贝尔凹陷烃源岩发育与沉积环境的关系研究

侯海涛，申家年，黄勇军

(东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆163318)

烃源岩有机质丰度取决于它的沉积环境，通常认为湖水相对较深时，陆源碎屑供应相对减弱，水生生物成为有机质的主要来源，有机质保存程度也较好，因此烃源岩有机碳丰度高，有机质的类型好［1］.然而通过对海拉尔盆地贝尔凹陷烃源岩有机质丰度类型及分布进行研究，发现有机质丰度高、类型好，分布范围广的烃源岩不一定要求广泛深湖—半深湖沉积环境［2］.进而对贝尔凹陷的有机质丰度、类型及分布与沉积环境间的关系展开讨论.

1 地质概况

海拉尔盆地为中新生代的多旋回、叠合式、断陷－坳陷型盆地，具两隆三坳的构造格局，即扎莱诺尔坳陷、磋岗隆起、贝尔湖坳陷、巴彦山隆起、呼和湖坳陷.各一级构造单元进一步细分为16个凹陷4个凸起.其中贝尔凹陷是位于贝尔湖坳陷的二级构造单元，位于海拉尔盆地中部断陷带，夹持于嵯岗隆起与巴彦山隆起之间，北与乌尔逊凹陷相连，面积为3 010 km2.贝尔凹陷地层由于经受了大范围的剥蚀，铜钵庙组严重缺失、不发育［3］，自下而上依次为:南屯组一段()、南屯组二段)、大磨拐河组一段()、大磨拐河组二段()、伊敏组(K1y)、青元岗组(K2q).其中南屯组一段三分为复合旋回段(K1n11)、特殊岩性段(K1n12)以及南一段上(K1n13).主要发育扇三角洲、辫状河三角洲、滨浅湖、深湖－半深湖沉积.

2 贝尔凹陷烃源岩有机质丰度、类型及分布

2.1 有机质丰度

本次研究烃源岩有机质丰度用到的参数为有机碳(TOC)和生烃势(S1+S2)(表1、2)，将统计的结果按照不同沉积环境以及不同层位划分，从横向及垂向两个方面对烃源岩的有机质丰度进行比较.

K1n11时期主要发育扇三角洲相和滨浅湖相，滨浅湖环境下沉积的泥岩TOC和S1+S2的平均值分别为2.18%和14.02 mg/g，有机质丰度高于扇三角洲环境下沉积的泥岩(0.49%，1.3mg/g和0.77%，3.42 mg/g).

K1n13时期同样以发育辫状河三角洲、滨浅湖以及深湖－半深湖相环境为主，该地层条件下以滨浅湖环境沉积的泥岩有机质丰度较高，TOC和S1+S2分别为2.24%和9.59mg/g.其他沉积环境下的泥岩有机质丰度与滨浅湖环境下的相差不大.

K1n2时期沉积环境仍以深湖－半深湖，滨浅湖以及辫状河三角洲为主，该时期各环境下沉积的泥岩有机质丰度相近(表1，2)，TOC质量分数均在1.5%以上，生烃势也都大于3.5mg/g.

表1 贝尔凹陷泥岩TOC统计结果

K1d1时期沉积环境以深湖－半深湖，滨浅湖为主.从泥岩的有机质丰度来看，这两个环境下沉积的泥岩有机碳含量相近，而且均大于1.8%，生烃势含量有些差异，但差距不大.

K1d2时期从发育的沉积环境来看，无论是深湖－半深湖，滨浅湖还是辫状河三角洲前缘，它们的泥岩TOC平均质量分数都大于1.6%，而且数值很接近.S1+S2含量均不高，最高为深湖－半深湖环境，为2 mg/g，但各环境之间的差距不算太大.

可以看得出的是，在泥岩沉积的过程中，沉积环境对烃源岩的有机质丰度起着一定的作用.从上文描述中我们看出，K1n11、K1n12和 K1n13各环境下沉积的泥岩有机质丰度差距大，并且多以滨浅湖环境下沉积的泥岩有机质丰度高.而K1n2、K1d1和K1d2各沉积环境下泥岩的有机质丰度差异减小，从而猜测烃源岩的发育不仅与沉积环境有关.

