渤海湾盆地下古生界有机相

　渤海湾盆地下古生界孢粉相研究~

孢粉相（Palynofacies）指含有特定孢粉有机质组合的沉积体，这些有机质反映特殊的沉积环境，或与特定的生烃潜力特征相关联（Tyson R.V.,1995）。孢粉相研究对象是沉积岩中不溶于HCl+HF的所有有机质残余，与干酪根的研究对象一致。其研究内容包括：孢粉型、具结构植物碎屑和无定形等有机物的确认，有机质的绝对含量及相对含量、大小、保存状态、颜色及生烃潜力等。而所谓孢粉相分析（Palynofacies analysis）就是基于特定有机质总组合进行沉积环境与生烃潜力的孢粉学研究（Tyson,R.V.,1995）。
一、下古生界孢粉有机质分类
渤海湾盆地下古生界孢粉有机质分类以阿姆斯特丹有机质工作组国际会议（1991）分类体系为基础，补充了工作区出现的一些有机质类型，如介形类等；对一些不确切的划分进行了修正，如将绿球藻类归入绿藻之中等；对工作区一些常见有机质类型，根据自然分类位置进行了细分，如对疑源类的划分；对一些有机质类型，根据区内特点进行了划分，如无定形有机物的划分等（表4-2）。

表4-2　下古生界孢粉有机质分类

二、下古生界孢粉有机质特征
（一）孢粉型（Palynomorph，简称PAL）
该类有机质在区内下古生界源岩中占一定比例，构成了具结构孢粉有机质的全部；其中以疑源类最常见，次为蓝藻类，动物型仅见几丁虫类，孢子型不曾发现，仅见少量混入者。
1.藻类
藻类是海相烃源岩的重要成烃母质之一，区内下古生界孢粉相撒片中仅见蓝藻类（Cyanophyta）。蓝藻类根据组织水平、生殖方式、分枝有无与类型、异形胞有无等特征可划分为三个纲，即色球藻纲（Chroococcophyceae）、藻殖段纲（Hormogonophyceae）和真枝藻纲（Stigonematophyceae）。区内见色球藻纲和藻殖段纲代表。色球藻纲以古对孢藻（Eozygion grande）和粘球形藻（Gloeocapsomorpha prisca）为特征。藻殖段纲中见颤藻科的丝状蓝藻，常见奥氏藻（Obruchevella）和伪枝藻科表附藻（Epiphyton），后者仅见于岩石薄片之中。此外，在岩石薄片中还见有绿藻类努亚藻（Nuia）。
蓝藻类是自给自足的生物，广布于自然界，适应能力强，能够忍受极低的含氧量与气温变化。从极地气候到热带沙漠，从高山到海洋都有分布。影响其生存的主要因素是pH值和光线。它们喜欢中—碱性环境，pH值一般不小于4。其光合作用色素对蓝光敏感并能在低光度下起作用，因而蓝藻在陆地上可生活于海拔3000m以下，海洋中可见于1000m水深或更深的海底。由于蓝藻类具有极宽的环境适应性，因而难以指示特定的生态环境。但具体到某一个种类，其生存空间相对要狭窄一些，拟或可以反映一定的环境。譬如，沉淀碳酸钙骨骼者（钙质蓝藻）多生活于潮间带，当然也有半咸水、淡水或陆地上者；毫无疑问，表附藻（Epiphyton）生活于潮间—潮下带。
2.疑源类（Acritarcha）
疑源类是工作区下古生界源岩中最具特色的孢粉型，具有重要意义。研究撒片中出现了疑源类13个亚类中的4个，分别为球藻亚类（Sphaeromorphitae）、棘刺亚类（Acantho-morphitae）、多角亚类（polygonomorphitae）和网面亚类（Herkomorphitae）等。其中，球藻亚类最为常见，球藻亚类主要特征是：个体呈球形—椭球形，孢壁一般单层，表面无明显突起，分布于区内整个早古生代地层中。棘刺亚类孢体球形—椭球形，具放射状排列的棘刺状突起，壳壁一或二层，具有带口盖圆口等。见于上马家沟组等层位。多角亚类以孢体多面形或近多面形为特征，在冶里—亮甲山组及上马家沟组均有发现。网面亚类个体呈球形或近球形，个体表面具蜂窝状、网状结构，网脊高矮各异，规则和不规则网脊均有发现，见于冶里－亮甲山组及上马家沟组。球藻亚类见有厚缘小球藻（Margominuscula），光面小球藻（Leiominuscula），光面球藻（Leiosphaeridia），具环球藻（Zonosphaeridium），三齿形吐鲁汉藻（Turuchanica ternata），粗面球藻（Trachysphaeridium），粒面球藻（Granodiscus）等类型。个体2～40μm，总的规律是从老到新，个体大者逐渐多见。颜色深黄—黑色均有，同一钻孔中随深度增加颜色变深。棘刺类在区内见有多饰波罗的刺球藻（Baltisphaeridium timofeevi），扎列斯卡娅波罗的刺球藻（Baltisphaeridium zalessky）等。其直径5～28μm，随层位向上变化，刺发育者不断增加，孢体不断增大。颜色从黑褐、褐黄到黑褐均有。多角亚类中有多角藻（Polyedrixium polygonum），三角藻（Triangumorpha）等属种。个体一般较小，粒径多10～20μm，形态多样，颜色普遍呈黑褐—黑色。网面亚类有网面球藻（Dictyosphaeridium），呈球形，表面具网纹，8～20μm，多呈褐黄—黄褐色，个体随层位往上有增大趋势。
