梨树断陷主力烃源岩判定及其地球化学特征

宋振响，周卓明

(中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)

梨树断陷主力烃源岩判定及其地球化学特征

宋振响，周卓明

(中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126)

通过对梨树断陷4套潜在烃源岩生烃潜力特征分析，确定了沙河子组为其主力烃源层，其次为营城组，火石岭组和登娄库组仅在局部地区发育有效烃源岩。采用20余项变量对梨树断陷有机碳含量大于0.5%的烃源岩进行聚类分析，结果表明梨树断陷有效烃源岩可以划分为4类，4类烃源岩的沉积环境、生烃潜力、母质来源及成熟度方面均存在一定的差异，以C类和D类源岩生烃潜力最高，与原油的可比性较好。从平面分布来看，C类源岩主要分布在四五家子、皮家及桑树台深洼深湖相沉积区域；A、B、D类源岩主要分布在苏家屯、双龙次洼及盆地边缘太平庄、七棵树、秦家屯等地区浅湖—半深湖及三角洲平原上的沼泽相沉积区域。

生烃潜力；生物标志化合物；聚类分析；烃源岩；梨树断陷；松辽盆地

松辽盆地是在海西褶皱基底上发育形成的以中生界为主的断、坳叠置型盆地[1]，梨树断陷位于松辽盆地东南隆起区西南部，为一下断上坳、西断东超的箕状断陷[2]，沉降中心和沉积中心都位于西侧的桑树台断裂附近[3]。梨树断陷先后发现了9个油气田及多个含油气构造[4](图1)。尤其近两年来接连在中央隆起带、东南斜坡带、苏家屯次洼和深层获得油气突破，发现了一批油气田，除一般的构造油气藏外，还发育类型众多的隐蔽圈闭类型和岩型油气藏，如近年发现的七棵树油气田[5]、苏家屯油气田[6]等，展示了该区具有良好的油气勘探前景。

梨树断陷作为东北地区的勘探老区，研究程度相对较高，但通过查阅文献可以发现对该区的研究目前主要集中在沉积、构造及油气富集规律方面，对油气的生烃物质基础——烃源岩的展布及地球化学特征缺乏系统的研究。前人研究表明梨树断陷烃源岩主要是沙河子组和营城组，登娄库组和火石岭组在局部地区的部分层段也发育有较好烃源岩[7-12]，但梨树断陷的主力烃源层究竟是沙河子组还是营城组，不同研究者存在争议。本文根据烃源岩的地化数据，分析了梨树断陷不同层位烃源岩的生烃潜力及地球化学特征，尝试判定该区主力烃源层及其分布，以期为研究区的油气源对比、资源量估算及下一步的勘探部署提供指导。

图1 梨树断陷主要油气田及采样井位置分布Fig.1 Distribution of main oil-and-gas fields and sampled wells in Lishu Fault Depression

1 样品及实验

本次共采集了梨树断陷41口钻井、共计95块泥岩样品，采样井位平面分布见图1，层位自下而上为火石岭组(2块)、沙河子组(29块)、营城组(51块)及登娄库组(13块)。样品进行了有机碳分析、热解分析、有机显微组分鉴定、Ro测定、GC-MS色谱色质分析等多项测试，同时收集了前人对梨树断陷烃源岩样品做的大量测试分析资料，选取w(TOC)gt;0.5%的样品进行研究。

2 生烃潜力分析

2.1有机质丰度

根据前人的研究及研究区的实际地质情况，本文采用的有机质丰度的评价标准如表1。

评价烃源岩有机质丰度的一个最重要指标是有机碳含量，其值的高低是评价勘探区烃源岩优劣的物质基础。实测及收集前人分析的有机碳测试数据，共得到梨树断陷烃源岩样品有机碳数据464个，其中登娄库组61个、营城组278个、沙河子组122个、火石岭组3个。

