东濮凹陷咸化湖盆优质烃源岩的发育特征及意义

张洪安，徐田武，张云献

（1.中国石化中原油田分公司，河南 濮阳 457001；2.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 郑州 450018）

东濮凹陷咸化湖盆优质烃源岩的发育特征及意义

张洪安1，徐田武2，张云献2

（1.中国石化中原油田分公司，河南 濮阳 457001；2.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 郑州 450018）

采用岩石学及地球化学方法测试分析东濮凹陷咸化湖盆烃源岩，确定了咸化湖盆页岩及油页岩为优质烃源岩。其具有两层结构，主要由富含有机质的纹层和夹有黄铁矿的钙质纹层构成；生物标志化合物普遍具有奥利烷丰度低，伽马蜡烷丰度高，而C27，C30甾烷相对丰富，姥鲛烷与植烷质量分数之比（Pr/Ph）低等特征，反映出强还原咸水沉积环境，有机质主要来自于水生生物。高生产力及盐水分层造成的强还原环境是造成东濮凹陷咸化湖盆优质烃源岩的形成与发育的主要原因。富集生烃灶将是效益勘探形势下的重点研究方向。

咸化湖盆；优质烃源岩；页岩；纹层结构；东濮凹陷

0 引言

随着勘探程度的逐渐深入，越来越多的研究表明，陆相含油气盆地油气富集程度的高低与优质烃源岩具有密切关系［1-4］，国内众多陆相盆地优质烃源岩的发育与沉积时期湖盆咸化存在一定的关系［5-8］。例如：松辽盆地青一段和嫩一段是公认的主力烃源岩，近十多年的研究表明它们的沉积与海侵作用有关，可能是咸化湖盆缺氧环境的产物［5］。渤海湾盆地的东营凹陷，以前认为古近系沙河街组厚达1 000～1 500 m的暗色泥岩都为其有效烃源岩，而近十年来的研究表明，对油气藏真正有贡献的主要为沙四段上部烃源岩和沙三段下部咸化湖盆环境下的烃源岩，控制了东营凹陷多个亿吨级大油田的形成［6］。鄂尔多斯盆地三叠系原先被认为是大型淡水湖泊沉积，其中延长组的延二和延三段是烃源岩集中段，也是咸化湖盆环境的沉积［7］。“碱湖优质烃源岩”也属于盐湖的一种［8］，美国的绿河页岩、泌阳凹陷的核桃园组［9］及准噶尔盆地下二叠统风城组均为碱湖优质烃源岩［8］，也属于咸化湖盆环境下的优质烃源岩。2016年，中国石化在银额盆地拐子湖洼陷拐参1井高产油气流的突破，主力烃源岩也被认定为与咸化环境有关。我国中新生代陆相盆地众多凹陷优质烃源岩均与咸化湖盆有关，如渤海湾盆地内的渤南凹陷［10］、东濮凹陷［11］和江汉盆地、柴达木盆地等均表现出相应特征。

本文通过解剖东濮凹陷咸化湖盆优质烃源岩，明确其岩性发育特征及地球化学特征，探讨其形成机理与油气藏的关系，为油气资源预测及油气勘探战略选区提供科学依据。

1 咸化湖盆优质烃源岩宏观特征

优质烃源岩指有机质丰度高、类型好、对油气成藏有较大贡献的烃源岩。其厚度不大，却往往具有较高的生烃潜力和排烃强度。优质烃源岩中常常见到微细的层理或纹理构造［12-16］。页岩油气研究的蓬勃发展，引发了石油地质学和石油工程学革命性的进步，对世界石油工业的发展方向产生了重要影响［17］。人们逐渐意识到，含油气盆地中厚度不大的优质烃源岩可能对含油气盆地的油气富集起主导性作用。

1.1 优质烃源岩的丰度

东濮凹陷经过近40 a的勘探，积累了大量实测岩样总有机碳质量分数（TOC）的数据。之前，依据测试结果分析认为，东濮凹陷咸化湖盆内不发育优质烃源岩，而是以低丰度烃源岩为主，并且认为它是油气来源的主要贡献者。

对东濮凹陷6 328个古近系烃源岩样品统计表明：TOC小于0.4%的样品占总样品的47.0%，0.4%～1.0%的样品占 33.0%，1.0%～2.0%的样品占 13.3%，2.0%及以上的优质烃源岩仅占6.7%（见图1）。优质烃源岩样品占比低，且近80.0%的烃源岩TOC小于1.0%，是导致前人认为东濮凹陷缺乏优质烃源岩的最直接证据。分析其主要原因是，采样位置主要位于油气储层显示段附近，且采用大平均法分析烃源岩的TOC，掩盖了部分优质烃源岩。

图1 东濮凹陷古近系TOC实测分布

东濮凹陷北部含盐区面积仅为1 602 km2，探明油气当量近5×108t，是一个典型的小而肥的含油气构造带。如果没有优质烃源岩对成藏的贡献作用，难以形成如此储量丰度。因此，有必要对东濮凹陷咸化湖盆烃源岩是否优质进行重新厘定及确认。

