魯西地區上古生界煤系烴源巖生烴潛力

馮陣東 程秀申 王生朗 張繼標 李建國

1.中國石化中原油田勘探開發科學研究院 2.中國石化中原油田勘探事業部 3.中國石化石油勘探開發研究院

魯西地區是指郯廬斷裂以西、蘭聊斷層以東、渤海灣盆地以南、南華北盆地黃口凹陷及以北的廣大區域。該區上古生界煤系烴源巖發育，區內發育多個中、新生代含鹽凹陷（圖1），其中規模較大的凹陷包括覆蓋于魯西隆起之上的汶上、濟寧、巨野、成武、魚臺凹陷和南華北盆地的黃口凹陷[1]。這些凹陷內的古近系鹽膏巖十分發育，與東濮凹陷文23煤成氣田具有相似的成藏條件[2－9]。

圖1 魯西地區主要凹陷分布圖

凹陷內部及斜坡帶發育多處低凸起，擁有上古生界上石盒子組的泥巖和煤層、古近系鹽膏巖為區域性蓋層，上古生界、中生界、古近系發育多套陸相碎屑巖，可以作為有利儲集層[10－11]，可形成有利的生儲蓋組合，繼承性發育的斷層、區域不整合可以作為煤成氣運移的通道[12－14]。

進一步研究認為，烴源巖的生烴潛力是制約該區油氣勘探的主要因素，研究烴源巖的分布、類型、生烴演化過程，評價其生烴潛力對該區的油氣勘探至關重要。

1 烴源巖類型及分布特征

魯西地區的主要烴源巖為煤層、暗色泥巖、碳質泥巖，縱向上分布于石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組。其中煤層主要分布于太原組和山西組，具有層數多、單層厚度薄的特點，平面上總厚度分布介于8～18m，厚度較大的地區分布在成武、魚臺、巨野凹陷，厚度大于13m；暗色泥巖主要分布于下石盒子組，厚度介于200～220m，部分分布于石炭系本溪組，厚度多在15～20m；碳質泥巖則分布于太原組、下石盒子組，厚度介于25～35m。

區內的煤層、碳質泥巖的TOC普遍大于50%，是品質最好的氣源巖；而暗色泥巖具有下好上差的特點，深部太原組和山西組的暗色泥巖有機質豐度較高（1.5%左右），屬中等—好烴源巖，上、下石盒子組暗色泥巖的生烴能力相對較差，多屬于非—差烴源巖。通過對干酪根鏡下鑒定發現，暗色泥巖主要含鏡質組和惰質組，干酪根以腐殖型為主。黃口凹陷的部分干酪根中腐泥組和殼質組的總含量大于50%，以偏腐殖混合型—腐殖型為主（表1）；煤巖的氫碳原子比均在0.5～1.0，氧碳原子比小于0.1，均為腐殖型干酪根。

2 烴源巖生烴演化過程

自上古生界煤系烴源巖沉積以后，因該區覆于穩定的華北地臺之上，接受的沉積厚度相差不大（2 500 m左右），各地區地溫梯度基本相同，煤系烴源巖的Ro達到0.5%左右，開始少量生烴。三疊紀末期受印支運動影響，該區大規模抬升[12－15]，有機質演化得到抑制。此后，凹陷區進入差異演化階段，導致地溫梯度也開始分異：黃口、成武、魚臺等凹陷因接受大規模的中生界沉積，煤系烴源巖埋深超過3 500m，開始二次生烴；此時的汶上、濟寧、巨野等凹陷中生界沉積厚度較薄、埋藏較淺，烴源巖未能滿足液態烴生烴條件。

白堊紀末期，受燕山運動影響，差異演化進一步加劇：濟寧、巨野等凹陷持續抬升，直至新近紀才開始接受少量沉積，烴源巖一直未達到液態烴生烴條件；汶上凹陷古近紀埋深達到5 000m，僅局部達到二次生烴條件；黃口、成武、魚臺等凹陷在古近紀劇烈沉降，烴源巖Ro超過2.0%，普遍達到成熟—過成熟高熱演化階段（圖2）。

表1 豐參1井上古生界暗色泥巖干酪根組分表

圖2 魯西地區煤系烴源巖生烴演化圖

3 不同凹陷烴源巖的生烴能力

根據凹陷的熱演化歷程，可以將不同凹陷烴源巖劃分為以下3種類型：①濟寧、巨野凹陷為印支期一次生烴型，Ro在0.5%左右，基本不具備液態烴生烴能力；②汶上凹陷為印支—喜馬拉雅山期二次生烴型，Ro在0.8%左右，生烴能力較有限；③黃口、成武、魚臺凹陷為印支—燕山期、喜山期二次生烴型，各凹陷沉降中心烴源巖Ro超過2.5%，進入大量生烴階段。3種類型中，印支—燕山期、喜馬拉雅山期二次生烴潛力最大，可形成煤成氣有利的勘探目標，印支—喜馬拉雅山期二次生烴型次之，印支期一次生烴型最差。使用熱模擬產烴率法對魯西地區煤成氣資源量進行計算，結果表明：該區喜馬拉雅山期生成煤成氣資源量為970.81×108m3，其中黃口凹陷為381.48×108m3，成武凹陷為291.15×108m3，魚臺凹陷為235.82×108m3，3個凹陷占總資源量的93.6%，具有較大的勘探潛力。

煤系烴源巖除平面上的差異演化外（圖3），不同歷史階段的生烴量也有巨大的差異。

圖3 魯西地區煤系烴源巖Ro等值線圖

三疊紀末期烴源巖基本不具備生烴能力，其后的隆升對有機質的聚集和保存十分有利；白堊紀末期的燕山運動階段，僅有部分地區達到生烴條件，生烴量有限；古近紀以后，黃口、成武、魚臺等凹陷開始大量生烴，其上部沉積的巨厚鹽膏巖蓋層對煤成氣的保存十分有利，黃口凹陷商1、黃1井中生界見油氣顯示，表明該類型的凹陷具有良好的煤成氣勘探前景[16－17]。

4 結論

1）魯西地區上古生界烴源巖主要由煤層、碳質泥巖、暗色泥巖組成，除黃口凹陷部分泥巖的干酪根為偏腐殖混合型—腐殖型外，絕大多數地區的烴源巖為腐殖型；煤層、碳質泥巖的有機質豐度較高，是優質氣源巖，暗色泥巖有機質豐度低，生烴能力相對較差。

2）各凹陷烴源巖的熱演化過程有3種類型：濟寧、巨野凹陷為印支期一次生烴型，生烴能力極差，對該區煤成氣成藏貢獻不大；汶上凹陷為印支—喜馬拉雅山期二次生烴型，但僅局部達到二次生烴條件，生烴潛力有限；黃口、成武、魚臺等凹陷為印支—燕山期、喜馬拉雅山期二次生烴型，烴源巖大面積成熟，生烴潛力最大。

3）煤系烴源巖平面差異演化的同時，不同階段的生烴強度也有明顯差異，三疊紀、白堊紀末期局部成熟，生烴量極為有限；古近紀是最主要的生烴階段，此時大量生烴的黃口、成武、魚臺等凹陷可形成有利的煤成氣勘探目標。

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