內蒙古陶海營子地區上二疊統林西組泥巖熱演化程度研究

公繁浩，陳樹旺，張 健 ，鄭月娟 ，李永飛 ，蘇 飛 ，黃 欣 ，馮志強，王青海，王世輝，唐友軍，蔣興超

（1.沈陽地質礦產研究所，遼寧沈陽110034；2.大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712；3.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室/長江大學地球化學系，湖北荊州434023）

內蒙古陶海營子地區上二疊統林西組泥巖熱演化程度研究

公繁浩1，陳樹旺1，張 健1，鄭月娟1，李永飛1，蘇 飛1，黃 欣1，馮志強2，王青海2，王世輝2，唐友軍3，蔣興超3

（1.沈陽地質礦產研究所，遼寧沈陽110034；2.大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江大慶163712；3.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室/長江大學地球化學系，湖北荊州434023）

近年來松遼盆地外圍油氣勘探-基礎地質調查表明，大興安嶺地區上二疊統林西組發育有厚層的暗色泥巖，為重要的潛在生烴層系之一.林西組在陶海營子地區出露廣泛.本次研究采集了該區露頭和鉆井中的暗色泥巖樣品.通過鏡質體反射率（Ro）、伊利石結晶度（KI指數法），對本區林西組暗色泥巖的有機質熱演化程度進行了詳細的研究，認為本地區林西組烴源巖演化處于高—過成熟演化階段，未進入變質階段，具有較好的頁巖氣勘探前景.

林西組；有機質熱演化程度；鏡質體反射率；伊利石結晶度；內蒙古

0 引言

在我國傳統油氣地質研究中，一直將中國北方上古生界作為古老的變質基底，而未將其納入油氣勘探的對象.而近幾年區域油氣地質調查研究結果表明，本區上古生界地層大部分仍未變質，并發育巨厚的暗色泥頁巖，具有較好的油氣勘探前景［1］.特別是上二疊統林西組發育的一套暗色泥巖，其厚度大，分布廣，受到普遍的關注，被認為是很好的、有潛力的生烴母質［2-3］.

上二疊統林西組主要為一套含暗色泥巖的濱淺湖-半深湖沉積，早期可能存在微咸水的海陸過渡相沉積［4-5］.在陶海營子地區，林西組出露較好.本區所測得的林西組剖面（剖面位置見圖1）為原1∶20萬扎魯特旗幅所建三疊系陶海營子組的建組剖面，巖性為一套輕微變質的砂巖、板巖組合.王五力等根據葉肢介化石將其修訂為晚二疊世［6］.剖面在1996年內蒙古巖石地層劃分中被歸入林西組.本次研究在修測的剖面中共采集21件露頭暗色泥巖樣品，用于有機地球化學的相關分析、測試.

2011年初，項目組聯合大慶油田完成了本區魯D2井（鉆孔位置見圖1）的設計和施工工作.該井深1200m，從中獲取了大量的巖心資料，為了解本地區林西組地層的發育特征提供了寶貴的資料.共取得鉆井中暗色泥巖樣品33件.所有泥巖樣品，包括剖面露頭樣品和鉆孔樣品均在長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室進行相關分析測試.

1 研究方法

本次研究主要采用常用的鏡質體反射率（Ro）法，結合伊利石結晶度（KI指數法），對本區林西組的暗色泥頁巖的熱演化程度（成熟度）進行了相關研究.

（1）鏡質體反射率法

鏡質體反射率（Ro）是煤田地質工作中用以確定煤化程度的參數.鑒于干酪根與煤在化學和演化上具有很大的相似性，并且其變化范圍可以表征有機質從成巖、深成作用到變質作用的整個演化過程，具有隨成熟度增加而增大的不可逆性，因此被視為表征有機質熱演化程度的最有效的指標.在油氣勘探中，鏡質體反射率（Ro）被廣泛用來確定有機質的成熟度［7-8］.

鏡質體是由高等植物的根、莖、葉在覆水的還原條件下，經凝膠化作用而形成的.本次研究的林西組為晚二疊世，發育大量高等植物，因此使用鏡質體反射率法測定有機質成熟度具有較高的可行性和可信性.

