松辽盆地西部斜坡区上二叠统林西组生烃潜力评价——来自吉白地2井的证据

孙 雷，陈树旺，张 健，苏 飞，卞雄飞，张海华

中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳110034

0 引言

松辽盆地是中国东部大型的中生代陆相含油气盆地，盆地基底由石炭系—二叠系沉积岩、极低变质岩及不同时期的侵入岩体组成.随着近几年深层天然气勘探的深入，在盆地内的二叠系中发现了油气显示，并在花岗岩风化壳和二叠系浅变质岩中获得工业气流，揭示了石炭系—二叠系是值得关注的勘探领域［1-2］.为了进一步加强松辽盆地西部斜坡区深部石炭系—二叠系油气勘探，中国地质调查局沈阳地质调查中心在松辽盆地西部斜坡区中部白城－丰收镇地区部署了一系列重磁电震工程，发现在火山岩高阻之下存在明显的低阻层，推测其为石炭系—二叠系（图1），其顶面最大埋深约为6 000 m，一般为3 000 m左右，其中西南部埋深相对较浅，为1 800～2 200 m［3］.据此在松辽盆地西部斜坡区中部部署实施了吉白地2井，并首次在该区广泛发育的厚层火山岩之下钻遇二叠系暗色泥页岩.为此，本文对吉白地2井暗色泥岩岩心样品进行系统的测试分析，以期查明该地区石炭系—二叠系的生烃潜力，为研究区深层油气勘探提供科学依据.

图1 松辽盆地西部斜坡区上古生界物探预测图Fig.1 Prediction map of Upper Paleozoic distribution in western slope of Songliao Basin by geophysical prospecting

1 地质概况

松辽盆地西部斜坡区位于吉林省西部的白城一带，其西侧与大兴安岭隆起带东部毗邻，北部、南部、东部分别与松辽盆地的北部倾没区、西南隆起区、中央凹陷区相邻.区内石炭系—二叠系岩性以黑色泥板岩、变余砂岩和结晶灰岩为主，夹有不同时期的花岗岩侵入体以及少量变质砂岩、蚀变安山岩、千枚岩等［1-2］.

吉白地2井位于松辽盆地西部斜坡中部吉林省大安市龙沼镇境内（图1），完钻井深2 284.4 m.依据钻孔岩石组合与邻区钻孔、露头剖面对比［4-7］，通过井震对比以及侵入体锆石U－Pb年龄综合分析，将吉白地2井所钻遇地层自上而下划分为：第四系（Q，0～45 m），上新统泰康组（N2t，45～135 m），中新统大安组（N1d，135～215 m），上白垩统明水组（K2m，215～504 m）、四方台组（K2s，504～604 m）、嫩江组（K2n，604～814 m）、姚家组（K2y，814～930 m）、青山口组（K2qn，930～1 118 m），下白垩统泉头组（K1q，1 118～1 496 m）、营城组（K1y，1 496～1 872 m），上二叠统林西组（P3l，1 872～2 284.4 m）.

图2 吉白地2井中林西组暗色泥岩Fig.2 Dark mudstones of Linxi Formation from JBD-2 well

上二叠统林西组岩性主要为灰黑色泥岩、板岩及少量的灰色粉砂岩、泥质粉砂岩（图2），其内发育浅灰色石英二长斑岩、红褐色细粒二长岩、灰白色花岗斑岩、浅肉红色中细粒二长花岗岩、细粒斑状花岗闪长岩等侵入体.

该井共钻遇林西组（未钻穿）17层暗色泥板岩，单层厚度大于3 m的泥板岩共计12层，最大单层厚度为29 m，累计厚度达138.42 m.本研究在吉白地2井上二叠统林西组1 872～2 252 m的井段内采集了19件暗色泥板岩样品，进行全面的有机地球化学分析，综合评价其生烃潜力.

2 有机地球化学特征

2.1 有机质丰度

本区有机质热演化程度较高，大部分可溶有机质已经裂解，并经历过大量生烃和排烃过程，其氯仿沥青“A”和生烃潜量S1＋S2数值很低，已经不能真实地反映有机质丰度，不适用于本区演化程度较高的上二叠统林西组烃源岩评价［8-10］，因此采用有机碳（TOC）对林西组烃源岩有机质丰度进行评价［11］.根据陆相烃源岩地球化学评价方法［12］，TOC＞2.0%的为极好烃源岩，1.0%＜TOC≤2.0%为好烃源岩，0.6%＜TOC≤1.0%为中等烃源岩，0.4%≤TOC≤0.6%为差烃源岩，TOC＜0.4%为非烃源岩.