从梨树断陷不同层位烃源岩有机碳含量分布(图2a)可以看出：登娄库组近80%的样品为非—差烃源岩，一般—好烃源岩占的比例不足5%，16.4%的样品为很好烃源岩，这些样品均采自深洼处SN76井，该井附近登娄库组为深湖相沉积，因而有机碳含量高；营城组68.4%的样品为非—差烃源岩，17.6%的样品为一般烃源岩， 14%的样品为较好—很好烃源岩；沙河子组22.1%的样品为非—差烃源岩，30.3%的样品为一般烃源岩，47.5%的样品为较好—很好烃源岩；火石岭组埋深大，钻遇该层的探井少，仅取得了SN48井3个样品的有机碳数据，在1.8%～4.0%之间，判断为较好—很好烃源岩，表明火石岭组局部也发育较好烃源岩。

表1 梨树断陷有机质丰度评价标准Table 1 Organic matter abundance evaluation standards in Lishu Fault Depression

图2 梨树断陷不同层位烃源岩有机碳含量及有机质类型分布Fig.2 Distribution histograms of TOC and organic matter types from different hydrocarbon layers in Lishu Fault Depression

单从有机碳含量这一指标来看，沙河子组烃源岩明显优于其他层位烃源岩，且该层位的烃源岩厚度大、分布范围广，应为梨树断陷的主力烃源层；其次为营城组；火石岭组和登娄库组可能仅在局部地区发育有效烃源岩。从不同层位烃源岩的氯仿沥青“A”含量及生烃潜量数据(表1)也可以看出，沙河子组烃源岩的有机质丰度明显优于其他层位，应为本区的主力烃源层。

2.2有机质类型

用有机岩石学方法确定烃源岩有机质类型受热演化程度影响较小，可以代表烃源岩的原始有机质类型。本次对梨树断陷不同层位的38个烃源岩样品进行了有机显微组分分析，结合前人的分析资料，共得到有机显微组分数据165个，其中登娄库组26个，营城组101个，沙河子组34个，火石岭组4个。从图2b中可以看出，梨树断陷烃源岩总体以Ⅲ型有机质为主，其次为Ⅱ2型，沙河子组及营城组少量样品表现出Ⅱ1型和Ⅰ型的特征；深洼处SN76井登娄库组的几个样品(w(TOC)gt;2.0%的样品)也判断为Ⅱ1型有机质；火石岭组SN48井的4个样品中2个判断为Ⅲ型有机质，各有1个判断为Ⅱ2和Ⅱ1型有机质。

从热解参数IH与Tmax值来看(图3)，多数样品的IH小于200 mg/g，Tmax值较高(Tmax最高达500℃)，有一部分样品的演化轨迹已达到此图版的末端，各类生油岩有机质曲线都趋向于合并为一条直线，失去了划分有机质类型的作用，但总体上仍可以看出以Ⅲ型和Ⅱ2型为主；沙河子组和营城组少量样品表现为Ⅱ1型，甚至Ⅰ型有机质的特征，这与用有机显微组分判定的结果较吻合。

图3 梨树断陷不同层位源岩IH与Tmax划分有机质类型Fig.3 Relationship between IH and Tmax from different hydrocarbon layers in Lishu Fault Depression

图4 梨树断陷不同层位源岩Ro值与埋深关系Fig.4 Relationship between Ro and burial depth from different hydrocarbon layers in Lishu Fault Depression

2.3有机质成熟度

本项目分析加上整理前人的测试数据，共获得129个烃源岩样品的埋深及对应的Ro值，其中登娄库组13个，营城组74个，沙河子组42个。烃源岩镜质体反射率与其埋深之间总体呈现良好的对应关系(图4)，Ro值均在0.5%以上，主频值在0.7%～2.0%之间，处于大量生烃阶段。Ro值的高低与层位关系不大，而主要与源岩所处的构造位置及埋深有关。由于研究区构造活动极其复杂，盆地分割性强，造成同一埋深不同地区烃源岩的Ro值差别较大，这也是Ro值随深度变化的趋势线变化范围较宽的主要原因。总体看来，从西部桑树台洼陷到北部斜坡带及东南斜坡带烃源岩热演化呈逐渐降低的趋势。

