中揚(yáng)子地區(qū)古生界高成熟-過(guò)成熟海相烴源巖評(píng)價(jià)指標(biāo)淺析

中揚(yáng)子地區(qū)古生界高成熟-過(guò)成熟海相烴源巖評(píng)價(jià)指標(biāo)淺析

中揚(yáng)子地區(qū)（圖1）是指揚(yáng)子地塊中部，北鄰秦嶺—大別造山帶，南接江南—雪峰隆起和南華加里東造山帶，東西兩側(cè)分別以郯廬斷裂和齊岳山斷裂與下?lián)P子和上揚(yáng)子分隔[1-2]。中揚(yáng)子地區(qū)海相烴源巖由震旦紀(jì)到三疊紀(jì)均有分布，具有形成時(shí)代老、熱演化程度高、有機(jī)質(zhì)含量低、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造強(qiáng)等特點(diǎn)。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史演變過(guò)程中，烴源巖的性質(zhì)發(fā)生了極大的變化，許多地化指標(biāo)均難以真實(shí)反映其原始地球化學(xué)特征。論文以中揚(yáng)子地區(qū)古生界高過(guò)成熟海相烴源巖為研究對(duì)象，選取受熱演化程度影響相對(duì)較小的指標(biāo)，研究此類烴源巖的評(píng)價(jià)方法。

圖1 中揚(yáng)子地區(qū)構(gòu)造區(qū)劃圖

一、有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度是指單位重量烴源巖中的有機(jī)質(zhì)百分含量。對(duì)于低成熟-成熟烴源巖有機(jī)質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，常用的為有機(jī)碳含量（TOC）、巖石熱解參數(shù)、生烴潛量（S1+S2）等[3]。但對(duì)于高成熟-過(guò)成熟烴源巖，以上多數(shù)指標(biāo)均已失效，僅殘余有機(jī)碳含量能相對(duì)表征有機(jī)質(zhì)豐度。

（一）殘余有機(jī)碳含量

對(duì)于高成熟-過(guò)成熟烴源巖而言，梁狄剛等[4]認(rèn)為，隨著成熟度的增加，烴源巖有機(jī)質(zhì)含量減少并不明顯，高成熟-過(guò)成熟烴源巖殘余有機(jī)碳含量與未成熟-低成熟烴源巖殘余有機(jī)碳含量相差不大，不需要進(jìn)行原始有機(jī)碳含量和原始生烴潛量的恢復(fù)。鐘寧寧等[5]通過(guò)親身實(shí)驗(yàn)及參考他人多個(gè)有機(jī)碳含量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)各類烴源巖的有機(jī)碳含量的變化與成熟度沒(méi)有明顯關(guān)系，只與烴源巖的沉積有機(jī)相有關(guān)；指出評(píng)價(jià)高成熟-過(guò)成熟低有機(jī)質(zhì)豐度的碳酸鹽巖，根本不必恢復(fù)有機(jī)碳含量。

對(duì)于高成熟-過(guò)成熟演化階段的有機(jī)碳下限和要不要恢復(fù)的問(wèn)題，通過(guò)前人對(duì)國(guó)外海相沉積盆地?zé)N源巖的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，海相有機(jī)質(zhì)主要以II型為主，I型相對(duì)比較少。我國(guó)準(zhǔn)噶爾盆地二疊系、渤海灣盆地古近系和新近系的湖相泥巖屬于I型或者偏向I型的II1型有機(jī)質(zhì)；華北中上元古界油頁(yè)巖，屬于典型的II型或者II2型有機(jī)質(zhì)；云南祿勸泥盆系泥巖、油頁(yè)巖屬于I型或者偏向I型的II1型有機(jī)質(zhì)及II型有機(jī)質(zhì)。鐘寧寧等人[5]對(duì)不同有機(jī)碳含量、不同有機(jī)質(zhì)類型和排烴效率烴源巖進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，認(rèn)為以II型有機(jī)質(zhì)為主的高成熟-過(guò)成熟演化階段的碳酸鹽巖與泥巖進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)不進(jìn)行有機(jī)碳恢復(fù)。中揚(yáng)子地區(qū)高成熟-過(guò)成熟海相烴源巖多以II型為主，其有機(jī)碳下限不需要恢復(fù)。

