全 文 ：第 3 卷 第 1期
20 0 4 年 l 月
中国矿业大学学报
J o u rn a l o fC h in a U n iv e rsi ty o fMi
n in g 邑 T e eh n o lo g y
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20 0 4
文章编号 : 10 0 0 一 16 9 4 ( 20 0 4 )0 1一 0 06 6 一0 4
渤海湾盆地C 一P 不同体系域
有机显微组分与生烃性
— 以孔古 4 , 大参 1 钻井剖面为例
赵厚银 , 王延斌 , 邵龙义
(中国矿业大学 资源与安全 _ 〔程学院 ,北京 1。。 0 8 3)
摘要 : 针对层序地层学在烃源岩评价及预测中的重要作用 , 结合层序地层学 、有机岩石学和有机
地球化学的研究方法 , 研究 了对渤海湾盆地 C 一 P 烃源岩生烃潜力和有机显微组分的分布 . 结果
表明 : C 一P 不同体系域的有机显微组分性质 、 有机地球化学特征 、 生烃潜力和有机相存在明显差
异 . 在早期 高位体系域中 , 煤中镜质组 、 基质镜质体 B , 藻类体 的含量很 高 , 泥岩 中也有较多的藻
类体和无定形体 . 因此早期高位体系域中的烃源岩有较好的生烃潜力 .
关键词 : 层序地层学 ; 烃源岩 ; 体系域 ; 生烃潜力
中图分类号 : P 6 18 . n 文献标识码 : A
O r g a n i e M
a e e r a ls a n d H y d r o e a r b o n P o t e n t i a l i n D i f f e r e n t
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A b s t r a e t : S e q u e n e e s t r a t i g r a p h y p l a y s a n im p o r t a n t r o le in e v a l u a t i o n a n d p r e d ie a t io n of
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K e y w o r d s
: s e q u e n e e s t r a t i g r a p h y ; h y d r o e a r b o n s o u r e e r o e k s ; s y s t e m s t r a e t ; h y d r o e a r b o n p o t e n t i a l
层序地层学是在地震地层学的基础上发展起
来的 , 主要研究年代地层框架 内岩石 之间 的关
系 lj[ . 其中心思想在于建立等时地层格架 , 并将相
和沉积体系的研究放在等时地层格架中进行叶 2〕 .
而有机相指有机质的生源及形成环境 ,主要研究不
同有机质类型 、 丰度及分布组合的归类划分和生烃
潜力的评价 . 把层序地层学的原理和方法与有机岩
石学 、 有机地球化学 、 抱粉学及石油地质学等学科
结合起来 ,对一个沉积盆地不同体系域形成的烃源
岩 中有机质的类型和组成 、 化学性质和生烃意义及
收稿日期 : 2 0 0 3 一 0 3 一 1 1
基金项目 : 国家自然科学基金项 目 ( 4 9 97 2 0 5 4 和 4 0 1 7 2 0 5 0 )
作者简介 : 赵厚银 (1 9 7 4一 ) , 女 , 江苏省徐州市人 , 中国矿业大学博士研究生 ,从事有机地球化学方面的研究 .
第 1 期 赵厚银等 : 渤海湾盆地 C一 P不同体系域有机显微组分组成与生烃性
有机相和抱粉相变化特征进行综合研究 ,是近年来
才开展起来的研究领域仁3 一`〕 . 本文结合层序地层学 、
有机地球化学 、 有机岩石学的研究方法 ,探讨渤海
湾盆地 C 一 P 烃源岩生烃性质与层序地层的关系 .
1 渤海湾盆地 c 一 P 层序地层特点
渤海湾盆地 C 一 P 地层不仅是我国东部油气区
深层油气资源评价和勘探的主要目的层 ,也是我国
地质历史中最重要的聚煤期之一 近年来 , 许多研
究者对华北 c 一P 层序地层进行了研究比 6〕 . 总的看 ,
研究区域大小及对层序界面的认识上没有统一 ,所
以在层序划分方面存在一定差异 ,从而出现了 4一
7 个不等的划分结果 . 根据华北 C一 P 煤系地层 中存
在的诸如不整合面 、 海侵方向转换 、 厚而稳定的煤
层 、 海水进退规模等特征 ,把该区划分为 4 个层序
(图 1) .
系统的研究 .
2
.