（2）伊利石結晶度（KI指數法）

伊利石結晶度是劃分成巖－變質變化過程的重要定量指標之一［9］.通過建立沉積巖中自生伊利石的結晶程度與其所受的溫度之間的定量關系，來劃分巖石的成巖－變質階段.因此，它不僅廣泛地應用在成巖作用－低溫變質作用的研究中［10］，也廣泛地應用于判別有機質的熱演化階段［11-13］.特別是針對本區建組剖面描述中，將本區地層歸入淺變質砂巖和板巖，應用伊利石結晶度的方法，更有利于區分沉積巖與淺變質巖石之間過渡類型的劃分.

目前國際上通常采用Kübler指數法（KI法），采用X射線衍射譜圖上伊利石10 ?峰的半高寬來表示，單位為°（Δ2θ）.該指數具有較高的可靠性和可重復性［10］.

2 研究結果

（1）露頭樣品

在陶海營子剖面中共采集暗色泥巖露頭樣品21件，有機地球化學測試表明，暗色泥巖的殘余有機碳（TOC）含量主要為 0.70%～1.10%，平均值為 0.88%，為中等到好的烴源巖?“松遼外圍中新生代盆地群油氣地質綜合調查”項目專題成果油氣地質條件研究2011年度成果報告..21件烴源巖露頭樣品的鏡質體反射率測試結果表明，所有樣品的Ro平均值為1.58%，主要分布在 1.3%～1.7%，屬于高成熟演化階段（圖2、3）.此外，陶海營子21件樣品的黏土礦物X射線衍射測試結果表明伊利石結晶度（KI）主要分布在0.50～0.70°之間（圖 2、4，表 1），均值為 0.58°，其中80.95%的樣品（17 件）位于 0.42～0.62°之間.該區間指示樣品處于晚成巖階段.19.05%的樣品伊利石結晶度大于0.62°，指示樣品位于中成巖階段晚期（Ro為1.0%～2.0%）.其與深度之間關系不明顯（圖 2）.結合以上論述，認為陶海營子林西組暗色泥巖處于高成熟階段.

（2）鉆孔樣品

采集魯D2井33件巖心樣品，經有機地球化學測試表明，TOC 分布區間為 0.07%～1.47%，平均值為0.72%?“松遼外圍中新生代盆地群油氣地質綜合調查”項目專題成果油氣地質條件研究2011年度成果報告.，主體為中等到好的烴源巖.從魯D2井31件烴源巖樣品的鏡質組反射率測試結果可知，所有樣品Ro 均大于 2.0%，平均值為 3.04%，主要分布在 2.4%～3.2%區間，屬于過成熟演化階段（圖 5、6，表 2）.其縱向分布圖指示成熟度隨著深度略有升高的趨勢（圖5）.研究中還對魯D2井樣品進行了黏土礦物X射線衍射測試，結果表明指證成巖作用階段的參數伊利石結晶度（KI）分布在 0.38～0.62°之間，均值為 0.49°，其中78.79%的樣品（26 件）位于 0.42～0.62°之間（圖 5、7）.該區間指示樣品處于晚成巖階段，相當于Ro位于2.0%～3.0%；21.21%的樣品位于 0.42～0.25 之間，指示樣品位于極低級變質成巖階段（Ro為 3.0%～4.0%），且伊利石結晶度隨著深度增加結晶度減小，說明其變質程度增加（圖5）.

表1 陶海營子林西組露頭泥巖鏡質體反射率和伊利石結晶度數據Table 1 Data of vitrinite reflectance and illite crystallinity of the mudstone from Linxi Formation in Taohaiyingzi area

3 討論

綜合陶海營子地區林西組暗色泥巖的剖面露頭和地質鉆孔樣品的分析，認為本區林西組暗色泥頁巖發生了淺變質，處于晚成巖階段，有機質熱演化程度為高成熟至過成熟，不利于生油，而有利于生氣.研究認為本區林西組具有良好的頁巖氣勘探前景.

