烴源巖的非均質(zhì)性及控制因素

1、烴源巖的非均質(zhì)性及控制因素摘要:通過(guò)對(duì)東營(yíng)凹陷沙河街組烴源巖的研究,發(fā)現(xiàn)厚度大、分布廣的沙三段主力烴源巖在有機(jī)質(zhì)和巖性等方面存在多種尺度的非均質(zhì)性。用牛38井資料證實(shí),烴源巖受沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)保存條件、生烴和排烴作用的影響,可以形成巖性和有機(jī)質(zhì)的不均勻分布狀況。烴源巖非均質(zhì)性出現(xiàn)在同一巖層、相帶內(nèi),也可出現(xiàn)在毫米級(jí)的紋層間,甚至出現(xiàn)在分子組成(生物標(biāo)志物)上。從宏觀到微觀系統(tǒng)分析烴源巖的非均質(zhì)性后發(fā)現(xiàn),沙河街組烴源巖的非均質(zhì)性明顯受其體系域、沉積相帶、有機(jī)質(zhì)保存條件和古生產(chǎn)力等多種因素控制。其中,不同的體系域和沉積相帶控制了烴源巖的巖性和巖相組合及生、排烴能力,高的古生產(chǎn)力是有機(jī)質(zhì)富集的前提,

2、缺氧還原環(huán)境使有機(jī)質(zhì)能夠保存的決定因素,同時(shí),局部環(huán)境下發(fā)育的火山活動(dòng),對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成也具有重要作用。關(guān)鍵詞：烴源巖 非均質(zhì)性 形成環(huán)境 東營(yíng)凹陷 沙河街組1、引言眾所周知,沉積盆地只有發(fā)育有效烴源巖,才能形成一定規(guī)模的油氣聚集因此開(kāi)展有效烴源巖的研究是現(xiàn)代油氣成藏和勘探的需要。在陸相斷陷湖盆中,由于沉積環(huán)境和后期演化等因素的制約,烴源巖存在著強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。有機(jī)質(zhì)這種不均勻分布給烴源巖評(píng)價(jià)和資源預(yù)測(cè)帶來(lái)了嚴(yán)重影響。因此正確認(rèn)識(shí)烴源巖的非均質(zhì)性,尤其是對(duì)烴源巖非均質(zhì)性控制因素的深入探討,能夠正確合理的開(kāi)展烴源巖的評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)烴源巖的分布規(guī)律,指導(dǎo)油氣的勘探和開(kāi)發(fā)。在烴源巖中常見(jiàn)到微細(xì)的層理或

3、紋理構(gòu)造,它們或是由不同的巖性組成,或由不同的顏色構(gòu)成;有些韻律層極其微細(xì),只能借助顯微鏡才能分辨。在對(duì)這些不同巖性和顏色的微細(xì)紋層進(jìn)行地球化學(xué)測(cè)試時(shí),發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳等指標(biāo)差異較大,有時(shí)會(huì)相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)之多。有機(jī)質(zhì)的這種不均勻分布給烴源巖的質(zhì)量評(píng)價(jià)帶來(lái)了嚴(yán)重影響。這是因?yàn)樵谫Y源預(yù)測(cè)或評(píng)價(jià)時(shí),往往以有限的樣品代表整套厚層烴源巖,掩蓋了有機(jī)質(zhì)豐度高或低層的貢獻(xiàn)與影響,甚至還可能得出錯(cuò)誤的結(jié)論。金強(qiáng)等認(rèn)為有機(jī)質(zhì)豐富的有效烴源巖應(yīng)該是薄層或紋層狀的1,他們通過(guò)對(duì)柴達(dá)木盆地西部地區(qū)干柴溝組的研究后提出了/優(yōu)質(zhì)烴源巖0的概念,強(qiáng)調(diào)了在厚層生油巖中夾有薄層有機(jī)質(zhì)豐度特別高、對(duì)生油有較大貢獻(xiàn)的烴源巖。對(duì)于有機(jī)碳含

4、量高的烴源巖(超過(guò)2%),有機(jī)質(zhì)分布也不均勻,平面上常是不連續(xù)的2。張水昌等在對(duì)塔里木海相烴源巖研究中,也發(fā)現(xiàn)在厚層泥巖中發(fā)育有單層厚度薄、但有機(jī)質(zhì)豐度高的烴源巖3。烴源巖有機(jī)碳含量出現(xiàn)高低波動(dòng)的現(xiàn)象前人曾有報(bào)道47,但對(duì)其成因及其控制因素卻沒(méi)有開(kāi)展深入分析。烴源巖的非均質(zhì)性可以用巖性、有機(jī)碳等參數(shù)來(lái)刻畫。從一個(gè)生烴凹陷到一張薄片,烴源巖有機(jī)質(zhì)分布表現(xiàn)出宏觀和微觀上的非均質(zhì)性。由于烴源巖的非均質(zhì)性,導(dǎo)致了大套烴源巖生烴和排烴作用的非均質(zhì)性,即其中有機(jī)質(zhì)豐度高的烴源巖才能真正對(duì)油氣聚集作出貢獻(xiàn),而那些豐度低的可能沒(méi)有烴類生成或排出,不能稱其為烴源巖。因此,烴源巖非均質(zhì)性研究是識(shí)別有效烴源巖的基礎(chǔ)

