萍乐拗陷龙潭组海相泥页岩勘探潜力

熊 晨, 陈洪德, 陈安清, 张成弓, 史建南, 李 峰, 潘 博, 肖 斌, 欧阳睿

(1.油气藏地质与开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中国石化中原油田分公司物探研究院，河南 濮阳 457001)

近年来，中国勘探程度较低的盆地深层及中小型盆地被认为是未来的勘探战略领域。随着致密油气藏及页岩气等非常规油气地质理论的突飞猛进，其构造、沉积演化及油气资源潜力亟需重新认识与评价。中国东南地区分布有较多的中小型盆地，二叠系是其重要的富有机质泥页岩和含煤层位，主要分布于江绍断裂带附近的金衢拗陷、萍乐拗陷、闽粤和永梅拗陷。其中，萍乐拗陷作为受燕山期火山作用和构造运动影响较小的古老海相残留盆地的代表，其二叠系龙潭组富有机质泥页岩作为优势发育层位，可与全球性浅水烃源岩进行对比[1-5]。萍乐拗陷地处华夏陆块与扬子陆块的结合带附近，古生代以来经历了复杂的大地构造演化过程，遭受了复杂而强烈改造，断裂构造十分发育，地层残缺不全，使得油气成藏过程及保存条件极为复杂[6-7]。

前人针对中国东南地区的研究主要集中在常规油气资源[2,4,7]，但尚未取得突破。近年来，随着海相页岩油气勘探等新理论与技术的发展，重新认识该地区主力烃源岩发育层位、沉积环境及富有机质页岩特征，对油气资源的勘探具有重要的意义。本文基于萍乐拗陷区域构造背景、前人研究成果、野外露头资料及地化分析测试数据，综合分析萍乐拗陷龙潭组沉积环境和富有机质泥页岩厚度、有机质类型、有机质丰度及有机质成熟度等特征，探讨富有机质泥页岩演化的主控因素，明确萍乐拗陷中部非常规油气资源勘探潜力。

1 研究区概况

萍乐拗陷位于江西中北部，面积约24 600 km2，北侧为九岭山隆起带，南侧为武功山隆起带；以赣江断裂为界，可分为东部乐平凹陷和西部萍乡凹陷。乐平凹陷晚古生代地层零星出露，主要分为进贤-乐平复向斜带和波阳-景德镇复向斜带；萍乡凹陷晚古生代地层发育，呈“一隆两凹”格局，自北而南为锦江复向斜带、蒙山复背斜带和袁水复向斜带[1,7-10]。萍乐拗陷整体自西向东可分为萍乡次拗、锦江次拗、清江次拗和南鄱阳次拗(图1)，不整合叠置于前寒武纪变质基底之上，从晚古生代至三叠纪发育了5 km以上的巨厚沉积物，主要为一套海进序列的沉积，是该地质时期最大的海相至海陆交互相沉积盆地[1,7-9]。

萍乐拗陷整体地层发育齐全，本次研究目的层主要为上二叠统龙潭组，其假整合于茅口组灰岩之上、整合于吴家坪组含燧石结核灰岩或长兴组硅质岩之下，从底到顶可分为10层，主要由粗细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩(泥质粉砂岩)，以及泥岩、炭质泥岩、页岩和煤层组成，整体表现为深灰色-灰黑色含煤碎屑沉积，厚度为数米至数百米(图2)[11]。

2 岩相古地理特征

本文综合龙潭组野外露头剖面、煤田钻孔和石油钻井等资料，对萍乐拗陷及其周缘的岩相古地理环境进行了分析。萍乐拗陷龙潭组沉积期为潮坪环境(图2)，总体表现为水体动荡，相继沉积了官山段、老山段、狮子山段及王潘里段，组成龙潭组含煤建造。龙潭组底部假整合于茅口组灰岩之上(图3-A)，地层厚度最大值在丰城附近。

潮上带沉积主要发育泥岩、砂质泥岩，多被植物覆盖(图3-B)。

图1 萍乐拗陷构造轮廓图Fig.1 Tectonic sketch map of the Pingle Depression

图2 萍乐拗陷龙潭组沉积与岩性特征综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of the Longtan Formation in Pingle Depression

潮间带沉积下部主要发育深灰色薄层粉砂岩、细砂岩、泥岩互层，夹煤层(图3-C)，可见波状层理和透镜状层理及砂泥薄互层状的潮汐韵律层理(图3-D)。上部则主要发育灰白色至灰黑色泥岩、砂质泥岩夹薄层粉砂岩，可见交错层理及水平层理(图3-E)，植物化石丰富。

潮间带席状砂沉积主要发育灰、深灰色薄-中厚层粉砂岩(图3-F)、细砂岩夹薄层泥岩，可见潮汐水流作用形成的水平-波状纹层、透镜状层理及小型流水波痕(图3-G)，生物扰动不发育。

