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第 45 卷 第 5 期 煤田地质与勘探 Vol. 45 No.5 2017 年 10 月 COAL GEOLOGY Longtan ation; organic chemistry; sequence stratigraphy 20 世纪 90 年代以来，层序地层学的概念和方 法逐渐形成完整的体系，并已经成为油气勘探中一 种广泛应用的技术[1]。2000 年，J W Snedden 等[2] 和K M Bohacs等[3]相继提出了层序地层地球化学和 地球化学层序地层学的概念，其主要内容是研究基 于层序地层格架的烃源岩分布及其地球化学特征， ChaoXing 14 煤田地质与勘探 第 45 卷 即将层序地层学与有机地球化学相结合，利用有机 地球化学参数进行进一步的层序划分并对原有层序 划分进行修正。目前国内应用地球化学层序地层的 概念和方法来解决油气勘探问题比较少见。笔者利 用浙江煤山地区长页 1 井的有机地球化学指标，结 合该井的测井及岩性信息，对该井的目的层上二叠 统龙潭组页岩的层序划分进行了修正。 1 区域地质 煤山地区位于浙江长兴下扬子地区的东南缘， 出露最老的地层为志留系，区内缺失下、中泥盆统， 从上泥盆统五通组至上二叠统长兴组除有些小的沉 积间断外，地层发育较齐全。主要褶皱构造由印支 运动形成，燕山运动主要造成断裂和岩浆活动，喜 马拉雅运动以地壳差异性升降为主，形成平缓的构 造盆地。 长页 1 井位于长兴县东南方位图 1， 是针对上 二叠统龙潭组为目的层位的 1 口页岩气地质参数 井。长页 1 井钻井完井深度为 460.71 m，钻遇地层 主要为龙潭组海相段、下含煤段、堰桥段和第四 系覆盖物。龙潭组为海陆过渡相，由野外露头和长 页 1 井的岩性资料可知， 其主要岩性为灰黑色泥岩、 页岩、炭质页岩及粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层。 龙潭组可分为上、中、下 3 段主要针对长页 1 井 下段为粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层、中细砂岩； 中段为炭质页岩、炭质泥岩夹粉砂质泥岩和煤层； 上段为暗色泥页岩、粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩。 图 1 研究区地理位置图 Fig.1 Geographycal location of the study area 2 研究方法 传统方法的层序边界的识别，关键在于识别和 确定不整合面[4]。不整合面的形成受海平面升降变 化控制，形成于海平面快速下降期[5-7]。此时，由于 早期沉积出露水面，遭受剥蚀和大气淡水的淋滤作 用，故而层序界面上下地层在测井、岩性上会有明 显的特征性反映。 a. 测井曲线突变 在自然电位和电阻率的 曲线组合中，层序界面一般位于漏斗形曲线的顶 部，钟形曲线的底部；而在声波时差曲线上，层 序界面上、下同一岩性一般用泥岩的趋势线明 显错开，并且界面之下的声波时差值高于界面之 上[8]。 b. 岩性突变 层序界面一般处于由下向上变 粗的准层序组顶部，界面之下砂岩层向上变厚、砂 泥比向上变大或粒度向上变粗[8]。 c. 不符合瓦尔特相律 在岩性组合上，可出现 垂向相序不连续[8]。 根据上述层序划分基本原理，将长页 1 井龙 一、龙二、龙三段 3 个层序，每个层序均划分出 下部的海侵体系域TST和上部的高位体系域 HST。在层序、沉积相综合柱状图上，海侵域表 现为正旋回沉积序列，而高位域则表现为反旋回 沉积序列[9]。在自然伽马和自然电位测井曲线上， 海侵域和高位域分别为齿状钟形显示和齿状漏斗 形显示[10-11]。在具体划分一个层序的海侵域和高 位域时，主要是寻找这个层序内的最大海泛面 Mfs或密集段CS[12]。 鉴于一些岩层对于测井曲线的反应并不明 显，尤其碳酸盐岩地层中存在如硬石膏和泥质填 充等干扰性岩层。并且在划分最大海泛面时，对 于厚度较大的细粒岩层来说，更加准确地判断最 大海泛面的位置具有一定的难度，识别过程中易 产生误差。而一些有机地球化学指标如 TOC、氯 仿沥青“A”、 姥植比 Pr/Ph 等对最大海泛面以及各 体系域划分具有一定的指示作用，可以辅助识别 最大海泛面和各体系域，使层序的划分更加准确。 基于此，笔者将长页 1 井龙潭组层序的划分进行 了修正。 