牛子鋮，王永詩(shī)，王學(xué)軍，張學(xué)軍，王秀紅，韓冬梅，劉 旋，王 茹，王 娟

1. 中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院, 東營(yíng) 257022；2. 中國(guó)石化 勝利油田分公司 博士后流動(dòng)工作站, 東營(yíng) 257022；3. 中國(guó)石化 勝利油田分公司, 東營(yíng) 257022

作為中國(guó)東部典型的陸相斷陷盆地，濟(jì)陽(yáng)坳陷經(jīng)過(guò)近60年的勘探開(kāi)發(fā)歷程，石油資源探明率已經(jīng)達(dá)到52.1%，進(jìn)入了高勘探程度階段（宋明水和李友強(qiáng)，2020）。伴隨著勘探程度的不斷提高，淺層儲(chǔ)量空白區(qū)越來(lái)越小，勘探難度越來(lái)越大，勘探層系向深部拓展成為必須。而地質(zhì)認(rèn)識(shí)的深化和勘探技術(shù)的進(jìn)步也推動(dòng)了含油氣盆地勘探層系的深移（何登發(fā)等，2019），其中，烴源巖的認(rèn)識(shí)是深層油氣富集規(guī)律研究和油氣勘探的基礎(chǔ)。東部盆地中將埋深大于3500 m的地層稱為深層（孫龍德等，2013），濟(jì)陽(yáng)坳陷深層烴源巖包括埋深較大的古近系孔店組和沙四段烴源巖，以及前古近系多套不同構(gòu)造—沉積背景下發(fā)育的烴源巖，本文將重點(diǎn)討論前古近系烴源巖的特征。前人對(duì)研究區(qū)古近系烴源巖做了大量的研究，但是對(duì)于前古近系烴源巖的發(fā)育背景、地化特征和資源潛力還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)分析。渤海灣盆地是太古宇結(jié)晶基底上發(fā)育起來(lái)的一個(gè)經(jīng)歷了多期旋回的沉積盆地，前古近系廣泛發(fā)育，盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)的孔西潛山帶油藏、烏馬營(yíng)油田、孤北氣藏等一系列油氣藏與前古近系烴源巖密切相關(guān)（林武等，2007；周立宏等，2019），表明了前古近系烴源巖形成的油氣藏是未來(lái)油氣勘探的重要現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。整體來(lái)講，研究區(qū)前古近系源巖埋藏深度較大、經(jīng)歷的埋藏剝蝕過(guò)程復(fù)雜，研究程度較低。本文系統(tǒng)梳理相關(guān)分析資料，對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷海相碳酸鹽巖為主的下古生界烴源巖、海陸交互相的上古生界煤系烴源巖以及河湖沼澤相為主的中生界烴源巖進(jìn)行綜合論述，以期明確其基本地化特征和資源潛力，從而為下一步的研究和勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

濟(jì)陽(yáng)坳陷是發(fā)育在渤海灣盆地西南部的一個(gè)斷陷盆地，區(qū)內(nèi)發(fā)育了義和莊凸起、陳家莊凸起、東營(yíng)凹陷、沾化凹陷等多個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（楊超和陳清華，2005）。研究區(qū)在結(jié)晶基底上經(jīng)歷了多期的旋回成盆作用，垂向上自下而上發(fā)育了太古宇基底層、下古生界寒武系—奧陶系、上古生界石炭系—二疊系、中生界侏羅系—白堊系、新生界古近系—第四系，其中古近系包括孔店組、沙河街組和東營(yíng)組，新近系包括館陶組和明化鎮(zhèn)組（宋明水，2018）。

濟(jì)陽(yáng)坳陷處于華北板塊上的渤海灣盆地，除了與華北板塊的演化保持一致外，在形成過(guò)程中同時(shí)受到郯廬斷裂的巨大影響。自古生代以來(lái)渤海灣盆地構(gòu)造—沉積演化可分為古生代—中生代早期大陸板塊拼合與克拉通盆地演化階段、中生代中期—新生代活動(dòng)大陸邊緣與陸內(nèi)裂谷盆地演化階段，對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷而言，古生代以升降運(yùn)動(dòng)為主，中生代屬于裂前拱起擠壓變形—初始斷陷階段，新生代則進(jìn)入強(qiáng)烈的斷裂拉張階段。

