合肥盆地烃源岩特征分析

合肥盆地烃源岩特征分析

1

1

2

2

李宗亮，陈 刚，陈建平，谭明友

（1.西北大学 地质学系，陕西 西安 710069；2.中石化胜利油田有限公司，山东 东营 257022）

摘要:依据合肥盆地及邻区16口钻井岩心和3处露头样品的数据资料,对不同层位、不同类型烃源岩的有机碳含量、氯仿沥青“A”、生烃潜量和总烃含量等多项有机地化数据进行了统计分析，综合研究对比了主要烃源岩层系的有机质丰度、类型及其成熟度特征，并对其进行了初步评价。结果表明：下寒武统海相泥岩、石炭-二叠系滨海沼泽相煤系泥岩和下第三系湖相泥岩总体属于较好的烃源岩，白垩系和下侏罗统湖相泥岩均为较差的烃源岩；白垩系尤其上白垩统和下第三系烃源岩总体为成熟－低成熟型生油源岩，下侏罗统及其下伏层系的烃源岩在盆地深埋藏区总体属于过成熟生气源岩。这为盆地的油气勘探提供了来自烃源岩的重要信息。 关键词：合肥盆地；古生界；中生界；烃源岩

中图分类号：P618.130.1 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2005)0150-08 合肥盆地经过40多年的油气勘探，在盆地及周缘发现多处油气显示，并在构造研究方面取得了不少重要成果，但在烃源岩研究方面却相对薄弱，对其主要烃源岩层系及其品质和生烃潜能等长期存在较大争议，一定程度上影响和制约了盆地的油气勘探进程。本文以合肥盆地最新完钻获得的Ac1井岩心样品的烃源岩分析数据为基础，结合盆地及邻区15口钻井和3处露头剖面的烃源岩数据资料，对不同层位的有机质丰度、类型、成熟度和生烃潜能等进行了综合对比与分析评价，以期为该盆地油气勘探提供烃源岩的重要基础数据和信息。

1 盆地构造地质概况

合肥盆地位于华北地块南缘(见图1)，盆地东部为郯庐断裂，南以舒城断裂为界与大别山北麓的北淮阳构造带相邻，北部以寿县-定远断裂为界与淮南复向斜(煤田)相接。这里曾是华北古生代克拉通盆地的重要组成部分，发育早古生代陆表海-陆缘海相碳酸盐岩建造和晚古生代滨浅海相含煤碎屑岩建造，构成区域范围富含烃源岩的有利建造组合。印支期，由于秦岭-大别海槽的闭合，造成研究区前中生代地层的构造变形，并构成中新生代合肥盆地发育的基础。中新生代以来，合肥盆地经历了侏罗纪挤压拗陷、早白垩世走滑压陷、晚白垩世－早第三纪伸展断陷和晚第三纪－第四纪的抬升改造过程，发育侏罗系、白垩系和下第三系等湖相沉积烃源岩层系。

合肥盆地现今总体可划分为3个一级构造单元(见图1)：①北部斜坡带（Ⅰ），主要为侏罗纪向南倾斜的沉积斜坡，之后经历了早白垩世走滑压陷和晚白垩世－早第三纪伸展断陷沉积，自西向东由颍上凹陷、霍丘凸起和定远-大桥凹陷组成。②中部断褶带（Ⅱ），主体相当于侏罗纪南部拗陷与北部斜坡之间的过渡 收稿日期：2003-09-31

基金项目：国家“973”资助项目（No.2003CB214601）；中石化胜利油田资助项目；西北大学科研基金资助项目。 审 稿 人：黄第藩，男，中国石油勘探开发研究院教授。

区，之后经历了侏罗纪末的挤压逆冲变形、早白垩世的局部挤压拗陷以及晚白垩世－早第三纪的北断南超；③南部拗陷带（Ⅲ），主体发育侏罗纪山前挤压拗陷沉积和晚白垩世及早第三纪北断南超型断陷沉积；

图1 合肥盆地构造特征及样品井点分布图

Fig.1 Wells location and tectonic sketch map of the Hefei Basin.

