西湖凹陷平北地區(qū)煤系烴源巖識別與分布

趙 靜，黃志龍，劉春鋒，李天軍，蔣一鳴，譚思哲，黃 鋆，郭小波

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；3.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030；4.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065）

0 引言

煤系烴源巖是指含煤巖系（或煤系）中具有生烴能力的巖層，主要包括煤、暗色泥巖和炭質(zhì)泥巖，富含有機質(zhì)［1］。不同環(huán)境下不同巖性的煤系烴源巖的生烴能力差別較大，沼澤環(huán)境覆水越深，煤中有機質(zhì)富氫程度越高，生烴潛力越好，湖泊沼澤環(huán)境形成的煤系烴源巖明顯優(yōu)于三角洲間灣、河流沼澤環(huán)境［2］。由于煤系烴源巖巖性復(fù)雜多樣，且不同巖性烴源巖的地球化學(xué)特征差異明顯，所以如何有效區(qū)分不同類型烴源巖的分布特征，對于計算生烴潛力及油氣藏分布的研究具有重要意義。

東海盆地西湖凹陷是我國近海海域油氣資源最為豐富的沉積凹陷之一，其中，西部斜坡帶為有利勘探區(qū)帶［3］，平北地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了寶云亭油氣田、武云亭油氣田、孔雀亭含油氣構(gòu)造，為油氣富集帶，油氣層主要分布于平湖組［4］。平湖組煤系烴源巖為研究區(qū)主要供烴源巖，沉積環(huán)境以潮汐海岸和潮控三角洲沉積為主，煤系烴源巖分布廣、厚度大、埋藏深［5］，但烴源巖層薄而多樣，發(fā)育煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖。不同巖性煤系烴源巖的地球化學(xué)特征差別較大，與泥巖相比，煤和炭質(zhì)泥巖具有更高的液態(tài)烴生成潛力［6］。油源對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分油來自平湖組炭質(zhì)泥巖和煤，具有典型Ⅲ型腐殖油的特征［7］。田楊等［8］認(rèn)為西湖凹陷平湖組烴源巖的發(fā)育主要受沉積-沉降速率、母質(zhì)來源及有機質(zhì)保存條件等因素控制。魏恒飛等［9］認(rèn)為西湖凹陷的凝析油和凝析氣具有相同的成因類型和成熟度，均為平湖組煤系烴源巖生成的油氣，生烴中心的分布控制著油氣藏的分布。刁慧等［10］認(rèn)為西湖凹陷始新世平湖組烴源巖為斷-坳轉(zhuǎn)換期發(fā)育的一套海陸過渡相煤系烴源巖，平北地區(qū)烴源巖處于早—中期（低熟—成熟）生烴階段。

平湖組烴源巖的類型明顯控制著油藏、氣藏、凝析氣藏的分布，研究人員［6-8，10］通常是對平湖組不同巖性煤系烴源巖進行評價，而缺少對優(yōu)質(zhì)煤系烴源巖的縱向及平面分布進行預(yù)測，而優(yōu)質(zhì)煤系烴源巖的展布，對西湖凹陷平北地區(qū)油氣聚集的研究具有重要意義。此外，由于西湖凹陷平北地區(qū)煤系烴源巖埋藏較深，分布在3 200～4 500 m，海上鉆井成本高、難度大，烴源巖鉆井取心較少，煤系烴源巖呈薄互層分布，巖屑資料可信度低，因此如何合理利用有限的巖心資料評價煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖這3 類烴源巖的質(zhì)量及如何預(yù)測烴源巖有利發(fā)育區(qū)段顯得尤為重要。本文從不同巖性烴源巖地球化學(xué)特征出發(fā)，提出了精準(zhǔn)定位煤系烴源巖的測井識別模型，明確了有效烴源巖類型，得出了研究區(qū)優(yōu)質(zhì)煤系烴源巖的分布特征與發(fā)育的關(guān)鍵因素。

