平岗—辽源盆地烃源岩特征及生烃史

邵世国，马世忠，张宇鹏，戚开元，李建智

(1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 大庆油田第二采油厂，黑龙江 大庆 163311；3. 东北石油大学 计算机与信息技术学院，黑龙江 大庆 163318； 4. 大庆油田第三采油厂，黑龙江 大庆 163311)

平岗—辽源盆地地处吉林省辽源市境内，盆地面积可达600 km2，大地构造位置上处于松嫩地块与华北板块之间，为华北板块北缘增生带的一部分，研究区位置以东为辉桦盆地，西部紧邻伊通盆地[1-2]，东部的敦密断裂和西部的佳依断裂及东北部的西拉木伦断裂将辽源盆地环绕在西南方向。研究区构造特征为两凹一隆的构造格局同时断层较为发育(见图1)[3]，同时区内地层自下而上发育白垩世德仁组、久大组、安民组、长安组；由于辽源盆地前人研究程度有限，对烃源岩研究甚少，有必要对辽源盆地烃源岩进行进一步研究。经过综合分析及一系列系统采样并通过大量的实验，应用了地球化学实验技术，对辽源盆地烃源岩品质进行了细致的分析评价。

1 烃源岩特征

本次研究通过对辽源盆地辽地1井、平地1井岩心系统取样，充分运用总有机碳(TOC)、氯仿沥青“A”(“A”)、生烃潜量(S1+S2)、镜质体反射率(Ro)等地球化学参数分析资料，对辽源盆地长安组三段、长安组一段、久大组烃源岩有机质丰度、类型以及热演化程度进行评价。经过一系列系统分析，运用地球化学手段及综合评价，明确了长一段烃源岩最优，长三段烃源岩次之，久大组烃源岩最末，由于辽源盆地处于前期勘探阶段，取芯井较少，只在辽地1井与平地1井中进行取芯采样及分析化验，故用取芯井为主，并以煤田井资料进行辅佐对辽源盆地烃源岩特征进行评价，但辽地1井久大组断失，无法对辽源坳陷久大组进行评价。

图1 平岗—辽源盆地位置

1.1 有机质丰度特征

一般来说，有机质丰度和岩石的沉积环境有着密切的联系，不同沉积环境中有机质沉积的不均一性较强；如若在有机质类型和有机质成熟度相近的情况下，有机质丰度越高则其生烃能力越强[4-5]。本文主要参用胡见义、黄第藩于1991年提出的烃源岩评价标准，这也是国内普遍认可的一套针对陆相环境下烃源岩有机质丰度评价标准(见表1)，经过系统研究采用了总有机碳(TOC)、生烃潜量(S1+S2)和氯仿沥青“A”(“A”)3个参数对辽源盆地有机质丰度进行评价。

表1 有机质丰度综合评价表(据黄第藩等，1991)

对已做样品的TOC、(S1+S2)和氯仿沥青“A”的统计分析后，辽源盆地辽地1井、平地1井有机质丰度分布特征表显示(见表2)，辽地1井长三段湖相泥岩的TOC分布在1.82%～4.13%之间，平均值为2.81%；辽地1井长一段湖相泥岩TOC在1.91%～4.31%之间；辽地1井久大组断失,无数据；平地1井长三段湖相泥岩由于样品很少只采样1块故无其分布范围，但是TOC显示也为优质烃源岩级别；长一段湖相泥岩TOC分布于0.62%～3.78%之间，平均值为2.09%；久大组湖沼相泥岩TOC分布于1.92%～2.72%之间，平均值为2.33%，在沉积环境上湖相泥岩要比湖沼相泥岩品质更优，故久大组源岩的TOC较其他层位源岩相比较低。

表2 辽源盆地辽地1井、平地1井有机质丰度分布特征

选取两个坳陷的34个实测点的TOC的统计直方图(见图2～3)分析，辽源坳陷长一段烃源岩丰度最高，TOC值大于2%的样品点可达88.89%，同时主要TOC分布于3%～4%，平均值可达3.07%，达到了极好烃源岩的标准；长三段烃源岩较长一段次之，其TOC值大于2%的样品点占87.5%，大多分布在2%～3%之间，其TOC平均值可达2.80%。平岗坳陷中长一段烃源岩TOC值大于2%的样品占60%，其平均值为2.09%；久大组烃源岩TOC分布于2%～3%的值占66.67%，TOC处于1%～2%之间的样品占33.33%，样品TOC平均值达2.33%，总而言之平岗坳陷长三段、长一段烃源岩品质也较久大组烃源岩更优。