5、。2、東營(yíng)凹陷烴源巖的發(fā)育特征東營(yíng)凹陷屬于渤海灣中、新生代裂谷盆地的三級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元,具有北斷南超的開(kāi)闊型箕狀凹陷特征。它是在古生界基巖古地形背景上經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育起來(lái)的斷陷-坳陷湖盆,面積5 700 km2。東營(yíng)盆地經(jīng)歷了裂陷早期(始新世孔店期)、裂陷中期(始新世沙河街早、中期)、裂陷晚期(漸新世沙河街末期至東營(yíng)期),以及后裂谷期(晚第三紀(jì))4個(gè)地質(zhì)發(fā)展階段。其中裂陷中期沉積為湖盆發(fā)育的主旋回層,該旋回早期即沙四段,開(kāi)始為蒸發(fā)充填沉積,隨后鹽度逐漸降低,水體逐漸加深為半深湖沉積;沙三下為深湖沉積;沙三中沉積時(shí)期,東營(yíng)三角洲向盆地的沉積中心快速推進(jìn),至沙三晚期,河流-三角洲已覆蓋了凹陷的大部分面

6、積。在沙四至沙二段厚達(dá)2 000多米的層序中,暗色泥巖主要發(fā)育在沙四上、沙三下和沙三中,大部分埋深在2 800 m以下,它們構(gòu)成了東營(yíng)凹陷的主力烴源巖。圖1東營(yíng)凹陷不同層段烴源巖有機(jī)碳(TOC/%)和干酪根類型分布直方圖從宏觀上看,不同層段烴源巖的地球化學(xué)特征具有明顯的差異性,沙四上烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度在1%5%之間,干酪根類型以為主(圖1);沙三下烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度多數(shù)在2%8%,干酪根類型以和1型為主,而沙三中上烴源巖的有機(jī)碳含量多數(shù)在0.5%2.0%之間,干酪根類型以和型為主。而各層段內(nèi)烴源巖也具有明顯的差異性,TOC的分布范圍比較寬,各種干酪根類型均有分布(圖1)。在微觀紋層上也有明顯的

7、體現(xiàn),甚至在生物標(biāo)志化合物組成上。如東營(yíng)凹陷東部的LX61井,通過(guò)對(duì)5 m巖心采樣分析(7塊),發(fā)現(xiàn)大多數(shù)地化參數(shù)呈現(xiàn)出顯著的差異性,TOC在0.53.6之間變化,RO在0.30.4之間,干酪根從型到型均有分布(圖2),飽和烴的各項(xiàng)地化參數(shù)呈現(xiàn)出明顯的差異性(表1),顯示了烴源巖強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。表1東營(yíng)凹陷LX61井飽和烴參數(shù)分布特征深度/m巖性主峰碳OEPC21+22/C28+29C21-/C22+Pr/nC17Ph/nC18Pr/Ph2428深灰泥巖(條紋)231.01.660.551.224.530.262430深灰泥巖170.972.080.870.933.890.272430.5灰黑

8、泥(頁(yè)理發(fā)育)240.891.790.741.223.750.322431深灰泥巖230.961.790.651.093.650.282432灰色泥(含生物碎屑)272.570.910.361.7510.560.22432灰色泥巖(有雜帶)240.941.520.631.386.090.242433灰綠色泥巖311.840.990.32.6314.80.122496深灰泥巖(具頁(yè)理)201.341.960.881.510.180.162500灰色泥巖(有雜帶)221.261.270.42.3711.390.17圖2東營(yíng)凹陷LX61井沙四上烴源巖各項(xiàng)地化參數(shù)分布圖3、烴源巖非均質(zhì)性的層次結(jié)構(gòu)東營(yíng)

9、凹陷主力烴源巖(沙三段)在4個(gè)次洼中存在厚度分布、有機(jī)質(zhì)豐度、類型等方面的明顯差異,是烴源巖宏觀非均質(zhì)性的體現(xiàn)。從顯微組分、生物標(biāo)志化合物等方面來(lái)看,也具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性8。即使在一個(gè)洼陷的不同部位,也存在不同的特點(diǎn)9。因此,從宏觀和微觀兩方面來(lái)討論這種非均質(zhì)性的層次結(jié)構(gòu),并注重其層次結(jié)構(gòu)的研究,將有助于闡明源巖層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和規(guī)律性10。3.1烴源巖的宏觀非均質(zhì)性烴源巖宏觀非均質(zhì)性表現(xiàn)在不同沉積體系、相帶之間,這是由于不同的沉積相帶具有各自不同的成因類型、沉積構(gòu)造、沉積韻律、沉積物粒度、礦物成分和組構(gòu)特征。牛38井是目前國(guó)內(nèi)連續(xù)取心最長(zhǎng)、泥巖最多的井段11,為烴源巖研究提供了難得的剖面。該井自

10、沙三段中部(27703376m)開(kāi)始連續(xù)取心606m,其中泥巖類占70%以上,25%為前三角洲斜坡重力流沉積的砂質(zhì)泥巖12,13。對(duì)該井巖心進(jìn)行了觀察,并采樣分析509塊,加上前人曾對(duì)牛38井分析的96塊樣品11,這樣共獲得605塊巖樣的有機(jī)碳數(shù)據(jù),每隔1m左右有一個(gè)分析點(diǎn)。從巖性上看,沙三段中上部主要為淺灰、灰色塊狀泥巖,夾有較多淺灰色粉砂質(zhì)泥巖(圖3)、雜色泥巖,偶夾深灰色灰質(zhì)泥巖,植物碳屑十分發(fā)育。沙三段中中部,為深灰色泥巖,局部夾褐灰色灰質(zhì)泥巖、灰色粉砂質(zhì)泥巖,下部夾褐灰色白云質(zhì)泥巖,介形類、孢粉和藻類化石豐富。沙三段中下部,為深灰色泥巖、淺灰色泥質(zhì)粉砂巖,局部夾淺灰色細(xì)砂巖,藻類化石

