鄂尔多斯盆地宜川地区上古生界烃源岩评价

王桂成，石东峰，，白建林，高月泉

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065;2.延长油田股份有限公司，陕西 延安 716000)

研究区位于陕西宜川境内，鄂尔多斯盆地陕北斜坡东南部边缘，勘探面积1000 km2，是盆地目前勘探程度较低的地区之一。随着近些年勘探力度的加强，在该地区的大多数探井见到了天然气显示，含气层位包括上古生界的本溪组、山西组、石盒子组、石千峰组等所有层位，并在多口井见到工业气流，显示出良好的勘探远景和潜力。上古生界泥质烃源岩纵向上主要集中在山西组－本溪组，同时根据前人大量研究成果和我们过去研究经验，认为山西组以上地层(下石盒子组、上石盒子组和石千峰组)的泥岩基本上属于非有效烃源岩。因此，本次研究的上古生界烃源岩主要是山西组－本溪组的煤系烃源岩和深色泥岩及煤层。

1 上古生界烃源岩分布

所谓的煤系烃源岩指高度富集以高等植物为主的腐殖型有机质的沉积岩和煤层，沉积环境以复杂的氧化还原条件下的海陆交互相和沼泽相为主，尽管在地质演化早期(前泥盆纪)，有以藻类为主的腐泥煤(藻煤)但绝大部分是以腐殖型有机质为主的煤系，煤系源岩是煤型气的主要来源［1］。

1.1 泥岩烃源岩

鄂尔多斯盆地上古生界泥岩遍布全区，具有广覆型分布特点［2］。研究区本溪组的泥岩厚度主要分布在3.0～12.0 m之间，显示出西北厚、东部及东北部薄的特点。太原组的泥岩厚度较薄，厚度分布在0.76～2.9 m之间，显示由东向向西厚度增加的趋势。山西组的泥岩比较发育，暗色泥岩厚度分布在22.5～56.0 m之间，显示山西组泥岩东南方向薄、西北方向厚的趋势。

1.2 煤岩烃源岩

煤岩在全盆地发育情况类似于泥岩［3］，据研究区煤层厚度图可以看出，本溪组煤层厚度在2.2～3.0 m之间，整体显示为由东向西逐渐变厚的趋势;太原组煤层一般在1.0～3.0 m之间，整体上具有由东向西逐渐变厚的趋势，同时在研究区北部鹿川乡－袁家川以北一线煤层厚度有逐渐变厚的趋势;山西组煤层厚度较大，在6.0 ～12.0 m，由东到西煤层逐渐层厚［4］。

2 上古生界煤系烃源岩地球化学特征

研究区上古生界储集层发现的天然气主要来自上古生界煤系地层［5］。上古生界气源岩主要是下二叠统山西组煤层和暗色泥岩，上石炭统太原组和中石炭统本溪组的煤层及暗色泥岩。其中，煤系烃源岩由于有机质丰度高，且煤层厚度大，一般为5～30 m，是天然气最主要的源岩。暗色泥岩厚度一般为30～250 m，有机碳丰度一般在2%以上，是天然气的第二位贡献者。

2.1 有机质丰度

鄂尔多斯盆地宜川地区探井较少，但是，研究时间较长，许多研究者也分析了大量的上古生界煤系烃源岩的有机质丰度资料。由于上古生界煤系烃源岩热演化程度已经到达高过成熟阶段，残留可溶有机质和可热解的有机质大多已经排出，有机地球化学丰度指标(如S1+S2和氯仿沥青“A”)已失去指示有机质丰度评价的意义［6］。因此，本次研究主要依靠分析煤系中的泥岩有机碳含量进行丰度评价。

2.1.1 本溪组烃源岩

研究区本溪组的有机碳含量TOC值分布范围在0.39% ～6.65%之间，平均含量 2.51%(图 1)，按煤系泥岩生烃潜力评价标准，可以初步判断研究区本溪组是一套中等的烃源岩。从研究区本溪组TOC平面展布展布图上可以看出(图2)，研究区本溪组有机质丰度整体表现为西高东低，区内北部寿峰乡－鹿川乡一线有逐渐增大趋势，这与其沉积时期的物源方向有关。

