上古生界烃源岩有机质丰度及其生烃潜力 有机质丰度及生烃潜力分级评价标准
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\u7eed\u8868
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\u6839\u636e\u534e\u5317\u5730\u533a\u4e0a\u53e4\u751f\u754c\u7164\u7cfb\uff0c\u4e0b\u53e4\u751f\u754c\u78b3\u9178\u76d0\u5ca9\u4e24\u5957\u70c3\u6e90\u5ca9\u70ed\u53d8\u7a0b\u5ea6\u3001\u6709\u673a\u8d28\u4e30\u5ea6\u3001\u751f\u70c3\u6f5c\u529b\u5206\u5e03\u7684\u4e00\u822c\u7279\u5f81\uff0c\u53c2\u7167\u56fd\u5185\u5176\u4ed6\u76c6\u5730\u7814\u7a76\u6210\u679c\uff0c\u786e\u5b9a\u4e86\u672c\u533a\u70c3\u6e90\u5ca9\u6709\u673a\u8d28\u4e30\u5ea6\u53ca\u5176\u751f\u70c3\u6f5c\u529b\u5206\u7ea7\u8bc4\u4ef7\u6807\u51c6\uff08\u88683-2-4\uff5e\u88683-2-6\uff09\uff0c\u4e3b\u8981\u67093\u4e2a\u7279\u70b9\uff1a
\uff081\uff09\u7164\u7cfb\u70c3\u6e90\u5ca9\u4e2d\u6697\u8272\u6ce5\u5ca9\u6709\u673a\u78b3\u542b\u91cf\u666e\u904d\u6bd4\u8f83\u9ad8\uff1b\u5bf9\u5176\u5206\u7ea7\u8bc4\u4ef7\u6807\u51c6\u8f83\u4e00\u822c\u6e56\u76f8\u6ce5\u5ca9\uff08\u88683-2-5\uff09\u6709\u673a\u78b3\u542b\u91cf\u63d0\u9ad8\u4e8650%\uff5e100%\u3002\u78b3\u9178\u76d0\u5ca9\u70ed\u53d8\u7a0b\u5ea6\u9ad8\uff0c\u5e76\u5177\u6709\u7279\u6b8a\u7684\u751f\u70c3\u673a\u7406\uff0c\u603b\u70c3\u542b\u91cf\u666e\u904d\u504f\u4f4e\uff1b\u5bf9\u5176\u5206\u7ea7\u8bc4\u4ef7\u6807\u51c6\u8f83\u4e00\u822c\u6e56\u76f8\u6ce5\u5ca9\u964d\u4f4e\u4e8640%\uff5e70%\u3002
\uff082\uff09\u7164\u7684\u751f\u70c3\u6f5c\u529b\u5e76\u4e0d\u5b8c\u5168\u53d6\u51b3\u4e8e\u7164\u7684\u6709\u673a\u78b3\u542b\u91cf\uff0c\u800c\u4e0e\u5bcc\u6c22\u7ec4\u5206\uff0c\u5982\u58f3\u8d28\u7ec4\u3001\u8150\u6ce5\u7ec4\u3001\u5bcc\u6c22\u955c\u8d28\u7ec4\u7684\u542b\u91cf\u6709\u5173\u3002\u56e0\u800c\u672c\u5206\u7ea7\u6807\u51c6\u4e2d\uff0c\u589e\u52a0\u4e86\u7164\u7684\u5bcc\u6c22\u663e\u5fae\u7ec4\u5206\uff08E+S\uff09\u76f8\u5bf9\u767e\u5206\u542b\u91cf\u4e00\u9879\u6307\u6807\u3002
\u88683-2-4 \u534e\u5317\u5730\u533a\u53e4\u751f\u754c\u70c3\u6e90\u5ca9\u8bc4\u4ef7\u6807\u51c6