吉白地2井林西组暗色泥岩、板岩TOC为0.01%～2.10%，平均为0.62%（表1）.其中，中等烃源岩占26.32%，好烃源岩占10.53%，极好烃源岩占10.53%（图3）；暗色泥板岩TOC＞1.0%的好烃源岩共计2层，厚度分别19和16.26 m，共计35.26 m（表2）.整体属于中等烃源岩的范畴，具有一定的生烃物质基础.

图3 吉白地2井林西组烃源岩TOC分布图Fig.3 TOC distribution of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

吉白地2井林西组有机碳在纵向上有明显的变化趋势，向上远离侵入岩体的烃源岩TOC含量逐渐升高（图4）.有机质丰度越高，说明烃源岩受岩浆热液活动对其有机质丰度产生一定的负相关作用影响.

表1 松辽盆地西部斜坡区吉白地2井林西组烃源岩地球化学测试分析数据表Table 1 Geochemical analysis data of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

表2 吉白地2井林西组烃源岩TOC＞1.0%厚度统计表Table 2 Thickness data of Linxi Formation source rocks with TOC＞1.0%in JBD-2 well

2.2 有机质类型

评价有机质类型有多种方法，本研究利用干酪根碳同位素、元素组成特征综合评价林西组烃源岩有机质类型.

2.2.1 干酪根碳同位素

影响干酪根碳同位素组成的主要因素是干酪根的类型，由此将干酪根碳同位素组成作为划分陆相烃源岩干酪根类型的重要指标.腐泥型干酪根相对富集轻碳同位素12C，腐殖型干酪根相对富集重碳同位素13C.由于较轻的干酪根碳同位素组成一般反映较高的水生生物贡献和较多的类脂化合物含量，表明其具有较好的有机质类型.通常情况下，干酪根δ13C＜－28‰为Ⅰ型有机质类型，δ13C＞－25.5‰为Ⅲ型有机质类型，－28‰≤δ13C≤－25.5‰为Ⅱ型有机质类型［11-13］.

从吉白地2井上二叠统林西组烃源岩碳同位素分布图（图5）来看，其有机质类型中Ⅰ—Ⅲ型干酪根均有，但Ⅰ型较少.由于δ13C受热演化程度影响较大，通常会有2‰～6‰的变重［14］.此外该区林西组烃源岩属于热演化程度较高的烃源岩［15］，因此所取得的δ13C的数值会有一定程度的变重，所以恢复后的吉白地2井林西组烃源岩有机质类型应以Ⅱ型干酪根为主，并有部分Ⅲ型干酪根.

图4 松辽盆地西部斜坡区吉白地2井林西组烃源岩综合评价柱状图Fig.4 Comprehensive column of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

2.2.2 干酪根元素法

图5 吉白地2井林西组烃源岩干酪根δ13C值与有机质类型关系图Fig.5 Relation betweenδ13C values of kerogen and organic matter types of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

干酪根元素法（范式图）确定干酪根的类型，是蒂索等［16］利用类型和成熟度不同的干酪根在范式图上有不同分布位置提出的.从吉白地2井林西组烃源岩干酪根元素法（范式图）判别图（图6）来看，其烃源岩有机质类型为Ⅱ、Ⅲ型干酪根.由于高演化的烃源岩随着H、O的消耗，会逐渐向高碳化特征演化，利用H/C和O/C变化判断原始有机质类型变得困难.

图6 吉白地2井林西组烃源岩H/C与O/C相关图Fig.6 Correlation between H/C and O/C of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

综合干酪根碳同位素组成与干酪根元素法判别林西组烃源岩有机质类型，林西组烃源岩有机质类型应以Ⅱ型干酪根为主，部分为Ⅲ型干酪根.

2.3 有机质成熟度

反映有机质成熟度的参数很多，由于干酪根的镜质体反射率（Ro）随热演化程度的升高而稳定增大，并具有相对广泛、稳定的可比性，Ro成为目前应用最为广泛、最为权威的成熟度指标，是确定烃源岩有机质成熟度的常用指标.而最高热解峰温（Tmax）、自生伊利石结晶度（KI）等可作为有机质成熟度的辅助判识指标［11］.

2.3.1 镜质体反射率

吉白地2井上二叠统林西组烃源岩的镜质体反射率为1.39%～4.13%，平均值为2.98%（表1），其中高成熟烃源岩占10%，过成熟早期烃源岩占30%，过成熟晚期烃源岩占60%，整体处于高成熟—过成熟热演化阶段（图7）.

图7 吉白地2井林西组烃源岩R o分布直方图Fig.7 R o distribution histogram of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

从吉白地2井林西组纵向上的Ro值可以看出，Ro值随深度的加深有变大的趋势，表明成熟度随着深度的加深有升高的趋势.此外侵入体附近的烃源岩成熟度均较高（图4），说明岩浆热液活动对烃源岩成熟度有一定影响，后期侵入的岩体导致烃源岩成熟度有所增高.