（二）S1+S2和氯仿瀝青A含量

巖石生烴（油）潛量S1+S2表征單位質(zhì)量烴源巖的產(chǎn)烴能力。對(duì)于低成熟烴源巖來(lái)說(shuō)，一般將有效烴源巖的此參數(shù)下限值定為2.0kg/t。由于本區(qū)所研究的烴源巖熱演化程度很高，大都處于過(guò)成熟階段，所生成的烴類已基本上都裂解成氣，因而它們的S1+S2值均較低，除個(gè)別樣品外均在2.0kg/t以下（圖2）。

圖2 中揚(yáng)子地區(qū)烴源巖S1+S2與TOC值分布圖

其中，上二疊統(tǒng)龍?zhí)叮▍羌移海┙M烴源巖的S1+S2值變化在0.13kg/t～2.02kg/t范圍。與其它層位烴源巖相比，其平均值相對(duì)較高，為0.67kg/t，與它們的TOC值較高相一致。下二疊統(tǒng)茅口、棲霞組烴源巖的S1+S2值分布在0.04kg/t～0.78kg/t之間，平均值為0.29kg/t。所分析的下志留統(tǒng)龍馬溪組泥巖S1+S2值分布在0.04kg/t～1.00kg/t之間，平均值為0.19kg/t。建深1井的寒武系泥巖S1+S2值在0.04kg/t～1.82kg/t范圍，其中有部分樣品可能是泥漿污染的緣故此值偏高，平均值為0.38kg/t。

從圖2可看出，這些烴源巖由S1+S2值所反映的有機(jī)質(zhì)豐度級(jí)別顯著低于TOC值確定的級(jí)別，不能準(zhǔn)確反映烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度。因而對(duì)于高熱演化烴源巖來(lái)說(shuō)，應(yīng)用TOC值確定有機(jī)質(zhì)豐度較為合理。

同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)烴源巖的氯仿瀝青A含量也大都很低。建深1、三星1等井和冷水溪剖面龍?zhí)叮▍羌移海┙M烴源巖氯仿瀝青A含量變化在0.001 1%～0.059 9%，平均值為0.008 1%；相應(yīng)的瀝青A/TOC比值很小，僅1mg/g～10mg/g。三星1、龍8等井和冷水溪剖面的下二疊統(tǒng)烴源巖氯仿瀝青A含量與之相近，為0.000 3%～0.065 9%，平均值為0.007 2%，瀝青A/TOC比值1mg/g～37mg/g；三星1井和冷水溪剖面的龍馬溪組泥巖的氯仿瀝青A含量變化范圍為0.000 3%～0.064 3%，平均值為0.014 4%，瀝青A/T O C比值變化較大，為1 m g/ g～1 9 6 m g/g，其中高值部分明顯與過(guò)成熟的演化程度不相符，可能是污染所造成；建深1井的寒武系泥巖氯仿瀝青A含量為0.002 2%～0.004 6%，平均值為0.003 6%，瀝青A/TOC比值為15mg/g～37mg/g。

二、有機(jī)質(zhì)類型

（一）熱解氫指數(shù)HI

對(duì)中揚(yáng)子地區(qū)烴源巖進(jìn)行熱解分析，可見(jiàn)這些烴源巖均已達(dá)高成熟、過(guò)成熟演化階段，它們的熱解氫指數(shù)（HI）異常偏低，基本上都在100 mg/g TOC以下。其原因是巖石中的可熱降解有機(jī)質(zhì)大多已裂解成氣，在熱解分析中相應(yīng)的S2峰很小，致使氫指數(shù)（S2/TOC）很小。龍?zhí)叮▍羌移海┙M、下二疊統(tǒng)、龍馬溪組和寒武系烴源巖的氫指數(shù)分別在2mg/g～42mg/g、2mg/g～91mg/g、1mg/g～160mg/g和7mg/ g～117mg/g TOC范圍，平均值分別為12mg/g、23mg/ g、44mg/g和33mg/g TOC。由于這種原因，HI-Tmax有機(jī)質(zhì)類型圖版（圖3）不能適用于這些高熱演化烴源巖的干酪根類型劃分。