图3 萍乐拗陷龙潭组沉积相标志Fig.3 Photographs showing sedimentary facies marker of Longtan Formation in Pingle Depression(A)上高地区龙潭组炭质泥岩与下伏茅口组灰岩分界; (B)分宜地区龙潭组炭质泥岩夹砂岩层; (C)萍乡地区龙潭组炭质泥岩夹煤层; (D)婺源地区潮汐层理中的透镜状砂岩层; (E)丰城地区潮间带上部砂质泥岩，水平层理; (F)高安地区炭质泥岩夹中厚层细砂岩; (G)高安地区小型流水波痕; (H)丰城地区中厚层粉砂岩，低角度交错层理; (I)乐平地区泥岩内双壳类化石; (J)腹足类化石; (K)丰城地区龙潭组炭质页岩夹煤层; (L)分宜地区龙潭组煤层

潮道沉积主要发育薄至中厚层灰白-浅灰色中砂岩和中细砂岩，颗粒分选性差，含较多的炭质碎屑及杂基，胶结物以泥质为主，可见槽状交错层理及低角度交错层理(图3-H)，产腕足类、腹足类、双壳类及植物化石(图3-I、J)。

潮间及沼泽沉积主要发育灰黑色薄层泥岩、炭质泥岩、深灰色细粒粉砂岩夹煤层(图3-K、L)，泥岩中有较多炭化植物碎屑，炭质含量高，局部可见炭质泥岩变形构造。煤层结构简单，但发育不稳定，且煤层较薄，易受海水影响。

图4 萍乐拗陷龙潭组岩相古地理图Fig.4 Lithofacies paleogeography map of the Longtan Formation in Pingle Depression

总体而言，萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩沉积厚度平均可达100 m以上；但东吴运动以后，海水由西南方向向北东方向退却，萍乐拗陷整体从西向东依次展现为西部潮下带上部亚相、中部潮下带下部亚相以及东部潮间带亚相(图4)。以赣江断裂为界，晚二叠世丰城地区沉积水体最深，萍乡地区较深，乐平地区则是在海侵最大时才开始接受沉积。同时，通过选取萍乡、丰城、乐平各地区野外典型剖面对比发现，龙潭组厚度整体显示出西厚东薄之势。其中丰城地区为主要沉积中心，沉积的地层厚度最大，单层厚度由西部到中部再到东部表现为先逐渐增厚后逐渐减薄；随后东部地区基底发生整体抬升，造成其顶部地层被大量剥蚀，故而在萍乐拗陷呈现出中部富有机质泥页岩沉积最厚。龙潭组富有机质泥页岩在区域上整体表现为“累计厚度大、泥岩与砂质泥岩和粉砂岩互层、西厚东薄”的特点。

3 有机地球化学特征

3.1 富有机质泥页岩厚度

作为烃源岩评价的重要指标之一，富有机质泥页岩的厚度一定程度上决定了有机质的数量。以赣江断裂为界，萍乐拗陷虽属同一大海盆[12-14]，但后期东部基底抬升造成乐平地区地势相对较高，萍乡地区则水体较深，因而沉积厚度相对较大，沉积序列较为完整；而乐平地区则在最大海侵时才接受沉积，沉积厚度相对较小[1,3]。故龙潭组富有机质泥页岩厚度在平面展布上呈现出东薄西厚的趋势，一般厚度可达100～200 m，沉积中心主要位于萍乐拗陷西段樟树—丰城一带，最厚可超过210 m(图5-A)。拗陷内泥岩与砂质泥岩、粉砂岩呈互层状分布，单层厚度大，并夹有多套煤层。龙潭组煤系地层在萍乐拗陷西南部累计厚度>11 m，一般为5～11 m；东北部较薄，累计厚度可达8 m，一般为5～8 m。

3.2 有机质类型及TOC含量

3.2.1 有机质类型

有机质类型是评价烃源岩质量和生烃潜力的重要指标，不同类型的有机质对应不同的产烃类型和生烃门限，这与有机质母源输入及保存条件密切相关，可用来追溯其有机质来源及沉积环境[15-18]。通过对萍乐拗陷富有机质泥页岩干酪根分析可知[2,4,19]，龙潭组富有机质泥页岩沉积环境主要为海陆过渡相潮坪，有机质类型主要为Ⅲ型，次为Ⅱ型。故萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩整体上以生气为主，生油为辅，同时在高熟至过熟阶段可因原油裂解而形成天然气[4,20]。

