关于碳酸盐岩生油潜力的研究

谢 青，江 宽，耿进卫

(1.西安石油大学 油气资源学院，陕西 西安710065;2.中国石油西部管道公司，新疆乌鲁木齐830012)

曾经人们认为碳酸盐岩没有生油能力，但是近年来随着大量碳酸岩油气田的发现证明，碳酸盐岩不但能够生油，而且还有很强的生油能力。碳酸盐岩不仅是一种重要的储集岩，还是一种特别重要的生油岩[1－3]。全球碳酸盐岩覆盖面积为沉积总面的1/5。碳酸盐岩中含有世界上50%或50%以上的油气储量。同时，更为可观的是全球许多大油田中约有40%的石油产自碳酸岩内，其中有许多油藏都是由碳酸盐岩所形成。尤其是近年来随着石油需求量的增加和勘探步伐的加快，人们对碳酸盐岩的研究更为关注。对碳酸盐岩的研究也是未来油气勘探发展的大趋势。本文就碳酸盐岩生油条件来谈论碳酸盐岩的生油潜力。

1 沉积环境及富存的有机质

一般而言，碳酸盐岩主要形成在温暖气候条件下、清洁、浅海环境中。在这里化学、生物化学、机械等作用共存，有利于海洋生物的大量繁殖，尤其是在光合作用强的海域大量藻类生成。这些生物藻类死亡后会产生大量的骨骼、骨屑，这就为碳酸盐岩的形成提供了丰富的物质来源[4]。若其盆地所处地带气候干燥，蒸发量大，为还原、蒸发盆地，还会形成大量的膏盐、盐岩等蒸发岩类，作为其有利的封盖条件，因而在这种环境下生成碳酸盐岩以及其生烃的条件也就相对充足。但其在半深海和深海环境中也有较广泛分布，这里只谈论浅海海洋环境(水深小于200 m，包括潮坪、潮沟、潮汐三角洲泻湖等浅水海洋和浅海陆棚环境)的碳酸盐岩生油。

1.1 碳酸盐内沉积物有机质来源

碳酸盐岩沉积物有机质类型丰富多样，主要来自于海洋，如一些灰泥、灰砂、灰粉砂、鲕粒等陆棚堆积，礁、生物礁等碎屑沉积物，但大多数都是生物成因的，这也是泥质生油岩无法比拟的，尤其是其所含的大量生物和遗迹化石更是其独特之处。目前研究结果表明，类脂化合物、氨基化合物、色素、碳水化合物等有机化合物是碳酸盐岩生成石油的母质，而一切生物都包含这些组分[4]。尤其是碳酸岩中含有丰富的藻类物质是其良好的生油母。这也充分说明了如果没有充足的、丰富、质量良好的、适于碳酸盐岩生烃的有机物质，全球是不会形成如此之多大型碳酸盐岩油气田的。也即证明了碳酸盐岩的生油潜力是不比泥质岩差或比其潜力更大。

1.2 碳酸盐岩内有机质含量

据有关资料和实验研究证明碳酸盐岩中的有机质丰度相对较低，这是因为作为有机质丰度指标之一的有机碳含量(TOC)相对较低。通过大量实践和资料可知，全球范畴内的碳酸盐岩有机碳含量都相对较低，且碳酸盐岩烃源岩的有机碳下限值比泥页岩还要低[5]。目前国内外关于碳酸盐岩中的有机碳含量的下限值争论较多。但我国大多数学者认为其下限值为0.05% －0.12%。我国海相碳酸盐岩多数属于高－过成熟阶段，我国学者(陈丕济等)通过大量研究，认为高－过成熟碳酸盐烃源岩的有机碳下限值应采用0.1% －0.2%[6]。国外许多学者曾经提出碳酸盐岩有机碳含量下限要远低于泥岩，例如J.M.亨特曾出某地区灰岩“即使只有0.19%的平均有机碳含量也比得上含有 1.5% 有机碳的页岩”[7－8]，笔者认为碳酸盐岩内的有机碳含量相对较低这是共识，但是对于此的定义不能一概而论，还要结合某地区的具体情况而定。虽然碳酸盐岩中的有机碳含量相对较低，但是已有实验研究证明其生烃潜力要比粘土、泥页高，这是因为碳酸盐岩内干酪根的催化生烃效率相对高，碳酸盐岩吸附有机质的能力比泥岩低，而排烃效率比泥岩要高[5，9]。也就是说，在其它条件相同的情况下，碳酸盐岩比其它生油盐更有利于形成有经济价值的油气藏。尤其是随着热演化程度的升高，碳酸盐岩油气源岩在过成熟阶段时，产烃率增加，烃类产物由油相液态烃向湿气和干气相气态烃转化，它的有机碳含量下限值一定低于其作为油源岩的，因而此时也更有利于形成大的气藏。这也是碳酸盐岩比泥页岩等粘土岩生烃的优越之处。

氯仿沥青“A”含量也是其有机质含量衡量指标之一，J.M.亨特 分析了大量的数据，碳酸岩内的氯仿沥青“A”含量400 PPm，而页岩平均沥青含量为600 PPm，我国西南地区较好的碳酸岩生油层“A”含量在50－500 PPm，考虑到地表样品比地下样品含量一般要低，因此湖北石油地质研究大队提出碳酸岩的“A”含量达到10－100 PPm时，即认为有一定的生油潜力，周天驹、黄醒汉等学者分析华北碳酸岩可能有利的生油层的样品其“A”含量均在20 PPm以上(如表1)。

