海相优质烃源岩的超显微有机岩石学特征与岩石学组分分类

秦建中，腾格尔，申宝剑，陶国亮，卢龙飞，仰云峰

(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡　214126)



海相优质烃源岩的超显微有机岩石学特征与岩石学组分分类

秦建中，腾格尔，申宝剑，陶国亮，卢龙飞，仰云峰

(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡214126)

摘要：为研究海相优质烃源岩的超显微结构特征，对我国南方海相优质烃源岩层系开展了岩石学和有机岩石学综合分析。通过扫描电镜与能谱进行矿物组成和有机质类型与赋存特征分析，发现有机质主要以硅质生屑颗粒、钙质生屑颗粒、黏土颗粒和有机颗粒4种方式赋存，进而对海相优质烃源岩提出了按生物类型、生物分子结构组成及其生烃特征和沉积成岩变化的成因分类方案，包括生物骨壳碎屑(包括生物矿物)、成烃生物碎屑、沥青组、自生矿物(或原生矿物)、次生矿物(包括表生矿物)和他生黏土矿物等6大类。这对海相优质烃源岩的有机岩石学和岩相学研究具有指导作用。

关键词：超显微特征；有机岩石学；岩石学；海相优质烃源岩；中国南方

有机岩石学是经由孢粉学发展起来的干酪根方法和由煤岩学发展起来的全岩方法为理论基础，以光学显微镜为技术手段，应用透射白光、反射白光、反射荧光综合研究烃源岩中分散有机质的特征、成因及光学参数[1-3]。传统的有机岩石学方法只能对微米以上大小的有机颗粒进行显微组分描述，对微米级以下的细分散有机质则难以准确判断来源。泥质烃源岩中的有机质大多以细分散状态存在，常在微米级和微米级以下[4-6]，在开展有机岩石学分析时受到技术方面的很大限制。随着微束分析技术的快速发展和广泛应用，如扫描电子显微镜能谱(SEM-EDX)、电子探针(EMP)、透射电子显微镜(TEM)等，使人们能够对烃源岩进行超显微层次的微观研究[7-9]，极大地促进了有机岩石学和泥岩岩相学的发展。

我国南方海相碳酸盐岩层系中发育下寒武统、上奥陶统—下志留统、下二叠统和上二叠统4套区域性烃源岩[10-15]，其中发育大量有机质丰度高和有机质类型好的优质烃源岩层[16-20]，前人已开展了大量的相关研究，取得了大批成果。本文选取上述南方古生界海相环境发育的优质烃源岩，在前期综合研究基础上挑选出形成大油气田的处于不同沉积相带与不同演化阶段的主要优质烃源岩典型样品192块，开展深入的有机岩石学综合分析，并进行了岩石学的系统分类。

1分析方法

扫描电镜研究采用Quanta 200型环境扫描电子显微镜的高真空扫描模式对页岩的微观形貌和结构特征进行观察。Quanta 200型环境扫描电子显微镜分辨率达到1.2 nm，放大倍数25~300 000。制样时首先应用氩离子抛光技术对样品表面进行刻蚀，使高速离子束轰击样品表面时，产生常规机械抛光所达不到的镜面效果，从而避免了机械抛光过程对岩样表面的破坏，保留了样品表面真实的孔隙形态。然后在样品表面镀一层约10~20 nm厚的金膜。针对海相富有机质页岩超显微(介于普通显微镜与原子力显微镜之间)结构和组成不明的特点，利用扫描电镜(SEM)+能谱元素对海相富有机质页岩或优质烃源岩进行超显微有机岩石学分析和综合研究。

2有机质赋存特征

通过对海相优质烃源岩的超显微有机岩石学综合研究，发现其中的有机质(或超微薄层)主要有以下4种赋存形式：①有机颗粒，主要是生物有机碎屑物质颗粒和次生沥青颗粒；②硅质生屑颗粒，它是南方海相下寒武统牛蹄塘组(-C1n)、上奥陶统—下志留统五峰—龙马溪组(O3w-S1l)及中二叠统大隆组(P2d)3套台凹或台盆优质烃源岩中最重要的赋存形式，几乎不含或微含黏土样品的约占50%以上，硅质生屑主要由浮游藻类残屑、底栖藻和海绵碎片以及菌类等组成，多呈超微薄层顺层理分布；③钙质生屑颗粒，它是南方海相D2和P2优质烃源岩的主要赋存形式，以云南禄劝D2和川西北广元上寺P2d钙质生物碎屑页岩为代表；④黏土矿物+有机质碎屑颗粒，即有机质与黏土相伴生或被片状黏土颗粒包裹与硅质及钙质有机生屑一起共生或吸附或包裹在黏土矿物中的有机碎屑物质颗粒，以重庆南川P2l黑色泥页岩为代表。

2.1硅质生屑颗粒

硅质生屑页岩主要由硅质及硅钙质+有机生物碎屑物质(或生物衍生物质—分泌液粘附物质及粪便等)颗粒组成(图1a)，一般均含C有机和S有机，它们多呈正相关关系。无论C有机含量高低，矿物成分均以SiO2为主体，质量分数一般可在75%以上。

2.2钙质生屑颗粒

钙质生屑颗粒一般均含有一定量的有机质，这些有机质多是连接或胶结群体生物的碳酸盐骨骼、壳、细胞壁及分泌物的骨胶原蛋白等；常见到藻类或真菌类或浮游生物碎屑或残余格架等，有的残余格架或有机质残余条带清晰可见(图1b)，甚至可见到大量真菌菌丝及藻类等。这些真菌类、藻类或浮游生物碎屑残余格架等能谱元素分析均含一定量的有机质，而且部分含量较高。

