羅紀(jì)經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)期的地表剝蝕夷平過程。晚侏羅-中白堊世，本區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈斷陷運(yùn)動(dòng)，斷裂及巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，沉積了一套厚度較大的中基性火山巖及陸相碎屑巖建造，研究區(qū)進(jìn)入裂谷式充填。晚白堊紀(jì)構(gòu)造由拉張轉(zhuǎn)向擠壓，地層隆升剝蝕[7]，源巖埋深2 200 m左右。

燕山末期到喜馬拉雅早期，本區(qū)地殼抬升，源巖埋深變淺。至始新世，由于印度板塊與歐亞板塊碰撞和太平洋板塊的俯沖，華北地區(qū)處于右旋走滑-引張應(yīng)力場(chǎng)中，在裂谷伸展作用下，濟(jì)陽(yáng)坳陷總體表現(xiàn)為半地塹式的斷陷湖盆沉積[8]。始新世末，東營(yíng)運(yùn)動(dòng)使渤海灣整體抬升剝蝕，至漸新世源巖埋深可達(dá)3 600 m。新近紀(jì)，本區(qū)進(jìn)入坳陷階段，連續(xù)沉積了新近系，次級(jí)凹陷埋深再次加大。

5 烴源巖成熟生烴史

烴源巖有機(jī)質(zhì)的成熟度直接控制著其生烴演化，而其成熟演化又受控于烴源巖構(gòu)造史、埋藏史和受熱史等。濟(jì)陽(yáng)坳陷石炭-二疊系煤系烴源巖的熱演化大致分了4個(gè)階段，如表2所示。

前人對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷古熱場(chǎng)做了研究[9]，認(rèn)為其現(xiàn)今大地?zé)崃髌骄禐?5.8±5.0 mW/m2，其地溫梯度平均值3.55℃/100 m。源巖在印支期Ro約為0.6%，處于熱演化成熟初期階段，并未大量生烴；燕山期，由于較厚的中生界地層沉積和較高的地溫梯度（5～6℃/100 m）[10]，全區(qū)Ro值在0.8%～1.3%，源巖發(fā)生成熟生烴作用，沉積中心則進(jìn)入生烴高峰。喜馬拉雅期，埋深加大，各凹陷內(nèi)Ro值在1%～1.7%，源巖再次生烴，門限深度達(dá)3 900 m。整個(gè)熱成熟演化過程，見圖4。

現(xiàn)今濟(jì)陽(yáng)坳陷有機(jī)質(zhì)成熟度較高，等成熟帶總體上沿NE-NEE方向產(chǎn)出，并以東營(yíng)凹陷主體、沾化坳陷、惠民凹陷中央為高成熟度中心，呈環(huán)帶狀展布。太原組有機(jī)質(zhì)成熟度展布格局中存在3個(gè)較高成熟度中心，見圖4-c，而只在中心部位達(dá)到了高成熟階段，東營(yíng)凹陷以高成熟階段為主，沾化凹陷、惠民凹陷以成熟中-晚期階段為主，而西部局部地帶仍處于成熟階段。

6 結(jié)論

1）本區(qū)石炭-二疊系煤系烴源巖是“海陸交替型”含煤地層，煤層主要發(fā)育在山西組和太原組。煤系烴源巖無論是煤或是泥巖均以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主（少量除外），殼質(zhì)組和腐泥組含量一般少于10%，故判定其烴源巖以Ⅲ型干酪根為主，傾向生氣。

2）源巖沉積后經(jīng)歷了大致經(jīng)歷了4個(gè)階段的構(gòu)造演化和生烴過程，燕山期和喜山期生烴成藏的可能最大。本區(qū)現(xiàn)今成熟度高，Ro為2.0%左右，局部高達(dá)4.0%，一般達(dá)干氣階段。以東營(yíng)凹陷主體、沾化凹陷、惠民凹陷中央為高成熟度中心，呈環(huán)帶狀展布。

3）根據(jù)有效烴源巖定義以及喜山期太原組的生烴排烴等值線圖，判定有效烴源巖主要分布在沾化凹陷、東營(yíng)凹陷和惠民凹陷，而且生烴強(qiáng)度較大，因此有可能形成“小而肥”的油氣藏。

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Effective Source Rock of Permo-carboniferous Coal Measure Taiyuan Formation in Jiyang Depression

YAO Haipeng
(Inner Mongolia Coalfield Geology Bureau，Hohhot 010010，China)

Because of tectonic movements，multiple evolutions of hydrocarbon generation occurred in source rock in permo-carboniferous coal measure in Jiyang depression.Organic matter is characteristic of periodical maturity evolution and multiple hydrocarbon generation processes.Yanshanian period and Himalayan period are the most important generation processes of permo-carboniferous source rock in Jiyang depression.Coal petrology and geochemistry method are combined to evaluate the source rock，which is focused on effective source rock of Taiyuan formation in terms of the history of burial and mature hydrocarbon generation.The results show that the effective source rock of Taiyuan formation is distributed overZhanhuadepression，Dongyingdepression，andHuimindepression.Besides，the hydrocarbon-generating strength is big，which could form small-and-rich petroleum reservoir.

Jiyang depression;Taiyuan formation;effective source rock;evolution of hydrocarbon generation

P618.13

A

1672-5050（2015）02-0004-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.002

（編輯：樊敏）

2014-11-25

姚海鵬(1982-)，男，河北蔚縣人，在讀博士，工程師，從事煤炭、非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)技術(shù)研究工作。