Question

　煤系烃源岩沉积有机相研究

Answer 1

沉积有机相是不同沉积环境和演化条件下所形成的有机质的共生组合。对一种有机组分来说，它既具有特定的岩石学特征，也具有一定的地球化学特征，因此，不同的沉积有机相也具有岩石学和地球化学双重属性及不同的生烃特征，这也是利用岩石学和地球化学特征来反映沉积有机相及分布并用于有利勘探区块评价的基础。

华北地区石炭—二叠纪煤系沉积不同于早中侏罗世煤系，后者形成于大型内陆湖泊，而前者则形成于广阔的内陆表海，沉积环境、介质的水动力条件及氧化还原性、古植物类型等方面都存在差异，不能直接套用西北早中侏罗世煤系的沉积有机相分类，同时，尽管沉积有机相概念来源于煤相，但也不能完全套用煤相的划分类型。

一、沉积有机相划分

渤海湾盆地石炭—二叠系煤系烃源岩沉积有机相划分依据主要有沉积环境特征、有机组分类型及含量、地球化学性质等方面的标志，并结合E.Stach（1982）对北半球石炭纪煤相划分的认识，把研究区煤和碳质泥岩沉积有机相划分为：①陆地森林有机相，②浅沼森林有机相，③深沼森林有机相，④深沼芦苇有机相，⑤流水沼泽有机相，⑥开阔水域有机相。各类沉积有机相的有机岩石学、地球化学、沉积环境及生烃性质等特征列于表8-2。

表8-2　渤海湾盆地石炭—二叠纪煤和碳质泥岩沉积有机相划分表

续表

（一）陆地森林有机相

1.有机岩石学特征

煤岩成分以丝炭、暗煤为主，显微组分以惰质组为主，含大量丝质体和半丝质体，镜质组含量＜25%，镜惰比以＜1为主，凝胶化指数＜0.2，结构保存指数＞0.6，显微煤岩类型以微惰煤为主。

2.有机地球化学特征

这种沉积有机相形成的煤系烃源岩的生烃潜量、总烃、氯仿沥青“A”等都比较低，烃源岩仅具有倾气性。

3.沉积环境

发育在冲积平原地区，沼泽潜水面很低，为中位—高位沼泽，泥炭表面干燥，经常暴露地表而遭受氧化，成煤植物以鳞木、科达木等为主。

（二）浅沼森林有机相

1.有机岩石学特征

以亮煤、暗亮煤为主，显微组分以镜质组为主，惰质组次之（V>50%～85%），含大量基质镜质体和均质镜质体，孢子体含量常达1%～10%，角质体含量＜2%，树皮体＜5%，镜惰比以＜1%～10%为主，凝胶化指数2～10，结构保存指数＞0.6，显微煤岩类型以微镜煤和微镜惰煤为主。

2.有机地球化学特征

由于富氢组分较少，生烃潜量和氯仿沥青“A”含量都比较低，烃源岩具有倾气性。

3.沉积环境特征

发育在滨海平原、潮坪及三角洲平原地区，沼泽地表常有积水，介质停滞或微弱流动，泥炭表面潮湿，沼泽类型为中位—低位沼泽。

（三）深沼森林有机相

1.有机岩石学特征

以镜煤为主，显微组分主要是均质镜质体和结构镜质体，镜质组含量＞85%，孢子体含量＜1%，镜惰比以10～50为主，凝胶化指数＞10，结构保存指数＞0.6，显微煤岩类型以微镜煤为主，微结构镜煤丰富。

2.地球化学特征

富氢组分和基质镜质体都较少，生烃潜量和氯仿沥青“A”含量都比较低，因此，以倾气性为特征。

3.沉积环境

以潮坪、潟湖、三角洲前缘等地区为主，沼泽覆水较深，泥炭常被淹没，沼泽类型以中位—低位沼泽。

（四）深沼芦苇有机相

1.有机岩石学特征

以暗亮煤和亮煤为主，显微组分以镜质组为主，惰质组次之，含大量基质镜质体、粗粒体、惰屑体、孢子体等，镜质组含量＞50%～70%，孢子体5%～20%，角质体＜5%，树皮体＜3%，镜惰比1～10，凝胶化指数＞5，结构保存指数＜0.6，显微煤岩类型以微暗亮煤、孢子微亮煤为主。

2.有机地球化学特征

由于含有较多的富氢组分和基质镜质体，因此，生烃潜量和氯仿沥青“A”含量都比较高，煤系烃源岩即具有倾气特征，也具有倾油特征。

3.沉积环境特征

以滨浅海、潟湖等为主，沼泽覆水较深，水体流动，成煤植物以矮小灌木和挺水植物为主，沼泽类型微低位沼泽。

（五）流水沼泽有机相

1.有机岩石学特征

以暗亮煤和孢子亮煤为主，镜质组为主，但含有大量的孢子体、角质体、树脂体及树皮体等植物残体，它们的含量之合可达15%～65%，局部地区出现残植煤。

2.有机地球化学特征

由于含有大量的富氢组分，其生烃潜量、氯仿沥青“A”和总烃含量都比较高，烃源岩具有较好的倾油性。

3.沉积环境特征

这里的流水沼泽强调两个方面的特征，一是沼泽介质具有流动性和氧化性，二是沼泽具有形成残植煤的特性，因此，它即不同于森林沼泽，又不同于芦苇沼泽，它以形成残植煤或富含稳定组分的煤为特点，从这种煤的形成来看，它即可以形成于芦苇沼泽地区，也可以形成于河漫滩、潮道及三角洲分流间湾的局部地区。