图1　中国南方海相优质烃源岩扫描电镜微观结构照片

2.3黏土颗粒

海相优质烃源岩黏土矿物+有机质碎屑颗粒中一般也均含有一定量的有机质，这些有机质多是与黏土相伴生或被片状黏土颗粒包裹的生物碎屑物质。

南方海相优质页岩中黏土矿物可分为2类：一是以高岭石为主的黏土矿物(图2a)，特征是SiO2/Al2O3比值较低(1.37±)，硅铝含量几乎相当；二是伊利石及伊蒙混层,在扫描电镜下多呈片状颗粒，片状黏土矿物颗粒可以包裹浮游生物、藻等有机质。重庆南川P2l黑色泥页岩1号样品黏土以高岭石为主，呈层状，并见大量硫细菌(图2b)，其成烃生物可能与高等植物或底栖藻类的细菌腐泥化有关。

2.4有机颗粒

海相优质烃源岩中的有机颗粒一般为有机质含量(体积)大于50%的颗粒，按成因类型可分为原生(生物有机碎屑物质颗粒)和次生(沥青颗粒)2种。原生的有机碎屑物质颗粒主要来源于浮游藻类、底栖藻类、动物类、微生物类和高等植物类等成烃生物体死亡后被细菌分解的中间产物，或食物残余或浮游植物分泌的低分子有机物或有机溶解物的聚集物，以及陆地生态系输入的颗粒性有机物等有机碎屑物质颗粒。而次生沥青颗粒(或称之为次生有机组分)是指上述原生有机碎屑物质埋藏之后，在热演化作用下形成的沥青，其结构、形态及产状等方面特征完全不同于原生有机碎屑物质颗粒。

南方海相优质烃源岩常见到的原生有机碎屑物质颗粒主要有：

(1)浮游藻类：①金藻门的硅质藻类；②疑源类成烃生物；③蓝藻门钙质或硅钙色球藻等主要发育在中泥盆统和上二叠统；④钙质浮游藻类(塔斯马尼亚藻)(图3)。

(2)底栖藻类：①硅质藻席；②硅质藻孢子囊；③宏观硅质藻丝体残片；④硅质海绵(图4)。

(3)微生物—真菌细菌类：①硅质细菌(含有机质)；②黏土质硫(或铁硫)细菌；③铁细菌，含有机质；④纳米钙质细菌；⑤钙质真菌菌丝(图5)。

(4)动物类：①节肢动物(笔石等甲壳类)的几丁质或胶原纤维或胶原蛋白的外骨骼和坚硬的几丁质附肢或体壁等；②海相镜质体或原生固体沥青(经微生物改造后动物脂肪等)。

(5)原始线叶植物——高等植物类。①高等植物类主要发育在南方海相P2l烃源岩中；②原始线叶植物主要发育在下寒武统牛蹄塘组。

3海相优质烃源岩超显微岩石学组分

根据上述优质烃源岩中生物硅、生物钙、有机生物碎屑物质及其成岩变化特征，中国南方海相优质烃源岩超显微有机岩石学特征，国际煤岩学会(ICCP)沉积有机质工作分类，以及前人海相烃源层有机显微组分分类方案等，提出了按生物类型、生物分子结构组成及生烃特征和沉积成岩变化的成因分类方案：(1)生物骨壳碎屑(包括生物矿物)组分；(2)成烃生物碎屑组分；(3)次生沥青组分；(4)自生矿物(或原生矿物)、次生矿物(包括表生矿物)和他生黏土矿物。

图2　中国南方海相黑色泥页岩微观结构

重庆南川，P2l。a.垂直页理自然面扫描电镜照片，能谱点(或面，方块)元素分析(归一化)结果C:84.7，O:7.2，Si:0.3，Al:0.5，S:4.8，Ca:0.2，Ti:1.4，Fe:0.9(有机质薄)；C:18.6，O:43.4，Si:16.8，Al:14.3，Ti:6.3，Fe:0.5(高岭石薄层)；b.垂直页理自然面扫描电镜照片，能谱点元素分析(归一化)结果O:52.9,Si:8.6,Al:9.1,S:14.1,Ca:7.5,Na:2.8,Fe:1.8,Mg:0.2,K:3(硫细菌)

Fig.2Micro structure of marine facies dark mud stones from South China

图3　中国南方海相优质烃源岩典型浮游藻类碎屑化石

a-j为扫描电镜照片,k和l为荧光照片(A15-A16)。 a.通江剖面，S1l，能谱归一化结果C:25，O:45.2，Si:24.3，Al:3.4，K:1.2，Mg:0.1，Na:0.3，Fe:0.6，硅质鱼鳞藻片；b.华蓥山剖面，O3w，硅质鱼鳞藻片，酸液处理；c.贵州遵义剖面，-C1n，能谱归一化结果C:29.3，O:39，Si:23.9，Al:0.3，S:0.2，Fe:6.3，P:0.9，硅质光面球藻(具瘤面的疑源类)；d.通江剖面，-C1n，能谱归一化结果C:48.7，O:27.5，Si:9.9，Al:0.2，S:0.4，Fe:0.5，Ca:0.4，N:12.4，硅(氮)质光面球藻(疑源类的一种)；e.云南禄劝剖面，D2，能谱归一化结果C:2.1，O:37.7，Ca:58.9，Fe:0.3，Al:0.3，Mg:0.7，钙质蓝藻门(蓝细菌)-色球藻科；f.贵州遵义剖面，-C1n，能谱归一化结果C:14.7，O:47，Si:36.1，Al:0.6，S:1.6，原始硅质硅藻；g.河坝1井，P2l，能谱归一化结果C:56.9，O:36.9，Si:5.2，Ca:0.9，硅钙质蓝藻光合片层；h.云南禄劝剖面，D2，能谱1归一化结果C:19.2，O:5.1，S:38.9，Ca:1.3，Fe:35.4，黄铁矿质虫管。能谱2归一化结果C:18，O:36.5，P:14.6，Ca:30.9，磷钙质虫管竹节石。 能谱3归一化结果C:33.4，O:27.2，Si:19，Al:4.5，S:2.8，Ca:7，Fe:1.9，K:3.9，Mg:0.4，硅质含黏土生物腱鞘；i-j.贵州遵义剖面，-C1n，能谱归一化结果C:81.1，O:17.3，