表1 碳酸岩与泥质岩有机质含量对比表(据周天驹，黄醒汉)Tab.1 The contrast table of the organic matter content between carbonate rock and shale rock(according to ZhouTian－ju，Huang Xing－han)

2 有机质生烃作用及转化条件

碳酸盐岩相对于其它岩类固结成岩早，这难免很多人认为在其早期，碳酸盐岩内的有机质(尤其是蛋白质)在结晶时发生水解，有机质大部分被散失…如果是这样的话世界上也就不会有碳酸盐岩大油气田了。其实大多数有机质烃类是可以产生在碳酸盐中，并由早期的成岩作用保存封闭起来[10]。这是因为碳酸盐岩早期成岩作用主要包括胶结和重结晶作用，其成岩作用相对较快，如沉积水由石灰岩沉积物运移时间应相对早，深度间距也较小，这就使得水流携带部分烃类有机质到圈闭中去，加之早期的成岩作用就使得大部分的烃类就被封存在碳酸盐岩内(Holl－mann，1962)。尤其在干旱气候条件下，会有大量的蒸发岩产生，形成一种“岩帽”覆盖其上，其保存条件就可想而知了。碳酸盐岩沉积物的另一个优势是沉积速度相对较慢，这主要是因为浅海碳酸盐岩多数形成于高能环境中，水体受到动荡，沉积物沉积速度较慢。例如沉积在广阔陆棚浅海地区的碳酸盐岩，由于沉积速度较慢，海洋生物有机质的肉质部分受到长时间的破坏，后来在其壳体内留下的有机质多数是蛋白质。在不太普遍的蒸发盆地内，多数的有机质保存下来。

同时，碳酸盐岩沉积物多数是在原地沉积的，或很少被短距离搬运，不像粘土碎屑沉积物被长距离搬运后再固结成岩，这就降低了其由于长距离的搬运而造成沉积物有机质的损失。沉积物在原地产生在原地沉积，也即是说碳酸盐岩中烃类是在原地生成的，这也是许多大型碳酸盐岩油气田得已形成的有利证据，这也是众多学者所说的碳酸盐岩的“自生性”多数油气田勘探实践也已经表明，欧文(Owen，1964)提出根据许多碳酸盐岩油气田的地层、构造特征证明其内的烃类确实是原地生成的。例如，中东地区伊朗、沙特阿拉伯国家、美国的威利斯顿、中国的塔里木盆地、四川盆地等碳酸盐岩油气田等。

碳酸盐岩中含有很少或不含有粘土物质，因而催化作用对碳酸盐岩烃类的产生没有影响或影响很弱，这就很明显地降低了其内有机质的转化成烃类的强度。然而通过众多学者的研究可知，温度在碳酸盐岩有机质转化中担当了非常重要的角色。要使温度发挥作用，其沉积物就需要适当的埋藏深度和相对较长的地质时间。但是温度很高也不行，因为当温度升高超过油气保存温度上限时，油气生成作用就会停止，且已经形成的油气也将遭到破坏[11]。根据世界多数学者通过对大量油田的研究认为，即碳酸盐岩中油气生成需要的温度在60℃ －150℃之间，这也是其烃类产生晚的重要原因[12](如图 1)。

碳酸盐岩的有机质分布呈分散状态，其状态分为均一和不均一两类。这里只说不均一的分散有机质。此种不均一性在成岩过程中表现的尤其明显，碳酸盐岩成岩过程中，由于其特有的晶析作用，可使 80% 以上的有机质在原产地损失[3，13]。这些析出的有机质，富集于邻近的裂缝、孔洞带，或富含泥质的隐晶、微晶质泥灰岩及泥质灰岩中。这种晶析作用使碳酸盐岩中的一部分有机质转化成非源岩，同时使碳酸盐源岩内的有机质不均一地富集。碳酸盐岩源岩有机质这种特殊富集过程和赋存状态是其高效成烃、排烃的基本有利条件[5]。

虽然压实作用对碳酸盐岩产生的作用影响不大，但压溶作用对其产生的影响却是非常重要的，压溶作用可以使碳酸盐岩产生缝合线[14]。缝合线缝可能被碳酸盐岩碎屑物所充填，这就使得本来有机碳含量很低的碳酸盐有机质在缝合线内集中起来，形成了相对高的有机质丰度的填隙物。其中有机质和泥质含量要明显高于纯碳酸盐岩，因而缝合线缝隙物具有很强的排烃动力和较高排烃效率，使其生成的烃类大部分被排出。这也是碳酸盐岩生油潜力高的重要条件之一。

3 结论

1)浅海碳酸盐岩沉积环境适宜，沉积物有机质类型多样、充足、且多以生物成因具多，生油母质丰富质优。作为碳酸盐岩有机质含量指标之一的有机碳含量和氯仿沥青A含量相对较低。

2)促使碳酸盐岩有机质生烃的作用很多，如胶结、重结晶、压溶、晶析等作用。尤其是晶析和压溶作用。

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