临清坳陷东部太原组煤系烃源岩沉积有机相分析

张　亮　金　强

文章编号：1006-6535(2009)02-0023-04

摘要：临清坳陷东部太原组煤系是1套良好的生油源岩，其生油潜力主要取决于沉积有机相。根据沉积学和有机地球化学特征，对其有机相类型和纵向分布规律进行了研究：太原组中部湖成沼泽腐泥-腐植煤相和滨浅湖—沼泽腐植泥相为煤成烃的主要源区；太原组顶、底部均以滨海沼泽腐植煤相沉积为主，生烃潜力较小；半深湖—浅湖腐泥相纵向上分布较少，生烃贡献小。烃源岩综合分析为解决石炭—二叠系煤系源岩生油研究提供了重要资料。

关键词：煤系烃源岩；沉积有机相；太原组；临清坳陷

中图分类号：TE122.1

文献标识码：A

引 言

有机相源于煤相，现已独立并涵盖了煤相，即煤相可以看成是有机相的一种特殊类型^[1]。相同沉积环境和氧化-还原条件下，有相似的生源构成、相似的生烃潜力和有机质组成的生物相态，称之为有机相^[2]。不同煤沼有机相由于煤岩形成的显微组分不同，生烃潜力也不同^[3]。石炭—二叠煤系为华北地区重要烃源岩之一，临清坳陷东部地区自高古4井二叠系获得油气以来，石炭—二叠煤系烃源岩受到格外重视，陆续开展了针对其沉积环境、油气生成母质和油气生成潜力的分析。研究确定，太原组煤系烃源岩为滨海沼泽和滨浅湖相沉积，为石炭—二叠系主要煤系烃源岩，为了确定其有机质来源、性质及形成条件，综合地化、地质及沉积环境特征^[4]，根据单井相分析确定了临清东部煤系烃源岩有机相划分标准，确定了太原组煤系烃源岩有机相类型，并对不同有机相纵向分布特征进行了研究。

1 沉积环境与煤系烃源岩特征

沉积环境决定烃源岩有机质组成及性质^[5，6]。临清坳陷太原组经历了滨海沼泽—滨湖沼泽—滨浅湖沉积过程，形成煤系源岩有机质类型的纵向规律变化。

1.1 煤系源岩沉积环境

临清坳陷东部太原组沉积时期，沉积环境随着海平面的升降而不断变化。根据岩性组合和地化参数特征分析，太原组沉积早期和晚期为海侵阶段，以滨海—沼泽、潮坪—沼泽相沉积为主，咸水、弱还原环境；太原组沉积中期海平面下降，形成舄湖—沼泽沉积环境，水体存在淡化现象。

太原组煤层和炭质泥岩Pr/Ph值普遍大于1，平均值分别为1.75和1.65，反映弱氧化—弱还原环境，个别煤样Pr/Ph小于1，反映还原环境；暗色泥岩Pr/Ph小于1.2，最低值为0.46，反映为弱还原—还原环境下沉积。暗色泥岩和太原组中部沉积煤岩伽马蜡烷指数小于0.1，升藿烷指数小于0.15，为淡水沉积；而早期和晚期形成的煤层及中期部分暗色泥岩和炭质泥岩伽马蜡烷指数和升藿烷指数分别位于0.1～0.4和0.1～0.2，反映为咸水—半咸水沉积。太原组早期和晚期沉积中，C₃₀αβ藿烷/ΣC29甾烷在煤岩中值较高(2～5)，平均为3.6，而ααα20RC₂₇/C₂₉甾烷小于1，反映以水生生物弱还原环境沉积为主；而暗色泥岩ααα20RC₂₇/C₂₉甾烷值大于1，C₃₀αβ藿烷/ΣC₂₉甾烷值小于1，反映以水生生物沉积为主。太原组中部煤层和泥质岩层具有混合型沉积特征，煤层和泥岩ααα20RC₂₇/C₂₉甾烷均小于1，但煤层C₃₀αβ藿烷/ΣC₂₉甾烷值位于1～3，泥质岩C₃₀αβ藿烷/ΣC₂₉甾烷值位于1～2，反映均有陆源物质输入；煤岩正构烷烃双峰特征明显，泥岩低碳数正构烷烃单峰明显，也进一步反映陆源高等植物和水生生物混合型沉积特征。