1 地質(zhì)概況

西湖凹陷位于中國東海盆地東北部，是東海規(guī)模最大的富油氣凹陷，總面積約5.2 萬km2，自西向東劃分為西部斜坡帶、西次凹、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東次凹、東部斷階帶等5 個構(gòu)造單元（圖1）。平北斜坡位于平湖斜坡內(nèi)，區(qū)帶面積近2 000 km2，發(fā)育了多個規(guī)模不等的構(gòu)造帶，自北向南依次為孔雀亭構(gòu)造帶、武云亭構(gòu)造帶、寶云亭—團結(jié)亭構(gòu)造帶［圖1（a）］。西湖凹陷自下而上發(fā)育始新統(tǒng)寶石組與平湖組，漸新統(tǒng)花港組，中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組，上新統(tǒng)三潭組與更新統(tǒng)東海群等地層［圖1（b）］［11-12］，其中，中—上始新統(tǒng)平湖組烴源巖與儲集層呈薄互層發(fā)育，為主力烴源巖層及含油氣層。按照巖性及電性特征將平湖組劃分為10 個層段（P1—P10），進一步細(xì)分為平湖組上段（P1—P4）、中上亞段（P5—P6）、中下亞段（P7—P8）和下段（P9—P10）。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造單元劃分（a）與地層綜合柱狀圖（b）（據(jù)文獻［12］修改）Fig.1 Structural unit division（a）and comprehensive stratigraphic column（b）of Xihu Sag

平湖組沉積期西湖凹陷處于斷陷期，平北地區(qū)構(gòu)造活動強烈，NE—NEE 向生長斷層持續(xù)活動，斷層多斷穿至平湖組頂界，且呈斷階狀組合樣式。同生斷層的發(fā)育對平北地區(qū)平湖組古地形面貌、砂體的展布、物源供給、水深均具有明顯控制作用［12］。平湖組為一套海陸過渡相沉積地層，發(fā)育潮坪、潮汐改造的三角洲或河口灣沉積相［13］，有利的成煤環(huán)境與差異性構(gòu)造背景使得平湖組沉積了一套厚度分布差異較大的煤系烴源巖［14-15］。平湖組煤系烴源巖包括泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤3 類［5，10］，由斜坡帶向西次凹方向，覆水深度逐漸增加，水動力逐漸增強，依次發(fā)育潮坪—瀉湖—半封閉海灣環(huán)境，其中潮間帶為煤和炭質(zhì)泥巖優(yōu)勢發(fā)育區(qū)域。

2 烴源巖地球化學(xué)特征與有效性評價

2.1 烴源巖地球化學(xué)特征

由于平北地區(qū)取心樣品中煤與炭質(zhì)泥巖樣品較少，且泥巖巖心樣品段較為集中，巖屑質(zhì)量較差，本文為提高分析結(jié)果的有效性，在分析研究區(qū)實驗樣品的基礎(chǔ)上，重點根據(jù)巖心樣品實驗結(jié)果，并結(jié)合前人對煤系烴源巖的評價結(jié)果，對煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖3 種烴源巖的質(zhì)量進行評價。平北地區(qū)煤系烴源巖中煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖的總有機碳（TOC）含量與生烴潛力（S1+S2）存在較大差異。陳建平等［16］認(rèn)為西北盆地中煤系烴源巖的TOC 含量與（S1+S2）呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系，并根據(jù)TOC 含量將煤系烴源巖劃分為：煤［w（TOC）>40.0%）］、炭質(zhì)泥巖（6.0%

圖2 平北地區(qū)平湖組煤系烴源巖（S1+S2）與TOC 含量的關(guān)系及巖性劃分N 為樣品個數(shù)Fig.2 Relationship between（S1+S2）and TOC content，and lithology division of coal-bearing source rocks of Pinghu Formation in Pingbei area

表1 平北地區(qū)平湖組烴源巖地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of geochemical parameters of source rocks of Pinghu Formation in Pingbei area

我國煤成烴盆地絕大多數(shù)煤的（S1+S2）介于100～150 mg/g，對應(yīng)氫指數(shù)（HI）為150～250 mg/g［1］。平北地區(qū)煤的（S1+S2）介于111.01～360.50 mg/g，對應(yīng)HI為212.44～401.45 mg/g，高于一般煤成烴盆地，具有中等—好的生烴潛力；炭質(zhì)泥巖TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于7.75%～25.01%，（S1+S2）介于18.69～57.70 mg/g，對應(yīng)HI為148.73～395.04 mg/g，具有中等程度的生烴潛力（表1）。