構(gòu)造演化的旋回特征也造就了沉積地層的旋回特征。在郯廬斷裂以西廣泛發(fā)育的寒武—奧陶系整體屬于陸表海沉積，其早期為被動(dòng)大陸邊緣沉積，晚期逐漸變?yōu)橹鲃?dòng)大陸邊緣沉積，沉積相也由廣泛發(fā)育的臺(tái)地潮坪轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大范圍的局限臺(tái)地。加里東晚期全區(qū)整體抬升剝蝕，晚石炭世開(kāi)始接受大范圍的沉積，整體表現(xiàn)為陸表海型聚煤盆地，海水進(jìn)退頻繁，渤海灣盆地石炭系—二疊系可以分為陸表海環(huán)境、海陸過(guò)渡環(huán)境和大陸環(huán)境。研究區(qū)大多缺失三疊系，中—下侏羅統(tǒng)直接不整合覆蓋于下伏地層之上，主要發(fā)育淺湖—沼澤相沉積為主的含煤地層，上侏羅統(tǒng)到下白堊統(tǒng)發(fā)育河流相為主的碎屑沉積，同時(shí)伴隨有大量火山碎屑巖（王永詩(shī)等，2010）。不同演化階段構(gòu)造和沉積背景的差異也導(dǎo)致了烴源巖特征和資源潛力的差異。

2 下古生界烴源巖

早古生代華北地區(qū)屬于典型的穩(wěn)定地臺(tái)型陸表海沉積，寒武系—奧陶系沉積了以海相碳酸鹽巖為主的地層。寒武系—奧陶系有效烴源巖主要分布在八陡組和馬家溝組，這一時(shí)期濟(jì)陽(yáng)坳陷主要屬于開(kāi)闊海相，屬于一種相對(duì)穩(wěn)定的弱還原水體條件，利于各種藻類的發(fā)育和有機(jī)質(zhì)的保存。有效烴源巖主要分布在沾化、惠民和車(chē)鎮(zhèn)凹陷，厚度普遍在50～100 m之間，而在東營(yíng)凹陷分布則較為局限，厚度小于50 m。

研究區(qū)下古生界樣品較少，主要來(lái)源于寒武系的饅頭組，以及奧陶系冶里組—亮甲山組、下馬家溝組、上馬家溝組和八陡組，巖性以灰?guī)r和泥灰?guī)r為主。從有機(jī)質(zhì)豐度特征來(lái)看，下古生界烴源巖TOC分布在0.06%～2.11%之間，平均值為0.18%，樣品TOC整體較低，大多數(shù)在0.1%以下，各組段對(duì)比來(lái)看，八陡組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較高，不少樣品TOC高于0.2%，盡管泥灰?guī)r樣品數(shù)較少，但總體可以看出具有相對(duì)較高的有機(jī)質(zhì)含量（圖2）。

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷下古生界烴源巖TOC與S1+S2關(guān)系圖Fig. 2 Correlation between TOC and S1+S2 of the Lower Paleozoic source rocks in the Jiyang Depression

關(guān)于海相碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度下限問(wèn)題，不同學(xué)者提出了不同的標(biāo)準(zhǔn)，TOC下限值分布在0.05%～0.5%之間（秦建中等，2004；彭平安等，2008；陳建平等，2012），差異較大。另一方面，關(guān)于Ⅰ型和Ⅱ型有機(jī)質(zhì)為主的較高成熟度碳酸鹽巖烴源巖是否需要進(jìn)行有機(jī)質(zhì)豐度恢復(fù)也存在爭(zhēng)議（鐘寧寧等，2004a，b）。如果以0.2%～0.25%作為高過(guò)熟烴源巖的下限（陳義才等，2014；霍志鵬等，2016），那么研究區(qū)發(fā)育一定量的有效烴源巖。

下古生界烴源巖原始有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，菌藻類為代表的水生生物來(lái)源的腐泥組是其主要組分（圖3）。

圖3 濟(jì)陽(yáng)坳陷下古生界烴源巖腐泥組鏡下特征（大古22井，上馬家溝組灰色灰?guī)r）Fig. 3 Photomicrographs showing the sapropelinite of the Lower Paleozoic source rocks in the Jiyang Depression (Well Dagu 22, upper Majiagou formation, gray limestone)

由于研究區(qū)下古生界烴源巖成熟度普遍較高，大多數(shù)樣品超出了元素分析和熱解分析確定有機(jī)質(zhì)類型圖版的有效判識(shí)范圍，因此本文主要利用顯微組分構(gòu)成來(lái)確定烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型特征。從研究區(qū)典型樣品烴源巖顯微組分可以看出，腐泥組分含量極高，普遍在90%以上（張夏組泥質(zhì)條帶灰?guī)r腐泥組含量相對(duì)較低），部分樣品含有一定量的海相鏡質(zhì)體和次生固體瀝青等（統(tǒng)歸為鏡質(zhì)組），總體來(lái)看，下古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)類型好，除個(gè)別異常樣品外，整體表現(xiàn)為Ⅰ型有機(jī)質(zhì)（表1），利于生烴（曹慶英，1985）。另外，研究區(qū)下古生界具有較高含量的藿烷、低含量的重排甾烷、高含量的4α-甲基甾烷、低聯(lián)苯含量、高菲和三芴含量等飽和烴和芳香烴化合物構(gòu)成特征，也表明了這套烴源巖較還原的沉積環(huán)境和菌藻為主的有機(jī)質(zhì)來(lái)源（林紅梅，2017）。