疑源类多见于海相地层，特别是页岩和泥岩中，当然也见于灰岩和砂岩中（Brasier M.D.,1980）；其在高盐度或半咸水中也较丰富，而沟鞭藻则相对受限（Wall D.,1965;Downie C.et al.,1971;Davey R.J.,1971;Riley L.A.,Burger D.,1980;Schrank E.,1984）。疑源类在海相浮游生物中最显宽的生态适应性，随着与海岸线距离的不断增大，其丰度和多样性不断增加，于海岸相中发现之类型磨蚀严重。疑源类棘刺长度也是沉积环境能量强度的反映（Hancock N.J.,1981），远岸静水环境下具有较长棘刺和易碎刺，而近岸环境则棘刺短或具坚固刺。温度变化对疑源类分布有一定控制作用，但总体上看具有广泛的耐受性。
3.几丁虫（Chitinozoa）
几丁虫类见于中寒武世徐庄组和张夏组。所见类型有葫芦形和气囊形，表面光滑无饰，直径20～50μm，壳体纵向对称，在与纵向轴垂直方向上辐射对称，呈黑色。
几丁虫仅见于海相环境，常见于页岩、粉砂岩中，灰岩、白云岩、笔石页岩、板岩及燧石中也有发现。一般认为属浮游生物，或至少某一生活阶段附着于飘浮的物体。
（二）具结构植物碎屑（Phytoclast，简称PHY）
具结构植物碎屑是陆生高等植物的特有结构，早古生代尚未出现。
（三）无定形有机物（Amorphous Organic Matter，简称AOM）
无定形有机物是区内早古生代烃源岩无所不在的一种有机质类型，也是生烃的主要母质之一。据其形态特征和降解程度，可区分出三种类型，即团块状无定形、絮状无定形和零散无定形。
1.团块无定形（Grumelous Amorphous Organic Matter，简称GAOM）
这类无定形有机质内部极不均一，颜色深浅变化大，大小由几个微米到数百个微米，形态极不规则。一个团块无定形中或多或少带有几团凝块状的深色部分，浅色之蛛网状部分环绕于凝块部分四周，颜色黄褐—黑，随深度增加颜色不断变深。
2.絮状无定形（Flocculent Amorphous Organic Matter，简称FAOM）
絮状无定形结构均一，色调一致，呈棉絮状或蛛网状，形态不规则，大小由几微米到数百微米不等。颜色浅黄—褐黑均有，在同一样品中其色调浅于团块无定形。
3.零散无定形（Finely Dispersed Amorphous Organic Matter，简称FDAOM）
零散无定形稀散分布，结构均一，呈粒状、棒状、棱角状、块状、球形等形态。粒径由不足1μm到几μm，颜色似絮状无定形。
下古生界无定形有机物最可能由浮游植物（Porter L.A.,1970）经腐泥化作用而来，也可能是有机质粪粒堆积物（Porter K.G.,1981），亦有可能是含有机质之海生无脊椎动物的降解产物。因而，无形有机物大量产出之处可以指示一种缺氧的还原环境（杨伟平，1994），这些环境可能为大陆架外侧、盆地斜坡及封闭而沉积物匮乏之盆地（Tyson R.V.,1989）。区内从团块状无定形、絮状无定形到零散无定形所反映的环境变化似乎是，海水还原性渐趋减弱，水体能量不断增大，有机质降解作用不断增强。
（四）不确定物质（Undetermined Organic Matter，简称UOM）
不确定物质多表现为半透明—不透明物质，于研究层段均有发现，且有一定丰度。这些不确定物质基本上均属于沥青，极个别为镜状体，颜色为褐黑色，个别呈黄褐、深红褐等色调。形态变化大，粒状—棱角状均有，棱角状最为多见，表面均一。沥青在同一撒片中颜色的变化只能说明属不同期次的沥青。
不确定物质对于环境变化的灵敏性似乎没有直接证据可以说明，但其在撒片中多少的变化至少可以说明岩石性质的差异（如结晶度、节理与裂隙发育情况、泥质含量、纹层发育情况、孔隙度、风、氧化程度等等）。也就是说，从撒片中不确定物质含量的变化可以间接推断沉积环境的改变。区内高丰度不确定物质的出现多与局限海环境有关。
三、下古生界不同类型孢粉相特征
渤海湾盆地早古生代属大陆边缘稳定台地，发育滨浅海环境沉积。通过对区内下古生界孢粉相研究发现，工作区早古生代复杂的沉积环境在有机质上具有明显反映。具体体现在：不仅不同的有机相孢粉相组成特征存在差异，就是同一有机相不同层段孢粉相亦存在一定的区别，说明孢粉有机质与环境之间存在着极为密切的关系。图4-6为工作区奥陶纪孢粉相随层位更替图，此图在清楚反映环境与有机质相关关系的同时，揭示了有机质类型及其生烃潜力随环境与层位的变化，表4-3是这种关系的统计反映。下面对区内下古生界主要生烃层位不同环境孢粉相特征及其变化规律分别予以说明。