3.2.2 TOC含量

有机质丰度高低不仅决定了油气生成的数量，而且还是评价烃源岩质量的主要有机地球化学指标，高有机质丰度可使泥页岩具有较好的成烃物质基础[18,21]。据统计，龙潭组泥岩TOC质量分数(wTOC)为0.06%～12.32%，平均为1.1%(图5-B)。其中，萍乡地区主要为1.1%～12.32%(平均为2.75%)，丰城地区主要为0.86%～2.52%(平均为1.32%)，乐平地区主要为0.45%～1.12%(平均为0.63%)。总体而言，萍乐拗陷TOC含量整体呈现出西南高东北低的趋势，高值区主要集中于萍乡地区及附近(图5-B)。

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是表征有机质向油气转化的热演化程度的指标，有机质只有在达到一定的热演化程度后才开始大量生成油气，该指标不仅决定了烃源岩生烃量，同时也决定了生烃资源类型[18,22-23]。本次研究主要采用镜质体反射率(Ro)对萍乐拗陷龙潭组泥页岩有机质成熟度进行评价。整体上从东到西，富有机质泥页岩Ro值逐渐升高，最低不低于0.5%，最高可达5.45%(图5-C)。其中，萍乡地区Ro值主要为2.19%～5.45% (平均为3.06%)，丰城地区Ro值主要为1.43%～1.84%(平均为1.49%)，乐平地区Ro值主要为0.66%～1.51%(平均为0.75%)，整体呈现出东部成熟、中西部过成熟(图5-C)。因此，萍乐拗陷富有机质泥页岩普遍进入成熟阶段，部分地区进入高熟至过成熟阶段[4,23]。

图5 萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩有机地球化学特征Fig.5 Organic geochemical characteristics of the Longtan Formation organic matter-rich mud shale in Pingle Depression

4 讨 论

4.1 沉积环境对富有机质泥页岩分布的控制

由于龙潭组沉积时期萍乐拗陷东部基底抬升，水体由东南向西北方向逐渐退却，同时受古地形影响，依次在萍乡地区、丰城地区和乐平地区发育潮下带上部、潮下带下部以及潮间带沉积。中部丰城地区作为沉积中心，沉积的龙潭组富有机质泥页岩最厚，最高可达230 m，TOC质量分数一般为0.86%～2.52%；而萍乡地区潮下带上部的富有机质泥岩虽然沉积厚度相对较薄，但其丰度往往较潮下带下部高，TOC质量分数主要为1.1%～12.32%；乐平地区潮间带沉积则因在最大海侵时才开始接受沉积，水体较浅，富有机质泥岩厚度较薄，一般为40～100 m，TOC含量较低，质量分数一般为0.45%～1.12%。以上分析表明：萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩主要发育在潮下带上部，明显受沉积环境控制(图6)。

4.2 埋藏与热事件对富有机质成熟度演化的控制

埋藏史分析显示，萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩埋藏类型整体上属“早期抬升、晚期沉降”型，页岩最大埋深出现于喜马拉雅期(图7)。西部萍乡地区共经历了4次抬升剥蚀，晚白垩世进入急速沉积阶段，并于晚白垩世末期达到最大埋深5.4 km，有机质成熟度高；中部丰城地区同样经历了4次抬升剥蚀，在新近纪早期达到最大埋深4.6 km，有机质成熟度较高；东部乐平地区共经历了3次抬升，晚白垩世末期进入急速沉积阶段[24]，沉积速率超之前地层的 3～4倍，并于晚白垩世末期达到整个埋藏过程的最大埋藏深度3.96 km，有机质成熟度低。此后该区域进入右行走滑伸展盆地发展阶段[24]，伴随燕山期造山系全面崩塌，乐平地区盆地由压扭环境转换为张扭环境，在喜马拉雅运动影响下，该地持续隆升剥蚀至今，形成了现今的地貌。由不同地区埋藏史可见，龙潭组最大埋藏深度从东往西具有增加趋势，从而在一定程度上造成有机质成熟度西高东低的差异。

烃源岩成熟度数据显示，萍乐拗陷富有机质泥页岩成熟度相差较大，Ro为0.5%～5.45%，且表现出自东向西有机质成熟度逐渐升高的特点。乐平地区Ro为0.66%～1.51%，平均为0.75%；丰城地区Ro为1.43%～1.84%，平均1.49%；萍乡地区Ro为2.19%～5.45%，平均为3.06%，成熟度最高处于过成熟阶段。相对于中东部的丰城和南鄱阳地区，萍乡地区烃源岩的成熟度明显超出了埋藏地温梯度所造成的最高成熟度，且表现出沿武功山杂岩体呈环带分布的特征(图5-C)。前人的研究也表明，武功山杂岩体所形成的区域岩浆热变质作用对萍乡地区的富有机质泥页岩产生了一定的影响[17-18]。因此，可以推断岩浆热事件导致有机质成熟度偏高。距武功山杂岩体越近，所受的热叠加作用越强，表现为更高的有机质成熟度，且成熟度主要在燕山期出现大幅度上升，其影响范围可能限制在丰城以西地区(图8)。故而，丰城以西地区受深埋藏和岩浆热效应的影响，表现出烃源岩成熟度异常高的现象；以东地区则属于正常地温梯度，主要受埋藏作用的影响。