表1 濟(jì)陽(yáng)坳陷下古生界烴源巖顯微組分構(gòu)成表Table 1 Maceral components of the Lower Paleozoic source rocks in the Jiyang Depression

早古生代海相烴源巖缺乏來(lái)源于高等植物的鏡質(zhì)體，因此通過(guò)測(cè)定固體瀝青反射率（BRo）并轉(zhuǎn)化為等效鏡質(zhì)體反射率（EqVRo）來(lái)評(píng)價(jià)烴源巖成熟度。關(guān)于固體瀝青反射率和等效鏡質(zhì)體反射率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，國(guó)內(nèi)外學(xué)者取得了大量的研究成果（Jacob，1989；Bertrand, 1990；劉德漢，1994），本文中采用劉德漢提出的等效關(guān)系式（EqVRo=0.668×BRo+0.346）。計(jì)算所得的EqVRo與現(xiàn)今樣品埋深規(guī)律性差（圖4），不同樣品在同一埋深下EqVRo最大差值可以達(dá)到1.0%以上，反映了下古生界沉積后區(qū)域上復(fù)雜的構(gòu)造演化和熱演化史。從熱演化特征來(lái)看，研究區(qū)下古生界烴源巖處在成熟—過(guò)成熟階段，其中車(chē)鎮(zhèn)凹陷樣品主要在成熟階段（0.8%＜EqVRo＜1.1%），惠民凹陷樣品在高成熟—過(guò)成熟階段（1.2%＜EqVRo＜1.7%），而沾化凹陷樣品都為過(guò)成熟階段（1.2%＜EqVRo＜2.4%）?；谏鸁N動(dòng)力學(xué)的下古生界生烴史研究表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷下古生界液態(tài)烴主要生成時(shí)期為140～110 Ma之間，氣態(tài)烴主要生成時(shí)間為130～100 Ma之間（耿新華和耿安松，2011）。

圖4 濟(jì)陽(yáng)坳陷下古生界烴源巖等效鏡質(zhì)體反射率與深度關(guān)系Fig. 4 Variation of equivalent vitrinite reflectance along depth of the Lower Paleozoic source rocks in the Jiyang Depression

總體來(lái)看，下古生界烴源巖在研究區(qū)分布范圍相對(duì)局限，厚度較薄，集中在奧陶系八陡組和上、下馬家溝組，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，但成熟度較高，盡管有機(jī)質(zhì)豐度較低，考慮到分析樣品的局限性，可以認(rèn)為在條件合適的區(qū)域仍然可以發(fā)育有效的烴源巖。

3 上古生界烴源巖

上古生界是渤海灣盆地一套重要的烴源巖，近年來(lái)在黃驊坳陷中南部港北潛山、烏馬營(yíng)潛山、歧北潛山等區(qū)塊發(fā)現(xiàn)了一系列上古生界供烴的油氣田，證實(shí)了這套烴源巖的有效性，勝利探區(qū)孤北潛山帶、曲堤地壘帶等構(gòu)造帶一系列煤成氣藏的發(fā)現(xiàn)也印證了這套烴源巖的有效性（周立宏等，2019）。

上古生界在濟(jì)陽(yáng)坳陷具有區(qū)域上的可對(duì)比性，下部的本溪組、太原組和山西組煤系地層分布穩(wěn)定，保留較全，石千峰組、石盒子組則遭受不同程度的剝蝕?；菝癜枷莺蜄|營(yíng)凹陷西部石炭系—二疊系保留較全。上古生界殘余地層具有北西向成帶分布，東西向分塊展布的特征，厚度中心相間，結(jié)合實(shí)鉆井資料和測(cè)井分析確定了研究區(qū)石炭系暗色泥巖和煤最厚可達(dá)30 m和140 m，二疊系暗色泥巖和煤最厚可達(dá)20 m和120 m。

