東濮凹陷古沉積環(huán)境及其對有機質(zhì)豐度的影響

鹿 坤，左銀輝，梅 冰，曹宏明，丁艷輝

(1.中原油田勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南濮陽 457001;2.中原油田采油一廠，河南濮陽 457001)

東濮凹陷是一個典型的含鹽盆地，整個盆地呈北北東向展布，南寬北窄。其東側(cè)隔蘭聊大斷裂與魯西隆起為鄰，西側(cè)以馬寨－石家集斷層為界與內(nèi)黃隆起相接，南至蘭考凸起，北到馬陵斷層，面積約5300km2(陳發(fā)亮等，2003)(圖1)。

東濮凹陷北部鹽巖發(fā)育，主要分布在沙三段，南部地區(qū)則無鹽(金強，1985;陳發(fā)亮等，2000)，二者古沉積環(huán)境差別巨大，而古沉積環(huán)境對有機質(zhì)豐度及油氣的分布影響巨大，前人對東濮凹陷烴源巖生烴潛力方面研究比較深入(武曉玲等，2000;吳小紅等，2005;李曉燕等，2009;張慶峰等，2007;朱炎銘等，2007;唐小云等，2006;岳炳順等，2005;王德仁等，2003)，但古沉積環(huán)境對有機質(zhì)豐度方面研究較少，制約了從根源研究烴源巖成烴機理。東濮凹陷沙河街組古沉積環(huán)境及其對烴源巖有機質(zhì)豐度的影響的研究可以為資源評價、成烴機理以及油氣的分布提供可靠的依據(jù)。

1 烴源巖古沉積環(huán)境分析

1.1 古鹽度

1.1.1 有機地化指標(biāo)

姥鮫烷對植烷的比值(Pr/Ph)已經(jīng)用于沉積環(huán)境的分析(鄭榮才等，1999;任擁軍等，2000;王冠民等，2005;汪凱明等，2009)。一般認(rèn)為，鹽湖相、咸水深湖相形成的烴源巖Pr/Ph為小于0.8，具明顯的植烷優(yōu)勢;淡水－微咸水深湖相烴源巖Pr/Ph一般在0.8～2.8;淡水湖相氧化－弱還原環(huán)境下形成的烴源巖Pr/Ph為2.8～4.0，具有明顯的姥鮫烷優(yōu)勢。

從東濮凹陷Pr/Ph頻率圖來看，東濮凹陷北部Pr/Ph呈低值，94.6%的Pr/Ph在小于0.8的范圍內(nèi)，反映為典型的咸水環(huán)境(圖2a)，而南部Pr/Ph大部分分布在0.8～2.8，為淡水－微咸水環(huán)境(圖2b)。

1.1.2 微量元素

(1)氯度(氯離子含量)

鹽度可用多種參數(shù)來表示(彭海艷等，2006;騰格爾等，2006)，其中氯離子含量又稱氯度(C1－‰)最常用，氯度定義為:在1kg水中，若將Br－和I－以Cl－代替，其所含的 Cl－、Br－、I－的總克數(shù)。其關(guān)系式為:

Cl－‰ =［Cl－］+［［Br－］/Br+［I－］/I］×Cl－

式中:［Cl－］、［Br－］、［I－］分別表示為氯離子、澳離子和碘離子的濃度，單位為g/kg(‰);Cl、Br、I為其原子量。

據(jù)研究，在大洋水中鹽度S‰與C1‰有如下關(guān)系:

S‰ =1.805Cl‰ +0.030(常簡化為:S‰ =1.80655 Cl‰)

盡管在不同的水體中它們兩者的關(guān)系式稍有不同，但由于水體中Br－和I－與Cl－相比含量很低，因而可近似地用Cl－含量代替氯度計算鹽度(李雙應(yīng)，1998)。

從東濮凹陷烴源巖氯根含量可以看出，沙三段沉積時期鹽巖在縱、橫向上的分布也存在著較大差異:北部沙三段沉積巖石中氯離子含量大部分在1000×10－6～3000×10－6之間(圖3中衛(wèi)23井)，屬典型的咸水沉積，而南部沉積巖中氯離子的含量一般小于1000×10－6(圖3中馬10井)，屬淡水－微咸水沉積環(huán)境。

圖3 東濮凹陷烴源巖氯根離子對比圖Fig.3 Comparison of chlorion from source rocks in the Dongpu depression