圖3 中揚(yáng)子地區(qū)烴源巖熱解參數(shù)HI-Tmax圖版

（二）干酪根元素組成

同樣由于成熟度高的原因，本區(qū)各層位海相烴源巖干酪根中H/C原子比值基本上都在0.5以下。所分析的龍?zhí)叮▍羌移海┙M、下二疊統(tǒng)、龍馬溪組和寒武系烴源巖的該元素比值分別為0.27～0.46、0.31～0.46、0.27～0.40和0.42，表明其干酪根中可降解的基團(tuán)大都已裂解成氣，均以高聚合的芳核結(jié)構(gòu)為主。它們的氧含量變化較大，O/C原子比值大多分布于0.05～0.15范圍。在范氏有機(jī)元素組成分類圖中，這些烴源巖樣品點(diǎn)落在Ⅳ型干酪根區(qū)域（圖4），顯然不能反映其原始的干酪根性質(zhì)。Ⅳ型干酪根是經(jīng)過(guò)高熱演化作用而失去生烴潛力的高度碳化干酪根，被認(rèn)為是“死碳”。但帥燕華、陳建平等研究者認(rèn)為，有效生氣海相干酪根的H/C原子比下限值為0.26[6]，甚至可低至于0.1[7]，因而部分這些干酪根可能還具有一定的產(chǎn)氣潛力。

（三）干酪根碳同位素組成及類型劃分

對(duì)于高成熟、過(guò)成熟的烴源巖來(lái)說(shuō)，干酪根碳同位素是確定有機(jī)質(zhì)類型的最有效參數(shù)。因干酪根碳同位素在熱演化過(guò)程中變化不大，一般變重1‰～2‰，最大不超過(guò)3‰，所以能反映原始有機(jī)質(zhì)生源構(gòu)成和類型。研究表明，沉積物中有機(jī)質(zhì)的碳同位素組成主要受其生物源構(gòu)成所控制。在我國(guó)陸相盆地中，一般以陸源高等植物為主要有機(jī)質(zhì)生源的生油巖干酪根碳同位素較重，而水生生物貢獻(xiàn)較大的沉積有機(jī)質(zhì)中碳同位素較輕。黃第藩[8]等提出，Ⅰ型干酪根δ13C值分布范圍在﹣27‰～﹣33‰，Ⅱ型為﹣26‰～﹣27‰，Ⅲ型為﹣22.5‰～﹣26‰。這種烴源巖類型分類方法主要以沉積有機(jī)質(zhì)碳同位素組成為基礎(chǔ)，因而海相烴源巖也可參考應(yīng)用。從實(shí)際分析資料看，海相烴源巖Ⅰ型與Ⅱ型干酪根的δ13C界限值定在﹣28‰較為合適。

圖4 中揚(yáng)子地區(qū)烴源巖干酪根元素分類圖版

研究區(qū)各時(shí)代烴源巖的干酪根碳同位素組成有較大變化。其中龍?zhí)督M（吳家坪組）烴源巖干酪根碳同位素除一個(gè)樣品外，δ13C值在﹣26.0‰～﹣28.2‰范圍（圖5），18個(gè)樣品平均值為﹣27.3‰。結(jié)合沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)生物源組成，可認(rèn)為該套泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型應(yīng)以Ⅱ型為主，部分吳家坪組灰?guī)r為Ⅰ型。

三星1、冷水溪剖面和部分龍8井下二疊統(tǒng)茅口組和棲霞組灰?guī)r的δ13C值為﹣26.8‰～﹣28.8‰，23個(gè)樣品平均值為﹣28.0‰，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主，部分Ⅰ型；黃金1井和部分龍8井干酪根碳同位素較重，δ13C值在﹣25‰上下，類型稍差。

