黄雪峰, 吴　伟,冯　磊，孔保平,李宣霖

(1.河南理工大学,河南　焦作　454003; 2.郑煤集团超化煤矿,河南　郑州　450000;3内蒙古包头鑫达黄金矿业有限责任公司,内蒙古　包头　014010)



辽东湾地区辽中凹陷东营组烃源岩评价

黄雪峰1, 吴伟1,冯磊1，孔保平2,李宣霖3

(1.河南理工大学,河南焦作454003; 2.郑煤集团超化煤矿,河南郑州450000;3内蒙古包头鑫达黄金矿业有限责任公司,内蒙古包头014010)

依据烃源岩地球化学实验手段和油气地化理论，对辽东湾地区辽中凹陷东营组东二下段(Ed2-1)和东三段(Ed3)地层进行了有机地化分析。在实验获取总有机碳(TOC)、生烃潜量(S1+S2)、氢指数(IH)、氢碳比(H/C)、氧碳比(O/C)、最大热解峰温(Tmax)、镜质体反射率(Ro)等有机地化参数的基础上，对有机质丰度、类型、成熟度等进行了系统分析，同时对东营组烃源岩进行了综合评价。研究表明，东二下段S1+S2集中在0～3 mg/g，TOC集中在0%～1.5%；东三段S1+S2集中分布在4～9 mg/g之间，TOC集中分布在1%～1.25%。东二下段有机质类型主要是III型，东三段有机质类型为II1、II2型。东二下段Ro<0.5，东三段Ro>0.5，并且随着深度的增加东三段烃源岩Ro相应的增加。Tmax随着深度的增加呈现出先增加后减少的异常现象，该种异常现象出现的原因与烃源岩有机质类型和有机质丰度之间存在很大关联。

烃源岩；有机质丰度；有机质类型；成熟度

引言

辽东湾地区地层自下而上发育古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组，以及第四系平原组。前人研究成果表明，辽东湾地区存在多套烃源岩，包括沙河街组(沙一段-沙二段、沙三段)和东营组(东二段、东三段)以及尚未确定的沙四段-孔店组[1-4]。沙三段烃源岩以暗色泥岩、页岩和褐色油页岩为主；沙一段烃源岩类型有暗色泥岩、灰褐色油页岩、钙质页岩、泥灰岩及生物碎屑灰岩；东二、三段烃源岩主要为暗色泥岩[4、5]。

辽中凹陷的沉降经历两个主要构造沉降期：沙三段沉积时期的快速断陷和东三段沉积时期的快速断陷。沙三段沉积期辽中凹陷以浅湖、半深湖为主。沙二段-沙一段沉积时期为稳定的热沉降阶段，湖盆范围扩大，但水体变浅。沉积以滨浅湖相、浅湖相为主。东三段沉积时期以滨浅湖、浅湖、半深湖为主，沉积巨厚的暗色泥岩。东二段沉积时期主要以三角洲沉积为主，也发育有厚层暗色泥岩[2，5]。前人研究结果表明，沙河街组烃源岩以及东三段烃源岩有机质含量高、成熟度高，在研究区对于油气成藏的贡献已经得到证实。东二下段暗色泥岩是否是烃源岩，在多期成藏过程中贡献如何等问题仍然存在很大争议。笔者利用岩石热解、有机碳分析、元素分析等有机地球化学手段对东营组烃源岩进行综合评价。

1　区域地质条件

辽东湾地区指渤海东北部海域,是下辽河盆地向渤海海域的自然延伸,面积为2.6×104km2,为渤海湾盆地的一个次级构造单元。辽东湾地区古近系划分为三凹两凸共5个次级构造单元，自西向东依次是辽西凹陷、辽西低凸起、辽中凹陷、辽东凸起、辽东凹陷，各构造单元均呈北东-南西向展布(图1)。其中辽中凹陷面积最广、古近系厚度最大、埋藏最深,为3个凹陷中规模最大者[6-8]。古近系东营组时期，东部以陡坡断裂坡折带与辽东凸起相连, 西部以同沉积缓坡坡折带与辽西凸起过渡, 辽中凹陷长约200km, 宽约30km, 其古近系沉积厚度达6000m。凹陷受断层影响可分为北、中、南3个次级洼陷, 北洼和中洼为东大断西超的半地堑, 而南洼为双向上超的凹陷。其中南洼以生油为主, 北洼则以生气为主[9-11]。

