宜春-新余地區(qū)樂平組烴源巖地球化學(xué)特征

張宇文，馮玉霞

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 概述

烴源巖作為形成氣藏的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，其發(fā)育特征很大程度決定氣體成藏的規(guī)模。 頁巖具有充足的原位含氣量， 是形成經(jīng)濟(jì)性頁巖氣藏的前提條件，這要求頁巖必須是能產(chǎn)生大量熱成因或生物成因氣的烴源巖[1]。 而烴源巖的評價指標(biāo)主要為有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型及成熟度[3]。通過對地表樣品和巖芯樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，對目的層樂平組泥頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)熱演化程度等進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

2 區(qū)域地質(zhì)

宜春—新余地區(qū)樂平組地層分布廣泛，地層出露大部分呈條帶狀，沿北北東—北東向分布。 主要出露在向斜的兩翼，包括北部三陽—楊橋—林家坊一帶、東部大坑—禮堂—西茶一帶、南部七頭嶺—燈籠橋一帶、西部洪塘—新田及金瑞鎮(zhèn)一帶。

樂平組老山段是宜春—新余地區(qū)頁巖氣調(diào)查的主要目的層， 調(diào)查區(qū)以北部宜春雙江口北65°東、南部以西村鎮(zhèn)為界，分為南北型。 北型：老山段下部由粉砂巖、細(xì)砂巖，薄層狀泥巖及煤層組成，產(chǎn)豐富腕足類動物化石。 其中瀉湖相沉積泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育。 上部由深灰色、灰黑色含炭泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r組成。 南型：老山段以深灰、灰黑色薄層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，產(chǎn)豐富的海相動物化石，尤以頭足類著稱，又稱“菊石泥巖層”，全區(qū)發(fā)育。 泥頁巖炭質(zhì)含量高，是頁巖氣有利生氣層位。

3 地球化學(xué)特征

3.1 泥頁巖厚度

泥頁巖厚度是生氣成藏的物質(zhì)來源，尤其是烴源巖的有效厚度決定著氣藏的規(guī)模大小。 研究區(qū)內(nèi)樂平組地層分南北型，其中南型樂平組泥頁巖主要分布在老山段，厚度一般為31.35～121.07 m，平均87.80 m，樂平組老山段累計有效厚度79.48 m。 北型樂平組老山段在區(qū)域上由西南向東北方向有增加的趨勢，厚度為30.49～112.89 m，平均71.69 m，累計有效厚度67.33 m。 整體上樂平組老山段泥頁巖厚度較大，有效厚度適中，達(dá)到頁巖氣成藏要求。

3.2 有機(jī)碳含量

有機(jī)質(zhì)豐度主要利用頁巖中總有機(jī)碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”和生烴潛量（S1+S2）等來表征。由于區(qū)內(nèi)富有機(jī)質(zhì)頁巖層系在形成后期均經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動，大多處于高熱演化階段，殘余有機(jī)碳含量逐漸降低，和原始有機(jī)質(zhì)中有機(jī)碳含量的差值逐漸增大，氯仿瀝青“A”、生烴潛量等有機(jī)地化指標(biāo)已不能完全代表母巖中原始的有機(jī)質(zhì)豐度，這也是南方高熱演化程度頁巖層有機(jī)地化評價中普遍存在的問題[2]。 本文主要對有機(jī)碳含量進(jìn)行分析。

（1）南型：樂平組YXZ01 井TOC 測試42 件，測試值0.57%～4.86%，平均1.36%；其中老山上亞段0.73%～3.32%， 平均1.25%； 其中0.5%～1%占44.4%，1%～2%占50.0%，大于2%為5.6%。 老山中亞段0.80%～2.48%，平均1.45%；其中0.5%～1%占16.6%，主峰頻率分布在1%～2%，占總樣品數(shù)66.7%，大于2%占總樣品數(shù)16.7%。老山下亞段0.57%～4.86%， 平均1.68%； 其中，0.5%～1%占42.0%，1%～2%和＞2%均為29.0%。測試結(jié)果依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5124-2012，測試公司為瑞華通正非常規(guī)油氣技術(shù)檢測（北京）有限公司，見圖1。

圖1 YXZ01 井有機(jī)碳分布

測試資料可知， 有機(jī)碳含量老山中亞段最高，而且老山段中亞段下部高， 最大值達(dá)到2.48%，向上部地層TOC 值有逐漸變小的趨勢。老山下亞段靠近煤層的含炭泥頁巖是一個高值區(qū)間， 最大值4.86%。

