李永杰

（中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

南華北地區(qū)大地構造位置位于東秦嶺-大別山構造帶北緣，橫跨華北地塊、華北地塊南緣構造帶，同時緊鄰北秦嶺褶皺帶，為一在華北地臺基礎之上發(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)（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)[1]。依據(jù)中新生代地層的發(fā)育和分布狀況，南華北盆地從北向南劃分為6個一級構造單元：開封坳陷、太康隆起、周口坳陷、豫西隆起、徐蚌隆起和合肥坳陷。南華北盆地的油氣勘探由來已久，但一直未有大的突破[2]。但以往油氣勘探工作主要集中在周口坳陷、開封坳陷等坳陷區(qū)，以上古生界石炭系-二疊系為主要勘探層系的太康隆起區(qū)工作程度則很低，尤其是對太康隆起烴源巖條件的認識存在不同的多種觀點。周小進[5]認為有效烴源和油氣保存條件是尋找有效油氣藏的關鍵。林小云等[3]認為南華北地區(qū)二疊系煤系泥巖是主要的有效烴源巖，太原組的碳酸鹽巖對生烴也有一定貢獻，從層位上看，有機質豐度自下而上逐漸降低，有機質豐度較高的層位主要為太原組、山西組和下石盒子組。高建平等[4]以有機碳作為評價指標，認為太康隆起煤層為中等烴源巖，太原組泥巖屬中等-好級別烴源巖，山西組泥巖屬中等-差烴源巖。王榮新等[6]依據(jù)煤層有機碳含量標準認為太康隆起煤層為中等烴源巖，煤系暗色泥巖太康隆起為差烴源巖。吳偉等[7]認為石炭-二疊系烴源巖基本屬于差烴源巖和非烴源巖。由此可見對于太康隆起烴源巖存在多種不同的認識，本文在總結前人認識的基礎上，采用最新的高成熟煤系烴源巖評價標準，依據(jù)最新巖心有機地化分析數(shù)據(jù)，重新評價太康隆起烴源巖生烴潛力。

1 沉積特征

華北石炭-二疊系沉積演化可分為三個發(fā)展階段：陸表海沉積、三角洲沉積和陸相沉積，南華北盆地上古生界自下而上發(fā)育了中石炭統(tǒng)本溪組，上石炭統(tǒng)太原組，下二疊統(tǒng)山西組和下石盒子組，以及上二疊統(tǒng)的上石盒子組和石千峰組，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。太原組有一套陸表海碳酸鹽巖、濱岸碎屑巖和瀉湖鐵鋁質巖沉積，主要由泥巖、灰?guī)r、砂巖、粉砂巖及煤層組成。山西組為最主要含煤地層之一，為一套以三角洲沉積體系為主的潮坪、瀉湖、泥炭沼澤及三角洲沉積，主要由泥巖、粉砂巖、中細砂巖夾煤層組成。

2 有機質豐度與生烴潛力

烴源巖的有機質豐度及其生烴潛力是衡量烴源巖好壞的重要標志之一。烴源巖有機質豐度下限是指源巖生成的烴正好飽和巖石而沒有排出時源巖所對應的有機質豐度值，此值為劃分烴源巖和非烴源巖的重要參數(shù)。有機碳含量是評價烴源巖優(yōu)劣的重要參數(shù)之一，對于常規(guī)烴源巖是必需考慮的參數(shù)，然而對于煤系烴源巖來說，煤的有機碳含量和變質程度呈明顯的正相關，隨著煤變質程度的提高，有機碳含量逐漸增加，其生烴能力逐漸降低，這一點與常規(guī)烴源巖恰恰相反。同時煤是一種有機碳含量較高的烴源巖，利用煤的有機碳含量評價其生烴能力已無實際意義[8]。在煤的熱演化過程中，含氫支鏈斷裂形成烴類，隨著熱演化程度的增加，煤中氫含量逐漸降低，因此，煤系烴源巖中，影響其生烴能力的主要因素是氫含量而不是碳含量，制約煤的生烴能力的主要因素是氫含量，而不是碳含量[9]。因此，針對煤系烴源巖熱演化特點，在評價煤系烴源巖的生烴能力時，以煤中含氫量作為煤系烴源巖評價指標之一，生烴潛力隨熱演化程度增大而降低，因而熱演化程度對烴源巖生烴潛力的評價也是必須考慮的一個因素，本文采用董澤亮等[10]制定的高演化程度煤系烴源巖生烴潛力評價標準（見表1）。

