层序地层地球化学在海拉尔盆地呼和湖凹陷烃源岩评价中的应用

６１　４４　地　质学报　ＡＣＴＡ　ＧＥＯＬＯＧＩＣＡ　ＳＩＮＩＣＡ　Ｖｏ１．８６　ＮＯ．４Ａｐｒ．　２　０１　２　

层序地层地球化学在海拉尔盆地呼　

和湖凹陷烃源岩评价中的应用　

吴海波，李军辉　

大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆，１６３７１２　

内容提要：呼和湖凹陷是海拉尔盆地未来油气勘探的新战场，目前勘探程度较低，关于烃源岩的认识比较薄　

弱，精细评价该区烃源岩对有利区带预测具有重要意义。　以层序地层学和地球化学理论为指导，综合运用有机碳　（ＴＯＣ）、生烃潜量Ｐ　（ｓ　＋Ｓｚ）、氯仿沥青“Ａ”、干酪根元素特征、岩石热解特征和干酪根类型指数（ＫＴＩ）及显微组分　特征、镜质组反射率（Ｒ。）和源岩甾萜烷特征等方面资料，从不同层序和同一层序不同体系域对呼和湖凹陷的烃源　岩特征进行综合评价研究。结果表明，呼和湖凹陷烃源岩非均质性特征明显，烃源岩生烃的层位主要分布于Ｓｑ４、　Ｓｑ３和Ｓｑ２层序的湖侵体系域和高位体系域，尤其是Ｓｑ３和Ｓｑ２层序的湖侵体系域中。应用这一方法进行烃源岩　评价，不仅对呼和湖凹陷的油气勘探工作具有重要的意义，同时对于勘探程度低、钻井稀少的含油气盆地中的烃源　

岩评价工作更为有效。　

关键词：海拉尔盆地；呼和湖凹陷；层序地层学；地球化学；烃源岩　

层序地层学已成为油气勘探中一种广泛应用的　

技术，其主要作用就是在等时层序地层格架中进行沉　积体系的分析，预测生油层、储层和盖层的分布及特　

征（Ｗａｇｏｎｅｒ　ｅｔ　ａ１．，１９９０）。国内外许多沉积学家和石　

油勘探家对层序地层学在油气储层预测和描述中的　

应用上取得了巨大的成功；相对而言，层序地层学应　

用于烃源岩的分布预测和质量评价则相对较少，这方　

面的理论研究也相对薄弱（刘洛夫等，２００２）。在一个　

层序的垂向剖面中，有机质含量的分布具有明显的规　

律性，密集段附近的沉积速率最低，有机质含量最高，　

由密集段向上或向下，有机质含量逐渐降低。理论上　

讲，密集段是最重要的潜在生油层。　

呼和湖凹陷目前油气勘探程度低，钻井少，源岩　

取芯则更少，对烃源层的空间分布特征、源岩有机质　

的变化规律认识不太清楚，导致资源评价结果还不　

十分精确，层序地层地球化学无疑将成为一个非常　

有效的研究手段。因此，开展层序地层地球化学在　

烃源岩评价中的研究，探讨烃源岩分布与层序地层　

的关系，对有效地研究盆地的油气生成具有重要的　

意义（刘洛夫等，２００２；朱光有等，２００４；赵彦德等，　

２００８）。　本次将层序地层学和有机地球化学方法结合起　

来，在建立层序地层格架的基础上，以层序和体系域　为地层单元，探讨了烃源层分布和源岩有机质性质　

随层序和体系域变化的规律，同时推动了层序地层　

地球化学的发展和在油气勘探中的应用。　

１　地质概况　

呼和湖凹陷是海拉尔盆地贝尔湖坳陷的一个二　

级构造单元，是该盆地１６个凹陷中比较有潜力的勘　

探地区之一。呼和湖凹陷呈北东向展布、为东断西　

超的箕状断陷，东与锡林贝尔凸起相邻，西与巴彦山　

隆起相接，北部与伊敏凹陷相连，向南延伸出国界与　

蒙古相连（李军辉等，２０１０）。可将其进一步划分为　

“三坡两洼一凸”的构造单元，即东南陡坡带（工）、西　

北缓坡带（Ⅱ）、北部斜坡带（１ｌＩ）、南部洼槽带（ＩＶ）、　

北部洼槽带（Ｖ）和中央凸起带（Ｖ１）（胡寿梅等，　

２ＯＬＯ）（图１）。凹陷面积为２５００　ｋｍ　，沉积岩最大埋　

深约４６００　ＩＴＩ。白垩系为盆地主体沉积，从下至上划　

分为下白垩统铜钵庙组（Ｋ　￡）、南屯组（Ｋ　ｎ）、大磨　

拐河组（Ｋ　）、伊敏组（Ｋ　）及上白垩统青元岗组　

（Ｋ　ｑ）（刘秋宏等，２０１０）。以层序地层学理论为指　

注：本文为国家“９７３”项目（编号２００９ＣＢ２１９３０６）和教育部新世纪优秀人才支持计划（编号ＮＣＥＴ一０４—０３４５）资助成果。　收稿日期：２０１１－ｕ—Ｏ１；改回日期：２０１２一Ｏ１—１０；责任编辑：周健。　作者简介：吴海波，男，１９６５年生。博士，主要油藏描述与储量评价等方面研究。Ｅｍａｉｌ：ｗｕｈａｉｂ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃ０ｍ．ｃｎ。通讯作者：李军辉，　Ｅｍａｉｌ：ｌｉｊｕｎｈｕｉ—ｌｉ＠１６３．ｃｏｍ。

