鄂尔多斯盆地早奥陶世碳酸盐岩有机质研究

汪健+黄文辉+傅迷

摘要：沉积盆地中分散有机质是油气生成的物质基础，所生成的油气的质量与数量取决于盆地内分散有机质的类型和丰度。有机质类型决定烃源岩的质量的优劣，一个没有优质烃源岩的盆地不是一个具有良好前景的含油气盆地。鄂尔多斯下古生代地层由于受沉积作用和多幕地壳构造的影响，使得研究区奥陶系碳酸盐岩有机质普遍处于高成熟和过成熟作用阶段。鄂尔多斯地区奥陶纪碳酸盐岩形成于海相环境，远离陆源物质供给区，其有机质的生源组成属腐泥类，干酪根类型应归为Ⅰ型为主。通过研究区碳酸盐岩类型热解分析结果得到研究区有机质类型为Ⅲ型，一般认为是高演化程度造成的。为了研究导致碳酸盐岩有机质类型与其生源不一的原因，需要排除热演化的干扰，对有机质类型进行恢复，将结果进行具体分析。本文旨在通过恢复有机质类型，对研究区碳酸盐岩有机质类型转化的因素进行系统的研究。

关键词：碳酸盐岩；有机质类型；有机质恢复

中图分类号：P618文献标志码：A文章编号：1672-1098（2016）01-0013-06

Abstract：Dispersed organic matter in sedimentary basins is the material base of oil and gas production， the quality and quantity of oil and gas produced depend on the type and abundance of the dispersed organic matter in the basins. Organic matter types determine the quality of source rocks， and a basin without good source rocks is not an oil and gas bearing basin with good prospect. Due to the influence of sedimentation and multiphase tectonic effects on lower Paleozoic strata in Ordos， in Ordovician carbonate rocks organic matter is generally in high mature and over mature stage. The Ordovician carbonate rocks in Ordos area formed in a marine environment， which are far away from the terrigenous material supply area， the organic matter source composition belongs to a kind of sapropelic kerogen， which should be mainly classified as type I. By the analysis of the type of carbonate rocks in the studied area， the type of organic matter in the studied area is type III， which is generally considered as a high degree of evolution. In order to study the reasons of different types of organic matter in carbonate rocks and their origin， it is needed to eliminate the interference of thermal evolution and recover the type of organic matter and make a concrete analysis of the results. The aim of this paper is to study the factors of the transformation of organic matter in carbonate rocks in the studied area by recovering the type of organic matter.

Key words：carbonate rocks；organic matter type；organic matter recovery

1区域地质概况

鄂尔多斯地区横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省（区），是中国东部构造域和西部构造域的结合部，位于华北、华南两大地质单元的交界附近。大构造上研究区属于中朝准台地的一部分，是一个发育有多种类型沉积，多种沉积体系的大型沉积盆地，其古生代地层分布的范围为：北界巴彦高勒-托克托大断裂，西界石咀山-甜水堡-平凉断裂，南界乾县-韩城-河津断裂，东界离石断裂，面积约23万平方公里。早古生代该区表现为稳定的升降运动，在陆块内部形成典型的克拉通坳陷，从寒武纪到早奥陶世中部以稳定地台型碳酸盐岩沉积为主，西部毗邻秦祈地槽，发育台地边缘相、斜坡相和盆地相[1-2]（见图1）。图1鄂尔多斯盆地沉积相分布图

鄂尔多斯地区下古生界只有寒武系和奥陶系，缺失志留系[3-4]。寒武系与奥陶系东部为连续沉积，在西缘和南缘存在沉积间断，奥陶系下统冶里组和亮甲山组只在东部、南部及西部贺兰山地区有分布。奥陶系下统与中统之间存在沉积间断，中统平凉组只在西缘和南缘分布，本区内部缺失。奥陶系中统与上统之间也存在沉积间断，奥陶系上统只分布在南缘和北缘。