11、明顯增多。沙三段下部(未穿)為深灰色、灰黑色泥巖、鈣質(zhì)泥巖、褐灰色油頁(yè)巖(圖3),藻類化石富集成層13。圖3 牛38井有機(jī)碳垂向分布總體來(lái)看,從下至上,巖性由細(xì)變粗,生物群落由水生生物過(guò)渡到陸源植物;從氧化O還原性來(lái)看,由下部的強(qiáng)還原過(guò)渡到上部的弱氧化相;Ca、Sr/Ba、Mn/Fe值大幅度的下降;Fe、K、Rb和Li元素含量大幅度上升,適應(yīng)高鹽度環(huán)境的鯡科魚(yú)群轉(zhuǎn)變?yōu)槠h(huán)境的鯉科魚(yú)群14。由上可見(jiàn),牛38井606m取心段反映出沉積環(huán)境變化較大,其地球化學(xué)指標(biāo)也同樣呈現(xiàn)出明顯的變化(表2)。很顯然,烴源巖的非均質(zhì)性在大尺度范圍內(nèi)十分顯著,而且?guī)缀跛械膮?shù)都呈現(xiàn)出顯著變化。即使在有機(jī)碳含量高

12、的層段,有機(jī)碳的分布也會(huì)有較大的離散15。如對(duì)牛38井沙三段下部(32803370m)的分析,TOC值為0135%1218%,高低值相差兩個(gè)數(shù)量級(jí),顯示出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性(圖1)。王慧中等對(duì)牛38井沙三段中上部巖心(277415278117m)不同色彩相間的沉積韻律進(jìn)行了研究。在6m的韻律層段,根據(jù)巖性與色澤的更替,劃分出88個(gè)韻律層系,并相互疊加干擾,形成復(fù)雜的變化樣式,并可劃分出米級(jí)、厘米級(jí)和毫米級(jí)旋回16。他們通過(guò)頻譜分析等時(shí)序分析法估算得知,這些韻率層是受十年級(jí)與百年級(jí)周期的控制,并推測(cè)可能與太陽(yáng)黑子或太陽(yáng)磁場(chǎng)活動(dòng)等天文周期有關(guān)16。不過(guò),各種天文周期對(duì)地球氣候的影響程度并非均一。因此,

13、從廣義上講,這種非均一性在客觀上是絕對(duì)存在的。三水盆地下第三系生油層以富有機(jī)質(zhì)為特征,是重要的烴源巖6。劉春蓮等對(duì)土布2井3m泥巖巖心中(14211424m)取138個(gè)樣品進(jìn)行了有機(jī)碳、硫和氮含量的測(cè)試。發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳的分異度很高,含量為0106%8112%6?？梢?jiàn),在烴源巖層中的確存在有非烴源巖夾層和優(yōu)質(zhì)烴源巖薄層。表2 牛38井不同類型烴源巖巖性和地化參數(shù)特征層 位(m)沙三中上部27702952沙三中中部29523090沙三中下部30903263沙三下段32633376巖 性淺灰色、雜色泥巖深灰色泥巖深灰色泥巖灰黑色泥頁(yè)巖氧化還原性弱氧化，弱還原還原，弱還原強(qiáng)還原，還原強(qiáng)還原TOC (%)最

14、小值0.320.560.410.35TOC (%)最大值813.75TOC (%)平均值1.091.522.004.00氯仿瀝青A(%)0.0290.0840.1350.968總烴10-61694718756003有機(jī)質(zhì)類 型，22，1，1沉積相前三角洲濱淺湖半深湖深湖張水昌等在對(duì)塔里木盆地兩套海相烴源巖研究后認(rèn)為3,有機(jī)質(zhì)豐度高的烴源巖,一是賦存于丘間洼陷,二是呈紋層狀、條帶狀。源巖TOC值具有很強(qiáng)的縱橫向非均質(zhì)性。在垂向上,甚至在厘米級(jí)的尺度上TOC值可相差1個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然在厚層泥巖中發(fā)育有單層厚度較薄的烴源巖,但有機(jī)質(zhì)豐度高。由此看來(lái),不僅陸相源巖存在非均質(zhì)性,海相源

15、巖也同樣存在強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。3.2微觀非均質(zhì)性烴源巖的微觀非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為細(xì)粒沉積物富有機(jī)質(zhì)的紋層、掃描電鏡下藻類化石的種類、豐度等級(jí)、礦物顆粒的排列、膠結(jié)物和微裂隙的定向發(fā)育,以及生物標(biāo)志物中等方面。在東營(yíng)凹陷下第三系生油巖中紋層狀泥頁(yè)巖廣泛分布,且頁(yè)理十分發(fā)育。其深色紋理在顯微鏡下可看出是由藻類富集層所造成的,其間夾有灰色泥巖、泥灰?guī)r和少量白云巖。根據(jù)巖性特征和有機(jī)質(zhì)豐度等紋層泥頁(yè)巖可劃分為富有機(jī)質(zhì)紋層頁(yè)巖、鈣質(zhì)紋層泥巖和鈣質(zhì)紋層頁(yè)巖等17,18。其中,富有機(jī)質(zhì)紋層頁(yè)巖也叫油頁(yè)巖,有機(jī)碳含量特別高(TOC值在3%12%),由深淺色層相間排列組成,并夾有方解石脈18,電鏡下觀察,淺色層為粘