图1 研究区本溪组TOC分布直方图

2.1.2 太原组烃源岩

研究区太原组的有机碳含量TOC值分布范围在1.26% ～3.58%之间，平均含量 2.34%(图 3)，根据煤系泥岩生烃潜力评价标准，可以判断研究区太原组是一套中等的烃源岩。研究区有机质丰度由东向西有逐渐增大的趋势，且高值出现在西北部(图4)。

图2 本溪组TOC平面展布图

图3 研究区太原组TOC分布直方图

图4 太原组TOC平面展布图

2.1.3 山西组烃源岩

研究区山西组的有机碳含量TOC值分布范围在1.23% ～2.83% 之间，平均含量 2.26%(图 5)，按煤系烃源岩有机碳的标准，可以判断研究区山西组是一套中等的烃源岩。研究区山西组有机质丰度由东到西有逐渐增大的趋势(图6)。

图5 研究区山西组TOC分布直方图

图6 山西组TOC平面展布图

2.2 有机质类型

本次研究结合前人在盆地东南部上古生界山西－太原组有机质类型的研究成果［5］，主要依据氢指数(HI)、降解率(PC/TOC)等两个方面的地球化学指标，按照煤系地层烃源岩有机质类型划分标准，对研究区的山西－太原组烃源层的有机质类型作剖析研究。

根据研究区热解参数S1+S2及IH分布频率图(图7)，可以看出研究区山西组、太原组、本溪组烃源岩主要为III型干酪根。另外，氢指数与Tmax关系也被常用于划分烃源岩的有机质类型。(图8)为研究区HI与Tmax关系图。从图中可以看到，本溪组、太原组、山西组层段全部落在III型干酪根区域。

图7 研究区S1+S2及HI频率分布图

图8 研究区IH与Tmax关系图

干酪根镜检与元素分析是确定有机质类型的重要手段之一。干酪根镜检能直观反映烃源岩有机质的镜下特征，确定有机显微组分组成面貌及有机质类型等。研究区各层系烃源岩镜检特征为:本溪组烃源岩主要以腐泥无定型为主，其次为惰质组和镜质组，未发现壳质组。在蓝光激发下，腐泥无定型体发黄色荧光，镜质体无荧光，介壳碎屑呈黄色荧光。本溪组干酪根类型主要为Ⅱ2、Ⅲ型;太原组烃源岩有机显微组分与本溪组基本相同，主要以腐泥无定型为主，其次为惰质组和镜质组。在蓝光激发下，腐泥无定体发黄色荧光，镜质体无荧光，干酪根类型主要为Ⅱ2型;山西组烃源岩有机显微组分主要以腐泥无定型为主，其次为惰质组和镜质组，无壳质组成分。在蓝光激发下，腐泥无定体发黄色荧光，镜质体无荧光。干酪根类型主要为Ⅱ2、Ⅲ型。

2.3 干酪根碳同位素特征

干酪根碳稳定同位素资料可以反映有机质类型和母源特征，一般来说，有机碳的稳定同位素测定值与原始母质类型有关，不同生物和有机质的碳同位素值不同，一般以陆生植物输入为主的干酪根碳同位素偏重，而以水生浮游生物输入的干酪根碳同位素偏轻，基于这种认识，可以认为干酪根同位素能反映原始有机质类型。大多数研究者认为，陆生植物占δ13C值平均为 －25.5‰，木质素占13C值为 －20‰～－25‰，湖沼高等植物占δ13C平均值为－23‰，而淡水浮游生物占 δ13C值为 －27‰ ～ －32‰。黄第藩(1998)根据我国陆相盆地不同类型干酪根与占δ13C值的分布特点，确定出了有机质类型与占δ13C值分布范围的关系，I型干酪根占δ13C＜ －27‰，Ⅱ型干酪根占 δ13C值为 －27‰ ～ －26‰，Ⅲ型干酪根占δ13C值＞－26‰。山西组碳同位素变化在－23.69～－24.87‰，以Ⅲ型干酪根生源输入为主，与干酪根镜检以腐殖型成分为主比较吻合，太原组碳同位素变化在－24.51‰，以Ⅲ型干酪根生源输入为主，本溪组碳同位素变化在－24.36‰～－25.18‰，相对变轻，以Ⅱ型—Ⅲ型干酪根生源输入为主，这与前面干酪根镜检结果一致，其有机显微组分以无定形为主，代表了水生浮游生物及陆源高等植物的供给为主。