圖5 中揚(yáng)子地區(qū)烴源巖干酪根碳同位素分布圖

冷水溪剖面及建深1、三星1井龍馬溪組及五峰組泥巖干酪根碳同位素明顯輕于二疊系烴源層，δ13C值為﹣27.4‰～﹣30.6‰，7個(gè)樣品平均值為﹣29.2‰，與其沉積有機(jī)質(zhì)的生物源相一致，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主。

建深1井寒武系泥巖干酪根碳同位素變化較大，所分析的3個(gè)樣品分別為﹣24.5‰、﹣27.6‰、﹣29.8‰，由于這幾個(gè)樣品的有機(jī)質(zhì)豐度都很低，不能代表區(qū)內(nèi)寒武系烴源巖，因而該層位烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型還有待于通過(guò)更多的分析資料加以論證。

另外，本區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組灰?guī)r干酪根碳同位素比值分布在﹣26.1‰～﹣28.7‰范圍，10個(gè)樣品平均值為﹣27.8‰，可認(rèn)為有機(jī)質(zhì)類型以為Ⅱ型為主，部分為Ⅰ型。

三、有機(jī)質(zhì)成熟度

中揚(yáng)子地區(qū)海相烴源巖的有機(jī)質(zhì)熱演化程度均較高，都在高成熟晚期至過(guò)成熟階段。據(jù)現(xiàn)有的分析資料，三星1、建深1、龍8等井和冷水溪剖面龍?zhí)督M（吳家坪組）和下二疊統(tǒng)烴源巖的實(shí)測(cè)Ro值（或由固體瀝青反射率換算而來(lái)，Ro=0.656 9×Rb+0.336 4），分別變化在1.64%～2.91%和1.67%～2.25%范圍（圖6），平均值分別為2.20%和2.01%。兩者的熱解Tmax值分別在480℃～589℃和452℃～587℃之間，平均值分別為548℃和523℃，表明有機(jī)質(zhì)熱演化程度整體上達(dá)到過(guò)成熟早期干氣階段。

取自三星1井和冷水溪剖面的下志留統(tǒng)龍馬溪組及上奧陶五峰組烴源巖的Ro值變化較大，分布在1.95%～3.94%之間，平均值達(dá)2.75%；Tmax值在448℃～583℃范圍，平均值為493℃，熱演化程度在過(guò)成熟干氣階段。

本區(qū)寒武系烴源巖實(shí)測(cè)的Ro數(shù)據(jù)很少，建深1井三個(gè)樣品的Ro值偏低，為1.87%～2.39%，平均值2.12%，不能代表區(qū)內(nèi)這套烴源巖的真實(shí)演化程度。它們的Tmax值在471℃～495℃范圍，平均值為486℃，有機(jī)質(zhì)熱演化程度應(yīng)在過(guò)成熟干氣階段。

圖6 中揚(yáng)子地區(qū)烴源巖鏡質(zhì)體反射率分布圖

[1] 馬力, 陳煥疆, 甘克文, 等. 中國(guó)南方大地構(gòu)造和海相油氣地質(zhì)[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 2004: 8-10.

[2] 梅廉夫, 戴少武, 沈傳波, 等. 中、下?lián)P子區(qū)中、新生代陸內(nèi)對(duì)沖帶的形成及解體[J]. 地質(zhì)科技情報(bào), 2008, 27 (4): 1-8.

[3] 王文通. 渤海灣盆地青東凹陷古近紀(jì)烴源巖評(píng)價(jià)[J]. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 35(1)：83-88.

[4] 梁狄剛, 張水昌, 張寶民, 等. 從塔里木盆地看中國(guó)海相生油問(wèn)題[J]. 地學(xué)前緣, 2000, 7(4): 534-547.

