黄桥－句容地区二叠－三叠系烃源岩生烃历史及晚期成藏研究

黄俨然，张枝焕 （油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学 （北京）地球科学学院，北京102249）

刘继勇 （中国石油化工股份有限公司华东分公司，江苏 南京210011）

黎 琼，藏春娟 （油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学 （北京）地球科学学院，北京102249）

黄桥－句容地区二叠－三叠系烃源岩生烃历史及晚期成藏研究

黄俨然，张枝焕 （油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学 （北京）地球科学学院，北京102249）

刘继勇 （中国石油化工股份有限公司华东分公司，江苏 南京210011）

黎 琼，藏春娟 （油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学 （北京）地球科学学院，北京102249）

黄桥－句容地区二叠－三叠系生储盖条件优越，是目前油气勘探的主要区域。烃源岩总体处于成熟和高成熟阶段，生烃模拟试验表明总有机碳含量在生烃过程中损失较少，可以作为评价较高成熟度烃源岩的有效指标。孤峰组、龙潭组和大隆组泥质烃源岩评价均为较好－好烃源岩，而以灰岩为主的栖霞组和青龙组烃源岩生烃能力则很差。高含量的矿物沥青基质和低值活化能的分布显示源岩处于正在生烃的阶段，活化能分布特征一定程度上反映了烃源岩的生烃过程，黄桥地区生烃温度范围跨度小，一进入主生烃期就能快速断键生烃，而句容地区则更倾向于早期、多期生烃的特点。源岩均普遍经历了多次生烃，喜山期的二次生烃相继进入生烃高峰阶段，生烃转化率主要取决于沉积埋藏史，演化程度慢的烃源岩保留生烃潜力，晚期继续生烃有利于强烈构造运动下的保存成藏。

黄桥；句容；烃源岩评价；生烃历史；晚期成藏

1 地质概况

下扬子地区是我国南方重要的海相地层沉积及油气分布的区域，具有巨大的勘探潜力，根据生储盖组合特征可分为上下两套含油气系统，上组合含油气系统烃源层主要指上古生界二叠系和中生界下三叠统［1］。该地区经历了长期复杂的构造运动，喜山运动后形成了现今苏南和苏北两大构造单元格局［2］，苏南地区以隆升剥蚀为主，剥蚀程度自北向南逐渐加剧；而苏北地区则以持续性沉降为主要特征。黄桥－句容地区均是其中含油气远景较好的地区［3］，勘探程度相对较高，有大量的油气显示并有低产油流发现。总体上上组合的烃源岩地球化学特征比较相似［4］，研究其烃源岩的地球化学特征和生烃历史，有助于了解该地区油气来源、生烃过程和不同历史时期生烃与成藏的时空配置关系，特别是强烈构造运动背景下的 “二次生烃、晚期成藏”利于保存的组合关系，从而为该区油气勘探和评价提供地球化学依据。

2 烃源岩地球化学特征

2.1 烃源岩分布特征

黄桥－句容地区上组合烃源岩类型按岩性主要分为碳酸盐岩和碎屑岩两大类，自下而上分别为二叠系栖霞组 （P1q）、孤峰组 （P1g）、龙潭组 （P2l）、大隆组 （P2d）和下三叠统青龙组 （T1qn）。由于断层广泛发育，地层破碎严重，黄桥－句容地区主要运用地层对比法进行烃源岩分布层段厚度的恢复。其中P1q以大套灰岩为主，包括生物碎屑灰岩及臭灰岩，偶见薄煤层，最大累计厚度可达500m；P2l以含煤的泥岩为主，夹多套致密砂岩，地层厚度较大，一般在150m左右；P1g以黑色泥岩、碳质泥岩和煤为主；P2d以泥岩夹硅质泥岩为主，厚度均相对较小；T1qn上部以深灰色灰岩为主，下部为灰岩、黑色薄层泥岩夹泥灰岩，厚度可达1000m以上。烃源岩的沉积环境是陆表海相－海陆过渡相－陆缘海相－海陆过渡相－陆表海相的演化过程，有机质的来源以海相有机质为主。