综上所述，综合干酪根镜检资料和稳定碳同位素资料综合分析，认为鄂尔多斯盆地宜川地区上古生界源岩母质输入具有多元性，干酪根类型多样，总体上具有腐殖型－腐泥型特征。

2.4 有机质成熟度

对于Ⅲ型和Ⅱ2型干酪根来讲，热解Tmax(℃)是一个十分可靠的成熟度指标。本文采用的标准见表1。

表1 有机质演化程度标准(张厚福等，1999)

山西组泥岩样品的Tmax(℃)最小值为575℃，最大值为580℃，平均值为576.25℃。绝大部分泥岩样品的热解Tmax值都处于大于490℃的过成熟干气阶段。因此，我们认为研究区本溪组、太原组、山西组全部样品已进入高成熟～过成熟生气阶段。

由于鄂尔多斯盆地不同地区沉积构造演化史不同，上古生界煤系烃源岩热成熟度变化大。鄂尔多斯盆地富县一带上古生界烃源岩Ro达2.5%以上，以其为中心向四周降Ro低。盆地东北部热成熟度最低(Ro＜1.0%)，北部的伊盟隆起和西部逆冲带上古生界含煤地层演化程度较低，Ro值0.5% ～0.84%。天环坳陷北端和渭北隆起区相对中等，Ro值1.7% ～2.09%左右。盆地西缘天环坳陷中部Ro在2.0%左右。但在西南部由于埋藏较深，Ro最高可达3.5%以上。同时，在相当于庆阳－黄陵－韩城隆起区，上古生界煤系烃源岩镜质体反射率为低值带。

本次研究测试了10个干酪根样品镜质体反射率，其中本溪组有机质热演化成熟度最高，Ro已经达到2.64% ～2.75%，干酪根已经为过成熟演化阶段，太原组热演化成熟度也较高，达到 Ro为2.67%，山西组热演化成熟度也较高，Ro在2.55% ～2.67%，总体上，本溪组、太原组、山西组的干酪根均已经达到过成熟演化阶段。

3 结论

3.1 本溪组烃源岩综合评价

(1)研究区本溪组煤层较薄，煤层厚度在1.05～3.1 m之间，平均厚度1.84 m，煤层厚度由西向东厚度逐渐降低。泥岩有机质丰度在 0.39% ～6.65%之间，平均含量2.51%，煤层有机质丰度在76.41% ～83.83%，平均含量 80.12%;

(2)本溪组泥岩样品的干酪根母质类型主体属腐殖型干酪根，即Ⅲ型干酪根;

(3)研究区热成熟度演化较高，Ro大于2.5%，Tmax为490℃以上，表明本溪组泥岩已达到过成熟阶段。

本溪组暗色泥岩及煤层属中等—好气源岩。

3.2 太原组烃源岩综合评价

(1)研究区太原组暗色泥岩展布厚度在0.76～2.9 m之间，显示由东向向西厚度增加的趋势;煤层厚度在1.05～3.1 m 之间，平均厚度1.84 m，煤层厚度由东南向向北西向厚度逐渐增加;泥岩有机质丰度在1.23% ～2.83%之间，平均含量2.26%，煤层有机质丰度在80.75% ～82.56%之间，平均含量81.66%;

(2)太原组泥岩样品的干酪根显微组分以镜质组为主，次为丝质组，显示干酪根母质为腐殖型，即Ⅲ型干酪根;

(3)研究区热成熟度演化较高，Ro基本大于2.5%，Tmax为490℃以上，表明太原组泥岩已达到过成熟阶段。

太原组暗色泥岩及煤层属中等好气源岩。

3.3 山西组烃源岩综合评价

(1)山西组的泥岩比较发育，暗色泥岩厚度分布在22.5～56.0 m之间，显示山西组泥岩大致由北西向到东南向厚度增加的趋势;煤岩厚度在8.85～12.32 m之间，平均厚度9.19 m，显示煤层厚度由东向西厚度逐渐降低的趋势;泥岩有机质丰度在1.23% ～2.83%之间，平均含量2.26%，煤层有机质丰度在 70.88% ～74.44%，平均含量 72.66%;

(2)山西组泥岩样品的干酪根显微组分以镜质组为主，次为丝质组，显示干酪根母质为腐殖型，即Ⅲ型干酪根;

(3)研究区热成熟度演化较高，Ro基本大于2.5%，Tmax为490℃以上，表明山西组泥岩已达到过成熟阶段。

山西组暗色泥岩及煤层为好气源岩。

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