[5] 鐘寧寧, 盧雙舫, 黃志龍, 等. 烴源巖TOC值變化與其生排烴

通過(guò)中揚(yáng)子地區(qū)寒武系—二疊系多個(gè)樣品的Ro分析認(rèn)為，高過(guò)成熟烴源巖Ro值基本可以反映有機(jī)質(zhì)熱演化程度。

四、結(jié)論

（1）中揚(yáng)子地區(qū)高成熟-過(guò)成熟烴源巖的多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析表明，殘余有機(jī)碳含量TOC可以反映有機(jī)質(zhì)豐度情況，其有機(jī)碳下限不需要恢復(fù)。由于熱演化程度高，烴類大量裂解S1+S2和氯仿瀝青A含量偏低，不能準(zhǔn)確反映有機(jī)質(zhì)豐度情況。

（2）干酪根碳同位素可以確定有機(jī)質(zhì)類型。干酪根熱解氫指數(shù)HI偏??；元素分析類型偏差，多為Ⅳ型，不能準(zhǔn)確反映干酪根原始有機(jī)質(zhì)類型。

（3）鏡質(zhì)體反射率Ro值可以反映烴源巖熱演化程度。效率關(guān)系的探討[J]. 沉積學(xué)報(bào), 2004, 22(b06): 73-78.

[6] 帥燕華, 張水昌, 陳建平, 等. 海相成熟干酪根生氣潛力評(píng)價(jià)方法研究[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 2008, 82(8): 1129-1134.

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[8] 黃第藩, 李晉超, 張大江. 干酪根的類型及其分類參數(shù)的有效性、局限性和相關(guān)性[J]. 沉積學(xué)報(bào), 1984, 2(3): 18-35.

（責(zé)任編輯：劉格云）

Research on the Evaluation Criterion of High-over Mature Marine-source Rock in the Middle Yangtze Region

李蔚洋

LI Wei-yang

中國(guó)石化江漢油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，湖北 武漢 430223

Exploration & Development Research Institute of Jianghan Oilfield Company, Sinopec, Wuhan, Hubei 430223

中揚(yáng)子地區(qū)海相烴源巖熱演化程度高，僅有少數(shù)指標(biāo)受熱演化程度影響較小，能較真實(shí)反映其地球化學(xué)特征。論文以中揚(yáng)子地區(qū)古生界海相烴源巖為例，通過(guò)對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型及有機(jī)質(zhì)成熟度等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行研究，認(rèn)為殘余有機(jī)碳含量TOC、干酪根碳同位素、鏡質(zhì)體反射率Ro值，可以較準(zhǔn)確反映原始烴源巖的地化特征。生烴潛量S1+S2和氯仿瀝青A含量偏低；熱解氫指數(shù)HI偏??；干酪根元素分析類型偏差，不能準(zhǔn)確反映原始烴源巖的地球化學(xué)特征。

烴原巖；殘余有機(jī)碳含量；干酪根碳同位素；鏡質(zhì)體反射率

The maturity of hydrocarbon source rock is characterized with high degree thermal evolution in the Middle Yangtze Region. Only a few number of indexes are less affected by the thermal evolution extent of organic matter, which can reflect the geochemical characteristics. This paper is devoted to the study of the Paleozoic Marine hydrocarbon source rocks, they are about the organic matter abundance, organic matter type, and organic matter maturity and so on. It is concluded that the remaining organic carbon content(TOC), kerogen carbon isotopes, vitrinite reflectance(Ro)can accurately reflect the geochemical characteristics of source rocks. It is on the low side for the content of potential hydrocarbon generation amount (S1+S2) and chloroform bitumen “A”. Pyrolysis hydrogen index HI is small. The result of kerogen elemental analysis is obvious deviation, which cannot accurately reflect the geochemical characteristics of hydrocarbon source rock.

hydrocarbon source rock; remaining organic carbon content; kerogen carbon isotopes; vitrinite reflectance

P596

A

1007-6875(2017)02-0010-05

??日期：2017-03-01

10.13937/j.cnki.hbdzdxxb.2017.02.002

李蔚洋（1981—），女，湖北公安人，石油地質(zhì)學(xué)碩士，江漢油田勘探開(kāi)發(fā)研究院工程師，主要從事石油地質(zhì)方面研究。