内蒙古林西地区上二叠统林西组烃源岩特征研究

潘建旭，王永建，李 飞，郑贵强，韩 永

(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

0 引言

在中国传统油气地质研究中，晚古生代地层作为东北油气区中生代、新生代盆地海西期褶皱的“基底”，在很长一段时间内，都被认为由于存在区域变质作用，受到油气勘探界的忽视。然而，近几年区域油气地质调查研究结果显示，东北地区上古生界地层大部分仍未变质，而且发育有巨厚层的暗色泥页岩(图1)，具有较好的油气勘探前景［1］，特别是上二叠统林西组发育的一套暗色泥岩，由于分布广泛且厚度巨大受到普遍关注，被 认为是油气勘探的新层系［2］。

图1 松辽盆地周缘石炭－二叠纪地层分布略图

上二叠统林西组主要为一套含暗色泥岩的滨浅湖－半深湖沉积，早期可能存在微咸水的海陆过渡相沉积［3－4］。1982年顾国寅等将官地剖面分为4个岩段，下部两岩段为林西组，以黑色板岩为主，上部两岩段划归陶海营子组，为黄绿、紫色岩层分别代表上部独立沉积旋回。本次研究针对内蒙林西县官地镇大井村剖面林西组暗色泥岩，共采集279块露头暗色泥岩样品进行烃源岩有机岩石学和有机地球化学实验分析，进而对烃源岩及其生烃潜力做出初步评价。

1 有机岩石学特征

本次研究主要采用全岩分析方法进行有机岩石学研究，即应用煤岩学理论与方法，在不破坏烃源岩原生结构的前提下，利用反射光和荧光显微镜进行有机显微组分的鉴定和定量。实验结果显示，林西地区上二叠统林西组暗色泥岩显微镜下荧光特征不明显，有机显微组分中几乎未见壳质组分，主要以镜质组和惰质组分居多。样品中各显微组分特征差异不明显，在油浸反射光下镜质组和惰质组均呈亮白－灰白色，且均呈碎屑状(图2、图3)，很难根据形态和颜色进一步识别具有明显特征的亚组分。定量结果显示，泥岩样品有机显微组分含量为 0.01% ～5.5%，平均0.53%，含量较低(图4)。因此，根据有机岩石学研究结果表明，本区林西组暗色泥岩中有机显微组分破坏严重，镜下识别难度大，定量结果较低，显示出较高的变质程度。

图2 碎屑镜质体上二叠统林西组油浸反射光500×

图3 丝质体碎屑上二叠统林西组油浸反射光500×

图4 林西组暗色泥岩有机显微组分含量分布图

2 有机地球化学特征

根据有机地球化学研究方法，对内蒙古林西地区上二叠统林西组暗色泥岩进行有机碳含量(TOC)测定、氯仿沥青“A”抽提、岩石热解、干酪根镜鉴、镜质组反射率(Ro)测试等实验，从泥岩样品的有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度三个方面进行特征研究。

2.1 有机质丰度

2.1.1 有机碳含量(TOC)

根据统计资料表明，我国中、新生代泥质生油岩有机碳含量的下限为0.4%，好生油岩在1%左右，高者达2% ～3%［5－8］。林西组暗色泥岩有机碳含量主要为0.05%～1.49%，平均0.61%，其中25.8%的泥岩样品有机碳含量低于0.4%， 7.5%的样品高于1.0%，还有高达66.7%的样品有机碳含量在0.4%～1.0%之间(图5)，根据有机碳含量测试结果，林西组暗色泥岩有机质丰度较高，大部分具有较好的生烃基础，可以认为其属于较好的烃源岩。

图5 林西组暗色泥岩有机碳含量分布图

2.1.2 氯仿沥青“A”

岩样未被盐酸处理前，用氯仿抽提出来的沥青物质，由饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质组成。通常氯仿沥青A值用被抽提出来的沥青物质质量与岩样质量之比表示。氯仿沥青能比较准确的代表岩样中溶于氯仿的沥青物质含量。与酒精－苯沥青相比，氯仿沥青的烃类含量较高，在成分上更接近石油。因此，在有机物质相同的情况下，氯仿沥青的含量愈高，说明有机物质向石油转化的程度愈高。在实际分析中，一般认为，氯仿沥青“A”含量大于0.2%为极好烃源岩，0.1% ～0.2%之间为好烃源岩，0.015%以下为非烃源岩［9］。本次研究对林西组暗色泥岩样品进行氯仿沥青“A”抽提实验，部分样品中可抽提的有机质含量极低，抽提实验无法得到有效数据。根据测试结果统计分析，林西组泥岩氯仿沥青“A”含量为0.000345%～0.00859%，平均0.00158%。远远低于氯仿沥青“A”生烃门限值0.015%，可见，由于本区林西组泥岩较高的变质程度，利用氯仿沥青“A”分析有机质丰度存在问题。

2.1.3 生烃潜量(S1+S2)

通常情况下源岩的生烃潜量(S1+S2)大于6.0 mg/g为好烃源岩，2.0～6.0 mg/g为较好烃源岩，0.5～2.0 mg/g为较差烃源岩，小于0.5 mg/g为非烃源岩。利用岩石热解实验，得到林西组暗色泥岩生烃潜量(S1+S2)，数据结果为0.05～ 0.06 mg/g，平均0.05 mg/g，全部低于生烃潜量(S1+S2)门限值0.5 mg/g，同样由于本区林西组泥岩较高的变质程度，利用生烃潜量(S1+S2)分析有机质丰度也已失去意义。

