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第 46 卷 第 5 期煤田地质与勘探Vol. 46 No.5 2018 年 10 月COALGEOLOGY 2. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China Abstract Dongpu depression in the Upper Paleozoic has a superior material basis for hydrocarbon generation, and the potential of oil and gas generation depends on the sedimentary organic facies. Based on the research of coal and its periphery sedimentary organic facies types and distribution characteristics of Dongpu depression,thermal simulation experiment of hydrocarbon source rocks, coal ed hydrocarbon potential of the Upper Paleozoic in Dongpu were discussed. Research shows that the Upper Paleozoic sedimentary organic facies in Dongpu depression can be divided into 6 types, vitrinite humic organic facies is the main research field of organic facies, Taiyuan ation and lower part of Shanxi ation have also developed a small containing sapropelic humic organic and chitin humic organic facies and the upper part of Shanxi ation has a relatively inert organic humic facies, while hydrogen-rich organic facies develops in the northern part of Dongpu depression. In particular, wells Qinggu ChaoXing 108煤田地质与勘探第 46 卷 2 , Mao 4 and Mao 8 have good organic types, while vitreous humus organic facies and inert atmosphere humic organic facies develop the southern part. There are obvious differences in hydrocarbon generation potential between different organic facies. The potential of vitrinite humic organic facies is comparable to that of typical coal -derived oil and gas basins in China, while the hydrogen-riched organic facies has higher hydrocarbon generation potential. Because of differences of the degree of thermal evolution in