Si:0.2，Al:0.2，S:0.9，Ca:0.3，小刺藻；k-l.广元上寺剖面，P2d，全岩反射显微荧光照片，浮游藻类

Fig.3Planktonic algae clastic fossil in excellent marine source rocks from South China

图4　中国南方海相优质烃源岩典型底栖成烃生物扫描电镜微观结构

a.贵州遵义剖面，-C1n，能谱1归一化结果C:14.2，O:50，Si:30.7，Fe:3.6，Al:1.2，硅质藻席及硅质孢子囊。能谱2归一化结果C:14.5，O:55.1，Si:28.6，Fe:0.9 ，Al:0.9，硅质海绵；b.贵州遵义剖面，-C1n，能谱归一化结果C:5.4，O:24，Si:0.5，S:12.8，Ba:57.3，富钡藻席，示网眼和丝；c.通江剖面，S1l，硅质海绵；d.贵州遵义剖面，-C1n，宏观藻类茎杆。能谱1-2归一化结果，C:16.8，O:32.3，Fe:18.3，P:14，Ca:13.8，Si:4，Al:0.7，S:0.1，铁磷钙质生物体髓。能谱3-5归一化结果C:72.2，O:17.3，Fe:3.2，P:2，Ca:2.5，Si:1.4，Al:0.6，S:0.7，铁磷钙质生物体腔壁。能谱6-7归一化结果C:11.2，O:51.1，Si:19.2，Fe:12.2，P:5.3，Ca:0.2，Al:0.6，S:0.2，生物腔内硅铁磷质充填物；e.重庆南川剖面，P2l，底栖红藻，见纹孔；f.贵州遵义剖面，-C1n，能谱归一化结果C:55.6，O:36.3，Si:8.1，底栖藻硅质根状物；g.河坝1井，P2l，能谱1归一化结果C:64.9，O:6.7，Si:28.4，藻丝体细胞壁。能谱2归一化结果C:6.1，O:32.5，Si:61.4，藻丝体中间硅化； h.河坝1井，P2l，能谱归一化结果C:7.5，Si:1.5，

S:44.9，Fe:46.1，黄铁矿化孢子囊

Fig.4SEM photos showing micro structure of benthos in excellent marine source rocks from South China

图5　中国南方海相优质烃源岩典型菌类扫描电镜微观结构

a.贵州遵义剖面，-C1n，能谱归一化结果C:34.7，O:47.5，Si:17.9，硅质细菌(细菌对藻席的改造)；b.河坝1井，P2l，能谱归一化结果C:40，O:31.7，Si:25.5，S:2.3，Ca:0.4，硅质岩晶面上的微生物(硅质细菌)；c.河坝1井，P2l，能谱1归一化结果C:23.3，O:19.5，Si:36.5，S:6.9，Fe:13.8，硅质铁硫细菌。能谱2归一化结果O:33，Si:43.3，S:12.5，Fe:11.2，不含有机质硅质铁硫细菌；d.重庆南川剖面，P2l，杆状硫细菌；e.重庆南川剖面，P2l，能谱归一化结果C:19.7，O:34.4，Ca:23.8，S:19.3，Fe:1，Al:0.9，Ti:0.2，Na:0.4，Ma:0.3，硫细菌；f.通江剖面，S1l，能谱归一化结果C:15.6，O:32.1，Fe:43.9，Si:3，Al:1.6，P:3.1，Ti:0.8，铁细菌(弯曲状，中空)；g.广元上寺剖面，P2d，能谱归一化结果C:33.8，O:46.6，S:0.2，Si:7.8，Al:1.1，Na:0.1，K:0.5，Ma:0.5，Ca:9.3，Fe:0.2，钙硅黏土质真菌菌丝；h.广元上寺剖面，P2d，能谱3归一化结果C:30.5，O:44.5，Ca:18.8，Si:4.5，

Al:0.7，Ma:0.4，Fe:0.4，Cl:0.2，钙质真菌菌丝

Fig.5SEM photos showing micro structure of fungi in excellent marine source rocks from South China

3.1生物骨壳碎屑组分

生物骨壳碎屑组分主要是指来源于具有坚硬外骨骼或壳或细胞壁生物死亡后分解，并在成岩阶段能保存下来其骨骼壁壳原生结构的碎屑物质。按成分不同可主要分为硅质骨壳生屑、钙质骨壳生屑和有机骨壳生屑3类。前二者也属由生物的坚硬部分组成或是在沉积当地生物排泄之沉淀物所形成的生物矿物(图6)。

(1)硅质骨壳生屑(简称硅质生屑)是放射虫、硅质海绵、硅藻及硅鞭藻等浮游生物残骸，化学成分主要是由SiO2组成。生物硅质骨壳的原始成分多为蛋白石，随着沉积成岩逐渐从蛋白石A(无定形)演化为蛋白石CT(一维堆垛无序形态)、燧石(微晶石英)、玉髓(含水石英的隐性晶体)和自生石英。硅质骨壳生屑多数含有不等量的有机质(硬蛋白或果胶质)及其他杂质，用来粘结生物分子结构的骨骼或外壁壳(图6a,b c)。

(2)钙质骨壳生屑(简称钙质生屑)是生物骨壳碎屑，化学成分主要是由CaCO3组成。生物钙质骨壳的原始成分多为文石，见于钙质动物的骨骼、蛤壳、蛋壳、珍珠、珊瑚和壳体等和钙质藻类(如颗石藻、轮藻等，还有蓝藻和红藻等其黏液可以粘结其他碳酸盐组分形成粘结骨架)的钙质外壳中，性质不稳定，常转变为方解石。钙质骨壳生屑多数含不等量的有机质(果胶质或纤维质或几丁质或胶原蛋白)及锰和铁等其他杂质，用来粘结生物分子结构的骨骼或外壁壳(图6d,e,f)。