图4-6　渤海湾盆地奥陶系孢粉相组成及丰度变化

1.蒸发台地云坪的孢粉相特征
这一环境见于O2x、O2sh及O2f等层位。中奥陶世早期下马家沟组云坪有机相孢粉相（图4-7（a）总体特征是无定形有机质占绝对优势，不确定物质含量低微，无孢粉型有机质。无定形有机质中絮状无定形最为发育，大小多在50～200μm左右。此外，其中含有极少量疑源类成分（0.5%），为粗面球藻（Trachysphaeridium）。上马家沟组云坪有机相孢粉相总体上依旧延续了下马家沟组的特征（图4-7（b），但孢粉型中疑源类相对含量有所加大（1.1%～2.4%），疑源类除有与下马家沟组相似类型外，还有网面球藻（Dictyosphaeridium）。疑源类个体与下马家沟组相仿，均在15～30μm左右，反映水体要深于馒头组云坪有机相。中奥陶世晚期峰峰组云坪有机相孢粉相总体特征呈现出仅有无定形及不确定有机质两类（图4-7（c），其中无定形类占98%以上。无定形类有机质中细小的零散无定形在其中所占份额50%以上，反映水体极浅且氧含量极其丰富、水体动荡的总格局，与早寒武世云坪有机相显示的特征更为接近。

图4-7　云坪亚相孢粉相组成（a）下马家沟组；（b）上马家沟组；（c）峰峰组

单位：%

表4-3　渤海湾盆地下古生界孢粉有机质含量统计

奥陶系主要生烃层位云坪有机相孢粉相的共性是无定形有机质中絮状无定形、零散无定形多见，这两类无定形的消长反映水体深浅及含氧量的变化，进而说明不同时期云坪有机相在环境上的差异。该有机相中又一特征是孢粉型有机质与不确定有机质极少，孢粉型以非常微小的疑源类为主。
2.泥灰坪的孢粉相特征
泥灰坪有机相见于∈1m、∈3f等层位，奥陶系罕见。絮状无定形一枝独秀，其他类型有机质含量极少。絮状无定形片大而均匀，一般在200～300μm左右，形态多样。疑源类中见球藻亚类的光面球藻（Leiosphaeridia），个体在8～20μm左右。不确定物质多呈分散颗粒状，细小者居多，粒径一般在4～12μm左右。其孢粉相反映的特征明显与云坪有机相有异，反映水体更深一些。
3.局限海的孢粉相
局限台地局限海环境较为发育，多见于下马家沟组、峰峰组等层位。局限海有机相可以根据孢粉相组成的组合特征划分为3种类型（图4-8）：类型A孢粉相以高丰度的絮状无定形为特征，反映水体较深且封闭的还原环境。类型B孢粉相及类型C孢粉相分别以具有极丰富的不确定物质和团块无定形、缺乏疑源类为特色，显示水体稍浅而流动性较大，相形之下类型B较之类型C反映的水体更浅。
下马家沟组局限海孢粉相以A类型为主（图4-8（a），无定形有机质中絮状无定形占78%左右，其次为团块无定形；孢粉型有机质较之前两个有机相要发育得多，以疑源类为代表。此期局限海疑源类类型多样，包括球藻亚类、棘刺亚类和多角亚类三种类型。该孢粉相特征反映水体深而宁静，生物降解作用程度不如云坪与泥灰坪环境强烈。