图2 辽源坳陷下白垩统烃源岩TOC含量

图3 平岗坳陷下白垩统烃源岩TOC含量

(S1+S2)一般表示“生烃潜力”或“生烃潜量”[6]。黄第藩等则将(S1+S2)称为生油势。辽源坳陷辽地1井长三段湖相泥岩生烃潜量(S1+S2)分布于1.54～4.38 mg/g之间，平均值为2.80 mg/g；长一段湖相泥岩生烃潜量分布于2.36～6.94 mg/g之间，平均值为4.88 mg/g，辽地1井长一段湖相泥岩在生烃潜量方面较长三段湖相泥岩表现更好。平岗盆地平地1井长三段湖相泥岩1块样品生烃潜量达到15.4 mg/g，但同样达到优质烃源岩的标准；平地1井长一段分布于0.83～7.16 mg/g，平均值为3.46 mg/g；平地1井久大组生烃潜量0.26～0.62 mg/g，平均值为0.39 mg/g。

下白垩统平岗—辽源盆地烃源岩生烃潜量统计直方图(见图4～5)显示辽源坳陷长三段生烃潜量大于2 mg/g的样品可占62.50%，其平均值达3.43 mg/g，分布区间处于1～2 mg/g样品占37.5%，此区间内平均值为1.75 mg/g，整个长三段烃源岩生烃潜量表现出中等偏差的品质；长一段生烃潜量均大于2 mg/g，都已达到中等烃源岩以上标准。平岗坳陷长三段烃源岩由于只有1块样品且生烃潜量为15.4 mg/g，所以大于4 mg/g区间显示为100%；长一段样品生烃潜量处于大于2 mg/g区间占80%，此区间内生烃潜量平均值为4.12 mg/g。久大组样品生烃潜量均小于1 mg/g，表现差。

图4 辽源坳陷下白垩统烃源岩生烃潜量统计

图5 平岗坳陷下白垩统烃源岩生烃潜量统计

氯仿沥青“A”是指岩石中可溶于氯仿的有机质的总称，其组成物质包括饱和烃、芳香烃、沥青质和非烃(胶质)等[7]；辽源坳陷的辽地1井长三段湖泥岩仿沥青“A”平均值为0.032 4%；长一段湖相泥岩平均值为0.051 5%。平岗坳陷久大组湖沼泥岩的氯仿沥青“A”为处于0.004 5%～0.004 9%之间，烃源岩表现中等。

综合总有机碳(TOC)、生烃潜量(S1+S2)和氯仿沥青“A”3个参数指标参照有机质丰度综合评价表对辽源盆地三套烃源岩进行总体评价，辽源坳陷辽地1井长三段和长一段烃源岩评价结果为好，平岗坳陷平地1井长三段和长一段无氯仿沥青“A”数据，但利用其余两项参数长三段和长一段评价结果仍为好，久大组烃源岩综合评价结果为中等。

1.2 有机质类型特征

烃源岩中有机质的类型是其质量指标，不同类型的有机质具有不同的生油气潜力，有机质类型决定了烃源岩生烃能力的大小，，有机质类型越好，越有利于油气的生成；其评价参数一般包括干酪根元素组分、碳同位素、岩石热解氢指数和最高热解峰温等[8-9]。一般对有机质类型划分，最常采用的方法为三类四分法，将有机质划分为3个大类和4种类型(即Ⅰ型、Ⅱa型、Ⅱb型、Ⅲ型)。

通过Tmax-IH范式图版识别分析的结果表明，如图6～7所示：辽源坳陷长三段烃源岩类型主要以Ⅲ型干酪根为主，占总数的62.5%；Ⅱb型干酪根占总数的37.5%；Ⅰ型干酪根占总数的6%；辽源坳陷长一段烃源岩类型以Ⅱ型干酪根为主，其中Ⅱa型干酪根占总数的55.6%；Ⅱb型干酪根占总数的22.2%；全部Ⅱ型干酪根占到接近整体总数的80%，Ⅰ型干酪根占总数的22.2%。总体看以长一段和长三段都以Ⅱ型干酪根为主，有机质类型较好。

图6 辽地1井烃源岩氢指数与Tmax关系

图7 平地1井烃源岩氢指数与Tmax关系

平岗坳陷取样相对辽源坳陷来说较少，如图8所示：平地1井长三段取样1块，类型为Ⅱa型干酪根。长一段烃源岩4块样品干酪根类型也都为Ⅱa型干酪根，占平岗坳陷总样品数的50%，长三段和长一段有机质类型较好，但久大组烃源岩因为热演化程度过高，无法有效的应用Tmax-IH范式图版判别有机质类型。

图8 烃源岩类型个数统计

从平岗—辽源盆地类型个数统计直方图可知：辽源坳陷Ⅱ型干酪根总占65%，Ⅱa型干酪根占21%，Ⅱb型干酪根占42%；平岗坳陷Ⅱ型干酪根总占67%,Ⅱa型干酪根占56%，Ⅱb型干酪根占11%。平岗—辽源盆地Ⅱ型干酪根总占64%，整体母质类型中Ⅱ型干酪根超过50%，总体来说，平岗—辽源盆地有机质类型相对较优。