2.3.2 最高热解峰温（Tmax）

吉白地2井林西组烃源岩的最高热解峰温（Tmax）为300～546℃（图8）.根据陆相烃源岩地球化学评价方法［12］，其中Tmax＜435℃为11件，占比为58%，指示未成熟；435℃≤Tmax≤440℃为1件，占比5%，指示低成熟；440℃＜Tmax≤450℃为4件，占比21%，指示成熟；450℃＜Tmax≤580℃为3件，占比16%，指示高成熟.从测试分析结果来看，有机质成熟度从未成熟—高成熟阶段均有分布，由于部分样品的热解烃（S2）异常导致最高热解峰温（Tmax）值失真，总体上Tmax应处于＞440℃的阶段，指示成熟—高成熟阶段.

2.3.3 伊利石结晶度

应用伊利石结晶度（KI）等相关参数可以很好地指示出成岩阶段，推出有机质热演化阶段［17-19］.

图8 吉白地2井林西组烃源岩T max分布图Fig.8 T max distribution of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

对吉白地2井上二叠统林西组不同深度的5件暗色泥岩样品进行了伊利石结晶度的测试（表3）.KI值（Δ2θ）为0.26～0.84°，平均值为0.536°，总体上表现为成岩作用阶段.仅靠近花岗质岩脉的个别样品，KI值为0.26°，处于极低级变质作用阶段.

综合研究认为吉白地2井林西组热演化程度高，整体处于高熟—过成熟热演化阶段，处于成岩作用阶段，个别处于极低级的变质作用阶段.

表3 吉白地2井林西组烃源岩伊利石结晶度数据表Table 3 Illite crystallinity data of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

3 生烃潜力分析

从吉白地2井上二叠统林西组有机地球化学综合柱状图（图4）可知，林西组烃源岩较发育，主要为暗色泥岩，部分为板岩.由于吉白地2井未打穿林西组地层，且地层受多期岩体侵入较为严重，据此推测实际暗色泥岩沉积厚度可能更大.

吉白地2井部分烃源岩有机质丰度较高，整体属于中等烃源岩的范畴，具备一定的生烃物质基础.有机质类型以Ⅱ型干酪根为主，部分为Ⅲ型干酪根.统计北美各页岩气盆地结果显示，烃源岩干酪根类型以Ⅰ型、Ⅱ型为主，仅部分地区为Ⅲ型.腐殖型和腐泥型的泥页岩中均可发育页岩气藏，不同干酪根类型的泥页岩在一定的条件下都可生成大量的页岩气［20］.松辽盆地西部斜坡区的林西组烃源岩与北美地区的泥页岩具有一定相似性.岩浆热液活动对烃源岩成熟度有一定影响，其携带的高热流可以提高古地温，后期侵入岩体的烘烤作用导致烃源岩成熟度有所增高，整体处于高成熟—过成熟热演化阶段，具备生气的条件.同时泥页岩热演化程度高，有利于次生孔隙的大量发育，为游离气的赋存提供大量空间.

含气量是页岩气资源潜力评价和有利区带优选的重要指标.楼任兴等［21］对松辽盆地外围索伦－林西地区上二叠统林西组泥页岩进行等温吸附测试，其含气量为1.22～1.91 cm3/g，相较于北美Michigan盆地Antrim页岩的含气量1.13～2.83 cm3/g以及Illinois盆地New Albany页岩的含气量1.13～2.26 cm3/g［22］，具有一定的可比性.说明松辽盆地及外围地区林西组泥页岩具有较好的生烃潜力，有利于页岩气的生成进而聚集成藏.

综上分析，整体来看松辽盆地西部斜坡区上二叠统林西组烃源岩不仅有机质丰度较高、干酪根类型有利，且成熟度较高，具备一定的生烃潜力，且以生气为主，具有一定的页岩气资源勘探前景.但该区岩浆活动较为强烈，制约了页岩气大面积、高丰度富集，因此，寻找远离构造－岩浆活动、变质作用较微弱的有利区，是未来松辽盆地及外围上古生界页岩气勘探的关键，有望实现页岩气调查与勘探突破.

4 结论

（1）松辽盆地西部斜坡区上二叠统林西组暗色泥岩发育，烃源岩层数较多，厚度较大，烃源岩有机质丰度为中等，有机质类型以Ⅱ型干酪根为主，部分为Ⅲ型干酪根，有机质演化达到高成熟—过成熟阶段，整体处于成岩作用阶段.

（2）综合分析认为该区林西组烃源岩以生气为主，具有一定页岩气资源前景.但该区岩浆活动较为强烈，制约了页岩气大面积、高丰度富集.因此，寻找远离构造—岩浆活动、变质作用较微弱的有利区，是未来松辽盆地及外围上古生界页岩气勘探的关键，有望实现页岩气调查与勘探突破.