表1 高演化階段煤系烴源巖生烴潛力評價分級標準

2.1 有機碳含量

本次研究測試的煤系泥巖包括4口井31個太原組，49個山西組樣品，太原組的煤系泥巖有機碳分布在0.17%～7.11%，其平均值為2.05%，19%的樣品有機碳含量大于3%，45%的樣品有機碳含量分布在1.5%～3.0%，23%的樣品有機碳含量分布在0.75%～1.5%，13%的樣品有機碳含量小于0.75%，這說明太原組大部分煤系泥巖樣品為較好-好烴源巖。山西組煤系泥巖有機碳分布在0.08%～3.25%，其平均值為1.18%，6%的樣品有機碳含量大于3%，31%的樣品有機碳含量分布在1.5%～3.0%，18%的樣品有機碳含量分布在0.75%～1.5%，45%的樣品有機碳含量小于0.75%，這說明山西組大部分煤系泥巖樣品為非-較差烴源巖（見圖1）。

2.2 生烴潛力（S1+S2）

4口井31個太原組煤系泥巖的S1+S2分布在0.01 mg/g～0.36 mg/g，平均值為 0.14 mg/g，29%的樣品的S1+S2分布大于0.2 mg/g，36%的樣品分布在0.1 mg/g～0.2 mg/g，19%的樣品分布在 0.05 mg/g～0.1 mg/g，16%的樣品小于0.05 mg/g，這說明太原組大部分煤系泥巖樣品為較好-好烴源巖。4口井49個山西組煤系泥巖的S1+S2分布在 0.01 mg/g～0.82 mg/g，平均值為 0.17 mg/g，22%的樣品的S1+S2分布大于0.2 mg/g，43%的樣品分布在0.1 mg/g～0.2 mg/g，10%的樣品分布在0.05 mg/g～0.1 mg/g，25%的樣品小于0.05 mg/g，這說明山西組大部分煤系泥巖樣品為較好-好烴源巖（見圖2）。

2.3 氫指數(shù)（IH）

4口井31個太原組煤系泥巖的IH分布在2.0 mg/g～14.4 mg/g，平均值為6.5 mg/g，13%的樣品的IH分布大于 10 mg/g，26%的樣品分布在 6 mg/g～10 mg/g，58%的樣品分布在2 mg/g～6 mg/g，3%的樣品小于2 mg/g，這說明太原組大部分煤系泥巖樣品為非-較差烴源巖。4口井49個山西組煤系泥巖的IH分布在2.0 mg/g～100.0 mg/g，平均值為15.8 mg/g，61%的樣品的IH分布大于10 mg/g，18%的樣品分布在 6 mg/g～10 mg/g，19%的樣品分布在2 mg/g～6 mg/g，2%的樣品小于2 mg/g，這說明山西組大部分煤系泥巖樣品為較好-好烴源巖（見圖3）。

圖1 煤系泥巖TOC分布頻率圖

圖2 煤系泥巖生烴潛量（S1+S2）分布頻率圖Ro/%

圖3 煤系泥巖氫指數(shù)（IH）分布頻率圖

圖4 Ro與深度關系圖

綜合山西組和太原組煤系泥巖的有機碳含量、生烴潛力、氫指數(shù)分布，得到的結論差別比較大，煤系烴源巖有機碳含量只能作為參考指標，生烴潛力與氫指數(shù)評價結論也存在一定的差異，分析原因可能為：太原組泥巖有機碳含量高于山西組，生烴潛量與山西組相當，但是山西組氫指數(shù)明顯高于太原組，這與張言貴等[11]收集的南華北盆地濟寧、徐州等煤田的低-成熟演化階段的煤系泥巖樣品的氫指數(shù)分布規(guī)律一致，山西組氫指數(shù)高于太原組，郝芳等[12]在分析南華北盆地倪丘集凹陷石炭二疊系含煤地層的有機質特征時認為山西組煤系地層，特別是煤層富含類脂組分，類脂組分含量大多高于10%，部分樣品高達50%以上，局部形成了殘植煤，導致山西組煤系泥巖氫指數(shù)高于太原組。綜合以上分析認為采用生烴潛力指標評價該區(qū)煤系泥巖較好，山西組和太原組煤系泥巖大部分為較好-好烴源巖。

