下扬子地区下寒武统烃源岩地球化学特征分析

张飞燕

(中国石化华东油气分公司勘探开发研究院，南京 210011)

下扬子区经过近60年的勘探，除在苏北新生界陆相地层及黄桥地区上古生界龙潭组获得工业油气流外，区内海相油气勘探迄今未获实质性突破。

近期，上扬子地区相继在磨溪、高石梯龙王庙组、震旦系灯影组取得了重大突破，同属扬子块体的下扬子地区是否具备与上扬子下古生界相似的沉积条件、气源物质基础是否优越、有利勘探方向在哪里等一直是地质学家长期以来关心的问题，本文在前人研究的基础上系统收集下扬子下古生界大量的露头、钻井资料，对下寒武统荷塘组的气源条件进行了分析，为后期科学勘探提供基础依据[1-3]。

1 地质背景

下扬子区中、古生界属于保存下来的晋宁期—印支期扬子边缘海盆地的一部分，其构造运动方式以振荡运动为主，水平运动相对较弱，使该区始终保持着持续沉降的状态，早寒武世，是继震旦系沉积之后海侵规模进一步扩大的海相沉积；下扬子地区主要发育台地相、斜坡相和陆棚-盆地相，宣城地区处于陆棚-盆地相之内，泥页岩厚度主要在100～600m之间，整体呈中心往四周递减趋势，存在2个北东向沉积中心(石台-泾县沉积中心与淳安-德清沉积中心)。中寒武世，在早寒武世海侵高峰之后，海水略有退却，除皖南、浙西部分地区为深色泥岩，仍保持了盆地相外，早寒武世盆地相区大部分转变为陆棚环境。晚寒武世，继续海退趋势，台地区进一步扩大。整体上下扬子的沉积环境为下寒武统的烃源岩发育提供了较好的条件[4]。

2 烃源岩地球化学特征[5-6]

2.1 有机质丰度

针对39个样品进行的热裂解测试结果统计结果显示TOC含量平均为5.01%， 但具有不均一性，最高值为16.86%，最少仅为0.08%。

表1 下扬子地区岩石热裂解测试数据统计表

图1 柘林坝剖面荷塘组气源岩气源条件柱状图Figure 1 Zhelinba section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

宣城以东地区的柘林坝、罗村、太蔡岭、刘家桥等剖面荷塘组TOC含量范围为0.33%～13.48%，平均为5.76%，有机质丰度最高；其中，柘林坝剖面TOC均值最高，达到7.61%，刘家桥剖面次之，可以达到5.15%。典型的剖面是柘林坝剖面，该剖面上TOC的高值都集中在下部的炭质页岩发育层段。

黄栗树、幕府山两个剖面的TOC含量范围为0.14%～3.95%，平均为1.13%，有机质丰度相对较低，但其中幕府山剖面属于有机质高的剖面(图2)。

表2 柘林坝剖面岩石热裂解测试数据统计表

图2 幕府山剖面荷塘组气源岩气源条件柱状图Figure 2 Mufushan section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

图3 蓝田剖面荷塘组气源岩气源条件柱状图Figure 3 Lantian section Hetang Formation gas source rock gas source condition column

蓝田、洪村、岩寺村、红桃村等剖面TOC含量范围为0.08%～16.85%，平均值为4.5%，略低于东部剖面，有机质丰度较高，生烃潜力为0.01～0.04mg/g。总体上有机质丰度值较高。蓝田剖面是西部区比较完整的一条剖面，是有机质最高的剖面，有机质丰度最好的是红桃村剖面，平均值可以达到7.31%(图3)。

图4 早寒武世黑色岩系不同岩石类型有机碳含量特征图Figure 4 Organic carbon content characteristic patterns of early Cambrian black rock series different rock types

根据野外采集的岩石样品所测试的有机碳数据对黑色岩系不同类型岩石有机质丰度做出对比分析，可以看出炭质页岩的有机质丰度(TOC含量2.63%～12.77%)要明显的高于其他类型岩石；另外，灰岩有机质丰度(TOC含量0.01%～0.22%)极低，TOC平均值仅为0.12%；泥页岩、硅质页岩、钙质页岩及硅质岩有机质丰度变化不大，TOC平均值为0.8%(表3，图4)。

表3 早寒武世黑色岩系岩石样品有机碳含量表

2.2 有机质类型

本次研究主要利用干酪根镜检的方法，共送样29份，实测26份，结果如表4所示。干酪根类型全部为Ⅰ型，有机质组分主要为腐泥组，平均比重为95.7%，另含少量固体沥青，平均比重为4.3%，几乎不含壳质组、镜质组和惰性组。其中腐泥组中以藻类体为主，具藻类结构，黑色无荧光； 另含少量腐泥无定形体，云雾、团块状，黑色无荧光。固体沥青一般为块状，黑色无荧光(图5)。