通過巖石熱解烴（S2）總量并結(jié)合TOC 含量可獲得HI，利用氫指數(shù)（HI）-最高熱解峰溫（Tmax）圖版［圖3（a）］可判別烴源巖干酪根類型［17-18］。平湖組煤的HI普遍高于炭質(zhì)泥巖和泥巖，顯微組分主要為富氫鏡質(zhì)體［19］，這種潮坪—瀉湖環(huán)境下沉積的具有富氫鏡質(zhì)組的煤不僅可生成氣態(tài)烴，還能生成一定數(shù)量的液態(tài)烴［1］。平北地區(qū)的煤多具有較高熱解烴（S2）含量，干酪根類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主，少量樣品為Ⅰ型。蔣一鳴等［19］認(rèn)為西湖凹陷平湖組煤和炭質(zhì)泥巖有機質(zhì)類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，推斷是由于煤樣品中存在的殘余烴使得HI偏高，從而認(rèn)為煤和炭質(zhì)泥巖有機質(zhì)類型較好；約34%的泥巖樣品干酪根類型為Ⅱ2型，約7.5%的泥巖樣品干酪根類型為Ⅱ1型，其余為Ⅲ型，整體要差于煤和炭質(zhì)泥巖［圖3（a）］。由表2 可看出，煤的干酪根類型為Ⅱ2型，炭質(zhì)泥巖和泥巖干酪根類型均為Ⅱ2—Ⅲ型，其中炭質(zhì)泥巖干酪根類型略優(yōu)于泥巖。綜上所述，研究區(qū)煤系烴源巖中煤的有機質(zhì)類型最好，炭質(zhì)泥巖次之，泥巖最差。

圖3 平北地區(qū)平湖組烴源巖有機質(zhì)類型與成熟度N 為樣品個數(shù)Fig.3 Organic matter types and maturity of source rocks of Pinghu Formation in Pingbei area

表2 平北地區(qū)煤系烴源巖干酪根碳同位素Table 2 Kerogen isotope of coal-bearing source rocks in Pingbei area

平北地區(qū)平湖組煤系烴源巖為43～32 Ma 沉積的始新統(tǒng)地層，地層年代較新，埋深在3 200～4 500 m，平均地溫梯度3.16 ℃/100 m，受時間-溫度因素作用，研究區(qū)烴源巖普遍進入生烴期。其中，平北地區(qū)煤系烴源巖在埋深2 800 m 時，烴源巖成熟度（Ro）達到0.5%［圖3（b）］，達到生烴門限，進入成熟演化階段；埋深達到3 700 m 左右時，Ro達到0.7%，2 800～3 700 m 對應(yīng)低成熟階段［圖3（b）］；埋深大于3 700 m 后，烴源巖進入成熟演化階段。平湖組煤系烴源巖埋深均大于3 200 m，Ro在0.55%～1.00%［圖3（b）］，為典型低熟—成熟煤系烴源巖，具有大范圍生烴的潛力，由于煤、炭質(zhì)泥巖呈薄夾層分布在泥巖中間，三者的成熟度相差較小。

2.2 烴源巖有效性分析

當(dāng)烴源巖TOC 含量較低時，生成的烴類和氣體多以游離態(tài)賦存于源巖內(nèi)部微小孔隙中，烴源巖排烴量有限，現(xiàn)今殘留可溶有機質(zhì)接近于生烴總量，此時TOC 含量與殘留可溶有機質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系；對于同一套烴源巖層，當(dāng)TOC 含量升高至某一閾值時，排烴量隨TOC 含量升高會明顯增大，烴源巖內(nèi)部的殘留烴量隨之下降。因此，殘留烴含量曲線的拐點所對應(yīng)的TOC 含量為有效烴源巖的TOC含量下限值［20-22］。高崗等［23］采用生烴量參數(shù)w（S1）/w（TOC）判別排烴源巖的TOC 含量閾值，高于該閾值為有效排烴烴源巖，本文基于w（S1）/w（TOC）-w（TOC）圖版判斷有效烴源巖的TOC 含量下限［圖4（a）］。

