南襄盆地泌阳凹陷烃源岩成熟度厘定及其意义

李志明，张 隽，余晓露，鲍 芳，谢小敏，仰云峰，罗家群，朱景修

(1.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214151;2.中国石油化工股份有限公司河南油田分公司石油勘探开发研究院，河南南阳 473132)

泌阳凹陷是南襄盆地的一个次级凹陷，面积1 000 km2，凹陷内发育的地层自下而上为古近系玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、廖庄组，新近系凤凰镇组及第四系。其中，古近纪核桃园组沉积时期是凹陷湖盆发育的全盛时期，深凹区既是沉降中心，也是沉积中心，沉积了一套巨厚的生油岩系，最厚达3 000 m，分布面积635 km2。该凹陷是典型的富油凹陷，以“小而肥”著称[1］，核三段湖相泥岩为泌阳凹陷的主要烃源岩，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，具有很高的生油潜力[2］。镜质体反射率是衡量烃源岩成熟度的最有效指标，尤其是对于腐殖型(Ⅲ型)有机质烃源岩及含腐殖型有机质烃源岩而言，镜质体反射率的可靠性较高。然而，对于有机质类型为Ⅰ、Ⅱ1和Ⅱ2型的烃源岩，其镜质体反射率存在明显的抑制作用，并且有机质类型越好，其镜质体反射率受抑制程度越大[3－5］。泌阳凹陷核桃园组烃源岩镜质体反射率0.5%所对应的现今埋藏深度为2 600 m左右[6］，而据钻井测温资料确定的泌阳凹陷现今地温梯度一般在36～54℃/km[7］。显然，泌阳凹陷核桃园组烃源岩镜质体反射率分析结果不能真实地反映其成熟度特征。为此，本文采用能有效解决镜质体反射率抑制问题的方法——FAMM(fluorescence alteration of multiple macerals)技术[8－11］来重新厘定泌阳凹陷有效烃源岩的成熟度，为合理评价泌阳凹陷石油资源潜力等奠定基础。

1 样品与分析方法

19件研究样品取自泌阳凹陷15口钻井钻遇的核桃园组烃源岩岩心，其中17件样品归属于核三段，2件样品归属于核二段，取样深度最浅者为974.31 m，最深为3 372.00 m，各取样井的分布位置如图1所示。为了揭示不同类型烃源岩镜质体反射率(Ro)的抑制程度，对进行FAMM分析的样品也进行有机质类型与镜质体反射率分析，其中11件烃源岩样品的有机质类型属Ⅱ1型，3件属Ⅱ2型，5件属Ⅰ型(表1)。

样品的FAMM和镜质体反射率分析均在中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所实验研究中心完成。进行FAMM分析的样品先碎至略小于1 mm的颗粒，然后用环氧树脂胶结，并以镜质体反射率测定的要求进行抛光，抛光后的样品尽快进行FAMM分析，否则置于真空密闭干燥器中保存，以避免有机质颗粒发生氧化。利用Renishaw激光拉曼光谱仪进行FAMM分析的条件为:利用氩离子激光器激发的488 nm蓝色激光对显微组分颗粒(尤其是镜质体)进行612～638 nm波长段间断定态光谱扫描，扫描次数为140次、曝光时间1.0 s/次，激光功率设置在30%，间隔时间 0.5 s，样品表面激光功率为(75±5)μW。每个测点扫描结束后，提取625 nm的检测波长下测定镜质体随激光束辐射时间而变化的荧光强度变化曲线，再根据荧光强度变化曲线，提取初始荧光强度、400 s时的荧光强度，并计算荧光变化比[11］。把所测镜质体的FAMM分析结果落到图2，就可以确定烃源岩等效镜质体反射率(EqVR)和获知镜质体反射率值的抑制程度，结果见表1。为了对比分析，对FAMM分析的样品也进行了镜质体反射率分析，结果也列于表1。

2 成熟度厘定结果及其意义

2.1 成熟度厘定结果

图1 南襄盆地泌阳凹陷取样井分布位置Fig.1 Location of sampling wells in Biyang Sag，Nanxiang Basin

表1 泌阳凹陷烃源岩样品基本特征与镜质体反射率、等效镜质体反射率结果Table 1 Basic characteristics of studied source rocks in Biyang sag and mature results of Roand EqVR

图2 显示正常镜质体标定曲线和抑制校正等值线的荧光变化图解[9］Fig.2 Fluorescence alteration diagram showing normal vitrinite reflectance calibrated curve and corrected equivalent lines for suppression

