渤海灣盆地東濮凹陷上古生界烴源巖成烴特征及成藏意義

王學(xué)軍，周勇水，李紅磊，賈斌峰，張瑩瑩

(1.中國石化 中原油田分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001；2. 中國石化 中原油田 博士后工作站，河南 濮陽 457001)

東濮凹陷位于華北地臺(tái)東南部、渤海灣盆地的西南緣，是在古生代克拉通盆地地層上發(fā)育形成的中、新生代斷陷。自20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)文23古生新儲(chǔ)煤成氣田以來[1]，圍繞古生界以新生古儲(chǔ)、古生古儲(chǔ)潛山和古生新儲(chǔ)等勘探思路持續(xù)探索了四十多年，鉆井普遍見油氣顯示，并在戶部寨和胡慶2個(gè)構(gòu)造帶獲得工業(yè)油氣流突破[2]，證實(shí)上古生界具備發(fā)育持續(xù)可采原生油氣藏的地質(zhì)條件。已有研究著重于討論石炭系—二疊系煤系烴源巖二次生烴的時(shí)空差異性及其對(duì)天然氣成藏的影響[3-6]，并逐步認(rèn)識(shí)到烴源巖高成熟區(qū)域是原生油氣藏發(fā)育的有利區(qū)帶[2]。本文基于石炭系—二疊系不同類型烴源巖成烴潛力的新認(rèn)識(shí)，定量研究烴源巖生烴歷史及強(qiáng)度，進(jìn)一步明確天然氣成藏有利區(qū)帶，以期為東濮凹陷上古生界天然氣勘探提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

東濮凹陷東以蘭聊斷裂為界與魯西隆起相鄰，西隔內(nèi)黃隆起與太行山隆起帶相望，南隔蘭考凸起與中牟凹陷為鄰，北以馬陵斷層為界與莘縣凹陷分開，北窄南寬，呈NNE向展布，具東西分帶、南北分塊的構(gòu)造格局，面積約5 300 km2(圖1)。本區(qū)經(jīng)歷了呂梁、晉寧、加里東、海西、印支、燕山、喜馬拉雅等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造和疊加。早古生代為伸展背景下的海相克拉通盆地，寒武紀(jì)—中奧陶世以整體的面式升降為主要特征，地層之間的關(guān)系表現(xiàn)為整合或平行不整合，為地臺(tái)型穩(wěn)定蓋層發(fā)育階段，以碳酸鹽巖沉積為主，夾薄層石膏和泥巖層。晚古生代為伸展背景下的近海克拉通盆地，中、晚奧陶世隆升后直至早石炭世長期處于剝蝕夷平的準(zhǔn)平原狀態(tài)，中石炭世開始沉降，接受以濱淺海沼澤相含煤碎屑夾碳酸鹽為主要特征的沉積。二疊紀(jì)時(shí)期，隨著華北地臺(tái)周緣的逐漸隆升，克拉通內(nèi)坳陷轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮蛢?nèi)陸湖盆，發(fā)育陸相碎屑巖含煤沉積[7]。石炭系—二疊系含煤地層是本區(qū)上古生界主要烴源巖層系。

圖1 渤海灣盆地東濮凹陷構(gòu)造位置及上古生界鏡質(zhì)體反射率分布

早、中三疊世，華北地臺(tái)區(qū)仍為大型內(nèi)陸盆地，與二疊系連續(xù)沉積。中三疊世末第一幕印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，近南北向的強(qiáng)烈擠壓作用使得大型內(nèi)陸盆地的面貌發(fā)生劇烈變化，盆地大幅度萎縮，以太行山一線為樞紐，東部地區(qū)相對(duì)隆升并發(fā)生構(gòu)造變形，包括東濮凹陷在內(nèi)的絕大部分地區(qū)處于水上剝蝕環(huán)境，缺失上三疊統(tǒng)。侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)，中原地區(qū)為第一次分割性斷陷活動(dòng)階段，本區(qū)可能沉積了一定厚度的侏羅系—白堊系，但在白堊紀(jì)末受燕山運(yùn)動(dòng)影響，整體已遭受剝蝕。喜馬拉雅期受太平洋板塊俯沖和印度板塊擠壓作用影響，本區(qū)發(fā)生大規(guī)模斷陷運(yùn)動(dòng)，蘭聊斷裂以西至太行山之間整體表現(xiàn)出斷陷性質(zhì)，內(nèi)黃隆起和蘭聊斷裂以東地區(qū)整體表現(xiàn)為抬升剝蝕。這一階段既是本區(qū)古近紀(jì)凹陷主要發(fā)育期，形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局，也是潛山構(gòu)造帶的主要形成期。