3 烃源岩生标特征及平面分布

3.1聚类分析划分烃源岩类型

梨树断陷为一断坳叠置型的盆地，不同构造背景下的沉积环境差异较大，导致研究区烃源岩类型多样，地化特征差异也较大。考虑到影响生物标志化合物的因素十分复杂，任何单一指标都具有局限性[13]，本文主要采取统计方法中的聚类分析法[14-17]对该区烃源岩进行综合判别分类，该方法的优点在于同时考虑了沉积环境、母源输入、成熟度演化等信息，使得在判别时能对成因进行综合分析，反映情况较为全面[14]。

从本次采集的95个烃源岩样品中选取有机碳含量大于0.5%的30个样品进行聚类分析，研究烃源岩在生标特征上的亲疏关系。30个样品中除2个为火石岭组烃源岩外，其余样品均为沙河子组和营城组烃源岩。前面的生烃潜力分析也表明研究区主力烃源层为沙河子组，其次为营城组，本次也主要研究这2个层位烃源岩的地化特征。聚类分析采用的变量参数有反应沉积环境的Pr/Ph、γ-蜡烷指数、升藿烷分布模式等，反映母质来源的∑C21-/∑C22+、C27-C29规则甾烷相对含量、C24四环萜/C26三环萜等，反映成熟度的CPI、C2920S/C29(20S+20R)、C29ββ/C29(ββ+αα)、Ts/(Ts+Tm)等共21项参数。从图5可以看出，梨树断陷烃源岩大体可以分为4类：其中A类(11个)和B类(10个)所占比例较大，火石岭、沙河子和营城组源岩均有分布；C类(3个)主要为SN132和SN17井营城组烃源岩；D类(6个)主要为沙河子组烃源岩。为进一步考察不同类型源岩的差异，验证聚类分析结果的合理性，以下将从饱和烃色谱、甾萜烷分布特征等来详细论述不同类型烃源岩的地化指标。

图5 梨树断陷烃源岩聚类分析结果Fig.5 Cluster analysis result of hydrocarbon source rocks in Lishu Fault Depression

3.2不同类型烃源岩的生标特征

3.2.1 饱和烃色谱特征

从梨树断陷不同类型烃源岩的饱和烃色谱(图6)可以看出：A类源岩高碳数(大于等于C22)含量相对较高，主峰碳多分布在C23-C25之间，∑C21-/∑C22+lt;1(多数小于0.65)，表征陆源高等植物输入占一定优势；类异戊二烯烷烃中呈现植烷优势，Pr/Ph≤1.0(多数小于0.7)，表明沉积环境还原性较强；CPI值在1.02～1.1之间(多数小于等于1.05)，表明该类源岩已进入成熟—高熟阶段。

B类源岩呈明显的低碳优势，主峰碳为C17或C18，∑C21-/∑C22+值分布在1.78～8.98之间，表征低等水生生物输入占一定优势；Pr/Ph值在0.61～1.19之间，显示较强的还原环境；CPI值主体分布在1.04～1.08之间，达到成熟演化阶段，少量样品达到过熟阶段。

C类源岩也具有低碳数优势，一般以C15或C17为主峰，主峰碳以后，随碳数增高，正构烷烃含量呈现逐级递减的阶梯状分布，∑C21-/∑C22+值在1.2～2.5之间，表明低等水生生物输入占优势；Pr/Ph值在0.88～1.17之间，且该类源岩的γ-蜡烷指数均大于0.25，表征还原性较强的半咸水—咸水沉积环境；CPI值在1.07～1.15之间，反映成熟度相对较低。

D类源岩也多以C15或C17为主峰，∑C21-/∑C22+值分布在1.2～3.5之间，似乎也反映出该类烃源岩的母质类型以低等水生生物输入占优势，但这与该类烃源岩干酪根类型主要为Ⅱ2和Ⅲ型不符，还要结合其他指标进行综合判断；该类源岩具强烈的姥鲛烷优势，Pr/Ph值均大于1.9，最高可达4.2，表征较氧化的沉积环境；CPI值分布在1.07～1.20之间，表明该类源岩多处于低熟演化阶段。