由表1可见，泌阳凹陷19件核桃园组烃源岩样品的实测镜质体反射率(Ro)值处于0.38%～1.05%之间，其中仅6件样品的 Ro＞0.50%，镜质体反射率0.50%所对应的现今埋藏深度为2 500 m左右(图3)，与前人的镜质体反射率分析结果[6］相一致，说明研究样品实测镜质体反射率值是可靠的。而根据FAMM技术厘定的19件烃源岩样品的成熟度——等效镜质体反射率(EqVR))值介于0.58% ～1.29%之间，表明这些样品的成熟度均已处于生油窗内，现今2 500 m深度段烃源岩的真实成熟度——等效镜质体反射率(EqVR)约为0.80%(图3);另外，FAMM分析获得的各样品镜质体反射率抑制校正值介于0.08% ～0.39%，平均为0.24%，反映了泌阳凹陷核桃园组烃源岩镜质体反射率抑制程度显著。烃源岩有机质类型越好，镜质体反射率的抑制程度越大，其中Ⅰ型烃源岩的抑制校正值一般大于0.30%，Ⅱ1型在0.17% ～0.29%之间，Ⅱ2型小于0.15%，这种特征与东营凹陷有效烃源岩的镜质体反射率抑制程度[3－4］相似。同时，各样品等效镜质体反射率(EqVR)值与镜质体反射率校正值(Ro校)之差的绝对值均小于等于0.05%(表1)，说明利用FAMM技术厘定的成熟度值和根据FAMM分析获得的镜质体反射率校正值(Ro校)是可信而正确的。

结合图1和表2可见，泌阳凹陷北部斜坡带南部，现今埋藏深度在1 000 m左右的核桃园组烃源岩，其真实成熟度应为0.60%左右，现今埋藏深度在2 000 m左右的核桃园组烃源岩，其真实成熟度应为0.76%左右，而不是实测镜质体反射率(Ro)所反映的那样均小于0.50%。在泌阳凹陷中部凹陷带南部安棚一带，现今埋藏深度在1 500 m和2 000 m左右的核桃园组烃源岩，其真实成熟度分别约为0.70%和0.75%左右;而在中部凹陷带的中部，埋藏深度在2 500 m和3 200 m左右的核桃园组烃源岩，其真实成熟度在0.70% ～0.80%及1.00%。在泌阳凹陷南部陡坡带，现今埋藏深度在1 700，2 500，3 000 m左右的核桃园组烃源岩，其真实成熟度分别在0.60%，0.80%左右及1.00%以上。泌阳凹陷不同部位相同埋藏深度的烃源岩，其成熟度不尽相同。这应主要与不同部位廖庄组沉积后至上寺组沉积前受区域抬升而遭受的剥蚀量不同有关，同时也应与不同部位的古地温梯度存在差异有一定关系。

图3 南襄盆地泌阳凹陷核桃园组烃源岩Ro和EqVR对比及与现今埋深的对应关系Fig.3 Comparative diagram of Ro(a)，EqVR(b)vs.present burial depth of source rocks of Hetaoyuan Formation in Biyang Sag，Nanxiang Basin

2.2 石油地质意义

2.2.1 古地温梯度、成烃门限与古埋深推算

评价古地温及古地温梯度是含油气盆地地质研究的重要内容。肖贤明等[12］以Arrhenius方法为理论基础，应用Karweil方法，对不同古地温梯度条件下有机质热成熟度作用进行了模拟计算，并建立起了镜质体反射率梯度、古地温梯度和镜质体反射率之间的相关图版(图4)，详细见文献[12］。

图4 南襄盆地泌阳凹陷4口钻井区核三段古地温梯度图解底图据文献[12］。Fig.4 Paleotemperature gradient diagram of Eh3 of 4 wells in Biyang Sag，Nanxiang Basin

根据文献[12］所述的方法，利用泌143、泌215、泌296和泌334井2个深度段核三段烃源岩样品的等效镜质体反射率值对4口钻井区的古地温梯度进行了恢复(表2，图4)。泌334井、泌215井、泌143井和泌296井核桃园组古地温梯度分别约为 45，39.5，40，36 ℃ /km(图4)。可见，泌阳凹陷不同部位的古地温梯度差异较大，4口钻井区平均古地温梯度为40℃/km。泌阳凹陷的古地温梯度与现今地温梯度基本相近，这符合中新生代年轻凹陷的地温特征。

同时，据 Suggate[13］的研究结果，烃源岩埋藏深度、镜质体反射率与古地温梯度之间的关系如图5所示。那么，据泌阳凹陷4口钻井核桃园组烃源岩古地温梯度为36～45℃/km推断，泌阳凹陷的成烃门限深度介于1 800～1 400 m。

另外，由于烃源岩有机质的成熟度是不可逆的，其代表了烃源岩所遭受的最高古地温，也即代表了烃源岩经历的最大古埋藏深度(在无异常热流体和岩浆活动或构造作用影响下)。因此，根据图5，结合泌334、泌296、泌143和泌215井核桃园组的古地温梯度和成熟度，对4口井取心段所经历的古埋藏深度进行了推断，结果如表2所示。

