鲁西地区上古生界煤系烃源岩生烃潜力

冯阵东 程秀申 王生朗 张继标 李建国

1.中国石化中原油田勘探开发科学研究院 2.中国石化中原油田勘探事业部 3.中国石化石油勘探开发研究院

鲁西地区是指郯庐断裂以西、兰聊断层以东、渤海湾盆地以南、南华北盆地黄口凹陷及以北的广大区域。该区上古生界煤系烃源岩发育，区内发育多个中、新生代含盐凹陷（图1），其中规模较大的凹陷包括覆盖于鲁西隆起之上的汶上、济宁、巨野、成武、鱼台凹陷和南华北盆地的黄口凹陷[1]。这些凹陷内的古近系盐膏岩十分发育，与东濮凹陷文23煤成气田具有相似的成藏条件[2－9]。

图1 鲁西地区主要凹陷分布图

凹陷内部及斜坡带发育多处低凸起，拥有上古生界上石盒子组的泥岩和煤层、古近系盐膏岩为区域性盖层，上古生界、中生界、古近系发育多套陆相碎屑岩，可以作为有利储集层[10－11]，可形成有利的生储盖组合，继承性发育的断层、区域不整合可以作为煤成气运移的通道[12－14]。

进一步研究认为，烃源岩的生烃潜力是制约该区油气勘探的主要因素，研究烃源岩的分布、类型、生烃演化过程，评价其生烃潜力对该区的油气勘探至关重要。

1 烃源岩类型及分布特征

鲁西地区的主要烃源岩为煤层、暗色泥岩、碳质泥岩，纵向上分布于石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。其中煤层主要分布于太原组和山西组，具有层数多、单层厚度薄的特点，平面上总厚度分布介于8～18m，厚度较大的地区分布在成武、鱼台、巨野凹陷，厚度大于13m；暗色泥岩主要分布于下石盒子组，厚度介于200～220m，部分分布于石炭系本溪组，厚度多在15～20m；碳质泥岩则分布于太原组、下石盒子组，厚度介于25～35m。

区内的煤层、碳质泥岩的TOC普遍大于50%，是品质最好的气源岩；而暗色泥岩具有下好上差的特点，深部太原组和山西组的暗色泥岩有机质丰度较高（1.5%左右），属中等—好烃源岩，上、下石盒子组暗色泥岩的生烃能力相对较差，多属于非—差烃源岩。通过对干酪根镜下鉴定发现，暗色泥岩主要含镜质组和惰质组，干酪根以腐殖型为主。黄口凹陷的部分干酪根中腐泥组和壳质组的总含量大于50%，以偏腐殖混合型—腐殖型为主（表1）；煤岩的氢碳原子比均在0.5～1.0，氧碳原子比小于0.1，均为腐殖型干酪根。

2 烃源岩生烃演化过程

自上古生界煤系烃源岩沉积以后，因该区覆于稳定的华北地台之上，接受的沉积厚度相差不大（2 500 m左右），各地区地温梯度基本相同，煤系烃源岩的Ro达到0.5%左右，开始少量生烃。三叠纪末期受印支运动影响，该区大规模抬升[12－15]，有机质演化得到抑制。此后，凹陷区进入差异演化阶段，导致地温梯度也开始分异：黄口、成武、鱼台等凹陷因接受大规模的中生界沉积，煤系烃源岩埋深超过3 500m，开始二次生烃；此时的汶上、济宁、巨野等凹陷中生界沉积厚度较薄、埋藏较浅，烃源岩未能满足液态烃生烃条件。

白垩纪末期，受燕山运动影响，差异演化进一步加剧：济宁、巨野等凹陷持续抬升，直至新近纪才开始接受少量沉积，烃源岩一直未达到液态烃生烃条件；汶上凹陷古近纪埋深达到5 000m，仅局部达到二次生烃条件；黄口、成武、鱼台等凹陷在古近纪剧烈沉降，烃源岩Ro超过2.0%，普遍达到成熟—过成熟高热演化阶段（图2）。

表1 丰参1井上古生界暗色泥岩干酪根组分表

图2 鲁西地区煤系烃源岩生烃演化图

3 不同凹陷烃源岩的生烃能力

根据凹陷的热演化历程，可以将不同凹陷烃源岩划分为以下3种类型：①济宁、巨野凹陷为印支期一次生烃型，Ro在0.5%左右，基本不具备液态烃生烃能力；②汶上凹陷为印支—喜马拉雅山期二次生烃型，Ro在0.8%左右，生烃能力较有限；③黄口、成武、鱼台凹陷为印支—燕山期、喜山期二次生烃型，各凹陷沉降中心烃源岩Ro超过2.5%，进入大量生烃阶段。3种类型中，印支—燕山期、喜马拉雅山期二次生烃潜力最大，可形成煤成气有利的勘探目标，印支—喜马拉雅山期二次生烃型次之，印支期一次生烃型最差。使用热模拟产烃率法对鲁西地区煤成气资源量进行计算，结果表明：该区喜马拉雅山期生成煤成气资源量为970.81×108m3，其中黄口凹陷为381.48×108m3，成武凹陷为291.15×108m3，鱼台凹陷为235.82×108m3，3个凹陷占总资源量的93.6%，具有较大的勘探潜力。