图1辽东湾坳陷区域构造图

Fig.1Tectonic setting of the Liaozhong depression, Liaodong Bay

2　实验方法和样品采集

从JZ16-4-2井取得43块泥岩样品。根据实验需求按照国标对所有样品进行集中处理[12-15]。按照岩石热解分析、总有机碳分析等对样品粒度的要求，对样品研磨后先过80目筛，得到粒径小于0.2mm能够用于有机碳分析的样品。再将剩余的样品过50目筛，得到粒径小于0.5mm用于岩石热解分析的颗粒。元素分析对粒径的要求比较小，可以把剩余的样品混合均匀之后用于该实验。进行镜质体反射率实验之前先对样品进行切片、抛光。

2.1岩石热解分析

在实验前先分析两个约100g的同一标样，前期处理的样品装入干锅，放入岩石热解分析仪中，实验用仪器为中石油勘探开发研究院新研制的OGE-VI型热解仪。样品在氮气流加热过程中，排出游离的气态烃、液态烃和热解烃，由氢火焰离子化鉴定器检测，用热导鉴定器检测排出的CO2，热解后的残余的有机质加热氧化生成的CO2，也由热导鉴定器检测[12]。然后得到各种我们需要的热解参数，分别是S1、S2、S3和Tmax等。

2.2镜质体反射率测定

测定前选用一块反射率值接近于待测样品的标样来对仪器进行标定，将光片放在MPV-SP型显微光度计的载物台上,对准焦距,用机械移动尺的移动光片在油浸条件下来进行测定。测量的点在光片上会尽可能的均匀分布，测点数在20个以上[13]。

2.3总有机碳分析

采用美国力可(LECO)公司生产的CS-400碳硫测定仪分析烃源岩样品中总有机碳含量。前期处理的样品用盐酸除去岩样中的无机碳，在高温氧气流中燃烧，使总有机碳转化成CO2，经红外检测器检测并给出总有机碳的含量[14]。

2.4碳、氢、氧元素分析

利用元素分析仪(VARIO EL III)对样品进行碳、氢、氧元素的测定。在通入氧气的高温燃烧管中，样品有机质中的碳、氢、氮充分催化氧化燃烧分解。除去非检测性气体，含氧分子与裂解管中活性炭接触转换成一氧化碳。被检测的气体由色谱柱或硅胶柱分离，热导检测器检测。有机质中的氧在裂解管中高温裂解反应生成一氧化碳，由热导检测器或红外检测器检测[15]。

JZ16-4-2井所取的泥岩样测试统计结果包括所测项目在某一层位的最大值和最小值以及在该层位的平均值，统计结果如表1。

3　烃源岩评价

烃源岩评价主要从3个方面进行：有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度。有机质类型决定了烃源岩的成烃能力和性质，控制着烃源岩产物的组成成分。有机质的丰度和生烃潜量能够反映出烃源岩内的有机质多少，显示出烃源岩的潜在生烃能力。有机质丰度和类型只能代表生成油气的物质基础的好坏,不等于生成油气；有机质只有达到一定的热演化程度后才会大规模地生成烃类[16-17]。

3.1有机质丰度

辽中凹陷东二下段生烃潜量(S1+S2)集中分布在0～3mg/g之间，东三段生烃潜量(S1+S2)集中分布在4～9mg/g之间；东二下段总有机碳(TOC)集中分布在0%～1.5%之间，东三段总有机碳(TOC)集中分布在1%～2.5%之间。根据中国陆相烃源岩有机质丰度评价标准[18]可知，东二下段烃源岩主要为差烃源岩，部分层位存在好烃源岩(图2A)，东三段主要是好烃源岩以及最好烃源岩(图2B)。根据生烃潜量和总有机碳的相对关系，总体评价为东三段有机质丰度比东二下段好(图3)。

