潘建旭，王永建，李 飛，鄭貴強，韓 永

(華北科技學院安全工程學院，北京東燕郊 101601)

0 引言

在中國傳統(tǒng)油氣地質研究中，晚古生代地層作為東北油氣區(qū)中生代、新生代盆地海西期褶皺的“基底”，在很長一段時間內，都被認為由于存在區(qū)域變質作用，受到油氣勘探界的忽視。然而，近幾年區(qū)域油氣地質調查研究結果顯示，東北地區(qū)上古生界地層大部分仍未變質，而且發(fā)育有巨厚層的暗色泥頁巖(圖1)，具有較好的油氣勘探前景［1］，特別是上二疊統(tǒng)林西組發(fā)育的一套暗色泥巖，由于分布廣泛且厚度巨大受到普遍關注，被 認為是油氣勘探的新層系［2］。

圖1 松遼盆地周緣石炭－二疊紀地層分布略圖

上二疊統(tǒng)林西組主要為一套含暗色泥巖的濱淺湖－半深湖沉積，早期可能存在微咸水的海陸過渡相沉積［3－4］。1982年顧國寅等將官地剖面分為4個巖段，下部兩巖段為林西組，以黑色板巖為主，上部兩巖段劃歸陶海營子組，為黃綠、紫色巖層分別代表上部獨立沉積旋回。本次研究針對內蒙林西縣官地鎮(zhèn)大井村剖面林西組暗色泥巖，共采集279塊露頭暗色泥巖樣品進行烴源巖有機巖石學和有機地球化學實驗分析，進而對烴源巖及其生烴潛力做出初步評價。

1 有機巖石學特征

本次研究主要采用全巖分析方法進行有機巖石學研究，即應用煤巖學理論與方法，在不破壞烴源巖原生結構的前提下，利用反射光和熒光顯微鏡進行有機顯微組分的鑒定和定量。實驗結果顯示，林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組暗色泥巖顯微鏡下熒光特征不明顯，有機顯微組分中幾乎未見殼質組分，主要以鏡質組和惰質組分居多。樣品中各顯微組分特征差異不明顯，在油浸反射光下鏡質組和惰質組均呈亮白－灰白色，且均呈碎屑狀(圖2、圖3)，很難根據(jù)形態(tài)和顏色進一步識別具有明顯特征的亞組分。定量結果顯示，泥巖樣品有機顯微組分含量為 0.01% ～5.5%，平均0.53%，含量較低(圖4)。因此，根據(jù)有機巖石學研究結果表明，本區(qū)林西組暗色泥巖中有機顯微組分破壞嚴重，鏡下識別難度大，定量結果較低，顯示出較高的變質程度。

圖2 碎屑鏡質體上二疊統(tǒng)林西組油浸反射光500×

圖3 絲質體碎屑上二疊統(tǒng)林西組油浸反射光500×

圖4 林西組暗色泥巖有機顯微組分含量分布圖

2 有機地球化學特征

根據(jù)有機地球化學研究方法，對內蒙古林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組暗色泥巖進行有機碳含量(TOC)測定、氯仿瀝青“A”抽提、巖石熱解、干酪根鏡鑒、鏡質組反射率(Ro)測試等實驗，從泥巖樣品的有機質豐度、有機質類型和有機質成熟度三個方面進行特征研究。

2.1 有機質豐度

2.1.1 有機碳含量(TOC)

根據(jù)統(tǒng)計資料表明，我國中、新生代泥質生油巖有機碳含量的下限為0.4%，好生油巖在1%左右，高者達2% ～3%［5－8］。林西組暗色泥巖有機碳含量主要為0.05%～1.49%，平均0.61%，其中25.8%的泥巖樣品有機碳含量低于0.4%， 7.5%的樣品高于1.0%，還有高達66.7%的樣品有機碳含量在0.4%～1.0%之間(圖5)，根據(jù)有機碳含量測試結果，林西組暗色泥巖有機質豐度較高，大部分具有較好的生烴基礎，可以認為其屬于較好的烴源巖。