研究區(qū)上古生界屬于華北地臺(tái)海陸過(guò)渡相沉積，烴源巖包括石炭系和二疊系煤系地層中的暗色泥巖和煤層，主要分布本溪組、太原組和山西組。研究區(qū)上古生界烴源巖TOC與S1+S2具有良好的正相關(guān)關(guān)系，石炭系和二疊系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度特征整體相近（圖5）。其中，石炭系暗色泥巖TOC分布在0.25%～13.42%之間（平均值3.10%），S1+S2分 布 在 0.12×10-3～30.73×10-3之 間（平均值4.46×10-3），二疊系暗色泥巖TOC分布在0.13%～18.29%之間（平均值5.28%），S1+S2分布在 0.01×10-3～48.46×10-3之間（平均值10.11×10-3），二疊系發(fā)育更多相對(duì)高有機(jī)質(zhì)豐度的暗色泥巖；石炭系煤巖TOC分布在32.78%～81.93%之間（平均值 62.18%），S1+S2分 布 在 29.00～290.01×10-3之間（平均值148.08×10-3），二疊系煤巖TOC分布在10.79%～80.27%之間（平均值51.60%），石炭系煤有機(jī)質(zhì)豐度分布集中，相對(duì)較高，生烴能力更強(qiáng)。此外，煤和暗色泥巖氫指數(shù)也呈現(xiàn)出較大的差異，其中石炭系暗色泥巖氫指數(shù)在158.7×10-3～ 454.7×10-3之間，二疊系泥巖氫指數(shù)在128.6×10-3～439.2×10-3之間；石炭系煤氫指數(shù)在 46.7×10-3～250.4×10-3之間，二疊系煤氫指數(shù)在72.1×10-3～144.9×10-3之間。上古生界泥巖較高的氫指數(shù)也表明了其具有一定的生油能力。

烴源巖顯微組分直接反映了有機(jī)質(zhì)來(lái)源和構(gòu)成特征，是烴源巖特征研究的重要手段，上古生界煤系烴源巖中可以見(jiàn)到不同特征的顯微組分（圖5，樣品來(lái)自東營(yíng)凹陷上古生界煤系地層暗色泥巖）。腐泥組是低等水生生物腐泥化作用的產(chǎn)物，包括藻類體、礦物瀝青基質(zhì)和瀝青質(zhì)體，上古生界整體腐泥組含量較低，熒光下可見(jiàn)橢球狀的瀝青質(zhì)體（圖6a），以及顆粒感明顯的礦物瀝青基質(zhì)（圖6b）；上古生界殼質(zhì)組含量很低，僅可在部分樣品中見(jiàn)到橙黃色熒光的長(zhǎng)條狀孢子體；鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組是上古生界樣品中的主要顯微組分，鏡下可以見(jiàn)到大量無(wú)結(jié)構(gòu)的均質(zhì)鏡質(zhì)體和基質(zhì)鏡質(zhì)體，以及大量粒度較小的碎屑鏡質(zhì)體，惰質(zhì)體則主要以絲質(zhì)體和半絲質(zhì)體形式出現(xiàn)（圖6c，d）。

圖5 濟(jì)陽(yáng)坳陷上古生界烴源巖TOC與S1+S2關(guān)系圖Fig. 5 Correlation between TOC and S1+S2 of the Upper Paleozoic source rocks in the Jiyang Depression

圖6 濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷上古生界煤系泥巖中顯微組分鏡下特征Fig. 6 Photomicrographs showing the maceral components of the Upper Paleozoic source rocks in the Dongying sag, Jiyang Depression

從烴源巖顯微組分構(gòu)成特征來(lái)看，石炭系—二疊系暗色泥巖和煤都具有相對(duì)較高的鏡質(zhì)組含量，而殼質(zhì)組含量均很低；不同巖性對(duì)比則顯示暗色泥巖具有更高的腐泥組分和更低的惰質(zhì)組分；石炭系和二疊系暗色泥巖具有相似的顯微組分構(gòu)成特征，而石炭系煤相比二疊系煤則具有更高的鏡質(zhì)組含量和更低的惰質(zhì)組含量（圖7）。

圖7 勝利油田東部探區(qū)上古生界烴源巖顯微組分構(gòu)成特征Fig. 7 Relative contents of the Upper Paleozoic source rocks, eastern exploration area of the Shengli oilfield

烴源巖中飽和烴和芳香烴化合物相關(guān)參數(shù)對(duì)于反映其沉積環(huán)境、成熟度、母質(zhì)來(lái)源具有重要意義。飽和烴中Pr/Ph和伽馬蠟烷含量是判別水體鹽度和氧化還原條件的重要指標(biāo)，規(guī)則甾烷異構(gòu)化參數(shù) C29ααα20S/(S+R)和 C29ααα/(ααα+αββ)與成熟度密切相關(guān)，長(zhǎng)鏈三環(huán)萜和規(guī)則甾烷相對(duì)含量則可以反映有機(jī)質(zhì)的來(lái)源特征（Peters et al., 2005）。芳香烴中多發(fā)育二環(huán)到五環(huán)類化合物，隨成熟度增加低環(huán)數(shù)化合物相對(duì)含量增加，烷基萘和烷基菲系列化合物可以反映成熟度和生源特征（Adam et al., 2020；Xu and Jin，2020）。

