中揚子地區古生界高成熟-過成熟海相烴源巖評價指標淺析

中揚子地區古生界高成熟-過成熟海相烴源巖評價指標淺析

中揚子地區（圖1）是指揚子地塊中部，北鄰秦嶺—大別造山帶，南接江南—雪峰隆起和南華加里東造山帶，東西兩側分別以郯廬斷裂和齊岳山斷裂與下揚子和上揚子分隔[1-2]。中揚子地區海相烴源巖由震旦紀到三疊紀均有分布，具有形成時代老、熱演化程度高、有機質含量低、后期構造運動改造強等特點。在漫長的地質歷史演變過程中，烴源巖的性質發生了極大的變化，許多地化指標均難以真實反映其原始地球化學特征。論文以中揚子地區古生界高過成熟海相烴源巖為研究對象，選取受熱演化程度影響相對較小的指標，研究此類烴源巖的評價方法。

圖1 中揚子地區構造區劃圖

一、有機質豐度評價標準

烴源巖的有機質豐度是指單位重量烴源巖中的有機質百分含量。對于低成熟-成熟烴源巖有機質評價指標較多，常用的為有機碳含量（TOC）、巖石熱解參數、生烴潛量（S1+S2）等[3]。但對于高成熟-過成熟烴源巖，以上多數指標均已失效，僅殘余有機碳含量能相對表征有機質豐度。

（一）殘余有機碳含量

對于高成熟-過成熟烴源巖而言，梁狄剛等[4]認為，隨著成熟度的增加，烴源巖有機質含量減少并不明顯，高成熟-過成熟烴源巖殘余有機碳含量與未成熟-低成熟烴源巖殘余有機碳含量相差不大，不需要進行原始有機碳含量和原始生烴潛量的恢復。鐘寧寧等[5]通過親身實驗及參考他人多個有機碳含量數據，發現各類烴源巖的有機碳含量的變化與成熟度沒有明顯關系，只與烴源巖的沉積有機相有關；指出評價高成熟-過成熟低有機質豐度的碳酸鹽巖，根本不必恢復有機碳含量。

對于高成熟-過成熟演化階段的有機碳下限和要不要恢復的問題，通過前人對國外海相沉積盆地烴源巖的統計分析結果可知，海相有機質主要以II型為主，I型相對比較少。我國準噶爾盆地二疊系、渤海灣盆地古近系和新近系的湖相泥巖屬于I型或者偏向I型的II1型有機質；華北中上元古界油頁巖，屬于典型的II型或者II2型有機質；云南祿勸泥盆系泥巖、油頁巖屬于I型或者偏向I型的II1型有機質及II型有機質。鐘寧寧等人[5]對不同有機碳含量、不同有機質類型和排烴效率烴源巖進行了模擬實驗和理論計算，認為以II型有機質為主的高成熟-過成熟演化階段的碳酸鹽巖與泥巖進行評價時不進行有機碳恢復。中揚子地區高成熟-過成熟海相烴源巖多以II型為主，其有機碳下限不需要恢復。

（二）S1+S2和氯仿瀝青A含量

巖石生烴（油）潛量S1+S2表征單位質量烴源巖的產烴能力。對于低成熟烴源巖來說，一般將有效烴源巖的此參數下限值定為2.0kg/t。由于本區所研究的烴源巖熱演化程度很高，大都處于過成熟階段，所生成的烴類已基本上都裂解成氣，因而它們的S1+S2值均較低，除個別樣品外均在2.0kg/t以下（圖2）。

圖2 中揚子地區烴源巖S1+S2與TOC值分布圖

其中，上二疊統龍潭（吳家坪）組烴源巖的S1+S2值變化在0.13kg/t～2.02kg/t范圍。與其它層位烴源巖相比，其平均值相對較高，為0.67kg/t，與它們的TOC值較高相一致。下二疊統茅口、棲霞組烴源巖的S1+S2值分布在0.04kg/t～0.78kg/t之間，平均值為0.29kg/t。所分析的下志留統龍馬溪組泥巖S1+S2值分布在0.04kg/t～1.00kg/t之間，平均值為0.19kg/t。建深1井的寒武系泥巖S1+S2值在0.04kg/t～1.82kg/t范圍，其中有部分樣品可能是泥漿污染的緣故此值偏高，平均值為0.38kg/t。