1.2 煤系源岩特征

临清坳陷石炭—二叠系的本溪组至山西组为1套海陆交互相含煤地层。煤岩、炭质泥岩和暗色泥岩均有发育。煤层主要富集于太原组，德州凹陷、莘县凹陷、鲁西隆起区及高唐-堂邑凸起煤层厚度均超过12 m，有机碳含量高(平均70.01%)，氢指数介于150～400 mg/g TOC，平均为284.86 mg/g TOC，以Ⅲ型有机质为主。煤系烃源岩中，不同类型烃源岩显微组分特征明显不同：沼泽相煤层中，镜质组和惰质组含量超过70%，壳质组含量小于20%，孢粉体和树脂体相对较多，腐泥组极少，反映陆源高等植物供给；舄湖及湖成沼泽煤中，腐泥组分含量相对升高，达2%～10%，具有一定的水生生物来源；湖相泥质岩中腐泥组含量占绝对优势，达50%以上，镜质组和惰质组含量低于30%，但也有部分泥质样品镜质组和惰质组总含量超过60%，而腐泥组含量小于10%，分析认为可能与煤层相伴陆源植物供给沉积有关。

差异性升降造成不同部位煤系地层成熟度不同：鲁西隆起太原组煤系地层埋藏较浅，R_o值介于0.50%～0.72%，处于低熟阶段；高唐—堂邑凸起带太原组煤系地层处于成熟阶段，R_o值介于0.80%～0.88%；德州、莘县及冠县凹陷太原组煤系地层R_o值介于1.0%～2.6%，处于成熟—高熟阶段，深洼处R_o值超过2.6%。

2 有机相类型及纵向分布

2.1 有机相类型划分

根据有机岩石学、沉积学和油气地球化学综合指数，参考目前对有机相的认识^[7]，制订了太原组煤系烃源岩有机相划分标准(表1)，并划分出滨海沼泽腐植煤相、沼泽腐泥—腐植煤相、滨浅湖—沼泽腐植泥相、半深湖—浅湖腐泥相等4种有机相类型。

2.1.1 滨海沼泽腐植煤相

滨海沼泽腐植煤相发育于滨海沼泽和潮坪沼泽中，煤发育，咸水弱还原环境。煤岩有机显微组分主要为镜质组，含量大于80%，无结构镜质体占绝对优势；壳质组含量小于20%，以树脂体、孢粉体、角质体为主；腐泥组含量极低；干酪根类型为Ⅲ型；姥植比为1.5～2.3，伽马蜡烷指数和升藿烷指数为4种有机相中最高的，分别为0.1～0.3和0.1～0.4，反映具有一定盐度的滨海还原环境；C₃₀αβ藿烷/ΣC₂₉甾烷可达到5，为全区最高，ααα20RC₂₇/C₂₉甾烷值小于1，ααα20RC₂₇甾烷、ααα20RC₂₈甾烷和ααα20RC₂₉甾烷呈反L型，表明有机质生源母质主要为陆源高等植物。有机质丰度变化不大，有机碳含量一般为40%～80%，氢指数为150～300 mg/g TOC。

2.1.2 沼泽腐泥—腐植煤相

沼泽腐泥—腐植煤相发育于舄湖或海退以后形成的淡化湖成沼泽，为弱还原环境，沉积岩性主要为煤和暗色泥岩。镜质组和惰质组总含量一般大于70%，最高达97%，主要为无结构镜质体，壳质组主要为孢粉体和树脂体，暗色泥岩中含腐泥组分，含量一般低于10%；姥植比与滨海沼泽腐植煤相差不大，一般为0.6～2.0，以1.6左右较为集中；伽马蜡烷指数和升藿烷指数均小于0.1，反映淡水弱还原特征；C₃₀αβ藿烷/ΣC₂₉甾烷值较高，大于2.5，最高可达6，ααα20RC₂₇/C₂₉甾烷值大于1，ααα20RC₂₇甾烷、ααα20RC₂₈甾烷和ααα20RC₂₉甾烷呈反L型，正构烷烃具有前低后高的双峰特征，反映该有机相以陆源高等植物供给为主，并含有部分水生生物。沼泽腐泥—腐植煤相不同岩性有机质丰度变化较大，煤和泥岩的有机碳含量分别为50%～80%和小于1.2%，氢指数分别为270～400 mg/gTOC和50～150 mg/gTOC。

2.1.3 滨浅湖—沼泽腐植泥相

滨浅湖—沼泽腐植泥相沉积岩性主要为暗色泥岩和炭质泥岩，显微组分包括腐泥组、镜质组和壳质组，腐泥组含量一般大于50%，镜质组含量一般为15%～50%。干酪根类型主要为Ⅱ型。滨浅湖—沼泽腐植泥相主要发育于滨浅湖和沼泽环境，Pr/Ph值一般为1.2～2.3，伽马蜡烷指数和升藿烷指数均分布于0.1～0.2，反映半咸水弱还原环境；C30αβ藿烷/ΣC29甾烷值为中等偏低(1～2)，指示存在一定量的陆源物质输入；ααα20RC₂₇/C₂₉甾烷值大于1，正构烷烃以低碳数为主，具有单峰特征，反映以水生生物沉积为主。炭质泥岩和暗色泥岩有机碳含量分别为2%～20%和1%～2%，氢指数分别为50～200 mg/gTOC和小于50 mg/gTOC。