表2 贝尔凹陷泥岩S1+S2统计结果

2.2 有机质类型

本次研究采用HI与Tmax作图来说明有机质类型，通过观察可以发现贝尔凹陷各个时期不同环境下沉积有机质的类型情况.K1n11时期(图1)，滨浅湖环境沉积的有机质类型多为Ⅰ型－Ⅱ1型，扇三角洲环境下沉积的有机质类型多为Ⅱ2型－Ⅲ型.能看出该时期滨浅湖环境下沉积的有机质类型要远好于扇三角洲环境.到了K1n12时期(图2)，深湖－半深湖环境和辫状河三角洲前缘环境沉积的有机质类型较为分散，部分为Ⅰ型，部分为Ⅱ1型－Ⅱ2型.滨浅湖环境主要为Ⅱ1型－Ⅱ2型，辫状河三角洲前缘环境沉积的有机质类型较差为Ⅱ2型－Ⅲ型.K1n13时期(图3)深湖－半深湖环境以及滨浅湖环境下沉积的有机质类型极为分散，从Ⅰ型－Ⅲ型均有分布.辫状河三角洲前缘环境下沉积的有机质类型分布相对较为集中，主要为Ⅱ1型－Ⅱ2型.辫状河三角洲平原环境沉积的有机质类型为Ⅱ2型－Ⅲ型.K1n2时期(图4)深湖－半深湖环境沉积的有机质类型分布较为集中为Ⅱ1型－Ⅱ2型，滨浅湖环境下有机质类型多为Ⅱ1型－Ⅱ2型，少部分为Ⅰ型.辫状河三角洲前缘环境沉积有机质类型较为分散，多数为Ⅱ1型，部分处于Ⅱ2型－Ⅲ型.辫状河三角洲平原环境多为Ⅱ2型－Ⅲ型.K1d1时期与K1d2时期(图5和图6)沉积有机质类型分布较为接近，各环境间差异不大，K1d1段大部分为Ⅱ1型－Ⅱ2型，K1d2段大部分为Ⅱ2型－Ⅲ型，少部分深湖－半深湖环境有机质处于Ⅰ型.可以看出沉积环境对有机质的类型有一定的影响，深水条件下沉积的有机质类型往往优于浅水环境下沉积的有机质，这是因为深水环境下陆源碎屑物质供应少，主要以水生生物为主，并且由于水体较深，沉积下来的物质保存较好，不容易被氧化或降解，所以往往这个环境下沉积的泥岩有机质类型较好.但进一步观察可以看出，有机质类型的好坏并不单单是受到沉积环境的影响.正如刚才看到的，K1n11、K1n12和K1n13段各环境下有机质类型分布较为分散，非均质性较强，而 K1n2、K1d1和 K1d2各沉积环境下泥岩的有机质类型分布差异性逐渐减弱，这与上文有机质丰度的变化有一定的关联性.通过分析，本文认为机质丰度高、类型好，分布范围广的烃源岩不一定要求广泛深湖—半深湖沉积环境，进而推测有烃源岩的发育不仅与沉积环境有关而且与当时的构造活动有关联.

图1 K 1 n11段有机质θmax与HI关系图

图2 K 1 n12段有机质θmax与HI关系图

图3 K 1 n13段有机质θmax与HI关系图

图4 K 1 n2段有机质θmax与HI关系图

图5 K 1 d1段有机质θmax与HI关系图

图6 K 1 d2段有机质θmax与HI关系图

2.3 沉积有机质的分布

通过选取了霍5—霍12—德2—贝19—希5—希8进行了连井剖面，通过剖面可以直观清晰的看到不同层位不同环境下泥岩的沉积情况.如图7所示，从左到右以此为沉积环境、地层、深度、岩性，TOC含量以及评价结果.从图上可以看出，贝尔凹陷烃源岩是以砂泥互层为主，局部亦有大段厚层泥岩，如希5井K1n2段.从各层段来看，K1n2和K1n13是主要的烃源岩层段，大部分烃源岩达到了好－很好;K1n11总体较差，但局部也存在薄层的优质烃源岩，如霍5、贝19井等;K1d1，K1d2段烃源岩大部分以中等为主.

3 分析与讨论

影响烃源岩有机质丰度的因素主要为有机质来源、生物生产率以及沉积环境，矿物岩石作用和沉积速率，微量元素，物理化学作用，保存条件和演化程度等［4－7］，但最主要的因素是初始生产力，即生物产率，以及保存条件.根据国内外大量的文献调研，一般情况下，可以用烃源岩中的Pr/Ph帮助了解源岩的沉积环境.普遍认为，Pr/Ph＜0.8，烃源岩属于咸水还原环境，而Pr/Ph＞2.8，属于沼泽偏氧化环境.有学者研究计算了贝尔凹陷的水体的Pr/Ph值，认为贝尔凹陷的水体为淡水到微咸水环境，该环境下利于藻类等水生生物的大量生长.另外，水动力作用以及光合作用都会促使沉积有机质发生再循环，刺激水生生物的生长从而促进初始生产力［8－9］.

图7 贝尔凹陷有机碳连井剖面

实际上，考虑其地质因素来说，构造和沉积特征对烃源岩的控制更为明显和显著.海拉尔盆地为断陷型盆地，经历了断陷期、断坳期及坳陷期3个构造活动期.受断层的影响，在靠近边界断层附近，烃源岩比较发育，形成的烃源岩质量好，丰度大.成为生成油气的主力和烃源灶.这种特征在海塔盆地比较常见.此外，随着可容空间增大、可容空间形成速率较高时，盆地处于欠补偿状态，有利于形成良好的生油岩［10－13］.K1n11时期处于盆地的被动裂陷时期，该时期盆地是在平缓古地貌背景下，研究区整体缓慢下沉，水体环境比较稳定，这一过程一直持续到K1n12段.K1n13时期进入盆地的主动裂陷期，此时盆地沉降速率大于被动裂陷期，整个过程持续到K1n2段.K1d1段开始进入断陷坳陷过渡期，此时盆地沉降速率增加，沉积地层较陡，发育水体较深，整个过程延续到和K1d2段.总结发现，有机质丰度高的地层为K1n1段地层.该地层沉积时期，盆地缓慢下降，沉积物及时得到保存，说明盆地的构造活动对有机质的发育和分布起到重要作用.

4 结语

按照目前的行业规范，通过划分贝尔凹陷不同沉积环境下烃源岩的有机碳值和S1+S2值，发现有机质丰度高的烃源岩不一定是深湖－半深湖沉积环境下.沉积水体环境决定了烃源岩的质量，贝尔凹陷当时沉积的环境以淡水环境为主，适合藻类大量生长，保证了较高的生物产率，另外由于构造活动，使得沉积的有机质能够迅速堆积埋藏，使得沉积的泥岩有较高的有机质丰度.构造和沉积特征控制了烃源岩的发育与分布，有机质的分布主要受凹陷内湖水的流动作用以及盆地构造作用的控制，湖水的流动决定了有机质的二次沉积，构造作用形成的断层控制了沉积后有机质的分布.

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