\u88683-2-5 \u6211\u56fd\u9646\u76f8\u751f\u6cb9\u5ca9\u6709\u673a\u8d28\u4e30\u5ea6\u8bc4\u4ef7\u6807\u51c6
\u88683-2-6 \u78b3\u9178\u76d0\u5ca9\u6709\u673a\u8d28\u4e30\u5ea6\uff08\u6709\u673a\u78b3\uff09\u8bc4\u4ef7\u6807\u51c6
\uff083\uff09\u672c\u533a\u4e0b\u53e4\u751f\u754c\u78b3\u9178\u76d0\u5ca9\u5728\u4e3b\u751f\u70c3\u533a\u591a\u5904\u4e8e\u8fc7\u6210\u719f\u9636\u6bb5\uff0c\u5bf9\u5176\u5206\u7ea7\u8bc4\u4ef7\u65f6\u91c7\u7528\u6062\u590d\u540e\u7684\u539f\u59cb\u6709\u673a\u78b3\u3001\u539f\u59cb\u751f\u70c3\u6f5c\u529b\u6570\u503c\u3002\u6062\u590d\u65b9\u6cd5\uff08\u7a0b\u514b\u660e\uff0c\u5218\u5b9d\u6cc9\u7b49\uff0c1996\uff09\u5982\u4e0b\uff1a
\u534e\u5317\u53e4\u751f\u754c\u77f3\u6cb9\u5730\u8d28
C\u539f\u2014\u2014\u539f\u59cb\u6709\u673a\u78b3\uff08%\uff09\uff1b
C\u6b8b\u2014\u2014\u6b8b\u4f59\u6709\u673a\u78b3\uff08%\uff09\uff1b
Kc\u2014\u2014\u6709\u673a\u78b3\u6062\u590d\u7cfb\u6570\u3002
\u534e\u5317\u53e4\u751f\u754c\u77f3\u6cb9\u5730\u8d28
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\uff08S1+S2\uff09\u6b8b\u2014\u2014\u6b8b\u4f59\u751f\u70c3\u6f5c\u529b\uff08kg\u00b7HC/t\uff09\uff1b
Ks\u2014\u2014\u751f\u70c3\u6f5c\u529b\u6062\u590d\u7cfb\u6570\u3002
\u6839\u636e\u7269\u8d28\u5e73\u8861\u539f\u7406\uff1a
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\u56fe3-2-2 \u5404\u7c7b\u6e90\u5ca9\u539f\u59cb\u70c3\u964d\u89e3\u7387\u7684\u53d8\u5316\u5173\u7cfb\u56fe
对华北地区不同区块，不同类型共计1887块烃源岩样品的统计表明，上古生界烃源岩有机质丰度具有典型的煤系烃源岩的分布特点。具体表现为：
1.有机碳含量高，含量分布范围大
如（图3-2-3）所示，煤系泥岩有机碳（TOC）分布范围较宽，为0.01%～9.92%，929个样品平均值为1.90%，其中TOC＞1%者占55.54%，TOC＞3%者占21.64%，与湖相烃源岩比较，TOC含量明显较高。有机岩（煤和炭质泥岩）的TOC分布范围更宽，TOC含量为10%～95%。其中，炭质泥岩的TOC众数范围为10%～20%，煤的TOC主要范围为55%～90%（图3-2-3b），主频率范围为75%～85%，事实上构成了从泥岩到煤，TOC连续、过渡的分布特点。值得一提的是，华北地区上古生界碳酸盐岩的TOC分布颇具特殊性，TOC分布范围为0.05%～8.19%，45个样品的平均值为0.79%，其中TOC大于0.5%者占62.22%。与下古生界海相碳酸盐岩比较，上古生界碳酸盐岩的TOC均高出数倍以上，如黄骅块坳60个奥陶系碳酸盐岩的TOC平均值仅为0.14%，济阳块坳下古生界碳酸盐岩TOC平均值低于0.12%，沁水块坳中奥陶统灰岩的TOC含量为0.13%。不难发现，上古生界灰岩的高TOC特征与其显微组分组成特征所反映的地质现象基本一致。