由于研究區(qū)炭質(zhì)泥巖和煤的巖心、巖屑樣品較少，難以建立w（S1）/w（TOC）-w（TOC）圖版，所以本文利用上述方法，僅對泥巖的有效性進行評價，通過總有機碳實驗和熱解實驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，平湖組泥巖有效烴源巖的TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)下限為1.0%［圖4（b）］。由此認(rèn)為，研究區(qū)煤與炭質(zhì)泥巖均為有效烴源巖層，而泥巖TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)多<1.0%，生烴潛力較差，為較差烴源巖，僅當(dāng)TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)>1.0%時為有效烴源巖。蔣一鳴等［19］根據(jù)黃金管熱模擬試驗發(fā)現(xiàn)，西湖凹陷平湖組烴源巖中煤比泥巖液態(tài)烴產(chǎn)率高、活化性能低。目前平北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的大部分油氣均為平湖組煤和炭質(zhì)泥巖所貢獻［7，24］，這也間接證明了煤和炭質(zhì)泥巖均為有效烴源巖。

圖4 有效烴源巖排烴有機碳含量下限判別模式圖版（a）［20，23］和平北地區(qū)平湖組泥巖w（S1）/w（TOC）與w（TOC）關(guān)系（b）N 為樣品個數(shù)Fig.4 Lower limit judgment model of hydrocarbon expulsion organic carbon content in effective source rocks（a）and relationship between w（S1）/w（TOC）and w（TOC）in mudstones of source rocks of Pinghu Formation in Pingbei area（b）

3 有效烴源巖識別與分布特征

3.1 測井巖性識別

平北地區(qū)煤、炭質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖的測井曲線響應(yīng)特征具有明顯差異，因此本文基于不同巖性的測井曲線特征，精確識別研究區(qū)烴源巖巖性，以解決不同巖性煤系烴源巖難以區(qū)分、分布深度定位不準(zhǔn)確的問題，進而輔助烴源巖研究［25-27］。

依據(jù)研究區(qū)不同巖性烴源巖測井曲線特征，優(yōu)選對巖性敏感度較高的聲波時差、自然伽馬和補償中子對烴源巖巖性進行識別。由于平北地區(qū)不同構(gòu)造帶的構(gòu)造背景差異導(dǎo)致烴源巖發(fā)育特征不同，其電性特征也存在一定差異，因此對不同構(gòu)造帶分別建立巖性識別圖版（圖5），確定不同巖性的測井識別值域范圍（表3）。結(jié)果表明，平北地區(qū)暗色泥巖具有低聲波時差、低補償中子、高自然伽馬特征；炭質(zhì)泥巖具有高聲波時差、高補償中子、高自然伽馬特征；煤具有高聲波時差、高補償中子、低自然伽馬特征，可以區(qū)分出泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤和砂巖?；谄奖钡貐^(qū)巖性識別標(biāo)準(zhǔn)，對研究區(qū)19 口鉆井的煤和炭質(zhì)泥巖進行識別（圖6）。

圖5 西湖凹陷武云亭地區(qū)平湖組地層測井曲線巖性識別圖版Fig.5 Lithologic identification by logging curves of Pinghu Formation in Wuyunting area，Xihu Sag

圖6 武云亭地區(qū)B1 井烴源巖預(yù)測柱狀圖Fig.6 Source rock prediction of well B1 in Wuyunting area

表3 平北地區(qū)平湖組各巖性測井曲線特征Table 3 Lithologic characteristics of logging curves of Pinghu Formation in Pingbei area

3.2 泥巖TOC 含量預(yù)測

測井曲線對泥巖中TOC 含量的響應(yīng)特征明顯，而且連續(xù)性好、縱向分辨率高，因此可利用測井曲線預(yù)測泥巖的TOC 含量［28-29］。煤系地層烴源巖富含有機質(zhì)，但巖性差異大，測井響應(yīng)特征變化大，如厚層泥巖中夾有薄層煤，測井曲線會表現(xiàn)出自然伽馬、密度等測井響應(yīng)特征突變，使得計算的TOC 含量發(fā)生突變，準(zhǔn)確率降低［30］，且由于平北地區(qū)炭質(zhì)泥巖、煤的生烴潛力為中等—好，僅泥巖樣品的生烴潛力差異較大。因此本文排除巖性對測井曲線的影響，僅對巖性識別后的泥巖段進行TOC 含量預(yù)測。