1 有机显微组分及组成在层序地层中的分布
有机相的研究 已经进行了 20 多年 , 国内外研
究者在这方面取得很多成果 . oJ n es v[] 据干酪根的
类型把有机相分为 4 种主要有机相 ( A , B , C , D ) 和
3 种过 渡型 有机 相 ( A B , B C , C D ) . 张 鹏 飞 、 金 奎
励阁等据对吐哈盆地烃源岩的研究把有机相划分
为干燥沼泽相 、 森林沼泽相 、 流水沼泽相和开阔水
体相 . T ys on 闭在 Jon e S 的基础上 , 进一步加深对有
机相的研究 , 他通过层序地层 、 有机相和抱粉相的
研究总结了的不 同体系域沉积有机质的一系列特
征 (表 1 ) ,其结果与华北 C 一P 含煤岩系沉积有一定
的共性 ,对 C 一 P 的研究具有重要意义 .
表 1 不同体系域有机相和抱粉相特征叫
T a b l e 1 C h a
r a e t e r i s t ie o f O r g a n i e f a c ie s a n d
P a l y n o f a e ie s i n d if f e r e n t s y s te m s t r a c t s
时代 地层 层序 体系域 岩性柱 标志层
P圣 石千峰组 W 一 K ,砂岩
( p Z s ) 海棉骨针
K 6砂岩
p
{ 上石盒 111 I IS T ~ J~ -己 - 一 J , 桃化泥岩
子组 一 骆驼脖子砂岩
( p
Zs h ) T ST 北岔沟砂岩
二海相黑色泥岩
L ST : 东大窑灰岩
: 七里沟砂岩
P { 下石盒子 : 斜道灰岩子组 飞毛儿沟
( p 一x ) “ 庙沟灰岩
. , B 3煤层
) 西铭砂岩·、 吴家峪灰岩
P
{ 山西组 II L H S T 、 畔沟灰岩
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E H S T
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太原组
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、 * 体 系 域
L I S T E H S T L H S T
近一高低距物源远近 较远
低高一少
近一高低
植物
碎屑
无定
形体
有机
干酪根含量
镜质体
丝质体
氧化介质
还原介质
氧化介质
还原介质
E L S T
很近
最高
最低
最高
减少 ( C S 最低 )
增加 (C S 最多 )
减少 (C S 最低 )
最少
m fs 前后最多
C D一 D
C B一 B一A B
D一 C D C
B一C B C
注 : E L S T . 早期低位体系域 ; IL 创 S T . 晚期低位体系域 ; C s . 凝缩
层 ; m fs . 最大海泛面 .
渤海湾盆地孔古 4 和大参 l 井 C 一 P 不同体系
域煤系烃源岩 中富氢组分 (壳质组 + 腐泥组 )在纵
相上的变化见图鱼
图 l 渤海湾盆地石炭一土叠纪含煤岩系层序地层格架
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H S T
. 高位体系域 ; T sT . 海进体系域 ; L S T . 低位体系域 ;
L H S T
. 晚期高位体系域 ; C H S T . 早期高位体系域
从上述层序地层基本格架可以看出 , 该区作为
煤系烃源岩的煤 、 泥岩和碳质泥岩主要分布在层序
I 和层序 H 中 ,且以层序 H 为主 .
时代 体系域 岩性
p } L S T 哥一 「p { L H ST lll
卜 H答 l l _
C孟 1 1味 l l _ _
H ST
C今 T S T
(a ) 孔古 4井
2 不同体系域烃源岩的性质
尽管渤海湾盆地针对 C一 P 作为 目的层的钻孔
有相 当数量 ,但真正做过详细 、 综合研究的则很少 ,
特别是能够把层序地层学 、 有机岩石学 、 有机地球
化学 、 生烃性质等资料揉和在一起进行综合分析的
钻孔更少 . 为此 ,选择黄弊坳陷孔西潜山构造带的
孔古 4 井 、冀中坳陷大成凸起带的大参 1 井进行 了
乃黔朴 ; 一 {
(b ) 大参 l井
一泥岩和炭质泥岩 ; 一 煤
图 2 孔古 4 ,大参 1 并碟系烃源岩组分组成及生烃性质与层序地层的关系
F ig
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2 R e l
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o n q u a l it y