2 烴源巖成烴潛力

東濮凹陷上古生界烴源巖主要發(fā)育于中石炭統(tǒng)本溪組(C2b)、上石炭統(tǒng)太原組(C3t)和下二疊統(tǒng)山西組(P1s)，沉積于濱海陸緣沉積體系的障壁島、海灣潟湖、濱海沼澤、潮坪等相帶。烴源巖巖性以暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤巖為主，分布穩(wěn)定。煤巖累計(jì)厚度17～22 m，碳質(zhì)泥巖厚度主要分布在15～20 m，暗色泥巖厚度100～130 m(圖2)。

圖2 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界烴源巖分布連井對(duì)比

如圖3所示，東濮凹陷石炭系—二疊系暗色泥巖總有機(jī)碳(TOC)含量分布在0.06%～5.77%，平均1.67%(樣品99塊)；碳質(zhì)泥巖總有機(jī)碳含量分布在6.58%～22.13%，平均12.63%(樣品22塊)；煤巖總有機(jī)碳含量分布在31.79%～82.06%，平均60.40%(樣品68塊)。從層系來看，煤巖和碳質(zhì)泥巖總有機(jī)碳含量的分布不具規(guī)律性，山西組暗色泥巖總有機(jī)碳含量平均值1.71%(樣品25塊)，太原組暗色泥巖總有機(jī)碳含量平均值2.19%(樣品73塊)，本溪組僅測試了1個(gè)暗色泥巖樣品，總有機(jī)碳含量4.86%?？傮w來看，石炭系—二疊系烴源巖表現(xiàn)出煤系烴源巖總有機(jī)碳含量高、分布連續(xù)的特點(diǎn)。

圖3 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界烴源巖總有機(jī)碳含量分布

從干酪根碳同位素(δ13C)和巖石熱解氫指數(shù)(IH)分析，3個(gè)層系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型無明顯差異。從巖性來看，煤巖和碳質(zhì)泥巖干酪根碳同位素分布在-25.88‰～-22.70‰，平均-23.93‰(樣品19塊)，據(jù)程克明等[8]1995年提出的“三類四分法”評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，除1個(gè)樣品達(dá)Ⅱ2型標(biāo)準(zhǔn)外，均屬Ⅲ型有機(jī)質(zhì)(圖4)；暗色泥巖干酪根碳同位素分布在-29.89‰～-21.18‰，平均-24.04‰(樣品48塊)，主要屬Ⅲ型有機(jī)質(zhì)，發(fā)育一定量的Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)，少數(shù)樣品達(dá)到Ⅰ-Ⅱ1型標(biāo)準(zhǔn)。但是，利用鄔立言等[9]1986年提出的巖石熱解最高峰溫(Tmax)與氫指數(shù)劃分有機(jī)質(zhì)類型的圖版分析，東濮凹陷石炭系—二疊系多數(shù)烴源巖樣品達(dá)到I-Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，大部分煤巖和碳質(zhì)泥巖樣品點(diǎn)甚至落在了Ⅰ型有機(jī)質(zhì)界限之外(圖5)。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)一方面有其客觀原因，即所用的圖版主要是根據(jù)全國不同沉積盆地的湖相烴源巖的熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立的；另一方面，煤和碳質(zhì)泥巖的氫指數(shù)高達(dá)100～200 mg/g的特點(diǎn)，說明其有機(jī)質(zhì)在較高的熱演化條件下仍有較高的生烴演化潛力，這與氯仿瀝青“A”的測試結(jié)果是相互印證的。東濮凹陷石炭系—二疊系煤巖的氯仿瀝青“A”含量分布在0.198%～1.969%，平均0.894%(樣品12塊)；碳質(zhì)泥巖的氯仿瀝青“A”含量分布在0.084%～0.181%，平均0.127%(樣品11塊)；暗色泥巖的氯仿瀝青“A”含量分布在0.001%～0.463%，平均0.038%(樣品96塊)。煤巖氯仿瀝青“A”含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸相好烴源巖0.1%的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，碳質(zhì)泥巖也達(dá)到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，說明東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖具有較高的生油潛力。

