银额盆地古生界过成熟烃源岩特征及其地球化学意义

近年来，银额盆地中生界油气勘探取得了很好的效果，但古生界（石炭系-二叠系）的勘探潜力尚不明朗［1-3］。卢进才等认为银额盆地古生界烃源岩的成熟度差异很大，烃源岩的热演化程度主要受控于埋藏史，成熟度以成熟-高成熟为主，局部受热变质和构造动力变质作用的影响达到过成熟［4］。前人对于盆地古生界烃源岩的研究聚焦于镜质体反射率（Ro）为0.70 %～1.70 %的成熟-高成熟烃源岩［4-7］，对于热演化程度极高的过成熟烃源岩尚未开展过研究，而过成熟烃源岩的研究对于揭示古生界油气成藏条件同样意义重大。

过成熟烃源岩是指Ro值大于2 %的一类烃源岩［8］，这类烃源岩在四川盆地、江汉盆地、青藏高原等很多地方都有发现［9-12］。由于具有极高的热演化程度，过成熟烃源岩具有特殊性。例如它们的生烃潜量S1+S2、氯仿沥青“A”含量、氢指数（HI）、氧指数（OI）等普遍较低［13-14］，评价结果显示烃源岩基本为有机质丰度较低、类型偏差的烃源岩，不能准确反映烃源岩的原始特征［13，15］。再如许多在“生油窗”范围内有较好应用效果的评价方法对于过成熟烃源岩往往不具适用性，最常见的一个例子是HI与OI交汇的范式图可以判别有机质类型，但过成熟烃源岩的HI和OI都极低，难以运用范式图识别出其有机质类型［16］。又如过成熟烃源岩的生物标志化合物特征具有很强的趋同性，很多参数都接近或达到演化终点，使得很多分子参数难以对烃源岩的生源、沉积环境、成熟度等做出正确的评价［17-22］。前人针对高-过成熟烃源岩的有机质类型评价方法［16］、原始有机质丰度恢复方法［23］、海相高过成熟烃源岩成熟度评价方法［24-25］、部分分子成熟度参数的适用性［18-20］、过成熟烃源岩的生物标志化合物分布特征［13，21，26］等开展了一些研究。整体来看，前人的研究以海相高-过成熟烃源岩为主，海-陆过渡相高-过成熟烃源岩涉及较少。对过成熟烃源岩的部分生物标志化合物特征进行了报道，但缺乏系统的总结。对于过成熟烃源岩所表现出的低有机碳含量及其成因、有机碳组成特征等问题，更需建立评价方法、深入探讨。

基于对银额盆地中部苏红图坳陷钻井和盆地西部野外露头的古生界烃源岩样品的测试分析资料，明确烃源岩的地球化学特征，总结过成熟烃源岩生物标志化合物特征并探讨其成因，建立有机碳构成定量评价方法并对过成熟烃源岩的有机碳构成进行研究，基于原始有机碳恢复和盆地模拟研究分析过成熟烃源岩的原始生烃潜力。研究不仅能够明确银额盆地古生界过成熟烃源岩的地球化学特征和原始生烃潜力，也是对过成熟烃源岩有机地球化学理论研究的有益补充。

1 样品与实验

银额盆地古生界主要为石炭系-二叠系，前人认为盆地石炭纪—二叠纪为裂谷-裂陷盆地，以海-陆过渡相和浅海陆棚相沉积为主，发育多套有机质丰度中等-高、以Ⅱ型干酪根为主的烃源岩［4］。但由于古生界沉积后经过了海西晚期、印支期、燕山期等多期剧烈构造运动，导致地层分布零碎、地层剥蚀程度差别大、地层变形变质程度差异大，这就增加了古生界的研究难度，古生界的地层划分及分布一直存在着很大的争议，古生界的油气地质条件更不明朗。

本次研究的烃源岩样品来自于银额盆地中部苏红图坳陷哈日、乌兰等凹陷的钻井和盆地西部边缘大狐狸山地区的露头（图1）。烃源岩样品数为25个（表1），其中乌兰凹陷的Z1井13个（编号为Z1-1—Z1-13）、巴北凹陷的Y1井2个（编号为Y1-1，Y1-2）、哈日凹陷的X6井3个（编号为X6-1—X6-3）、大狐狸山地区的露头样品7个（编号为DHLS1-1—DHLS-7）。样品的岩性为深灰色-灰黑色泥岩、灰黑色粉砂质泥岩等，由于样品来源的泥岩岩层普遍呈现中-薄层、与砂岩（或粉砂岩）互层，具有海-陆过渡（三角洲相）沉积环境下形成的泥岩的典型特征（图1b）。同时，大多数样品见光滑的“境面”，表明烃源岩样品经历了强烈的构造运动，具有很高的热演化程度（图2）。

