濟陽坳陷石炭-二疊系太原組有效烴源巖分析

姚海鵬

（內蒙古自治區煤田地質局，呼和浩特 010010）

濟陽坳陷石炭-二疊系太原組有效烴源巖分析

姚海鵬

（內蒙古自治區煤田地質局，呼和浩特 010010）

濟陽坳陷石炭-二疊系烴源巖在多期構造運動的影響下發生多次生烴演化，有機質具有階段性成熟演化特征和多次生烴過程，其中燕山期和喜馬拉雅期是濟陽坳陷石炭-二疊系烴源巖最重要的生烴期。采用煤巖學和地球化學相結合的方法對石炭-二疊系源巖進行總體評價，就主要有效烴源巖太原組從埋藏史、成熟生烴史進行了重點剖析，判定太原組有效烴源巖主要分布在沾化凹陷、東營凹陷和惠民凹陷，而且生烴強度較大，有可能形成“小而肥”的油氣藏。

濟陽坳陷；太原組；有效烴源巖；生烴演化

烴源巖作為石油、天然氣的母源，在油氣地質研究和油氣勘探中占有相當重要的位置。煤作為烴源巖，其生烴能力已被油氣勘探實踐所證實[1-4]。晚古生代石炭-二疊系在渤海灣盆地分布面積廣，厚度大，成熟度高。作為渤海灣盆地重要組成部分的濟陽坳陷，晚古生代發育了300～400 m厚的石炭-二疊系烴源巖。因此以太原組為代表研究濟陽坳陷晚古生代有效烴源巖及生烴特征，對本區石油及天然氣勘探具有重要意義。

1 地質概況

區域構造單元上，濟陽坳陷位于渤海灣盆地中南部，為渤海灣復式斷塊盆地內一個重要坳陷。坳陷內部被義和莊凸起、陳家莊凸起、無棣凸起、濱縣凸起、青坨子凸起和廣饒凸起分為車鎮凹陷、惠民凹陷、沾化凹陷和東營凹陷4個凹陷帶，見圖1。坳陷東西長約200 km，南北寬約130 km，總面積約26 500 km2，是我國第二大油田——勝利油田的主體部分。

濟陽坳陷石炭-二疊系與整個華北地區具有相似性，在早古生代奧陶紀晚期，由于加里東運動的影響，整體抬升接受剝蝕，缺失了上奧陶統、志留系、泥盆系和下石炭統的沉積，從晚石炭世開始華北地臺重新沉降接受沉積，至晚二疊世形成了一套海陸交互相的含煤地層。其中有兩套比較明顯的沉積組合：晚石炭世至早二疊世早期，濟陽坳陷與華北地區一樣為大型陸表海盆地，沉積了一套“海陸交替型”含煤地層，也就是石炭-二疊系主要的富含烴源巖的地層；早二疊世至晚二疊世末期，為大型陸相坳陷盆地，沉積了一套陸相地層，基本不含海相沉積，含煤性較差。

2 烴源巖特征

由于受多期構造運動的影響，濟陽坳陷石炭-二疊系烴源巖的分布很不均衡。據鉆井統計，煤層總厚度平均為25 m，最大為40.5 m，最小為4.5 m；泥巖總厚度一般在20～60 m，最大總厚555.5 m，最小為3.5 m。

有機巖石學專家普遍認為，煤成烴能力與煤系烴源巖類型及其顯微組分密切相關[2-3]。據研究[4]，濟陽坳陷石炭-二疊煤系烴源巖有機質類型以Ⅲ型為主，部分為Ⅱ2型。

從圖2可以看出，煤系烴源巖無論是煤或是泥巖均以鏡質組和惰質組為主（少量除外），殼質組和腐泥組含量一般少于10%，故判定其烴源巖以Ⅲ型干酪根為主，傾向生氣。

3 有效烴源巖

要成為有效烴源巖，必須要有一定的生烴效率和充分的排烴效率[5-6]，既有油氣生成又有油氣排出的才能稱為有效烴源巖。

對各凹陷煤巖和泥巖進行評價，如表1所示，濟陽坳陷石炭-二疊系煤巖總體特征為較好氣源巖，局部達到好的氣源巖，同時各凹陷中TOC、Sl+S2和HI分布特征也基本近似，總體評價為較好氣源巖；惠民凹陷南坡泥巖為較差源巖，濟陽坳陷北部泥巖屬差-中等源巖。