中国矿业大学学报 第 3卷
从渤海湾盆地晚古生代海平面变化及沉积演
化看 , 从 T S T 到 H S T , 随着海平面相对上升到相
对下 降 , 沉积介质 由还原一强还原一还 原一弱还
原 , 有机相 从 C B一 B一 C B一 C ;在 T S T , 随着海平
面上升 , 广泛分布的是碳酸盐台地和潮坪沉积 , 介
质的还原性较强 , 当处于最大海侵期时 , 介质 的还
原性最强 , 也 比较稳定 , 因此 , 这个稳定 、 深度最大 、
还原性最强阶段形成的煤系泥岩中有机质丰度和
类型都应该比较好 ,但由于华北地 台宽缓 、 广阔的
地貌特征和海水进退 比较频繁 , 使得 T S T 时期沉
积厚度相对较小 , 因此 , 主要的煤系烃源岩形成于
T s T 之后的 H S T 时期 . 在 H s T 时期 ,伴随着海平
面的缓慢下降 ,广泛发育潮坪 、 泻湖及三角洲沉积 ,
在早期高位体系域时期 , 随着碳酸盐 台地逐渐被滨
海潮坪或障壁海岸所代替 , 介质由还原变为弱还
原 , 在广阔的滨海潮坪及泻湖地区发育的泥炭沼泽
类似于 J o en S 的 B , B C 相 , 由于凝胶化作用强 , 煤中
有 比较丰富的凝胶化组分和富氢镜质体 . 同时 ,较
强的凝胶化作用加大 了植物遗体的降解 , 留下大量
性质稳定的植物表皮和繁殖器官 ,并在潮水的冲积
下富集起来 ;而合适的覆水及介质条件有利于某些
种属的藻类 ( iP la 藻 )生长 , 所以煤中有较多的壳质
组组分及藻类体 . 在早期高位体系域形成的泥岩一
般以泻湖相为主 ,有利的沉积环境和介质条件利于
低等水生生物的生长 , 因此 , 形成的泥岩中腐泥组
组分及发荧光的无定形体比较多 ,所以其生烃性质
比较好 . 到晚期高位体系域时期 , 随着海平面的进
一步下降 ,潮坪泥炭沼泽逐渐被三角洲平原泥炭沼
泽所代替 ,介质还原性减弱 , 沼泽类型类似于 Jon es
的 B C , C 相 , 局部地 区由于河流水流作用 而出现
“ 流水沼泽沉积有机相 ” sj[ , 因此 , 在 晚期高位体系
域时期形成的煤中凝胶化组分和富氢镜质体减少 ,
惰质组含量增加 ,但在局部“ 流水沼泽沉积有机相 ”
中 , 受水流的作用而使得壳质组组分得到富集 , 形
成富壳质组的煤甚至残植煤图 ( 如冀中苏桥一文安
一带在晚期高位体系域形成的煤中 E 十 S 含量一
般大于 30 % ,某些分层可达 50 %以上 . 大参 1 井含
量一般大于 15 % ;黄弊孔古 4 井大于 25 % ) . 而此
时的泥岩则主要形成于三角洲前缘 , 由于水流的作
用而代人大量植物碎屑 ,所以 , 晚期高位体系域形
成的泥岩中常富含高等植物碎屑 , 干酪根 含量较
高 , 但常缺乏腐泥组组分及发荧光的无定形体 ,有
机碳含量可能会比较高 , 但有机质类型 以 皿型为
主 . 低位体系域中形成的烃源岩由于距物源 区较
近 , 常富含植物碎屑 , 而且氧化的介质条件会使得
其中缺乏具荧光的无定形体 , 它类似于 Jon e s 的
D
,
C D 相或 “ 干燥沼泽沉积有机相 ’ ,s[ 〕 , 所以烃源岩
的生烃性质较差 .
研究 区不同体系域煤系烃源岩发育程度及其
中有机显微组分组成还与海水进退的规模有关 . 从
总的看 , 在层序 I 和 n , 由于海侵规模较大 , 达到最
大海泛期以后海平面下降相对缓慢 ,在早期高位体
系域维持较长时间的碳酸盐台地为主的沉积 , 聚煤
作用较差 ,但这一阶段形成的泥岩中常含有较多的
腐泥组组分 ,干酪根中发荧光的组分比较多 , 有机
质类型和生烃性质常较好 , 而煤 (尤其厚煤层 )主要
形成于晚期高位体系域 , 因此 , 在层序 I , n 里富含
壳质组的煤层都与晚期高位体系域里的 “ 流水沼泽
沉积有机相 ” 有关 , 而这种有机相 的分布一般与潮
道 、 河流等沉积环境有关 , 从层序 I 和层序 1 的差
别看 ,层序 I 是华北 地区经过长期剥蚀后形成 的 ,
T S T 沉积范围和规模都有限 ,进人第一个 H S T ( 晚
石炭世中期 ) ,在准平原化的广阔地区内伴随着海
水的时进时退而形成灰岩 、 泥岩为主的沉积 , 煤层
薄而少 , 这个 H S T 发育时间短 , 沉积规模有限 ,煤
系烃源岩相对不发育 . 进人层序 n (晚石 炭世晚
期 ) , 随着 T S T 的发生 ,海侵规模达到最大 ,而后便
是长时间的早期高位体系域和晚期高位体系域 ,为
形成该区 C 一 P 主要煤系烃源岩提供了广阔的空间
和时间 , 同时也为壳质组和腐泥组的富积提供了合
适的沉积环境和介质等条件 .