常用的泥巖TOC 含量測井識別方法為ΔlogR法、多元參數(shù)擬合法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［31］。ΔlogR法是利用聲波時差和電阻率曲線疊合，適用于巖性簡單的大套厚層泥巖。研究區(qū)平湖組煤系烴源巖巖性復(fù)雜，烴源巖呈薄互層分布，平北地區(qū)存在的異常地層壓力對聲波時差測井曲線影響較大，所以ΔlogR法不能達到烴源巖精細(xì)評價。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要大量實測TOC 含量數(shù)據(jù)進行迭代運算，而由于海上鉆井取心成本較高，樣品分布集中，跨越層位少，使得計算結(jié)果效果較差。因此，本文采用多元參數(shù)擬合法對泥巖TOC 含量進行預(yù)測。

根據(jù)各常規(guī)測井曲線與泥巖巖心TOC含量的相關(guān)關(guān)系，優(yōu)選密度、自然伽馬、補償中子和深側(cè)向電阻率為泥巖有機質(zhì)豐度的敏感參數(shù)，擬合模型如下

式中：a，b，c，d，e為待定系數(shù)；DEN為密度，g/cm3；CN為補償中子，%；Rd為深側(cè)向電阻率；Ω·m；GR為自然伽馬，API。

本文對孔雀亭地區(qū)和武云亭地區(qū)共48 個實測巖心TOC 含量進行多元回歸關(guān)系擬合，分別建立了泥巖TOC 含量預(yù)測模型，擬合相關(guān)系數(shù)較高（表4）。利用該模型對研究區(qū)已有鉆井進行TOC 含量預(yù)測，預(yù)測結(jié)果較好，并以此為依據(jù)識別出有效泥巖段的TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞1.0%。預(yù)測結(jié)果表明，有效泥巖縱向上普遍發(fā)育，以平湖組中段和平湖組下段為主，平湖組上段發(fā)育較少。

表4 平北地區(qū)平湖組多元回歸模型Table 4 Multiple regression models of source rocks of Pinghu Formation in Pingbei area

3.3 烴源巖分布特征

根據(jù)測井曲線巖性識別及泥巖TOC 含量預(yù)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)平湖組中段和平湖組下段均有相當(dāng)規(guī)模的有效烴源巖分布（參見圖6）。不同井位之間，煤系烴源巖分布也存在差別，通過單井對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在武云亭至寶云亭地區(qū)，自西向東炭質(zhì)泥巖/泥巖的厚度比率、煤/泥巖的厚度比率均具有先增大后減小的趨勢［圖7（a）］；在孔雀亭地區(qū)，由孔雀亭隆起向北部洼陷方向煤/泥巖的厚度比率先增大后減小，而炭質(zhì)泥巖/泥巖的厚度比率具有先減小后增大的趨勢［圖7（b）］。

圖7 平北斜坡平湖組烴源巖巖性分布規(guī)律Fig.7 Lithology distribution of source rocks of Pinghu Formation in Pingbei slope

煤系烴源巖的發(fā)育明顯受水深影響，水深太淺的氧化環(huán)境與水深過深的高等植物欠發(fā)育環(huán)境均不利于泥炭沼澤的發(fā)育［2］。因此，在靠近物源方向由于水深過淺，煤系烴源巖普遍不發(fā)育，TOC 含量較低；隨水深增加，利于煤和炭質(zhì)泥巖的形成，同時煤中有機質(zhì)富氫程度增高，生油氣性能增強，此時煤系烴源巖質(zhì)量最優(yōu)，煤與炭質(zhì)泥巖占比達到峰值；當(dāng)水體達到一定深度時，不利于高等植物的大規(guī)模生長［15］，煤和炭質(zhì)泥巖占比減少，泥巖占比增大，缺氧環(huán)境有利于有機質(zhì)的保存，泥巖有機質(zhì)豐度較高［32-33］。