2 古生界烃源岩

下古生界海相泥岩-碳酸盐岩和上古生界石炭-二叠系滨浅海相煤系泥岩，是华北地区油气勘探业已证明了的有利烃源岩层系，在合肥盆地及其相邻的淮南煤矿均有一定的分布，主要赋存于定远-大桥凹陷中北部以及肥中断裂、蜀山断裂和六安断裂的下盘。依据盆地及邻区7口钻井岩心和3处露头剖面的古生界样品数据，结合文献[1~4]的部分数据资料，对不同区块、不同层系的古生界烃源岩有机地化数据进行了统计分析，结果如表1所示。

2.1 下古生界

盆地内部目前缺乏下古生界钻井岩心资料，已有数据样品主要来自盆地西北缘的四十里长山和北缘的淮南推覆带。四十里长山的雨台山、陈山和煤山等地的下寒武统海相泥岩样品的干酪根碳同位素δ13C为－3.2%~3.4%，显示为腐泥型(Ⅰ型)干酪根，氯仿沥青“A”和生烃潜量等虽然相对偏低，但有机碳含量

- 2 -

明显较高(见表1)，TOC值0.28%~13.46%，平均7.26%，进一步考虑到相应地层中发现油浸和运聚痕迹，以及岩石薄片镜下荧光显示明显等基本事实[5]，表明这是一套较好的烃源岩层系。盆地北缘淮南推覆带出露的中寒武统－下奥陶统碳酸盐岩样品的有机碳含量普遍较低，TOC值主要为0.036%~0.545%，平均0.10%，显然低于碳酸盐岩生油岩的有机碳丰度0.5%的下限值[6~10]，氯仿沥青“A”和生烃潜量等指标也明显偏低，平均分别为0.005% 和0.043 mg/g，属于非烃源岩层系。

根据四十里长山地区下寒武统地层中沥青质反射率(Rb)主要集中在2.83%~4.64%，结合Jacob建立的Rb与Ro之间的关系式Ro=0.618Rb+0.4[11]，获得与之相当的镜煤反射率Ro值主要为2.15%~3.26%，平均2.89%。这与最高热解峰温Tmax (508~595℃)所反映的成熟度基本相当，总体处于过成熟生气阶段。因此，热演化程度显著偏高是导致其氯仿沥青“A”和生烃潜量等可溶有机质组分明显偏低的重要原因。此外，盆地北缘淮南推覆带中寒武统－下奥陶统烃源岩样品的Tmax值主要为433~540℃，大部分样品已进入高成熟－过成熟阶段。根据张义刚等对全球84个大型气田烃源岩的研究发现，腐泥型烃源岩生气高峰期的Ro值主体为1.3%~3.2%[12]，研究区下寒武统烃源岩的成熟度大致落入这一区间。

表1 合肥盆地古生界烃源岩分析数据对比表

Tab.1 Comparison of the Paleozoic source rock data in Hefei Basin

层 位

地 区 （岩性） Hs4井 （煤系泥岩）

Ac1井

上古生界

（泥岩） 北缘 （煤系泥岩）

南缘 （煤系泥岩）

北缘

下古生界

（碳酸盐岩）西北缘 （泥岩）

TOC /% 0.60~4.64 (1.96) 0.03~0.13 (0.08) 0.07~9.14 (1.43) 0.55~18.7 (3.45) 0.04~0.55 (0.10) 0.28~13.46 (7.26)

“A” /% 0.037~0.363(0.132) -- 0.002~0.082(0.029) 0.006~0.036(0.014) 0.001~0.009(0.005) 0.003~0.006(0.004)

S1+S2 /mg·g-1 0.42~9.56 (2.72) 0.01~0.02 (0.015) 0.002~15.72(1.67) 0.04~3.00 (0.40) 0.02~0.12 (0.043) 0.02~0.05 (0.04)

HC /10-6 79~1000 (364) -- 5~552 (130) 32~321 (110)

Ro /% 0.90~1.00 (0.94) 0.70~4.00 (2.10) 0.79~1.36 (1.03) 3.09~3.17 (3.13)

Tmax /℃ 436~450(446) >490 429~489(447) --

433~540

-- --

(466) 508~595

-- --

(573)