2有机质生源类型

碳酸盐岩有机质主要来源于单细胞微体浮游藻类，它们形成了早奥陶世海洋中食物链的基础并成为生命演化的主导，存在于碳酸盐岩台地的各类环境中。由于保存环境不同，所保存的藻类残体的数量不同，遭受微生物降解的程度不同，再加上后期的氧化程度也不同，导致碳酸盐岩中有机质的类型不同。奥陶系碳酸盐岩远离陆源物质供给区，形成于海相环境，其主要有机质输入物是富含脂类和蛋白质的藻类、菌类以及海洋动物等[5-15]。

在研究区的泻湖、膏云坪、泥云坪相碳酸盐岩中发现较多的菌藻类。菌藻类具有耐盐、耐高渗透压性，易存在高盐度的咸水水体中，这种高盐度的环境限制了动物群的繁殖和变异，没有捕食藻类的动物存在，使藻类群落广泛生长繁殖，其消耗量达到最小。蒸发台地的膏云坪环境细菌的繁衍繁盛，微生物有机质是最好的生油母质，它们是Ⅰ型有机质的母质来源。

研究区碳酸盐岩有机质的组成主要是菌藻类、动物有机碎屑以及被细菌降解的腐泥基质。在碳酸盐岩的晶间孔或晶间溶孔中还有碳沥青。根据碳酸盐岩中的生物化石组合和有机显微组分的组成特征，可以说明奥陶纪碳酸盐岩中有机质的生源组成属腐泥类，其干酪根类型有Ⅰ型和Ⅱ型。

3有机质类型确定

岩样热解分析资料是一种评价烃源岩有机质类型的有效方法。运用氢指数（IH）、类型指数（S2/S3）和降解率（D）划分烃源岩有机质类型是一种简便而又有效的方法（见表1）。

研究区现存的碳酸盐岩干酪根类型属Ⅲ型，经恢复之后与生源类型相比有机质类型下降了一级。导致碳酸盐岩有机质类型与其生源不一的原因可以有两种解释[29-32]。一是高度氧化而使类型转化，二是高度演化使类型转变。若属于后者，那么原来干酪根是属Ⅱ型或Ⅰ裥？，在热演化过程中逐渐转变为Ⅲ型。无论是热演化还是氧化，基本点都是有机质的官能团脱落，芳核增大，不同类型有机质最终都变为Ⅲ型干酪根。显微结构镜质组向惰质组转化是增碳和芳构化过程，是在氧化条件下进行的，同样，海相藻质体也是可以在氧化条件下向“惰质体”转化，变为Ⅲ型干酪根。浅水台地中发育的颗粒碳酸盐岩中部分藻团粒、团块包裹的有机质由于受到包壳的保护而保持为Ⅱ型干酪根。

研究区沉积相分析表明，早奥陶世全区总体为浅水碳酸盐岩台地，水体很浅。由于各地所处环境的“开放性”不同，造成氧化还原条件不同，导致有机质受氧化作用影响程度不同，恢复后有机质类型也不同。

早奥陶世马家沟期之后，全区抬升暴露于地表，长期遭受风化剥蚀、大气淡水淋滤和向下渗流，埋藏在地下的岩石也因古岩溶作用而遭氧化，特别是在隆起区两侧碳酸盐岩中出现很多经受氧化的标志（见表5）：黄铁矿被氧化为褐铁矿，岩石中普遍有褐铁矿浸染的黄铁矿假晶；大气淡水淋滤和渗流出现了许多去云化和去膏化的现象；岩石中出现许多溶孔、溶缝和溶蚀的现象。表5碳酸盐岩经受暴露之后的氧化标志

有机相氧化矿物溶蚀孔洞缝去云化去膏化 泻湖褐铁矿、黄铁矿、假晶裂缝中有铁质和粘土充填方解石充填于裂缝中 膏云坪褐铁矿、次生粘土、白云石晶间被氧化、铁浸染、具黄铁矿石膏假晶许多大小不等01-07mm溶孔，中心大多无矿物充填溶孔边缘见白云石未溶尽的残余，并被铁质浸染石膏假晶，被方解石交代，高溶角砾 潮渠褐铁矿、膏溶角砾、石膏假晶溶蚀的孔洞缝与构造裂隙相连，沿裂隙有铁质浸染，溶蚀孔洞中有方解石残余 泥云坪褐铁矿 灰云坪次生方解石、次生粘土、黄铁矿假晶、褐铁矿白云石晶间溶蚀，有铁质浸染，晶模孔、次生溶孔发育方解石充填于晶间、裂缝溶孔中，由表生作用形成残留白云石 潮下浅水黄铁矿假晶白云石被次生方解石交代，受地表淡水影响