圖4 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界 烴源巖干酪根碳同位素分布

圖5 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界 烴源巖最高熱解峰溫與氫指數(shù)交會(huì)圖

由于沉積相帶相近，東濮凹陷石炭系—二疊系煤巖和泥巖(含碳質(zhì)泥巖)有機(jī)顯微組成無明顯差異，均以鏡質(zhì)組為主，大部分樣品中鏡質(zhì)組含量在60%以上；其次為惰質(zhì)組，含量主要分布在10%～30%(表1)。值得注意的是，鏡質(zhì)組中基質(zhì)鏡質(zhì)體含量高，煤巖中基質(zhì)鏡質(zhì)體含量占鏡質(zhì)組中含量的38.2%～69.1%，平均54.8%(樣品40塊)，泥巖中基質(zhì)鏡質(zhì)體含量占鏡質(zhì)組中含量的23.9%～52.2%，平均39.2%(樣品50塊)。殼質(zhì)組含量主要在5%～15%，平均8.9%(樣品90塊)，部分樣品存在局部富集的現(xiàn)象，最高含量達(dá)20.5%。腐泥組含量最低，低于1.0%，且多以礦物瀝青基質(zhì)的形式賦存。礦物瀝青基質(zhì)含量主要分布在5%～10%，煤巖平均5.4%(樣品40塊)，泥巖平均6.2%(樣品50塊)，少數(shù)泥巖樣品富集程度高，含量最高可達(dá)48.7%。從層系分析，山西組和太原組烴源巖顯微組成無明顯差異，但是受海進(jìn)—海退沉積旋回控制，太原組下部和山西組底部樣品的礦物瀝青基質(zhì)與殼質(zhì)組含量相對(duì)于層系上部地層樣品普遍較高。因此，東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖主要發(fā)育鏡質(zhì)腐殖有機(jī)相，太原組下部和山西組底部還發(fā)育含腐泥腐殖有機(jī)相，富氫組分含量更高[10]?；|(zhì)鏡質(zhì)體、殼質(zhì)組和礦物瀝青基質(zhì)是富氫的傾油組分，三種組分含量高是東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖具有較高生油潛力的原因。

由上述分析可知，東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型和成烴潛力評(píng)價(jià)不應(yīng)該簡單套用湖相烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，氫指數(shù)高、氯仿瀝青“A”含量高、有機(jī)顯微組分中基質(zhì)鏡質(zhì)體、殼質(zhì)組和礦物瀝青基質(zhì)含量高的特點(diǎn)證實(shí)其具有較高的生油潛力。筆者利用熱模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探討了煤巖、暗色泥巖的成烴潛力。受鉆井取心資料的限制，筆者在慶古3井山西組采集煤巖樣品1塊，ω(TOC)=77.1%，Tmax=461 ℃，IH=118.3 mg/g，Ro=1.18%，屬含腐泥腐殖有機(jī)相；在慶古3井太原組采集暗色泥巖樣品1塊，ω(TOC)=2.18%，Tmax=472 ℃，IH=105.4 mg/g，Ro=1.21%，屬鏡質(zhì)腐殖相。由于2個(gè)鉆井巖心樣品熱演化程度已達(dá)成熟階段，為了更合理地研究各演化階段的生烴特征，筆者采集了具有相同有機(jī)相的魯西南地區(qū)兗州煤田的煤巖和泥巖樣品。其中，煤巖樣品ω(TOC)=82.09%，Tmax=428 ℃，IH=226 mg/g，Ro=0.60%，屬鏡質(zhì)腐殖有機(jī)相；泥巖樣品ω(TOC)=3.27%，Tmax=436 ℃，IH=166 mg/g，Ro=0.75%，屬含腐泥腐殖有機(jī)相。模擬實(shí)驗(yàn)在南京大學(xué)表生地球化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)方法如文獻(xiàn)[11]所示，模擬結(jié)果如圖6所示。

