南华北地区二叠系烃源岩生烃潜力评价

林小云，蒋 伟，陈倩岚 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学） 长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

南华北地区二叠系烃源岩生烃潜力评价

林小云，蒋 伟，陈倩岚 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学） 长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

南华北地区二叠系各类烃源岩地化特征表明，烃源岩主要发育于太原组、山西组和下石盒子组，其中煤系泥岩为主要的有效烃源岩，生烃潜力较好。从不同构造单元烃源岩热演化分析，襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷演化程度适中，且存在二次生烃，生烃潜力较好。结合动静态烃源岩特征，认为南华北地区二叠系烃源岩生烃潜力较好的为主要分布在谭庄－沈丘凹陷的太原组、山西组和下石盒子组；倪丘集凹陷的山西组合下石盒子组；襄城凹陷的太原组、山西组和下石盒子组。

南华北地区；二叠系；烃源岩；生烃潜力评价

南华北地区大地构造位置位于东秦岭－大别山构造带北缘，横跨华北地块、华北地块南缘构造带，同时紧邻北秦岭褶皱带，为一在华北地台基础之上发育起来的中、新生代叠合盆地。南以栾川－确山－固始－肥中断裂与秦岭－大别造山带相邻，东以郯庐断裂与下扬子区 （扬子板块）接邻，北以焦作－商丘断裂与北华北盆地分界，西接豫西隆起区。构造线走向主要为NW－NWW向，并被NE－NNE向构造线所切，与渤海湾盆地以NE－NNE向为主的构造有明显差别［1］。主要包括开封坳陷、太康－宿县隆起、周口－泗县坳陷、徐蚌隆起和信阳－合肥坳陷5个Ⅱ级构造单元［2］。

1 二叠系烃源岩分布及特征

南华北地区诸多盆地是不同构造阶段，多种构造动力体系联合与复合作用的最终产物。这种联合与复合作用控制着该区沉积盆地的形成演化，也控制着该区烃源岩的分布及其变迁。南华北地区在震旦纪～三叠纪为统一克拉通盆地形成的巨型构造演化阶段［3］。在克拉通坳陷发育过程中，南华北盆地二叠系自下而上发育了下二叠统的太原组，中二叠统的山西组和下石盒子组，以及上二叠统的上石盒子组等4套烃源岩。为一套海陆交互的砂岩、泥岩、碳酸盐岩与煤层间互的地层，岩性多样。平面上地层主要分布在太康隆起、鹿邑凹陷、谭庄－沈丘凹陷和襄城凹陷。由于后期抬升剥蚀，研究区南部基本没有二叠系分布，仅淮南和淮北地区有零星分布。尽管二叠系烃源岩具有多种岩性，但以煤系泥岩为主要的有效烃源岩，其次为碳质泥岩，煤贡献不大［4］。此外，太原组的碳酸盐岩也具有一定贡献。有机质丰度自下而上逐渐降低，有机质丰度较高的层位主要为太原组、山西组和下石盒子组。平面上，煤系泥岩的厚度中心主要分布在研究区北部的鹿邑凹陷和太康隆起，其次为谭庄－沈丘凹陷、倪丘集凹陷以及襄城凹陷。烃源岩母质类型以Ⅲ型 （腐殖型）为主，也有少量Ⅱ2型 （腐泥腐殖型）。南华北地区二叠系烃源岩整体上都达到了成熟阶段，其中下二叠统有机质都处于成熟－过成熟阶段，二叠系中上统处于低成熟－成熟阶段。太原组、山西组和下石河子组的煤系泥岩属于具有较高生烃潜力的烃源岩［4，5］。

2 二叠系烃源岩生烃演化分析

由于不同的沉降史，在南华北地区不同的构造单元中，同一套烃源岩热演化进程有所不同［6，7］。从早二叠世开始，太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起连续沉积了二叠系与巨厚的三叠系，二叠系烃源岩迅速埋深，地层温度升高，烃源岩在中晚三叠世开始生油并达到生油高峰期。后期随着埋深加大烃源岩继续演化，迅速进入高成熟－过成熟阶段。三叠纪末期开始的印支－燕山运动造成地层连续抬升剥蚀，地层温度降低，烃源岩停止演化，处于过成熟阶段。新近纪到第四纪再次接受沉积，但是后期埋深不大，烃源岩热演化程度不再增加，保持燕山运动末期的成熟度水平。由于演化程度较高，太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起生烃潜力不大 （图1）。

图1 太康隆起烃源岩有机质成熟史

由于襄城凹陷不是三叠系沉降中心，三叠系厚度不大，二叠系烃源岩经过一定的埋深开始成熟，但演化程度不及太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起。从晚三叠世开始的印支运动和燕山运动导致地层抬升剥蚀，地层温度降低，二叠系烃源岩停止演化。古近系的沉积使二叠系烃源岩再次埋深，地层温度升高，烃源岩继续演化，成熟度增高，开始二次生烃。新近系和第四系沉积使烃源岩继续演化，但是变化缓慢，现今处于成熟早期，生烃潜力较大 （图2）。