3.2.2 甾烷分布特征

人们常用甾烷中的C27αααR、C28αααR和C29αααR规则甾烷的分布特征来区分不同类型源岩的母质来源，一般认为高含量的C29甾烷可以指示高等植物来源，C27甾烷则主要来源于低等水生生物，C28甾烷指示细菌输入的贡献[18]。从表征母源输入类型的C27-C29规则甾烷分布模式(图6)来看，A类源岩多呈不规则“V”字形分布，表现为C29gt;C27gt;C28，表征混源型输入，陆源高等植物略占优势；B类源岩则多呈反“L”字形分布，总体表现为C27gt;C29gt;C28，表征低等水生生物输入占优势；C类源岩也呈“V”字形分布，C29甾烷略占优势，表征混源型输入，陆源高等植物和低等水生生物输入均较丰富；D类源岩呈反“L”字形分布，C29甾烷含量占绝对优势(均大于55%)，表现为C29≫C27gt;C28，表征该类源岩主要来源于陆源高等植物。

图6 梨树断陷不同类型烃源岩饱和烃色谱和甾、萜烷质量色谱Fig.6 Saturated hydrocarbon chromatogram, terpane and sterane mass chromatogram of different source rocks in Lishu Fault Depression

3.2.3 萜烷分布特征

三环二萜烷与藿烷系列化合物的相对丰度大小及其分布特征受沉积环境和母质类型的控制[19]。一般认为三环二萜烷中陆源高等植物来源的C19、C20含量高，湖相源岩的C19-C28均有分布且以C23和C21的含量最高(C23≥C21)，而煤系烃源岩中C21以前的三环萜烷常常高于C23以后的三环萜烷含量。从三环二萜烷分布模式来看(图6)，A、B、C类源岩均具C21、C23优势，且多以C23含量最高，显示出明显的湖相源岩特征；而D类源岩中除1个样品外均以C21为主峰，且C19、C20三环萜烷含量也较高，显示陆源高等植物输入丰富。

四环萜烷的相对丰度可以表征陆源高等植物输入程度，在应用中，人们常用C24四环萜与C26三环萜相对含量的比值来表征陆源高等植物输入的程度。从图7可以看出，A类源岩中除2个样品的C24四环萜/C26三环萜值较高外，其余样品分布较为集中，在0.67～0.86之间，甾烷/藿烷值均小于0.4，表征陆源高等植物输入略占优势；B类源岩除2个样品外，C24四环萜/C26三环萜值均小于0.7，甾烷/藿烷值分布在0.3～0.8之间，显示为混源输入，以低等水生生物输入占优势；C类源岩C24四环萜/C26三环萜值最低，在0.3左右，甾烷/藿烷值高(0.58～0.65)，表征以低等水生生物输入为主；D类源岩C24四环萜/C26三环萜值高，均大于1.0，甾烷/藿烷值均小于0.4，表征以高等植物输入为主。

从不同类型源岩的藿烷分布(图6)模式来看，C类源岩升藿烷分布出现微弱的翘尾巴的分布模式，表征水体盐度较高；其余三类源岩的藿烷分布模式均相似，都是以C30αβ(H)为主峰，升藿烷分布呈现逐级递减的趋势。紧随着C31αβ升藿烷之后析出的γ-蜡烷可以用来表征水体的盐度[20]，也有研究者认为该化合物是水体分层的标志[21-22]。从γ-蜡烷指数(γ-蜡烷/C30αβ(H))来看，A类源岩γ-蜡烷指数总体较低，一般在0.2以下，表征淡水—微咸水的沉积环境；B类源岩的γ-蜡烷指数分布在0.03～0.3之间，也以淡水—微咸水沉积环境为主；C类源岩γ-蜡烷指数较高，3个样品的γ-蜡烷指数分别为0.27,0.65,1.06，以较深水的半咸水—咸水沉积环境为主，该沉积环境有利于有机质的保存，推测桑树台洼陷应以C类源岩为主；D类源岩的γ-蜡烷指数均在0.15以下，表征淡水的沉积环境。

图7 梨树断陷不同类型烃源岩 C24四环萜/C26三环萜与甾烷/藿烷的关系Fig.7 Relationship between C24 tetracyclic terpane/ C26triterpane and steranes/ hopanes from different source rocks in Lishu Fault Depression