Dongpu depression, various blocks have differences in oil and gas generation, samples of well Mao 4 have low maturity and low oil and gas production; well Qinggu 2 had Rmaxaround 1, was at the liquid hydrocarbon generation peak, had higher coal-derived oil yield, well Wengu 1 was in the mature and high mature area, had higher coal-derived gas yield, but did not yet reach the peak of coal gas yield; southern well Magu 5 was at high mature, had high coal gas potential, because the south suffered magmatism, for the assessment of its coal gas potential it is necessary to take the degree of influence of magma into account. Keywords sedimentary organic face; coal-ed hydrocarbon; Upper Paleozoic; Dongpu depression 煤系烃源岩生烃潜力的评价方法已日趋成熟， 目前主要从影响煤系烃源岩生烃能力的有机岩石学 和有机地球化学参数以及综合地质地球化学等方面 开展煤成烃的评价研究。其中有机地球化学参数如 有机碳、氯仿沥青“A”、总烃和热解生烃潜量等仍 然是评价煤成烃潜力的常用指标，但由于煤系特殊 的沉积环境和母质组成，有机质中能形成油气的有 效碳含量偏低，陈建平等[1]建议进行煤系烃源岩评 价时不应该简单套用一般湖相泥岩有机质丰度评价 标准，考虑煤系有机质的特殊性，相应指标应有所 提高。有机岩石学或煤岩学方法近年来也被广泛用 于煤成烃的评价，黄文辉等[2]利用不同显微组分对 煤成烃的贡献来探讨鄂尔多斯盆地煤系的生烃潜 力。M. Smyth 等[3]通过有机岩石学全岩显微组分的 含量定量评价了烃源岩生烃潜力。赵师庆等[4]利用 荧光显微组分丰度–FMT 参数作为评价不同还原类 型煤生烃、排烃潜力的定量指标。沉积有机相是国 内外广泛应用于油气资源评价和盆地远景预测的工 具，而煤相作为一种特殊的有机相正越来越多地用 于煤成烃的评价和聚煤规律的研究[3-6]。姚素平等[7] 将有机地球化学与有机岩石学的研究结合起来，结 合煤系源岩的沉积环境、煤系源岩的分布和生烃量 等研究，通过沉积有机相的研究评价了鄂尔多斯盆 地中生界煤的生烃潜力。 目前对有机相的评价方法综合考虑了烃源岩有 机岩石学、有机地球化学和沉积环境等多种因素， 由于该方法集沉积学、有机岩石学和有机地球化学 于一体，所以是评价盆地煤、油、气等能源矿产的 最有效方法。 本文主要通过煤系沉积有机相的研究， 分析东濮凹陷煤系沉积有机相的类型与分布，结合 烃源岩地层热模拟实验，探讨了东濮凹陷上古生界 煤成烃的潜力。 1东濮凹陷上古生界煤系发育特征 东濮凹陷位于渤海湾盆地西南部，东以兰聊断 裂为界与鲁西隆起相邻，西部过长垣断裂，逐渐过 渡到内黄隆起，北跨马陵断裂进入临清坳陷的莘县 凹陷，南以兰考凸起与中牟凹陷相隔，是新生代裂 解断陷形成的双断式凹陷。凹陷 NNE 向延伸，呈北 窄南宽的琵琶状， 面积约为 5 300 km2图 1。 受 NNE 和 NE 向断裂系统控制，基底呈“两洼一隆一斜坡” 的格局[8-9]。 图 1东濮凹陷构造地质图 Fig.1Tectonic and geological map of Dongpu depression 东濮凹陷基底为太古界变质岩，沉积盖层包括 下古生界、上古生界、三叠系和新生界。