羅開平，葉德燎，周凌方，彭金寧，陸永德，呂俊祥

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫　214126)

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下?lián)P子海相烴源結(jié)構(gòu)與有效烴源

羅開平，葉德燎，周凌方，彭金寧，陸永德，呂俊祥

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫214126)

摘要：晚印支—燕山運(yùn)動(dòng)是影響下?lián)P子海相成烴—成藏最重要的構(gòu)造事件。以此為界,烴源巖的演化分為早期生烴和晚期(二次生烴)2個(gè)階段。與此對(duì)應(yīng)，下?lián)P子海相經(jīng)歷了加里東期、印支期、喜馬拉雅期3期成藏，不同成藏期烴源構(gòu)成具有明顯的差異。對(duì)于喜馬拉雅期的晚期成藏，有效烴源主要來(lái)自于二疊系和志留系烴源巖的二次生烴和古油藏(灶)的裂解供烴。借助于烴源巖熱史分析，分別求取印支運(yùn)動(dòng)之前(T2末)和斷陷盆地疊置之后(E末)烴源巖的成熟度(Ro)，后期形成溫度補(bǔ)償且T2末Ro較低(小于1.3%)的烴源巖范圍是二次生烴的有利區(qū)。對(duì)于古油灶，根據(jù)T2末的下古生界頂面古流體勢(shì)和有利儲(chǔ)層分布范圍，推斷油氣的運(yùn)移指向和有利聚集區(qū)，然后結(jié)合燕山運(yùn)動(dòng)后志留系泥巖蓋層的保存情況，預(yù)測(cè)燕山運(yùn)動(dòng)后古油藏賦存的有利范圍。通過(guò)上述途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)有效烴源的定位。臨近有效烴源巖(灶)的范圍是晚期成藏的有利地區(qū)。

關(guān)鍵詞：有效烴源；晚印支—燕山運(yùn)動(dòng)；海相；成烴—成藏；烴源構(gòu)成；下?lián)P子地區(qū)

多期、多類型盆地疊加和多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造就了下?lián)P子海相的多期生烴和多期成藏。由于晚印支—燕山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈改造，下?lián)P子海相現(xiàn)存的油氣聚集以晚期成藏為主[1]。確定晚期成藏的有效烴源，評(píng)價(jià)其生烴潛力，是下?lián)P子海相資源評(píng)價(jià)和勘探選區(qū)的關(guān)鍵問(wèn)題。

1地質(zhì)背景

下?lián)P子地區(qū)位于華北板塊和華南板塊之間，北部邊界為大別—蘇魯造山帶，西部以郯廬斷裂與華北地臺(tái)板塊和中揚(yáng)子塊體相隔，南部以江南隆起和華南褶皺帶相鄰，東部以海岸線為界[2](圖1)。

參考文獻(xiàn)圖1下?lián)P子構(gòu)造位置及分區(qū)據(jù)[2]修改。Fig.1Tectonic location and units of Lower Yangtze area

顯生宙以來(lái)，下?lián)P子地區(qū)盆地構(gòu)造演化經(jīng)歷了晚震旦世—志留紀(jì)(被動(dòng)陸緣、克拉通盆地—前陸盆地)、泥盆紀(jì)—中三疊世(臺(tái)內(nèi)坳陷—臺(tái)內(nèi)斷坳)及晚三疊世—古近紀(jì)(前陸盆地、走滑伸展—斷陷盆地)3個(gè)旋回。海相層系發(fā)育了下寒武統(tǒng)幕阜山組、上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)高家邊組、二疊系龍?zhí)督M+大隆組+孤峰組—下三疊統(tǒng)下青龍組3套烴源巖。晚印支—燕山期，由大別—蘇魯造山帶和江南隆起造山導(dǎo)致的前陸變形及郯廬斷裂左行走滑導(dǎo)致的平移剪切，使得下?lián)P子海相地層實(shí)體發(fā)生強(qiáng)烈的變形、變位[3-9]，上部地層遭受不同程度的隆升剝蝕，烴源巖的熱演化進(jìn)程中斷，使得先期形成的油氣藏主體遭受破壞(如泰山古油藏)。之后，晚白堊世—第三紀(jì)伸展體制下蘇北斷陷盆地的疊加，重建了海相層系油氣保存單元，深埋導(dǎo)致的熱補(bǔ)償使先期演化程度較低、在晚印支—燕山期處于“休眠”的海相烴源巖再次生烴，或造成殘留在地層中的古油藏裂解成氣(對(duì)于下古)，構(gòu)成后期的烴源，成就了下?lián)P子海相的晚期成藏。多期生烴、多期成藏是下?lián)P子海相重要的特征。