圖5 林西組暗色泥巖有機碳含量分布圖

2.1.2 氯仿瀝青“A”

巖樣未被鹽酸處理前，用氯仿抽提出來的瀝青物質，由飽和烴、芳香烴、膠質、瀝青質組成。通常氯仿瀝青A值用被抽提出來的瀝青物質質量與巖樣質量之比表示。氯仿瀝青能比較準確的代表巖樣中溶于氯仿的瀝青物質含量。與酒精－苯瀝青相比，氯仿瀝青的烴類含量較高，在成分上更接近石油。因此，在有機物質相同的情況下，氯仿瀝青的含量愈高，說明有機物質向石油轉化的程度愈高。在實際分析中，一般認為，氯仿瀝青“A”含量大于0.2%為極好烴源巖，0.1% ～0.2%之間為好烴源巖，0.015%以下為非烴源巖［9］。本次研究對林西組暗色泥巖樣品進行氯仿瀝青“A”抽提實驗，部分樣品中可抽提的有機質含量極低，抽提實驗無法得到有效數(shù)據(jù)。根據(jù)測試結果統(tǒng)計分析，林西組泥巖氯仿瀝青“A”含量為0.000345%～0.00859%，平均0.00158%。遠遠低于氯仿瀝青“A”生烴門限值0.015%，可見，由于本區(qū)林西組泥巖較高的變質程度，利用氯仿瀝青“A”分析有機質豐度存在問題。

2.1.3 生烴潛量(S1+S2)

通常情況下源巖的生烴潛量(S1+S2)大于6.0 mg/g為好烴源巖，2.0～6.0 mg/g為較好烴源巖，0.5～2.0 mg/g為較差烴源巖，小于0.5 mg/g為非烴源巖。利用巖石熱解實驗，得到林西組暗色泥巖生烴潛量(S1+S2)，數(shù)據(jù)結果為0.05～ 0.06 mg/g，平均0.05 mg/g，全部低于生烴潛量(S1+S2)門限值0.5 mg/g，同樣由于本區(qū)林西組泥巖較高的變質程度，利用生烴潛量(S1+S2)分析有機質豐度也已失去意義。

2.2 有機質類型

2.2.1 干酪根鏡鑒

本次研究對研究區(qū)暗色泥巖樣品進行干酪根樣品制備，并進行了干酪根鏡下鑒定實驗。結果顯示，多數(shù)樣品鏡下干酪根顯微組分全部為腐泥無定形組分(如圖6，圖7)。圖中有機顯微組分基本均為無定形組織，呈絮狀，熒光下不可見，透射光下主要是褐黑－黑色，顏色隨著熱演化作用的加強而變深。

類型指數(shù)TI是根據(jù)烴源巖有機顯微組分的百分比計算得來，其公式為TI=(Alg×100+MB ×50+E×50－V×75－I×100)/100;(注:Alg－藻類體含量，MB－礦物瀝青質體，E－殼質組含量，V－鏡質組含量，I－惰質組含量。)一般認為TI＞80為Ⅰ型，80－40為Ⅱ1型，40－0為Ⅱ2型，＜0為Ⅲ型［10］。

干酪根鏡檢結果顯示，類型指數(shù)(TI)為－32～28，且TI值＜0的樣品居多，因此，林西組泥巖有機質類型基本以Ⅲ型為主，有極少部分為Ⅱ2型存在。

圖6 Ⅲ型，腐泥無定形組，透射光，500×

2.2.2 巖石熱解氫指數(shù)(IH)

氫指數(shù)是進行干酪根類型劃分的常用指標，它是巖石熱解過程中產生的熱解烴與有機碳的比值即S2/TOC;一般的劃分標準為＞700為Ⅰ型，700～350為Ⅱ1型，350～150為Ⅱ2型，＜150為Ⅲ型。