2.1.4 半深湖—浅湖腐泥相

半深湖—浅湖腐泥相发育暗色泥岩，干酪根类型以Ⅱ1型为主。ααα20RC₂₇/C₂₉甾烷值大于1，ααα20RC₂₇甾烷、ααα20RC₂₈甾烷和ααα20RC₂₉甾烷呈L型，C₃₀αβ藿烷/ΣC29甾烷值位于0.5～1.0，反映以水生生物沉积为主；显微组分分析，腐泥组含量大于50%，壳质组含量小于25%，镜质组和惰质组约为40%，同样反映以水生生物沉积为主；姥植比小于1.2，伽马蜡烷指数小于0.1，升藿烷指数为0.1～0.2，反映淡水还原沉积条件；泥岩有机碳含量大于2%，氢指数为50～100 mg/gTOC。

2.2 有机相纵向分布

临清坳陷东部太原组“海进—海退—海进”沉积旋回，使有机相类型纵向分布呈现一定的旋回性。沉积初期海进，研究区位于滨岸地带，咸水沼泽发育区域大量陆源物质输入，使太原组底部沉积以滨海沼泽腐植煤相为主(图1)；沉积中期海水逐渐退去，形成各类淡水湖泊和湖成沼泽沉积，发育湖成沼泽腐泥—腐植煤相，为太原组主要煤成烃有机相类型(图2)，而未被淡化的舄湖—沼泽地带则发育滨浅湖腐植泥相(图3)。沉积晚期，海水再次侵入，重新发育滨海沼泽腐植煤相(图4)。半深湖—深湖腐泥相纵向上分布较少，仅在太原组中部少量发育。

3 结 论

(1) 临清坳陷东部太原组早晚期海侵水生生物沉积为主，中期水体淡化，发育滨海沼泽腐植煤相、湖成沼泽腐泥—腐植煤相、滨浅湖—沼泽腐植泥相、半深湖—浅湖腐泥相等有机相类型，并具有一定的旋回特征。

(2) 有机相纵向分布研究表明，太原组沉积早期和晚期主要发育滨海沼泽腐植煤相，沉积中期主要发育湖成沼泽腐泥—腐植煤相和滨浅湖—沼泽腐植泥相，湖成沼泽腐泥—腐植煤相煤系烃源岩具有高无结构镜质体和壳质组(主要是角质体和孢粉体)含量，能够提供煤成烃资源。半深湖—浅湖腐泥相虽然生烃能力较好，但由于发育规模小，生烃贡献不大。

(3) 通过对太原组源岩的综合分析，划分出太原组有机相类型，确定了不同类型有机相纵向分布特征，为解决临清坳陷东部地区石炭—二叠系煤系源岩生油问题提供了依据。但由于目前钻井资料少、取心井段有限，目前的研究还仅限于单井相分析，今后还需随着资料的充实，进行更为深入的研究。

参考文献：

[1] 刘伟，冯杰，王淑芝，等.海拉尔盆地煤系烃源岩有机相分布特征[J].大庆石油地质与开发，2002，21(5)：18～20.

[2] 杨建业，任德贻.吐哈盆地与准格尔盆地J煤系有机相及生气性研究[J].中国矿业大学学报，2001，30(1)：297～306.

[3] 李华明.吐哈盆地中、下侏罗统煤沉积环境与煤沼有机相[J].新疆石油地质，2008，21(4)：301～303.

[4] 夏新宇，洪峰，赵林.鄂尔多斯盆地下奥陶统碳酸盐岩有机相类型及生烃潜力[J].沉积学报，1999，17(4)：102～106.

[5] 周经才，史宝玉，马孝祥，等.准格尔盆地南缘侏罗系沉积有机相研究[J].新疆石油地质，1989，10(1)：74～87.

[6] 郭耀华.镇—泾地区三叠系延长组烃源岩沉积有机相分析及评价[J].河南石油，2004，18(2)：8～11.

[7] 彭立才，杨慧珠，刘兰桂，等.柴达木盆地北缘侏罗系烃源岩沉积有机相划分及评价[J].石油与天然气地质，2001，22(2)：178～181.

编辑 董志刚