图1 黄桥－句容地区烃源岩镜质体反射率Ro分布图

2.2 有机岩石学特征

对黄桥－句容地区烃源岩进行评价就不得不考虑到其演化程度，统计岩心样品镜质体反射率 （Ro）分布发现，Ro主要集中在1%～1.4%之间 （图1），总体上处在成熟和高成熟阶段。烃源岩显微组分以镜质组为主，大多数在80%以上，部分甚至达到100%，而惰质组和壳质组的含量极低。有机质类型主要为Ⅲ型，少量为Ⅱ2型。主要生烃组分为藻质碎屑，形态有机质含量较低，一般在0.8%～3%之间，在很多灰岩样品中镜下根本没有发现形态有机质，生烃能力很差。而镜下显示大部分样品均含有相当数量的矿物沥青基质，如黄桥地区溪2井P2l泥岩样品中含量达88.2%，句容地区句13井T1qn泥岩样品中达67.5%。矿物沥青基质在岩石中往往以隐含的细分散有机质形态出现，以次生产状和较强的黄色、黄绿色荧光而与其他类型有机质或矿物相区别，主要是由于生排烃作用形成的［5］，并不代表生烃的富氢组分，表明源岩处在正在生烃的阶段。因此在对烃源岩评价的过程中必须考虑到已发生生烃作用的现今烃源岩残余有机质丰度能否代表其完整的生烃潜力。

2.3 生烃条件分析

二叠－三叠系烃源岩岩性复杂，其中包括泥岩、页岩、灰岩、泥灰岩、碳质泥岩和煤等。通过对黄桥－句容地区137块岩心样品不同层位岩性分布统计发现 （图2），T1qn以灰岩为主，但泥岩和泥质灰岩也占了相当比例；P2d和P2l岩性类似，均以泥岩为主，夹一些薄煤层；P1g以煤层和泥岩层段为主；而P1q以灰岩为主，局部夹一些煤线，这与在安徽巢湖地区地表露头所见到相同地层的岩性分布情况一致。

表1 封闭性生烃模拟试验样品残渣有机质丰度参数分布特征

由于经历了一定的生烃过程，现今各参数均为残余的地球化学评价指标。在此选取具有代表性的黄桥地区N9井T1qn和溪1井P2d烃源岩样品进行封闭性生烃模拟试验，热模拟温度分别为300、350、375、400、450℃，各温度点条件下恒温24h。收集反应后样品残渣分为两份，一份抽提出可溶有机质，另一份未经任何处理，其有机地球化学参数变化如表1所示。由表中可以看出，随着反应温度的升高，生烃程度逐渐增大，375℃时2个样品Ro达到1.29%，已基本进入高成熟阶段。其样品残渣可溶烃S1、热解烃S2等迅速降低，经二氯甲烷抽提可溶有机质的样品残渣生烃潜力更低，反映了随着生烃反应程度的增加，剩余生烃潜力逐渐减小。而不同生烃程度的烃源岩有机碳含量基本不变，已抽提和未抽提样品残渣的TOC也变化不大，生烃过程中有机碳含量相对于整体有机质损失较少，可反映原始的有机质丰度，且黄桥－句容地区烃源岩TOC与S1＋S2有很好的正相关关系 （图3），因此可以作为评价较高成熟度烃源岩有机质丰度的有效手段。统计黄桥－句容地区二叠－三叠系不同层位不同岩性烃源岩有机质丰度评价参数平均值分布如表2所示，根据不同岩性采用不同的评价标准，整体而言二叠－三叠系为较好－好的烃源岩，T1qn和P1q的灰岩烃源岩生烃潜力相对较低，TOC分别为0.17%和0.23%，主要的生烃能力应该是来自于其中的泥岩层段。显微特征和IH－Tmax相关性均显示有机质类型以Ⅲ型为主。