(2)Sr/Ba含量

Sr/Ba值隨鹽度升高而增大，一般來講，淡水沉積物中Sr/Ba值小于1，而海相沉積物中Sr/Ba值大于1，Sr/Ba值為1.0～0.6，為半咸水相。

從東濮凹陷北部Sr/Ba含量來看，數(shù)值均大于1，為咸水環(huán)境。從巖性來看，含膏泥巖、含鹽泥巖、膏質(zhì)泥巖和鹽巖夾泥巖等樣品的Sr含量較高，而且Sr/Ba比值也較大(圖4a)，而云質(zhì)泥巖、泥巖、深灰色頁巖和泥質(zhì)白云巖Sr含量較低，而且Sr/Ba比值也較小(圖4b)，這說明越靠近鹽巖區(qū)，古鹽度越高。

1.2 氧化還原性

(1)有機地化指標(biāo)

運用烴源巖Pr/n C17－Ph/n C18關(guān)系圖可以研究烴源巖的沉積環(huán)境(林玉祥等，2001;付順，2012;宋剛練，2012)。從東濮凹陷烴源巖Pr/n C17－Ph/n C18雙對數(shù)圖(圖5)上可以看出，東濮凹陷南部和北部沉積環(huán)境分帶明顯:南部為弱氧化－弱還原環(huán)境，北部為還原環(huán)境。

圖4 東濮凹陷不同巖性Sr/Ba頻率圖Fig.4 Frequency plots of Sr/Ba for different rocks from the Dongpu depression

(2)微量元素

通常情況下，V/Ni值的變化可指示巖石沉積時的氧化還原環(huán)境。一般V/Ni值大于1為還原環(huán)境，而小于1為氧化環(huán)境。通過東濮凹陷北部V/Ni數(shù)據(jù)來看，其值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1(圖6)，說明東濮北部烴源巖沉積時處于還原環(huán)境。

圖5 東濮凹陷烴源巖Pr/n C17－Ph/n C18關(guān)系圖Fig.5 Relation of Pr/n C17－Ph/n C18 for source rocks in the Dongpu depression

圖6 東濮北部V/Ni頻率圖Fig.6 Frequency plot of V/Ni in the north of the Dongpu depression

2 古鹽度與有機質(zhì)豐度的關(guān)系

從東濮凹陷北部文94井烴源巖氯根含量與有機碳含量對應(yīng)關(guān)系圖(圖7)上可以看出，烴源巖氯根的變化趨勢與有機碳含量的變化趨勢有非常好的對應(yīng)關(guān)系:氯根含量高值區(qū)，即古鹽度高值區(qū)，有機碳含量也隨之而高，說明古鹽度對有機質(zhì)豐度起控制作用，古鹽度越高，有機質(zhì)豐度越高。

圖7 文94井氯根含量與有機碳含量關(guān)系圖Fig.7 Relation of chlorineions content and organic carbon content for the well Wen 94

柴達(dá)木盆地是我國為數(shù)不多的發(fā)育有第三系咸水湖相生油層的含油氣沉積盆地之一，其鹽巖、膏鹽發(fā)育，鹽巖與有機質(zhì)豐度的關(guān)系，前人做了大量研究(彭德華，2004)。從烴源巖與氯根含量關(guān)系圖(圖8)上可以看出，隨氯離子的含量增高，TOC值呈逐漸增大的趨勢，當(dāng)氯離子濃度達(dá)到5500×10－6時，隨氯離子濃度進(jìn)一步增大，TOC值則逐漸降低?？梢姡雀窟_(dá)到5500×10－6左右時的鹽度對有機質(zhì)豐度是起抑制作用的。從東濮凹陷的氯根含量統(tǒng)計來看，東濮凹陷的氯離子濃度幾乎沒有大于5500×10－6的，所以東濮凹陷古鹽度與有機質(zhì)豐度所表現(xiàn)出來的關(guān)系皆是正相關(guān)，即:隨著古鹽度的增加，有機質(zhì)豐度是增加的。

3 鹽湖環(huán)境有機質(zhì)富集原因

造成鹽巖發(fā)育區(qū)有機質(zhì)優(yōu)越的原因，主要有兩個，一個是有機質(zhì)來源，一個是有機質(zhì)保存。

(1)有機質(zhì)來源

李任偉等(1987)提出用C/A和T/A(其中，C=∑n C24+;T=∑n C(21～25);A=∑n C(15～21))的方法判別生物來源，C/A和T/A的值以1為界線，比值越小，水生生物來源占的比重越大，反之，比值越大，高等植物來源占的比值越大。

