南華北地區(qū)二疊系烴源巖生烴潛力評價(jià)

林小云，蔣 偉，陳倩嵐 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （長江大學(xué)） 長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

南華北地區(qū)二疊系烴源巖生烴潛力評價(jià)

林小云，蔣 偉，陳倩嵐 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （長江大學(xué)） 長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

南華北地區(qū)二疊系各類烴源巖地化特征表明，烴源巖主要發(fā)育于太原組、山西組和下石盒子組，其中煤系泥巖為主要的有效烴源巖，生烴潛力較好。從不同構(gòu)造單元烴源巖熱演化分析，襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷演化程度適中，且存在二次生烴，生烴潛力較好。結(jié)合動靜態(tài)烴源巖特征，認(rèn)為南華北地區(qū)二疊系烴源巖生烴潛力較好的為主要分布在譚莊－沈丘凹陷的太原組、山西組和下石盒子組；倪丘集凹陷的山西組合下石盒子組；襄城凹陷的太原組、山西組和下石盒子組。

南華北地區(qū)；二疊系；烴源巖；生烴潛力評價(jià)

南華北地區(qū)大地構(gòu)造位置位于東秦嶺－大別山構(gòu)造帶北緣，橫跨華北地塊、華北地塊南緣構(gòu)造帶，同時(shí)緊鄰北秦嶺褶皺帶，為一在華北地臺基礎(chǔ)之上發(fā)育起來的中、新生代疊合盆地。南以欒川－確山－固始－肥中斷裂與秦嶺－大別造山帶相鄰，東以郯廬斷裂與下?lián)P子區(qū) （揚(yáng)子板塊）接鄰，北以焦作－商丘斷裂與北華北盆地分界，西接豫西隆起區(qū)。構(gòu)造線走向主要為NW－NWW向，并被NE－NNE向構(gòu)造線所切，與渤海灣盆地以NE－NNE向?yàn)橹鞯臉?gòu)造有明顯差別［1］。主要包括開封坳陷、太康－宿縣隆起、周口－泗縣坳陷、徐蚌隆起和信陽－合肥坳陷5個Ⅱ級構(gòu)造單元［2］。

1 二疊系烴源巖分布及特征

南華北地區(qū)諸多盆地是不同構(gòu)造階段，多種構(gòu)造動力體系聯(lián)合與復(fù)合作用的最終產(chǎn)物。這種聯(lián)合與復(fù)合作用控制著該區(qū)沉積盆地的形成演化，也控制著該區(qū)烴源巖的分布及其變遷。南華北地區(qū)在震旦紀(jì)～三疊紀(jì)為統(tǒng)一克拉通盆地形成的巨型構(gòu)造演化階段［3］。在克拉通坳陷發(fā)育過程中，南華北盆地二疊系自下而上發(fā)育了下二疊統(tǒng)的太原組，中二疊統(tǒng)的山西組和下石盒子組，以及上二疊統(tǒng)的上石盒子組等4套烴源巖。為一套海陸交互的砂巖、泥巖、碳酸鹽巖與煤層間互的地層，巖性多樣。平面上地層主要分布在太康隆起、鹿邑凹陷、譚莊－沈丘凹陷和襄城凹陷。由于后期抬升剝蝕，研究區(qū)南部基本沒有二疊系分布，僅淮南和淮北地區(qū)有零星分布。盡管二疊系烴源巖具有多種巖性，但以煤系泥巖為主要的有效烴源巖，其次為碳質(zhì)泥巖，煤貢獻(xiàn)不大［4］。此外，太原組的碳酸鹽巖也具有一定貢獻(xiàn)。有機(jī)質(zhì)豐度自下而上逐漸降低，有機(jī)質(zhì)豐度較高的層位主要為太原組、山西組和下石盒子組。平面上，煤系泥巖的厚度中心主要分布在研究區(qū)北部的鹿邑凹陷和太康隆起，其次為譚莊－沈丘凹陷、倪丘集凹陷以及襄城凹陷。烴源巖母質(zhì)類型以Ⅲ型 （腐殖型）為主，也有少量Ⅱ2型 （腐泥腐殖型）。南華北地區(qū)二疊系烴源巖整體上都達(dá)到了成熟階段，其中下二疊統(tǒng)有機(jī)質(zhì)都處于成熟－過成熟階段，二疊系中上統(tǒng)處于低成熟－成熟階段。太原組、山西組和下石河子組的煤系泥巖屬于具有較高生烴潛力的烴源巖［4，5］。