(3)有机骨壳生屑是指来源于具有几丁质或纤维素或甲壳素或骨胶原等有机外骨骼或壁或壳等生物死亡后分解，并在成岩阶段能保存下来的生物有机骨骼壁壳碎屑物质(图6g,h,i)。主要源于节肢类动物(甲壳类、三叶虫等)、脊索半索类动物(笔石等)的几丁质或骨胶原或甲壳等有机外骨骼碎屑和菌藻类(甲藻、沟鞭藻、绿藻、蓝藻、黄藻、褐藻、红藻等和细菌、古细菌、真菌等)等低等植物的纤维质或肽聚糖或甲壳素等有机壁壳以及少量高等植物的纤维素、木质素为主体的壁壳维管等有机碎屑物质。在成岩后的优质烃源岩中，动物有机骨壳等经凝胶化可形成镜状体(或海相镜质体)，也可以直接演化成为碳膜(或称之为海相惰性组)；低等植物纤维质壁壳经凝胶化也可以形成镜状体(或海相镜质体)或菌类体等；而高等植物在优质烃源岩形成环境中无法生存，其碎屑含量一般甚微，多是他生(搬运)，有时可见到镜质体、丝质体、半丝质体及粗粒体等。海相优质烃源岩中常见的有机骨壳生屑显微组分是镜状体或海相镜质体和海相惰质组或“碳膜”。

生物矿物是由生物的坚硬部分组成或是在原地生物排泄物沉淀所形成的，上述硅质生屑或钙质生屑就是生物矿物。生物体内的无机矿物材料，如骨、壳、壁、植物维管束等，是由无机矿物结晶(有时无非晶体)与有机基质(多为蛋白质或多糖)组成的复合材料，而且它们共同组装形成了高级有序结构并具有生物骨架支撑作用。

图6　中国南方海相优质烃源岩中典型硅质、钙质和有机质骨壳生屑超显微照片

a.河坝1井，P2l,黑色泥灰岩(岩心)，硅质放射虫+钙质有孔虫骨壳生屑，反射光显微照片×200；b.川东北河坝1井，P2l,5 643.21 m，黑色页岩，硅质生屑，扫描电镜照片×1 500；c.贵州遵义松林剖面，-C1n，黑色硅质页岩,硅质生屑(疑源藻类硅质细胞壁壳)，扫描电镜照片×12 500；d.川东北普光5井，P2l，5 735 m，黑色页岩(岩屑)，钙质生屑，反射光显微照片×512；e.川东北毛坝3井，P2l，黑色页岩(岩心)，钙质生屑，反射光显微照片×200；f.云南禄劝，D2，黑色页岩，钙质生屑(蓝藻类钙质壁壳)，扫描电镜照片×1 500；g.川东北河坝1井P2l，有机骨壳生屑(宏观底栖藻丝体碎屑)，扫描电镜照片×10 000；h.四川广元上寺剖面P2d，黑色页岩，有机骨壳生屑(菌丝体)，扫描电镜照片×4 000；i.川东南丁页1井S1l，2 049.72 m，黑色页岩(岩心)，笔石壳屑，FIB-SEM照片×10 000

Fig.6Ultramicroscopic photos showing silica, calcium and organic shell detritus in excellent marine source rocks from South China

3.2成烃生物脂类碎屑组分

成烃生物脂类碎屑组分主要是指来源于含有具脂类的生物死亡后分解，并在成岩或成熟阶段能保存下来，且对形成石油天然气具有贡献的脂类碎屑物质。按生物类型可分为浮游生物、微生物、底栖生物和高等植物等成烃有机生物碎屑4类。

(1)浮游藻类成烃物质主要源于甲藻、沟鞭藻、颗石藻(属金藻门)、硅藻、绿藻(丛粒藻、小球藻、栅藻、盘星藻、衣藻等)、蓝藻(如螺旋藻等)、黄藻、裸藻及鞭毛藻类等浮游藻类助漂浮的“油类”、固醇类、色素体及多种维生素等。

在优质烃源岩中，浮游藻类成烃碎屑物质的原始成分为“油类”(含大量萜类化合物)、色素体、多种维生素和固醇类等脂类化合物。在沉积—成岩阶段早期，一是这些脂类化合物化学结构相对比较稳定，二是这些浮游藻类个体较小，如微球藻、海水小球藻和很微小的金藻等超微型海洋浮游生物(<5 μm)、微型鞭毛藻、甲藻、颗石藻和微型硅藻等属微型(5～50 μm)浮游生物，硅藻、蓝藻等属小型浮游生物(50 μm～1 mm)，而且它们还有纤维质或肽聚糖或甲壳素等有机壁壳或钙质壁壳或硅质壁壳的保护，相对容易保存下来。在未成熟或成岩阶段，其“油类”等脂类化合物可能成为浮游藻类成烃碎屑物质，也可能与其他有机碎屑物质一起聚合或结合进入“干酪根”。在成熟(或晚成岩AB)阶段，这些浮游藻类成烃碎屑物质或干酪根是生成石油最重要的物质基础，生成石油并发生排出或运移之后，到高成熟—过成熟阶段，原来的浮游藻类成烃碎屑物质(均不发荧光)或干酪根一般已经面目全非(难以保留原始生物结构)。

(2)浮游动物类成烃物质主要源于甲壳桡足、三叶虫、笔石、变形虫、表壳虫、太阳虫、放射虫、翼足虫及鞭毛类等浮游动物助漂浮的“脂肪球”、色素体和胆固醇等脂类碎屑物质。浮游动物一般体重轻，即外壳重量轻、体内“脂肪”含量高，富有黏液、沉降阻力大(身体相对面积大，体表多刺毛、突起，群体连成片)或者具有纤毛、鞭毛而有一定的运动能力。