注：表中数据格式为：最小值－最大值,（平均值）

综上所述，盆地下古生界热演化已进入高成熟－过成熟阶段，中寒武统－下奥陶统碳酸盐岩样品由于有机质丰度明显偏低，属于非烃源岩层系，而下寒武统海相泥岩有机碳含量明显偏高，可能为一套较好的气源岩层系。

- 3 -

2.2 上古生界

上古生界石炭-二叠系是华北地区重要的含煤层系，区域油气勘探证实，其中的煤系泥岩是一套非常有利的烃源岩。合肥盆地北部钻井(Hs4、Ac1)钻遇的上古生界与其北缘淮南煤矿具有相似的建造组合,依据目前有关泥岩和煤系泥岩的不同有机质丰度评价标准[13,14]，结合盆地钻井岩心数据与邻区钻井岩心及重要露头样品数据，综合讨论合肥盆地石炭-二叠系烃源岩条件。

盆地东北部Hs4井钻遇的上古生界二叠系与其北部的淮南煤矿极其相似，为一套滨海沼泽相煤系地可溶有机质以“非层。二叠系石盒子组煤系泥岩岩心样品的干酪根碳同位素δ13C为－2.29% ~ －2.37%，烃＋沥青”含量高、饱／芳比值小于1为特征，显微组分以镜质组和壳质组为主，含少量腐泥组和惰质组，说明干酪根主要为Ⅲ型，含少量Ⅱ型；煤系泥岩样品的有机碳含量和生烃潜量都较高(见表1)，平均值分别为1.96%和2.72 mg/g，氯仿沥青“A”和总烃平均含量分别为0.131 8%和363.6×10-6，这与盆地北缘淮南煤田5口矿井获得的石炭-二叠系煤系泥岩样品的有机质丰度基本相当，属于一套有利的烃源岩层系。盆地中部Ac1井钻遇的上古生界主要为一套暗色泥岩、炭质泥岩，煤层不太发育，泥岩样品的有机碳和生烃潜量等指标明显偏低，分别为0.03%~0.13%和0.01 ~0.02 mg/g，烃源岩的有机质丰度差，为非生油岩。再向南，盆地南缘商城－固始地区出露的石炭系梅山群，干酪根碳同位素δ13C为－1.99%~－2.43%，镜质组含量为53.5%~89.5%，显示为Ⅲ型干酪根；煤系泥岩样品的TOC值(3.45%)明显较高，氯仿沥青“A”、生烃潜量和总烃含量相对偏低。综上所述，盆地东北部的石炭-二叠系有机质丰度总体达到了较好烃源岩的标准。

从热演化程度看，Hs4井二叠系泥岩样品的Ro主要为0.9%~1.0%，Tmax平均为446℃，与盆地北缘淮南煤田上古生界的热演化程度大致相当，总体处于成熟阶段。位于盆地中部肥中断裂活动带Ac1井的上古生界泥岩样品的Ro数据大小混杂，但总体偏高，平均达2.1%，显示出其在活动带附近异常分布的特点；Tmax值高于490℃，总体显示处于高成熟－过成熟阶段。盆地南缘商城－固始地区上古生界泥岩样品的Ro值为3.09%~3.17%，显示出过成熟演化特征。

依据上述：盆地东北部浅埋藏区上古生界煤系泥岩有机质丰度明显较好，热演化程度适中，无疑属于一套成熟型有利的烃源岩层系；盆地中部Ac1井上古生界泥岩有机质丰度明显偏低，很可能与该井区煤层不发育和异常热演化程度有关；盆地南缘上古生界残余有机碳含量明显增大，但过成熟的热演化程度同样导致其可溶有机质组分相对偏低。因此，合肥盆地上古生界烃源岩的有机质丰度和热演化程度在平面分布上存在较大的差异性，但从区域上看，仍不失为一套值得重视的有利烃源岩层系，尤其是盆地北部的有机质丰度和热演化条件更为有利，属于较好烃源岩层系，推测盆地深埋藏区可能有更高成熟度的气源岩存在。