下古生界 寒武–奥陶系均为浅海相的碳酸盐岩沉积。 晚奥陶世 时，加里东运动使本区地层抬升，一直持续至早石 炭世。到晚石炭世时，地层开始沉降接受沉积，在 奥陶系不整合面之上，沉积了上古生界上石炭统和 ChaoXing 第 5 期彭君等 东濮凹陷及其周缘地区上古生界煤系沉积有机相及煤成烃潜力109 二叠系海陆交互相含煤地层和陆相碎屑岩地层。聚 煤作用从晚石炭世开始，到中二叠世早期，聚煤作 用达到了高潮，自中二叠世晚期，聚煤作用衰退。 煤系烃源岩主要分布在太原组和山西组，太原组以 海相沉积为主， 发育碳酸盐台地相和碎屑滨岸沉积。 碳酸盐台地相沉积的岩性以灰–暗灰色泥晶生物碎 屑灰岩为主，常与海湾泥岩和滨岸沼泽沉积互层。 碎屑滨岸体系主要发育障壁海岸沉积，包括障壁岛 坝、潟湖、潮坪等相。山西组和下石盒子组沉积 时，本区处于海陆过渡相，发育三角洲沉积体系， 包括分流沼泽亚相、 分流平原亚相和分流河道亚相。 上石盒子组和石千峰组沉积时，本区已远离海相环 境，发育一套陆相沉积，主要为河流沉积体系[10]。 上古生界由太原组开始，自下而上划分为 9 个 煤段，太原组为一煤段，山西组为二煤段，下石盒 子组为三、四、五、六煤段，上石盒子组为七、八、 九煤段。含煤性以太原组和山西组的一、二煤段为 最好。 太原组一煤厚度具有从北到南明显变薄的特征， 在安阳地区一煤厚 0.45.12 m，平均 3 m；鹤壁地区 0.952.93 m，平均 1.76 m，濮阳龙古 1 井为 1.60 m， 往南到焦作一煤厚 0.99.43 m，平均 1.1 m，再往南 煤变为不可采或局部可采。太原组煤形成时处于周 期性潮汐水流作用的地带，时而被海水侵没，时而 又露出水面，以潮汐作用为主，水能量总体较低， 适合于蕨类植物生长，形成的煤层厚度一般不大， 但稳定性强，分布面积广，层位稳定，煤层结构复 杂，煤层中常常有薄条带状分布的黏土矿物夹层， 硫分含量高，灰分中等。山西组二煤是山西组泥炭 沼泽在海退过程中于三角洲平原或潮坪上发育起 来。由于北距阴山物源区遥远，陆源碎屑的搬运微 弱，沉积速度缓慢，同时，南离海岸线也较远，小 规模短暂的海侵难以影响到研究区，加上气候适宜， 植物繁盛，成煤植物丰富，泥炭沼泽持续时间较长， 形成了巨厚的泥炭层， 二1煤区域上平均煤厚 5.35 m， 为低硫、低灰的优质煤，也是河南省境内的重要富 煤区。 东濮凹陷经过近 40 年的勘探， 现在已经发现了 大量煤成气藏，在上古生界钻探过程中，有 17 口井 见到油气显示，文古 2 井获得工业油气流，开 33、 35、文古 1 及白 56 井获低产油气流，表明东濮凹陷 上古生界有良好的油气勘探前景，特别是近年来在 西斜坡胡古 2、西南洼方 2 井也发现了煤成气等， 尽管已有的资料对石炭–二叠系煤系富有机质泥岩 和煤的总厚度统计差异较大，但总的来看，太原组 和山西组一般煤层总厚度为 1030 m，其中北部地 区较厚，平均在 20 m 以上；煤系暗色泥岩厚度一般 在 100160 m，一些钻井统计可达 200 m 以上，炭 质泥岩厚也达 1520 m，因此东濮凹陷上古生界具 有丰富的煤成烃物质基础。 2沉积有机相特征和分布 2.1沉积有机相划分与相特征 P. Hacguebard 等[11]在对大量现代沼泽研究的基 础上，提出了有机质生成环境的岩相图解，即 2 个 三角形的四端元法则图 2。 图 2东濮凹陷及其周缘上古生界煤系显微组分 划分的有机相图解 Fig.2Organic facies diagram of the maceral division of the coal of Upper Paleozoic coal measures in Dongpu depression 岩相图解的划分原则及三角图所代表的意义如 下 ① 低等水生生物和高等植物的生成环境差异较 大，以此作为岩相图解中上下三角形区分的依据。 低等水生生物以藻类体为代表，多与湖相深水沉积 有关。