在优质烃源岩中，浮游动物类成烃碎屑物质的原始成分为“脂肪球”、色素体和胆固醇等脂类化合物。它与浮游藻类成烃物质一样，在沉积—成岩阶段早期，这些脂类化合物相对比较稳定，个体多较小，如原生动物类等，还有硅质外壳或钙质外壳或几丁质及骨胶原等有机壁壳的保护，相对容易保存下来。在未成熟或成岩阶段，其“脂肪球”等脂类化合物可能成为浮游动物类成烃碎屑物质，也可能与其他有机碎屑物质一起聚合或结合进入“干酪根”。在成熟(或晚成岩AB)阶段，这些浮游动物类成烃碎屑物质或干酪根也是生成石油重要的物质基础，生成石油并发生排出或运移之后，到高成熟—过成熟阶段，原来的原始生物结构或干酪根一般已经面目全非。

(3)菌类成烃物质主要源于细菌、古细菌、真菌及酵母菌等甘油脂肪酸酯、磷脂类、糖脂类、藿类及各种真菌孢子等脂类化合物。

在优质烃源岩中，菌类成烃物质与原始有机物质(菌化前)密切相关，其本身的原始成分为一些甘油脂肪酸酯、甘油二醚的磷脂、糖脂的衍生物、藿类化合物等和真菌孢子等脂类化合物。菌类生活遍布沉积水体—成岩早期的各个时期，实际上，海洋及湖泊水体中生活发育大量的浮游细菌、古细菌，它属小于5 μm的超微型浮游生物，多为附着在悬浮物上的细菌，可与其他有机生物碎屑物质一起在厌氧环境下沉积保存下来；在沉积水体界面—早成岩时期，古细菌、厌氧细菌类更活泼更发育，其死亡后与其他成烃物质一样，这些脂类化合物相对比较稳定，个体小，还有肽聚糖(细菌)、甲壳素(真菌)等有机细胞壁的保护，相对容易保存下来。在未成熟或成岩阶段，其甘油脂肪酸酯等菌类成烃物质，也可能与其他有机碎屑物质一起聚合或结合进入“干酪根”。在成熟(或晚成岩AB)阶段，这些含有菌类成烃物质的干酪根也是生成石油重要的物质基础之一，原来的菌类结构或部分被硅化、硫化或铁化等。

(4)底栖生物成烃碎屑是指底栖藻类和底栖动物类的含脂类生物碎屑物质,主要源于褐藻、红藻、绿藻及轮藻等各种孢子、色素体、固醇类等成烃脂类碎屑物质。底栖藻类或宏观藻类有机碎屑多是多细胞真核生物有机碎屑物质，常见粉砂级颗粒及生物结构.底栖藻类中“脂类”部分包括含叶绿素、胡萝卜素和叶黄素及藻红蛋白和藻蓝蛋白等一至多个色素体，贮藏物质多为褐藻/红藻等淀粉；具有精子或果孢子、果胞或游动孢子等；细胞膜中也含有微量的“脂类”或固醇类化合物。

在优质烃源岩中，底栖藻类成烃碎屑物质的原始成分为色素体、固醇类和各种孢子体(运动细胞含“油类”)等脂类化合物；底栖动物类成烃碎屑物质的原始成分为体内所含的色素体和胆甾醇等成烃脂类碎屑物质。它与上述其他成烃物质一样，在沉积—成岩阶段早期，这些脂类化合物可与其他生物碎屑物质一起保护下来。在未成熟或成岩阶段，相互结合成为“干酪根”。在成熟(或晚成岩AB)阶段，这些底栖生物成烃碎屑物质或干酪根也是生成石油和天然气的物质基础之一，有的粉砂级颗粒生物碎屑可保存其生物结构，如底栖藻类或宏观藻类有机碎屑等。

(5)高等植物成烃碎屑组分主要源于苔藓、蕨类、种子(裸子和被子)等各种孢子体、角质体、木栓质体、树脂体及色素体和固醇类等含脂类植物碎屑物质。高等植物为陆地生活的多细胞生物，志留纪绿藻登陆进化为蕨类植物,三叠纪裸子植物兴起，白垩纪始被子植物从裸子植物中分化出来。

在优质烃源岩中，高等植物成烃碎屑物质不是原地生成的，应是搬运(水体或风)而来的。其量也不会太丰富，除非含有形成“煤线”环境的薄层或页理层(Ⅲ型干酪根烃源岩有机质丰度再高也非优质烃源岩)。这些高等植物成烃碎屑物质或壳质组在沉积—成岩阶段早期相对比较稳定。在成熟阶段，部分可以保留其原始生物结构。壳质组主要是指来源于高等植物繁殖器官及分泌物所形成的有机显微组分，亦包括藻类的一些繁殖器官。壳质组在海相烃源层中不是主要的形态组分，但这类组分具较大生烃能力，在评价时不容忽视。

(6)此外，干酪根中的无定形体一般对应于原生无形态有机质，实际上它是上述有机碎屑物质超显微组分制备成“干酪根”后的“无定形体”综合体。就干酪根而言，无定形体可以根据生物来源进一步细分为腐殖无定形体、宏观藻无定形体和腐泥无定形体三类。无定形体组是指源岩干酪根中呈絮状、团絮状、团块状一类无固定形状的有机质。传统观点认为，无定形体对应于全岩中的矿物沥青基质和沥青质体这两部分，主要来源于浮游藻类等低等浮游生物的强烈分解产物，其生烃潜力相当于Ⅰ型干酪根。而近年来的大量研究成果表明，无定形体可来源于不同的有机物质，除了浮游藻类外，陆源高等植物、水生底栖生物、动物遗体及细菌均有可能构成无定形体的重要组成部分，其实际成烃能力彼此相差很大[4，21-22]。