平岗—辽源盆地为断陷型残留盆地，而在我国陆相源岩干酪根的组分研究中，基本未见有单一组分的母质类型的盆地，绝大部分盆地烃源岩母质类型都是腐泥组A、壳质组B、镜质组C和惰质组D 4种组分的不同比例混合，通过对不同母质组分含量的测定，利用TI类型计算公式判别有机质类别，具体计算公式如下：

TI=100A+50B-75C-100D

其中A表示无定形组分百分含量，B表示壳质组百分含量，C表示镜质组百分含量，D表示惰质组百分含量其标准如表3所示。

表3 类型指数评价有机质类型标准

表4为实测类型指数法所测得的干酪根类型数据，比照类型指数评价有机质类型标准表利用类型指数法进行识别可知，辽地1井长三段1块样品点类型为Ⅱb型干酪根，辽地1井长一段有机质类型以Ⅱb型为主；平地1井在长三段和长一段未进行取样，平地1井久大组有机质类型则均为为Ⅲ型干酪根。

表4 平岗—辽源盆地类型指数法测干酪根类型数据

综合Tmax-IH范式图版法和类型指数法评价有机质类型对平岗—辽源盆地有机质类型判别后表明有机质类型长安组多为Ⅱa、Ⅱb型干酪根，并且含少量Ⅰ型干酪根；久大组为Ⅲ型干酪根，反映平岗—辽源盆地有机质大多为混合型来源。

1.3 有机质成熟度特征

除有机质丰度、有机质类型之外，有机质成熟度也是评判地区烃源岩的基本参数之一，有机质只有达到一定的热演化程度才能进入生烃门限，继而开始大量生烃。有机质成熟度也是评价一个地区是否可以形成工业油流的关键问题[10-14]。本文主要应用镜质体反射率和Tmax值两个指标来研究辽源盆地有机质成熟度。

平岗—辽源盆地白垩统有机质成熟度参数见表5，其中辽地1井长三段样品镜质体反射率平均值为0.86%，长三段样品有机质成熟度均处于成熟阶段，长一段镜样品质体反射率平均值为0.92%，也处于成熟阶段；平地1井未在长安组取样，久大组湖沼泥岩样品为2.69%～2.86%之间，处于过成熟阶段，已过大量排烃期。

本文除采用镜质体反射率这一指标外，还另采用热解最高峰温(Tmax)指标对有机质成熟度进行评价，一般来说Ⅰ型干酪根的Tmax随成熟度变化范围较Ⅱ、Ⅲ型干酪根小，故对于Ⅱ、Ⅲ型干酪根来说Tmax是一个良好的成熟度参数，其规律为在不同的有机质类型内，随着Tmax值越高，有机质成熟度越高。辽源盆地长一段和长三段都以Ⅱ型干酪根为主，长三段含油少量Ⅲ型干酪根，辽地1井长三段Tmax均值为436.5℃，处于主要生油带的成熟阶段；长一段Tmax均值为452.67℃有机质成熟度也达到成熟阶段并已生油。平地1井久大组Tmax为592.33℃，已达过成熟阶段，处于干气带，生干气为主。结合Tmax和镜质体反射率两指标显示的规律一致，均明确长三段和长一段处成熟阶段，久大组处于过成熟阶段。

表5 平岗—辽源盆地白垩统烃源岩有机质成熟度参数统计

1.4 烃源岩平面展布特征

平岗—辽源盆地白垩统烃源岩分布之前少有学者进行研究，烃源岩分布尚不明确。通过3口地质井和14口煤田井泥岩钻遇数据及区域沉积特征和构造特征对长三段、长一段和久大组暗色泥岩进行统计，并进行了泥岩平面分布预测与绘制。

平岗—辽源盆地长安组三段辽源坳陷所发育的暗色泥岩主要为深湖—半深湖亚相沉积(见图9)。

图9 平岗—辽源盆地长三段泥岩厚度等值线图

其发育有3个沉降中心，辽源坳陷的2个沉降中心分别与云顶凹陷和金岗凹陷中心相对应，位于云顶凹陷的78-11井最大泥岩厚度为85.64 m，云顶凹陷和金岗凹陷较为相似，两泥岩凹陷中心均为长轴椭圆状沿北西—南东向发育。

平岗—辽源盆地长安组一段辽源坳陷沿南东方向沉积厚度较大，且泥岩相对更为发育，平岗坳陷则沿南南西方向沉积厚度较大，且在泥岩发育程度较好的同时与构造显示响应较好，沉积特征与构造特征相符程度较高(见图10)；平面上看泉太凹陷与共安凹陷在长一段同处一个泥岩沉降中心，整体上长一段泥岩厚度要比长三段泥岩厚度高，烃源岩质量比长三段要强，更有利于生烃。