图2 不同层位岩心样品岩性统计

图3 成熟烃源岩有机碳与生烃潜力对应关系

表2 黄桥－句容地区二叠－三叠系烃源岩有机地球化学参数平均值分布

2.4 活化能分布特征

从化学动力学来看，油气的生成是成分和结构极其复杂的干酪根在吸收一定热量后，各种不同杂原子键和碳键断裂或结合生成烃类产物的过程，活化能的大小直观地反映了生烃母质的动力学特征［6］。对下扬子地区较高成熟度和以Ⅲ型有机质为主的烃源岩，适用于具有一个相同指前因子和一个活化能离散分布的平行一级反应模型［7］，来反映不同生烃组分的生烃特征。在此选取有机质丰度较高而成熟度相对较低的烃源岩，主要包括黄桥地区N9井、溪2井和句容地区N1井、N10井岩心样品，在减小试验误差的情况下尽可能反映烃源岩完整的生烃特征。为了提高参数求取过程的稳定性，分别采用了10～50℃/min共5种升温速率进行试验，10℃/min升温速率试验结果如图4所示。黄桥地区烃源岩生烃活化能集中分布于330kJ/mol左右，生烃潜能占60%以上，其活化能整体高于一般Ⅰ、Ⅱ型干酪根的生烃活化能分布。这主要有两方面原因：一是有机质类型相对较差，以腐殖型有机质为主，而腐殖型有机质生烃所需的活化能普遍大于腐泥型；二是低活化能有机质生烃组分所需能量低，从而容易生烃，剩下未生烃的组分活化能则相对较高。句容地区源岩活化能分布特征与黄桥地区相似，但生烃活化能主峰带相对较低，主要集中在270kJ/mol左右，值得注意的是在100kJ/mol左右有一个明显的高峰带，现代沉积物中浮游藻和底栖藻有机质生烃活化能也为217kJ/mol［8］，源岩生烃组分不可能有这么低的活化能，因此推测为源岩中已生成烃类产物的裂解反应，黄桥地区样品也有类似现象，只是相对没有句容地区样品那么明显。

图4 不同烃源岩的生烃转化率与温度对应关系

3 生烃历史研究

绝大部分源岩已经历了一定的生烃反应，因此其活化能分布特征并不能表述源岩整个生烃过程，但通过不同成熟度的源岩特征仍可以研究其生烃规律。将各生烃带活化能与其生烃潜能占IH比率乘积的和视为几何平均活化能，可以发现其活化能分布基本上随着成熟度的增大而增大，这也说明了为什么现今成熟源岩的活化能普遍偏高。将10%～90%转化率视为有效生烃阶段，50%转化率作为转化中轴，黄桥地区源岩生烃曲线陡峭，当温度上升到一定阶段时，有机质将迅速转化生烃；相比之下句容地区样品生烃曲线则较为宽缓，生烃期较长。生烃活化能跨度ΔE和温度跨度ΔT表现为：ΔE黄桥＞ΔE句容，ΔT句容＞ΔT黄桥，而生烃速率V黄桥＞V句容。黄桥地区样品有效生烃温度高，生烃温度范围跨度小，生烃成分主要化学键断裂所需能量相近，一进入主生烃期就能快速断键生烃；而句容地区50%生烃转化率时温度最低，生烃温度范围跨度大，更倾向于早期、多期生烃的特点。油源对比证实了原油主要来源于二叠－下三叠统源岩，据钻遇地层发育状况和构造运动背景，结合地质参数模拟单井生烃史－埋藏史结果见图5所示，可见烃源岩普遍经历了二次生烃，一次生烃发育在燕山早中期，由于受到抬升生烃暂时终止，二次生烃则主要发育在喜山期，相继进入了生烃高峰阶段。

4 油气地质意义

构造沉降－地层沉积是一般沉积盆地源岩成熟的主要原因，盆地模拟表明快速、大幅度沉降期是生烃的主要时期［9］，因此生烃史与其沉降类型紧密相连。下扬子地区构造复杂，甚至有拉张走滑作用形成地层的倒转和重复，给埋藏史的恢复带来了相当大的困难。对于下扬子复杂的构造运动背景来说，经历了多个沉积埋藏－抬升剥蚀的旋回过程，烃源岩往往不是简单的一次性埋藏，而是夹着多次不同幅度的抬升和剥蚀，生烃过程复杂，因此普遍具有二次或晚期的生烃特征。早期生成的油气散失严重不利于保存，而演化程度慢的烃源岩保留生烃潜力，使得晚期继续生烃成藏，这是一种有效的 “保存实力”，时间越晚生烃有效程度越高，对晚期成藏贡献越大。现今研究区正处于或者刚刚结束生烃高峰，源岩仍具有相当的生烃潜力，有利于晚期保存成藏。黄桥－句容地区原油主要来自于二叠－三叠系源岩，储层则为P2l致密砂岩和T1qn裂缝型碳酸盐岩，主要表现出自生自储的的特点。油气运移距离短，可能是运移条件不佳或运移时间尚短综合造成的，而镜下观察源岩正在生烃，生成的油气大量残留在源岩中，总体反映了现今油气的生成时间较晚，有利于强烈构造运动背景下的油气保存。