從圖2可看出，這些烴源巖由S1+S2值所反映的有機質豐度級別顯著低于TOC值確定的級別，不能準確反映烴源巖的有機質豐度。因而對于高熱演化烴源巖來說，應用TOC值確定有機質豐度較為合理。

同時研究發現，研究區烴源巖的氯仿瀝青A含量也大都很低。建深1、三星1等井和冷水溪剖面龍潭（吳家坪）組烴源巖氯仿瀝青A含量變化在0.001 1%～0.059 9%，平均值為0.008 1%；相應的瀝青A/TOC比值很小，僅1mg/g～10mg/g。三星1、龍8等井和冷水溪剖面的下二疊統烴源巖氯仿瀝青A含量與之相近，為0.000 3%～0.065 9%，平均值為0.007 2%，瀝青A/TOC比值1mg/g～37mg/g；三星1井和冷水溪剖面的龍馬溪組泥巖的氯仿瀝青A含量變化范圍為0.000 3%～0.064 3%，平均值為0.014 4%，瀝青A/T O C比值變化較大，為1 m g/ g～1 9 6 m g/g，其中高值部分明顯與過成熟的演化程度不相符，可能是污染所造成；建深1井的寒武系泥巖氯仿瀝青A含量為0.002 2%～0.004 6%，平均值為0.003 6%，瀝青A/TOC比值為15mg/g～37mg/g。

二、有機質類型

（一）熱解氫指數HI

對中揚子地區烴源巖進行熱解分析，可見這些烴源巖均已達高成熟、過成熟演化階段，它們的熱解氫指數（HI）異常偏低，基本上都在100 mg/g TOC以下。其原因是巖石中的可熱降解有機質大多已裂解成氣，在熱解分析中相應的S2峰很小，致使氫指數（S2/TOC）很小。龍潭（吳家坪）組、下二疊統、龍馬溪組和寒武系烴源巖的氫指數分別在2mg/g～42mg/g、2mg/g～91mg/g、1mg/g～160mg/g和7mg/ g～117mg/g TOC范圍，平均值分別為12mg/g、23mg/ g、44mg/g和33mg/g TOC。由于這種原因，HI-Tmax有機質類型圖版（圖3）不能適用于這些高熱演化烴源巖的干酪根類型劃分。

圖3 中揚子地區烴源巖熱解參數HI-Tmax圖版

（二）干酪根元素組成

同樣由于成熟度高的原因，本區各層位海相烴源巖干酪根中H/C原子比值基本上都在0.5以下。所分析的龍潭（吳家坪）組、下二疊統、龍馬溪組和寒武系烴源巖的該元素比值分別為0.27～0.46、0.31～0.46、0.27～0.40和0.42，表明其干酪根中可降解的基團大都已裂解成氣，均以高聚合的芳核結構為主。它們的氧含量變化較大，O/C原子比值大多分布于0.05～0.15范圍。在范氏有機元素組成分類圖中，這些烴源巖樣品點落在Ⅳ型干酪根區域（圖4），顯然不能反映其原始的干酪根性質。Ⅳ型干酪根是經過高熱演化作用而失去生烴潛力的高度碳化干酪根，被認為是“死碳”。但帥燕華、陳建平等研究者認為，有效生氣海相干酪根的H/C原子比下限值為0.26[6]，甚至可低至于0.1[7]，因而部分這些干酪根可能還具有一定的產氣潛力。

（三）干酪根碳同位素組成及類型劃分

對于高成熟、過成熟的烴源巖來說，干酪根碳同位素是確定有機質類型的最有效參數。因干酪根碳同位素在熱演化過程中變化不大，一般變重1‰～2‰，最大不超過3‰，所以能反映原始有機質生源構成和類型。研究表明，沉積物中有機質的碳同位素組成主要受其生物源構成所控制。在我國陸相盆地中，一般以陸源高等植物為主要有機質生源的生油巖干酪根碳同位素較重，而水生生物貢獻較大的沉積有機質中碳同位素較輕。黃第藩[8]等提出，Ⅰ型干酪根δ13C值分布范圍在﹣27‰～﹣33‰，Ⅱ型為﹣26‰～﹣27‰，Ⅲ型為﹣22.5‰～﹣26‰。這種烴源巖類型分類方法主要以沉積有機質碳同位素組成為基礎，因而海相烴源巖也可參考應用。從實際分析資料看，海相烴源巖Ⅰ型與Ⅱ型干酪根的δ13C界限值定在﹣28‰較為合適。