图4-8　局限海亚相孢粉相分布

（a）下马家沟组；（b）峰峰组类型A;（c）峰峰组类型B;（d）峰峰组类型C
中奥陶世峰峰组局限海环境孢粉相分异现象显著，三种类型都有。类型A（图4-8（b）絮状无定形最为发育。不确定物质与孢粉型含量接近。孢粉型尽管只有球藻亚类，属种分异度小，但丰度不小。类型B（图4-8（c）显著特点为不确定物质一跃为有机质中最为发育的类型。孢粉型有机质缺乏。类型C之无定形有机质中团块无定形发育，零散无定形居次，居第三位者为絮状无定形，疑源类缺少（图4-8（d）。
4.浅滩的孢粉相特征
浅滩有机相见于上马家沟组。特点是：团块无定形最为发育，零散无定形与絮状无定形分列二、三位。孢粉型中疑源类含量与不确定物质相仿位列最后，疑源类以球藻亚类为代表，个体8～15μm，大小较一致。浅滩有机相孢粉相与邻接之局限海及开阔海孢粉相组成，呈过渡状态，有机质组成上总体特点是以团块无定形占优势，疑源类个体大小接近。
5.开阔海的孢粉相特征
早奥陶世上马家沟组开阔海有机相的孢粉相存在两种类型。一种类型（图4-9（a）特征与崮山组相似，团块无定形丰富，零散无定形与絮状无定形列二、三位，不透明物质居第四位。棘刺亚类的代表为扎列斯卡娅波罗的刺球藻（Baltisphaeridium zalessky），个体直径16～20μm，刺多而密，刺长度与崮山组相仿。另一种类型（图4-9（b）孢粉相特征主要表现在絮状无定形取代团块无定形成为最丰富的有机质类型，团块无定形屈居第二位。另一重要特征是孢粉型中疑源类仅有球藻亚类。
开阔海有机相孢粉相共性是孢粉型有机质分异度较大，存在其他环境中缺少的一些孢粉型，疑源类的4个亚类均有发现，疑源类个体较之其它环境要大一些，具长刺的疑源类更可视为这一环境的一个特点。丰度较高的团块无定形及絮状无定形形态及大小变化大，大小从几个微米至数百个微米均有发现。
不同类型单组分生烃性及有机相生烃大小研究表明，组分和组分组合的差异是造成源岩质量变化的主要原因，上面对不同有机相孢粉相组成研究的结果是对这一问题非常直观的说明与解释；其从有机质类型的细微变化更加清晰、更加准确的诠释了源岩类型与生烃潜力之间的对应关系。

图4-9　上马家沟组开阔海有机相孢粉相组成

1.基本概况
四川盆地位于中国西南地区（图10-21），面积达19×104km2，是中国陆上大型沉积盆地之一及重要天然气产区，目前已发现含气层系21个、气田136个。四川盆地经历了古生代—中三叠世海相克拉通和晚三叠世—新生代陆相前陆盆地沉积，早古生代沉积岩厚1400～3600m，发育了上震旦统陡山沱组、下寒武统筇竹寺组、上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组4套海相黑色页岩（图10-22）。