2 二疊系烴源巖生烴演化分析

由于不同的沉降史，在南華北地區(qū)不同的構(gòu)造單元中，同一套烴源巖熱演化進(jìn)程有所不同［6，7］。從早二疊世開始，太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起連續(xù)沉積了二疊系與巨厚的三疊系，二疊系烴源巖迅速埋深，地層溫度升高，烴源巖在中晚三疊世開始生油并達(dá)到生油高峰期。后期隨著埋深加大烴源巖繼續(xù)演化，迅速進(jìn)入高成熟－過成熟階段。三疊紀(jì)末期開始的印支－燕山運(yùn)動造成地層連續(xù)抬升剝蝕，地層溫度降低，烴源巖停止演化，處于過成熟階段。新近紀(jì)到第四紀(jì)再次接受沉積，但是后期埋深不大，烴源巖熱演化程度不再增加，保持燕山運(yùn)動末期的成熟度水平。由于演化程度較高，太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起生烴潛力不大 （圖1）。

圖1 太康隆起烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟史

由于襄城凹陷不是三疊系沉降中心，三疊系厚度不大，二疊系烴源巖經(jīng)過一定的埋深開始成熟，但演化程度不及太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起。從晚三疊世開始的印支運(yùn)動和燕山運(yùn)動導(dǎo)致地層抬升剝蝕，地層溫度降低，二疊系烴源巖停止演化。古近系的沉積使二疊系烴源巖再次埋深，地層溫度升高，烴源巖繼續(xù)演化，成熟度增高，開始二次生烴。新近系和第四系沉積使烴源巖繼續(xù)演化，但是變化緩慢，現(xiàn)今處于成熟早期，生烴潛力較大 （圖2）。

圖2 襄城凹陷有機(jī)質(zhì)成熟史

中二疊世，譚莊－沈丘凹陷二疊系烴源巖第一次達(dá)到最大埋深，烴源巖進(jìn)入成熟早期，印支運(yùn)動使地層抬升剝蝕，地溫降低，熱演化停滯；早白堊世開始又接受沉積，燕山運(yùn)動還導(dǎo)致基底熱流值升高，部分地區(qū)烴源巖進(jìn)入生油高峰期；晚白堊世開始地層再次抬升遭受剝蝕，生烴緩慢，但是古近系的沉積使二疊系烴源巖第三次埋深，有些地區(qū)埋深和地溫較大使烴源巖熱演化程度進(jìn)一步加大；現(xiàn)今基本處于成熟早期階段，生烴潛力較大，倪丘集凹陷與之類似 （圖3）。

圖3 譚莊－沈丘凹陷烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟史

3 二疊系烴源巖生烴潛力評價(jià)

南華北地區(qū)二疊系烴源巖中以太原組、山西組和下石盒子組的有機(jī)質(zhì)條件較好，結(jié)合不同構(gòu)造單元烴源巖演化過程，分析南華北地區(qū)二疊系3套主力烴源巖層的有利生烴區(qū)和潛力生烴區(qū)的分布特征，研究南華北地區(qū)二疊系有利生烴區(qū)的展布。

3.1 太原組生烴區(qū)評價(jià)

下二疊統(tǒng)太原組主要生烴區(qū)大致分布在潮上帶和潮中帶，但由于剝蝕線控制，潮上帶現(xiàn)今基本沒有殘余地層，因此，分布區(qū)大部分位于潮中帶，沿近NW－SE延伸。太康隆起和鹿邑凹陷有機(jī)碳最高達(dá)到3.0%以上，襄城凹陷烴源巖有機(jī)碳最高達(dá)到1.5%以上，譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷西部有機(jī)碳均基本都在2.0%以上，具有較好的生烴潛力。以上區(qū)域的有效烴源巖厚度大部分大于60m，厚度適中。但根據(jù)烴源巖演化分析，太康隆起和鹿邑凹陷烴源巖演化程度過高，生烴潛力等級降低；襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷西部烴源巖演化程度較低，達(dá)到成熟階段，且在譚莊－沈丘凹陷和襄城凹陷存在二次生烴，使得這些區(qū)域的生烴潛力等級提高。因此，太原組烴源巖有利生烴區(qū)主要分布在襄城凹陷和譚莊－沈丘凹，潛在生烴區(qū)主要分布在太康隆起、鹿邑凹陷和倪丘集凹陷西部 （圖4（a））。