平湖組下段沉積期西湖凹陷處于裂陷期，平北地區(qū)發(fā)育三角洲沉積體系，近物源的斷層下降盤成為煤系烴源巖有利聚集區(qū)。但是在平湖組下段沉積初期，由于水深較深，不利于煤、炭質(zhì)泥巖的發(fā)育，因此在平湖組下段沉積晚期，水深變淺，才發(fā)育一定規(guī)模的煤和炭質(zhì)泥巖［34］；平湖組中段沉積期，平北斜坡發(fā)育海侵—高位沉積體系，潮上—潮間帶、瀉湖和潮控三角洲平原發(fā)育的沼澤環(huán)境有利于沉積煤和炭質(zhì)泥巖，水體處于還原環(huán)境，有機質(zhì)易于保存；平湖組上段沉積期，海水發(fā)生水退，發(fā)育受潮汐影響的三角洲沉積體系，不利于聚煤作用發(fā)生，多發(fā)育泥巖［32-33］。因此，受古水深及沉積環(huán)境影響，平北地區(qū)煤、炭質(zhì)泥巖主要分布在平湖組中段，部分地區(qū)平湖組下段煤較厚，有效泥巖受保存條件影響多發(fā)育在平湖組中段；平湖組上段沉積期海水發(fā)生水退，不利于海陸過渡相富有機質(zhì)細(xì)粒沉積物沉積、有機質(zhì)保存條件較差，有效煤系烴源巖分布最少。

由于古地貌可反應(yīng)同一沉積期古水深的相對深淺，平北斜坡帶古地形自西向東由斜坡帶向西次凹過渡，水深逐漸加深，局部隆起區(qū)水深較淺，局部凹陷區(qū)水深較深。本文依據(jù)單井烴源巖預(yù)測結(jié)果，結(jié)合平湖組沉積初期平北地區(qū)古地形特征，對平湖組中段沉積期平北斜坡煤系烴源巖的平面展布進行預(yù)測（圖8）。平北地區(qū)在平湖組中段發(fā)生海侵，水體攜帶富有機質(zhì)細(xì)粒沉積物沉積，為高等植物的生長提供了養(yǎng)料，但受植物生長環(huán)境影響，平湖組中段沉積期在水體適中的古隆起之間的洼陷區(qū)，更易沉積煤和炭質(zhì)泥巖，因此，平湖組中段煤厚度中心位于隆間洼地，最大厚度為15 m［圖8（a）］，較平湖組下段和平湖組上段煤更為發(fā)育。炭質(zhì)泥巖厚度分布與煤具有良好的對應(yīng)關(guān)系，平湖組中段為炭質(zhì)泥巖主要發(fā)育層位［圖8（b）］，厚度中心為35～45 m。平湖組中段泥巖較發(fā)育，最大厚度為80～110 m，自西向東厚度逐漸增大［圖8（c）］。

圖8 平北斜坡平湖組中段各巖性烴源巖分布等厚圖Fig.8 Contour maps of each lithology source rocks distribution in middle section of Pinghu Formation in Pingbei slope

有效烴源巖的富集明顯受古水深控制，平北地區(qū)由西向東水深逐漸加深，煤多富集于水深較淺的隆間洼地，向斜坡上傾方向及周緣洼陷方向厚度逐漸減薄，炭質(zhì)泥巖與煤具有繼承性發(fā)育特征，多發(fā)育在潮坪-瀉湖沉積體系。隨水深加深泥巖厚度增大，有效泥巖厚度與泥巖厚度呈正比，向西次凹及周緣洼陷方向增厚。

4 優(yōu)質(zhì)煤系烴源巖發(fā)育的關(guān)鍵因素

前文論述表明，不同類型煤系烴源巖的分布特征主要受水深的影響，進而優(yōu)質(zhì)煤系烴源巖的分布在不同區(qū)域存在差異。但水深除受海平面變化、基底沉降影響外，還受多種地質(zhì)作用綜合影響［35］。平北地區(qū)基底形態(tài)復(fù)雜，具有自北向南由多個隆起、凹陷相間分布的特征［參見圖1（a）、圖9］［14］。使得同一時期不同地區(qū)水體差異明顯，平湖組中段沉積期，水深加深，隆起區(qū)水深較淺，不利于生物生長，隆間凹陷區(qū)（寧波25 洼、寧波27 洼）水深較隆起區(qū)偏深［圖8（a）—（b）］，地勢平坦，有利于高等植物生長，煤系烴源巖層集中發(fā)育。向西次凹方向水深逐漸加深，不利于陸生生物生長，且構(gòu)造活動減弱，陸源有機質(zhì)供給變少，不利于煤系烴源巖發(fā)育。因此，平北地區(qū)煤呈條帶狀分布，展布方向受基底古隆起分布控制。