相的划分首先以藻类体含量的 10为限。藻 类体和沥青质体之和大于 10的煤和炭质泥岩为水 下湖相沉积，岩相图的划分以下部的三角形为准， 藻类体含量小于 10的为陆相沉积，岩相图以上部 三角形为准。② 上部的三角形代表比较干燥的条 件，愈向 A 端元顶端愈干燥。当分析结果 D 端元小 于 10时使用这一图解，需将 C 与 D 组元合并；同 样，当分析结果 D 端元大于 10时，需将 A 与 B 组元加在一起，将数据绘在下面的三角形中，即代 表比较潮湿条件下的三角形。 ChaoXing 110煤田地质与勘探第 46 卷 将研究区煤和暗色泥岩的有机显微组分进行了 详细的定量统计， 以 P. Hacguebard 等[11]岩相图解为 基础，将显微组分数据按岩相图解法绘制到岩相图 解上图 2，同时采用了 M. Teichmller[6]对煤相的 研究成果，并根据上述沉积有机相标志，结合对准 噶尔盆地，吐哈盆地[12-13]及鄂尔多斯盆地中生界沉 积环境和有机地球化学研究工作的认识，以显微组 分及其生烃潜力为主要划相标志，将东濮凹陷上古 生界太原组–山西组暗色泥岩和煤的沉积有机相划 分成 6 种沉积有机相，可以看出，本区样品分布主 要在潮坪腐殖有机相中，其中煤层主要形成于潮坪 沼泽环境中的镜质腐殖有机相，部分煤的夹层或显 微煤分层分布在含腐泥腐殖相和壳质腐殖相中； 暗色泥岩的分布较为复杂，总体上仍以镜质腐殖有 机相为主。各相特征和分布如下 2.1.1惰质腐殖有机相 该相经常暴露于潜水面之上，遭受氧化，所以 单层厚度不稳定。显微组分以富含镜质组、惰质组 和贫壳质组为特征；显微煤岩类型以微丝煤和微镜 惰煤为主。 惰质组主要由氧化丝质体和粗粒体组成， 体积分数为 3090。镜质组以均质镜质体为主， 植物结构保存程度差。壳质组体积分数一般低于 5。泥岩中的有机成分也是以富集惰质组和镜质组 为主要特征，其反映了一种偏氧化的沉积沼泽环 境。在镜质体反射率Rmax＜0.5左右时，H/C150 mg/gTOC， S1S2100 mg/g，有机质类型大部分为Ⅱ型。该相既 可以转化形成良好的油源岩，也可以形成劣质煤和 油页岩。 2.1.5壳质腐殖有机相 这是一种特殊的有机相类型，是由水流将陆地 沼泽或湖泊边缘沼泽中的泥炭带入异地沉积场所所 致。在异地搬运过程中，泥炭经过氧化、分选而选 择性保存稳定组分，因此特别富集孢子体、角质体 等，往往形成角质残殖煤、孢子煤或烛煤，并含有 一些藻类等低等生物形成的有机质以及由类似前身 物质转变而来的沥青质体，壳质组体积分数一般在 30以上，藻类体主要是一些淡水的皮拉藻图 3。 ChaoXing 第 5 期彭君等 东濮凹陷及其周缘地区上古生界煤系沉积有机相及煤成烃潜力111 图 3腐泥腐殖煤相和壳质腐殖煤相显微组分特征 Fig.3Characteristics of maceral of sapropel humic coal facies and chitin humic coal facies 煤的类型可由高壳质组含量的腐殖煤过渡到腐泥 煤，且常含有较多的黏土矿物。镜质组含量常常低 于 50。在低成熟阶段，H/C 原子比为 1.11.4，氢 指数 HI＞150 mg/gTOC。 反映了该相更趋于生油。 山西组少量富树皮体的薄煤层属于该有机相。 2.1.6腐泥有机相 该相中的有机显微组分主要是藻类体、沥青质 体和矿物沥青基质，可见有少量的高等植物碎屑。 H/C 原子比大于 1.4，氢指数 HI＞200 mg/gTOC， 有机质类型为Ⅰ–Ⅱ1型，主要形成炭质泥岩或沥青 质泥页岩或油页岩，发育于潟湖、海湾环境，为深 水沉积。该相具有很高的生油潜力。太原组的部分 暗色泥岩段分布在此相中。 2.2煤系有机相分布 东濮凹陷上古生界不论是煤还是暗色泥岩，镜 质腐殖有机相是主要的有机相类型，其比例占到整 个煤系有机相类型的 55左右，惰质腐殖有机相在 2030图 4， 壳质腐殖有机相也是东濮凹陷上古 生界较发育的有机相类型，总占比可达 10左右， 而含腐泥腐殖有机相、腐泥腐殖有机相和腐泥相只 有少数样品，并且常常是薄煤层或炭质泥岩，这 3 种有机相占比总体上不到 10。