3.3次生沥青组分

沥青组是沉积有机质埋藏之后在成岩或热演化作用下形成的有机沥青组分，其结构、形态及产状等方面特征完全不同于原生显微组分。按其成因和相态成分等可以分为原(或早期)沥青(或固体沥青)、渗出沥青体或运移沥青、微粒体或高演化固体沥青、氧化固体沥青、有机包裹体及再循环固体沥青等。

原沥青(原地早期沥青)多是动物“脂肪”或原生浮游生物的“油滴”成为石油的过渡产物(早成岩阶段)，一般形成于原地，较少发生运移，形态上看既有圆球状、颗粒状及块状，亦有短的条块状，表面较均一。原沥青形成于成熟前，是干酪根降解为原油的过渡产物，一般形成于原地，较少发生运移，形态上看既有圆球状、颗粒状及块状，亦有短的条块状，表面较均一，反射光下呈灰—灰白色不等，主要赋存在矿物岩石基质之中。原沥青是测定反射率的主要对象，可作为成熟度的评价标志。

渗出沥青体指优质烃源岩中显微组分内生裂隙中发荧光的运移烃类或生物腔孔中形成的渗出沥青体。渗出组限指源岩显微组分内生裂隙中发荧光的运移烃类及生物腔孔中形成的渗出沥青体。渗出沥青体主要指赋存于源岩生物碎屑腔孔边缘或生物碎屑表面的沥青，形态依生物腔孔形态或呈块状；反射光下呈灰色—灰白色不等，透射光下呈褐—黑色。据研究，其成因主要是由于生物壳中的有机质热演化过程中渗出而成，部分由腔中软体形成。从形态上看完全有别于动物有机组，不保留动物外皮(外壁)残迹，完全是外皮(外壁)渗出形成。

运移沥青是干酪根热降解产物即“可溶有机质或原油”，一般发生距离不等的运移，主要充填于脉、裂隙及孔隙中(图7)。运移沥青通常是可溶的并发荧光，可从优质烃源岩中排出进入储集层形成油藏或分散在运移通道中，也可残留在烃源岩中。

微粒体是脂类组分的生烃残余物，主要是由源岩中基质状的沥青质体、无定形体及藻类体等生烃过程中形成，它的存在表明源岩发生过生烃作用(成熟晚期—过成熟阶段，不发荧光)。在海相碳酸盐岩中微粒体分布相当普遍，粒径在1～2 μm左右，常呈微粒集合体产出。它既可以由高等植物的类脂组分形成，也可由藻类等低等水生生物形成。

高演化固体沥青是“原油”或“可溶有机质”进一步埋深、温压升高发生热裂解缩聚反应产生的缩聚产物——固体沥青，而热裂解烃类产物主要是甲烷。

氧化固体沥青是“原油”或“运移沥青”抬升到地表或接近地表或与地表相通，经过轻烃散失、氧化或细菌作用等形成的固体沥青。

有机包裹体是优质烃源岩热演化过程中被矿物包裹的可溶有机质，主要指包裹在晶体中的有机质，即有机包裹体。

再循环固体沥青较少见，产状与裂隙、孔隙无关，顺层分布，显示原始沉积特征，一般呈次圆状，边缘有氧化环，显示再搬运的痕迹。再循环沥青主要产出于泥质烃源层中，在碳酸盐岩中较少见，产状与裂隙、孔隙无关，顺层分布，显示原始沉积特征，一般呈次圆状，边缘有氧化环，显示再搬运的痕迹。再循环沥青的热演化在很大程度上取决于早期的热演化，其反射率一般高于原沥青，不能作为成熟度指标。

3.4自生矿物、次生矿物和他生颗粒

图7　优质烃源岩(或优质再生源岩)中常见次生沥青组分

a.羌塘盆地隆鄂尼西，T2b白云岩，中右下侧蓝黑色部位为固体沥青，沿晶隙发淡蓝色光为轻质油，荧光照片；b.川东北普光6井，P2ch，台地边缘生物礁蒸发坪相含沥青白云岩，沿早期溶蚀海棉体腔缝孔洞半充填固体沥青；c.川东北普光2井

台地蒸发岩蒸发坪亚相白云岩，4 820.48 m，沿粒间孔边缘充填沥青

Fig.7Secondary asphalt composition in excellent source rocks or excellent secondary rocks

(1)自生矿物是沉积物在沉积当中，或其后在沉积物内“当地”所形成的矿物，形成要素为温度、压力、离子浓度、pH值及Eh值。自生矿物与他生矿物、生物矿物均相异。优质烃源岩在沉积成岩过程中所形成的自生矿物，主要包括：①自生黏土矿物。②自生石英、玉髓、燧石、蛋白石。其成因主要有3种，一是沉积—成岩早期由溶解的生物硅经生物化学作用形成的；二是来自火山灰。它是火山灰沉积在海、湖中改造而成的一种特殊的硅质矿物，如脱玻化玻屑形成蛋白石，常呈超显微状球体集聚状，孔隙多，质地较轻，含少量黏土成分，多出现在中生代以后的地层中；三是由化学沉积或交代碳酸盐或其他矿物的燧石，其质地坚硬，含有机碳常呈黑色。③方解石、文石(霰石)及白云石等自生碳酸盐矿物，最普遍的自生矿物为方解石及白云石。优质烃源岩中的方解石大部分来源于文石(霰石)，大部分的白云石由方解石的化学蚀变作用所形成。霰石与方解石等成同质多象，在自然界文石不稳定，常转变为方解石。主要是生物成因的，产于某些贝壳中，也产于近代海底沉积或黏土中。④黄铁矿、菱铁矿等自生铁质矿物。在优质烃源岩中常常含自生黄铁矿及白铁矿，也是在海底强还原沉积环境中常见的自生矿物。⑤长石、白钛石(白榍石)、石膏、硬石膏、石盐、磷灰石、重晶石、海绿石、白云母、硬锰矿、软锰矿等自生硅酸盐和磷酸盐矿物。