圖8展示了中生界樣品飽和烴和芳香烴總離子流圖及典型的質(zhì)量色譜圖，該樣品來(lái)自東營(yíng)凹陷王古2井上古生界灰黑色泥巖（埋深3476 m）。樣品正構(gòu)烷烴主峰碳為nC18；Pr/Ph大于1，伽馬蠟烷含量較低，指示了偏氧化的淡水沉積環(huán)境；長(zhǎng)鏈三環(huán)萜較發(fā)育，C27規(guī)則甾烷含量略高于C29規(guī)則甾烷，反映了陸源高等植物和水生生物共同供源的特征。芳香烴總離子流圖上可以看到較完整的萘系列（DMN、TMN和TeMN）、菲系列（P、MP和DMP）、硫芴系列（DBT、MDBT和DMDBT）以及三芳甾烷系列（TAS）化合物，萘系列化合物具有三甲基萘（TMN）高于二甲基萘（DMN）和甲基萘（MN）的特征，菲系列化合物中則具有菲（P）高于甲基菲（MP）和二甲基菲（DMP）的特征。甲基萘指數(shù)MNR（2-MN/-MN）為0.92，二甲基萘指數(shù)DNR（2,6-DMN+2,7-DMN/1,5-DMN）為 1.64，甲基菲指數(shù) MPI（1.5×（2-MP+3-MP）/（P+1-MP+9-MP））為0.74，根據(jù)Radke等（1982）提出的MPI與Ro等效公式計(jì)算所得Ro為0.84%。整體來(lái)看，飽和烴和芳香烴中典型的化合物特征反映了該樣品弱還原的沉積環(huán)境，高的成熟度，以及陸源高等植物和水生生物共同供源的特征。

圖8 濟(jì)陽(yáng)坳陷上古生界暗色泥巖飽和烴（a）和芳香烴（b）典型化合物特征Fig. 8 Representative biomarkers of the saturated hydrocarbons (a) and the aromatic hydrocarbons (b) in the Upper Paleozoic source rocks in the Jiyang Depression

研究區(qū)上古生界鏡質(zhì)體反射率測(cè)試樣品主要分布在惠民凹陷和沾化凹陷，整體來(lái)看，研究區(qū)上古生界烴源巖成熟度相對(duì)較高，Ro均在0.5%以上，大多數(shù)樣品Ro達(dá)到了1.2%，進(jìn)入了生氣階段，煤和泥巖樣品成熟度之間并無(wú)規(guī)律性的差異（圖9）。另一方面，盡管石炭系和二疊系烴源巖成熟度之間沒(méi)有明顯的規(guī)律，但不同樣品間卻具有較大的差異性，反映了上古生界沉積以后區(qū)域上復(fù)雜的構(gòu)造升降過(guò)程和廣泛的巖漿作用對(duì)烴源巖熱演化特征的影響。

圖9 勝利油田東部探區(qū)上古生界烴源巖鏡質(zhì)體反射率特征Fig. 9 Variation of the vitrinite reflectance along depth of the Upper Paleozoic source rocks, eastern exploration area of the Shengli oilfield

上古生界沉積以后，研究區(qū)先后受到了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，導(dǎo)致上古生界普遍具有多期生烴的特征。在井資料和前人確定的不同時(shí)期研究區(qū)地層剝蝕厚度的基礎(chǔ)上（李偉等，2005），構(gòu)建地層格架，參考熱史研究資料，在實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率的約束下，選擇了典型井進(jìn)行了上古生界埋藏史和烴源巖生烴史的恢復(fù)（圖10）?？梢钥闯?，二疊紀(jì)晚期上古生界抬升剝蝕，三疊紀(jì)開(kāi)始后重新沉降，上古生界源巖成熟度在三疊紀(jì)晚期達(dá)到0.7%，并達(dá)到第一次生烴高峰，之后再次抬升剝蝕，生烴作用暫停，晚侏羅世開(kāi)始直至晚白堊世，地層持續(xù)埋深，并在120 Ma年左右達(dá)到第二次生烴高峰，隨后又發(fā)生多次的抬升與沉降，并在東營(yíng)組沉積晚期發(fā)生第三次小規(guī)模的生烴高峰，現(xiàn)今上古生界Ro分布范圍較廣，在1.0%～2.2%之間。

圖1 渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷構(gòu)造區(qū)劃圖Fig. 1 Regional structure units of the Jiyang Depression, Bohai Bay Basin

圖10 濟(jì)陽(yáng)坳陷義135井埋藏史及上古生界生烴特征Fig. 10 Stratigraphic burial and hydrocarbon generation history of the Upper Paleozoic of Well 135 in the Jiyang Depression