在详细观察取心井岩心的基础上，对咸化湖盆内单井连续密集取样测试。通过对文260、文248、卫18-5等长井段取心井岩性与TOC分析数据的对比，发现东濮凹陷咸化湖盆环境下存在优质烃源岩，主要为页理较为发育的页岩及油页岩（见图2）。

图2 文248井沙三段烃源岩纵向分布特征

这些页岩及油页岩仅占地层主体厚度的5%～15%，可能是导致东濮凹陷优质烃源岩难以发现的一个重要原因。另外，咸化湖盆烃源岩纵向上具有强非均质性，取样位置主要位于油气显示段附近，暗色泥岩发育程度差，也是导致烃源岩丰度整体偏低的重要原因。

对110口井页岩段发育段的TOC测试分析均表明，页岩及油页岩发育段TOC明显高于泥岩发育段（见图2），生烃潜力（S1+S2）具有相似的特征。卫18-5等井大量测试分析表明，高丰度烃源岩的发育与岩性具有较强的相关性（见表1）。

表1 卫18-5井烃源岩岩性与TOC关系特征

1.2 优质烃源岩的岩性

东濮凹陷咸化湖盆内富含有机质的页岩、油页岩普遍具有页理发育特征，肉眼观察以富含有机质的纹层和夹有黄铁矿的钙质纹层互层为主。

在滴盐酸的情况下，夹有黄铁矿的钙质纹层先可见大量微小气泡产生，主要为钙质纹层上白色碳酸钙颗粒点与盐酸反应生成CO2的结果。随着气泡的逐渐消失，酸液逐渐由无色变成浅绿色状，其主要是黄铁矿与盐酸的反应生成浅绿色FeCl2的结果，其反应式为FeS2+2HCl=FeCl2+H2S↑+S↓。

在显微镜透射光下，有机纹层为柠檬黄色、黄褐色，结构和形态清晰；在反射蓝光激发下发强的荧光，呈连续纹层状，每层厚度10～50 μm。现场取心发现，新鲜的页岩、油页岩断面呈弱油脂光泽，细腻滑润，有机质纹层能燃烧，有少量黑烟冒出，并具有一定的刺鼻沥青味。新鲜岩样放置于水中，可见气泡剧烈溢出。

2 咸化湖盆优质烃源岩地球化学特征

对东濮凹陷古近系沙河街组41口井123块页岩及纹层泥岩综合分析，发现页岩样品有机质类型多属于Ⅱ1型或Ⅰ型，无定形体和藻质体含量丰富，干酪根成分中腐泥组占优势。其中，由水生低等藻类群体降解形成的无定形体介于70%～95%，镜下主要呈絮状、云雾状或团块状（见图3），陆源高等植物碎屑成分含量少。古生物分析表明，东濮凹陷的页岩层内富含沟鞭藻化石，纵向上其与咸化湖盆环境下的盐膏层呈间互发育的特点。大量研究资料表明，富含沟鞭藻的干酪根是东濮凹陷最佳生油母质［11］，地质历史中的藻类勃发是优质有机质富集的一种重要方式［18］。

图3 东濮凹陷页岩干酪根镜检

页岩及油页岩烃源岩饱和烃气相色谱图呈正态分布，主峰碳在C19—C22，反映有机质以水生生物来源为主，部分混有高等植物来源。CPI值为0.9～1.1，呈成熟状态；Pr/Ph在0.25～0.35，Ph占绝对优势，反映出强还原环境。

东濮凹陷页岩饱和烃m/z 191和m/z 217质量色谱图的特征表现为：伽马蜡烷发育，伽马蜡烷/C30藿烷值0.5～1.2；奥利烷/C30藿烷值0.07～0.15，奥利烷丰度相对较低，反映陆源物质输入相对较少（见图4a）；甾烷分布仍以ααα-20R构型的C27甾烷和C29甾烷为主，C28甾烷丰度相对较低，C27，C28及C29甾烷呈不对称“V”字型或部分“L”型分布，C27甾烷丰度大于 C29甾烷；C30甲基甾烷丰度一般，C30甲基甾烷/C29甾烷在0.4～0.6（见图 4b）。

图4 东濮凹陷卫18-5井页岩质量色谱图

页岩饱和烃m/z 231质量色谱图所显示的甲基甾烷同系物的分布形态（见图5），主要表现为C30甲基甾烷较为丰富，而C29甲基甾烷的丰度相对较低。在C30甲基甾烷分布中，以4α-甲基、24-乙基C30甾烷丰度最高，甲藻甾烷与3β-甲基、24-乙基C30甾烷的相对丰度低于 4α-甲基、24-乙基 C30甾烷。

图5 东濮凹陷卫18-5页岩m/z 231质量色谱图

通过上述分析可知，东濮凹陷咸化湖盆内页岩的干酪根类型好。生物标志化合物中伽马蜡烷丰度高，Pr/Ph低，反映强还原咸水沉积环境；奥利烷丰度低，而C27，C30甾烷相对丰富，反映有机质主要来自于水生生物，陆源输入相对少的特征。