2.具有相对低的产油潜量
图3-2-3 上古生界烃源岩有机碳含量分布频率图
对南华北、济阳、冀中、黄骅、临清、山西等区块石炭二叠系595个泥岩热解分析样品的统计表明，产油潜量Pg（Pg=S1+S2）平均值为1.92mg烃/g岩石。其中90.76%的样品Pg值小于6mg烃/g岩石，72.61%低于2mg烃/g岩石，Pg值低于0.5mg烃/g岩石者占48.91%（图3-2-4），与TOC相对较高的特征形成鲜明对照，反映上古生界烃源岩的残余生油潜量相对偏低。造成这一现象可能有下述双重原因：其一，与煤系地层的有机组成有关，相对富集镜质组和惰性组的显微组分组成特点使其生油潜能较低，其生烃属性更具生气的特点；其二，与华北地区上古生界烃源岩成熟度总体相对较高有关。
图3-2-4 华北地区上古生界煤系泥岩产油潜量分布频率图
3.可溶有机质丰度具有两极分化的特点
煤系烃源岩宽的TOC分布范围和显微组分组成特征，决定了其可溶有机质丰度分布的特殊性。以煤系碎屑烃源岩为例，其TOC含量可从0.01%连续分布至90%以上，因而从严格的意义上，以用TOC从量的角度对煤系中的泥岩与炭质泥岩、炭质泥岩与煤进行量化区分。相对较低的可溶有机质转化率和宽的有机质丰度分布范围，造成了以腐殖煤为主的煤系烃源岩的可溶有机质丰度的分布特征：一方面，具有宽的含量分布范围，50%以上的泥岩样品沥青“A”含量低于0.04%，但亦有相当数量的样品，沥青“A”含量大于0.1%（图3-2-5）；另一方面，低转化率特征使TOC低者可溶有机质丰度低，统计表明，TOC＜3%的样品，沥青“A”含量低于0.05%者占52.63%，TOC＞3%的泥岩，沥青“A”＞0.1%者占40%以上，如冀中块隆晋11井3948m石炭系TOC为7.14%的泥岩中，沥青“A”为0.4077%，文安块坳京3井4372m，TOC为4.94%的泥岩中，沥青“A”含量为0.5620%。煤中沥青“A”的含量特征尤为典型，如冀中大参1井山西组和太原组煤的沥青“A”达6.0412%和5.0250%；淮南西部煤田上石盒子组煤的沥青“A”含量达6.04%；淄博煤田朱留店矿区石炭系煤的沥青“A”亦达5.0435%，均高出煤系泥岩1～3个数量级。造成煤和炭质泥岩沥青“A”高含量的原因除与有机质丰度高有关外，有机质的成熟度特征和有机岩的吸附特性可能是又一重要影响因素。
图3-2-5 煤系泥岩沥青“A”含量分布频率图
统计表明，沥青“A”含量大于3%的煤样，其镜质体反射率主要介于0.61%～1.40%之间，其中绝大部分为气、肥煤，其沥青“A”含量普遍高于我国东部新生界Ro介于0.24%～0.53%、壳质组含量在2.1%～23.7%的褐煤和长焰煤（沥青“A”为0.173%～2.58%），也明显高于华北地区煤级更高的烟煤和无烟煤。此外，有机岩吸附性强和煤系烃源岩可溶产物中芳烃馏分含量高的特点，抑制了煤系烃源岩的排烃作用，导致残余可溶有机质的丰度较高。煤系烃源岩可溶有机质的两极分化特征从另一侧面表征了其生烃属性以生气为主的特点。
4.烃源岩有机质丰度纵向分布具规律性
如同烃源岩显微组分含量的分布特点一样，常规有机质丰度参数值纵向分布也表现出较强的规律性。以有机碳含量为例，纵向上地层由老而新，TOC表现为递减规律。石炭系泥岩TOC平均值为2.82%，其中大于2%者占53.5%，小于1%者仅18.18%；山西组（P1s）TOC平均值为2.38%，大于2%者占49.36%，小于1%者占25.00%；下石盒子组（P1x）TOC平均值为1.06%，大于2%者仅11.19%，小于1%者占73.68%；上石盒子组（P2s）TOC平均值仅0.72%，其中小于2%者达90.83%，小于1%者亦达84.40%（表3-2-7）。其他常规有机质丰度参数的纵向分布见表3-2-7。
表3-2-7 华北地区上古生界不同层位烃源岩常规有机质丰度参数分布特征
煤和炭质泥岩有机质丰度的纵向分布差异主要表现在炭质泥岩在地层中的分布频度上。如（图3-2-6、图3-2-7）所示，上石盒子组TOC＜45%者数量极少，下石盒子组、太原组、太原组+本溪组TOC＜45%者的比例逐步增加。上述特征一方面表述了煤系烃源岩中泥岩、炭质泥岩和煤的有机碳分布的连续过渡的分布特点；另一方面，反映地层自上而下泥岩有机碳含量增加的变化趋势。（图3-2-7）中有机岩有机碳含量的频率数分布特征，从统计学角度解释了（表3-2-7）中地层由上而下有机岩TOC、沥青“A”含量降低的原因，是（图3-2-6）的补充和延续，也是煤系烃源岩有机碳连续、过渡分布特征的进一步反映。不同层位煤的TOC差别较小，而热解产油潜量、沥青“A”及总烃含量差异甚大，反映有机碳不是影响煤分级评价结果的主要因素。