(2)次生矿物是在岩石或矿石形成之后，其中的矿物遭受化学变化而改造成的新生矿物，其化学组成和构造都经过改变而不同于原生矿物。如橄榄石经热液蚀变而形成的蛇纹石，正长石经风化分解而形成的高岭石，方铅矿经氧化而形成的铅矾，铅矾进一步与含碳酸的水溶液反应而形成的白铅矿等，均是次生矿物。

(3)他生矿物是在别处形成后被搬至另一处沉积，这里的“另一处沉积”即是在优质烃源岩沉积时，有时可见伊利石、高岭石等远洋黏土；偶尔可见到石英、长石、方解石、白云石、陆源有机质等超显微黏土粒级碎屑颗粒。

4 结论

(1) 我国南方海相优质烃源岩中有机质(或超微薄层)主要以4种方式赋存：有机颗粒、硅质+有机质生屑颗粒(有机质与硅质生屑相伴生)、钙质+有机质生屑颗粒(有机质与钙质生屑相伴生)和黏土矿物+有机质碎屑颗粒(有机质与黏土相伴生或被片状黏土颗粒包裹与硅质及钙质有机生屑一起共生或吸附或包裹在黏土矿物中的有机碎屑物质颗粒)。

(2) 提出了按生物类型、生物分子结构组成及其生烃特征和沉积成岩变化的成因分类方案：①生物骨壳碎屑(包括生物矿物)；②成烃生物碎屑；③沥青组；④自生矿物(或原生矿物)；⑤次生矿物(包括表生矿物)；⑥他生黏土矿物等6大类。

参考文献:

[1]刘大锰.微束分析技术在有机岩石学研究中的应用现状[J].地质科技情报,1995,14(2):91-97.

Liu Dameng.Advances in microbeam analysis techniques applied to organc petrology[J].Geological Science and Technology Information,1995,14(2):91-97.

[2]秦胜飞,秦勇,钟宁宁,等.海相碳酸盐岩有机岩石学研究若干进展[J].中国海上油气(地质),1997,11(4):254-260.

Qin Shengfei,Qin Yong, Zhong Ningning,et al.Some advances of study on organic petrology of marine carbonate rock[J].China Offshore Oil and Gas (Geology),1997,11(4):254-260.

[3]涂建琪,陈建平,张大江,等.湖相碳酸盐岩烃源岩有机显微组分分类及其岩石学特征：以酒西盆地为例[J].岩石学报,2012,28(3):917-926.

Tu Jianqi,Chen Jianping,Zhang Dajiang,et al.A petrographic classification of macerals in lacustrine carbonate source rocks and their organic petrological characteristics:A case study on Jiuxi basin,NW China[J].Acta Petrologica Sinica,2012,28(3):917-926.

[4]涂建琪,王淑芝,费轩冬.透射光—荧光下干酪根有机显微组分的划分[J].石油勘探与开发,1998,25(2):27-30.

Tu Jianqi,Wang Shuzhi,Fei Xuandong.Classification of the ma-cerals of kerogen in hydrocarbon source rocks by transmitted light fluorescence[J].Petroleum Exploration and Development,1998,25(2):27-30.

[5]陶树,汤达祯,伍大茂,等.中、上扬子区下组合烃源岩有机岩石学特征[J].中国矿业大学学报,2010,39(4):575-581,590.

Tao Shu,Tang Dazhen,Wu Damao,et al.Organic petrology chara-cteristics of lower assemblage source rocks in upper and middle Yangtze region[J].Journal of China University of Mining & Technology,2010,39(4):575-581,590.

[6]秦建中,申宝剑,付小东,等.中国南方海相优质烃源岩超显微有机岩石学与生排烃潜力[J].石油与天然气地质,2010,31(6):826-837.

Qin Jianzhong,Shen Baojian,Fu Xiaodong,et al.Ultramicroscopic organic petrology and potential of hydrocarbon generation and expulsion of quality marine source rocks in South China[J].Oil & Gas Geology,2010,31(6):826-837.

[7]王娟,李贤庆,王广利,等.黔东南麻江—凯里地区烃源岩的有机岩石学特征[J].石油实验地质,2012,34(2):167-172.

Wang Juan,Li Xianqing,Wang Guangli,et al.Organic petrologic characteristics of hydrocarbon source rocks in Majiang-Kaili area, southeastern Guizhou[J].Petroleum Geology & Experiment,2012,34(2):167-172.

[8]王飞宇,傅家谟,刘德汉.煤和陆源有机质烃源岩特点和有机组分分类术[J].科学通报,1993,38(23):2164-2168.

Wang Feiyu,Fu Jiamo,Liu Dehan.Characteristics and organic component classification of coal and terrestrial organic source rocks[J].Chinese Science Bulletin,1993,38(23):2164-2168.

[9]张琴,王红岩,拜文华,等.南方海相志留系页岩有机质类型恢复研究[J].断块油气田,2013,20(2):154-156.Zhang Qin，Wang Hongyan，Bai Wenhua，et al.Restoration of organic matter type in Silurian marine shale， South China[J].Fault-Block Oil & Gas Field，2013，20(2)：154-156.

[10]蔡勋育,韦宝东,赵培荣.南方海相烃源岩特征分析[J].天然气工业,2005,25(3):20-22.

Cai Xunyu,Wei Baodong,Zhao Peirong.Characteristics of the marine hydrocarbon source rocks in south China[J].Natural Gas Industry,2005,25(3):20-22.

[11]梁狄刚,郭彤楼,陈建平,等.中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展(一):南方四套区域性海相烃源岩的分布[J].海相油气地质,2008,13(2):1-16.