　第４期　吴海波等：层序地层地球化学在海拉尔盆地呼和湖凹陷烃源岩评价中的应用　６６３　

～５．６９　范围内，均值达到２．２５　，整体上属于　

中一好烃源岩，个别深度为差烃源岩，有的深度为最　

好的烃源岩；Ｓｑ４层序中暗色泥岩有机碳分布在　

１．３２　～６．２５　范围内，均值达到２．Ｏ３　，整体上　

属于中一好烃源岩，个别深度为最好烃源岩；Ｓｑ５层　

序中暗色泥岩有机碳分布在０．９２　～３．１７　９／５范围　

内，均值达到０．２３　，整体上属于非一差烃源岩，个　

别深度为中等烃源岩。由上可见，Ｓｑ２层序、Ｓｑ３层　

序中烃源岩最发育，其次是Ｓｑ４层序（表２）。　

２．１．２氯仿沥青“Ａ”　

氯仿沥青“Ａ”是指烃源岩中的可溶有机质，通　

常被认为主要是干酪根降解的产物经排烃后保留在　

烃源岩中的部分，可以直接聚集成藏，常用它来衡量　

烃源岩的有机质丰度（康立明等，２００７）。　Ｓｑ２层序中暗色泥岩氯仿沥青“Ａ”分布在　

０．００３　～１．１２２　范围内，均值达到０．１６６　，非均　

质性较强，从非～差一中一好烃源岩均有分布，但是　

中一好烃源岩含量相对多些；Ｓｑ３层序中暗色泥岩　

氯仿沥青“Ａ”分布在０．００６％～０．２５５　范围内，均　

值达到０．０６８　，整体上属于中一好烃源岩，个别深　

度为差烃源岩；Ｓｑ４层序中暗色泥岩氯仿沥青“Ａ”　

分布在０．００８　～０．１１７　范围内，均值达到　

０．０４１　９／６，整体上属于差源岩，个别深度为非烃源岩　

和中等烃源岩；Ｓｑ５层序中暗色泥岩氯仿沥青“Ａ”　

分布在０．０１３　～０．０５９　范围内，均值达到　

０．０３４　，整体上属于非一差烃源岩，个别深度为中　

等烃源岩。由上可见，Ｓｑ２层序、Ｓｑ３层序中烃源岩　

最发育，其次是Ｓｑ４层序（表２）。　

表２呼和湖凹陷不同层序有机质丰度参数数据表　Ｔａｂｌｅ　２　Ａｂｕｎｄａｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｔｅｒ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｈｕｈｅｈｕ　ｓａｇ　

层位　ＴＯＣ（　）　Ｐｇ（ｍｇ／ｇ）　“Ａ”（％）　评价结果　范围　０．０５～３．６８　０．０５～２２．４１　０．００２６～１．１２２１　Ｓｑ２层序　中等一好烃源岩　平均值／样品数　２．４３／２Ｏ　１２．１１／２０　０．１６５８／１２　范围　０．５４～５．６９　０．５７～６．９３　０．００６４～０．２５４７　Ｓｑ３层序　中等一好烃源岩　平均值／样品数　２．２５／５０　３．３５／４８　０．０６８０／３Ｉ　范围　１．３２～６．２５　０．３４５～１１．９１　０．００８０～０．１１７３　Ｓｑ４层序　差一中等烃源岩　平均值／样品数　２．０３／５９　３．２５／５６　０．０４Ｉ１／４ａ　范围　０．９２～３．１７　０．５７～４．７８　０．０１２８～０．０５９３　Ｓｑ５层序　差烃源岩　平均值／样品数　０．２３／１５　２．５１／１１　０．０３３５／６　