3 中、新生界烃源岩

合肥盆地以湖相泥岩为特征的中、新生界烃源岩层系主要包括下侏罗统(J1)、白垩系(K)和下第三系(E)。依据盆地10口钻井岩心的烃源岩分析数据，结合文献[1，2，15，16]的部分数据资料，综合建立了表2所示的合肥盆地中新生界主要烃源岩层系的分析数据对比表。

- 4 -

3.1 侏罗系

合肥盆地侏罗纪挤压拗陷演化阶段发育了下侏罗统防虎山组湖相泥岩。盆地南部防虎山地区ZK3、ZK5、ZK6井的下侏罗统岩心样品分析结果表明，湖相泥岩的壳质组含量4.03%~6.32%，镜质组53.04%~75.06%，属于Ⅲ型干酪根；泥岩样品的有机碳含量普遍较高(见表2)，TOC值0.86%~8.14%，平均3.83%，氯仿沥青“A”和总烃含量相对偏低，生烃潜量明显较低。盆地中部Ac1井下侏罗统岩心样品干酪根显微组分大多为Ⅲ型，有机碳含量、氯仿沥青“A”和生烃潜量等有机质丰度指标普遍较低(见表2)，但其生物标志物的分析结果表明，C1－C7轻烃组分中甲烷含量占73%~80%，可能为生气源岩。

表2 合肥盆地中新生界烃源岩分析数据对比表

Tab. 2 Comparison of the Mesozoic -Cenozoic source rock data in Hefei Basin

层 位

地区及钻井 定远凹陷

E

(Y13、Hs4) 舒城凹陷 (Hs2)

K2

大桥凹陷 (Hs6、Hq5) 大桥凹陷 (Hq8、Hq9) 防虎山

J1

(ZK3、5、6) Ac1井

TOC /% 0.55~0.93 (0.83) 0.21~0.59 (0.44) 0.16~0.81 (0.43) 0.39~1.57 (0.72) 0.86~8.14 (3.83) 0.05~0.23 (0.13)

“A” /% 0.009~0.408 (0.156) 0.157~0.267 (0.212) 0.008~0.215 (0.119) 0.003~0.075 (0.018) 0.008~0.065 (0.026) 0.001~0.004 (0.002)

S1+S2 /mg·g-1 0.25~2.50 (1.03) 0.99~1.84 (1.28) 0.41~1.51 (0.93) 0.01~0.24 (0.14) 0.32~0.59 (0.42) 0~0.20 (0.02)

HC /10-6 117~278 (198) 109~150 (130) 25~740 (188) 8~483 (70) 40~542 (190) --

Ro /% 0.64~0.65 (0.64) 0.74 0.47~0.57 (0.52) 1.08~1.32 (1.22) 2.21~3.04 (2.54) 0.70~3.50 (2.10)

Tmax /℃ 428~464 (440) 434~455 (440) 432~486 (448) 466~560 (506) --

K1

--

注：表中数据格式为：最小值－最大值,（平均值）

从侏罗系热演化程度看，防虎山地区ZK 3、5、6等3口钻井下侏罗统泥岩Ro数据为2.21%~3.04%，平均2.54%；Ac1井侏罗系泥岩Ro数据为.7%~3.5%，平均接近2.1%。尽管这些样品井点位于构造活动性较强的六安断裂和肥中断裂附近，构造热演化条件及其Ro数据分布较为复杂，但其平均值普遍较高，总体显示下侏罗统烃源岩已进入高成熟－过成熟阶段，下侏罗统烃源岩可溶性有机组分相对偏低显然与所采样品的高热演化程度有关，现有数据已不足以代表其地质历史时期的生烃潜力。因此，从其残余有机碳含量和生物标志物地化分析结果中甲烷含量偏高的事实分析，下侏罗统湖相泥岩仍不失为一套具有一定生气能力的烃源岩层系，尤其是在远离断裂活动带地区的烃源岩条件及其热演化程度可能更为有利。

3.2 白垩系

下白垩统朱巷组湖相泥岩主要发育在合肥盆地东北部的大桥凹陷中部。该凹陷东部边缘的Hq8及Hq9井暗色泥岩的烃源岩分析结果表明：干酪根碳同位素δ13C在－2.2%左右，饱/芳比值0.35~1.71，总体属