2烴源巖演化特征

基于對(duì)下?lián)P子地區(qū)構(gòu)造—沉積演化史的分析，按照海相層系埋藏史的差異將其分為3種基本類型：(1)早期緩慢沉降—中期抬升—晚期沉降型；(2)早期緩慢沉降—中期抬升—晚期沉降—抬升

圖2　蘇北盆地高郵凹陷海相烴源巖熱演化史

型；(3)早期沉降—中期抬升型。不同地區(qū)埋藏史不同，導(dǎo)致烴源巖熱演化的明顯差異。

蘇北地區(qū)以高郵凹陷為代表的新生代凹陷，海相烴源巖埋藏史屬于(1)型(圖2)。寒武紀(jì)—中三疊世的海相盆地階段，下?lián)P子地區(qū)整體較勻速緩慢沉降，只是在晚志留世的前陸盆地和早—中三疊世的斷坳盆地時(shí)期表現(xiàn)為相對(duì)較高的沉降速率。志留紀(jì)末，下寒武統(tǒng)烴源巖底面和上奧陶—下志留統(tǒng)烴源巖底面埋深分別達(dá)到3 500 m和1 200 m左右，Ro分別達(dá)到1.3%和0.5%；中三疊世末，上述2套烴源巖及二疊系烴源巖底面埋深分別達(dá)到6 000，3 600，2 400 m，對(duì)應(yīng)的Ro分別達(dá)到2.5%，1.9%，1.3%。晚印支—燕山期的造山隆升，抬升幅度達(dá)到2 500 m左右，烴源巖的熱演化進(jìn)程基本“停滯”。早、中侏羅世及晚侏羅—早白堊世前陸盆地和火山巖盆地疊加，一般厚度小于1 000 m，這一階段(T3-K1)烴源巖的埋深(以寒武系底面為例)在3 600～3 300 m左右“振蕩”，僅二疊系烴源巖熱演化程度小幅增加。晚白堊世—古近紀(jì)蘇北斷陷盆地的快速沉降，上述3套烴源巖底面埋深分別達(dá)到7 300，6 500，4 800 m，加之較高的地溫梯度，烴源巖的熱演化程度快速增高，寒武系和志留系烴源巖達(dá)到過(guò)成熟(Ro>2.5%～3%)，二疊系烴源巖也達(dá)到高成熟(Ro=1.3%～1.9%)。之后三垛運(yùn)動(dòng)的抬升(幅度1 500 m左右)，烴源巖熱演化停止。蘇北盆地金湖凹陷、鹽城凹陷、阜寧凹陷烴源巖埋藏史和熱演化史與高郵凹陷基本相似。

蘇皖南地區(qū)和浙西地區(qū)烴源巖埋藏史和熱演化史與蘇北盆地主要凹陷相比，早白堊世之前的過(guò)程基本相似，差別主要在于晚白堊世之后(圖3a)。蘇皖南地區(qū)南陵盆地[5]寒武系烴源巖底面埋深在古近紀(jì)曾經(jīng)達(dá)到10 km，對(duì)應(yīng)烴源巖的演化程度較蘇北地區(qū)更高；之后與蘇北地區(qū)三垛運(yùn)動(dòng)同步，蘇皖南地區(qū)發(fā)生了大幅度的隆升，致使烴源巖演化終止。與之相似的還有無(wú)為盆地、直溪凹陷、及浙