3 咸化湖盆优质烃源岩形成与发育

3.1 高生产力

地化分析及岩性分析表明，东濮凹陷咸化湖盆内页岩及油页岩为优质烃源岩，纹层结构发育（由富含有机质的纹层和夹有黄铁矿的钙质纹层构成）。富含有机质纹层与藻类勃发有着密切的关系［18］。古生物分析表明，东濮凹陷有机质纹层富含沟鞭藻，当季节性回水将水体底层丰富的营养元素携入表层光合作用带，在咸化湖盆环境下就容易造成沟鞭藻类勃发。

随着季节变化，气候由温暖到寒冷，沟鞭藻从繁盛到死亡，高盐度水体中易于保存，形成有机质纹层。咸水藻类主要为沟鞭藻和颗石藻，具有较高的古生产力，为 1 114～4 102 kg/（m2·a）。 由于藻类勃发消耗大量的水中氧气，以及藻类的生物作用在水体中产生大量的CO2，CO2溶于水形成碳酸， 碳酸和水中的 Ca2+，Mg2+等金属离子，形成碳酸盐类，最终形成夹有黄铁矿等成分的钙质纹层。

3.2 强还原环境

陆壳上的大型坳陷盆地或裂谷、拉张盆地内，由于盐岩的存在，在咸湖水表层和底层的含盐度也有所不同，一般表层盐度低，底层盐度高，湖水具有化学分层的特征。若湖水分层一旦形成，上下水层之间的混合交换就会停止，底层水区就会形成封闭的缺氧环境，这将有利于有机质的保存与转化［18］。咸水湖泊水体的分层现象，从东濮凹陷高丰度的页岩及油页岩中的高伽马蜡烷丰度可以得到证实，因为高伽马蜡烷指示了具有盐跃层的分层水体环境标志［19-29］。

同时，东濮古湖泊属亚热带湖泊，水体不但具有盐度分层，也具有季节分层变化的特征，在页岩及油页岩中，纹层结构十分发育。正是由于上述分层作用造成的强还原环境，使得藻类死亡之后，易在盐度较大的湖底得以保存，造成“年轮状”纹层结构发育及高丰度有机质的富集。

4 咸化湖盆优质烃源岩发现意义

岩性、地化特征等分析表明，咸化湖盆中优质烃源岩主要为页岩及油页岩，其普遍具有有机纹层发育、伽马蜡烷丰度高、4-甲基C30甾烷丰度高、藻类丰富、生产力高等特征，具备较强的生油能力。油源对比结果也表明，优质烃源岩是油气来源的主要贡献者。“十二五”以来，在东濮凹陷北部咸化湖盆优质烃源岩发育区取得了较好的勘探成果。

5 结论

1）东濮凹陷咸化湖盆页岩及油页岩为优质烃源岩，主要由富含有机质的纹层和夹有黄铁矿的钙质纹层组成；生物标志化合物反映为强还原咸水沉积环境，有机质主要来自于水生生物，陆源输入相对较少。

2）高生产力及湖水盐度差异的化学分层造成的强还原环境，是东濮凹陷咸化湖盆优质烃源岩形成、发育的主要原因。

3）页岩、油页岩与油气的富集具有较强的相关性，确定了页岩及油页岩生烃灶为勘探方向，取得了较好的勘探效果。

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（编辑 王淑玉）

Development characteristics and significance of high quality source rocks of salty lake in Dongpu Depression

ZHANG Hong′an1,XU Tianwu2,ZHANG Yunxian2
(1.Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang 457001,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Zhengzhou 450018,China)

Analyzing the source rocks of the salty lake basin in Dongpu Depression by petrological and geochemical methods,the shale and oil shale of the salty lake basin were identified as high quality hydrocarbon source rocks.The source rocks have a twostory structure consisting essentially of organic-rich layers and calcareous layers with pyrite;biomarker compounds generally have low valerine mass fraction,high gamma fraction content,and relatively rich C27,C30steranes,low Pr/Ph characteristics,reflecting the strong reduction of salt water deposition environment,organic matter mainly from aquatic organisms.Strong reduction environment caused by high productivity and brine stratification is the main reason for the formation and development of high quality hydrocarbon source rocks in the salty lake basin in Dongpu Depression.Enriching hydrocarbon generation foci will be the focus of the exploration situation under the benefit research direction.

salty lake basin;high quality source rock;shale;lamellar structure;Dongpu Depression.

TE122.1+13

A

国家科技重大专项课题“东濮凹陷油气富集规律与增储领域”（2016ZX05006-004）

10.6056/dkyqt201704001

2016-11-23；改回日期：2017-04-26。

张洪安，男，1965年生，高级工程师，研究方向为石油地质与勘探。E-mail：zhangha.zyyt@sinopec.com。

张洪安，徐田武，张云献.咸化湖盆优质烃源岩的发育特征及意义［J］.断块油气田，2017，24（4）：437-441.

ZHANG Hong′an，XU Tianwu，ZHANG Yunxian.Development characteristics and significance of high quality source rocks of salty lake in Dongpu Depression［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（4）：437-441.