圖7 Ⅱ2型，腐泥無定形組，透射光，500×

根據(jù)本次研究進行巖石熱解實驗得到各泥巖樣品氫指數(shù)(IH)值，氫指數(shù)最低值為4 mg/g，最高值為7 mg/g，平均值為6.5 mg/g。實驗所得氫指數(shù)值遠遠低于劃分標準下限值150 mg/g，可見由于泥巖樣品較高的變質程度，利用氫指數(shù)(IH)劃分有機質類型已失去其實際意義。

2.3 有機質成熟度

2.3.1 鏡質組反射率(Ro)

對于烴源巖的生烴特性，一般認為鏡質組反射率Ro＜0.5%為未成熟帶;0.5%＜Ro＜1.3%為石油主要生成帶;1.3%＜Ro＜2.0%主要是濕氣和凝析氣帶;Ro＞2.0%屬已過成熟階段的干氣帶。

由于大量泥巖樣品有機顯微組分中鏡質組呈現(xiàn)雜亂的碎屑狀，不能成為檢測鏡質體反射率的有效樣品(根據(jù)實驗要求塊狀鏡質體＞5μm2)。最終可以進行鏡質體反射率有效測試的樣品一共只有131個。鏡質組反射率(Ro)測試結果最低1.04%，最高 3.07%，平均 1.63%。其中，15.60%的樣品處于低成熟階段，63.60%的樣品處于高成熟階段，另有21.80%的樣品處于過成熟階段(圖8)。

2.3.2 熱解最高峰溫(Tmax)值

在巖石熱解實驗中，Tmax值指干酪根最大熱解烴量時的峰頂溫度，反映干酪根的成熟度。其溫度的高低反映成熟度的演化階段，Tmax值低于435℃表示未成熟階段，Tmax值在區(qū)間435℃ ～455℃代表成熟階段，在區(qū)間455℃ ～500℃表示高成熟階段，高于500℃表示過成熟階段［11］。

圖8 林西組暗色泥巖鏡質體反射率分布圖

林西組泥巖熱解最高峰溫為490℃ ～529℃，平均507℃，其中，3%的樣品處于低成熟階段，51.5%的樣品處于高成熟階段，45.5%的樣品處于過成熟階段(圖9)。

圖9 林西組暗色泥巖熱解最高峰值(Tmax)分布直方圖

根據(jù)鏡質體反射率及巖石熱解Tmax值測試結果，林西組泥巖有機質演化程度總體較高，大部分烴源巖樣品都已經進入高成熟甚至過成熟的演化階段?？梢钥闯?，應用有機地球化學方法進行有機質成熟度實驗所得結果與應用有機巖石學顯微鏡下觀察鑒定認識一致，充分證明了泥巖樣品具有較高的變質程度。

3 結論

1)根據(jù)有機巖石學研究結果，林西組暗色泥巖有機顯微組分幾乎未見殼質組分，主要以鏡質組和惰質組分居多，各組分識別程度較低，特征差異不明顯，無法進一步區(qū)分顯微亞組分，定量統(tǒng)計結果顯示有機顯微組分含量低，各項結果表明泥巖變質程度較高。

2)鑒于林西組泥巖變質程度較高，以及有機地球化學實驗結果，應用氯仿瀝青“A”和生烴潛量(S1+S2)在此衡量有機質豐度已失去意義，因此，根據(jù)有機碳含量分布特點，可認為林西組泥巖有機質豐度較高，作為烴源巖質量較好。

3)同時，利用氫指數(shù)(IH)劃分較高變質程度的林西組泥巖機質類型同樣存在問題。因此，依據(jù)類型指數(shù)劃分，林西組泥巖主要為Ⅲ型有機質，少量屬于Ⅱ2型。

4)根據(jù)鏡質體反射率(Ro)測定結果，結合巖石熱解最高峰溫(Tmax)值判斷，林西組泥巖已處于高成熟－過成熟的演化階段。

5)綜合有機巖石學以及有機地球化學實驗分析，內蒙古林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組泥巖應屬于較好烴源巖，具有較強的生烴能力，但由于其有機質類型較差，變質程度較高，初步認為其具有較大的的生烴潛力，且生烴應以生氣為主。

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