濟陽地區太原組厚度一般在100～150 m，分布面積廣，剝蝕較為嚴重，具有南北分帶、東西分塊分布的特點，見圖3-a。車鎮和沾化地區局部地區厚度可達200 m左右，惠民地區多在100～150 m，東營地區在50～100 m，陳家莊地區、車鎮南部以及惠民北部地區有較大面積缺失。喜馬拉雅期，太原組煤巖和泥巖生烴率大致相同，見圖3-b，都在30～60 mg/g。由于煤巖對烴類有著強烈的吸附作用，本區一般10～16 mg/g，見圖3-c。太原組煤巖的排烴的展布趨勢總體上呈NNE向，有利排烴區域相對較小，排烴最大可達80 mg/g，見圖3-d，從排烴率等值線圖上可以清晰地確定有效煤層烴源巖的展布。有效烴源巖的分布范圍相對較小，僅在沾化凹陷、東營凹陷和惠民凹陷有分布，車鎮凹陷和沾化凹陷往往會形成“小而肥”的油氣藏。

4 烴源巖埋藏史

石炭-二疊系沉積后，大致經歷了海西-印支期的抬升剝蝕、侏羅白堊的沉降埋深、燕山期晚期的抬升剝蝕和喜馬拉雅期再次沉降埋藏的交替演化。

燕山運動時期，郯廬斷裂帶呈現拉張兼走滑特征。本區在早、中侏羅紀經歷了較長時期的地表剝蝕夷平過程。晚侏羅-中白堊世，本區發生強烈斷陷運動，斷裂及巖漿活動強烈，沉積了一套厚度較大的中基性火山巖及陸相碎屑巖建造，研究區進入裂谷式充填。晚白堊紀構造由拉張轉向擠壓，地層隆升剝蝕[7]，源巖埋深2 200 m左右。

燕山末期到喜馬拉雅早期，本區地殼抬升，源巖埋深變淺。至始新世，由于印度板塊與歐亞板塊碰撞和太平洋板塊的俯沖，華北地區處于右旋走滑-引張應力場中，在裂谷伸展作用下，濟陽坳陷總體表現為半地塹式的斷陷湖盆沉積[8]。始新世末，東營運動使渤海灣整體抬升剝蝕，至漸新世源巖埋深可達3 600 m。新近紀，本區進入坳陷階段，連續沉積了新近系，次級凹陷埋深再次加大。

5 烴源巖成熟生烴史

烴源巖有機質的成熟度直接控制著其生烴演化，而其成熟演化又受控于烴源巖構造史、埋藏史和受熱史等。濟陽坳陷石炭-二疊系煤系烴源巖的熱演化大致分了4個階段，如表2所示。

前人對濟陽坳陷古熱場做了研究[9]，認為其現今大地熱流平均值為65.8±5.0 mW/m2，其地溫梯度平均值3.55℃/100 m。源巖在印支期Ro約為0.6%，處于熱演化成熟初期階段，并未大量生烴；燕山期，由于較厚的中生界地層沉積和較高的地溫梯度（5～6℃/100 m）[10]，全區Ro值在0.8%～1.3%，源巖發生成熟生烴作用，沉積中心則進入生烴高峰。喜馬拉雅期，埋深加大，各凹陷內Ro值在1%～1.7%，源巖再次生烴，門限深度達3 900 m。整個熱成熟演化過程，見圖4。

現今濟陽坳陷有機質成熟度較高，等成熟帶總體上沿NE-NEE方向產出，并以東營凹陷主體、沾化坳陷、惠民凹陷中央為高成熟度中心，呈環帶狀展布。太原組有機質成熟度展布格局中存在3個較高成熟度中心，見圖4-c，而只在中心部位達到了高成熟階段，東營凹陷以高成熟階段為主，沾化凹陷、惠民凹陷以成熟中-晚期階段為主，而西部局部地帶仍處于成熟階段。