3.3综合评价及平面分布

根据各项反映有机质丰度、沉积环境、母质来源及成熟度等地化指标的差异将梨树断陷烃源岩划分为4类(表2)。A类源岩有机质丰度较低，低熟—过熟阶段均有分布，形成于还原条件下的淡水—微咸水沉积环境，母质来源为混源输入(高等植物略占优势)；平面及层位上主要分布在苏家屯、太平庄地区沙河子组，十屋地区营城组及七棵树地区沙河子组和营城组。B类源岩有机质丰度中等，低熟—过熟均有分布，形成于还原条件下的淡水—半咸水环境，混源输入(低等水生生物略占优势)；主要分布在秦家屯地区火石岭组，八屋、双龙地区沙河子组及太平庄、七棵树地区沙河子组和营城组。C类源岩有机质丰度较高，烃源岩演化程度处于成熟—高熟演化阶段，反映还原条件下的半咸水—咸水沉积环境，以低等水生生物输入占优势；主要分布在皮家及四五家子地区营城组，推测桑树台洼陷也主要为该类烃源岩。D类源岩有机质丰度高，成熟度低，形成于较氧化条件下的淡水沉积环境，以陆源高等植物输入占优势；主要分布在盆地边缘秦家屯、太平庄地区的沙河子组。从油源对比的结果来看，C类和D类源岩与研究区原油的可比性较好，为梨树断陷最重要的源岩类型，A类和B类源岩与原油也有一定的可比性(油源对比情况将另撰文发表)。

4 结论与认识

1)梨树断陷自下而上发育火石岭组、沙河子组、营城组及登娄库组4套烃源岩，沙河子组和营城组为主力烃源层，火石岭组和登娄库组仅在局部地区发育较好烃源岩；有机质类型总体以Ⅲ型和Ⅱ2型为主，沙河子组和营城组在局部地区发育类型较好

表2 梨树断陷不同类型烃源岩地球化学特征综合判识Talbe 2 Geochemical parameters from different source rocks in Lishu Fault Depression

的烃源岩；成熟度分析表明烃源岩成熟度和层位相关性不大，主要和埋深及所处的构造位置有关。

2)聚类分析表明梨树断陷有效烃源岩可以分为A、B、C、D四类，A、B类源岩均为混源输入，主要形成于还原条件下的淡水—半咸水沉积环境；C类源岩以低等水生生物输入占优势，形成于还原条件下的半咸水—咸水沉积环境；D类源岩以陆源高等植物输入占优势，形成于较氧化条件下的淡水沉积环境。总体看来，C类和D类源岩生烃潜力大，与研究区原油的可比性好，应为梨树断陷最重要的烃源岩类型。

3)从空间分布来看，C类源岩主要分布在四五家子、皮家及桑树台洼陷营城组或与之对应的一套烃源岩，以深湖相沉积为主；A、B、D类源岩主要分布在苏家屯次洼、双龙次洼及盆地边缘太平庄、七棵树、秦家屯等地区营城组和沙河子组，秦家屯火石岭组可能也有分布，主要为浅湖—半深湖及三角洲平原上的沼泽相沉积。

[1] 陈建渝,熊书权,毕研鹏,等.断陷盆地中含油气系统的特征[J].石油学报,2000,21(2)：36-41.

[2] 罗群,卢宏,刘银河,等.梨树凹陷断裂特征及对油气的控制[J].大庆石油学院学报,1996,20(3):6-10.

[3] 陈新军,徐旭辉,朱建辉,等.松辽盆地梨树断陷层序地层研究[J].石油实验地质,2007,29(5):462-465.

[4] 宋振响,郜建军,周卓明.十屋断陷天然气成因类型初探[J].天然气地球科学,2012,23(1):167-174.

[5] 杜永慧.梨树断陷隐蔽油气藏形成的基本条件:以梨树断陷七棵树油藏为例[J].科技资讯,2010(31):92.

[6] 韩娇艳,黄党委,徐红波.梨树断陷苏家屯地区沉积体系及油藏特征研究[J].内蒙古石油化工,2012(15):128-130.

[7] 卜翠萍,苏玉山,魏红红,等.松辽盆地南部梨树断陷成藏期次研究[J].成都理工大学学报:自然科学版,2007,34(2):147-151.

