杨幸起，张琳婷，2，刘春红，张洁，张立明

(1.华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210；2.剩余油-提高采收率实验室，河北 唐山 063210)

桑植-石门复向斜新元古-早古生代烃源岩特征

杨幸起1，张琳婷1，2，刘春红1，张洁1，张立明1

(1.华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210；2.剩余油-提高采收率实验室，河北 唐山 063210)

地质学；桑植-石门复向斜；新元古-早古生代；烃源岩特征

除页岩气之外，桑植石门复向斜常规天然气也应值得关注，通过野外观察及实验分析，对桑植石门复向斜的烃源岩沉积环境、类型及分布、烃源岩的地球化学特征研究后得出：本区烃源岩主要发育于上震旦统-下寒武统中，分布面积广且厚度大,包括碳酸盐岩、泥质岩。上震旦统烃源岩有机质类型为腐泥型，有机碳含量高，有机质演化处于高成熟-过成熟阶段，综合评价中等烃源岩。下寒武统烃源岩有机质类型为腐泥型，演化程度也处于过成熟阶段，综合评价为好的烃源岩，2个层位均处于生气阶段或者生气阶段的末期。应用有机碳法得出桑植-石门复向斜区的天然气总资源量为0.457 44～0.479 81×1012m3，中间值为0.468 625×1012m3，应用地质类比法得出本区常规天然气的资源量为0.457 5～0.501 8×1012m3，中间值为0.479 6×1012m3。

桑植-石门复向斜位于湖南省西北部及湖北省鄂西自治州南东隅，包括湖南省张家界市的永定区、慈利县、武陵源区、桑植县及湖北省的鹤峰县。对于该区的工作始于1966年，分4个阶段。第一阶段：1966～1980年，全面开展地面地质普查、详查；第二阶段：1993～1998年，局部构造物探概查为主；第三阶段：1999年6～10月以地面石油地质详查为主，完成构造横(纵)剖面多条；第四阶段：自2009年至今以页岩气勘查为主。 研究认为：桑植-石门复向斜区聚集、生烃条件好，储层、盖层条件好，生储盖配置关系好，资源量丰富[1,2]。在慈利南山坪灯影组顶部白云岩储层中发现了累计厚达29 m的沥青，反映了该区内下组合中确实存在古油藏，该区块为南方海相油气勘探战略预备区。基于烃源岩的控制作用，以"源"为核心的含油气系统理论，本文从沉积环境、烃源岩的厚度及分布特征、有机地化特征等方面阐述桑植-石门复向斜区块常规油气的烃源岩特征。

1 区域地质背景

该区位于中扬子台地东南部，是湘鄂西区块最南部的一个2级构造单元，其东南侧是江南隆起，西北侧是属于同一区块的宜都-鹤峰复背斜带，构造面积面积约17 858 km2[3,4]。构造线由南西向北东逐渐向北北东方向偏转。整体上呈现总体呈南北凹、中间隆的构造形态。剖面内可划分为4个次级构造带，从北向南依：堰塘湾构造带、四望山构造带、江垭构造带、教子垭构造带[5]，有背斜5个，鼻状构造17个。主要由上古生界-三叠系地层组成，志留系分布最广，出露最老地层为中寒武统，零星残留于断陷小盆地内的新地层为白恶-第三系，埋藏深度一般大于 2 000 m。

图1 桑植-石门复向斜构造区划图

2 烃源岩特征分析

对研究区内烃源岩的特征分析是进行油气资源评价的基础，烃源岩条件的好坏直接影响着油气资源量的大小，烃源岩的沉积环境、有机质类型、有效厚度、有机质丰度、有机质演化程度等均是计算资源量的关键地质参数。

2.1 沉积环境

桑植-石门复向斜区早寒武世是一个较大的海侵期，区域沉积分异不明显，均为台地斜坡相区。保靖-永顺-桑植-澧县一线以南以发育一套厚度较稳定、分布面积甚广的黑色页岩系，即牛蹄塘组、耙榔组及相当层位的地层；其岩性主要为黑色炭质页岩、石煤，夹少量粉砂质页岩。中寒武世初期的海平面上升导致形成了该层序底部的暗色含钾页岩、薄至纹层状泥灰岩、灰岩(高台组或敖溪组)。向上水体迅速变浅，发育了娄山关群巨厚至块状粗晶白云岩，残余砂屑、鲕粒白云岩。因此，上震旦统至下寒武统良好的沉积环境成为了2套优质烃源岩的物质基础。