2
.
2 元生烃性质与层序地层关系
由于烃源岩的生烃性质与其中有机显微组分
及组成有直接关系 , 因此 , 孔古 4 和大参 1井上古
生界煤系烃源岩生烃性质与层序地层的关系具有
和有机组分和组成相似的变化特征 (见图 2) . 由图
可以看出 ,在早期高位体系域 , 煤系烃源岩的 C or : ,
氯仿沥青 “ A ” , 生烃潜量 (S 1+ 5 2 ) 等生烃指标都显
示一个相对区间峰 , 比 T S T 和晚期高位体系域好 ,
但晚期高位体系域个别富含壳质组组分的煤层却
表现出很好的生烃性质 (如孔古 4 并 ) .
根据上述分析 , 可 以总结出渤海湾地 区 C 一 P
煤系烃源岩有机显微组分类型 、 组成及生烃性质与
不 同体系域的关系 (表 2) . 从总的看 , 由于受沉积
环境 、 介质条件 、 沉积有机质类型等因素的影响 , 烃
源岩 以早期高位体系域的质量最好 , 晚期高位体系
域次之 , T S T 或 由于沉积厚度较小 (如层序 11 ) , 或
由于以碳酸盐岩沉积为主 (如层序 )I 而表现 不明
显 . 从不同烃源岩类型看 , 泥岩以发育在早期高位
体系域和海侵体系域的较好 ,而煤除了早期高位体
第 1 期 赵厚银等 : 渤海湾盆地 C 一P 不同体系域有机显微组分组成与生烃性
系域形成的较好外 , 晚期高位体系域局部地区受水 研究基础上的 . 不同地质时期 、 不同母质类型 、 不同
流作用而形成的富含壳质组组分的煤也具有很好 沉积环境 、 不同介质条件下形成的烃源岩 ,其有机
的生烃性质 . 进人早二叠世晚期 以后的层序 m 和 显微组分类型 、 组成及生烃性质都会有所差异 , 因
层序 IV 由于 以陆相沉积为主 , 因此 , 烃源岩 的质 此 , 应用层序地层学来研究烃源岩性质及变化 , 必
量都较差 . 这里要说明的是表 2 中所建立的各种对 须结合实际情况 , 进行综合分析 .
应关系是建立在对华北地台晚古生代主要聚煤期
表 2 烃源岩有机组分 、 组成及生烃性质与层序地层关系
1
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E L S T
很近
L L S T
距物源区远近
低高
有机组分
组成特征
或高或低
VEI
煤
低高VEI
泥岩
有机相
介质氧化还原程度
里 旦
氧化
: 远 较远 较近
` 高 高 较高
低 低 较高
低 低 或高或低
低 低 高
低 低 高
; 低 低 高
C B一 B B一 C B C B 一 C
氧化一 弱还原 还原性最强 还原 还原一弱还原
沉积环境 河流 碳酸盐岩台地为 主 潮坪 泻湖为主
滨海平原 ,
一二角洲
P i la 藻 较多
w (氯仿沥青 “ A ” )/ 写 煤泥岩
煤
泥岩
煤
泥岩
一般 < 2 . 。
双 , ( H C ) l/ O
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一般大于 3 . 0
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一般大于 3 0 0
一般大于 150
一般大于 110
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一般大于 4 0 0
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一般大于 1 5。
一般大于 2 5
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一般小 于 2 . 5
一般小于 0 . 05
一般小 于 4 0 0 0
一般小于 2 0
一般小于 1 50
一般小于 2 . 5
3 结 论 〔4〕
1) 总的看 ,渤海湾盆地 C 一 P 煤系烃源岩 以早
期高位体系域的质量最好 , 晚期高位体系域次之 ,
海侵体系域或由于沉积厚度较小 ,或由于以碳酸盐
岩沉积为主而表现不明显 .
2 ) 从不 同烃源岩类型看 , 泥岩以发育在早期
高位体系域和海侵体系域的较好 , 而煤除了早期高
位体系域形成的较好外 , 晚期高位体系域局部地区
富含壳质组组分的煤生烃性最好 .
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(责任编辑 李成俊 )