16、土礦物紋層,暗色層為有機(jī)質(zhì)紋層,有機(jī)質(zhì)紋層中的有機(jī)質(zhì)被拉長(zhǎng)、壓扁;鈣質(zhì)紋層泥巖在肉眼下看不到紋層,但電鏡下可見(jiàn)到清晰的紋層,淺色層為細(xì)粒方解石紋層,暗色層為含有機(jī)質(zhì)的粘土礦物紋層;鈣質(zhì)紋層頁(yè)巖層理清晰,鏡下淺色層為顆石藻化石紋層,暗色層為富含有機(jī)質(zhì)紋層構(gòu)成。這些藻類化石紋層、無(wú)定形的有機(jī)質(zhì)紋層、細(xì)粒方解石紋層以及粘土礦物紋層的廣泛存在和層狀分布,反映了沉積環(huán)境短期性變化,導(dǎo)致藻類的勃發(fā)形成了高的生產(chǎn)力,從而形成了薄層優(yōu)質(zhì)烴源巖。圖4 牛38井沙三段中部干酪根顯微組分的差異性另外,不同層段干酪根的顯微組分差異也較大,即使在相同層段相距很近的樣品,也有明顯的差異(圖4),尤其在藻質(zhì)體和鏡質(zhì)體上,含

17、量在18%98%波動(dòng),角質(zhì)體含量也有較大變化。這種在顯微組分上的差異反映了烴源巖有機(jī)母質(zhì)來(lái)源、沉積環(huán)境等的變化。沉積作用對(duì)烴源巖的非均質(zhì)性具有明顯的控制作用。紋層狀泥巖是重要的烴源巖,在顯微鏡下觀察,它們往往是由碳酸巖微層和泥質(zhì)微層相間構(gòu)成,中間常夾有富藻層,熒光下呈現(xiàn)亮黃色條帶。這些碳酸巖微層是在重結(jié)晶作用下形成的。組成烴源巖的細(xì)粒沉積物在埋藏初期,固結(jié)差,粘土碎屑排列沒(méi)有規(guī)律;隨著埋深加大,粘土礦物的定向排列變得明顯。在成巖過(guò)程中,無(wú)機(jī)礦物、原生有機(jī)質(zhì)和地層水存在著一定的關(guān)系,這種關(guān)系的不穩(wěn)定性是導(dǎo)致烴源巖各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)的原因。同時(shí),粘土礦物作為有機(jī)質(zhì)附著的載體和成烴的催化劑17,對(duì)烴源巖中

18、有機(jī)質(zhì)的分布、附存、轉(zhuǎn)化等均具有重要的影響。尤其是它們的結(jié)合形態(tài),已成為定性評(píng)價(jià)烴源巖生烴能力的微觀依據(jù)。烴源巖在生物標(biāo)志物上也存在著一定的離散,反映了烴源巖在分子級(jí)尺度上的差異。這種差異主要體現(xiàn)在甾烷、萜類等地球化學(xué)參數(shù)上。正確認(rèn)識(shí)這方面的差異,對(duì)烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)、精細(xì)油O油、油O源對(duì)比具有十分重要的意義。從牛38井地化分析來(lái)看,由于該井沉積環(huán)境變化較大,因此生物標(biāo)志物的組成也相當(dāng)復(fù)雜。對(duì)巖性和有機(jī)質(zhì)豐度等比較相近的樣品進(jìn)行了生物標(biāo)志化合物分析,發(fā)現(xiàn)主峰碳、低碳數(shù)正構(gòu)烷烴與高碳數(shù)正構(gòu)烷烴比值、CO蠟烷/C31藿烷、孕甾烷/升孕甾烷等參數(shù)也顯示出較大的非均質(zhì)性(表3)。表3牛38井烴源巖生物

19、標(biāo)志化合物特征參數(shù)深度(m)3005.43140.33239.63319.93354.83359.63366.23367.9OEP1.391.481.351.101.12a0.790.880.920.950.960.800.661.55主峰碳2323231716152715Pr/Ph1.351.561.711.141.471.771.491.86Pr/nC170.620.450.470.610.580.570.600.64Pr/nC180.530.350.340.620.480.410.470.38CPI1.541.511.231.151.20T

20、s/Tm0.491.000.790.650.950.880.750.90b40.140.11c0.340.290.230.220.16d0.550.580.570.570.570.560.570.59e0.230.330.450.430.250.460.450.35f0.220.320.510.450.410.500.450.48g2.682.302.603.242.543.503.692.91注:a為2C21-/2C22+;b為C30莫烷/藿烷;c為CO蠟烷/C31藿烷;d為C31藿烷22S/(22S+22R);e為C29

21、膽甾烷BB/(AA+BB);f為C29膽甾烷20S/20S+20R;g為孕甾烷/升孕甾烷。4、源巖非均質(zhì)性的控制因素?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)不均一分布的影響因素很多,主要是古湖泊的原始生產(chǎn)力和保存條件。另外,沉積速率、水體深度、沉積物的粒度等也有一定的影響。它們綜合作用的結(jié)果導(dǎo)致源巖的有機(jī)質(zhì)豐度在縱、橫向和垂向上的不均勻分布。內(nèi)陸湖泊沉積物中的沉積有機(jī)質(zhì)來(lái)源廣泛,大量陸源碎屑有機(jī)質(zhì)的輸入、水體深度的變換、以及有機(jī)質(zhì)在早期成巖作用過(guò)程中發(fā)生的變化等,使其組分趨于復(fù)雜化,致使烴源巖呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。4.1體系域和沉積相帶對(duì)烴源巖巖性及其組合的控制作用高水位體系域最有利于有效烴源巖形成,但是同樣屬于高水位體