2.2 烃源岩厚度分布

慈利县金岩村实测剖面如图2、图3所示：下寒武统牛蹄塘组与下伏震旦系上统灯影组地层连续沉积，岩性分层标志明显，岩性稳定，为黑色页岩，炭质页岩夹硅质页岩。底部为石煤层，并含磷结核(5～10 m)及钒，镍等元素，普遍见星点状黄铁矿及平行层理分布的线状黄铁矿，厚约40.62 m；杷榔组为灰色页岩，底部夹少量的黑色页岩厚74.64 m，清虚洞组第一段岩性为灰、深灰色薄层泥晶灰岩夹粉晶灰岩，厚约7.7 m。

上震旦统泥质岩厚度与TOC等值线叠合图如图4所示：平面上，上震旦统暗色泥岩主要分布于研究区西部，桑植地区厚度最大，超过200 m，向东、向南变薄，最薄处达30 m。上震旦统碳酸盐岩烃源岩主要发育于灯影组，与暗色泥岩岩相比较厚，沉积中心位于慈利西，厚度最大处超过500 m；经慈利、桑植至保靖逐渐变薄，最薄处50 m。下寒武统暗色泥岩的变化规律与上震旦统相似，如图5所示：厚度超过500 m，泥岩厚度分别向南变薄，暗色碳酸盐岩厚度不及泥岩，桑植地区厚度最大，超过300 m，向东、向南变薄。

图2 桑植-石门复向斜慈利县金岩村下寒武统地层柱状剖面图

图3 桑植-石门复向斜慈利县金岩村下寒武统牛蹄塘组黑色页岩

图4 上震旦统泥质岩厚度与TOC等值线叠合图

图5 下寒武统泥质岩厚度与TOC等值线叠合图

2.3 有机质丰度

有机碳(TOC)含量是评价烃源岩有机质丰度的一个重要指标，能够有效地确定其生烃潜力。本区依据0.3%～0.5%作为泥岩有机质丰度的标准[6]；对于碳酸盐岩烃源岩评价标准使用梁狄刚、张水昌等认定的有机质丰度下限值应与泥岩接轨这一原则，取0.4%作为评价标准[7-8]。因为高～过成熟阶段0.2%的有机碳值恢复至生烃门限时其有机碳值约为0.4%。故本区以有机碳含量为0.2%作为碳酸盐岩烃源岩的下限值[9]。本区共选取样品21块， 研究层位样品测试数据如表1所示：最高TOC含量为8.81%，最小值为0.43%，全部大于评价标准值。碳酸盐岩的有机碳含量普遍大于0.3% ；下寒武统牛蹄塘组泥、页岩有机碳含量普遍大于0.58%，尤以南部地区为最好。碳酸盐有机碳含量大于0.2%的地区主要分布于桑植-澧县一带。按照烃源岩评价标准，上震旦统、下寒武统泥岩达到好～极好的烃源岩，相应地层的碳酸盐岩为较差～较好的烃源岩。另上震旦统陡山沱组的氯仿沥青"A"的含量也显示出其为较好的生气层段，沥青A平均值为0.003 8%，烃含量14.05 ppm。

注：泥质烃源岩的TOC低于下限值(0.4%)的样品，碳酸盐岩烃源岩样品低于(0.2%)不参加统计。

2.4 有机质类型

氧化作用对烃源岩有机质类型有一定影响，因而在剖析有机质类型时采用了干酪根的镜下鉴定及同位素分析方法加以确定，同时结合烃源岩发育地质背景。下古生界及震旦系海相地层干酪根碳同位素分布如图6所示：区内为海相地层，其生物的母质来源主要是水生生物，烃源岩样品中大量分布着与菌藻类来源有关的异构烷烃、甾烷、萜烷及胡萝卜烷等。下古生界及震旦系烃源岩的有机质类型集中表现出腐泥型干酪根的特征，其δ13c 一般小于-28.0‰。依据(文可东等，2009年)烃源岩干酪根碳同位素的划分标准判断，干酪根为腐泥型。另据显微组分的分析显示：研究区烃源岩的干酪根主要由絮状无定形和少量来自于菌藻类残体的颗粒状有机颗粒组成，这从另一方面反映了其有机质母源主要是来源于低等水生生物，其表现形式也是腐泥型有机质。

图6 下古生界及震旦系海相地层干酪根碳同位素分布图

2.5 有机质演化程度

烃源岩的成熟度是确定一个地区烃源岩能否生成油气的关键因素，它反映了有机质向石油转化的热力反应程度。一般认为镜质体反射率(Ro值)是确定烃源岩演化程度的主要指标。研究区目的层位样品测试数据如表1所示：桑植-石门复向斜地区上震旦统碳酸盐烃源岩的Ro值平均为3.21%～3.77%。下寒武统牛蹄塘组烃源岩的Ro值平均为3.08%。烃源岩演化已处于过成熟阶段，烃源岩中有机质已经超过了其生油气的高峰阶段，处于生气阶段或者生气阶段的末期。