表1样品测试结果统计

Table 1Statistics of the analytical results of the organic geochemical parameters for the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

层位总有机碳含量TOC(%)游离烃S1(mg/g)热解烃S2(mg/g)S1+S2(mg/g)氢指数IH(%)最大热解峰温Tmax(℃)镜质体反射率Ro(%)氢碳比H/C氧碳比O/C东二上段范围0.26～1.270.02～0.130.10～1.820.12～1.9438.46～143.3405～4350.44～0.480.82～0.950.16～0.2平均0.630.060.580.6477.8422.10.460.890.16东二下段范围0.61～1.660.11～0.500.83～7.171～7.6192.7～343.06429～4380.38～0.640.83～1.170.1～0.17平均1.140.280.432.72190.2432.40.480.140.14东三段范围0.84～2.350.38～4.331.91～7.902.29～11.27137.8～427.0427～4430.4～0.730.69～1.270.08～0.17平均1.671.914.756.67287.5435.30.541.040.12

3.2有机质类型

辽中凹陷有机质类型的划分依靠热解氢指数(IH)和最高热解峰温(Tmax)两个参数之间的相互关系，同时结合氢指数和氧指数彼此之间的关系来进行。利用IO-IH图(图4A)和Tmax-IH图版(图4B)进行有机质类型的分析，从图4中可知辽中凹陷东二下段有机质类型主要为III和II2型，东三段有机质类型主要为II1和II2型。总体来看，东三段有机质类型比东二下段要好，生油潜能高。

3.3有机质成熟度

烃源岩热演化程度的评价，主要采用镜质体反射率(Ro，%)法和岩石热解峰温(Tmax，℃)法。根据镜质体反射率(Ro)和深度的相互关系得出，东二下段Ro主要小于0.5%，还未进入成熟阶段。东三段随着深度的增加Ro也随着增加，3300m以下的层位全部进入成熟阶段，如图5A所示。根据最大热解峰温和深度的关系图可知，东二下段Tmax大于435℃的样品占17%，表明只有少量样品进入成熟阶段。东三段Tmax大于435℃的样品占55%，超过一半的测试样品进入成熟阶段，没有进入高成熟阶段的样品(图5)。

本文利用IES软件对取样井进行盆地模拟得出了与上面类似的结果。东三段烃源岩大部分已经进入成熟阶段，部分层位进入高成熟阶段；东二下段整体都处于未成熟阶段(图6)。

图2辽中凹陷JZ16-4-2井东二下段、东三段S1+S2和TOC频率分布直方图

Fig.2Frequency histograms of S1+S2and TOC for the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

图3辽中凹陷JZ16-4-2井东二下段、东三段S1+S2和TOC关系图

Fig.3TOC vs. S1+S2for the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

4　讨论

根据陆相烃源岩有机质丰度评价标准，东二下段主要是差烃源岩和较好烃源岩，东三段是好烃源岩和最好烃源岩。依据镜质体反射率(Ro)和深度的相互关系，东二下段烃源岩还未进入成熟阶段，东三段部分层位已经进入成熟阶段，Ro随着深度的增加而增大。最大热解峰温(Tmax)也是用以评价烃源岩成熟度的指标，但该井所取样品测试结果表明，随着深度的增加，Tmax先增大后减小。这与理论上“随着深度的增加Tmax增大”是不一致的。

根据图2、图3分析认为，Tmax在东三段减小可能与有机质类型以及有机质的丰度之间存在一定的联系。东三段有机质类型主要为II1、II2型，东二下段为III型，同时东三段有机质丰度比东二下段高。Tmax代表的是干酪根热解S2峰的最大热解生烃强度处所对应的温度。相同成熟度的烃源岩，不同类型有机质显微组分的生烃能力有差别。II型有机质中树脂体生烃潜力大，成烃门限和成烃高峰温度均较低，这与东三段高有机质丰度、低Tmax值相符；III型干酪根中惰质体成烃高峰温度较高，这与东二下段低有机质丰度、高Tmax值相符。综上所述，取样井Tmax值先增大后减小的异常现象可能与有机质类型和丰度有关。