其中太原组镜质腐 1镜质腐殖有机相；2惰质腐殖有机相；3壳质腐殖有机相； 4含腐泥腐殖有机相；5腐泥腐殖有机相；6腐泥有机相 图 4研究区太原组和山西组各有机相占比 Fig.4The ratios of different organic facies in Taiyuan and Shanxi Groups in the study area 殖有机相占比约 51， 惰质腐殖有机相占比在 20， 壳质腐殖有机相约占 10，含腐泥腐殖有机相、腐 泥腐殖相和腐泥相总体占比约 19。而山西组发育 ChaoXing 112煤田地质与勘探第 46 卷 镜质腐殖有机相和惰质腐殖有机相，镜质腐殖有机 相在总有机相的占比中与太原组相近，约占 56， 但惰质腐殖有机相明显较太原组占比要高，约占总 有机相样品比例为 33，在少数煤分层或薄层炭质 泥岩中发育壳质腐殖有机相，占比约 10左右，这 和太原组的壳质腐殖有机相占比相近，但不发育含 腐泥腐殖有机相、腐泥腐殖有机相和腐泥相。 由于研究区太原组–山西组沉积时发生多次海 进–海退沉积旋回， 使有机相类型纵向分布呈现一定 的旋回性。太原组沉积初期发生较大规模的海进， 研究区位于潮坪–潟湖地带，咸水沼泽大量发育，在 潮坪广泛沼泽化的泥炭沼泽中形成腐殖煤；并且在 广大的潮坪区域中发育一系列沼泽湖，这种沼泽湖 面积小，持续时间短，缺乏大量泥砂供应，容易形 成富含壳质组包括藻类体的显微组分煤层。如太 原组下部相当于一煤段的一1煤发育的层位，在鲁西 南相当于17煤， 发育残殖腐殖煤相或腐泥腐殖煤相； 太原组沉积中期海水逐渐退去， 潮坪沼泽广泛发育， 形成镜质腐殖煤相，沉积晚期，海水再次侵入，重 新发育沼泽湖，大的沼泽湖演变为潟湖，沼泽湖周 缘潮坪相发育镜质腐殖煤相，沼泽湖或潟湖由于 水体深，成煤作用中止，形成富含壳质组或藻类体 的劣质煤或暗色泥岩沉积。鲁西南济三煤矿区太原 组主要发育17煤和16煤，其中17煤厚约1 m左右，藻 类体体积分数大于10，壳质组体积分数达20， 且镜质组几乎全部为富氢基质镜质体，显微组分分 布较为杂乱，并见流纹结构，为较为典型的含腐泥 腐殖煤相，一些显微煤分层可达腐泥腐殖有机相。 东濮凹陷中毛8井和庆古2井中太原组下部煤层也具 有相似的显微组分组成特征，其中庆古2井4 300 m 附近煤层壳质组和腐泥组体积分数之和达45左 右， 毛8井在2 3202 330 m的薄煤层壳质组和腐泥组 体积分数之和达50，一些富有机质泥岩中富氢组 分的含量甚至更高， 但藻类体往往降解成腐泥基质， 有机相类型表现为腐泥腐殖相， 少量富有机质泥岩 显示腐泥相的特征。济三煤矿16煤则以镜质组为 主，壳质组含量与17煤相比明显较低，镜质组呈规 则条带状分布，这是研究区大多数煤的主要特征， 为典型的镜质腐殖煤相， 也是东濮凹陷主要的有机 相类型。 山西组沉积早期，发生海退，潮坪沼泽广泛发 育，咸水沼泽发育区域大量陆源物质输入，使山西 组下部沉积以潮坪沼泽镜质腐殖煤泥相为主，为 山西组主要煤成烃有机相类型，在广大的潮坪区域 中，局部区发育类似于太原组沉积时期的沼泽湖， 形成富含壳质组的有机相类型，如富含孢子体和树 皮体的壳质腐殖有机相。山西组上部沉积时期发生 海退，三角洲由西向东进积，研究区镜质腐殖相逐 渐向惰质腐殖相过渡。至石盒子组，海水退却，形 成各种淡水湖泊，发育镜质腐殖相和惰质腐殖有机 相类型。 有机相分布研究表明，太原组沉积有机相类型 变化大，早期和晚期发育沼泽湖壳质腐殖相，少量 的含腐泥腐殖煤泥相、腐泥腐殖煤泥相和腐泥有 机相。沉积中期主要发育潮坪镜质腐殖腐殖相，山 西组则以镜质腐殖煤泥相为主，并发育含量较高 的惰质腐殖有机相和少量的壳质腐殖有机相图 5、 图 6。壳质腐殖相和含腐泥腐殖相烃源岩具有较高 含量的富氢基质镜质体和壳质组主要是角质体和 孢粉体、藻类体，能够提供煤成油资源。少量的腐 泥相虽然生油能力较好，但由于发育规模小，生油 贡献不大。