3 构造发育史与烃源岩热演化史

雪峰运动至今，研究区经历了多次构造运动，对油气运移聚集有不同程度影响。受本区保靖-慈利深大断裂及基底硬块的边界作用以及沉积盖层的介质条件的控制，沿应力传播方向上，不同的地区受构造运动影响程度亦有较大差异。正是由于历经多期次构造活动叠加及其影响的差异，形成了本区既复杂多变又具规律性和协调性的现今构造格局。在下寒武统初期至中寒武统开始生油，至中侏罗统达到生油高峰期；随着烃源岩持续深埋，有机质成熟度不断增高，在古生代早期即为生气高峰时期，基本在古生代末期就结束了其主要生烃能力，现今源岩已进入过成熟阶段，故下古生界的油气勘探应以找干气为主。油气初次运移与油气大量形成的时间一致或稍微滞后，而二次运移则是紧跟初次运移之后因大规模区域构造运动而产生。上震旦统与下寒武统烃源岩生烃时间早，因而其运移时间也早，主要发生在古生代，无疑加里东运动与印支-海西运动是区内下组合的主要成藏期。

4 结论

(1)研究区属于海相地层，其沉积速度较慢，有机质相对丰富。烃源岩以上震旦统至下寒武统中的暗色碳酸盐岩和暗色泥质岩两大类为主，主要分布于研究区西部，桑植地区厚度最大。

(2)上震旦统泥质岩有机碳含量普遍大于0.4%，碳酸盐岩的有机碳含量普遍大于0.3%；下寒武统泥质岩有机碳含量普遍大于0.6%，碳酸盐有机碳含量大于0.2%。均达到较好～好的烃源岩，相应地层的碳酸盐岩为较差～较好的烃源岩。

(3) 研究区内烃源岩有机质类型以腐泥型为主，且有机质的成熟度普遍较高，高值区位于大庸-桑植一带，总体处于生气阶段或者生气阶段的末期，张家界-桑植-慈利西为主要勘探区域，在多期构造和高过成熟等地质背景下普遍存在烃源岩沉积(沉降)与生烃中心的差异性、成烃转化的多元性和成藏改造的多期性之特点,要求在成藏条件中要考率构造等动态因素。

[1] 文志刚，杨申谷，李建明，等.桑植一石门复向斜成藏条件探讨[J].江汉石油学院学报,2003,25(04):21-27.

[2] 郭建华，朱美衡，刘辰生，等.湖南桑植-石门复向斜走廊剖面构造特征分析[J].大地构造与成矿学,2005,29(2):215-222.

[3] 杨飞，叶建中.川东南一湘鄂西地区构造特征与页岩气勘探潜力[M]. 北京：中国地质大学，2011:54-55.

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[9] 张琳婷，郭建华，焦鹏，等.湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏形成条件与勘探资源潜力[J].中南大学学报:自然科学版,2014,04 (45):1 163-1 173.

Source Rocks Characteristics of Neo-proterozoic toEarly Paleozioc in Sangzhi-Shimen Synclinorium

YANG Xing-qin1, ZHANG Lin-ting1,2, LIU Chun-hong1, ZHANG Jie1, ZHANG Li-ming1

(1.College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063210, China;2. Residual Oil-Enhanced Oil Recovery Laboratory, Tangshan Hebei 063210, China)

geology; Sangzhi-Shimen synclinorium; neoproterozoic to early paleozoic era; source rock characteristics

Apart from shale gas, natural gas should be worthy of attention in Sangzhi-Shimen synclinorium. Through fields observation and analysis of the experiment, sedimentary environment, source rock types and distribution of the geochemical characteristics of source rocks research concluded that the source rocks of Neo-proterozoic to Early Paleozoic Era in Sangzhi-Shimen synclinorium were mainly developed in upper Sinian to lower Cambrian. The source rocks include carbonate rock, shale, and in a large thickness with wide area of distribution. The type of organic matter of the source rocks in upper Sinian are sapropelic and transitional type, the organic carbon content is high and organic matter evolution remains at high maturity to overmature stage, so the comprehensive evaluation are moderate source rocks. The source rocks in lower Cambrian is sapropelic. The organic matter evolution remains at mature stage, the comprehensive evaluation of the source rocks is good. Comprehensive analysis of this two horizon is that they are all in gas generation or the terminal stage of gas generation. Preliminary analysis is that the most favorable area for source rock development in Zhangjiajie-Sangzhi-West of Cili in the Sangzhi-Shimen synclinorium.

2095-2716(2017)02-0010-06

2016-10-18

2017-03-23

湖南省国土资源厅软科计划资助项目(2010-12)。

P534.31

A