- 5 -

于Ⅲ型干酪根；泥岩样品的有机碳含量较高(0.39%~1.57%)，平均值接近0.72%，氯仿沥青“A”含量、生烃潜量和总烃含量相对较低(见表2)。考虑到这些样品数据来自早白垩世盆地边缘相区，推测凹陷内部下白垩统烃源岩的有机质丰度有可能会增大。从下白垩统烃源岩的热演化程度来看，Hq8井朱巷组泥岩样品Ro数据为1.08%~1.32%，Tmax为466~560℃，总体属于成熟度适中的烃源岩。

上白垩统湖相泥岩主要发育在盆地东北部定远-大桥凹陷，包括张桥组和响导铺组。Hq5和Hs6井岩心样品的烃源岩分析结果表明：干酪根碳同位素δ13C在－2.2%左右,可溶有机质的饱/芳为0.09~1.74，平均接近0.97，属于Ⅲ型干酪根；泥岩有机碳含量较低，而氯仿沥青“A”和生烃潜量、总烃含量与下白垩统相比相对偏高(见表2)。从其热演化程度来看，泥岩样品的Ro为0.47%~0.57%，平均0.52%，Tmax值为432~486℃；OEP值为1.15~1.43，平均接近1.28，总体处于中偏低成熟阶段。

因此，合肥盆地上、下白垩统湖相泥岩的有机质丰度大致相当，总体达到较差烃源岩标准，且前者成熟度相对偏低，后者成熟度适中，总体属于较差烃源岩。

3.3 下第三系

下第三系定远组湖相泥岩主要发育在合肥盆地北部定远凹陷和南部舒城凹陷。南部Hs2井、北部Hs4井和Y13井下第三系泥岩样品的干酪根碳同位素δ13C为－2.11%~－2.39%，属于Ⅲ型干酪根。舒城凹陷Hs2井的资料显示，相关样品除氯仿沥青“A”较高外，有机碳含量、生烃潜量和总烃含量都相对偏低，总体达到较差烃源岩评价标准。定远凹陷Hs4井和Y13井泥岩样品的有机碳含量较高，大于其下伏层系，氯仿沥青“A”、生烃潜量和总烃含量与Hs2井样品相当，基本达到了较好烃源岩评价标准。

进一步考虑到所有钻井岩心样品提供的下第三系Ro数据主要为0.64%~0.74%，Tmax为428~464℃，认为盆地北部下第三系湖相泥岩总体属于中偏低成熟度的较好烃源岩层系。

4 主要结论

合肥盆地有利的烃源岩层系主要为下古生界下寒武统海相泥岩、上古生界石炭-二叠系煤系泥岩和下第三系湖相泥岩；其次包括下侏罗统及白垩系湖相泥岩。其中：下寒武统海相泥岩的有机碳含量较高，可溶性有机组分普遍偏低，热演化程度较高，总体属于一套较好的生气源岩；以盆地北部浅埋藏区Hs4井为代表的石炭-二叠系煤系泥岩总体属于有机质丰度较高的成熟型烃源岩，盆地中南部深埋藏区有可能达到高成熟－过成熟生气源岩条件；盆地北部下第三系湖相泥岩的有机质丰度明显优于下伏中生界层系的烃源岩条件，且处于中偏低成熟阶段，总体属于一套较好的烃源岩。下侏罗统湖相泥岩有机碳含量相对偏高，可溶性有机组分偏低，热演化程度较高，总体属于一套较差的生气源岩。白垩系湖相泥岩的成熟度较为适中，但其现有的有机质丰度只能达到较差烃源岩标准，总体属于一套较差的烃源岩。

参考文献：

[1] 李丕龙，李学田，宋明水，等. 合肥盆地石油地质与地球物理特征研究及进展[M]. 北京:地质出版社，

2003.10.

[2] 许世红，吴光华，黄开权，等. 安参1井侏罗系和石炭-二叠系暗色泥岩地球化学特征及意义[J]. 石油

实验地质，2002,24(3):284-286.