图2 襄城凹陷有机质成熟史

中二叠世，谭庄－沈丘凹陷二叠系烃源岩第一次达到最大埋深，烃源岩进入成熟早期，印支运动使地层抬升剥蚀，地温降低，热演化停滞；早白垩世开始又接受沉积，燕山运动还导致基底热流值升高，部分地区烃源岩进入生油高峰期；晚白垩世开始地层再次抬升遭受剥蚀，生烃缓慢，但是古近系的沉积使二叠系烃源岩第三次埋深，有些地区埋深和地温较大使烃源岩热演化程度进一步加大；现今基本处于成熟早期阶段，生烃潜力较大，倪丘集凹陷与之类似 （图3）。

图3 谭庄－沈丘凹陷烃源岩有机质成熟史

3 二叠系烃源岩生烃潜力评价

南华北地区二叠系烃源岩中以太原组、山西组和下石盒子组的有机质条件较好，结合不同构造单元烃源岩演化过程，分析南华北地区二叠系3套主力烃源岩层的有利生烃区和潜力生烃区的分布特征，研究南华北地区二叠系有利生烃区的展布。

3.1 太原组生烃区评价

下二叠统太原组主要生烃区大致分布在潮上带和潮中带，但由于剥蚀线控制，潮上带现今基本没有残余地层，因此，分布区大部分位于潮中带，沿近NW－SE延伸。太康隆起和鹿邑凹陷有机碳最高达到3.0%以上，襄城凹陷烃源岩有机碳最高达到1.5%以上，谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷西部有机碳均基本都在2.0%以上，具有较好的生烃潜力。以上区域的有效烃源岩厚度大部分大于60m，厚度适中。但根据烃源岩演化分析，太康隆起和鹿邑凹陷烃源岩演化程度过高，生烃潜力等级降低；襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷西部烃源岩演化程度较低，达到成熟阶段，且在谭庄－沈丘凹陷和襄城凹陷存在二次生烃，使得这些区域的生烃潜力等级提高。因此，太原组烃源岩有利生烃区主要分布在襄城凹陷和谭庄－沈丘凹，潜在生烃区主要分布在太康隆起、鹿邑凹陷和倪丘集凹陷西部 （图4（a））。

3.2 山西组生烃区评价

中二叠统山西组主要生烃区在三角洲平原、三角洲前缘和泻湖相带内均可能有分布，但由于剥蚀线控制，大部分位于三角洲内，分布区沿近NW－SE延伸。太康隆起、鹿邑凹陷、襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷的西部大部地区有机碳值在1.5%～2.0%之间，均具有较好的生烃潜力。但有效烃源岩厚度仅太康隆起和鹿邑凹陷大于60m，厚度适中；襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷的西部有效烃源岩厚度在30～60m，厚度较小。而鹿邑凹陷、太康隆起烃源岩演化程度过高，造成其生烃潜力等级降低；襄城凹陷、倪丘集凹陷和谭庄－沈丘凹陷的烃源岩演化程度则较低，且存在二次生烃，使得上述区域的生烃潜力等级提高。因此，虽然襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷厚度较小，但生烃的关键时刻已经达到成熟阶段，且经历了二次生烃或延缓生烃，故认为该区域为山西组烃源岩有利生烃区，而太康隆起和鹿邑凹陷虽然厚度适中，但由于演化程度高，其生烃潜力较低，为潜在生烃区 （图4（b））。

3.3 下石盒子组生烃区评价

中二叠统下石盒子组主要生烃区分布特征与山西组大体一致。研究区内太康隆起的西北部、襄城凹陷、倪丘集凹陷和谭庄－沈丘凹陷大部地区有机碳值＞1.5%，具有较好的生烃潜力，有效烃源岩厚度均大于50m，厚度适中，在太康隆起的中部和南部以及鹿邑凹陷厚度较大，超过150m，但烃源岩有机碳介于1.0%～1.5%之间，丰度较低，具有一定的生烃潜力。以上区域中，太康隆起和鹿邑凹陷烃源岩演化程度过高，达到高成熟－过成熟阶段，生烃潜力等级降低；襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷西部属于成熟阶段，烃源岩演化程度较低，且存在二次生烃，使得该区域的生烃潜力等级提高。下石盒子组烃源岩有利生烃区主要分布在襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷。而太康隆起和鹿邑凹陷机碳值较低，虽然有一定厚度，但演化程度过高，生烃潜力较低，属于潜在生烃区 （图4（c））。