圖6 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界烴源巖熱模擬產(chǎn)率

模擬結(jié)果顯示，受樣品初始成熟度的影響，慶古3井2個(gè)樣品(圖6a，d)的液態(tài)烴產(chǎn)率模擬結(jié)果受到一定影響；由于Ro=1.25%之前的氣態(tài)烴產(chǎn)率極低，初始成熟度對(duì)氣態(tài)烴產(chǎn)率影響較小，與2個(gè)低熟樣品的演化特征一致。從2個(gè)低熟樣品的模擬結(jié)果分析，液態(tài)烴生成演化總體上呈現(xiàn)單峰特征，在250 ℃時(shí)(Ro=0.67%)已經(jīng)開始有較多的液態(tài)烴類生成；300 ℃(Ro=0.87%)以后開始大量生油，325 ℃(Ro=1.08%)左右達(dá)到生油高峰；此后，液態(tài)烴量逐漸降低，至500 ℃時(shí)(Ro=2.23%)趨于穩(wěn)定。氣態(tài)烴生成演化總體上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，增大速率具有多階段性。生油高峰之前，氣態(tài)烴產(chǎn)率很低；生油高峰之后，氣態(tài)烴產(chǎn)率快速增加，該時(shí)期氣態(tài)烴的增加既有干酪根裂解生氣，也有液態(tài)烴類裂解成氣。450～500 ℃(Ro=2.08%～2.23%)區(qū)間氣體產(chǎn)率緩慢增加，500 ℃以后再次快速增大，550 ℃氣態(tài)烴量趨于穩(wěn)定(Ro=2.95%)。由模擬結(jié)果可知，東濮凹陷石炭系—二疊系煤巖、暗色泥巖一方面具有較高的生油潛力，另一方面成烴演化過程均具有多階段性、生氣帶寬的特點(diǎn)。這主要是由有機(jī)質(zhì)顯微組成具有復(fù)雜性，而富氫的殼質(zhì)組、基質(zhì)鏡質(zhì)體和貧氫的均質(zhì)鏡質(zhì)體、惰質(zhì)組的化學(xué)結(jié)構(gòu)和熱演化特征具有較大差異性引起的[10-11]。不同有機(jī)相、巖性烴源巖富氫和貧氫組分相對(duì)組成的差異，也使得氣態(tài)烴產(chǎn)率(單位有機(jī)碳)的最高值表現(xiàn)出一定的差異性。含腐泥腐殖相煤巖該值為254 mg/g，鏡質(zhì)腐殖相煤巖為222 mg/g，含腐泥腐殖相泥巖為360 mg/g，鏡質(zhì)腐殖相泥巖為251 mg/g。

表1 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界烴源巖顯微組分含量

3 烴源巖生烴史

華北克拉通盆地上古生界烴源巖發(fā)育穩(wěn)定，是一套區(qū)域性優(yōu)質(zhì)氣源巖[12-16]，鄂爾多斯盆地[17-26]、渤海灣盆地[27-30]已有勘探和研究成果證實(shí)，石炭系—二疊系太原組和山西組是主要供烴層系，天然氣富集程度、鉆井產(chǎn)能主要受控于烴源巖熱演化歷史和生氣強(qiáng)度。東濮凹陷已有研究著重于討論石炭系—二疊系煤系烴源巖的熱演化史和二次生烴特征，基本明確了北部烴源巖二次生烴的起始熱演化程度低、后期埋藏深度大，是勘探有利區(qū)帶；南部受燕山期火山巖侵入的影響，有部分地區(qū)在一次生烴期已達(dá)到生烴高峰，損失了部分資源潛力，二次生烴資源潛力相對(duì)較低[3-4]。本文在不同類型烴源巖成烴潛力新認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖生烴史進(jìn)行了量化研究。