5　结论

本文通过对辽中凹陷东营组烃源岩地球化学分析，主要得出以下结论：

(1)东二下段总有机碳(TOC)含量主要分布在0%～1.5%之间，生烃潜量(S1+S2)主要集中在0～3mg/g之间，表现出中等烃源岩特征。但东二下段Ro<0.5%，处于未成熟阶段，最终评价为差烃源岩；东三段总有机碳(TOC)含量主要集中在1%～2.5%之间，生烃潜量(S1+S2)集中分布在4～9mg/g范围内，并且Ro>0.5%，进入成熟阶段，表明东三段主要是好烃源岩。

图4辽中凹陷JZ16-4-2井东二下段、东三段烃源岩有机质类型划分

Fig.4Organic matter types in the mudstone samples from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

图5辽中凹陷JZ16-4-2井东二下段、东三段Ro、Tmax值随深度变化图

Fig.5Variations in Ro and Tmaxvalues as the function of depths of the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

图6辽中凹陷JZ16-4-2井烃源岩热演化模拟

Fig.6Model showing the thermal evolution of the source rocks from the JZ16-4-2 well in the Liaozhong depression

(2)根据热解氢指数(IH)和最高热解峰温(Tmax)两个参数以及氢指数(IH)和氧指数(IO)之间的关系，东二下段有机质类型为III、II2型，东三段有机质类型主要为II1、II2型，干酪根显微组分中以壳质组含量最高，生油潜能大。

(3)对辽中凹陷东营组有机质丰度、类型、成熟度等综合分析认为，东三段烃源岩为好烃源岩，成熟度比较高。东二下段为差烃源岩。

(4)Tmax值先增大后减小的异常现象可能与有机质类型和丰度有关。

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Assessment of the source rocks from the Dongying Formation in the Liaozhong depression, Liaodong Bay

HUANG Xue-feng1, WU Wei1, Feng Lei1, KONG Bao-ping2, LI Xuan-lin3

(1.HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,Henan,China; 2.ZhengzhouCoalIndustry(Group)Co.,Ltd.,Zhengzhou450000,Henan,China; 3.XindaGoldMiningIndustryCo.,Ltd.,Baotou014010,InnerMongolia,China)

The present paper deals with the organic geochemical analysis and assessment of the source rocks from the lower submember of the 2nd member of the Dongying Formation (Ed2-1) and the 3rd member of the Dongying Formation (Ed3) in the Liaozhong depression, Liaodong Bay, with the emphasis on organic matter abundance, type and maturity based on the organic geochemical parameters such as total organic carbon (TOC), hydrocarbon potential (S1+S2), hydrogen index (IH), hydrogen/carbon ratios (H/C), oxygen/carbon ratios (O/C), maximum temperatures of thermolysis (Tmax) and vitrinite reflectance (Ro). The analytical results indicate that the source rocks from the lower submember of the 2nd member of the Dongying Formation (Ed2-1) display 0 to 3 mg/g for S1+S2, 0% to 1.5% for TOC, Ro<0.5% and III to II2types of organic matter, indicating immature or poor source rocks. The source rocks from the 3rd member of the Dongying Formation (Ed3) display 4 to 9 mg/g for S1+S2, 1% to 1.25% for TOC, Ro<0.5 and II1to II2types of organic matter, indicating mature or better source rocks.

source rock; organic matter abundance; organic matter type; maturity

1009-3850(2016)02-0081-06

2014-10-17； 改回日期： 2015-10-10

黄雪峰(1989-)，男，硕士研究生，主要从事油气地质和含油气盆地分析的综合研究。E-mail:hpu_10@163.com

TE121.1+.12

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