濟(jì)陽(yáng)凹陷發(fā)現(xiàn)了一系列的天然氣藏，根據(jù)戴金星院士的天然氣類型判識(shí)圖版可以看出，孤北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的天然氣屬于典型的煤成氣，應(yīng)當(dāng)是來(lái)源于沾化凹陷發(fā)育的上古生界煤系源巖，同時(shí)樁西地區(qū)也有部分煤成氣樣品，表明了煤系源巖的貢獻(xiàn)，而東營(yíng)凹陷勝坨地區(qū)發(fā)現(xiàn)的天然氣屬于沙河街組烴源巖高演化階段形成的油型氣（圖11）。

圖11 濟(jì)陽(yáng)坳陷天然氣類型判識(shí)圖Fig. 11 Identification diagram indicating the origins of natural gas in the Jiyang Depression

濟(jì)陽(yáng)坳陷上古生界煤系源巖分布范圍廣，厚度較大，有機(jī)質(zhì)豐度高，烴源巖中生氣的顯微組分含量高，具有較強(qiáng)的生氣能力，同時(shí)暗色泥巖中包含一定量的腐泥組分，具有生油能力。不同構(gòu)造區(qū)域烴源成熟度差異較大，反映了區(qū)域上構(gòu)造演化的差異性和巖漿作用的影響。上古生界烴源巖具有多期生排烴的特征，二次生排烴對(duì)于油氣成藏具有重要意義，研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一系列煤成氣藏與這套烴源巖密切相關(guān)。

4 中生界烴源巖

濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界整體屬于河湖沼澤相沉積，受控于構(gòu)造演化的階段性，從侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)沉積環(huán)境發(fā)生了明顯變化，中生界發(fā)育了下侏羅統(tǒng)—中侏羅統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)兩套烴源巖，前者包括泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤三類烴源巖，后者主要發(fā)育暗色泥巖。濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界煤層分布范圍較廣，厚度不超過(guò)40 m，下侏羅統(tǒng)—中侏羅統(tǒng)暗色泥巖厚度在40～250 m之間，中生代渤海灣盆地分割性強(qiáng)，各地區(qū)沉積地層厚度和巖性組合差異較大。

表2展示了研究區(qū)兩套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度特征。中下侏羅統(tǒng)泥巖TOC分布在0.1%～4.1%之間，S1+S2分 布 在 0.10×10-3～7.92×10-3之 間， 氯仿瀝青“A”分布在0.013%～0.260%之間；中下侏羅統(tǒng)碳質(zhì)泥巖TOC分布在0.2%～42.3%之間，S1+S2分布在 0.02×10-3～56.91×10-3之間，氯仿瀝青“A”分布在0.002%～0.044%之間；中下侏羅統(tǒng)煤TOC分布在5.7%～81.7%之間，S1+S2分布在 0.52×10-3～158.12×10-3之間，氯仿瀝青“A”分布在0.002%～0.044%之間；上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)泥巖TOC分布在0.3%～2.9%之間，S1+S2分布在0.10×10-3～7.92×10-3之間，氯仿瀝青“A”分布在0.013%～0.260%之間。整體來(lái)看，中生界發(fā)育差—好級(jí)別的烴源巖，發(fā)育了一定量的中等—好烴源巖。

表2 勝利油田東部探區(qū)中生界烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度特征Table 2 Organic matter abundance of the Mesozoic source rocks in the eastern exploration area of the Shengli oilfield

從研究區(qū)烴源巖Tmax和HI關(guān)系圖版來(lái)看，研究區(qū)中生界烴源巖主要為Ⅱ和Ⅲ有機(jī)質(zhì)，不同層段有機(jī)質(zhì)類型呈現(xiàn)出比較明顯的差異。J3-K1泥巖和J1-J2煤有機(jī)質(zhì)類型相對(duì)比較單一，分別為Ⅱ1和Ⅲ型，J1-J2泥巖主要為Ⅱ2和Ⅲ型，而J1-J2煤碳質(zhì)泥巖則主要為Ⅱ1和Ⅲ型（圖12）。

圖12 濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界烴源巖Tmax和HI判別有機(jī)質(zhì)類型圖Fig. 12 Organic matter type of the Mesozoioc source rocks in the Jiyang Depression based on correlation between Tmax and HI