煤系烃源岩除平面上的差异演化外（图3），不同历史阶段的生烃量也有巨大的差异。

图3 鲁西地区煤系烃源岩Ro等值线图

三叠纪末期烃源岩基本不具备生烃能力，其后的隆升对有机质的聚集和保存十分有利；白垩纪末期的燕山运动阶段，仅有部分地区达到生烃条件，生烃量有限；古近纪以后，黄口、成武、鱼台等凹陷开始大量生烃，其上部沉积的巨厚盐膏岩盖层对煤成气的保存十分有利，黄口凹陷商1、黄1井中生界见油气显示，表明该类型的凹陷具有良好的煤成气勘探前景[16－17]。

4 结论

1）鲁西地区上古生界烃源岩主要由煤层、碳质泥岩、暗色泥岩组成，除黄口凹陷部分泥岩的干酪根为偏腐殖混合型—腐殖型外，绝大多数地区的烃源岩为腐殖型；煤层、碳质泥岩的有机质丰度较高，是优质气源岩，暗色泥岩有机质丰度低，生烃能力相对较差。

2）各凹陷烃源岩的热演化过程有3种类型：济宁、巨野凹陷为印支期一次生烃型，生烃能力极差，对该区煤成气成藏贡献不大；汶上凹陷为印支—喜马拉雅山期二次生烃型，但仅局部达到二次生烃条件，生烃潜力有限；黄口、成武、鱼台等凹陷为印支—燕山期、喜马拉雅山期二次生烃型，烃源岩大面积成熟，生烃潜力最大。

3）煤系烃源岩平面差异演化的同时，不同阶段的生烃强度也有明显差异，三叠纪、白垩纪末期局部成熟，生烃量极为有限；古近纪是最主要的生烃阶段，此时大量生烃的黄口、成武、鱼台等凹陷可形成有利的煤成气勘探目标。

[1]梁志刚，任战利，祝总祺.黄口凹陷中生代生油层地球化学特征及油气远景[J].石油勘探与开发，1996，23（1）：12－18.LIANG Zhigang，REN Zhanli，ZHU Zongqi.Geochemical characteristics of Mesozoic source rock and hydrocarbon potential in Huangkou sag[J].Petroleum Exploration and Development，1996，23（1）：12－18.

[2]王德仁，曾正清，许书堂，等.东濮及邻区上古生界天然气成藏条件分析[J].油气地质与采收率，2003，12（3）：36－41.WANG Deren，ZENG Zhengqing，XU Shutang，et al.Analysis of the gas reservoir forming conditions in the upper Palaeozoic of Dongpu and its adjacent area[J].Oil ＆ Gas Recovery Technology，2003，12（3）：36－41.

[3]刘景东，蒋有录.东濮凹陷中央隆起带北部古近系异常高压与油气成藏的关系[J].天然气工业，2012，32（12）：30－36.LIU Jingdong，JIANG Youlu.Relationship between abnormally high pressure and hydrocarbon accumulation of the Paleogene reservoirs in the northern part of central uplift，Dongpu sag，Bohai Bay Basin[J].Natural Gas Industry，2012，32（12）：30－36.

[4]李宗亮，蒋有录，鲁雪松.东濮凹陷户部寨气田天然气成藏地球化学特征[J].西南石油大学学报，2008，30（2）：57－60.LI Zongliang，JIANG Youlu，LU Xuesong.Geochemical characteristics of gas accumulation in Hubuzhai gas field，Dongpu depression[J].Journal of Southwest Petroleum U－niversity，2008，30（2）：57－60.

[5]吴欣松，韩德馨，张金强.华北地区煤层气聚集带评价与优选[J].天然气工业，2004，24（4）：4－6.WU Xinsong，HAN Dexin，ZHANG Jinqiang.Evaluation and optimization of coal bed methane accumulation zones in north China[J].Natural Gas Industry，2004，24（4）：4－6.