5.华北各区块有机质丰度综合评价
各区块不同层位各类烃源岩的有机质丰度参数见（表3-2-8），由于样品分布不均衡，且大部分被统计样品的有机质丰度参数不匹配，部分地区某些层位的统计结果可能存在以偏概全的现象。如济阳块坳P1s泥岩，23个样品沥青“A”的平均含量为0.0124，而2个样品总烃统计数据达370×10-6，明显高于沥青“A”含量；但从总体分布来看，统计结果（表3-2-8）基本反映了华北地区上古生界有机质丰度在平面和纵向上的分布规律。即纵向上，自石炭系至上石盒子组，有机质丰度依次降低；平面上，石炭系、山西组烃源岩以冀中地区、黄骅块坳等北部地区的有机质丰度高，而上、下石盒子组烃源岩则以南部地区的TOC较高。此外，各区块有机质丰度分布还有下述特点：其一，尽管各区块同一层位的有机碳含量存在一定差异，但总体上数量级差甚小。以石炭系和山西组泥岩为例：前者TOC主要为2%～2.95%，后者为1.26%～2.83%，整体上均接近或达到好—较好烃源岩标准，反映华北地区上古生界石炭系和二叠系山西组有机质丰度总体较高。其二，TOC接近的区块，产油潜量Pg、可溶有机质丰度等差异甚大。沁水块坳山西组和石炭系泥岩TOC分别为2.33%和2.39%，与其他地区相当，但沥青“A”含量均不足0.01%，总烃不足50×10-6，Pg值不及0.50mg/g；而黄骅、冀中地区，石炭系和山西组TOC介于2.58%～2.95%，略高于沁水块坳，但其Pg值、可溶有机质丰度等均是沁水块坳的数倍乃至数十倍。不难看出，产油潜量和可溶有机质丰度具有明显的分区、分带性的分布特点。这一特点可能主要与烃源岩沉积的分带性、烃源岩分布的分带性和有机质热演化的分带性有关，其中有机质演化程度的差异可能是制约烃源岩残余生油潜量的主要因素。鉴于此，本研究中将热解产油潜量和可溶有机质丰度作为主要评价依据。由于上、下石盒子组有机质丰度低，因而上古生界烃源岩评价主要取决于石炭系和二叠系山西组。
图3-2-6 华北地区上古生界不同层位泥岩有机碳含量分布特征
图3-2-7 华北地区上古生界不同层位煤和炭质泥岩有机碳含量分布特征
表3-2-8 华北地区上古生界烃源岩有机质丰度与综合评价
华北古生界石油地质
表3-2-9 华北地区上古生界有机质丰度分布特征
各区块有机质丰度分级评价结果见表3-2-8。
（1）南华北坳陷区
热演化程度差异较大，产油潜量和可溶有机质丰度差异十分明显。其中，济源-太康块坳西部地区Ro值一般在2.0%以上，Pg值、沥青“A”等均较低，总体属非烃源岩；商丘-黄口、襄城-沈丘和合肥块坳、徐淮块隆区Ro主要介于0.7%～1.3%，山西组、石炭系烃源岩总体属好—较好烃源岩。
（2）渤海湾坳陷区
总体上，以黄骅和文安块坳的烃源岩较好。黄骅块坳山西组和石炭系中，45%以上的样品达到好—较好烃源岩（表3-2-9）。其中石炭系100个泥岩样品的Pg平均值达6.62mg/g，明显高于其他地区的石炭系。冀中地区二叠系山西组和石炭系中，35%～40%的样品达到好—较好烃源岩标准，有机质丰度仅次于黄骅块坳烃源岩。济阳和临清块坳比较，济阳块坳TOC、Pg值、沥青“A”含量较差级以上烃源岩的相对含量等均相对较高，但普遍不及黄骅和文安地区，属较好烃源岩。东濮块坳，有机质成熟度差异较大，其中南部地区石炭二叠系的镜质组Ro一般大于1.3%，产油潜量和可溶有机质丰度较低，总体上，有机质丰度略低于或接近于临清块坳，其中，TOC较之高约0.5%～0.7%，山西组Pg值较临清高，而石炭系Pg值略低。
（3）沁水块坳
除有机碳与其他区块接近外，其他丰度参数均较低。其中，现有的统计样品中，Pg值无一达到较好烃源岩标准，整体属较差——非烃源岩，与济源-太康块坳区西部相当。
须说明的是，鉴于难以借鉴有关气源岩的评价标准，上述评价结果主要表征不同类型烃源岩的生油条件，在某种程度上，也反映了烃源岩生气潜能的差别。有机岩或富炭泥岩中的高可溶有机质含量和低的排液态烃效应，使其不能成为有效的生油岩。加之Ⅲ型有机质较宽的生气演化范围，造成烃源岩生油、生气潜能评价标准和评价结果的差别。因而广义地讲，华北上古生界，尤其是石炭系和二叠系山西组烃源岩，有机质丰度高，生气潜能大，均系良好的气源岩。
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