樂平組老山段粉砂質(zhì)泥巖、含炭質(zhì)泥頁巖等屬于易風(fēng)化巖性，尤其是有機(jī)質(zhì)含量高的泥頁巖。 由于長期暴露地表， 受到氧化作用影響， 導(dǎo)致地表TOC 值較地下實(shí)際情況偏低。 本次地表樣品中僅D058、D059、D067 樣品為煤礦采集的新鮮樣品，其測試值2.03D～2.70D，具有較好的代表性。 其余地表樣品均存在不同程度的風(fēng)化。 因此，在進(jìn)行地表樣品有機(jī)質(zhì)豐度分類統(tǒng)計過程中，還需要解決地下與地表樣品數(shù)據(jù)的換算問題，從而使兩者組成一個相對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)體系后予以判斷分析。

YXZ01 巖芯樂平組老山中亞段TOC 平均1.45%， 鄰近實(shí)測剖面P08 地表樣TOC 平均0.89%，將兩者數(shù)值進(jìn)行對比，能夠得到地表換算系數(shù)1.63，見表1。

表1 樂平組地表樣品與鉆井巖芯有機(jī)碳測定統(tǒng)一換算

本次野外露頭樣品30 件（老山上亞段9 件，老山中亞段20 件，老山下亞段1 件）。 其中，老山上亞段TOC 恢復(fù)前為0.53%～1.33%， 平均0.78%，恢復(fù)后平均1.27%；老山中亞段TOC 恢復(fù)前為0.51%～1.70%，平均1.03%，恢復(fù)后平均1.68%；老山下亞段TOC 恢復(fù)前為0.40%，恢復(fù)后0.65%，見圖2。

圖2 南型樂平組老山段有機(jī)碳平均值恢復(fù)前后對比

從TOC 值分布區(qū)間來看， 老山上亞段0.5%～1%占11.1%，1%～2%占77.8% ， 大 于2% 占11.11%；老山中亞段0.5%～1%占13.0%，1%～2%占39.1%，大于2%占47.8%，見圖3。

圖3 南型樂平組老山段有機(jī)碳區(qū)間分布圖（地表樣）

（2）北型：樂平組老山段地層YXZ02 共計采樣30件，測試結(jié)果顯示，老山段泥頁巖TOC 值0.50%～3.94%，平均1.64%。 垂向上，在老山段生物碎屑灰?guī)r上部為高值區(qū)間，TOC 達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。從其分布區(qū)間看， 老山段小于1%占22.2%，1%～2%占55.6%，大于2%占22.2%。

綜合YXZ02 及收集鉆孔TOC 數(shù)據(jù)： 北型樂平組老山段0.61%～7.33%， 平均值2.02%。 其中0.5%～1%占20%，1%～2%占53%， 大于2%占27%。

表2 北型樂平組收集鉆孔TOC 數(shù)據(jù)

需要指出的是，YXZ01 井TOC 對照西部收集鉆孔和南部楓坑數(shù)據(jù)明顯偏低，分析原因可能是受侵入巖影響。

綜上所述，樂平組老山段泥頁巖TOC 均高于頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)0.5%下限值， 集中分布在1%～2%區(qū)間內(nèi)，按照烴源巖評價標(biāo)準(zhǔn)屬于較好的烴源巖。 其中北型高于南型。

3.3 有機(jī)質(zhì)類型

不同類型的原始有機(jī)質(zhì)，其原始物源、沉積保存環(huán)境、化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)都不同，因而具有不同的油氣生成潛能。 一般來說Ⅲ型干酪根以生氣為主，而Ⅰ型干酪根主要以成油為主，并且生烴能力要強(qiáng)于Ⅲ型干酪根，而Ⅱ型干酪根則介于Ⅰ型和Ⅲ型之間。 因此，判斷泥頁巖中有機(jī)質(zhì)類型，對于頁巖氣資源預(yù)測十分重要。

本次實(shí)驗(yàn)共計采集樣品13 件。 其測試結(jié)果見圖4。

圖4 目的層干酪根顯微組分分布

從圖4 可以看出，南型：老山段地層樣品中有機(jī)質(zhì)顯微組分以殼質(zhì)組占絕對優(yōu)勢，為成油型母質(zhì)類型，其次為腐泥組，鏡質(zhì)組及惰質(zhì)組很少。 干酪根類型指數(shù)屬于腐殖—腐泥型（II1）。

