宜春-新余地区乐平组烃源岩地球化学特征

张宇文，冯玉霞

（江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 概述

烃源岩作为形成气藏的基础物质条件，其发育特征很大程度决定气体成藏的规模。 页岩具有充足的原位含气量， 是形成经济性页岩气藏的前提条件，这要求页岩必须是能产生大量热成因或生物成因气的烃源岩[1]。 而烃源岩的评价指标主要为有机质丰度、有机质类型及成熟度[3]。通过对地表样品和岩芯样进行实验测试，对目的层乐平组泥页岩的有机质丰度、有机质类型、有机质热演化程度等进行了系统分析。

2 区域地质

宜春—新余地区乐平组地层分布广泛，地层出露大部分呈条带状，沿北北东—北东向分布。 主要出露在向斜的两翼，包括北部三阳—杨桥—林家坊一带、东部大坑—礼堂—西茶一带、南部七头岭—灯笼桥一带、西部洪塘—新田及金瑞镇一带。

乐平组老山段是宜春—新余地区页岩气调查的主要目的层， 调查区以北部宜春双江口北65°东、南部以西村镇为界，分为南北型。 北型：老山段下部由粉砂岩、细砂岩，薄层状泥岩及煤层组成，产丰富腕足类动物化石。 其中泻湖相沉积泥页岩有机质丰度高，全区稳定发育。 上部由深灰色、灰黑色含炭泥岩、钙质泥岩、泥质灰岩组成。 南型：老山段以深灰、灰黑色薄层状泥岩、粉砂质泥岩为主，产丰富的海相动物化石，尤以头足类著称，又称“菊石泥岩层”，全区发育。 泥页岩炭质含量高，是页岩气有利生气层位。

3 地球化学特征

3.1 泥页岩厚度

泥页岩厚度是生气成藏的物质来源，尤其是烃源岩的有效厚度决定着气藏的规模大小。 研究区内乐平组地层分南北型，其中南型乐平组泥页岩主要分布在老山段，厚度一般为31.35～121.07 m，平均87.80 m，乐平组老山段累计有效厚度79.48 m。 北型乐平组老山段在区域上由西南向东北方向有增加的趋势，厚度为30.49～112.89 m，平均71.69 m，累计有效厚度67.33 m。 整体上乐平组老山段泥页岩厚度较大，有效厚度适中，达到页岩气成藏要求。

3.2 有机碳含量

有机质丰度主要利用页岩中总有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”和生烃潜量（S1+S2）等来表征。由于区内富有机质页岩层系在形成后期均经历了多期次的构造运动，大多处于高热演化阶段，残余有机碳含量逐渐降低，和原始有机质中有机碳含量的差值逐渐增大，氯仿沥青“A”、生烃潜量等有机地化指标已不能完全代表母岩中原始的有机质丰度，这也是南方高热演化程度页岩层有机地化评价中普遍存在的问题[2]。 本文主要对有机碳含量进行分析。

（1）南型：乐平组YXZ01 井TOC 测试42 件，测试值0.57%～4.86%，平均1.36%；其中老山上亚段0.73%～3.32%， 平均1.25%； 其中0.5%～1%占44.4%，1%～2%占50.0%，大于2%为5.6%。 老山中亚段0.80%～2.48%，平均1.45%；其中0.5%～1%占16.6%，主峰频率分布在1%～2%，占总样品数66.7%，大于2%占总样品数16.7%。老山下亚段0.57%～4.86%， 平均1.68%； 其中，0.5%～1%占42.0%，1%～2%和＞2%均为29.0%。测试结果依据标准SY/T 5124-2012，测试公司为瑞华通正非常规油气技术检测（北京）有限公司，见图1。

图1 YXZ01 井有机碳分布

测试资料可知， 有机碳含量老山中亚段最高，而且老山段中亚段下部高， 最大值达到2.48%，向上部地层TOC 值有逐渐变小的趋势。老山下亚段靠近煤层的含炭泥页岩是一个高值区间， 最大值4.86%。

乐平组老山段粉砂质泥岩、含炭质泥页岩等属于易风化岩性，尤其是有机质含量高的泥页岩。 由于长期暴露地表， 受到氧化作用影响， 导致地表TOC 值较地下实际情况偏低。 本次地表样品中仅D058、D059、D067 样品为煤矿采集的新鲜样品，其测试值2.03D～2.70D，具有较好的代表性。 其余地表样品均存在不同程度的风化。 因此，在进行地表样品有机质丰度分类统计过程中，还需要解决地下与地表样品数据的换算问题，从而使两者组成一个相对统一的数据体系后予以判断分析。

YXZ01 岩芯乐平组老山中亚段TOC 平均1.45%， 邻近实测剖面P08 地表样TOC 平均0.89%，将两者数值进行对比，能够得到地表换算系数1.63，见表1。

表1 乐平组地表样品与钻井岩芯有机碳测定统一换算

本次野外露头样品30 件（老山上亚段9 件，老山中亚段20 件，老山下亚段1 件）。 其中，老山上亚段TOC 恢复前为0.53%～1.33%， 平均0.78%，恢复后平均1.27%；老山中亚段TOC 恢复前为0.51%～1.70%，平均1.03%，恢复后平均1.68%；老山下亚段TOC 恢复前为0.40%，恢复后0.65%，见图2。

图2 南型乐平组老山段有机碳平均值恢复前后对比

从TOC 值分布区间来看， 老山上亚段0.5%～1%占11.1%，1%～2%占77.8% ， 大 于2% 占11.11%；老山中亚段0.5%～1%占13.0%，1%～2%占39.1%，大于2%占47.8%，见图3。