研究区早奥陶世碳酸盐岩沉积物在沉积-成岩阶段的强氧化作用，促使其干酪根类型转化，此后在热演化程度达到高成熟阶段，又使有机质类型降级，成为目前实测的Ⅲ型干酪根。沉积-成岩阶段的氧化作用是促使干酪根类型转化的主要因素之一，而有机质的高演化程度则使各类有机质之间差别缩小，趋向均一化，Ⅱ型干酪根向Ⅲ型干酪根转化。

6结论

研究区碳酸盐岩有机质类型实验结果为Ⅲ型，这是由于生源组成、沉积与成岩作用和高热演化等多种作用综合影响所致。如果排除热演化的干扰，所恢复的有机质类型则反映出不同条件下形成不同的有机质类型。

研究区干酪根类型由Ⅱ型转变为Ⅲ型的主导因素在不同地区可以是不同的。沉积环境充氧或受大气淡水淋滤渗透影响大的地区，碳酸盐岩类型在未成熟阶段已转为Ⅲ型，如天1井、天2井分布区，陕参1井附近。受大气淡水影响小的地区在未成熟阶段干酪根类型已转变为Ⅱ型，如陕17井。前者大多分布在隆起区的外侧边缘，后者则分布在局限台地。浅水台地中发育的颗粒碳酸盐岩中部分藻团粒、团块包裹的有机质由于受到包壳的保护而保持为Ⅱ型干酪根。

在沉积和成岩过程中经受过强烈氧化作用改造的碳酸盐岩，其有机质类型为Ⅲ型，如开阔海、灰云坪相的碳酸盐岩有机质；如未经过后期强烈演化，保持还原条件的沉积成岩环境，碳酸盐岩有机质则为Ⅱ型，如膏云坪泥云坪等沉积相高能浅滩环境的碳酸盐岩有机质也可为Ⅱ型。

参考文献：

[1]万延周. 鄂尔多斯西缘奥陶系烃源岩及储盖层特征研究[D]. 西北大学，2009.

[2]蒲磊. 鄂尔多斯南缘奥陶系构造沉积演化研究[D]. 西北大学，2009.

[3]辛勇光，周进高，邓红婴. 鄂尔多斯盆地南部下奥陶统马家沟组沉积特征[J]. 海相油气地质，2010，15（04）：01-05.

[4]许强. 鄂尔多斯盆地西、南缘奥陶系马家沟组沉积体系[D]. 成都理工大学，2010.

[5]刘德汉，付金华，郑聪斌，等. 鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩生烃性能与中部长庆气田气源成因研究[J]. 地质学报，2004，78（04）：542-550.

[6]RAISWELLR，BUXKLEY F. Degree of pyritization of iron as a palaeoenvironm ental indicator of bottom-water oxygenation[J]. Journal of Sedimentary Petrology，1988，58（5）：812-819.

[7]陈践发，张水昌，孙省利，等. 海相碳酸盐岩优质烃源岩发育的主要影响因素[J]. 地质学报，2006，80（03） ：467-472.

[8]程克明，王兆云. 高成熟和过成熟海相碳酸盐岩生烃条件评价方法研究[J]. 中国科学（D辑：地球科学），1996，20（06）：537-543 .

[9]程克明，王兆云，熊英，等. 中国海相碳酸盐岩的生烃研究[J]. 海相油气地质，1999，4（04）：1-12.

[10]王杰，陈践发. 海相碳酸盐岩烃源岩的研究进展[J]. 天然气工业，2004，24（08）：21-23.