（六）开阔水域有机相

1.有机岩石学特征

以腐泥煤，碳质泥岩及泥岩夹矸为主，显微组分以矿物沥青基质为主，镜质组和惰质组次之，其中常含有小孢子体（1%～10%）、角质体（＜2%）和藻类体，显微煤岩类型以微腐泥煤和微泥质煤为主。

2.地球化学特征

有机质类型常以Ⅱ型或Ⅲ型为主，H/C原子比常较大，常具有较好的地球化学性质，以倾油型为特征。

3.沉积环境特征

沼泽表面水体宽阔，流动性强，主要发育在滨浅海及泻湖地区。

由上述不同沉积有机相的分析可以看出，对煤系烃源岩油气生成来说，以其中的深水芦苇沼泽有机相和流水沼泽有机相形成的烃源岩最好。

二、主要沉积有机相分布特征

研究区石炭一二叠纪煤系沉积时隶属于华北地台，是华北聚煤区的一部分，因此，从沉积有机相的变化和分布看，同一种类型具有大面积稳定分布的特点。从沉积演化和泥炭沼泽关系看，晚石炭世晚期至早二叠世早期，随着陆表海海退，大面积发育的是在近岸平原、海湾和潟湖等海陆过渡地带形成的泥炭沼泽，其展布规律是随着海岸线的迁移而变化的，因此，不同的沉积有机相分布具有一定的分带性，但由于受沉积基底变化的影响，在局部地区会出现一些特殊的沉积有机相。从实际情况看，盆地内部存在的同沉积隆起或潮汐沙滩对沉积有机相类型变化、分布及烃源岩的性质会产生很大的影响。

（一）太原组

晚石炭世太原组，整个华北地区在海水沿着东西两个方向侵入的影响下，分成东西两个海域，渤海湾盆地此时还是整个华北地块的一部分，处于东部海域内，其东部为一碳酸岩台地并与南票、兴隆等地分开。从沉积环境的总体分布看，具有从北向南依次出现冲积平原、滨海平原（包括沙滩、潮坪、潟湖）、碳酸盐岩台地等，并具有从北向南呈带状分布的特点，也就是说，从北向南，海水深度依次加大。在现今的渤海湾盆地范围内，广泛分布的是潟湖、潮汐沙滩和潮坪相区，在现今的华北、大港油气区中间的大成一带和山东沾化、淄博一带，存在着一系列的沙滩沉积。从整个华北地台地势高低和地层厚度分布看，越往南地层厚度越大，说明水体深度也越大（尚冠雄等，1997）。

这种沉积环境、古地理特征、泥炭沼泽发育及古植物类型的分布决定了此时的沉积有机相类型及其平面展布（图8-3）。沉积有机相带呈东西相展布，由北向南，由浅沼森林有机相→深沼森林有机相→深沼芦苇有机相→开阔水域有机相等有规律的过渡。在大港油气区南部，沧县水下隆起东侧，发育流水沼泽有机相，有利于优质烃源岩形成。

（二）山西组

进入早二叠世山西组，随着海水侵入范围的缩小，海水自北而南逐渐退缩，在现今的渤海湾盆地广大地区发育了以三角洲平原、潟湖、潮坪等环境为主的沉积，其中在现今的大港、华北油气区范围及石家庄—邯郸一线以三角洲前缘相为主，其他地区基本上以三角洲平原相为主（尚冠雄等，1997）。

受这种沉积环境控制，山西组沉积有机相仍以近东西向相带展布为基本特征，但格局趋于复杂化（图8-4）。开阔水域有机相范围减小，向南退缩，浅沼森林有机相和深沼森林有机相的范围有所扩大。沧县水下隆起的影响更加明显，位于东、西两侧的大港油气区中部孔店地区和华北油气区东部苏桥—文安地区发育流水沼泽有机相。

（三）下石盒子组

石盒子组沉积时海水进一步向南部退缩，此时，现今的华北、大港、胜利油气区范围内基本上以潮坪相沉积为主，现今的中原油气区基本上以三角洲平原沉积为主，其他地区已进入以河流环境为主的沉积（尚冠雄等，1997）。这种环境特点决定了此时的沉积有机相以陆地森林有机相和浅沼森林有机相为主，类型单调，不利于烃源岩形成。

图8-3　渤海湾盆地太原组沉积有机相分布图

1—浅沼森林有机相；2—深沼森林有机相；3—深沼芦苇有机相；4—流水沼泽有机相；5—开阔水域有机相

图8-4　渤海湾盆地山西组沉积有机相分布图

1—浅沼森林有机相；2—深沼森林有机相；3—深沼芦苇有机相；4—流水沼泽有机相