中生界烴源巖顯微組分中以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量最多，可以見(jiàn)到大量條帶狀和透鏡狀產(chǎn)出的均質(zhì)鏡質(zhì)體，具有明顯細(xì)胞結(jié)構(gòu)的火焚絲質(zhì)體；其次可以見(jiàn)到不少殼質(zhì)組分，包括樹(shù)脂體、角質(zhì)體和孢子體等；腐泥組分含量相對(duì)較低，主要以礦物瀝青基質(zhì)形式出現(xiàn)（圖13）。鏡質(zhì)體在鏡下形態(tài)各異，有的以孤立狀分布，有的具有明顯的撕裂狀，有的具有平行分布的特征，有的以透鏡狀的形式存在（圖13a, b）；圖13c展示了一個(gè)典型的絲質(zhì)體，可以看到清晰的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；圖13d熒光下可見(jiàn)呈褐色的樹(shù)脂體，腔內(nèi)可以看到黑色的鏡質(zhì)體和礦物顆粒；圖13d和13e中可以看到大量的角質(zhì)體和和孢子體平行狀的分布。

圖13 濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷中生界烴源巖顯微組分鏡下特征Fig.13 Photomicrographs showing the of maceral components of the Mesozoic source rocks in the Zhanhua sag, Jiyang Depression

圖14展示了中生界樣品飽和烴和芳香烴總離子流圖及典型的質(zhì)量色譜圖，該樣品來(lái)自東營(yíng)凹陷王古2井中生界暗色泥巖（埋深2277 m）。從飽和烴特征來(lái)看：Pr/Ph大于1，Pr/nC17和Ph/nC18小于1；長(zhǎng)鏈三環(huán)萜同樣比較發(fā)育，以C23三環(huán)萜（C23TT）含量最高，Tm與Ts含量相近，發(fā)育C30重排藿烷（C30*），伽馬蠟烷（G）含量較低；含有一定量的重排甾烷，C28規(guī)則甾烷含量較低，C29規(guī)則甾烷含量略高于C27規(guī)則甾烷。芳香烴總離子流圖上可以看到較完整的萘系列（TMN和TeMN）、菲系列（P、MP和DMP）、硫芴系列（DBT、MDBT和DMDBT）以及三芳甾烷系列（TAS）化合物，萘系列化合物具有三甲基萘（TMN）高于二甲基萘（DMN）和甲基萘（MN）的特征，菲系列化合物中則具有菲（P）高于甲基菲（MP）和二甲基菲（DMP）的特征。重排藿烷的出現(xiàn)反映了典型的煤系源巖特征（程熊等，2014），較高含量的三芳甾烷也具有典型的中生界樣品的特征（Peters et al., 2005）。飽和烴和芳香烴中典型的化合物特征整體表征了弱還原的沉積環(huán)境，樣品成熟度也相對(duì)較高，陸源高等植物對(duì)有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)顯著，同時(shí)有水生生物的貢獻(xiàn)。

圖14 濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界暗色泥巖飽和烴（a）和芳香烴（b）典型化合物特征Fig. 14 Representative biomarkers of the saturated hydrocarbons (a) and the aromatic hydrocarbons (b) in the Mesozoic source rocks in the Jiyang Depression

中生界烴源巖演化程度相對(duì)較高，Ro均已超過(guò)0.5%，達(dá)到了生烴門(mén)限，同時(shí)，Ro分布范圍較寬，部分已經(jīng)超過(guò)了4.0%。不同凹陷Ro也具有明顯的差異，惠民凹陷Ro整體較低，沾化凹陷則較多的異常高值，Ro與深度較差的相關(guān)關(guān)系也反映了中生界沉積以后埋藏抬升過(guò)程和巖漿作用的復(fù)雜性（圖15）。

圖15 勝利油田東部探區(qū)中生界烴源巖鏡質(zhì)體反射率特征Fig. 15 Variation of the vitrinite reflectance along depth of the Mesozoic source rocks, eastern exploration area of the Shengli oilfield

5 討論

濟(jì)陽(yáng)坳陷是中國(guó)東部最早開(kāi)始勘探的含油氣坳陷之一，油氣勘探程度高、中淺層油氣發(fā)現(xiàn)多，隨著勘探工作的不斷深入，深層資源的探索成為重中之重，作為典型的“深層烴源巖”，前古近系烴源巖是值得重點(diǎn)關(guān)注的生烴層系。通過(guò)前文對(duì)不同層系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度特征、有機(jī)質(zhì)類型特征、有機(jī)質(zhì)成熟度特征，以及典型的生標(biāo)特征的對(duì)比分析，可以看出前古近系烴源巖的研究還存在一些問(wèn)題。

從早古生代到中生代，濟(jì)陽(yáng)坳陷經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造—沉積演化歷史，原始構(gòu)造和沉積背景的差異造就了各套源巖原始生烴母質(zhì)的不同，而各套源巖沉積后遭受的差異性的沉降—抬升剝蝕作用，導(dǎo)致了源巖空間分布的差異性、熱演化特征的差異性、生烴潛力的差異性。加之各套源巖鉆井揭示有限，系統(tǒng)分析缺乏，研究程度普遍較低。各套源巖發(fā)育特征的差異性也要求我們差異性的評(píng)價(jià)和針對(duì)性的研究。

