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(píng)價(jià)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(duì)地表樣品和巖芯樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，對(duì)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(jì)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(dòng)，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(píng)價(jià)中普遍存在的問題[2]。 本文主要對(duì)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(gè)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(jì)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(gè)相對(duì)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(duì)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(duì)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(jì)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(duì)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(píng)價(jià)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(duì)于頁巖氣資源預(yù)測十分重要。

本次實(shí)驗(yàn)共計(jì)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(duì)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(píng)價(jià)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(gè)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(shí)有機(jī)質(zhì)裂解生烴過程中形成的納米級(jí)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(dòng)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(jì)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(píng)價(jià)， 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。