圖8 柴達(dá)木盆地西部烴源巖與氯根含量關(guān)系圖(彭德華等，2004)Fig.8 Relation of source rock and chlorine ions content in the west of the Qaidam basin(after Peng et al.，2004)

從東濮北部前參2井鹽巖與有機質(zhì)來源關(guān)系來看，從4470～4600m為鹽巖發(fā)育段，可以看出，越靠近鹽巖發(fā)育區(qū)，水生生物來源占的比重越大(圖9)。另外，從飽和烴碳數(shù)分布來看，越靠近鹽巖發(fā)育區(qū)，碳數(shù)分布越是以前峰型為主，也說明鹽巖發(fā)育區(qū)以水生生物來源為主，這種來源的有機質(zhì)類型好、豐度高，為有機質(zhì)富集提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖9 東濮凹陷前參2井鹽巖與有機質(zhì)來源關(guān)系圖Fig.9 Relation of salt rock and organic matter source for the well Qiancan 2 in the Dongpu depression

(2)有機質(zhì)埋藏和保存

高鹽度水體一般具有分層現(xiàn)象，上面為稀釋層，中間為鹽躍層，下部為鹵水層(金強，1984)，且鹽巖發(fā)育區(qū)均分布在古水深大的地方，在這種環(huán)境下，鹵水層是一個閉塞強還原環(huán)境，上面生物死掉以后就落在底部，立即被保存起來，這是有機質(zhì)豐度高的一個主要原因。

4 結(jié)論

(1)東濮凹陷北部94.6%的Pr/Ph小于0.8，巖石中氯離子含量大部分在1000×10－6～3000×10－6之間，為典型的咸水環(huán)境;南部Pr/Ph主要分布在0.8～2.8之間，氯離子的含量一般小于1000×10－6，為淡水－微咸水環(huán)境。

(2)從東濮凹陷烴源巖Pr/n C17－Ph/n C18以及烴源巖中有機碳與無機碳相關(guān)關(guān)系可以看出，北部為典型的還原環(huán)境，南部為弱氧化－弱還原環(huán)境。

(3)東濮凹陷古鹽度對有機質(zhì)豐度起控制作用:古鹽度越高，有機質(zhì)豐度越高。

(4)造成東濮凹陷鹽巖發(fā)育區(qū)有機質(zhì)優(yōu)越的原因，主要有兩個，一是有機質(zhì)來源:鹽巖發(fā)育區(qū)以水生生物來源為主，這種來源的有機質(zhì)類型好、豐度高，為有機質(zhì)富集提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ);二是有機質(zhì)保存:高鹽度水體區(qū)是一個閉塞強還原環(huán)境，利于生物保存。

Chen Fa-liang，Chen Ye-quan，Wei Sheng-xiang.2003.The oil and gas accumulation in Salt Lake of Dongpu depression［J］.Journal of Salt Lake Research，11(4):33 －38(in Chinese with English abstract)

Chen Fa-liang，Jiang Zai-xing.2000.The study of sequence stratigraphy and the origin of halite of Shahejie Formation of lowerTertiary in Dongpu Depression［J］.Acta Sedimentologica Sinica，18(3):384 －388(in Chinese with English abstract)

Fu Shun.2012.Analysis of Mesozoic hydrocarbon source rocks in the Tuonamuzangbu area，Qiangtang Basin，Tibet［J］.Geology and Exploration，48(3):645 －653(in Chinese with English abstract)

Jin Qiang，Huang Xing-han.1985.The deepwater environment sedimentation model of salt of lower Tertiary in Dongpu Depression［J］.Journal of East China Petroleum Institute(NaturalScience Edition)，9(1):1－14(in Chinese)

Jin Qiang.1984.Study of formation of source rock and hydrocarbon-generation evolution in Lower Tertiary salt lake facies in Dongpu Depression［D］.Dongying:China University of Petroleum(East China):25－46(in Chinese)

Li Ren-wei，Lin Da-xing，Wang Zhi-zhen.1987.The characteristics of geochemistry and petroleum genesis in Dongpu Basin［R］.Beijing:Chinese Geology Academy of Sciences:81－101(in Chinese)

Li Shuang-ying.1998.Sedimentary environments of Lantian Formation in Lantian Basin in south of AnHui province［J］.Journal of HeFei University of Technology，21(5):64 － 70(in Chinese)

Li Xiao-yan，Jiang You-lu.2009.Characteristics and estimation of Es3 salty lacustrine facies source rocky in PuWei Sag，Dong Pu Depression［J］.Petroleum Geology And Recovery Efficiency，16(2):12 －16(in Chinese with English abstract)