圖4 中揚子地區烴源巖干酪根元素分類圖版

研究區各時代烴源巖的干酪根碳同位素組成有較大變化。其中龍潭組（吳家坪組）烴源巖干酪根碳同位素除一個樣品外，δ13C值在﹣26.0‰～﹣28.2‰范圍（圖5），18個樣品平均值為﹣27.3‰。結合沉積環境及有機質生物源組成，可認為該套泥質烴源巖有機質類型應以Ⅱ型為主，部分吳家坪組灰巖為Ⅰ型。

三星1、冷水溪剖面和部分龍8井下二疊統茅口組和棲霞組灰巖的δ13C值為﹣26.8‰～﹣28.8‰，23個樣品平均值為﹣28.0‰，有機質類型以Ⅱ型為主，部分Ⅰ型；黃金1井和部分龍8井干酪根碳同位素較重，δ13C值在﹣25‰上下，類型稍差。

圖5 中揚子地區烴源巖干酪根碳同位素分布圖

冷水溪剖面及建深1、三星1井龍馬溪組及五峰組泥巖干酪根碳同位素明顯輕于二疊系烴源層，δ13C值為﹣27.4‰～﹣30.6‰，7個樣品平均值為﹣29.2‰，與其沉積有機質的生物源相一致，有機質類型以Ⅰ型為主。

建深1井寒武系泥巖干酪根碳同位素變化較大，所分析的3個樣品分別為﹣24.5‰、﹣27.6‰、﹣29.8‰，由于這幾個樣品的有機質豐度都很低，不能代表區內寒武系烴源巖，因而該層位烴源巖的有機質類型還有待于通過更多的分析資料加以論證。

另外，本區上二疊統長興組灰巖干酪根碳同位素比值分布在﹣26.1‰～﹣28.7‰范圍，10個樣品平均值為﹣27.8‰，可認為有機質類型以為Ⅱ型為主，部分為Ⅰ型。

三、有機質成熟度

中揚子地區海相烴源巖的有機質熱演化程度均較高，都在高成熟晚期至過成熟階段。據現有的分析資料，三星1、建深1、龍8等井和冷水溪剖面龍潭組（吳家坪組）和下二疊統烴源巖的實測Ro值（或由固體瀝青反射率換算而來，Ro=0.656 9×Rb+0.336 4），分別變化在1.64%～2.91%和1.67%～2.25%范圍（圖6），平均值分別為2.20%和2.01%。兩者的熱解Tmax值分別在480℃～589℃和452℃～587℃之間，平均值分別為548℃和523℃，表明有機質熱演化程度整體上達到過成熟早期干氣階段。

取自三星1井和冷水溪剖面的下志留統龍馬溪組及上奧陶五峰組烴源巖的Ro值變化較大，分布在1.95%～3.94%之間，平均值達2.75%；Tmax值在448℃～583℃范圍，平均值為493℃，熱演化程度在過成熟干氣階段。

本區寒武系烴源巖實測的Ro數據很少，建深1井三個樣品的Ro值偏低，為1.87%～2.39%，平均值2.12%，不能代表區內這套烴源巖的真實演化程度。它們的Tmax值在471℃～495℃范圍，平均值為486℃，有機質熱演化程度應在過成熟干氣階段。

圖6 中揚子地區烴源巖鏡質體反射率分布圖

[1] 馬力, 陳煥疆, 甘克文, 等. 中國南方大地構造和海相油氣地質[M]. 北京: 地質出版社, 2004: 8-10.

[2] 梅廉夫, 戴少武, 沈傳波, 等. 中、下揚子區中、新生代陸內對沖帶的形成及解體[J]. 地質科技情報, 2008, 27 (4): 1-8.