圖3　蘇皖南和浙西地區(qū)海相烴源巖熱演化史剖面

對(duì)比項(xiàng)蘇北盆地凹陷區(qū)蘇皖南地區(qū)浙西地區(qū)埋藏史T2末勻速緩慢沉降,T2末-C底埋深約6km與蘇北地區(qū)相似與蘇北地區(qū)相似T3-K1振蕩抬升,經(jīng)歷南象運(yùn)動(dòng)、寧鎮(zhèn)運(yùn)動(dòng)、黃橋運(yùn)動(dòng),抬升幅度2.5kmT3-J1-2前陸盆地下沉,寧鎮(zhèn)運(yùn)動(dòng)抬升,幅度3km持續(xù)緩慢抬升K2-E快速沉降,E末-C底埋深7.3km,三垛運(yùn)動(dòng)抬升1.5km快速沉降,-C底最大埋深10km,三垛運(yùn)動(dòng)大幅抬升,幅度3.5kmK2-E略有沉降熱演化史(Ro)S末-C底R(shí)o=1.3%,S底R(shí)o=0.5%與蘇北盆地相似與蘇北盆地相似T2末-C底R(shí)o=2.5%Ro>2%Ro>3%S底R(shí)o=1.9%Ro=1.3%Ro>2%P底R(shí)o=1.3%Ro≈1.0%Ro=0.6%~0.8%E末-C底R(shí)o>2%Ro>4.5%與T2末狀態(tài)相似S底R(shí)o>2%Ro>3%與T2末狀態(tài)相似P底R(shí)o=1.3%~2%Ro>2%與T2末狀態(tài)相似

西的官林凹陷。而在浙西地區(qū)，以寧國(guó)剖面為代表，烴源巖的埋藏和熱演化一直維持著燕山運(yùn)動(dòng)以后的狀態(tài)，寒武系和志留系烴源巖埋深大于6 km，演化達(dá)到高—過(guò)成熟，但二疊系出露地表，Ro甚至低于0.5%(圖3b)。

表1概括了下?lián)P子不同地區(qū)烴源巖埋藏史和熱演化史的差異。可以看出，在蘇北地區(qū)和蘇皖南地區(qū)，燕山運(yùn)動(dòng)以后，海相烴源巖(志留系和二疊系)都存在二次生烴。

3主要成藏期烴源構(gòu)成

通過(guò)對(duì)句容、黃橋、泰山等已發(fā)現(xiàn)油藏(古油藏)解剖，根據(jù)成藏要素配置關(guān)系和成烴、成藏年代地球化學(xué)分析資料，下?lián)P子海相烴源巖(灶)演化及主要成藏期烴源結(jié)構(gòu)見圖4。

下?lián)P子海相烴源巖演化和烴源結(jié)構(gòu)具有3個(gè)顯著特征：(1)以晚印支—燕山運(yùn)動(dòng)事件為界，烴源巖演化分為早期生烴和晚期(二次)生烴2個(gè)階段；(2)隨著有機(jī)質(zhì)從低熟—高熟—過(guò)熟，烴(源)灶經(jīng)歷了從干酪根灶—油灶—?dú)庠钷D(zhuǎn)化(使得早熟、過(guò)熟烴源巖能夠?yàn)橥砥诔刹靥峁┯行N源)；(3)不同成藏期烴源構(gòu)成存在明顯差別：加里東成藏期，主要的烴源來(lái)自于下寒武統(tǒng)烴源巖；印支期成藏的烴源既有來(lái)自于寒武系、志留系及二疊系的烴源巖，也有來(lái)自于先期聚集的古油藏或者儲(chǔ)層中分散有機(jī)質(zhì)(稱為油灶或烴灶)熱裂解而來(lái)的烴源(泰山古油藏解剖證實(shí)在早印支期由古油藏裂解為古氣藏)；而喜馬拉雅期成藏，烴源一部分來(lái)自于志留系和二疊系烴源巖的二次生烴(寒武系烴源巖在此之前已經(jīng)達(dá)到過(guò)成熟，基本不具備二次生烴能力)，另外一部分來(lái)自于古油灶的裂解供烴(主要是下古生界)。這是晚期重建型油氣保存單元成烴、成藏的重要特征[10]。

圖4　下?lián)P子海相烴源巖(灶)演化與烴源結(jié)構(gòu)示意

4有效烴源

有效烴源是指對(duì)于現(xiàn)實(shí)油氣聚集具有烴源貢獻(xiàn)的烴源巖(灶)，包括傳統(tǒng)意義上的烴源巖(有機(jī)質(zhì)干酪根)和古油藏/儲(chǔ)層分散有機(jī)質(zhì)。有效烴源具有鮮明的時(shí)效性，它是晚期成藏的關(guān)鍵要素[11-12]。對(duì)于以晚期成藏為主要勘探對(duì)象的下?lián)P子海相,有效烴源巖的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)是資源評(píng)價(jià)和勘探選區(qū)的重要基礎(chǔ)。