Lin Yu-xiang，Yu Jia-sheng.2001.The oil system and its evolution in Kendong arch［J］.Geology and Prospecting，37(5):29 －33(in Chinese with English abstract)

Coleman M.L.，Curtis C.D，Lrwin H..1979.Burial rate:A key to basin oil potential［J］.World Oil，188(4):35 － 40

Peng De-hua.2004.Geochemical characteristics and mechanism of hydrocarbon-generating for source rocks from the tertiary salty lacustrine Facies in the west region of the Qaidam Basin［D］.Guangzhou:Chinese Academy of Sciences Guangzhou Institute of Geochemistry:30－45(in Chinese with English abstract)

Peng Hai-yan，Cheng Hong-de，Xiang Fang.2006.Application of trace elements analysis on sedimentary environment identification—an example from the permian Shangxi Formation in Eastern Ordos Basin［J］.Xinjiang Geology，24(2):202 －205(in Chinese with English abstract)

Ren Yong-jun，Song Quan-you.2000.Geochemical characteristics of the soluble organic matter in the lower crectaceous potential source rocks in Cuoqin Basin，QingZang Plateau［J］.Geology and Prospecting，36(4):64－77(in Chinese with English abstract)

Song Gang-lian.2012.Hydrocarbon accumulation characteristics in the Weixinan sag，Beibu Gulf basin［J］.Geology and Exploration，48(2):415－420(in Chinese with English abstract)

Tang Xiao-yun，Yang Shi-gang，Wu Nan.2006.Analyses on features of source rocks in shahejie formation of tertiary in wenliu area in Dongpu Depression［J］.Southern China Oil＆ Gas，19(4):54 －57(in Chinese)

Teng Ge-er，Liu Wen-hui，Xu Yong-chang.2006.Integrated geochemistry of high evolvement sea-facies carbonate:Taking the Ordos basin as an example［J］.Science in China:Series D，36(2):167 － 176(in Chinese with English abstract)

Wang De-ren，Zhou Kai-yi，Chang Jun-he，Li Xin-jun，Lu Hong-yu.2003.A number of problems to evaluation of coal and coal-bearing source rock in Dongpu sag［J］.Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in Daqing，22(6):11 －13(in Chinese with English abstract)

Wang Guan-min，Zhong Jian-hua，Jiang Zai-xing.2005.Possible transgressive channel in Paleogene deduced by lateral change of palaeosalinity in 1stMember of Shahejie Formation in Jiyang Depression［J］.Global Geology，24(3):243 －247(in Chinese with English abstract)

Wang Kai-ming，Luo Shun-she.2009.Geochemical characters of carbonates and indicative significance of sedimentary environment—an example from the Gaoyuzhuang Formation of the Changcheng System in the northernHebeiDepression［J］.Oil＆ Gas Geology，30(3):343 －349(in Chinese with English abstract)

Wu Xiao-hong，Lu Xin-hua.2005.The geochemistry character of hydrocarbon source rocks of Huqing oil field in Dongpu sag［J］.Offshore Oil，25(3):29 － 34(in Chinese with English abstract)

Wu Xiao-ling，Lu Fu-chang，Zhang Yun-xian，Tang Wen-zhong.2000.Geochemical characteristic study of oil gas and source rocks in Well Pushen8 in Dongpu depression［J］.Petroleum Exploration and Development，27(5):32 － 35(in Chinese with English abstract)

Yue Bing-shuan，Huang Hua，Chen Bin，Zhou Jiang-hong，Yu Ben-tao.2005.A method for logging source rock evaluation in Dongpu depression and its application［J］.Journal of Oil and Gas Technology，27(3):351－354(in Chinese with English abstract)

Zhang Qing-feng，Shen Zhong-min，Chen Yi-cai，Wang Wei.2007.The evaluation of hydrocarbon generating ability in Member 1 of Shahejie Formation of Dongpu sag，China［J］.Journal of Chengdu University of Technology(Science＆ Technology Edition)，34(1):69－72(in Chinese with English abstract)

Zheng Rong-cai，Liu Mei-qing.1999.Study on palaeosalinity on Chang 6 oil reservoir set in Ordos Basin［J］.Oil＆ Gas Geology，20(1):20 －25(in Chinese with English abstract)

Zhu Yan-ming，Wang Xiao-hui，Zhang Cong，Yuan Wei，Cai Chao，Chen Shang-bin.2007.Hydrocarbon-generation evolution of the Permo-Carboniferous coal measure in Dongpu Depression［J］.Acta Petrolei Sinica，28(6):27 －31(in Chinese with English abstract)