[8] 张玉明.松辽盆地南部梨树断陷北部深层油气成藏条件[J].石油天然气学报,2006,28(3):53-56.

[9] 孙大明,李明诚.松辽盆地南部梨树断陷天然气成藏条件定量研究[J].石油勘探与开发,2000,27(4):84-86.

[10] 贾宏伟,康立功.梨树断陷构造发育特征及油气分布研究[J].安徽地质,2004,14(3):180-184.

[11] 覃素华,袁智广,刘福春.松南盆地梨树断陷油气成藏条件分析[J].天然气勘探与开发,2003,26(2):77-84.

[12] 程克明.吐哈盆地油气生成[M].北京：石油工业出版社,1994:64.

[13] 张枝焕,关强.新疆三塘湖盆地二叠系油源分析[J].石油实验地质,1998,20(2):174-181.

[14] 常向春,王明镇,韩作振.试论适合叠合盆地的油源对比方法[J].地球科学与环境学报,2004,26(4):32-36.

[15] 李振广,李景坤,宋桂侠.多元统计分析在油源对比中的应用[J].新疆石油地质,2004,25(3):262-263.

[16] 卢鸿,冯小杰.油源对比常规方法的使用误区[J].西安工程学院学报,2000,22(2):56-59.

[17] 倪军娥,方度,王冰洁.伊通地堑鹿乡断陷油源对比分析[J].新疆石油天然气,2007,3(4):17-20.

[18] Peters K E,Walters C C,Moldowan J M.The biomarker guide:Volume2,Biomarkers and isotopes in petroleum systems and earth history[M].Cambridge:Cambridge University Press,2005:525-526,617.

[19] 孟仟祥,房嬛,徐永昌,等.柴达木盆地石炭系烃源岩和煤岩生物标志物特征及其地球化学意义[J].沉积学报,2004, 22(4):729-736.

[20] Moldowan J M,Seifort W K,Gallegos E J.Relationship between petroleum composition and depositional environment of petroleum source rocks[J].AAPG Bulletin,1985,69:1255-1268.

[21] Sinninghe Damste J S,Kenig F, Koopmans M P,et al.Evidence for gammacerane as an indicator of water column stratification.[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1995:59(1):1895-1900.

[22] 张立平,黄第藩,廖志勤.伽马蜡烷:水体分层的地球化学标志[J].沉积学报,1999,17(1):136-140.

(编辑徐文明)

IdentificationofchiefhydrocarbonsourcerocksinLishuFaultDepressionandtheirgeochemicalcharacteristics

Song Zhenxiang, Zhou Zhuoming

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

Based on the hydrocarbon generation potential of 4 sets of source rocks developed in the Lishu Fault Depression, the results illustrated that the chief hydrocarbon source layer is K1shand the secondary layer is K1yc; meanwhile, the effective source rocks of K1hand K1dformations only developed in some certain areas. We made a cluster analysis to source rock samples (TOCgt;0.5%) based on more than 20 variables, and the results have shown that the source rock samples can be divided into 4 types and the geochemical characteristics of 4 types of source rocks are different in many respects, such as sedimentary environment, hydrocarbon generation potential, origin of organic matters and maturity stages. Type C and D source rocks have the highest hydrocarbon generation potential and they have good comparability with crude oils. Taking into account the plane distribution of source rocks, type C source rocks mainly distribute in Siwujiazi, Pijia and Sangshutai deep depressions with deep lake facies. Meanwhile, type A, B and D source rocks mainly distribute in Sujiatun sag, Shuanglong sag and Taipingzhuang, Qikeshu, Qinjiatun areas along the basin margins with shallow lake facies, semi-deep lake facies and swamp subfacies within delta plain sedimentary environment.

hydrocarbon generation potential; biomarker; cluster analysis; chief hydrocarbon source rock; Lishu Fault Depression; Songliao Basin

1001-6112(2013)04-0438-07

10.11781/sysydz201304438

TE122.1+13

A

2012-07-21；

2013-06-03。

宋振响(1983—)，男，硕士，工程师，从事油气地球化学研究。E-mail: szhx0606@163.com。

中国石油化工股份有限公司科技部项目(P09026)资助。