4.1　二次生烴的判定

根據(jù)二次生烴理論及相關(guān)的認(rèn)識(shí)[13-18]，烴源巖二次生烴強(qiáng)度主要取決于起始成熟度Ro、終了成熟度Ro及有機(jī)質(zhì)類型。當(dāng)腐殖型有機(jī)質(zhì)起始Ro=0.9%和腐泥型有機(jī)質(zhì)起始Ro=0.6%時(shí)，二次生烴強(qiáng)度最大；當(dāng)起始Ro>1.8%時(shí)，腐泥型和腐殖型有機(jī)質(zhì)二次生烴能力都很低；起始Ro>2%時(shí)，有機(jī)質(zhì)二次生烴能力幾乎為零。從前面對(duì)烴源巖熱演化史的分析，T2末下?lián)P子不同地區(qū)3套烴源巖的Ro(起始成熟度Ro)存在明顯差異：寒武系烴源巖全區(qū)Ro>2%，志留系烴源巖Ro=1.3%～2%，二疊系烴源巖Ro=0.6%～1.3%?；诙紊鸁N模板[15]，對(duì)二次生烴強(qiáng)度的數(shù)值模擬表明，寒武系烴源巖基本不具有二次生烴能力；而志留系烴源巖當(dāng)起始成熟度Ro=1.8%～2%時(shí)，二次生烴強(qiáng)度大于30 mg/g，其中起始Ro較低(Ro<1.3%)的大豐西部和東臺(tái)—揚(yáng)中地區(qū)及建湖地區(qū)二次生烴強(qiáng)度達(dá)到120～300 mg/g；二疊系烴源巖在蘇北地區(qū)(起始Ro≈1.3%)二次生烴強(qiáng)度大于50 mg/g，而在建湖西北部的凹陷區(qū)、大豐、海安地區(qū)、東臺(tái)—揚(yáng)中地區(qū)(起始Ro<1.3%)二次生烴強(qiáng)度大于150 mg/g。因此，T2末烴源巖較低的Ro(筆者認(rèn)為至少應(yīng)低于1.3%)及后期的深埋(超過(guò)補(bǔ)償溫度的臨界深度)是烴源巖二次生烴的有利必要條件。

在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，根據(jù)晚印支—燕山期的剝蝕厚度和地層殘留厚度，可以恢復(fù)T2末之前烴源巖最大埋深和最高古地溫，用盆模法通過(guò)正演求取烴源巖在T2末的對(duì)應(yīng)的Ro，以此確定“有利二次生烴的范圍”(Ro<1.3%)；然后根據(jù)T2末最高古地溫，求取E末烴源巖能夠形成二次生烴需要的補(bǔ)償溫度及對(duì)應(yīng)的深度(臨界深度)，據(jù)此確定二次生烴“能夠發(fā)生”的范圍；最后，用T2末的Ro和E末的埋深2個(gè)指標(biāo)疊置(Ro<1.3%、埋深大于補(bǔ)償臨界深度的疊置區(qū))可以確定二次生烴(有效烴源巖)有利范圍(圖5，6)。

二疊系烴源巖二次生烴有利區(qū)主要分布在蘇北地區(qū)鹽阜凹陷、海安—高郵凹陷和蘇皖南地區(qū)蕪湖—常州及南通—如皋等沿江一帶(圖5)。而志留系烴源巖二次生烴有利地區(qū)主要分布在鹽城—阜寧凹陷、海安凹陷的北部及張家港—南通—如皋一帶(圖6)。

4.2　古油灶范圍確定

古油灶的接力供烴是以四川盆地為代表的南方海相古生界早熟、過(guò)熟烴源巖晚期供烴、晚期成藏的重要特征[13，19]。古油灶也是下?lián)P子海相下古生界晚期成藏的重要烴源。寒武系和志留系烴源巖早印支期前大量生排烴，并在有利部位聚集成藏。燕山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈改造，一部分古油藏受到破壞(如泰山古油藏)，構(gòu)成晚期有效烴源的是燕山運(yùn)動(dòng)后仍然能保存的部分古油藏。由于經(jīng)歷過(guò)運(yùn)移、聚集、調(diào)整，造成古油灶與其對(duì)應(yīng)的烴源巖在空間上的分離。因此，可以根據(jù)T2末的下古生界頂面古流體勢(shì)和有利儲(chǔ)層分布范圍，大致推斷油氣的運(yùn)移指向和有利聚集區(qū)，然后結(jié)合燕山運(yùn)動(dòng)后志留系泥巖蓋層的保存情況，預(yù)測(cè)燕山運(yùn)動(dòng)后古油藏賦存的有利區(qū)，也就是喜馬拉雅期成藏的有效烴灶范圍(圖7)。從圖7可以看出，下古生界烴灶主要分布在阜寧凹陷的東部及沿江地區(qū)蕪湖—南京—常州—南通一帶。臨近二次生烴和古油灶分布的范圍對(duì)應(yīng)于晚期成藏的有利地區(qū)。