北型：YXZ02 老山段以腐泥組為主， 殼質(zhì)組次之、鏡質(zhì)組很少，未檢測到惰質(zhì)組。 干酪根類型屬于腐泥型（I）。

3.4 有機(jī)質(zhì)成熟度

成熟度決定了有機(jī)質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化程度，直接影響頁巖生氣量。 鏡質(zhì)體反射率Ro 是評價烴源巖熱成熟度的重要指標(biāo)。本次共采集地表樣（64 件）和鉆孔樣（163 件）進(jìn)行鏡質(zhì)組反射率測試。 據(jù)測試值顯示：

南型：YXZ01 井鉆孔樣（42 件）：老山上亞段20件，Ro 值2.19%～4.16%，平均值3.14%；老山中亞段12 件，Ro 值2.29%～4.65%， 平均值3.45%；老山下亞段8 件，Ro 值3.01%～3.79%， 平均值3.32%。參照成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn)可以看出，樂平組老山段泥頁巖普遍進(jìn)入過成熟階段。

地表樣測試值顯示： 老山段上亞段Ro 值1.65%～2.53%，平均2.11%，處于高成熟—過成熟階段； 老山中亞段Ro 值1.80%～3.04%， 平均2.68%， 整體處于過成熟階段； 老山下亞段Ro 值2.76%，處于過成熟階段。 由圖5 可以看出，整個樂平組Ro 自老山上亞段至老山下亞段呈逐漸增加趨勢。

圖5 樂平組老山段鏡質(zhì)體反射率分布直方圖（地表取樣）

北型：老山段鉆孔樣品測試Ro 值，北型樂平組老山段1.40%～2.88%， 平均2.05%。 均處于高成熟—過成熟階段，見表3。

表3 老山段鉆孔樣品有機(jī)質(zhì)熱演化程度

綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合區(qū)域沉積構(gòu)造特征，樂平組成熟度等值線見圖6。

圖6 樂平組鏡質(zhì)體反射率等值線

在調(diào)查區(qū)內(nèi)， 整體上樂平組無論是南型還是北型，均處于高—過成熟階段，高于美國福特沃斯Barnett 頁巖， 與阿巴拉契亞Marcellus 和阿科馬Woodford 頁巖相當(dāng)，氣體以熱演化直接生氣、裂解氣為主。

綜合上述數(shù)據(jù)可以看出，調(diào)查區(qū)內(nèi)目標(biāo)層泥頁巖熱演化程度高， 甲烷等烴類氣體為主要熱解產(chǎn)物，同時有機(jī)質(zhì)裂解生烴過程中形成的納米級孔隙為頁巖氣的賦存提供重要的吸附場所。

4 結(jié)語

1）宜春—新余地區(qū)樂平組地層分布廣泛，其地層分為南、北型：北型老山段下部由粉砂巖、細(xì)砂巖，薄層狀泥巖及煤層組成；上部由深灰色、灰黑色含炭泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r組成。 南型老山段以深灰、灰黑色薄層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，產(chǎn)豐富的海相動物化石，尤以頭足類著稱，又稱“菊石泥巖層”， 泥頁巖炭質(zhì)含量高， 是頁巖氣形成的有利層段。

2）南型樂平組泥頁巖主要分布在老山段，厚度一般為31.35～121.07 m，平均87.80 m；北型樂平組老山段在區(qū)域上由西南向東北方向有增加的趨勢，厚度為30.49～112.89 m，平均71.69 m，累計有效厚度67.33 m。 整體上樂平組老山段泥頁巖厚度較大，有效厚度適中，達(dá)到頁巖氣成藏要求。

3）烴源巖的主要指標(biāo)，主要從有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型、 成熟度來評價， 南型老山段均屬于Ⅱ1型，北型老山段屬I 型。 南型老山中亞段TOC 值最高，達(dá)到3.04%，是目的層有利層段；北型樂平組老山段TOC 值平均2.02%。 樂平組Ro 值處于高成熟—過成熟階段。

綜上分析可知，樂平組老山段沉積了一套優(yōu)質(zhì)泥頁巖，且泥頁巖的生烴指標(biāo)都達(dá)到了形成氣藏的標(biāo)準(zhǔn)，是氣藏形成的優(yōu)質(zhì)烴源巖，是區(qū)內(nèi)頁巖氣勘查開發(fā)的有利生氣層。