镜质腐殖沉积有机相发育富氢基质镜质 体和一定的壳质组含量，具有较高的煤成气潜力。 东濮凹陷从南向北， 富氢有机相含量逐渐增高， 南部的马古 5 井太原组有机相主要为镜质腐殖有机 相和壳质腐殖有机相，其中镜质腐殖有机相占比 85左右，壳质腐殖有机相占比 15左右；山西组 仅表现在镜质腐殖有机相， 少量的惰质腐殖有机相， 且富氢显微组分体积分数低。往北至庆古 1 和庆 古 2 井区，太原组镜质腐殖有机相占比为 65，而 富氢有机相比例大大提高，其中腐泥腐殖有机相占 比 15，壳质腐殖有机相占比 10；山西组贫氢沉 积有机相含量明显提高，惰质腐殖有机相占比 40 以上，但一些煤显微分层或薄层炭质泥岩发育壳质 腐殖有机相，占比 10左右，其他均为镜质腐殖有 机相。文古 1 井太原组富氢相包括壳质腐殖有机相 和含腐泥腐殖有机相，占比 15，贫氢有机相和惰 质腐殖有机相占比 10，镜质腐殖有机相为 75； 山西组主要为镜质腐殖有机相。毛 8 井太原组含腐 泥腐殖有机相占比 10以上，惰质腐殖有机相含量 在 1520，其余均为镜质腐殖有机相；山西组腐 泥相、 壳质腐殖有机相和腐泥腐殖相总占比达 25， 主要分布在山西组底部， 惰质腐殖有机相占比 13， 镜质腐殖有机相为 62。因此，从有机相分布来看， 庆古 1 和庆古 2 井区富氢有机相最为发育，其次是 毛 8 井区和文留地区，南部马古 5 井区相对较差， 表明在庆古 2 井区、文 1 和毛 8 井区发育相对稳定 的沼泽湖。富氢有机相主要发育在太原组下部、太 原组上部和山西组底部，表明随着沼泽湖的扩张和 收缩，不同有机相相互叠置共生，山西组上部，沼 泽湖明显收缩，发育贫氢有机相。 ChaoXing 第 5 期彭君等 东濮凹陷及其周缘地区上古生界煤系沉积有机相及煤成烃潜力113 图 5毛 8 井太原组山西组沉积有机相分布 Fig.5Sedimentary organic facies distribution of Taiyuan-Shanxi ation in well Mao 8 图 6庆古 2 井太原组山西组沉积有机相分布 Fig.6Sedimentary organic facies distribution of Taiyuan-Shanxi ation in well Qinggu 2 ChaoXing 114煤田地质与勘探第 46 卷 3不同有机相烃源岩煤生烃潜力及差异 许多学者开展了煤的生烃热模拟实验，尽管生 烃模拟实验条件存在差异，但最终产烃率仍取决于 煤的物质组成和沉积有机相。图 7 为不同显微组分 组成煤的生烃热模拟实验结果结比，可以看出，不 同煤有机相的成烃潜力存在很大差异。 a．．壳质腐殖有机相的树皮煤产气率最高可 达 400 mg/gTOC，藻烛煤的烃产率也在 350 400 mg/gTOC[14]；鄂尔多斯盆地太原组和山西 组煤的最终产烃率在 100200 mg/gTOC[15]，属 于镜质腐殖有机相；惰质腐殖有机相煤的烃产率 仅在 50 mg/gTOC左右[13]； 研究区含腐泥腐殖有机相 的太原组煤和山西组暗色泥岩烃产率分别为 255 mg/ gTOC和 300 mg/gTOC，镜质腐殖有机相的山西 组煤和太原组泥岩产烃率也达 200 mg/gTOC左右。 由此可见， 成烃潜力由高到低顺序为壳质腐殖有机相 腐泥腐殖有机相含腐泥腐殖有机相镜质腐殖有 机相惰质腐殖有机相。本次实验用太原组煤样属于 含腐泥腐殖有机相， 而山西组煤则属于镜质腐殖有机 相， 实验获得的气产率大于鄂尔多斯盆地山西组和太 原组镜质腐质有机相煤的气产率， 介于鄂尔多斯盆地 镜质腐殖有机相煤和以孢子体、 藻类体为主的藻烛煤 的生烃潜力，相当于Ⅲ型–Ⅱ型有机质的生烃能力。 ① 残殖腐殖有机相；② 腐泥腐殖有机相；③④ 含腐泥腐殖有机相；⑤镜质腐殖有机相；惰质腐殖有机相 图 7不同有机相生烃特征对比图 Fig. 7Comparison of hydrocarbon characteristics of different organic phases b. 