由于煤層分析樣品較少，太原組3個樣品，山西組7個樣品，太原組煤層有機碳含量28%～55%，山西組煤層有機碳含量17%～89%，生烴潛力（S1+S2）太原組2.8 mg/g～6.33 mg/g，山西組 1.74 mg/g～8.97 mg/g，氫指數(shù)（IH）太原組 5.04 mg/g～22 mg/g，山西組 4.38 mg/g～45 mg/g，大部分煤層為較好-好烴源巖。

3 有機質類型

除有機質豐度外，烴源巖的好壞與有機質類型具有重要關系，不同類型的母質生烴的性質也不同。有機質類型是反應有機質質量好壞的重要指標，對于有機質類型的評價，應著眼于生成烴類的能力和有機質的富氫組分的含量，在干酪根中有效的氫枯竭之后，即使還含有剩余的碳，生烴作用也會停止。隨著烴類的生成，干酪根的H/C原子比逐漸降低，不同類型干酪根的H/C原子比與O/C原子比趨于接近，在高演化階段，已不能用H/C原子比和O/C原子比的Van Krevelen圖來區(qū)分有機質類型。而干酪根顯微組分組成和干酪根碳穩(wěn)定同位素值是區(qū)分母質類型的重要指標，而干酪根的碳穩(wěn)定同位素值隨演化程度基本上沒有太大的變化，因此成為揭示原始母質類型的極好指標。

通過干酪根鏡檢觀察，山西組和太原組泥巖干酪根顯微組分以鏡質組、惰質組為主（見表3），無殼質組、腐泥組，有機質類型為Ⅲ型，通過干酪根碳同位素分析，干酪根碳同位素介于-25.56‰～-20.57‰（見表2），按照戴金星碳同位素劃分有機質類型標準，均為Ⅲ型干酪根。

表2 干酪根碳同位素表

表3 山西-太原組煤系泥巖干酪根顯微組分

表3 山西-太原組煤系泥巖干酪根顯微組分（續(xù)表）

4 有機質成熟度

具有較高有機質豐度和好的類型烴源巖，在達到一定的熱演化程度才能開始大量生烴[13]。因此有機質成熟度也是評價烴源巖是否有效的一個重要指標。目前判斷有機質成熟度的方法有很多，例如：鏡質體反射率（Ro）、巖石熱解峰溫（Tmax）、奇偶優(yōu)勢指數(shù)（OEP）、干酪根紅外光譜、可溶有機質的演化、孢粉顏色指數(shù)（SCI）和熱變指數(shù)（TAI）以及生物標志化合物等。本次對3口井多個樣品的Ro測試分析結果表明（見圖4），山西組和太原組Ro為2.36%～3.8%，3口井的Ro值差距較大，上古生界不同地區(qū)的熱演化程度差別極大，空間上極不均一，但是均達到了高-過成熟演化階段，對于該地區(qū)熱演化程度的差異原因，前人做了較多的研究。

5 結論

南華北盆地石炭-二疊系太原組、山西組發(fā)育煤層、煤系泥巖烴源巖，太原組煤系泥巖有機碳含量高于山西組，但是山西組泥巖氫指數(shù)高于太原組，是由于山西組煤系泥巖干酪根類脂組分含量較高，依據(jù)生烴潛量（S1+S2）評價有機質豐度，生烴潛量較高，大部分達到較好-好烴源巖標準，有機質類型為Ⅲ型干酪根，熱演化程度高，達到了成熟-過成熟生產(chǎn)干氣階段。