Question

　渤海湾盆地下古生界有机相

Answer 1

一、有机相研究进展

有机相（Organicfacies）指有机质的生源及形成环境，其形成环境则是指有利于有机质沉积和保存的场所（张爱云等，1996）。有机相的研究归根到底是对有机质的研究，更确切的说是对不同有机质类型、丰度及其分布组合的归类划分和生烃潜力评价，对油气资源的勘探开发具有极其重要的意义。

有机相研究最早似乎与人们对聚集态有机质——煤的（煤相）的研究有关，而煤相概念由H.A.热姆丘日尼可夫（1951）、Teichmuller M.（1958,1962）等提出，通过宏观煤岩组分及显微组分表征煤层形成环境。这一开拓性研究为人们后来充分认识和研究分散有机质有机相奠定了基础。进入20世纪70年代以来，分散有机质有机相的研究出现萌芽。分散有机质的有机相，即狭义有机相，由Rogers M.A.（1979）在第十届国际石油地质会议上提出，其认为有机相就是干酪根中所观察到的有机组分类型及其地球化学特性。有机相的概念自从提出以后，研究者不断将其用于油气勘探领域，不同学者在其应用过程中，对于有机相的厘定与认识有着很大差异。在众多研究者中，对沉积有机相的研究有较大影响的是R.W.Jones（1987），他认为有机相是一个给定地层单位的可制图亚单位，以有机成分区别于相邻的亚单位，并划分出A、AB、B、BC、C、CD、和D等7种有机相；并确立了其划分有机相的依据包括有机物质和地球化学两个方面的参数，有机物质参数主要是对有机质类型的认定（如藻类、无定形、草质、木质和煤质等），地球化学参数主要依据元素分析及岩石热解分析而来，包括I_H、I₀、H/C、C_org、生物标志物（辅助参数）。Jones R.W.（1987）对有机相的研究与认识是相关研究方面的一个里程碑，其将沉积岩中有机成分及展布特性揉合于一起，反映的是各种地质体中有机质的富氢程度和生源特性（金奎励，姚素平，1997）。

JonesR.W.（1987）使得有机相从理论研究到实际应用迈出了重要的一步，但将其有机相类型的划分应用于海相、陆相烃源岩的评价时不难发现，其对有机质的研究只侧重于地球化学属性，而忽略了有机质岩石学属性，以致划分的有机相始终没有摆脱Van Krevelen和Tissot B.P.提出的有机质类型划分框架。这就使得应用其有机相概念对生烃潜力进行系统而全面的评价仍比较困难。20世纪90年代初，Huc A.Y.（1990）提出了有机相可以进行烃源岩定量评价的设想，评价范围包括源岩生烃潜力、油气排驱及源岩质量等方面；此后不久，金奎励等（1995）也提出了类似的观点，这些努力对促进有机相与油气勘探开发的密切结合起到了巨大的推动作用。

金奎励（1995,1997）根据自己长期从事有机相研究的理论与实践，在有机相基础上提出了沉积有机相的概念，其核心就是有机相作为一个地层实体既要考虑有机质面貌，又要考虑与其共生的无机物面貌，二者是一个不可分割的整体，有机相的划分适用于任何成熟阶段，不必拘泥于R_o≤0.5%。这一认识是当今对有机相概念的最深刻、最完美的理解，对于使有机相能真正应用于源岩的定量评价从方法上提供了保证。我们知道，根据烃源岩的类型大致可以从宏观上将其区分为以产气为主的含煤岩系有机相和以产油为主的湖相及海相有机相。有机相对烃源岩定量评价，归根到底是对这两大类有机相的认识和评价。这两大类有机相由于其成烃特征的巨大差异，因而有关有机相研究的主要指标体系也应该有所区别。金奎励等（1995）基于对有机相的上述认识，率先对我国侏罗纪准噶尔和吐哈两大内陆盆地含煤岩系沉积有机相进行了系统研究，强调准确把握有机组分双重属性（岩石属性和地球化学属性）是有机相划分的关键。其划分有机相的指标包括有机岩石学特征、沉积环境特征及有机地球化学特征等三类指标，并据此将含煤岩系沉积有机相划分为高位沼泽有机相、森林沼泽有机相、流水沼泽有机相和开阔水体有机相等4种类型。