22、系域,不同沉積相帶烴源巖的巖性和砂泥巖組合形式具有明顯不同,其中同一體系域不同沉積部位的陸源碎屑供給量、水體深淺等沉積環(huán)境的差異導(dǎo)致烴源巖巖性及其巖石組合的差異性。例如生烴能力最強(qiáng)的油頁(yè)巖為高水位體系域的深湖相沉積物,但是高水位淺湖環(huán)境只能形成一般烴源巖甚至無(wú)效烴源巖。在高水位之后的緩慢湖退體系域中往往能發(fā)育厚度較大、分布穩(wěn)定的有效烴源巖。一般低水位體系域湖盆水體比較動(dòng)蕩,即使是半深湖-深湖環(huán)境,湖底的還原程度也不一定很強(qiáng),砂巖含量較高、有機(jī)質(zhì)含量較低。盆地中部的N38井自沙三段中部開(kāi)始連續(xù)取心606 m(2 770 m3 376 m),其中泥巖類占70%以上,25%為前三角洲斜坡重力流沉積的

23、砂質(zhì)泥巖1012。通過(guò)對(duì)該井采集的605塊巖心進(jìn)行有機(jī)地球化學(xué)分析,然后劃分出烴源巖成因類型,對(duì)其進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。根據(jù)烴源巖成因類型的命名采用復(fù)合命名法,即“體系域-沉積亞相”確定烴源巖成因類型,對(duì)N38井劃分出12種成因類型。其中3 329 m3 363 m的高水位-深湖成因類型的烴源巖,是該井有機(jī)質(zhì)豐度最高的烴源巖,油頁(yè)巖與濁積砂巖是其主要巖性,油頁(yè)巖有機(jī)碳含量在5%10%之間,有機(jī)質(zhì)類型以型為主,也是研究區(qū)最好的烴源巖之一(優(yōu)質(zhì)烴源巖)。3 173 m3 329 m是湖退-半深湖成因類型的烴源巖,烴源巖巖性主要為鈣質(zhì)泥巖和深灰色泥巖,有機(jī)碳含量在2%4%之間,有機(jī)質(zhì)類型為-1型,也是很好的

24、烴源巖。這兩個(gè)成因類型的烴源巖恰好反映了沉積水體由深變淺、鹽度由半咸水到淡水的變化過(guò)程,也就是水體分層性明顯到不明顯、有機(jī)質(zhì)保存條件從強(qiáng)還原到還原的演變過(guò)程。3 173 m以上的烴源巖常與粉砂巖、砂巖交互出現(xiàn),泥巖顏色變化大,從深灰色灰色灰綠色均有分布,反映了沉積水體深淺多次交替、還原-弱還原為主的環(huán)境,有機(jī)質(zhì)保存條件較差,所以幾個(gè)成因類型的烴源巖有機(jī)碳含量多數(shù)在1%以下,生烴潛力大大下降?？梢?jiàn),體系域和相帶的控制了烴源巖沉積特征和有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)的差異性。4.2古生產(chǎn)力和氧化-還原環(huán)境決定烴源巖有機(jī)碳的含量湖盆有機(jī)質(zhì)沉積并保存下來(lái)的主要控制因素是古生產(chǎn)力和缺氧條件。斷陷湖盆古生產(chǎn)力受控于河流

25、為湖水帶來(lái)的養(yǎng)料(氮質(zhì)、磷質(zhì)等有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì))、湖水溫度、湖水含氧量以及河流輸入的陸源碎屑有機(jī)質(zhì)的多少。一般來(lái)講,三角洲等河口地區(qū)養(yǎng)料和陸源有機(jī)質(zhì)數(shù)量多,所以河口地區(qū)古生產(chǎn)力是最高的。但是斷陷湖盆具有多物源、多河流輸入的特征,洪水期河流攜帶的養(yǎng)料和陸源有機(jī)質(zhì)數(shù)量特別多,并呈平面流與湖水相混合使大范圍湖面水生生物均很發(fā)育,所以古生產(chǎn)力在大范圍內(nèi)均較高。湖水溫度主要是指季節(jié)變化,總的講夏季和秋季湖盆生產(chǎn)力高,冬春季相對(duì)較低。水生生物(尤其是藻類)一般生活在充滿陽(yáng)光的、溶解氧充足的表層水體中,而且表層水的生物種群與溶解氧、養(yǎng)料處于一種平衡當(dāng)中,如果其中某一項(xiàng)異常變化,古生產(chǎn)力就會(huì)異常變化(多數(shù)是下降

26、)。當(dāng)湖盆底部水體為缺氧還原條件時(shí),降落到湖底的水生生物和陸源有機(jī)質(zhì)才能被保存到沉積物中。缺氧環(huán)境是指水體中溶解氧含量低于0.5 ml/L,除細(xì)菌外其他生物(特別是底棲生物)不能生存,這樣沉積下來(lái)的有機(jī)質(zhì)就能得到保存。這種沉積物沒(méi)有生物擾動(dòng)現(xiàn)象,塊狀或頁(yè)理發(fā)育,黃鐵礦富集,藻類和其他水生生物遺體形態(tài)比較完整,有機(jī)碳含量高。如果水生和陸源有機(jī)質(zhì)降落到非缺氧環(huán)境,則會(huì)成為其他生物(特別是底棲生物)的美餐,所以剩下的能夠被保存到沉積物中的數(shù)量就會(huì)大大減少。水體分層是湖盆缺氧環(huán)境形成的主要形式,一般在高水位體系域或湖退體系域湖水咸化期間水體深度較大時(shí),可以形成分層水體。其中表層水和底部水不發(fā)生交換作用