［附中文參考文獻(xiàn)］

陳發(fā)亮，陳業(yè)全，魏生祥.2003.東濮凹陷鹽湖盆地油氣富集規(guī)律研究［J］.鹽湖研究，11(4):33 －38

陳發(fā)亮，姜在興.2000.東濮凹陷下第三系沙河街組層序地層劃分及巖鹽成因探討［J］.沉積學(xué)報，18(3):384 －388

付 順.2012.西藏羌塘盆地托納木藏布中生界烴源巖分析［J］.地質(zhì)與勘探，48(3):645－653

金 強，黃醒漢.1985.東濮凹陷下第三系深水成鹽模式［J］.華東石油學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，9(1):1－14

金 強.1984.東濮凹陷下第三系鹽湖相生油巖形成及其成烴演化的研究［D］.東營:中國石油大學(xué)(華東):25－46

李任偉，林大興，王志珍.1987.東濮盆地的地球化學(xué)和石油形成的特征［R］.北京:中國科學(xué)院地質(zhì)研究所:81－101

李雙應(yīng).1998.皖南藍(lán)田盆地藍(lán)田組的沉積環(huán)境［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，21(5):64－70

李曉燕，蔣有錄.2009.東濮凹陷濮衛(wèi)洼陷沙三段鹽湖相烴源巖特征與評價［J］.油氣地質(zhì)與采收率，16(2):12－16

林玉祥，俞家聲.2001.墾東地區(qū)石油成藏系統(tǒng)及其演化［J］.地質(zhì)與勘探，37(5):29－33

彭德華.2004.柴達(dá)木盆地西部第三系咸化湖泊烴源巖地質(zhì)地球化學(xué)特征與生烴機理［D］.廣州:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所:30－45

彭海艷，陳洪德，向 芳.2006.微量元素分析在沉積環(huán)境識別中的應(yīng)用—以鄂爾多斯盆地東部二疊系山西組為例［J］.新疆地質(zhì)，24(2):202－205

任擁軍，宋全友.2000.青藏措勤盆地下白堊統(tǒng)烴源巖中可溶有機質(zhì)的地球化學(xué)特征［J］.地質(zhì)與勘探，36(4):64－77

宋剛練.2012.北部灣盆地潿西南凹陷油氣成藏特征研究［J］.地質(zhì)與勘探，48(2):415－420

唐小云，楊世剛，吳 楠.2006.東濮凹陷文留地區(qū)古近系沙河街組烴源巖特征分析［J］.南方油氣，19(4):54－57

騰格爾，劉文匯，徐永昌.2006.高演化海相碳酸鹽烴源巖地球化學(xué)綜合判識—以鄂爾多斯盆地為例［J］.地球科學(xué)，中國科學(xué)(D輯):36(2):167－176

汪凱明，羅順社.2009.碳酸鹽巖地球化學(xué)特征與沉積環(huán)境判別意義—以冀北坳陷長城系高于莊組為例［J］.石油與天然氣地質(zhì)，30(3):343－349

王德仁，周開義，?？『?，李新軍，呂紅玉.2003.東濮凹陷煤系烴源巖評價中的幾個問題［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，22(6):11－13

王冠民，鐘建華，姜在興.2005.從濟(jì)陽坳陷沙一段古鹽度的橫向變化看古近紀(jì)的海侵方向［J］.世界地質(zhì)，24(3):243－247

吳小紅，呂新華.2005.東濮凹陷胡慶油田烴源巖地球化學(xué)特征分析［J］.海洋石油，25(3):29 －34

武曉玲，盧福長，張云獻(xiàn)，唐文忠.2000.東濮凹陷濮深8井油氣與烴源巖地球化學(xué)特征［J］.石油勘探與開發(fā)，27(5):32－35

岳炳順，黃 華，陳 彬，周江鴻，于本濤.2005.東濮凹陷測井烴源巖評價方法及應(yīng)用［J］.石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報)，27(3):351－354

張慶峰，沈忠民，陳義才，汪 巍.2007.東濮凹陷沙一段烴源巖生烴能力評價［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，34(1):69－72

鄭榮才，柳梅青.1999.鄂爾多斯盆地長6油層組古鹽度研究［J］.石油與天然氣地質(zhì)，20(1):20－25

朱炎銘，王曉輝，張 聰，袁 偉，蔡 超，陳尚斌.2007.東濮凹陷石炭—二疊系煤系烴源巖的生烴演化［J］.石油學(xué)報，28(6):27－31