6 結論

1）本區石炭-二疊系煤系烴源巖是“海陸交替型”含煤地層，煤層主要發育在山西組和太原組。煤系烴源巖無論是煤或是泥巖均以鏡質組和惰質組為主（少量除外），殼質組和腐泥組含量一般少于10%，故判定其烴源巖以Ⅲ型干酪根為主，傾向生氣。

2）源巖沉積后經歷了大致經歷了4個階段的構造演化和生烴過程，燕山期和喜山期生烴成藏的可能最大。本區現今成熟度高，Ro為2.0%左右，局部高達4.0%，一般達干氣階段。以東營凹陷主體、沾化凹陷、惠民凹陷中央為高成熟度中心，呈環帶狀展布。

3）根據有效烴源巖定義以及喜山期太原組的生烴排烴等值線圖，判定有效烴源巖主要分布在沾化凹陷、東營凹陷和惠民凹陷，而且生烴強度較大，因此有可能形成“小而肥”的油氣藏。

［1］胡社榮，郎東升，潘景副，等.煤和含煤巖系成油理論研究和演變歷史［J］.煤田地質與勘探，2003，31（4）：19-31．

［2］劉德漢，傅家謨，肖賢明，等.煤成烴的成因與評價［J］.石油勘探與開發，2005，32（4）：137-141.

［3］王昌桂，程克明，徐永昌，等.吐哈盆地侏羅系煤成烴地球化學［M］.北京：科學出版社，1998．

［4］陳建平，趙文智，秦勇，等.中國西北地區侏羅紀煤成油氣形成(之一)［J］.石油勘探與開發，1998，25(3)：1-9．

［5］劉洛夫，陳踐發.烴源巖的研究現狀［J］.勘探家，1997，2（3）：62-64．

［6］徐春華，樊慶真，孔凡順，等.煤系烴源巖評價中的誤區［J］.油氣地質與采收率，2001，8（1）：78-80．

［7］譙漢生.中國東部深層石油地質［M］.北京：石油工業出版社，2002．

［8］桑樹勛，陳世悅，劉煥杰．華北晚古生代成煤環境與成煤模式多樣性研究［J］.地質科學，2001，36(2)：212-221．

［9］李政.濟陽坳陷石炭－二疊系烴源巖的生烴演化［J］.石油學報，2006，27（4）：29-35．

［10］潘元林，宗國洪，郭玉新，等.濟陽斷陷湖盆層序地層學及砂礫巖油氣藏群［J］.石油學報，2003，24(3)：16-23．

Effective Source Rock of Permo-carboniferous Coal Measure Taiyuan Formation in Jiyang Depression

YAO Haipeng
(Inner Mongolia Coalfield Geology Bureau，Hohhot 010010，China)

Because of tectonic movements，multiple evolutions of hydrocarbon generation occurred in source rock in permo-carboniferous coal measure in Jiyang depression.Organic matter is characteristic of periodical maturity evolution and multiple hydrocarbon generation processes.Yanshanian period and Himalayan period are the most important generation processes of permo-carboniferous source rock in Jiyang depression.Coal petrology and geochemistry method are combined to evaluate the source rock，which is focused on effective source rock of Taiyuan formation in terms of the history of burial and mature hydrocarbon generation.The results show that the effective source rock of Taiyuan formation is distributed overZhanhuadepression，Dongyingdepression，andHuimindepression.Besides，the hydrocarbon-generating strength is big，which could form small-and-rich petroleum reservoir.

Jiyang depression;Taiyuan formation;effective source rock;evolution of hydrocarbon generation

P618.13

A

1672-5050（2015）02-0004-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.002

（編輯：樊敏）

2014-11-25

姚海鵬(1982-)，男，河北蔚縣人，在讀博士，工程師，從事煤炭、非常規油氣勘探與開發技術研究工作。