对于以生油为主的海相源岩有机相的研究，我国学者也进行了有益的尝试。张景荣、边立曾等（1995）对塔里木盆地古生代海相藻碳酸盐岩有机相进行了研究，通过生物相特征、地球化学特征、沉积特征和热模拟实验等参数来划分有机相，其中以生物相特征为重点，对源岩有机岩石学特征考虑欠详；故其有机相类型实际上是生物相划分的外延。张爱云等（1996）以鄂尔多斯盆地早古生代纯海相烃源岩为研究对象，提出的有机相划分指标包括生源、岩石沉积特征（岩石类型、沉积环境、成岩环境）、地球化学特征（Pr/ph、∑nC%、r蜡烷/C₃₈藿烷、Tm/Ts、Al₂O₃、有机质、类型、生烃性等），并根据环境、生源和恢复后的有机质类型来命名有机相，将鄂尔多斯盆地下古生界烃源岩划分为7种有机相类型。该项研究的显著特点是对显微组分地球化学属性进行深入剖析，对沉积环境给有机质的影响考虑较多。总之，在有机相的研究方面前人已进行了大量富有成效的工作，但从中我们也可以看出在一些问题的认识上还有一些缺陷和不足。

作者在研究渤海湾地区下古生界碳酸盐岩烃源岩有机相时，以有机组分双重属性是划分不同有机相类型基础的认识为指南，强调组分岩石属性生物特征在划分有机相中的重要意义。同时，借鉴了前人在海相碳酸盐岩有机相研究上的成果。

二、渤海湾盆地下古生界有机相划分原则

（一）划分标志

1.有机岩石学参数

显微组分组成、显微组分赋存形式及保存状态；形态组分相对含量：形态组分相对含量等于藻类组、疑源组、动物有机组含量之和与沥青质体、沥青组及其他次生组分之和的百分比；生物学特征：包括显微组分生源、生物组成及分布规律等。

2.沉积学特征

包括不同环境的岩石特征、结构构造特征、水动力条件及氧化还原性等方面。

3.地球化学参数

主要使用氢指数（I_H）、生烃潜量（S₁+S₂）等经恢复后的岩石热解参数、残余有机碳、产烃指数（∑HP）和产油指数（∑OP）、有机质类型、干酪根总生油量（C₆₊）与总生气量（C_1～5）等等，并参考前人在工作区及邻区研究中得出的生物标记物参数（Pr/Ph、∑nC%、r－蜡烷/C₃₈藿烷、Tm/Ts）。

（二）渤海湾盆地下古生界显微组分组成和生源分析

渤海湾盆地下古生界碳酸盐岩烃源岩显微组分定量研究表明其组成特点是：海相低等生物生源的显微组分独树一帜，次生组分（主要是沥青）含量丰富，未发现陆源有机质。区内常见显微组分包括藻类组、疑源组、动物有机组、沥青质体、沥青组、矿物沥青基质、包体有机质及渗出组等类型。这8种类型显微组分相对含量，在纵向上具有如下变化规律。藻类组及疑源组纵向变化不显，沥青质体发现较少，仅见于∈₁m、∈₂mz、O₂x、O₂f个别样品之中。动物有机组包括动物硬体有机质、镜状体和动物软体有机质。动物硬体有机质除∈₁m、∈₃g、∈₃f等层位不曾发现外，均有代表，尤以∈₁m最为丰富，∈₂mz、O₂sh和O₂f等层位次之。镜状体除∈₁m、∈₃f不曾见到，余皆出现，且其多少与动物硬体有机质显著正相关。动物软体有机质仅见于上马家沟组的个别样品。渗出组、矿物沥青基质及沥青体在纵向上变化规律性较强，基本上呈现由下往上递增的趋势。