渤海灣盆地下古生界碳酸鹽巖屬于典型的海相烴源巖，形成于廣闊的陸表海環(huán)境，海水通暢，與國(guó)外眾多形成于閉塞缺氧環(huán)境的優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖烴源巖存在差異，有機(jī)質(zhì)豐度較低。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源為菌藻類和動(dòng)物，屬于腐泥型有機(jī)質(zhì)，由于埋深大、構(gòu)造演化歷史復(fù)雜，烴源巖普遍處于高—過(guò)成熟階段。因此，對(duì)于下古生界不同碳酸鹽巖沉積相帶內(nèi)有利的有機(jī)相帶的確定及其生烴母質(zhì)的精細(xì)研究需要加強(qiáng)，而高演化成熟度烴源巖原始生烴特征和生烴潛力的分析則是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)資源潛力的基礎(chǔ)。

上古生界烴源巖空間分布同時(shí)受到同沉積期的古地理格局和后期保存狀況的影響，區(qū)域上均一的海陸交互環(huán)境使得上古生界原始沉積特征差異較小，但受到中新生代以來(lái)的斷塊活動(dòng)和裂陷作用的影響，各凹陷之間分布差異較大。石炭—二疊系煤系烴源巖有機(jī)組分一般以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，殼質(zhì)組和腐泥組則只在局部富集，因此這套烴源巖以生氣為主。淺埋深之后的抬升與再次的深埋也導(dǎo)致了上古生界烴源巖呈現(xiàn)出明顯的二次生烴的特征。加強(qiáng)各凹陷二次生烴門(mén)限、生烴強(qiáng)度和生烴量的研究是推進(jìn)這套烴源巖資源潛力研究的關(guān)鍵。

渤海灣盆地在中生代表現(xiàn)為內(nèi)陸盆地特征，沉積環(huán)境表現(xiàn)為河流湖泊相，火山作用頻繁。中下侏羅統(tǒng)以沼澤相的煤系烴源巖為主，而上侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)烴源巖則主要為湖相暗色泥巖。中生代盆地較強(qiáng)的分割性使得烴源巖在空間具有極大的非均一性，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度都呈現(xiàn)出較大的空間差異性，在各項(xiàng)地質(zhì)條件理想的地區(qū)也具備形成優(yōu)質(zhì)烴源巖的潛力。中生界相較其他幾套地層埋藏較淺，近年來(lái)隨著勘探工作不斷向深部推進(jìn)，在東營(yíng)凹陷、沾化凹陷等區(qū)域不斷有新井鉆揭中生界烴源巖，緊跟勘探進(jìn)展，深入研究源巖特征有助于更清晰的認(rèn)識(shí)其資源潛力，而相鄰的臨清坳陷等區(qū)域的相關(guān)研究成果也具有借鑒意義。

總體來(lái)講，濟(jì)陽(yáng)坳陷前古近系烴源巖空間分布復(fù)雜、演化程度高、研究程度較低，具有很大的勘探潛力和研究意義，需要針對(duì)各套源巖的發(fā)育、演化特征，結(jié)合勘探工作和相關(guān)領(lǐng)域研究的進(jìn)展，加深烴源巖發(fā)育特征和資源潛力的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，為勘探工作打好基礎(chǔ)，指明方向。

6 結(jié)論

本文通過(guò)地質(zhì)資料、烴源巖熱解和TOC分析資料、鏡質(zhì)體反射率資料、全巖顯微組分分析資料、飽和烴和芳香烴色質(zhì)資料等的系統(tǒng)梳理，明確了濟(jì)陽(yáng)坳陷前古近系烴源巖分布特征、地化特征和資源潛力。

（1）受構(gòu)造和沉積演化特征的控制，濟(jì)陽(yáng)坳陷發(fā)育了分布和沉積特征空間差異明顯的三套前古近系烴源巖，分別為下古生界海相碳酸鹽巖系烴源巖、上古生界海陸過(guò)渡相煤系烴源巖和中生界河湖沼澤相烴源巖。

（2）下古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較低但類型較好，分布較為局限，可在局部區(qū)域發(fā)揮供烴作用；上古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，空間分布廣泛，具有典型的二次生烴特征；中生界烴源巖成熟度空間差異較大，有機(jī)質(zhì)類型中等，在局部發(fā)育中等—好烴源巖。

（3）綜合來(lái)看，在濟(jì)陽(yáng)坳陷三套前古近系烴源巖中，上古生界煤系源巖品質(zhì)最佳，中生界河湖沼澤相烴源巖次之，下古生界海相碳酸鹽巖系烴源巖相對(duì)較差。