图10 平岗—辽源盆地长一段泥岩厚度等值线图

由于现阶段辽源盆地久大组厚层泥岩钻穿井较少，仅3口井有钻遇泥岩厚度值，且已钻遇3井均位于共安凹陷中(见图11)。辽源盆地3个次凹即泉太凹陷、云顶凹陷和金岗凹陷的泥岩厚度值是根据共安凹陷所钻遇的泥岩厚度值为参考，久大组构造底形为依据进行的泥岩展布的预测。如图11所示：辽1井发育有三口久大组钻遇井中最厚层泥岩，厚度可达97 m，泥岩厚度沉降中心与共安凹陷中心相重合，泉太凹陷泥岩厚度最厚处为70 m，向四周呈放射性逐渐减薄，云顶凹陷和金岗凹陷最大泥岩厚度分别为60 m和70 m，其分布形态均呈北西—南东向长轴椭圆状，泥岩厚度沿东西向减薄较快。

图11 平岗—辽源盆地久大组泥岩厚度等值线图

2 烃源岩热演化生烃史

本次生排烃研究运用斯伦贝谢公司的PetroMod软件[15]对平岗—辽源盆地热演化成熟史及生烃史进行模拟，在进行热史和生烃史模拟前应确定研究区的古地温及古热流，合理的取值对模拟的结果起到至关重要的作用[16-21]。由于本地区并未进行古热流的测定，结合周围盆地已测地温梯度结果，采用地球化学与热力学结合方法，调整古热流假定值，使模拟古温标参数符合实测参数规律，最终得到合理古地温演化规律，经统计松辽盆地地温梯度为3.7℃/100 m，前郭县为4.2℃/100 m，松辽盆地南部为4.2℃/100 m，长岭凹陷为3.5℃/100 m，通过PetroMod1D所得出的地温曲线，Ro曲线与实测值的对比调整，得到平岗—辽源盆地古热流平均值为95 mW/m2，模拟效果同各临近盆地吻合。

根据软件模拟结果表明(见图12)，以辽地1井为代表的辽源坳陷长安组三段，长安组一段和久大组三套烃源岩分别在距今87.3，94.06，103.14 Ma时进入生烃门限(Ro>0.5%)，本阶段具有生烃潜能的早期烃源岩由于并未进行有效的大量生烃作用，还处于成熟作用早期；在距今77.3，85.1，97.8 Ma时进入成熟作用中期，本阶段为有机质的生烃高峰期；久大组在距今79.6 Ma，泉头组沉积时期进入成熟作用晚期，此时液态石油裂解成为凝析油和湿气；在嫩江组末期(约70.5 Ma)，受燕山运动晚期构造运动影响导致地层抬升，长三段和长一段在成熟作用中期时生烃过程基本停滞，而久大组是在成熟作用晚期生烃过程停止。

图12 辽地1井埋藏史—热演化史

平地1井埋藏史—热演化史图(见图13)显示平岗坳陷三套烃源岩分别在86.28，92.82，103.4 Ma时进入生烃门限；在距今76.5，82.5，97.3 Ma泉头组沉积时期三套源岩均进入进入成熟作用中期，干酪根大量降解生成油气(Ro>0.7%)；由于嫩江组末期(约70.5 Ma)构造反转地层抬升，长三段和长一段未进入到成熟作用晚期，久大组在80.6 Ma时进入成熟作用晚期(Ro>1.2%),在嫩江组末期(约70.5 Ma)因地层抬升停止生烃未进入过成熟阶段。

图13 平地1井埋藏史—热演化史

3 结 论

1)平岗—辽源盆地主要发育3套暗色湖相泥岩，自上而下分别为长安组三段、长安组一段和久大组烃源岩。根据辽地1井和平地1井的热解、热模拟实验结果明确了辽源盆地3套烃源岩质量：长安组一段有机质丰度极好，主要为Ⅱ型干酪根，长安组三段烃源岩丰度较好，同样以Ⅱ型干酪根为主，久大组丰度中等，主要为Ⅲ型干酪根。

2)平岗—辽源盆地白垩系三套烃源岩目前成熟度呈现出较大差异，埋藏史—热史揭示长安组三段和长安组一段均达到低熟—成熟演化阶段，久大组已为高成熟—过成熟演化阶段。3套烃源岩均可作为有效油气供给源岩，综合评价3套烃源岩发育规模、地化测试结果，证实辽源盆地具有较好资源前景。

3)东部地区辽源坳陷3套烃源岩品质优于西部平岗坳陷，在两坳陷烃源岩平面展布差异较小的情况下，辽源坳陷是更加有利的生烃地区。