三、下古生界有机相类型及特征

综合有机岩石学、有机地球化学及沉积学等三方面特征，提出渤海湾盆地下古生界烃源岩有机相划分方案（表4-1）。

（一）云坪有机相（Y）

1.有机岩石学特征

显微组分组成上主要特点是以藻类组、沥青组、矿物沥青基质为主，镜状体次之，含少量沥青质体和渗出组组分。主要组分藻类组含量在0.12%～1.14%，平均0.44%；沥青含量在2.8%～26.09%，平均11.94%，其中主要为浸染沥青。矿物沥青基质在该有机相中极其丰富，含量在10%～70%，平均51.67%，为各类有机相含量之最（图4-1）。形态组分相对含量为0.58%～11.56%，平均5.10%。该有机相主要生源为藻类、疑源类，以及少量节肢动物。

图4-1　不同类型有机相矿物沥青基原含量

图4-2　不同类型有机相残余有机质含量

表4-1　渤海湾盆地下古生界有机相类型—览表

2.沉积特征

以泥晶—粉晶白云岩为主，间夹泥晶灰岩，具干裂与暴露标志，成层性受含泥影响一般较好，生物化石稀少；位于潮上带－潮间带上部，水体动荡，弱氧化—弱还原环境。

3.有机地球化学特征

该有机相残余有机碳分布范围从0.03%～0.43%，平均0.15%。从有机质丰度看，在5种类型有机相中居中（图4-2）。该有机相恢复后的有机质类型为Ⅰ～Ⅱ₁型，I型及Ⅱ₁型所占比例相当。与Jones提出的A、AB、B相相当。恢复后的I_H为＞600～300mg/gC_org,S₁+S₂为＞20～10mg/g岩石；产油指数∑OP为507～600，平均560；产烃指数∑HP为616～700，平均643。其总生油量为315.39kg/t·C_org，生气量为187.15kg/t·C_org。

（二）泥灰坪有机相（N）

1.有机岩石学特征

显微组分组成上与云坪有机相相似之处在于藻类组、沥青组仍为主要组分，不同的是动物硬体有机质在该有机相中占一定比例，矿物沥青基质含量极低。沥青组与云坪有机相中相比类型上发生了一定变化，主要体现在该有机相以粒状沥青含量最高，浸染沥青稍逊，形态组分相对含量为1.46%，低于云坪有机相。该有机相有机质主要生源为藻类动物及少量疑源类，藻类及疑源类组成似云坪有机相，动物中主要为节肢动物碎片。

2.沉积特征

沉积物主要为泥灰岩、泥晶灰岩及紫红色页岩，偶夹白云质灰岩及白云岩，有时可见潮水冲刷充填潮沟、潮渠、潮道所形成的角砾状灰岩，含广盐度底栖生物如棘皮类、腕足类等生物化石碎片，位于平均高潮面-平均低潮面之间，水体较动荡，弱氧化—弱还原环境。

3.有机地球化学特征

该有机相残余有机碳0.08%，恢复后有机质类型为Ⅱ₁型，与Jones的B.BC相相当。恢复后氢指数为300～600mg/gC_org，生烃潜量为10～20mg/g岩石，∑OP为518，∑HP为463。总生油量为217.77kg/tC_org，总生气量为148.98kg/tC_org。

（三）浅滩有机相（Q）

1.有机岩石学特征

显微组分以藻类组、动物硬体有机质、沥青组、镜状体等几种显微组分最为常见。其中藻类含量在0.02%～2.33%，平均0.52%。动物硬体有机质含量在0～17.41%，平均6.16%。沥青组含量在0～11.8%，平均6.18%。镜状体含量为0.13%～0.40%，平均0.25%，与动物硬体有机质一样均为所有有机相中最高。形态组分相对含量一般在5.05%～46.61%，平均25.83%。形态组分相对含量居所有有机相类型之首，这种现象主要与该有机相中水动力强，出现了高含量的动物硬体有机质不无关系。