3 结果与讨论 3.1 长页 1 井龙潭组页岩有机地球化学特征 选取长页 1 井龙潭组 90 个样品，分别进行总 有机碳含量 TOC、 氯仿沥青“A”、 碳优势指数 CPI、 奇偶优势指数 OEP、轻正构烷烃与重正构烷烃比 值 nC21nC22/nC28nC29及 姥 植 比 Pr/Ph的 测定。分析长页 1 井有机质来源、类型、丰度及 成熟度。 ChaoXing 第 5 期 王琼等 基于地球化学的页岩层序地层划分 15 3.1.1 有机质来源及类型 选用了nC21nC22/nC28nC29判识长页 1 井有机质类型。 从图 2 可以看出， 长页 1 井的nC21 图 2 长页 1 井龙潭组nC21nC22/nC28nC29随深度 变化图 Fig.2 Variation of nC21nC22/nC28nC29 with depth of Longtan ation in well Changye1 nC22/nC28nC29值大多数偏低0.51.5，仅有少 量比值超过 2，表明重烃组分占有绝对优势[13]，指 示了龙潭组属于陆相成因母质输入型，整个时期高 等植物发育繁茂。 长页 1 井龙潭组 H/C 原子比最小值为 0.43 1.48，平均为 0.66；O/C 原子比最小值为 0.040.09， 平均为 0.055表 1。干酪根类型主要为Ⅲ型，部分 为Ⅱ型[14]。 3.1.2 有机质丰度 泥页岩中足够数量的有机质是形成油气的物 质基础，也是决定其生烃能力的主要因素[15-16]。总 有机碳含量TOC、氯仿沥青“A”通常用来指示有 机质丰度[17-18]。 长页 1 井 300 m 以深 TOC 值较低， 皆小于 1，浅部 TOC 质量分数为 1.02.0，属于 较好烃源岩图 3。同样，氯仿沥青“A”值也在埋深 300 m 左右含量最高，300 m 以深较低，300 m 以 浅较高。 3.1.3 有机质成熟度 由图 4 可知， 长页 1 井的热解峰温值Tmax均超 表 1 长页 1 井元素分析数据表 Table 1 Elemental analysis of well Changye1 样品编号 深度/m 岩性 Cdaf/ Hdaf/ Odaf/ H/Catom O/Catom CY1 13.25 灰黑色页岩 67.75 3.56 3.76 0.63 0.04 CY6 29.41 深灰色泥岩 65.69 3.83 4.04 0.70 0.05 CY12 44.85 灰黑色泥岩 66.07 3.84 3.24 0.70 0.04 CY20 67.23 灰黑色粉砂质泥岩 72.22 3.37 4.38 0.56 0.05 CY29 87.18 灰黑色粉砂质泥岩 60.31 3.21 5.05 0.64 0.06 CY38 102.19 灰黑色粉砂质泥岩 71.54 3.76 4.96 0.63 0.05 CY49 124.06 灰黑色粉砂质泥岩 64.78 3.19 4.76 0.59 0.06 CY67 167.6 灰黑色含粉砂泥岩 73.11 3.83 4.01 0.63 0.04 CY73 186.31 深灰色粉砂质泥岩 78.82 4.42 4.15 0.67 0.04 CY78 200.49 灰黑色含粉砂泥岩 67.01 3.54 5.47 0.63 0.06 CY81 211.89 深灰色粉砂质泥岩 45.41 2.35 5.57 0.62 0.09 CY86 224.26 深灰色粉砂质泥岩 77.64 3.80 4.63 0.59 0.04 CY90 237.13 灰黑色粉砂质泥岩 65.67 8.09 5.79 1.48 0.07 CY98 257.85 浅灰色泥岩 47.47 2.19 5.89 0.55 0.09 CY108 286.01 灰黑色粉砂质泥岩 60.17 3.48 4.68 0.69 0.06 CY117 344.11 灰黑色粉砂质泥岩 66.88 3.13 5.79 0.56 0.06 CY133 391.31 灰黑色粉砂质泥岩 76.34 2.74 4.37 0.43 0.04 CY154 454.13 灰黑色粉砂质泥岩 70.77 3.72 4.13 0.63 0.04 ChaoXing 16 煤田地质与勘探 第 45 卷 图 3 长页 1 井 TOC 及氯仿沥青“A”与深度关系图 Fig.3 Relationship between TOC , chloro bitumen”A” and depth of well Changye1 图 4 长页 1 井龙潭组 Rran和 Tmax随深度变化图 Fig.4 Variation of Rran and Tmax with depth of Longtan ation in well Changye1 图 5 长页 1 井龙潭组 OEP 与 CPI 随深度变化图 Fig.5 Variation of OEP and CPI with depth of Longtan ation in well Changye1 过 435℃， 对应的有机质镜质体随机反射率 Rran绝大 多数为 0.71.3，个别 Rran1.3，说明有机质已 进入成熟阶段[10]，部分达到高成熟，处于生油气的 高峰时期，尤其是龙一段和龙二段的下部。 