图1

图1   银额盆地取样点位置（a）与Z1井古生界综合柱状图（b）

Fig.1   Sampling points （a） in the Yingen⁃Ejinaqi Basin with composite stratigraphic column of the Palaeozoic in Well Z1 （b）

表1   银额盆地古生界过成熟烃源岩样品信息

Table 1  Statistics of the over‑mature source rock samples from the Paleozoic in the Yingen‑Ejinaqi Basin

注：—代表样品来自于地表露头。

图2

图2   银额盆地古生界过成熟烃源岩典型样品的岩心照片

a.样品X6-1，H6井，埋深3 771.48 m，深灰色泥岩； b.样品Z1-11，Z1井，埋深2 829.61 m，灰黑色粉砂质泥岩； c.样品Y1-2，Y1井，埋深2 457.07 m，深灰色泥岩

Fig.2   Core photos showing typical over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

对样品开展的测试分析项目有岩石热解分析、有机碳测定、氯仿沥青“A”含量测定、干酪根显微组分鉴定及类型划分、氯仿抽提物及其族组分分析、氯仿抽提物饱和烃色谱-质谱分析、芳烃色谱-质谱分析等，测试分析由中国石油大学（北京）地球科学学院石油地质实验室完成。饱和烃和芳烃色谱-质谱（GC-MS）分析中，首先将样品粉碎至150目，用索氏抽提法抽提24 h后获得抽提物，再用石油醚清除抽提物中的沥青质，然后用硅胶/氧化铝层析柱脱去抽提物中的沥青质，最后将得到的抽提物分成饱和烃、芳烃和非烃3个馏分，检测依据石油天然气行业标准SY/T5119—2008《岩石中可溶有机物及原油族组分分析》［27］。分别对饱和烃和芳烃馏分开展GC-MS分析，执行标准为GB/T 18606—2017《气相色谱质谱法测定沉积物和原油中生物标志物》［28］，测试仪器为美国Agilent 6890GC/5975iMS，色谱柱为HP-5 ms（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。初始温度设置为50 ℃，恒温1 min后以20 ℃/min升温到1 200 ℃，再以3 ℃/min升温到310 ℃，恒温10 min。载气为He，采用恒流模式，流量为1 mL/min，质谱检测方式为多离子检测。

2 烃源岩基础地球化学特征

2.1 有机质丰度

烃源岩残余总有机碳（TOC）含量为0.22 %～10.00 %，平均为1.30 %。其中1个样品的TOC含量极高，为10.00 %，其余样品均小于3.50 %，小于1.00 %的样品占64 %，如果按照残余有机碳评价，大多数烃源岩数样品为有机质丰度较低的差-中等烃源岩（表2，表3；图3a）。烃源岩的生烃潜量（S1+S2）为0.01～0.45 mg/g，平均为0.12 mg/g；氯仿沥青“A”含量为0.002 %～0.014 %，平均为0.003 %（表3）。如果依据S1+S2和氯仿沥青“A”含量这两个参数，参照陆相烃源岩有机质评价标准［8］，烃源岩应基本都为非烃源岩，评价出的有机质丰度级别明显低于依据TOC含量评价出的级别，图3a也可直观地反映出这一现象，这表明过成熟烃源岩中可热解的有机碳和可溶有机质含量极低，而不可热解的有机碳在总有机碳中可能有很大的占比。同时，测试结果显示出的低有机质丰度似乎与深色岩石所反映较高有机质丰度存在着一定的矛盾（图2），可能原因是烃源岩的原始有机碳含量较高，有机质在经过很高的热演化阶段后含量明显减少，而烃源岩的颜色并未发生实质性的变化，导致这种异常现象的发生。

表2   银额盆地古生界过成熟烃源岩样品残余有机碳含量

Table 2  Residual TOC contents of over⁃mature source rock samples from the Paleozoic, Yingen⁃Ejinaqi Basin