如圖7所示，西斜坡慶古2和慶古3井石炭系—二疊系烴源巖鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系與古近系一致；蘭聊斷層上升盤的毛崗、東明集和蘭聊地區(qū)石炭系—二疊系烴源巖鏡質(zhì)體反射率較同深度古近系烴源巖略高；西部豐1、豐2井更甚。這是東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖在燕山期埋深整體較淺，喜馬拉雅期隨古近系差異化深埋的結(jié)果。西部地區(qū)鏡質(zhì)體反射率在0.54%～0.63%，蘭聊上升盤在0.82%～1.10%，進(jìn)一步說明燕山期的埋藏深度整體具有東高西低的特點(diǎn)，西部僅達(dá)到早成熟階段，東部已達(dá)到成熟階段。以此為約束，結(jié)合已有溫度場研究成果[3]，本文對(duì)東濮凹陷西部、西斜坡和東部深洼帶烴源巖埋藏史、熱史和生烴史進(jìn)行了分析。

圖7 渤海灣盆地東濮凹陷烴源巖鏡質(zhì)體反射率與埋深關(guān)系

三疊紀(jì)末期，東濮地區(qū)整體具有西薄東厚的趨勢，西部地區(qū)石炭系—二疊系烴源巖埋藏較淺，在2 400 m左右，Ro僅0.6%左右(圖8a)；西斜坡地區(qū)埋深在2 800～3 000 m，Ro達(dá)到0.7%左右(圖8b)；東部地區(qū)埋深達(dá)3 000～3 100 m，Ro達(dá)到0.8%左右(圖8c)。侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)，東濮地區(qū)可能沉積了一定厚度的地層，但整體處于抬升剝蝕期，使得現(xiàn)今東濮地區(qū)整體缺失三疊系上部地層，西部地區(qū)缺失三疊系全部地層(圖8d)。古近紀(jì)大規(guī)模斷陷運(yùn)動(dòng)后，不同區(qū)帶石炭系—二疊系烴源巖隨著古近紀(jì)的沉積經(jīng)歷了差異化的埋藏和熱演化歷史(圖8d)，西部地區(qū)埋藏深度約1 000 m，西斜坡地區(qū)埋藏深度達(dá)3 000～4 500 m，東部深洼區(qū)快速埋藏到5 000～8 000 m深度。

圖8 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界埋藏史及現(xiàn)今構(gòu)造模式

西部地區(qū)石炭系—二疊系烴源巖在三疊紀(jì)末期Ro演化至0.6%左右，幾乎無天然氣生成，其產(chǎn)率(單位有機(jī)碳)僅0.16 mg/(g·Ma)，累計(jì)產(chǎn)率僅2.18 mg/g；古近紀(jì)后埋藏深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三疊紀(jì)末期的最大古埋深，未發(fā)生二次生烴過程(圖9)。西斜坡地區(qū)在三疊紀(jì)末期Ro演化至0.7%左右，有一定量的天然氣生成，產(chǎn)率0.48 mg/(g·Ma)，累計(jì)產(chǎn)率8.93 mg/g，相對(duì)于烴源巖約250 mg/g的總生氣潛力來說，比例僅占3.5%左右，可忽略不計(jì)；古近紀(jì)快速埋藏階段，Ro迅速演化至1.2%左右，由于該階段烴源巖仍未進(jìn)入大量生氣期(圖6)，天然氣產(chǎn)率僅達(dá)到4.65 mg/(g·Ma)，累計(jì)產(chǎn)率僅達(dá)61.3 mg/g，僅占總生氣潛力的24.5%(圖9)。東部深洼區(qū)三疊紀(jì)末期Ro演化至0.8%左右，天然氣產(chǎn)率達(dá)1.26 mg/(g·Ma)，累計(jì)產(chǎn)率21.71 mg/g，占總生烴潛力的8.7%左右，對(duì)總資源潛力的影響較低；古近紀(jì)，Ro迅速演化至3.1%左右，烴源巖已完成了生氣過程，主要生氣期為沙河街組三段沉積期，天然氣產(chǎn)率達(dá)25.85 mg/(g·Ma)，累計(jì)產(chǎn)率達(dá)235.8 mg/g(圖9)。