3.2 山西組生烴區(qū)評價(jià)

中二疊統(tǒng)山西組主要生烴區(qū)在三角洲平原、三角洲前緣和瀉湖相帶內(nèi)均可能有分布，但由于剝蝕線控制，大部分位于三角洲內(nèi)，分布區(qū)沿近NW－SE延伸。太康隆起、鹿邑凹陷、襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷的西部大部地區(qū)有機(jī)碳值在1.5%～2.0%之間，均具有較好的生烴潛力。但有效烴源巖厚度僅太康隆起和鹿邑凹陷大于60m，厚度適中；襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷的西部有效烴源巖厚度在30～60m，厚度較小。而鹿邑凹陷、太康隆起烴源巖演化程度過高，造成其生烴潛力等級降低；襄城凹陷、倪丘集凹陷和譚莊－沈丘凹陷的烴源巖演化程度則較低，且存在二次生烴，使得上述區(qū)域的生烴潛力等級提高。因此，雖然襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷厚度較小，但生烴的關(guān)鍵時(shí)刻已經(jīng)達(dá)到成熟階段，且經(jīng)歷了二次生烴或延緩生烴，故認(rèn)為該區(qū)域?yàn)樯轿鹘M烴源巖有利生烴區(qū)，而太康隆起和鹿邑凹陷雖然厚度適中，但由于演化程度高，其生烴潛力較低，為潛在生烴區(qū) （圖4（b））。

3.3 下石盒子組生烴區(qū)評價(jià)

中二疊統(tǒng)下石盒子組主要生烴區(qū)分布特征與山西組大體一致。研究區(qū)內(nèi)太康隆起的西北部、襄城凹陷、倪丘集凹陷和譚莊－沈丘凹陷大部地區(qū)有機(jī)碳值＞1.5%，具有較好的生烴潛力，有效烴源巖厚度均大于50m，厚度適中，在太康隆起的中部和南部以及鹿邑凹陷厚度較大，超過150m，但烴源巖有機(jī)碳介于1.0%～1.5%之間，豐度較低，具有一定的生烴潛力。以上區(qū)域中，太康隆起和鹿邑凹陷烴源巖演化程度過高，達(dá)到高成熟－過成熟階段，生烴潛力等級降低；襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷西部屬于成熟階段，烴源巖演化程度較低，且存在二次生烴，使得該區(qū)域的生烴潛力等級提高。下石盒子組烴源巖有利生烴區(qū)主要分布在襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷。而太康隆起和鹿邑凹陷機(jī)碳值較低，雖然有一定厚度，但演化程度過高，生烴潛力較低，屬于潛在生烴區(qū) （圖4（c））。

圖4 南華北地區(qū)二疊系有利生烴區(qū)分布圖

南華北地區(qū)二疊系有利生烴區(qū)域主要集中在襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷，以譚莊－沈丘凹陷最優(yōu)，其次為襄城凹陷和倪丘集凹陷。其烴源巖層主要為下石盒子組、山西組和太原組。其中譚莊－沈丘凹陷以太原組和山西組最優(yōu)，其次為下石盒子組；倪丘集凹陷則以山西組為主，其次為下石盒子組；襄城凹陷以太原、山西組和下石盒子組為主。區(qū)域內(nèi)主要烴源巖層有機(jī)碳值大部分均達(dá)到1.5%以上，厚度在60m以上，在關(guān)鍵時(shí)刻烴源巖大部分處在成熟階段，且3套主要烴源巖均存在二次生烴，可判斷其為南華北二疊系有利生烴區(qū)塊 （圖4）。

4 結(jié) 論

1）南華北地區(qū)自下而上發(fā)育了太原組、山西組、下石盒子組和上石盒子組等4套烴源巖，主要分布在研究區(qū)北部。盡管烴源巖具有多種巖性，但以煤系泥巖為主要的有效烴源巖，其次為碳質(zhì)泥巖，煤貢獻(xiàn)不大，另外，太原組的碳酸鹽巖也是有效的烴源巖。