[3] 王文通. 渤海灣盆地青東凹陷古近紀烴源巖評價[J]. 西安科技大學學報, 2015, 35(1)：83-88.

[4] 梁狄剛, 張水昌, 張寶民, 等. 從塔里木盆地看中國海相生油問題[J]. 地學前緣, 2000, 7(4): 534-547.

[5] 鐘寧寧, 盧雙舫, 黃志龍, 等. 烴源巖TOC值變化與其生排烴

通過中揚子地區寒武系—二疊系多個樣品的Ro分析認為，高過成熟烴源巖Ro值基本可以反映有機質熱演化程度。

四、結論

（1）中揚子地區高成熟-過成熟烴源巖的多個評價指標分析表明，殘余有機碳含量TOC可以反映有機質豐度情況，其有機碳下限不需要恢復。由于熱演化程度高，烴類大量裂解S1+S2和氯仿瀝青A含量偏低，不能準確反映有機質豐度情況。

（2）干酪根碳同位素可以確定有機質類型。干酪根熱解氫指數HI偏小；元素分析類型偏差，多為Ⅳ型，不能準確反映干酪根原始有機質類型。

（3）鏡質體反射率Ro值可以反映烴源巖熱演化程度。效率關系的探討[J]. 沉積學報, 2004, 22(b06): 73-78.

[6] 帥燕華, 張水昌, 陳建平, 等. 海相成熟干酪根生氣潛力評價方法研究[J]. 地質學報, 2008, 82(8): 1129-1134.

[7] 陳建平, 趙文智, 王招明, 等. 海相干酪根天然氣生成成熟度上限與生氣潛力極限探討——以塔里木盆地研究為例[J]. 科學通報, 2007, 52(1): 95-100.

[8] 黃第藩, 李晉超, 張大江. 干酪根的類型及其分類參數的有效性、局限性和相關性[J]. 沉積學報, 1984, 2(3): 18-35.

（責任編輯：劉格云）

Research on the Evaluation Criterion of High-over Mature Marine-source Rock in the Middle Yangtze Region

李蔚洋

LI Wei-yang

中國石化江漢油田分公司 勘探開發研究院，湖北 武漢 430223

Exploration & Development Research Institute of Jianghan Oilfield Company, Sinopec, Wuhan, Hubei 430223

中揚子地區海相烴源巖熱演化程度高，僅有少數指標受熱演化程度影響較小，能較真實反映其地球化學特征。論文以中揚子地區古生界海相烴源巖為例，通過對烴源巖有機質豐度、有機質類型及有機質成熟度等相關指標進行研究，認為殘余有機碳含量TOC、干酪根碳同位素、鏡質體反射率Ro值，可以較準確反映原始烴源巖的地化特征。生烴潛量S1+S2和氯仿瀝青A含量偏低；熱解氫指數HI偏??；干酪根元素分析類型偏差，不能準確反映原始烴源巖的地球化學特征。

烴原巖；殘余有機碳含量；干酪根碳同位素；鏡質體反射率

The maturity of hydrocarbon source rock is characterized with high degree thermal evolution in the Middle Yangtze Region. Only a few number of indexes are less affected by the thermal evolution extent of organic matter, which can reflect the geochemical characteristics. This paper is devoted to the study of the Paleozoic Marine hydrocarbon source rocks, they are about the organic matter abundance, organic matter type, and organic matter maturity and so on. It is concluded that the remaining organic carbon content(TOC), kerogen carbon isotopes, vitrinite reflectance(Ro)can accurately reflect the geochemical characteristics of source rocks. It is on the low side for the content of potential hydrocarbon generation amount (S1+S2) and chloroform bitumen “A”. Pyrolysis hydrogen index HI is small. The result of kerogen elemental analysis is obvious deviation, which cannot accurately reflect the geochemical characteristics of hydrocarbon source rock.

hydrocarbon source rock; remaining organic carbon content; kerogen carbon isotopes; vitrinite reflectance

P596

A

1007-6875(2017)02-0010-05

??日期：2017-03-01

10.13937/j.cnki.hbdzdxxb.2017.02.002

李蔚洋（1981—），女，湖北公安人，石油地質學碩士，江漢油田勘探開發研究院工程師，主要從事石油地質方面研究。