圖9 渤海灣盆地東濮凹陷上古生界烴源巖成熟度和天然氣產(chǎn)率演化史

由上述分析可知，東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖的演化，總體具有三疊紀(jì)淺埋、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)長期抬升、古近系快速埋藏?zé)嵫莼鷼獾奶卣鳌ＨB紀(jì)一次生氣量較小，對(duì)總資源潛力的影響較低，西部地區(qū)可忽略不計(jì)。古近紀(jì)，石炭系—二疊系烴源巖隨著新生代盆地演化表現(xiàn)出差異化的演化過程，西部地區(qū)無二次生烴條件；西斜坡地區(qū)生氣量整體較低；東部深洼區(qū)烴源巖埋深大、演化程度高、大量生氣，為天然氣聚集提供了充足的氣源條件。已有勘探成果也能證實(shí)這一演化規(guī)律。

4 有利成藏區(qū)帶

鄂爾多斯和渤海灣盆地已有勘探成果證實(shí)，華北地區(qū)石炭系—二疊系煤成氣藏多圍繞生氣中心分布，如鄂爾多斯盆地蘇里格、慶陽等上古生界致密砂巖氣田主要分布在生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2的范圍內(nèi)，但杭錦旗地區(qū)生氣強(qiáng)度10×108m3/km2左右也發(fā)現(xiàn)有煤成氣藏[17-19]；渤海灣盆地冀中坳陷霸縣凹陷蘇橋—文安氣田天然氣來源于東斜坡生氣中心，生氣強(qiáng)度達(dá)30×108m3/km2，黃驊坳陷烏馬營地區(qū)生烴強(qiáng)度則高達(dá)200×108m3/km2。但是，關(guān)于天然氣富集成藏的生氣強(qiáng)度下限值，不同學(xué)者的研究認(rèn)識(shí)差異較大。

東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖厚度和有機(jī)質(zhì)豐度分布穩(wěn)定，生氣強(qiáng)度主要受控于熱演化程度。烴源巖熱演化程度主要受控于現(xiàn)今的構(gòu)造格局，整體具有西低東高的特征，從西部地區(qū)至西斜坡地區(qū)呈逐漸增高的趨勢，Ro由0.6%增大至1.5%左右；過長垣斷層、石家集斷層后，地層埋深急劇加深，Ro突增至2.0%以上，前梨園、西南洼、葛崗集深洼帶Ro最高達(dá)3.0%～4.0%(圖1)。石炭系—二疊系烴源巖總生氣強(qiáng)度的分布規(guī)律與Ro整體一致，從西部地區(qū)至西斜坡地區(qū)，生氣強(qiáng)度由1×108m3/km2逐漸增大至20×108m3/km2；長垣斷層、石家集斷層下盤，生氣強(qiáng)度迅速增大至40×108m3/km2，深洼帶生氣強(qiáng)度高達(dá)60×108m3/km2以上，前梨園洼陷帶更是高達(dá)110×108m3/km2以上(圖10)。

從已有鉆井天然氣顯示情況來看，慶古2、胡古1、衛(wèi)古1等井位于生氣強(qiáng)度(5～20)×108m3/km2區(qū)域(圖10)，但鉆井僅見油氣顯示，說明在東濮凹陷，石炭系—二疊系烴源巖生氣強(qiáng)度小于20×108m3/km2區(qū)域難以形成天然氣富集。其原因在于烴源巖熱演化程度較低，Ro在1.2%左右，仍處于生油高峰期—大量生氣起始階段(圖6)，天然氣產(chǎn)率(單位有機(jī)碳)僅在60 mg/g左右。同時(shí)，由于煤系源巖生油潛力較低，因此鉆井多見石油顯示而不能富集成藏。胡古2和文23煤層氣田位于生氣強(qiáng)度(20～40)×108m3/km2區(qū)域，但是從2個(gè)氣田天然氣干燥系數(shù)分析，天然氣應(yīng)來源于Ro大于2.0%的烴源巖，與下伏烴源巖Ro在1.6%左右的演化階段不匹配。結(jié)合東濮凹陷兩洼一隆的構(gòu)造格局分析認(rèn)為(圖8d)，2個(gè)氣田天然氣應(yīng)來源于前梨園洼陷的深洼區(qū)，生氣強(qiáng)度在(40～110)×108m3/km2。由此可以認(rèn)為，東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖生氣強(qiáng)度大于40×108m3/km2才能形成可持續(xù)開采的原生煤成氣藏。濮深17井僅見天然氣顯示(生氣強(qiáng)度約30×108m3/km2)、白廟地區(qū)多口井獲工業(yè)氣流(生氣強(qiáng)度約70×108m3/km2)，也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。