图6 萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩沉积模式图Fig.6 The sedimentary model for Longtan Formation organic matter-rich mud shale in Pingle Depression

图7 萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩综合埋藏史Fig.7 The synthetic burial history curves of Longtan Formation organic matter-rich mud shale in Pingle Depression

图8 武功山杂岩体对萍乐拗陷Ro影响示意图Fig.8 The diagram showing the effect of Wugong Complex on the Ro of Pingle Depression

4.3 成藏模式与勘探潜力分析

通过对丰城地区二叠系虚拟井烃源岩热史模拟发现，龙潭组在白垩纪-古近纪进入大量生排烃阶段，存在二次生烃及晚期成藏，并且受后期破坏影响较小。研究发现丰城地区龙潭组潮坪相泥页岩沉积中致密细砂岩内可见大量油气包裹体，荧光下呈亮黄色、蓝白色，油气包裹体大多呈条带状沿石英微裂隙分布，少量沿石英次生加大边分布，表明该地区在古近纪进入快速埋藏期，龙潭组烃源岩又一次晚期生排烃、晚期充注。在拗陷中心部位，致密砂岩和页岩保存条件较好，具备晚期成藏的条件。同时，研究区龙潭组已钻探井油气色谱分析表明Ts/Tm均势、成熟度适中、C27-C28-C29甾烷反L构型，油气源对比相关性好，属于自生自储型油气藏(图9)。

前人研究发现，赣江断裂长期活动且在早白垩世晚期达到高峰[26-33]。在此强烈的构造背景之下，萍乐拗陷龙潭组中的常规油气保存不利，西部萍乡地区因早期受武功山杂岩体的热烘烤作用而达到过成熟生气，虽然在局部压扭带可能有小油气藏，但后期的赣江断裂活动造成的破坏较大，常规油气容易沿断裂带散逸；东部乐平地区虽也存在二次生烃晚期成藏，但由于烃源岩质量相对较差，且白垩纪末东部基底的整体抬升，造成顶部地层发生大量剥蚀而不利于油气藏的保存。上述分析表明，虽构造活动对萍乐拗陷的常规油气藏具有明显破坏作用，但由于致密油气和页岩气所需的保存条件有别于常规油气，它们所遭受的破坏程度可能相对较低，特别是在次级拗陷中心部位具有良好的勘探前景。

图9 萍乐拗陷龙潭组页岩气及致密油气成藏模式Fig.9 The accumulation model for Longtan Formation organic matter-rich mud shale of Pingle Depression

5 结 论

a.中二叠世末的东吴运动以后，海水由西南方向向北东方向退却，萍乐拗陷整体从西向东依次展现为西部潮下带上部亚相、中部潮下带下部亚相以及东部潮间带亚相。中部的丰城地区为主要沉积中心，乐平地区则是在海侵最大时才开始接受沉积，萍乐拗陷二叠系龙潭组富有机质泥页岩在区域上整体表现为“累计厚度大、泥岩与砂质泥岩和粉砂岩互层、西厚东薄”的特点。

b.萍乐拗陷龙潭组富有机质泥页岩总体以生气为主，生油为辅；有机碳质量分数为0.06%～12.32%，平均为1.10%，整体呈现出西南高东北低的趋势，高值区主要集中于萍乡附近；Ro为0.5%～5.45%，整体呈现出东部成熟、中西部过成熟：故萍乐拗陷富有机质泥页岩普遍进入成熟阶段，部分地区进入高熟至过成熟阶段。

c.由于沉积环境的约束，萍乡地区潮下带上部的富有机质泥岩的丰度往往高于中部丰城地区的潮下带下部，故而丰城地区富有机质泥页岩虽厚，但其TOC低于西部萍乡地区。而乐平地区则因在最大海侵时才开始接受沉积，沉积厚度最薄，TOC最小。同时受埋藏和武功山杂岩体的共同作用，控制了龙潭组富有机质泥页岩的成熟演化，使得其有机质成熟度由西向东逐渐降低。西部地区则受埋藏和热事件的共同作用，而中东部地区则主要受埋藏作用的影响。

d.萍乐拗陷龙潭组整体呈自生自储型成藏模式，但由于后期赣江断裂构造运动十分强烈，其内部的常规油气往往不利于保存，容易沿裂缝发生散逸。虽构造活动对萍乐拗陷的常规油气藏具有明显破坏作用，但中部丰城地区龙潭组内的致密砂岩油气藏和页岩气等非常规油气资源往往破坏程度相对较低，具有良好的勘探前景。