27、,表層水具有河流注入、陽(yáng)光、養(yǎng)料和溶解氧充足,適于水生生物生存,表層水向下存在一個(gè)鹽躍層,鹽躍層之下的深水部位是缺氧水體。這種缺氧水體在斷陷湖盆不是處處發(fā)育,所以有機(jī)質(zhì)富集區(qū)也不是滿盆分布。油頁(yè)巖和鈣質(zhì)泥巖等就是在分層水體的缺氧環(huán)境下形成的。如果出現(xiàn)濁流,則分層水體就被打破,溶解氧及其水生生物可以深入湖底,所以濁積砂巖之上的泥頁(yè)巖有機(jī)碳含量明顯下降(表4)?？梢?jiàn),烴源巖有機(jī)碳含量的多少是古生產(chǎn)力和缺氧環(huán)境等綜合作用的結(jié)果。烴源巖中S2Fe3+,Fe2+及其Fe2+/Fe3+值能夠反映其沉積環(huán)境的氧化-還原性,即S2-和Fe2+越高、沉積環(huán)境(水體底部)的還原程度越強(qiáng), Fe3+越高代表氧化程度

28、越強(qiáng),越不利與有機(jī)質(zhì)的保存。廣利洼陷L1井烴源巖有機(jī)碳含量、二價(jià)硫含量、二和三價(jià)鐵含量隨深度的變化(圖5),以及有機(jī)碳含量與兩種鐵離子的相關(guān)，(圖6)就說(shuō)明了上述論點(diǎn)。東營(yíng)凹陷富有機(jī)質(zhì)生油巖的形成與藻類勃發(fā)有著密切的關(guān)系18,當(dāng)季節(jié)性回水將水體底層豐富的營(yíng)養(yǎng)元素?cái)y入有光帶表層,就可能形成藻類勃發(fā)。由于藻類勃發(fā)破壞湖水中碳平衡,同時(shí)還可能誘發(fā)湖水中碳酸巖的化學(xué)沉淀22,這也正是東營(yíng)凹陷紋層頁(yè)巖的形成機(jī)理。沙河街組沉積時(shí)期,對(duì)韻律層或其薄紋層的形成具有十分有利的條件:陸源輸入的周期性變化或湖水本身化學(xué)環(huán)境的周期性變化;湖底保存條件的波動(dòng)變化;藻類周期性或季節(jié)性勃發(fā),可能促使優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成。所謂勃

29、發(fā),就是藻類在一定的條件下、在一定的時(shí)期內(nèi)可以形成單屬種的極度生長(zhǎng)和富集23,形成極高的生產(chǎn)力。某些硅藻勃發(fā)事件可在幾天時(shí)間內(nèi)發(fā)生、發(fā)展,而后沉積下來(lái)24。藻類勃發(fā)所造成的后果是以紋層的形式沉積下來(lái),構(gòu)成韻律性沉積;可誘發(fā)水體碳酸巖沉積,形成碳酸巖紋層。對(duì)東營(yíng)凹陷4000多米泥巖巖心的觀察發(fā)現(xiàn),藻類勃發(fā)現(xiàn)象十分常見(jiàn),同時(shí)還誘發(fā)沉淀了細(xì)粒方解石紋層。藻類勃發(fā)形成的高生產(chǎn)力,使得大量藻類沉積下來(lái),組成了富有機(jī)質(zhì)紋層頁(yè)巖。由此可見(jiàn),古生產(chǎn)力對(duì)烴源巖的宏觀非均質(zhì)性具有重要的控制作用。另外,湖水物理或化學(xué)性質(zhì)的重復(fù)變化也可能導(dǎo)致藻類勃發(fā)而帶來(lái)的種群壓力,形成不同藻類的交替勃發(fā)22。東營(yíng)凹陷沙河街組部分烴

30、源巖發(fā)育黑白相間的紋層,在鏡下鑒定白色層主要由顆石藻鱗板組成,黑色層主要由溝鞭藻化石和有機(jī)質(zhì)組成,這可能是顆石藻和溝鞭藻長(zhǎng)期交替勃發(fā)的結(jié)果。這種事件性勃發(fā)和沉積促使有效烴源巖中優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育。這些薄層優(yōu)質(zhì)烴源巖的廣泛發(fā)育,以及對(duì)生油巖的控制作用,已引起眾多學(xué)者的關(guān)注和重視1,15,18,25,26。圖5東營(yíng)凹陷L1井沙河街組烴源巖有機(jī)碳、硫、鐵等離子隨深度分布圖4.3巖性及其組合控制著烴源巖生烴和排烴作用的差異性由于烴源巖礦物成分的非均質(zhì)性,在埋藏過(guò)程中,有機(jī)質(zhì)所受熱催化作用的差異性,所以烴源巖內(nèi)生烴作用具有差異性。沙河街組鹽湖、咸水、半咸水和淡水條件下沉積的烴源巖的巖性和粘土礦物組成具有差