该有机相有机质主要来源为藻类及无脊椎动物，藻类中主要为蓝藻，无脊椎动物则以节肢动物最为常见。

2.沉积特征

该有机相的岩石特征表现为颗粒含量一般大于15%，岩石组合以颗粒灰岩为主（颗粒类型包括鲕粒、生物碎屑、砂屑及内碎屑等）。含三叶虫、介形类、腕足类等生物碎屑，位于潮间-潮下带。水动力极强，为弱氧化-弱还原环境，不利于有机质的聚集与保存。

3.有机地球化学特征

该有机相残余有机碳为0.08%～0.19%，平均0.14%。单从这一方面看与泥灰坪有机相丰度相当，属较差的生烃有机相。恢复后的有机质类型为Ⅱ₁～Ⅱ₂型，为5类有机相中类型最差者，相当于Jones有机相的B、BC、C相。该有机相恢复后的I_H为120～600mg/gC_org,S₁+S₂为2～20mg/g岩石。∑HP为345～538，平均442；∑OP为332～465，平均399。总生油量为176.88kg/tC_org，总生气量为133kg/tC_org。

（四）局限海有机相（J）

1.有机岩石学特征

显微组分组成上以藻类组、沥青组、矿物沥青基质最为常见，有少量镜状体、疑源组、沥青质体和包体有机质。藻类组合量在0.08%～1.08%，平均0.15%，沥青含量在5.29%～23.49%，平均12.54%。矿物沥青基质含量在3%～60%，平均23.80%。值得指出的是该有机相中所见沥青组类型极多，各类沥青精彩纷呈，区内所发现的所有类型沥青组在该有机相中均有代表。另一值得指出的显微组分特点是，该有机相疑源组尽管绝对数量少，但类型却丰富多样。形态组分相对含量为0～19.74%，平均2.63%。

该有机相主要生源为藻类、疑源类及一些无脊椎动物。其中藻类主要为蓝藻，疑源类中见到球藻亚类、棘刺亚类、多角亚类与网面亚类等类型。

2.沉积特征

该有机相岩性上以泥晶灰岩、含生物碎屑泥晶灰岩、球粒泥晶灰岩、藻粒泥晶灰岩为主，间夹粘土岩、砂岩，白云岩化作用较强，泥晶方解石中亮晶方解石的斑状、鸟眼构造发育，常含黄铁矿并具示底构造。受水体循环限制，盐度稍高或正常。沉积物颜色一般较暗，水平纹层较发育。水体较为闭塞，处于弱还原—还原环境，有利于有机质聚集与保存。位于潮间—潮下带，包括潟湖、海湾等环境。

3.有机地球化学特征

该有机相残余有机碳分布范围在0.04%～1.23%，平均0.43%，是5类有机相中有机质丰度最高的有机相带。该有机相有机碳分布跨度大，均值及峰值均为所有有机相之最。恢复后的有机质类型为Ⅰ～Ⅱ₁型，∑HP为514～700，平均622；∑OP为409～600，平均534。恢复后为I_H及S₁+S₂等参数与云坪有机相持平。总生油量为312.59kg/tC_org，总生气量为186.06kg/tC_org。

（五）开阔海有机相（K）

1.有机岩石学特征

主要显微组分包括藻类组、沥青组，有少量动物硬体有机质及疑源组。藻类组含量为0%～0.90%，平均0.42%，藻类组中存在钙质藻类和有机藻类两种类型。沥青含量为5.2%～18.81%，平均10.90%，以浸染沥青居多。动物硬体有机质类型多样。形态组分相对含量0～19.76%，平均5.85%，居5类有机相之第二位。

该有机相主要生源有藻类、动物和疑源类。藻类中包括钙质蓝藻及钙质绿藻类，非钙质藻类主要为蓝藻，所见类型在5种有机相中最多。动物类型似浅滩有机相，所不同者唯该有机相见有几丁虫，且动物保存状况优于浅滩有机相。疑源类丰度虽不及局限海有机相，但其分异度却与局限海相近。

2.沉积特征

该有机相之主要岩性组合是生物泥晶灰岩、生物碎屑泥晶灰岩、泥晶灰岩及泥晶砂屑灰岩，间夹砂岩及粘土岩。常见丰富的底栖无脊椎动物化石，水平层理发育，局部见小型交错层理。水体畅通，光线充足，环境稳定，位于潮下浅海区。