图4 南华北地区二叠系有利生烃区分布图

南华北地区二叠系有利生烃区域主要集中在襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷，以谭庄－沈丘凹陷最优，其次为襄城凹陷和倪丘集凹陷。其烃源岩层主要为下石盒子组、山西组和太原组。其中谭庄－沈丘凹陷以太原组和山西组最优，其次为下石盒子组；倪丘集凹陷则以山西组为主，其次为下石盒子组；襄城凹陷以太原、山西组和下石盒子组为主。区域内主要烃源岩层有机碳值大部分均达到1.5%以上，厚度在60m以上，在关键时刻烃源岩大部分处在成熟阶段，且3套主要烃源岩均存在二次生烃，可判断其为南华北二叠系有利生烃区块 （图4）。

4 结 论

1）南华北地区自下而上发育了太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组等4套烃源岩，主要分布在研究区北部。尽管烃源岩具有多种岩性，但以煤系泥岩为主要的有效烃源岩，其次为碳质泥岩，煤贡献不大，另外，太原组的碳酸盐岩也是有效的烃源岩。

2）有机质丰度自下而上逐渐降低，平面上，煤系泥岩的厚度中心主要分布在研究区北部的鹿邑凹陷和太康隆起，其次为谭庄－沈丘凹陷、倪丘集凹陷以及襄城凹陷。烃源岩母质类型以Ⅲ型 （腐殖型）为主，也有少量Ⅱ2型 （腐泥腐殖型）。

3）二叠系烃源岩生烃演化特征显示，太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起在中晚三叠世开始生烃并达到高峰；襄城凹陷二叠系烃源岩中晚三叠世初次生烃，古近纪出现二次生烃；谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷在中晚三叠世进入生烃期，早白垩世中晚期出现二次生烃。其中，襄城凹陷、谭庄－沈丘凹陷和倪丘集凹陷演化程度适中，且存在二次生烃，生烃潜力较好。

4）通过对南华北地区二叠系烃源岩分布及特征，以及演化过程的分析，认为生烃潜力较好的为谭庄－沈丘凹陷以太原组和山西组，以及下石盒子组；倪丘集凹陷的山西组，以及下石盒子组；襄城凹陷的太原、山西组和下石盒子组。

［1］徐汉林，赵宗举，吕福亮，等.南华北地区的构造演化与含油气性 ［J］.大地构造与成矿学，2004，28（4）：450～463.

［2］余和中，吕福亮.华北板块南缘原型沉积盆地类型与构造演化 ［J］.石油实验地质，2005，27（2）：111～117.

［3］夏新宇，戴金星.碳酸盐岩生烃指标及生烃量评价的新认识 ［J］.石油学报，2000，21（4）：36～41.

［4］张世焕，王志勇，张朝富，等.吐哈盆地煤系烃源岩特征与油气分布关系初探 ［J］.新疆石油地质，1996，17（1）：29～33.

［5］石昕，王绪龙，张霞，等.准噶尔盆地石炭系烃源岩分布及地球化学特征 ［J］.中国石油勘探，2005，（1）：34～40.

［6］腾格尔，高长林，胡凯，等.上扬子北缘下组合优质烃源岩分布及生烃潜力评价 ［J］.天然气地球科学，2007，18（2）：254～259.

［7］邱楠生.沉积盆地热历史恢复方法及其在油气勘探中的应用 ［J］.海相油气地质，2005，10（2）：45～51.

Hydrocarbon Generation Potential Evaluation of Permian Source Rocks in the South of North China

LIN Xiao－yun，JIANG Wei，CHEN Qian－lan（Author's Address：Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources（Yangtze University），Ministry of Education；College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Geochemistry characteristics of Permian source rocks indicated that the source rocks were mainly developed in Taiyuan Formation，Shanxi Formation and Xiashihezi Formation，where coal measures mudstone was the main effective source rock with good hydrocarbon generating potential.Thermal evolution analysis of the source rocks in different structural units indicate that Xiangcheng Depression，Tanzhuang－Shenqiu Depression and Niqiuji Depression were in a moderate evolution level with secondary hydrocarbon generation and good hydrocarbon generating potential ability.Based on the characteristics of dynamic and static source rock analyses，it is considered that the preferable Permian source rocks are mainly distributed in Taiyuan Formation，Shanxi Formation and Xiashihezi Formation of Tanzhuang－Shenqiu Depression；Shanxi Formation and Xiashihezi Formation of Niqiuji Depression；Taiyuan Formation，Shanxi Formation and Xiashihezi Formation of Xiangcheng Depression.

the South of north China；Permian；source rock；hydrocarbon generating potential evaluation

TE122.1

A

1000－9752（2011）06－0001－05

2011－01－18

“全国油气资源战略选区调查与评价”专项 （XQ－2007－02－3－3）。

林小云 （1965－），女，1987年大学毕业，博士，教授，现主要从事油气成藏地质与资源评价方面的科研和教学工作。

［编辑］ 宋换新