31、別,它們對(duì)有機(jī)質(zhì)生烴的催化作用肯定有差異。同時(shí)不同巖性組合的烴源巖會(huì)產(chǎn)生不同形式的排烴條件(如微裂縫產(chǎn)生等),從而造成不同巖性烴源巖滯留和排出烴類的差異性。東營(yíng)凹陷沙四上烴源巖層理及層面微裂隙十分發(fā)育,所以烴類沿層面進(jìn)行側(cè)向運(yùn)移比較容易;而沙三下烴源巖中,層理相對(duì)不發(fā)育,以厚層塊狀泥巖結(jié)構(gòu)為主,因此烴類沿層面進(jìn)行運(yùn)移的可能性不大,但是在沙三下有深湖發(fā)育的濁積砂或前三角洲的粉細(xì)砂巖,它們可以作為疏導(dǎo)體或儲(chǔ)集體,與烴源巖呈“交互式”或“包裹式”組成最佳生、儲(chǔ)配置方式,有利于生成的油氣進(jìn)行運(yùn)移和隱蔽油氣藏的形成。這一點(diǎn)在油源對(duì)比中已得到證實(shí):東營(yíng)凹陷中心地帶的油氣藏主要來(lái)自沙三段下部烴源巖,而凹陷四

32、周的油氣藏則主要來(lái)自沙四上烴源巖;而沙三段中部及上部烴源巖由于有機(jī)質(zhì)含量及成熟度相對(duì)較低,生成的烴類滿足不了自身的吸附,在加之排烴條件較差,因此沒(méi)有形成一定規(guī)模的油氣聚集。圖6L1井烴源巖有機(jī)碳與鐵離子含量關(guān)系圖4.4特殊因素對(duì)局部烴源巖非均質(zhì)性的控制作用同一洼陷內(nèi)沉積作用常具有周期性和事件性變化,古生物的繁衍空間和缺氧程度也隨之改變,所以導(dǎo)致泥巖縱向上和平面上的有機(jī)質(zhì)含量和性質(zhì)等的非均質(zhì)性。比如,烴源巖層中發(fā)育火成巖是裂谷盆地的一個(gè)重要特征。東營(yíng)凹陷沙河街組烴源巖層中發(fā)育了多期火成巖,無(wú)論是噴發(fā)還是侵入,火山物質(zhì)長(zhǎng)期與烴源巖相互接觸,都直接或間接參與了沉積有機(jī)質(zhì)的演化和油氣的生成作用。就以東

33、營(yíng)凹陷東側(cè)LS1井的水下兩期噴溢的火成巖來(lái)說(shuō),火山熱液流體對(duì)其下部的烴源巖具有明顯的烘烤作用,使其鏡質(zhì)體反射率(Ro)迅速提高(圖7),同時(shí)水下噴溢的熱液組分帶來(lái)了豐富的礦物質(zhì)和養(yǎng)料,對(duì)水生生物的繁盛以及優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成具有重要的作用?；鸪蓭r上部烴源巖有機(jī)碳豐度、氯仿瀝青“A”和腐泥組分等明顯提高(圖7)?？梢?jiàn),烴源巖層中火山活動(dòng)對(duì)于薄層優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成具有重要的作用。另外,在地震、海嘯等地質(zhì)事件的影響下,湖泊沉積過(guò)程極不穩(wěn)定,這也正是陸相斷陷湖盆烴源巖非均質(zhì)性強(qiáng)烈的一個(gè)原因。圖7LS1井火成巖催化生烴導(dǎo)致烴源巖的非均質(zhì)性4.5保存條件油氣的形成雖然直接受湖泊生產(chǎn)力的控制,但有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生和沉積后

34、向烴類的轉(zhuǎn)化過(guò)程中還須具備良好的保存條件。雖然高生產(chǎn)力的事件性沉積可以在底層水氧化環(huán)境中保存部分有機(jī)質(zhì)27,但是穩(wěn)定的底層缺氧環(huán)境無(wú)疑對(duì)有機(jī)質(zhì)的保存更為有利。因此,缺氧封閉的環(huán)境是大量有機(jī)質(zhì)保存與轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。沉積物到達(dá)湖底之后,底層水的物理O化學(xué)環(huán)境便成為原始沉積結(jié)構(gòu)保存的決定性因素。底水安靜缺氧時(shí)紋層發(fā)育;底水流動(dòng)時(shí),紋層凌亂,甚至被攪動(dòng)消逝。從東營(yíng)凹陷烴源巖的微觀紋層來(lái)看,那些連續(xù)而平行的紋理顯然反映了在沙河街組沉積時(shí)期,湖底流動(dòng)力十分微弱,或者為靜水缺氧環(huán)境;還有部分源巖紋層連續(xù)性很差,難以辨認(rèn),顯然是遭受了不同程度的改造和破壞。在牛38井沙三下油頁(yè)巖巖心規(guī)則排列的紋層狀韻律層系間常

35、夾有一些顏色淺、粒度粗的粉砂泥,這也說(shuō)明了湖底偶爾會(huì)有微弱的水流活動(dòng),這很可能是在異常天氣觸發(fā)下的事件性沉積28。但湖底這種短暫微弱的充氧環(huán)境并沒(méi)有完全破壞有機(jī)質(zhì)的保存,在該井段加密采樣中,并沒(méi)發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳低于2%的樣品,數(shù)十塊樣品有機(jī)碳含量為2%13%。穩(wěn)定缺氧封閉環(huán)境主要與湖水分層有密切關(guān)系。水體可以是密度分層(溫度)或者鹽度分層。只要達(dá)到一定的水深,就具備了湖水分層的條件。若分層一旦形成,上下水層之間的混合交換就會(huì)停止,底層水區(qū)就會(huì)形成封閉的缺氧環(huán)境,這將有利于有機(jī)質(zhì)的保存與轉(zhuǎn)化22。東營(yíng)凹陷沙三下亞段油頁(yè)巖的廣泛發(fā)育,是湖水分層的有力證據(jù)。另外,沙河街組沉積時(shí)期東營(yíng)湖經(jīng)歷了兩個(gè)冷暖與干旱