随温度的升高，不同有机相煤样成烃过程也 存在明显差异。从热模拟产物产率演化特征来看， 镜质腐殖有机相的成烃演化过程具有明显的多阶段 性，这主要是由镜质腐殖有机相煤样有机显微组成 的复杂性造成的， 镜质腐殖相有机质既包含壳质组、 富氢镜质体等富氢组分，又包含均质镜质体、惰质 组等相对贫氢的组分，由于不同显微组分化学结构 及热演化特征的差异性，导致镜质腐殖相煤样的成 烃演化过程呈现出几个明显的演化阶段。相应的， 惰质腐殖有机相、壳质腐殖有机相、腐泥腐殖有机 相由于显微组成较为单一，因而阶段性并不明显。 c. 在热模拟实验过程中，不同有机相煤样的主 生油气带宽窄也不同。从图 7 可以看出，惰质腐殖 相煤样的生油气带最宽，在 300600℃范围内，热 模拟产物的产率随温度升高逐步增大，表明煤样在 该范围内均有成烃作用发生，但总体生烃量低。壳 质腐殖相的生油气带非常窄，其成烃作用主要发生 于 400500℃范围内，其余温度范围内发生的成烃 作用相当微弱。镜质腐殖相煤样的生油气带宽窄介 于上述两者之间，且具有多阶段性。生油气带宽窄 的不同是由各煤样化学结构差异造成的，镜质腐殖 相烃源岩干酪根化学结构复杂程度较高，包含芳香 族结构、桥键、长短不一的脂肪族取代基以及各种 类型的杂原子官能团，键能分布范围较大，因而随 热力作用增强断裂生烃的温度范围也较大，各温度 下都有相应的化学键发生反应，导致其生油气带较 宽。与之相反，残殖有机相主要生烃显微组成为壳 质组组分，其化学结构均质性较高，因而成烃反应 较为集中。 且残殖腐殖有机相有机质芳香族结构含 量较低，因此其化学键能一般较低，成烃作用在 450℃就基本结束了，高温阶段成烃作用相当微弱， 不同于镜质腐殖相煤样在过成熟阶段500℃仍有 ChaoXing 第 5 期彭君等 东濮凹陷及其周缘地区上古生界煤系沉积有机相及煤成烃潜力115 相当的成烃潜力。 4煤系生烃潜力讨论 热模拟实验表明， 东濮凹陷上古生界煤不仅具 有煤成气的生成潜力， 也具有相当的煤成油生成潜 力。 吐哈盆地中下侏罗统煤系被认为是较为典型的 煤成油盆地[16]，其中煤镜质组体积分数一般为 6080 ， 惰 质 组 和 壳 质 组 体 积 分 数 分 别 为 1025和 515[17]。 富氢有机显微组分主要为 木栓质体、角质体和树脂体及富氢的基质镜质体， 这种显微组分构成特征和东濮凹陷上古生界煤非 常相似，整体上也是以镜质腐殖有机相为主。煤热 模拟结果表明图 8吐哈盆地侏罗系煤J1bRmax 为 0.4， 热模拟最大生油率为 88.2 mg/gTOC [18]， 研究区山西组热模拟煤样 Rmax值为 0.6，热模拟 实验最大生油率为 145.77 mg/gTOC，太原组热 模拟煤样 Rmax为 0.65， 煤热模拟煤最大生油率为 167.48 mg/gTOC 图 8。吐哈盆地侏罗系暗色泥岩 热模拟最大生油率为 101.3 mg/gTOC [18]， 研究区山 西组暗色泥岩最大生油率为 170.46 mg/gTOC，因 此， 研究区太原组和山西组煤系具有相当高的生油 潜力。 图 8研究区上古生界和吐哈盆地侏罗系煤系热模拟生 油潜量的对比 Fig.8Comparison of thermally simulated oil-generating potential of Upper Paleozoic in the study area and Jurassic coal measures in Tuha basin 本 次 热 模 拟 煤 和 泥 岩 的 产 烃 率 为 200300 mg/gTOC，鄂尔多斯盆地上古生界煤的热模拟结 果表明烃气产率 150250 mg/gTOC 图 7，研究 区无论是煤还是暗色泥岩的产气率要略高于鄂尔多 斯盆地煤和暗色泥岩的产气率。因此东濮凹陷上古 生界具有优越的煤成烃物质基础，其生烃潜力可以 和我国典型的煤成油气盆相媲美。 秦建中等[19]对湖相 I 型有机质生烃热模拟实验 的结果表明其生油产率 17.1 mg/gTOC＝4.12， Rmax0.34。