Liang Digang,Guo Tonglou,Chen Jianping,et al.Some progresses on studies of hydrocarbon generation and accumulation in marine sedimentary regions,Southern China (Part 1):distribution of four suits of regional marine source rocks[J].Marine Origin Petroleum Geology,2008,13(2):1-16.

[12]王清晨,严德天,李双建.中国南方志留系底部优质烃源岩发育的构造—环境模式[J].地质学报,2008,82(3):289-297.

Wang Qingchen,Yan Detian,Li Shuangjian.Tectonic-environmental model of the lower Silurian high-quality hydrocarbon source rocks from South China[J].Acta Geologica Sinica,2008,82(3):289-297.

[13]秦建中,申宝剑,陶国亮,等.优质烃源岩成烃生物与生烃能力动态评价[J].石油实验地质,2014,36(4):465-472.

Qin Jianzhong,Shen Baojian,Tao Guoliang,et al.Hydrocarbon-for-ming organisms and dynamic evaluation of hydrocarbon generation capacity in excellent source rocks[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(4):465-472.

[14]彭金宁,张敏,刘光祥,等.川东北地区二叠系烃源岩沉积环境及控制因素：以城口木瓜口剖面为例[J].石油实验地质,2014,36(1):95-101.

Peng Jinning,Zhang Min,Liu Guangxiang,et al.Sedimentary environments and controlling factors of Permian source rocks in northeastern Sichuan Basin：A case study of Muguakou profile in Chengkou[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(1):95-101.

[15]冯冲,邹华耀,郭彤楼,等.川东北及邻区上二叠统吴家坪组烃源岩评价[J].地球科学与环境学报,2013,35(4):18-29.

Feng Chong,Zou Huayao,Guo Tonglou,et al.Evaluation of Source Rocks in Upper Permian Wujiaping Formation of Northeast Sichuan and Its Adjacent Area[J].Journal of Earth Sciences and Environment,2013,35(4):18-29.

[16]腾格尔,秦建中,郑伦举.黔东南地区震旦系—二叠系海相优质烃源层的时空分布[J].海相油气地质,2008,13(2):37-44.

Tenger,Qin Jianzhong,Zheng Lunju.Spatiotemporal distribution of Sinian-Permian excellent marine source rocks in Southeas-tern Guizhou Province[J].Marine Origin Petroleum Geology,2008,13(2):37-44.

[17]秦建中,申宝剑,腾格尔,等.不同类型优质烃源岩生排油气模式[J].石油实验地质,2013,35(2):179-186.

Qin Jianzhong,Shen Baojian,Tenger,et al.Hydrocarbon generation and expulsion pattern of different types of excellent source rocks.Petroleum Geology & Experiment,2013,35(2):179-186.

[18]付小东,邱楠生,秦建中,等.中上扬子区海相层系烃源岩硫含量分布与硫同位素组成特征[J].石油实验地质,2013,35(5):545-551.

Fu Xiaodong,Qiu Nansheng,Qin Jianzhong,et al.Content distribution and isotopic composition characteristics of sulfur in marine source rocks in Middle-Upper Yangtze region[J].Petroleum Geo-logy & Experiment,2013,35(5):545-551.

[19]王东.阆中地区须家河组烃源岩动态演化模拟[J].断块油气田,2014,21(1):18-23.

Wang Dong.Dynamic evolution simulation of Xujiahe Formation source rocks in Langzhong Area[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2014,21(1):18-23.

[20]张淮,周荔青,李建青.下扬子地区海相下组合油气勘探潜力分析[J].石油实验地质,2006,28(1):15-20.

Zhang Huai,Zhou Liqing,Li Jianqing.Hydrocarbon exploration potential analysis of the lower marine formation assemblage in the lower Yangtze region[J].Petroleum Geology & Experiment,2006,28(1):15-20.

[21]胡明霞,曹寅.下古生界烃源岩有机显微组分分类与应用[J].石油实验地质,2007,29(4):432-435,440.

Hu Mingxia,Cao Yin.Classification and application of organic macerals in the lower Paleozoic hydrocarbon source rock[J].Petroleum Geology & Experiment,2007,29(4):432-435,440.

[22]李贤庆,熊波,马安来,等.有机岩石学在油气勘探评价中的应用进展[J].江汉石油学院学报,2002,24(1):15-19.

Li Xianqing,Xiong Bo,Ma Anlai,et al.Advancement of organic petrology in oil and gas exploration[J].Journal of Jianghan Petroleum Institute,2002,24(1):15-19.

(编辑徐文明)

Ultramicroscopic organic petrology characteristics and component

classification of excellent marine source rocks

Qin Jianzhong, Tenger Borjin, Shen Baojian, Tao Guoliang, Lu Longfei, Yang Yunfeng

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

Abstract:Petrology and organic petrology analyses were completed for excellent marine source rocks collected from South China in order to study their ultramicroscopic structure. Scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectrum (EDS) were applied to study mineral components and organic matter occurrence. Organic matter mainly occurs as siliceous biodetritus, calcareous biodetritus, clay-size particles and organic particles. Excellent marine source rocks were classified into six types, including shell detritus, biodetritus, bitumen, authigenic mineral, secondary mineral and terrigenous clay mineral, according to their biotype, biomolecule structure, hydrocarbon generation characteristics and diagenesis evolution.

Key words:ultramicroscopic characteristics; organic petrology; petrology; excellent marine source rock; South China

基金项目：国家重点基础研究发展计划“973计划”项目(2012CB214801)和中国自然科学基金(41102074)资助。

作者简介：秦建中(1957—)，男，教授级高级工程师，从事有机岩石学和油气地质综合研究。E-mail:qinjz.syky@sinopec.com。

收稿日期：2015-07-31；

修订日期：2015-09-29。

中图分类号：TE122.1+13

文献标志码：A

文章编号：1001-6112(2015)06-0671-10doi：10.11781/sysydz201506671