表2 魯D2井林西組泥巖鏡質體反射率和伊利石結晶度數據Table 2 Data of vitrinite reflectance and illite crystallinity of the mudstone from Linxi Formation in L-D2 Well

［1］張抗.中國大北方上古生界油氣勘探新領域（代序）［J］.地質通報，2011，30（6）:803—810.

［2］張永生，王延斌，盧振權，等.松遼盆地及外圍地區石炭系—二疊系烴源巖的特征［J］.地質通報，2011（Z1）:214—220.

［3］趙亮亮，朱占平，王德海，等.內蒙古索倫地區輝長巖侵入體對上二疊統林西組烴源巖的影響［J］.地質與資源，2011，20（3）:205—209.

［4］和政軍，劉淑文，任紀舜，等.內蒙古林西地區晚二疊世—早三疊世沉積演化及構造背景［J］.中國區域地質，1997，16（4）:68—74.

［5］李福來，曲希玉，劉立，等.內蒙古東北部上二疊統林西組沉積環境［J］.沉積學報，2009，27（2）:265—272.

［6］王五力.內蒙古昭烏達盟上二疊統陶海營子組的葉肢介化石［J］.古生物學報，1984，23（1）:124—131.

［7］郝芳，陳建渝.可作為有機相指標的鏡質體反射率［J］.地質科技情報，1988，7（4）:111—117.

［8］Waples DW.Time and temperature in petroleumformation:Application of Lopatin's method to petroleum exploration［J］.AAPG Bulletin，1980，64（6）:916—926.

［9］王河錦.關于伊利石結晶度Kübler指數的誤差計算［J］.地質論評，1998，44（3）:328—335.

［10］焦玉國，李景坤，喬建華，等.伊利石結晶度指數在巖石變質程度研究中的應用［J］.大慶石油地質與開發，2005，24（1）:41—43.

［11］秦建中，騰格爾，楊琦，等.川東地區海相高演化層系的成熟度指標研究［J］.石油學報，2009，30（2）:208—213.

［12］秦建中，李志明，騰格爾.中國南方高演化海相層系的古溫標［J］.石油與天然氣地質，2009，30（5）:608—618.

［13］丁秋紅，陳樹旺，鄭月娟，等.大興安嶺地區突泉盆地侏羅系充填序列及暗色泥巖發育特征［J］.地質與資源，2010，19（3）:203—207.

STUDY ON THE THERMAL EVOLUTION OF THE MUDSTONE FROM LINXI FORMATION IN TAOHAIYINGZI,INNER MONGOLIA

GONG Fan-hao1,CHEN Shu-wang1,ZHANG Jian1,ZHENG Yue-juan1,LI Yong-fei1,SU Fei1,HUANG Xin1,FENG Zhi-qiang2,WANG Qing-hai2,WANG Shi-hui2,TANG You-jun3,JIANG Xing-chao3

（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS Shenyang 110034,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing 163712,Heilongjiang Province,China;3.Key Laboratory of Exploration Technology,Ministry of Education/Department of Geochemistry,Changjiang University,Jingzhou 434023,Hubei Province,China）

Recent researches around Song-Liao Basin reveal that the Linxi Formation is one of the most potential hydrocarbon layers in Daxinganling region.The Linxi Formation,occurring as a series of thick black mudstones,is distributed widely in Taohaiyingzi area.With analysis on the vitrinite reflectance and illite crystallinity of mudstone samples collected from outcrop and wells,the thermal evolution of organics of the black mud stone from Linxi Formation is researched.The result shows that the thermal evolution of the organic matter has passed the principal stage,but not entered the metamorphic stage yet,suggesting a good exploring prospect for shale gas.

Linxi Formation;thermal evolution of organics;vitrinite reflectance;illite crystallinity;Inner Mongolia

1671-1947（2012）01-0129-05

P588.21

A

2012－03－27.編輯：李蘭英.

中國地質調查局“松遼外圍中新生代盆地群油氣地質綜合調查”項目（編號1212010782001）資助.

公繁浩（1981—），男，博士，主要從事石油地質、儲層沉積方面的研究，通信地址遼寧省沈陽市黃河北大街1號，E-mail//gongfh@yahoo.com.cn