图10-21 四川盆地区域位置与构造单元划分


图10-22 四川盆地下古生界地层综合柱状图

2005年以来，中国开始在四川盆地开展页岩气地质评价与选区、勘探开发先导试验。2010～2011年，威远构造钻探的威201井、长宁构造的宁201井、昭通地区的昭104井以及富顺-永川地区的阳101井经大型水力压裂后，在筇竹寺组、龙马溪组海相页岩中测试获商业性气流，发现了威远-长宁、昭通和富顺-永川等页岩气田，实现了中国页岩气的工业性突破。2012年，涪陵地区焦石坝构造钻探的焦页1 HF测试获高产，发现了涪陵页岩气田。截至2014年5月底，已钻探100余口页岩气井（70%水平井），80余口井经过水力压裂改造后，测试单井日产天然气（0.3～54.7）×104m3，页岩气累计产量超过6.0×108m3。
2.页岩气地质特征
四川盆地下古生界海相页岩气区位于川南、川东地区，构造位置为川南低陡构造带、川东高陡构造带（图10-21），地表地形相对平坦，海拔200～750m，长江干流及支流贯穿整个地区，水资源丰富，是四川盆地常规天然气的主产区，地面设施和油气管网完善。
下古生界海相页岩气区产层为上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组（O3w-S1ι）（图1023）和下寒武统筇竹寺组（ ）（图1024）底部黑色页岩，岩性以海相富有机质黑色页岩为主，厚20～100m，TOC含量为0.8%～6%，Ro主体为2.0%～3.6%，孔隙度主要为1.5%～8.2%，渗透率为1×10-8～9×10-6μm2，含气量为0.07～6m3/t，压力系数为1.0～2.3，埋藏深度为900～5000m，平均深3000m。两套海相页岩气均以游离气为主，占50%～80%，不含液态烃。气体组分以甲烷为主，甲烷含量97.8%，乙烷含量1.16%，C3—C5含量为0.29%，含微量CO2、N2，不含H2S，乙烷碳同位素具有倒转特征，与北美典型热成因页岩气特征相似（表10-12）。

图10-23 四川盆地志留系龙马溪组岩性综合柱状图

目前，四川盆地下古生界海相页岩气有利区面积约3.8×104km2，预测可采资源量4.4×1012m3。初步确定了威远、长宁、富顺-永川、涪陵等核心区，控制面积约1.65×104km2，预测单井可采储量为0.42×108～1.13×108m3。2013年已初步形成年产5×108m3的能力，年产页岩气量2.0×108m3，预计未来5～10年，随着地质认识的深化与适用勘探开发配套技术的形成，页岩气年产量可能达到300×108m3。

表10-12 四川盆地古生界海相页岩气特征与美国海相页岩气对比

3.页岩气形成与富集规律
深水陆棚相有利于富有机质、富硅质页岩发育。早寒武世和早志留世两个时期，全球海平面快速上升，四川盆地整体为克拉通背景下的半深水—深水陆棚，与北美主要产气页岩具有相似的沉积环境。筇竹寺组岩性以黑色页岩及深灰色含砂质页岩为主，下部为深灰—黑色炭质页岩及深灰色、灰色粉砂质页岩和粉砂岩，向上颜色逐渐变浅，为灰、灰绿色含钙质细砂岩、粉砂岩，富有机质页岩（TOC＞2%）集中段主要为筇竹寺组底部的黑色页岩段。筇竹寺组页岩厚度受继承性发育的德阳-安岳古裂陷槽控制，厚度一般为300～450m，黑色页岩厚度可达140～160m（图10-25），富有机质页岩（TOC＞2%）厚度一般为20～80m，其中高石梯地区最厚可达100m。龙马溪组下部由深灰—黑色硅质页岩、炭质页岩、钙质页岩、笔石页岩夹生物碎屑灰岩组成，上部为灰绿、黄绿色页岩及砂质页岩夹粉砂岩及泥灰岩。龙马溪组因加里东运动抬升遭受区域性剥蚀，在盆地西南部缺失，向南、东部逐渐增厚，地层最厚400～600m，龙马溪组富有机质页岩（TOC＞2%）集中段主要发育于底部，一般厚20～100m，其中宜宾—泸州—荣昌一带厚度最大为120m，涪陵地区厚度为38～45m，长宁地区厚20～40m（图10-26）。

图10-24 四川盆地寒武系筇竹寺组岩性综合柱状图


图10-25 四川盆地下寒武统筇竹寺组黑色页岩等厚图

高有机质丰度为页岩气形成提供了物质基础。四川盆地下古生界寒武系筇竹寺组和志留系龙马溪组页岩均是盆地内主力烃源岩层系之一，筇竹寺组页岩TOC含量主要为1.7%～3.6%、平均2.8%；龙马溪组页岩TOC含量为1.5%～6%、平均3.8%。页岩热成熟度较高，均已达高—过成熟裂解成气阶段，以生成干气或油型裂解气为主。筇竹寺组Ro值为2.5%～4.5%，龙马溪组Ro值为1.5%～3%。筇竹寺组和龙马溪组埋深由盆地西北部向东南缘逐渐增大，Ro值也相应由西北部向东南缘逐渐增高。页岩有机质类型较好，均为腐泥型，母质以水生浮游生物为主。