2.2 有机质类型

2.2.1 干酪根镜鉴

本次研究对研究区暗色泥岩样品进行干酪根样品制备，并进行了干酪根镜下鉴定实验。结果显示，多数样品镜下干酪根显微组分全部为腐泥无定形组分(如图6，图7)。图中有机显微组分基本均为无定形组织，呈絮状，荧光下不可见，透射光下主要是褐黑－黑色，颜色随着热演化作用的加强而变深。

类型指数TI是根据烃源岩有机显微组分的百分比计算得来，其公式为TI=(Alg×100+MB ×50+E×50－V×75－I×100)/100;(注:Alg－藻类体含量，MB－矿物沥青质体，E－壳质组含量，V－镜质组含量，I－惰质组含量。)一般认为TI＞80为Ⅰ型，80－40为Ⅱ1型，40－0为Ⅱ2型，＜0为Ⅲ型［10］。

干酪根镜检结果显示，类型指数(TI)为－32～28，且TI值＜0的样品居多，因此，林西组泥岩有机质类型基本以Ⅲ型为主，有极少部分为Ⅱ2型存在。

图6 Ⅲ型，腐泥无定形组，透射光，500×

2.2.2 岩石热解氢指数(IH)

氢指数是进行干酪根类型划分的常用指标，它是岩石热解过程中产生的热解烃与有机碳的比值即S2/TOC;一般的划分标准为＞700为Ⅰ型，700～350为Ⅱ1型，350～150为Ⅱ2型，＜150为Ⅲ型。

图7 Ⅱ2型，腐泥无定形组，透射光，500×

根据本次研究进行岩石热解实验得到各泥岩样品氢指数(IH)值，氢指数最低值为4 mg/g，最高值为7 mg/g，平均值为6.5 mg/g。实验所得氢指数值远远低于划分标准下限值150 mg/g，可见由于泥岩样品较高的变质程度，利用氢指数(IH)划分有机质类型已失去其实际意义。

2.3 有机质成熟度

2.3.1 镜质组反射率(Ro)

对于烃源岩的生烃特性，一般认为镜质组反射率Ro＜0.5%为未成熟带;0.5%＜Ro＜1.3%为石油主要生成带;1.3%＜Ro＜2.0%主要是湿气和凝析气带;Ro＞2.0%属已过成熟阶段的干气带。

由于大量泥岩样品有机显微组分中镜质组呈现杂乱的碎屑状，不能成为检测镜质体反射率的有效样品(根据实验要求块状镜质体＞5μm2)。最终可以进行镜质体反射率有效测试的样品一共只有131个。镜质组反射率(Ro)测试结果最低1.04%，最高 3.07%，平均 1.63%。其中，15.60%的样品处于低成熟阶段，63.60%的样品处于高成熟阶段，另有21.80%的样品处于过成熟阶段(图8)。

2.3.2 热解最高峰温(Tmax)值

在岩石热解实验中，Tmax值指干酪根最大热解烃量时的峰顶温度，反映干酪根的成熟度。其温度的高低反映成熟度的演化阶段，Tmax值低于435℃表示未成熟阶段，Tmax值在区间435℃ ～455℃代表成熟阶段，在区间455℃ ～500℃表示高成熟阶段，高于500℃表示过成熟阶段［11］。

图8 林西组暗色泥岩镜质体反射率分布图

林西组泥岩热解最高峰温为490℃ ～529℃，平均507℃，其中，3%的样品处于低成熟阶段，51.5%的样品处于高成熟阶段，45.5%的样品处于过成熟阶段(图9)。

图9 林西组暗色泥岩热解最高峰值(Tmax)分布直方图

根据镜质体反射率及岩石热解Tmax值测试结果，林西组泥岩有机质演化程度总体较高，大部分烃源岩样品都已经进入高成熟甚至过成熟的演化阶段。可以看出，应用有机地球化学方法进行有机质成熟度实验所得结果与应用有机岩石学显微镜下观察鉴定认识一致，充分证明了泥岩样品具有较高的变质程度。

3 结论

1)根据有机岩石学研究结果，林西组暗色泥岩有机显微组分几乎未见壳质组分，主要以镜质组和惰质组分居多，各组分识别程度较低，特征差异不明显，无法进一步区分显微亚组分，定量统计结果显示有机显微组分含量低，各项结果表明泥岩变质程度较高。

2)鉴于林西组泥岩变质程度较高，以及有机地球化学实验结果，应用氯仿沥青“A”和生烃潜量(S1+S2)在此衡量有机质丰度已失去意义，因此，根据有机碳含量分布特点，可认为林西组泥岩有机质丰度较高，作为烃源岩质量较好。

3)同时，利用氢指数(IH)划分较高变质程度的林西组泥岩机质类型同样存在问题。因此，依据类型指数划分，林西组泥岩主要为Ⅲ型有机质，少量属于Ⅱ2型。

4)根据镜质体反射率(Ro)测定结果，结合岩石热解最高峰温(Tmax)值判断，林西组泥岩已处于高成熟－过成熟的演化阶段。

5)综合有机岩石学以及有机地球化学实验分析，内蒙古林西地区上二叠统林西组泥岩应属于较好烃源岩，具有较强的生烃能力，但由于其有机质类型较差，变质程度较高，初步认为其具有较大的的生烃潜力，且生烃应以生气为主。

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