东濮凹陷太原组和山西组仅煤层总厚 平均达 2025 m，按 50为镜质腐殖有机相评价， 根据模拟实验产油率换算，也相当于 3050 m 厚的 腐泥型烃源岩的油产率。气产率同样具有较大的潜 力，山西组和太原组煤最终气态烃产率在 200250 mg/gTOC，而 I 型有机质为 632.3 mg/gTOC，换 算成岩石体积分数，则山西组和太原组煤气产率为 135165 mg/g，I 型有机质泥岩产气率为 26 mg/g， 则 1 m 厚的煤产气率也相当于 34 m 厚的腐泥型泥 岩，产气率也相当可观。 由于东濮凹陷上古生界煤厚度较大、分布广、 有机质含量高。从有机质总量来看，东濮凹陷上古 生界煤层的生烃潜力不容忽视。煤可能是东濮凹陷 的重要烃源岩之一。同时，煤系暗色泥岩亦十分发 育，其生烃潜力相当于Ⅲ型偏Ⅱ型干酪根的生油气 潜力。而且，尽管太原组与山西组煤系主要发育镜 质腐殖有机相，但一些薄煤层或显微煤分层发育富 氢有机相，特别是北部毛 8 井区、庆古 2 井区发育 壳质腐殖有机相和含腐泥腐殖有机相，具有Ⅱ型干 酪根的生油气潜力。因此，东濮凹陷上古生界煤系 源岩为较好的烃源岩，具有极高的生烃潜力。 由于东濮凹陷上古生界热演化程度的差异，各 个区块油气生成可能存在较大差异，仅从目前的镜 质体反射率分布特征大致可以判断，毛 4 井区成熟 度低，油气产率低；庆古 2 井区 Rmax在 1.0左右， 处于液态烃类生成高峰期，煤成油产率相当较高， 文古 1 井区处于成熟–高熟区，有较高的煤成气产 率，但仍未达煤成气产率的高峰；南部马古 5 井处 于高过成熟，具有较高的煤成气潜力，但由于南部 遭受岩浆作用的影响，其煤成气潜力需要评估岩浆 作用影响的程度。 5结 论 a. 通过有机岩石学和有机地球化学分析，结合 沉积相研究成果，将研究区太原组、山西组沉积有 机相划分为 6 种类型，分别是惰质腐殖有机相、镜 质腐殖有机相、壳质腐殖有机相、含腐泥腐殖有机 相、腐泥腐殖有机相和腐泥有机相。有机相分布特 征表明，研究区主要发育镜质腐殖有机相，该有机 相的壳质组体积分数一般大于 10，太原组下部、 太原组上部–山西组底部还发育壳质腐殖有机相和 含腐泥腐殖有机相，这些富氢的有机相以富含壳 质组和腐泥组为特点，富氢有机相中煤中的基质镜 质体多为显微弱荧光的基质镜质体，山西组中上部 发育一定数量的惰质腐殖有机相。东濮凹陷不同地 ChaoXing 116煤田地质与勘探第 46 卷 区沉积有机相的发育特征不同，北部地区庆古 2 井 区和毛 4、毛 8 井区发育富氢有机相，而南部则发 育镜质腐殖有机相和惰质腐殖有机相。 b. 东濮凹陷上古生界具有优越的煤成烃物质 基础，油气生成潜力取决于沉积有机相。不同有机 相成烃潜力存在明显差异，镜质腐殖有机相的生烃 潜力相当于我国典型的煤成油气盆地，而富氢有机 相包括壳质腐殖有机相、含腐泥腐殖有机相生烃 潜力更高，相当于Ⅱ型干酪根的生油气潜力，由于 惰质腐殖有机相主要由贫氢显微组分构成，生烃潜 力低。 c. 综合对比结果表明东濮凹陷上古生界煤具 有较高的油油气潜力。由于东濮凹陷煤和暗色泥岩 有机相的变化较大，虽然煤和暗色泥岩的总厚度较 大，但有利有机相的时空分布仍需要进一步深入研 究，以期总体上对东濮凹陷煤系源岩的生烃潜力进 行评价。此外，东濮凹陷上古生界热演化程度也存 在很大差异，毛 4 井区成熟度低，油气产率低；庆 古 2 井区 Rmax在 1.0左右， 处于液态烃类生成高峰 期，煤成油产率相当较高，文古 1 井区处于成熟– 高熟区，有较高的煤成气产率，但仍未达煤成气产 率的高峰；南部马古 5 井处于高过成熟，具有较高 的煤成气潜力，但由于南部遭受岩浆作用的影响， 其煤成气潜力需要评估岩浆作用影响的程度。 参考文献 [1] 陈建平，黄第藩. 鄂尔多斯盆地东南缘煤矿侏罗系原油油源[J]. 沉积学报，1997，152100–104. 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