图10-26 四川盆地下志留统龙马溪组富有机质页岩等厚图

微-纳米孔隙和微裂缝发育为页岩气提供了重要的储集空间。筇竹寺组页岩孔隙度为0.4%～3.0%、平均2.0%，渗透率为（11～955）×10-6μm2、平均为147×10-6μm2；龙马溪组页岩孔隙度为3%～10%，渗透率最小为1×10-8μm2、最大为0.009×10-3μm2。上述两套富有机质页岩主要发育无机矿物基质微-纳米孔、有机质纳米孔和微裂缝3种孔隙类型，其中无机矿物基质孔隙类型为粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、黏土矿物层间孔等，孔隙直径一般小于2μm，以0.1～1μm孔隙为主，部分小于0.1μm，孔隙结构复杂，比表面积大，是页岩气主要储集空间；有机质纳米孔包括有机质内孔、有机质间孔及有机质与无机矿物颗粒间孔3种类型，形态以圆形、椭圆形、不规则多边形、复杂网状、线状或串珠状为主，孔隙直径5～750nm，平均100nm；微裂缝在三维空间成网状分布，部分被方解石、沥青等次生矿物充填。区域上，不同构造部位裂缝发育程度不一，盆地边缘褶皱背斜带有利于裂缝发育，如涪陵焦石坝构造高部位发育丰富的高角度缝和层间缝，构成复合网状缝，而长宁构造翼部层间缝丰富，高角度缝发育程度相对较低。
脆性矿物含量高有利于页岩储层压裂改造。下古生界两套海相页岩储层脆性较高，脆性矿物含量一般为30%～85%，其中，石英含量21%～56%；黏土矿物含量一般为21.1%～56.4%，以伊利石、绿泥石为主，易于压裂。区域上，筇竹寺组和龙马溪组页岩的矿物成分变化不明显。层系上，筇竹寺组页岩脆性矿物含量高于龙马溪组页岩。筇竹寺组页岩脆性矿物含量一般为32%～80%，平均62.5%；黏土矿物含量一般为26.2%～39.5%，平均35.9%。龙马溪组页岩脆性矿物含量为30%～85%，平均56.3%；黏土矿物含量为25.6%～51.5%，平均42.1%。在脆性矿物构成中，两套页岩储层的石英含量相当，其差异主要来自长石、碳酸盐含量的不同。
构造稳定、保存条件好、地层超压有利于页岩气富集高产。自震旦纪以来，四川盆地周边构造活动频繁，导致盆地周缘下古生界地层大面积抬升剥蚀，断裂发育，改造区页岩气聚集条件遭到破坏，而位于盆地内的下古生界海相页岩气核心区构造相对稳定，保存条件较好，有利于页岩气的富集。从层位上看，下古生界两套页岩由于地层结构的不同，导致保存条件具有一定差异性（图10-27）。五峰-龙马溪组页岩集中段上覆巨厚且裂缝欠发育的黏土质页岩，下伏致密泥灰岩，自身封盖能力强，页岩气在构造活动中得到有效保存，页岩含气性好；而筇竹寺组页岩上覆为裂缝较发育的砂质页岩，下伏为白云岩，页岩气在多次构造活动中可能遭到破坏，导致筇竹寺组页岩在局部地区含气性不佳，增加了一定的资源风险。

图10-27 四川盆地与北美地区典型页岩气富集模式对比

地层超压是控制页岩含气量、页岩气井单井产量的重要因素。经钻探证实，龙马溪组页岩普遍见气，在初步确定的核心区内（即盆地斜坡和向斜区），存在异常高压，压力系数为1.4～2.2，超压区面积超过25000km2。异常高压区中长宁区块龙马溪组含气量平均为4.1m3/t，涪陵地区龙马溪组含气量平均为4.6m3/t，水平井单井测试产量普遍高于5×104m3/d；盆地边缘区地层压力系数为1.0（正常压力），含气量为2.3～2.92m3/t，水平井单井测试产量一般为2.2×104m3/d左右。盆地内筇竹寺组页岩钻井较少，仅在威远、犍为等区块钻探获气，地层压力系数为1.0左右，页岩平均含气量为2.8m3/t，水平井单井产量平均2.0×104m3/d。

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

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