表4 下扬子地区荷塘组有机质类型统计表

选取了柘林坝剖面、宁敦桥头、罗村剖面上三个样品进行单独分析，会发现，三个剖面显示的干酪根显微组分都基本一致，有机质以藻类体、腐泥无定形体为主，见少量固体沥青，有机质不具荧光特征，这是明显的Ⅰ型干酪根特征(表5，表6，表7，图5，图6，图7)。

表5 柘林坝剖面(ZLB-3-001)黑色岩系干酪根显微组分析统计

图5 柘林坝剖面(ZLB)黑色岩系干酪根显微照片Figure 5 Zhelinba section (ZLB) black rock series kerogen micrograph

样品号质量类型指数干酪根类型组分含量/%透光描述ND桥头-0010.32997Ⅰ腐泥无定形体7褐色云雾状、团粒状藻类体90深褐色具藻类体结构固体沥青3黑色块状

图6 宁敦桥头黑色页岩干酪根显微照片Figure 6 Ningdunqiaotou black shale kerogen micrograph

样品号质量类型指数干酪根类型组分含量/%透光描述LC5-10.36295Ⅰ腐泥无定形体28褐色云雾状、团粒状藻类体67深褐色具藻类体结构固体沥青5黑色块状

图7 罗村剖面黑色页岩干酪根显微照片Figure 7 Luocun section black shale kerogen micrograph

2.3 有机质成熟度分析

为了对下扬子地区地层有机质成熟度(Ro)分布情况有一个整体的认识和了解，在对下扬子地区相关典型剖面所采集的样品进行镜质体反射率(Ro)分析测试，结合收集和查阅到的前人资料整理得到的寒武系下统黑色岩系有机质成熟度(Ro)数据资料对下扬子地区地层有机质成熟度有了整体认识。

本次研究主要对下扬子地区相关剖面的28个样品进行了测试，结果见表8。由表中可以看出，所测样品的Ro值分布在1.67%～3.47%之间。其中灰岩层的相对较低，在2%以下；其他岩性Ro值均大于2%，炭质页岩最高达到3.47%。

除剖面样品外，皖宁2井的测试结果也反映了一致的演化特征。皖宁2井荷塘组共测试了9个样品的镜质体反射率，其范围在3.5%～4.1%之间，亦属于有机质过成熟晚期阶段。类似地，宣页1井下寒武统荷塘组虽然只测试了2个样品的Ro值，其值均在5%以上，也指示了过成熟的晚期阶段。

此外，热解参数也可以帮助分析源岩成熟情况。通过对宣页1井岩心样品的分析，揭示下扬子地区黑色岩系的干酪根热解具有热解峰温高(Tmax，℃)，热解烃(S2)和氢指数(IH)低的特点(表9)。其中荷塘组样品的Tmax平均值为349.2°C，氢指数仅1.59mg/g，指示其处于过成熟阶段。

表8 早寒武世黑色岩系岩石样品镜质体反射率(Ro)数据表

表9 宣页1井Tmax，S2和IH统计表

从以上镜质体反射率和热解资料分析结果来看，下扬子地区烃源岩有机质的成熟度普遍偏高，属于过成熟阶段，已不具生烃能力，这对于页岩气的成藏而言，前期已生成烃类气体的储集和保存情况则成为起制约作用的关键因素。

3 下寒武荷塘组源岩条件评价

区内总体上气源条件较好。南部样品显示有机质丰度较高，但是多数为过成熟且生烃潜力较低，而北部虽然有机质略低，但是多处于高成熟阶段，同时源岩厚度大，且生烃潜力优于南部。

从层位上来说，目前发现的有机质丰度比较高的层段均在剖面的下部炭质页岩层位，如果从层序的研究角度来说，可能属于海进体系域晚期或者高位体系域早期。但是不利的条件是有机质基本上都过成熟(除了南部柘林坝剖面)，所以从有机质成熟情况来讲，气源岩潜力总体不大。

当然因收集数据点不能全部囊括整个下扬子区，但可以进行面上推测，下扬子地区下寒武统有机质成熟度整体偏高，大部分处高成熟-过成熟阶段；北部地区总体上处于高成熟阶段，东南部多为过成熟阶段，即高值区主要集中在下扬子东南部地区，往北成熟度Ro值呈降低趋势。