圖10 渤海灣盆地東濮凹陷北部上古生界烴源巖生氣強(qiáng)度與鉆井顯示、探明煤成氣藏分布

上述東濮凹陷已有勘探成果證實(shí)，石炭系—二疊系烴源巖生氣強(qiáng)度大于40×108m3/km2的區(qū)域才能形成天然氣富集，已探明的戶部寨、胡慶、白廟3個(gè)煤成氣藏均環(huán)繞前梨園深洼帶分布(圖10)。從古近紀(jì)凹陷構(gòu)造演化特征和儲(chǔ)蓋條件分析，該區(qū)煤成氣成藏模式為：古近系沙三段—沙一段沉積期，石炭系—二疊系煤系烴源巖開始大規(guī)模生氣，天然氣向源內(nèi)或緊鄰源巖的儲(chǔ)層直接充注，在通源斷層發(fā)育區(qū)沿?cái)鄬酉蚬沤祪?chǔ)層充注，并在沙四和沙三中、下鹽巖及泥巖蓋層的遮擋下發(fā)生聚集(圖11)。

圖11 渤海灣盆地東濮凹陷北部上古生界煤成氣成藏模式

5 結(jié)論

(1)東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖表現(xiàn)出煤系烴源巖總有機(jī)碳含量高、分布連續(xù)的特點(diǎn)，顯微組成中富氫的殼質(zhì)組、基質(zhì)鏡質(zhì)體含量高(大于10%)，使得煤巖、暗色泥巖一方面具有較高的生油潛力，另一方面成烴演化過程均具有多階段性、生氣帶寬的特點(diǎn)，液態(tài)烴最高產(chǎn)率(單位有機(jī)碳)高達(dá)150～170mg/g，氣態(tài)烴最高產(chǎn)率達(dá)220～360 mg/g。

(2)東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖在燕山期的埋藏深度整體較淺，成熟度具有東高西低的特點(diǎn)。西部僅達(dá)到早成熟階段，Ro在0.6%左右；東部已達(dá)到成熟階段早期，Ro在0.8%左右，一次生氣量較小，對(duì)總資源潛力的影響較低。喜馬拉雅期隨古近系沉積表現(xiàn)出差異化的演化特點(diǎn)，西部地區(qū)無二次生烴條件，西斜坡地區(qū)生氣量整體較低；東部深洼區(qū)烴源巖埋深大、演化程度高、大量生氣，為天然氣聚集提供了充足的氣源條件。

(3)東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖生氣強(qiáng)度整體具有西低東高的特征，從西部地區(qū)至西斜坡地區(qū)，生氣強(qiáng)度由1×108m3/km2逐漸增大至20×108m3/km2；長垣斷層、石家集斷層下盤，生氣強(qiáng)度迅速增大至40×108m3/km2，深洼帶生氣強(qiáng)度高達(dá)60×108m3/km2以上，最高達(dá)110×108m3/km2以上。

(4)東濮凹陷石炭系—二疊系烴源巖生氣強(qiáng)度大于40×108m3/km2的區(qū)域才能形成天然氣富集，前梨園洼陷帶生氣強(qiáng)度在(60～110)×108m3/km2，具備形成原生煤成氣藏和古生新儲(chǔ)煤成氣藏的有利地質(zhì)條件，是下步有利勘探區(qū)帶。