２．１．３生烃潜量Ｐ　（Ｓ。＋Ｓ：）　

生烃潜量Ｐ　（Ｓ　＋Ｓｚ）为烃源岩已生成的吸附在　

烃源岩孔隙中的吸附烃ｓ　和干酪根热解生成的烃　

Ｓｚ之和，对于衡量成油成气能力而言，生烃潜量能更　

客观和更直接地体现烃源岩的生烃能力（康立明等，　

２００７）。　

Ｓｑ２层序中暗色泥岩氯生烃潜量ｓ　＋Ｓ２分布在　

０．０５￣２２．４１　ｍｇ／ｇ范围内，均值达到１２．１１　ｍｇ／ｇ，非　

均质性较强，从非一差一中一好烃源岩均有分布，整　

体上属好烃源岩，个别深度为差烃源岩；Ｓｑ３层序中暗　

色泥岩氯生烃潜量ｓ　＋Ｓ２分布在０．５７～６．９３　ｍｇ／ｇ　

范围内，均值达到３．３５　ｍｇ／ｇ，整体上属于中一好烃源　

岩，个别深度为差烃源岩；Ｓｑ４层序中暗色泥岩氯生烃　

潜量ｓ　＋Ｓ２分布在０．３４５～１１．９１　ｍｇ／ｇ范围内，均值　

达到３．２５　ｍｇ／ｇ，整体上属于差一中烃源岩，个别深度　

为非烃源岩；Ｓｑ５层序中暗色泥岩氯生烃潜量Ｓ　＋Ｓ　

分布在ｏ．５７～４．７８　ｍｇ／ｇ范围内，均值达到２．５１　ｒａｇ／　

ｇ，整体上属于非一差烃源岩，个别深度为中等烃源　

岩。由上可见，Ｓｑ２层序、Ｓｑ３层序中烃源岩最发育，　其次是Ｓｑ４层序（表２）。　

综合以上各参数指标分析表明（表２），Ｓｑ５层序　

的暗色泥岩属于差烃源岩，其个别深度段为中等烃　

源岩；Ｓｑ４层序的暗色泥岩属于差一中烃源岩，其个　

别深度段为中等烃源岩；Ｓｑ２层序、Ｓｑ３层序暗色泥　

岩属于中一好烃源岩，Ｓｑ２层序暗色泥岩属于中一　

好烃源岩，其中个别深度段为最好烃源岩。　

２．２不同层序有机质类型　

烃源岩的有机质丰度决定着生油的物质基础，　

有机质类型是生油物质的质量评价。不同类型的有　

机质生成油气的能力不同，生成的烃类组分特征也　

有差别。因此，有机质类型研究是烃源岩评价的又　

一重要方面。目前，确定有机质类型的方法较多，根　

据呼和湖凹陷烃源岩的有关的分析化验资料，运用　

Ｈ／Ｃ—ｏ／ｃ、ＩＨ—Ｔ　、ＫＴＩ、干酪根显微组分等多种方　

法，对研究区暗色泥岩烃源岩的有机质类型进行研　

究和评价。　

２．２．１干酪根元素特征　

干酪根元素分析表明，呼和湖凹陷各个层段暗　６６４　地质学　报　

Ｏ　

图２　呼和湖凹陷不同层序暗色泥岩干酪根热解参数分类图　Ｆｉｇ．２　Ｄａｒｋ　ｍｕｄｓｔｏｎｅ　ｋｅｒｏｇｅｎ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｈｕｈｅｈｕ　ｓａｇ　

色泥岩的有机质类型较好，均为Ⅱ　～Ⅱ　型有机质　

类型。其中，Ｓｑ２和Ｓｑ３层序的有机质类型更偏向　

于Ⅱ　～Ｉ型，由此可知，Ｓｑ２和Ｓｑ３层序有机质类型　

最好，为研究区主要的烃源岩层段（图２）。　

２．２．２岩石热解特征　

岩石热解中的氢指数（ＩＨ）、降解率（Ｄ）、类型指　

数（ｓｚ／ｓ。）、最高热解温度（Ｔｍ　）是确定有机质类型　

较为常用的参数。从ＩＨ—Ｔ…关系图（图３）可以看　

出，呼和湖凹陷各个层段暗色泥岩的有机质类型较　

好，整体上以Ⅱ　～Ⅱ　型为主，个别的发育Ⅲ型。其　

中，Ｓｑ３、Ｓｑ４和Ｓｑ５层序的有机质类型较为复杂，有　

部分Ⅲ型干酪根。而Ｓｑ３层序的有机质类型更偏向　

于Ⅱ　～Ⅱ：型，由此可知，Ｓｑ２和Ｓｑ３层序有机质类　

型最好，为研究区主要的烃源岩层段。　

２．２．３　ＫＴＩ　

ＫＴＩ是数值化的干酪根类型指数，该指数大致　

分布于ｉ００～０之间，其值越大，表明有机质的类型　

越好，即生烃潜力越高（卢双舫，１９９６）。表３为ＫＴＩ　

值与离散型有机质分类的大致对应关系。按照此标　准，Ｓｑ２和Ｓｑ３层序的有机质仍然以Ⅱ　型和Ⅱ　型为　

主，而且局部地区可见Ｉ型（图４）。　

表３　ＫＴＩ与离散的干酪根类型的大致对应关系　

Ｔａｂｌｅ　３　Ｔｈｅ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＫＴＩ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｋｅｒｏｇｅｎ　ｔｙｐｅｓ　

综合以上各有机质类型分析表明，Ｓｑ２层序和　

Ｓｑ３层序暗色泥岩有机质类型最好，为研究区主要　

的烃源岩层段。整体以Ⅱ　型和Ⅱ　型为主，局部地