2）有機(jī)質(zhì)豐度自下而上逐漸降低，平面上，煤系泥巖的厚度中心主要分布在研究區(qū)北部的鹿邑凹陷和太康隆起，其次為譚莊－沈丘凹陷、倪丘集凹陷以及襄城凹陷。烴源巖母質(zhì)類型以Ⅲ型 （腐殖型）為主，也有少量Ⅱ2型 （腐泥腐殖型）。

3）二疊系烴源巖生烴演化特征顯示，太康隆起、鹿邑凹陷和豫西隆起在中晚三疊世開始生烴并達(dá)到高峰；襄城凹陷二疊系烴源巖中晚三疊世初次生烴，古近紀(jì)出現(xiàn)二次生烴；譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷在中晚三疊世進(jìn)入生烴期，早白堊世中晚期出現(xiàn)二次生烴。其中，襄城凹陷、譚莊－沈丘凹陷和倪丘集凹陷演化程度適中，且存在二次生烴，生烴潛力較好。

4）通過對南華北地區(qū)二疊系烴源巖分布及特征，以及演化過程的分析，認(rèn)為生烴潛力較好的為譚莊－沈丘凹陷以太原組和山西組，以及下石盒子組；倪丘集凹陷的山西組，以及下石盒子組；襄城凹陷的太原、山西組和下石盒子組。

［1］徐漢林，趙宗舉，呂福亮，等.南華北地區(qū)的構(gòu)造演化與含油氣性 ［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2004，28（4）：450～463.

［2］余和中，呂福亮.華北板塊南緣原型沉積盆地類型與構(gòu)造演化 ［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2005，27（2）：111～117.

［3］夏新宇，戴金星.碳酸鹽巖生烴指標(biāo)及生烴量評價(jià)的新認(rèn)識 ［J］.石油學(xué)報(bào)，2000，21（4）：36～41.

［4］張世煥，王志勇，張朝富，等.吐哈盆地煤系烴源巖特征與油氣分布關(guān)系初探 ［J］.新疆石油地質(zhì)，1996，17（1）：29～33.

［5］石昕，王緒龍，張霞，等.準(zhǔn)噶爾盆地石炭系烴源巖分布及地球化學(xué)特征 ［J］.中國石油勘探，2005，（1）：34～40.

［6］騰格爾，高長林，胡凱，等.上揚(yáng)子北緣下組合優(yōu)質(zhì)烴源巖分布及生烴潛力評價(jià) ［J］.天然氣地球科學(xué)，2007，18（2）：254～259.

［7］邱楠生.沉積盆地?zé)釟v史恢復(fù)方法及其在油氣勘探中的應(yīng)用 ［J］.海相油氣地質(zhì)，2005，10（2）：45～51.

Hydrocarbon Generation Potential Evaluation of Permian Source Rocks in the South of North China

LIN Xiao－yun，JIANG Wei，CHEN Qian－lan（Author's Address：Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources（Yangtze University），Ministry of Education；College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Geochemistry characteristics of Permian source rocks indicated that the source rocks were mainly developed in Taiyuan Formation，Shanxi Formation and Xiashihezi Formation，where coal measures mudstone was the main effective source rock with good hydrocarbon generating potential.Thermal evolution analysis of the source rocks in different structural units indicate that Xiangcheng Depression，Tanzhuang－Shenqiu Depression and Niqiuji Depression were in a moderate evolution level with secondary hydrocarbon generation and good hydrocarbon generating potential ability.Based on the characteristics of dynamic and static source rock analyses，it is considered that the preferable Permian source rocks are mainly distributed in Taiyuan Formation，Shanxi Formation and Xiashihezi Formation of Tanzhuang－Shenqiu Depression；Shanxi Formation and Xiashihezi Formation of Niqiuji Depression；Taiyuan Formation，Shanxi Formation and Xiashihezi Formation of Xiangcheng Depression.

the South of north China；Permian；source rock；hydrocarbon generating potential evaluation

TE122.1

A

1000－9752（2011）06－0001－05

2011－01－18

“全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價(jià)”專項(xiàng) （XQ－2007－02－3－3）。

林小云 （1965－），女，1987年大學(xué)畢業(yè)，博士，教授，現(xiàn)主要從事油氣成藏地質(zhì)與資源評價(jià)方面的科研和教學(xué)工作。

［編輯］ 宋換新