36、氣候周期的變化29,同時(shí)東營(yíng)湖水的化學(xué)性質(zhì)與含鹽量也有著相應(yīng)的周期性變化關(guān)系,這為湖水的分層提供了依據(jù)。但根據(jù)牛38井紋層狀泥巖韻律層間偶夾的粗粒粉砂、一些微波狀層理及透鏡狀層理的發(fā)育情況來(lái)看,湖底偶爾有一些微弱的水流活動(dòng),表明當(dāng)時(shí)湖水的分層狀態(tài)并不十分穩(wěn)定,這也正是東營(yíng)凹陷烴源巖非均質(zhì)性十分強(qiáng)烈的一個(gè)影響因素。因此,湖底缺氧與充氧條件的長(zhǎng)周期與短期變化,對(duì)于烴源巖的宏觀和微觀非均質(zhì)性具有十分重要的影響?？傊?影響烴源巖有機(jī)質(zhì)不均一分布的因素較多。不同的體系域和沉積相帶控制了烴源巖的巖性巖相、有機(jī)質(zhì)的組成類型等的差異性,也是最根本的,因?yàn)樗g接的控制了沉積速率和水體的深度;高的古生產(chǎn)力是原始沉

37、積物有機(jī)質(zhì)高豐度的前提條件,但需要好的保存條件還原環(huán)境,它是原始有機(jī)質(zhì)得以大量保存的關(guān)鍵。生烴能力的差別、厚層泥巖與儲(chǔ)集層接觸方造成的排烴能力差異等使烴源巖形成了強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。同時(shí),局部環(huán)境下發(fā)生的地質(zhì)事件,對(duì)烴源巖也具有顯著的影響。5、結(jié) 論（1）東營(yíng)凹陷牛38井烴源巖有很強(qiáng)的非均質(zhì)性。在宏觀上表現(xiàn)為不同沉積相帶、巖性組合、有機(jī)質(zhì)含量等非均質(zhì)性;微觀上表現(xiàn)為紋層、顯微組分以及生物標(biāo)志物組成上的非均質(zhì)性。（2）古生產(chǎn)力、氧化還原環(huán)境的季節(jié)性或周期性變化是烴源巖非均質(zhì)性的主要控制因素。（3）影響烴源巖有機(jī)質(zhì)不均一分布的因素較多,可以歸結(jié)為:不同相帶間沉積速率和水體深度的不同,造成了烴源巖的巖性

38、差異;高生物產(chǎn)率是原始沉積物有機(jī)質(zhì)高豐度的前提條件;還原環(huán)境是原始有機(jī)質(zhì)得以大量保存的關(guān)鍵;生烴能力差別、厚層泥巖與儲(chǔ)集層接觸方式造成的排烴能力差異30,31使烴源巖形成了強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。（4）高生產(chǎn)力和缺氧環(huán)境是優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的必須條件。參考文獻(xiàn)1 金強(qiáng),查明,趙磊.柴達(dá)木盆地西部第三系鹽湖相有效生油巖的識(shí)別J.沉積學(xué)報(bào),2001,19(1):12512912 羅曼克維奇.大洋沉積層中的有機(jī)質(zhì)M.苑雪閣,王積明譯.青島:青島海洋大學(xué)出版社,1992:213 張水昌,張保民,王飛宇,等.塔里木盆地兩套海相有效烴源巖層)Ñ有機(jī)質(zhì)性質(zhì)、發(fā)育環(huán)境及控制因素J.自然科學(xué)進(jìn)展,2001,11(

39、3):26126814 Bertrand P,Lallier_Verges E,Boussafir M.Enhancement of accumulation and anoxic degradation of organic matter controlled by cyclic productivity:a modelJ.Organic Geochemistry,1993,22:51152015 Derenne S,Largeau C,Brukner_Wein A,et al.Origin of variations in organic mater abundance and compo

40、sition in a lithologicallyhogogeneous maar_type oil shale depositJ.Organic Geochemistry,2000,31:78779816 劉春蓮,楊建林,Hans_Joachim R,et al.影響湖相沉積巖中有機(jī)碳分布的主要控制因素)以三水盆地為例J.沉積學(xué)報(bào),2001,19(1):11311617 張方吼.松遼盆地油氣運(yùn)移探討A.見(jiàn):楊萬(wàn)里主編.松遼陸相盆地石油地質(zhì)M.北京:石油工業(yè)出版社,1985:28018 周光甲.渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷第三系生油巖有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)和演化A.見(jiàn):中國(guó)含油氣盆地?zé)N源巖評(píng)價(jià)編委會(huì).油氣資源評(píng)價(jià)研究叢書之二)中國(guó)含油氣盆地?zé)N源巖評(píng)價(jià)C.北京:石油工業(yè)出版社,1989:28129419 張林曄,張春榮.低熟油生烴機(jī)理及成油體系)以濟(jì)陽(yáng)坳陷牛莊洼陷南部斜坡為例M.北京:地質(zhì)出版社,1999:56110 焦養(yǎng)泉,李思田,李禎,等.碎屑巖儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性的層次結(jié)構(gòu)J.石油與天然氣地質(zhì),1998,19(2):8992138石油學(xué)報(bào) ，2002年第23卷11 洪志華,陳致林,殷沫,等.東營(yíng)凹陷牛38井沙三段中下部有機(jī)碳分布特征J.石油與天然氣地質(zhì),1991,12(3):292299112 王德坪.湖相內(nèi)成碎屑流的