CPI 与 OEP 用作成熟度指标时， 演化时限愈长、 受热史愈长、温度愈高则成熟越好，OEP 就愈接近 于 1[19]。由图 5 可知，长页 1 井的 CPI 以及 OEP 值 都在 1 左右，并且很接近 1，这说明了龙潭组页岩 的成熟度较高，进一步印证了龙潭组的生油气潜力 很大。 3.2 长页 1井龙潭组页岩层序划分及其地球化学 特征 3.2.1 最大海泛面地球化学修正 在一个层序单元内的垂直剖面上， 最大 TOC 含 量往往与最大海泛面有关在最大海泛面之上，由 于高水位体系域的进积作用，沉积物被稀释，有机 碳含量降低；在该海泛面之下，由于前一个水进体 系域有较高的沉积速率， 向最大海泛面方向 TOC 含 量逐渐增加，有机质类型也随之变好[20]。据此对龙 潭组 3 个最大海泛面位置进行了修正。 据长页 1 井龙潭组页岩的 TOC 值得出，龙潭 组属于较好烃源岩。结合测井曲线及岩性，将 3 个最大海泛面即高位域与海侵域的分界处均调 整到该段的 TOC 极大值位置。 另外， 氯仿沥青”A” 同 TOC 值变化趋势相同，但没有 TOC 值变化趋 势明显图 6。姥植比Pr/Ph极大值也出现在最大 海泛面附近，则这 3 种有机地球化学指标对最大 海泛面均有较强的指示作用。而 CPI、OEP 与 nC21nC22/nC28 nC29对最大海泛面的指示 作用较弱。 3.2.2 体系域地球化学特征 高位域具有陆源有机质输人的特征，饱和烃表 现出明显的奇偶优势[1]。长页 1 井龙潭组的龙一、 龙二、龙三段的三个高位域中，nC21nC22/nC28 nC29的比值普遍低于海侵域图 6， 说明龙潭组高位 域中 C29，C28含量相对较高，具有重烃优势。高位 域中姥植比Pr/Ph相对于海侵域较高。OEP 值以及 CPI 值都在 1 左右浮动，变化不明显，对于高位域 的只是作用较弱。 海侵域表现为较少的陆源有机质输人的特征， 其 Pr/Ph 比值均相对偏低, 表明烃源岩沉积于还原 性较强的环境中，很可能是弱氧化环境。长页 1 井 龙潭组的龙一、龙二、龙三段的三个海侵域的 Pr/Ph 较低图 6，尤其龙三段， Pr/Ph 比值很低且下降趋势 明显。 长页 1 井三个海侵域中nC21nC22/nC28nC29 相对高位域偏高。 与高位域相似， 长页 1 井龙潭组三 个海侵域的 OEP 值与 CPI 值均在 1 左右浮动，变化 不明显，故而对海侵域也没有较强的指示作用。 ChaoXing 第 5 期 王琼等 基于地球化学的页岩层序地层划分 17 图 6 长页 1 井龙潭组页岩层序划分及对应有机地球化学指标 Fig.6 Sequence division and organic geochemical indicators of Longtan shale in well Changye1 4 结 论 a. 龙潭组具备有利于页岩气形成的地质及地 球化学条件。泥页岩有机碳总量 TOC 质量分数为 0.114.84，平均 0.93，属于较好烃源岩；有机 质类型主要为Ⅲ–Ⅱ型干酪根， 陆源大分子高等植物 输入量较大，有机质类型较好。综合考虑，研究区 龙潭组具备页岩气富集的基本条件。 b. 龙潭组可划分为龙一段、龙二段和龙三段， 各层序中高位域的陆源物质输入较多，TOC 的极大 ChaoXing 18 煤田地质与勘探 第 45 卷 值和氯仿沥青“A”的极大值与最大海泛面密切相关。 并根据 TOC 值和氯仿沥青“A”的含量， 将原龙一段、 龙二段以及龙三段的最大海泛面位置调整至该段 TOC 值和氯仿沥青“A”极大值的位置附近。 c. 高位域的nC21nC22/nC28nC29值普 遍低于海侵域，海侵域的姥植比普遍低于高位域。 OEP、 CPI 等虽可以指示烃源岩有机质的来源以及 成熟度，但对层序划分的指示作用较弱。 参考文献 [1] 李美俊， 周东升. 层序地层地球化学地球化学研究的新进展[J]. 石油实验地质，2003，255487–491. 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