圖5　下?lián)P子地區(qū)二疊系烴源巖二次生烴有利區(qū)預(yù)測(cè)分布

圖6　下?lián)P子地區(qū)志留系烴源巖二次生烴有利區(qū)預(yù)測(cè)分布

圖7　下?lián)P子區(qū)下古生界烴灶分布有利區(qū)

5結(jié)論

(1)下?lián)P子海相具有多期生烴、多期成藏的特點(diǎn)。印支—燕山運(yùn)動(dòng)的隆升和中、新生代斷陷沉降造成了海相烴源巖生烴過(guò)程的不連續(xù)和二次生烴。加里東、早印支、喜馬拉雅3期成藏的烴源結(jié)構(gòu)具有明顯的差異，晚期成藏的有效烴源主要來(lái)自于二疊系和志留系烴源巖的二次生烴和古油藏(灶)的裂解供烴。

(2)二疊系烴源巖二次生烴有利區(qū)主要分布在蘇北地區(qū)鹽阜凹陷、海安—高郵凹陷和蘇皖南地區(qū)蕪湖—常州及南通—如皋等沿江一帶；志留系烴源巖二次生烴有利地區(qū)主要分布在鹽城—阜寧凹陷、海安凹陷的北部及張家港—南通—如皋一帶；而下古生界油灶主要分布在阜寧凹陷東部及沿江地區(qū)蕪湖—南京—常州—南通一帶。臨近有效烴源巖(灶)地區(qū)是晚期成藏的有利區(qū)帶。

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(編輯黃娟)

Composition and effectiveness of marine

hydrocarbon sources in the Lower Yangtze area

Luo Kaiping, Ye Deliao, Zhou Lingfang, Peng Jinning, Lu Yongde, Lü Junxiang

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

Abstract:Tectonic activity in the Late Indosinian-Yanshanian period was the most important event for marine hydrocarbon generation and accumulation in the Lower Yangtze area. The evolution of source rocks could be classified into early and late (secondary) stages of hydrocarbon generation. Accordingly, 3 hydrocarbon accumulations inmarine sequences in the Lower Yangtze area were formed in the Caledonian, Indosinian and Himalayan periods, respectively. There were obvious differences among hydrocarbon sources in the different accumulation periods. The late hydrocarbon accumulation in the Himalayan period was mainly sourced from the secondary generation of the Permian and Silurian source rocks and the thermal cracking of ancient oil pools. The thermal history of the source rocks indicates that the potential location for secondary hydrocarbon generation was limited to the area whereRowas < 1.3% at the end of the Middle Triassic. Oil and gas migration direction and possible accumulations were identified in the light of paleo-fluid potential for the top of the Lower Paleozoic sequence. Combined with the analysis of preservation conditions of the Silurian mudstone seals after the Yanshanian movement, the distribution of oil accumulations could be predicted. Therefore, the effective source rocks might be determined and the potential late accumulations that were formed in their nearby areas identified.

Key words:effective sources; late Indosinian-Yanshanian movement; marine sequence; hydrocarbon generation and accumulation; composition of hydrocarbon source; Lower Yangtze area

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué) (41302118)和中國(guó)石化重大先導(dǎo)項(xiàng)目(G5800-13-ZS-TY)資助。

作者簡(jiǎn)介：羅開平(1964—)，男，博士，高級(jí)工程師，從事石油地質(zhì)綜合研究。E-mail:luokp.syky@sinopec.com。

收稿日期：2014-11-10；

修訂日期：2015-11-30。

中圖分類號(hào)：TE122.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001—6112(2016)01—0009—06doi：10.11781/sysydz201601009