图3 南型乐平组老山段有机碳区间分布图（地表样）

（2）北型：乐平组老山段地层YXZ02 共计采样30件，测试结果显示，老山段泥页岩TOC 值0.50%～3.94%，平均1.64%。 垂向上，在老山段生物碎屑灰岩上部为高值区间，TOC 达到优质烃源岩标准。从其分布区间看， 老山段小于1%占22.2%，1%～2%占55.6%，大于2%占22.2%。

综合YXZ02 及收集钻孔TOC 数据： 北型乐平组老山段0.61%～7.33%， 平均值2.02%。 其中0.5%～1%占20%，1%～2%占53%， 大于2%占27%。

表2 北型乐平组收集钻孔TOC 数据

需要指出的是，YXZ01 井TOC 对照西部收集钻孔和南部枫坑数据明显偏低，分析原因可能是受侵入岩影响。

综上所述，乐平组老山段泥页岩TOC 均高于页岩气远景区0.5%下限值， 集中分布在1%～2%区间内，按照烃源岩评价标准属于较好的烃源岩。 其中北型高于南型。

3.3 有机质类型

不同类型的原始有机质，其原始物源、沉积保存环境、化学组成和结构都不同，因而具有不同的油气生成潜能。 一般来说Ⅲ型干酪根以生气为主，而Ⅰ型干酪根主要以成油为主，并且生烃能力要强于Ⅲ型干酪根，而Ⅱ型干酪根则介于Ⅰ型和Ⅲ型之间。 因此，判断泥页岩中有机质类型，对于页岩气资源预测十分重要。

本次实验共计采集样品13 件。 其测试结果见图4。

图4 目的层干酪根显微组分分布

从图4 可以看出，南型：老山段地层样品中有机质显微组分以壳质组占绝对优势，为成油型母质类型，其次为腐泥组，镜质组及惰质组很少。 干酪根类型指数属于腐殖—腐泥型（II1）。

北型：YXZ02 老山段以腐泥组为主， 壳质组次之、镜质组很少，未检测到惰质组。 干酪根类型属于腐泥型（I）。

3.4 有机质成熟度

成熟度决定了有机质向烃类的转化程度，直接影响页岩生气量。 镜质体反射率Ro 是评价烃源岩热成熟度的重要指标。本次共采集地表样（64 件）和钻孔样（163 件）进行镜质组反射率测试。 据测试值显示：

南型：YXZ01 井钻孔样（42 件）：老山上亚段20件，Ro 值2.19%～4.16%，平均值3.14%；老山中亚段12 件，Ro 值2.29%～4.65%， 平均值3.45%；老山下亚段8 件，Ro 值3.01%～3.79%， 平均值3.32%。参照成熟度划分标准可以看出，乐平组老山段泥页岩普遍进入过成熟阶段。

地表样测试值显示： 老山段上亚段Ro 值1.65%～2.53%，平均2.11%，处于高成熟—过成熟阶段； 老山中亚段Ro 值1.80%～3.04%， 平均2.68%， 整体处于过成熟阶段； 老山下亚段Ro 值2.76%，处于过成熟阶段。 由图5 可以看出，整个乐平组Ro 自老山上亚段至老山下亚段呈逐渐增加趋势。

图5 乐平组老山段镜质体反射率分布直方图（地表取样）

北型：老山段钻孔样品测试Ro 值，北型乐平组老山段1.40%～2.88%， 平均2.05%。 均处于高成熟—过成熟阶段，见表3。

表3 老山段钻孔样品有机质热演化程度

综合实验数据结合区域沉积构造特征，乐平组成熟度等值线见图6。

图6 乐平组镜质体反射率等值线

在调查区内， 整体上乐平组无论是南型还是北型，均处于高—过成熟阶段，高于美国福特沃斯Barnett 页岩， 与阿巴拉契亚Marcellus 和阿科马Woodford 页岩相当，气体以热演化直接生气、裂解气为主。

综合上述数据可以看出，调查区内目标层泥页岩热演化程度高， 甲烷等烃类气体为主要热解产物，同时有机质裂解生烃过程中形成的纳米级孔隙为页岩气的赋存提供重要的吸附场所。

4 结语

1）宜春—新余地区乐平组地层分布广泛，其地层分为南、北型：北型老山段下部由粉砂岩、细砂岩，薄层状泥岩及煤层组成；上部由深灰色、灰黑色含炭泥岩、钙质泥岩、泥质灰岩组成。 南型老山段以深灰、灰黑色薄层状泥岩、粉砂质泥岩为主，产丰富的海相动物化石，尤以头足类著称，又称“菊石泥岩层”， 泥页岩炭质含量高， 是页岩气形成的有利层段。

2）南型乐平组泥页岩主要分布在老山段，厚度一般为31.35～121.07 m，平均87.80 m；北型乐平组老山段在区域上由西南向东北方向有增加的趋势，厚度为30.49～112.89 m，平均71.69 m，累计有效厚度67.33 m。 整体上乐平组老山段泥页岩厚度较大，有效厚度适中，达到页岩气成藏要求。

3）烃源岩的主要指标，主要从有机碳含量、有机质类型、 成熟度来评价， 南型老山段均属于Ⅱ1型，北型老山段属I 型。 南型老山中亚段TOC 值最高，达到3.04%，是目的层有利层段；北型乐平组老山段TOC 值平均2.02%。 乐平组Ro 值处于高成熟—过成熟阶段。

综上分析可知，乐平组老山段沉积了一套优质泥页岩，且泥页岩的生烃指标都达到了形成气藏的标准，是气藏形成的优质烃源岩，是区内页岩气勘查开发的有利生气层。