圖9 平北地區(qū)基底形態(tài)特征示意圖［14］Fig.9 Schematic diagram of basement morphology in Pingbei area

平湖組沉積期，西湖凹陷處于斷坳轉(zhuǎn)換期，發(fā)育斷階組合形態(tài)生長斷層，斷層對地層沉積存在明顯控制作用［33，36］。以平北地區(qū)A1 井為例（圖10），平湖組下段沉積期斷層活動強烈，斷層上盤迅速下降，形成較大可容空間（A1 井位地區(qū)），物源供給增強，平湖組下段底部發(fā)育較大規(guī)模砂體，此時水深較深，不利于陸生高等植物生長，但近斜坡高帶地區(qū)，受物源供給影響，帶來陸生高等植物，在平湖組下段頂部發(fā)育煤系烴源巖，但煤及炭質(zhì)泥巖分布較少；平湖組中段沉積期斷層生長指數(shù)近于1，斷層上盤不再具有較大的可容空間優(yōu)勢，水深變淺，但此時研究區(qū)發(fā)生海侵作用，水深加深且富有機質(zhì)，有利于陸相高等植物生長，且此時斷層活動減弱，水體較為平靜，處于還原環(huán)境，有利于生物的生長和有機質(zhì)的保存，因此平湖組中段煤系烴源巖質(zhì)量最好；平湖組上段沉積期，斷層活動較弱，物源供給減弱，平北斜坡發(fā)生海退，水深較淺，不利于陸生植物生長，且沉積可容空間較小，因此，此段煤系烴源巖最不發(fā)育。

圖10 平北斜坡A1 井位平湖組煤系烴源巖測井預(yù)測結(jié)果與周邊生長斷層活動性統(tǒng)計Fig.10 Log prediction results of coal-bearing source rocks of Pinghu Formation and activity statistics of surrounding growth faults of well A1 in Pingbei slope

因此，平北斜坡煤系烴源巖的發(fā)育受水深控制明顯，而局部水深變化與古地形及生長斷層的活動速率密切相關(guān)。適宜的水深，充足的高等植物來源及合適的可容空間有利于煤系烴源巖的發(fā)育。平北地區(qū)優(yōu)質(zhì)煤系烴源巖發(fā)育于平湖組中段沉積期構(gòu)造活動較弱的隆間洼地。

5 結(jié)論

（1）西湖凹陷平北斜坡煤系烴源巖包括煤、炭質(zhì)泥巖和泥巖，泥巖有機質(zhì)差異較大，僅當(dāng)其TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)>1.0%時為有效烴源巖，煤和炭質(zhì)泥巖有機質(zhì)豐度大，均為有效烴源巖，平湖組煤系烴源巖有機質(zhì)類型以Ⅱ—Ⅲ型為主，處于低熟—成熟階段。

（2）平北地區(qū)平湖組不同巖性烴源巖電性響應(yīng)特征差異明顯，暗色泥巖具有低聲波時差、低補償中子、高自然伽馬特征，炭質(zhì)泥巖具有高聲波時差、高補償中子、高自然伽馬特征，煤具有高聲波時差、高補償中子、低自然伽馬特征。有效烴源巖主要發(fā)育于平湖組中段，平湖組下段次之，平湖組上段質(zhì)量最差。

（3）煤系有效烴源巖的富集受古水深控制明顯，平北斜坡平湖組中段沉積期水深較深，地層沉積速率快，有機質(zhì)保存條件良好，有利于煤系烴源巖發(fā)育，煤與炭質(zhì)泥巖的沉積中心多位于水深適宜的斜坡隆間洼地；古地形特征及生長斷層的活動速率影響局部水體變化，為平湖組優(yōu)質(zhì)煤系烴源巖發(fā)育的關(guān)鍵因素。

致謝：感謝中海石油（中國）有限公司上海分公司提供了西湖凹陷平北地區(qū)的相關(guān)實驗測試資料和錄井、測井資料，并對煤系烴源巖的分布提出了寶貴意見。感謝中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室對烴源巖相關(guān)實驗所提供的幫助。