2.2.2 对资源潜力评价的意义

一个凹陷油(气)资源潜力的大小主要与烃源岩的有机质类型、有机质丰度、分布规模以及成熟度密切相关[14］。当烃源岩有机质类型和丰度明确的情况下，烃源岩成熟度评价正确与否，除直接影响产烃能力和产烃类型外，还影响到进入生烃门限的烃源岩规模，从而影响凹陷油(气)资源潜力的评价结果。前面的研究结果表明，泌阳凹陷的实测镜质体反射率值抑制程度显著，19件研究样品的抑制校正值平均为0.24%，烃源岩成烃门限深度不是现今镜质体反射率所反映的2 500 m，而是古埋深1 800～1 400 m左右，这意味着以前主要根据烃源岩镜质体反射率确定的未成熟烃源岩，实际上均已进入生油窗内，如凹陷内核二段烃源岩和核三上部分烃源岩。所以，原来以镜质体反射率为基础确定的泌阳凹陷有效烃源岩的规模将显著偏低，结果必然导致原来的油(气)资源潜力评价结果也偏低。本研究厘定的核桃园组烃源岩成熟度成果，为合理评价泌阳凹陷石油资源潜力奠定了基础。

表2 南襄盆地泌阳凹陷4口钻井古地温梯度与古埋深Table 2 Paleotemperature gradient and paleo-burial depth of 4 wells in Biyang Sag，Nanxiang Basin

图5 埋深、镜质体反射率及地温梯度之间的关系[13］Fig.5 Relationship among burial depth，vitrinite reflectance and paleotemperature gradient

3 结论

1)泌阳凹陷核桃园组烃源岩镜质体反射率抑制程度显著，抑制校正值介于0.08% ～0.39%，烃源岩有机质类型越好，镜质体反射率抑制程度越高。

2)泌阳凹陷19件烃源岩样品的成熟度均已处于生油窗内(等效镜质体反射率值介于0.58%～1.29%)，而非镜质体反射率结果所反映的处于0.38% ～1.05%。

3)泌334井、泌215井、泌143井和泌296井核桃园组古地温梯度分别约为 45，39.5，40，36℃/km，成烃门限深度为1 800～1 400 m，而非镜质体反射率结果揭示的2 500 m。

4)本研究厘定的核桃园组烃源岩成熟度成果，为合理评价泌阳凹陷石油资源潜力奠定了基础。

[1]蔡佳，罗家群，甘华军，等.南襄盆地泌阳凹陷隐蔽油气藏模式与富集规律[J］.石油实验地质，2009，31(3):244－252.

[2]曾小阳，赵得力，孔凡军.泌阳凹陷构造控油规律分析[J］.石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2005，27(3):422－424.

[3]李志明，秦建中，徐旭辉，等.镜质体反射率抑制与烃源岩质量关系:以渤海湾盆地东营凹陷烃源岩为例[J］.石油实验地质，2008，30(3):276－280.

[4]张美珍，李志明，秦建中，等.东营凹陷有效烃源岩成熟度评价[J］.西安石油大学学报:自然科学版，2008，23(3):12－16.

[5]陈中红，曲江秀，高卫红.牛38井湖相烃源岩镜质体反射率负异常与有机组分含量相关性[J］.西安石油大学学报:自然科学版，2009，24(1):29－33.

[6]涂阳发，王正文，张本书，等.泌阳凹陷下第三系成烃研究[R］.南阳:河南油田分公司石油勘探开发研究院，2002:15－37.

[7]罗家群，朱颜，朱景修，等.泌阳凹陷成烃成藏定量研究地质模型及勘探方向[R］.南阳:中国石化河南油田分公司，2008.

[8]Wilkiins R W T，Wilmshurst J R，Russell N J，et al.Fluorescence alteration and the suppression of vitrinite reflectance[J］.Organic Geochemistry，1992，18:629－640.

[9]Wilkiins R W T，Wilmshurst J R，Hladky G，et al.Should fluorescence alteration replace vitrinite reflectance as a major tool for thermal maturity determination in oil exploration?[J］.Organic Geochemistry，1995，22:191－209.

[10]李志明，秦建中，廖宗廷，等.FAMM技术及其应用进展[J］.石油实验地质，2005，27(3):307－311.

[11]李志明，施伟军，Sherwood N，等.激光拉曼光谱法分析多种显微组分荧光变化及其应用[J］.岩矿测试，2008，27(5):341－345.

[12]肖贤明，刘祖发，申家贵，等.确定含油气盆地古地温梯度的一种新方法:镜质体反射率梯度法[J］.科学通报，1998，43(21):2340－2343.

[13]Suggate R P.埋深、镜质体反射率及地温梯度之间的相互关系[J］.李军，译.石油地质与实验，2002(总61 期):40－53.

[14]李志明，徐二社，秦建中，等.烃源岩评价中的若干问题[J］.西安石油大学学报:自然科学版，2010，25(6):8－12.