[11]HUGHESW B，HOLBA A G，DZOU L I. The ratios of dibenzothiophene to phenanthrene and pristane to phytane as indicators of depositional environment and lithology of petroleum source rocks[J]. Geochimicaet Cosmochimica Acta，1995，59（17）：3 581-3 598.

[12]DIDYK B M，SMONEIT B R T，BRASSELL S C，etal. Organic geochemical indicators of palaeo-environmental conditions of sedimentation[J]. Nature，1978，272（5 650）：216-222.

[13]梁狄刚，张水昌，张宝民，等. 从塔里木盆地看中国海相生油问题[J]. 地学前缘，2000，7（04）：534-547.

[14]赵文智，汪泽成，张水昌，等. 中国叠合盆地深层海相油气成藏条件与富集区带[J]. 科学通报，2007，9（S1）：9-18.

[15]英亚歌. 浅谈海相碳酸盐岩地层与油气成藏[J]. 科技情报开发与经济，2010，20（10）：154-156 .

[16]朱创业，张寿庭. 鄂尔多斯盆地马家沟组碳酸盐岩有机质特征及烃源岩研究[J]. 成都理工学院学报，1999，26（03）：217-220 .

[17]JOHNSSON M J，HOWELL D G，BIRD K J. Thermal maturity pat-terns in Alaska：implications for tectonic evolution and hy-drocarbon potential[J]. AAPG Bulletin，1993， 77 （11）：1 874-1 903.

[18]LORANT F，BEHAR F，VANDENBROUCKE M. Methane generation from methylated aromatics：Kinetic study and carbon isotope modeling[J]. Energy&Fuels，2000，14：1 143-1 155.

[19]王铜山，耿安松，李霞，等. 海相原油沥青质作为特殊气源的生气特征及其地质应用[J]. 沉积学报，2010，28（04）：808-814 .

[20]PARNELL J，MONSON B，GENG A. Maturity and petrography ofbitumens in the Carboniferous of Ireland[J]. International Journalof Coal Geology. 1996，29（1）：23-38.

[21]郝芳，姜建群，邹华耀，等. 超压对有机质热演化的差异抑制作用及层次[J]. 中国科学（D辑：地球科学），2004，34 （05）：443-451.

[22]曾凡刚，程克明. 下古生界海相碳酸盐岩干酪根成熟度研究方法[J]. 地学前缘，2000，7（S2）：249-254 .

[23]张水昌，梁狄刚，张大江. 关于古生界烃源岩有机质丰度的评价标准[J]. 石油勘探与开发，2002，（02）：8-12 .

[24]PETTERS K E，ROHRBACK B G，KAPLAN I R.Carbon and hydrog stable isotope variation in kerogen during laboratorysimulated thermal maturation[J]. AAPG Bulletin，1981，65：501-508.

[25]崔鹏. 烃源岩有机质丰度恢复方法综述 [J]. 断块油气田，2007，14（05）：15-17.

[26]范明，秦建中，张渠. 松潘阿坝地区烃源岩有机质热演化特征[J]. 沉积学报，2006，24（03）：440-445 .

[27]秦建中，郑伦举，腾格尔. 海相高演化烃源岩总有机碳恢复系数研究[J]. 地球科学：中国地质大学学报，2007，32（06）：853-860.

[28]JOHNSSON M J，HOWELL D G，BIRD K J. Thermal maturity pat-terns in Alaska：implications for tectonic evolution and hy-drocarbon potential[J]. AAPG Bulletin，1993，77（11）：1 874-1 903.

[29]秦建中，腾格尔，杨琦，等. 川东地区海相高演化层系的成熟度指标研究[J]. 石油学报，2009，30（02）：208-213.

[30]肖贤明，吴治君，刘德汉，等. 早古生代海相烃源岩成熟度的有机岩石学评价方法[J]. 沉积学报，1995（02）：112-119.

[31]秦建中. 羌塘盆地有机质热演化与成烃史研究[J]. 石油实验地质，2006，28（04）：350-358.

[32]李艳红，金奎励. 烃源岩成熟度评价指标及选取[J]. 地质地球化学，2000，28（02）：94-96 .