- 6 -

[3] 曹高社，宋明水，刘德良，等. 合肥盆地寒武系底部烃源岩沉积环境和地球化学特征[J]. 石油实验地质，

2002,24(3):273-278.

[4] 李 武，程志纯. 合肥盆地油气勘探前景分析[J]. 安徽地质，1997,7(3):56-61.

[5] 刘德良，曹高社，谈 迎. 华北盆地南缘发现寒武系烃源岩及油显示[J]. 石油学报，2000,21(5):l. [6] 张水昌，粱狄刚，张大江. 关于古生界烃源岩有机质丰度的评价标准[J]. 石油勘探与开发，

2002,29(2):8-12.

[7] 夏新宇，戴金星. 碳酸盐岩生烃指标及生烃量评价的新认识[J]. 石油学报，2000,21(4):36-41. [8] 梁狄刚，张水昌，张宝民，等. 从塔里木盆地看中国海相生油问题[J]. 地学前缘，2000,7(4):534-547. [9] 邱中建，张—伟，李国玉，等. 田吉兹、尤罗勃钦碳酸盐岩油气田石油地质考察及对塔里木盆地寻找

大油气田的启示和建议[J]. 海相油气地质，1998,3(1):49-56.

[10] 党振荣，张锐锋. 华北油田外围新区古生界、中上元古界原生油气勘探[J]. 勘探家，1998,3(4): 17-20. [11] JACOB H. Disperse solid bitumen as an indicator for migration and maturity in prospecting for oil and gas[J].

Erdulund Kohle,1985,38:365.

[12] 张义纲，熊寿生，宋国俊. 从全球大型气田生气高峰和分布规律分析我国天然气有利聚集保存区带[J].

石油实验地质，1990,l2(3)：213-231.

[13] 胡见义，黄第藩. 中国陆相石油地质理论基础[M]. 北京：石油工业出版社，1991.

[14] 陈建平，赵长毅，何忠华. 煤系有机质生烃潜力评价标准探讨[J]. 石油勘探与开发，1997,24(1):1-5. [15] 薛爱民，金维浚. 合肥盆地油气地质及其与大别造山带构造耦合[M]. 北京：石油工业出版社，2001. [16] 苏浙皖闽油气区石油地质志编写组. 中国石油地质志. 卷8 [M]. 北京：石油工业出版社，1992.

（编 辑 张银玲）

Analysis on the characteristics of source rocks in Hefei Basin

LI Zong-liang1, CHEN Gang1 , CHEN Jian-ping2, TAN Ming-you2

（1.Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069,China; 2. Shengli Oilfield Company, SINOPEC,

Dongying 257022, China)

Abstract: According to the analyses on different kinds of geochemistry data in sixteen wells and three outcrops of Hefei Basin and its surrounding regions, such as the total organic carbon content, the chloroform bitumen “A”, the potential of forming hydrocarbon and the total hydrocarbon, the characteristics of the source rocks in Hefei Basin are discussed. Especially, the organic matter abundance and maturity are studied synthetically and made a primary evaluation. The results indicate that Lower Cambrian marine mudstone and the Carboniferous-Permian coal-bearing mudstone, Eogene lacustrine mudstone are relatively good source rocks, otherwise, Cretaceous and Lower Jurassic lacustrine mudstone are relatively bad source rocks. Cretaceous and Eogene mainly are oil source rocks from mature to low mature, and Lower Jurassic and its substrata in the deep-lying regions mainly are postmature gas source rocks. These provide some important information from source rocks for the oil and gas exploration. Key words: Hefei Basin; Paleozoic; Mesozoic; source rocks

- 7 -

作 者 简 介

李宗亮，男，山东文登人，生于1979年1月。2002年7月毕业于西北大学地质学系，2002年9月至今在西北大学地质学系岩石学、矿物学、矿床学专业攻读硕士学位，主要从事油气地质方面的研究。曾参与“合肥盆地古地温场特征研究”和“合肥盆地构造演化研究与油气初步评价”等项目的研究工作。

本文引用格式为：

[]李宗亮，陈 刚，陈建平. 合肥盆地烃源岩特征分析[J]. 西北大学学报（自然科学网络版），2005，3（5）：0150.

- 8 -