3.有机地球化学特征

该有机相残余有机碳含量为0.06%～0.35%，平均0.16%，居5类有机相第二位。有机碳丰度变化区间狭窄，充分反映该有机相环境的稳定性。尽管该区域水动力稳定，阳光充足，有利于海洋无脊椎动物与低等菌藻类的发育，但由于众多的无脊椎动物以植物为食，且水体中含氧较丰对有机质具一定破坏作用，因而造成了该有机相有机质丰度逊于局限海有机相的特征。恢复后的有机质类型为Ⅰ～Ⅱ₁型，氢指数和生烃潜量与云坪有机相接近。∑HP为517～700，平均663；∑OP为508～600，平均569。总生油量为315.39kg/tC_org，总生气量为187.15kg/tC_org。

四、有机相时空变化规律

1.不同有机相类型的生烃性分析

通过不同类型有机相特征分析，不难看出各类型中以局限海有机相生烃潜力最大，开阔海有机相与云坪有机相相当，但开阔海有机相有机质丰度较为稳定，泥灰坪有机相居第4位，浅滩有机相是5种有机相中生烃潜力最差的有机相类型。这些有机相类型的纵横向更替与当时该区的环境变化基本一致。

2.有机相类型的时间演化

不同有机相在下马家沟组、上马家沟组、峰峰组等几个主要生烃层系的分布与发育程度有较大变化。其中，开阔海有机相自始至终是最发育的。下马家沟组形成时，云坪有机相与浅滩有机相较之局限海有机相更为发育，泥灰坪有机相在局部发育。上马家沟组形成时局限海有机相较为广布，云坪有机相退居其次，泥灰坪有机相与浅滩有机相在局部出现。峰峰组形成时局限海有机相与云坪有机相发育程度相近，泥灰坪有机相在局部发育。

3.有机相类型的空间分布特征

从有机相的空间配置来看，不同时期差异较大。总的特征是开阔海有机相犹如其他有机相的“基质”，而其他有机相恰似镶嵌在其中的“补丁”。

下马家沟组沉积期间，局限海有机相仅见于长桓—封丘一带，云坪有机相分布于沾化凹陷东北部、临清坳陷、邯郸—内黄一带、霸县—永清一带及岐口附近，泥灰坪有机相集中分布于内黄—濮阳一带。浅滩有机相见于北京—大兴、保定及昌潍坳陷一带（图4-3）。上马家沟组沉积期间，局限海有机相主要分布于沾化凹陷、东营凹陷一部、南皮—孔西潜山一带、廊坊—霸县一带、晋县一带，馆陶一带等；云坪有机相局限分布于沧县隆起区、临清坳陷等地区；泥灰坪有机相在封丘—长桓一带分布，浅滩有机相仅见于埕子口一带（图4-4）。峰峰组沉积期间，局限海有机相见于南皮—岐口一带、长桓一带、车镇凹陷—沾化凹陷一部分；云坪有机相主要分布于沾化凹陷、岐口凹陷、临清坳陷，泥灰坪有机相纵向分布于石家庄—濮阳这一广阔区域（图4-5）。

将不同有机相的有机质质量、数量与烃源岩质量相联系不难发现，局限海有机相与优质烃源岩的发育密切相关，开阔海有机相与云坪有机相多与质量较差的烃源岩一致，浅滩有机相和泥灰坪有机相一般属于非烃源岩分布区域。

图4-3　渤海湾盆地下马家沟组有机相分布图

1—开阔海有机相；2—局限海有机相；3—浅滩有机相；4—泥灰坪有机相；5—云坪有机相

图4-4　渤海湾盆地上马家沟组有机相分布图

1—开阔海有机相；2—局限海有机相；3—浅滩有机相；4—泥灰坪有机相；5—云坪有机相

图4-5　渤海湾盆地峰峰组有机相分布图

1—开阔海有机相；2—局限海有机相；3—浅滩有机相；4—泥灰坪有机相；5—云坪有机相

• 官方服务
  • 官方网站