图5 黄桥－句容地区单井烃源层埋藏史－生烃史

5 结 论

1）黄桥－句容地区二叠－三叠系烃源岩岩性复杂，P1q和T1qn碳酸盐岩生烃能力较差，主要的生烃能力是其中的泥质层段，而P1g、P2l和P2d泥质烃源岩均为较好－好的烃源岩。

2）源岩现今为成熟－高成熟演化阶段，高含量的矿物沥青基质和低值活化能的分布显示源岩处于正在生烃的过程，残余有机碳含量可以作为高成熟背景下评价有机质丰度的有效指标。

3）活化能总体较高，黄桥地区源岩生烃速率快，一进入主生烃期就能快速断键生烃；而句容地区更倾向于早期、多期生烃的特点。

4）源岩普遍有二次生烃现象，二次生烃主要发育在喜山期，生烃转化率主要取决于沉积埋藏史，生烃时间越晚越有利于保存成藏。

［1］肖开华，沃玉进，周雁，等.中国南方海相层系油气成藏特点与勘探方向 ［J］.石油与天然气地质，2006，27（3）：316～325.

［2］曾萍.G78区域大剖面综合解释与苏北盆地构造特征 ［J］.石油天然气学报，2007，29（3）：82～86.

［3］杨盛良.下扬子区中生界构造特征及油气远景 ［J］.石油勘探与开发，1997，24（3）：10～14.

［4］林小云，刘建，陈志良，等.海相烃源岩分布与生烃潜力评价 ［J］.石油天然气学报，2007，29（3）：15～19.

［5］Dembicki H J.Three common source rock evaluation errors made by geologists during prospect or play appraisals［J］.AAPG Bulletin，2009，93 （3）：341～356.

［6］Burnha A K，Schmid B J，Braun R L.A test of the parallel reaction model using kinetic measurements on hydrous pyrolysis residues［J］.Organic Geochemistry，1995，23 （10）：931～939.

［7］Jiang Qigui，Wang Yanbin，Qin Jianzhong，et al.Kinetics of the hydrocarbon generation process of marine source rocks in South China［J］.Exploration and Development，2010，37 （2）：174～180.

［8］曾凡刚，包建平，王铁冠.下扬子地区古生界烃源岩饱和烃生物标志物地球化学特征 ［J］.地质地球化学，1998，26（3）：72～78.

［9］袁玉松，郭彤楼，胡圣标，等.下扬子苏南地区构造－热演化及烃源岩成烃史研究——以圣科1井为例 ［J］.自然科学进展，2005，15（6）：753～758 .

Study on Permian－Triassic Hydrocarbon Generation Evaluation and History of Late Accumulation in Huangqiao－Jurong Area

HUANG Yan－ran，ZHANG Zhi－huan，LIU Ji－yong，LI Qiong，ZANG Chun－juan（First Author's Address：State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum；Faculty of Earth Sciences，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

In Permian and Triassic in Huangqiao－Jurong Area，the conditions of oil generation，reservoir and caprock were favorable，which was the area for oil exploration.The source rocks were at mature and highly mature stage，the simulation experiment of hydrocarbon generation showed that the loss of total organic carbon in the process of hydrocarbon generation was less，and it could be regarded as an effective index in the assessment of high source rocks.The argillaceous source rocks of the Gufeng，the Longtan and the Dalong Formations were all good－better source rocks，but the limestone of the Qixia and the Qiliong Formations was poor.The high content of mineral asphalt matrix and low activation energy indicated that the source rocks were at the stage of hydrocarbon generating，activation energy distribution reflected the process of hydrocarbon generation at certain extent，the temperature range of hydrocarbon generation was small in Huangqiao Area，and it quickly generated hydrocarbon when it went into the main generation time，in contrast，Jurong Area was better for early and multi－time hydrocarbon generation.The source rocks generally experienced many times of hydrocarbon generation，for the secondary hydrocarbon generation in Himalayan Period，the source rocks are at the peak of hydrocarbon generation，its conversion rate mainly depends on sedimentary burial history，the source rocks in slow evolution process retain more potential，and the continuous hydrocarbon generation at the late stage is beneficial for keeping the accumulation on intense tectonic movement.

Huangqiao；Jurong；source rock evaluation；hydrocarbon generating history；hydrocarbon accumulation at the late stage

TE122.1

A

1000－9752 （2012）03－0044－05

2011－08－06

国家科技重大专项 （2008ZX05002－006）。

黄俨然 （1983－），男，2006年大学毕业，博士生，现主要从事油气地球化学方面的研究工作。

［编辑］ 宋换新