[6]蒋晓蓉，罗小平，郑尚乾.东濮凹陷天然气生成模拟与煤成气的新证据[J].矿物岩石，2005，25（2）：110－113.JIANG Xiaorong，LUO Xiaoping，ZHENG Shangqian.New evidence for the formation simulation of natural gas and coal－type gas in the Dongpu sag[J].Journal of Mineralogy and Petrology，2005，25（2）：110－113.

[7]许化政.东濮凹陷煤系有机质地化特征及生烃演化模式[J].石油实验地质，1987，9（2）：87－98.XU Huazheng.Geochemical characteristics of the organic matter in coal measures of Dongpu depression，and its evolutionary path[J].Petroleum Geology ＆ Experiment，1987，9（2）：87－98.

[8]朱炎铭，王晓辉，张聪，等.东濮凹陷石炭—二叠系煤系烃源岩的生烃演化[J].石油学报，2007，28（6）：27－32.ZHU Yanming，WANG Xiaohui，ZHANG cong，et al.Hydrocarbon－generation evolution of the Permo－Carboniferous coal measure in Dongpu Depression[J].Acta Petrolei Sinica，2007，28（6）：27－32.

[9]许化政，周新科.文留地区石炭—二叠纪煤系生烃史及生烃潜力[J].石油与天然气地质，2004，25（4）：400－408.XU Huazheng，ZHOU Xinke.Hydrocarbon－generating potential and history of Carboniferous－Permian coal measure strata in Wen liu area[J].Oil ＆ Gas Geology，2004，25（4）：400－408.

[10]张云峰，李忠，王清晨，等.鲁西隆起区奥陶系碳酸盐岩成岩作用及其对储集性的控制作用[J].地质科学，2005，40（2）：207－219.ZHANG Yunfeng，LI Zhong，WANG Qingchen，et al.Diagenesis and its role on the reservoir of Ordovician carbonate rocks in the west Shandong rise[J].Chinese Journal of Geology，2005，40（2）：207－219.

[11]张厚福.鲁西隆起下古生界碳酸盐岩古风化壳的储集特征[J].石油学报，1985，6（3）：19－28.ZHANG Houfu.Reservoir characteristics of the weathering crust in carbonate rocks－case of lower Paleozoic erathem，west Shandong uprift[J].Acta Petrolei Sinica，1985，6（3）：19－28.

[12]丁增勇，王良书，张鹏，等.济阳坳陷及鲁西隆起区中、新生代伸展与断裂活动特征[J].石油与天然气地质，2008，29（1）：107－113.DING Zengyong，WANG Liangshu，ZHANG Peng，et al.Crustal extension and fault activity during the Mesozoic－Cenozoic in the Jiyang Depression and the Luxi Uplift，East China[J].Oil ＆ Gas Geology，2008，29（1）：107－113.

[13]时秀朋，李理.鲁西隆起中—新生代伸展构造演化的模拟试验[J].中国石油大学学报：自然科学版，2010，34（3）：25－30.SHI Xiupeng，LI Li.Modeling experiments of structural evolution since late Mesozoic in west Shandong uplift，China[J].Journal of China University of Petroleum：Natural Science，2010，34（3）：25－30.

[14]唐智博，李理，时秀朋，等.鲁西隆起蒙山晚白垩世—新生代抬升的裂变径迹证据[J].中山大学学报：自然科学版，2011，50（2）：127－134.TANG Zhibo，LI Li，SHI Xiupeng，et al.Fission track thermochronology of late Cretaceous－Cenozoic uplifting events of the Mengshan Mountain in the western Shandong rise，China[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni，2011，50（2）：127－134.

[15]杨显成，李文涛，陈丽，等.济阳坳陷上古生界天然气资源潜力评价[J].天然气工业，2009，29（4）：30－32.YANG Xiancheng，LI Wentao，CHEN Li，et al.Assessment of natural gas resource potential in the Upper Paleozoic of Jiyang depression[J].Natural Gas Industry，2009，29（4）：30－32.

[16]徐汉林，吕福亮，赵宗举，等.南华北盆地黄口凹陷构造演化与油气勘探方向[J].中国矿业大学学报，2003，32（5）：590－596.XU Hanlin，L Fuliang，ZHAO Zongju，et al.Tectonic evolution of Huangkou depression and its petroleum potential[J].Journal of China University of Mining ＆ Technology，2003，32（5）：590－596.

[17]刘小平，刘太成，蒋礼宏，等.南华北盆地黄口凹陷构造形成演化及油气勘探前景[J].石油勘探与开发，2000，27（5）：8－16.LIU Xiaoping，LIU Taicheng，JIANG Lihong，et al.The structure evolution and hydrocarbon potential in Huangkou sag，southern North China basin[J].Petroleum Exploration and Development，2000，27（5）：8－16.