鄂爾多斯盆地早奧陶世碳酸鹽巖有機質研究

汪健+黃文輝+傅迷

摘要：沉積盆地中分散有機質是油氣生成的物質基礎，所生成的油氣的質量與數量取決于盆地內分散有機質的類型和豐度。有機質類型決定烴源巖的質量的優劣，一個沒有優質烴源巖的盆地不是一個具有良好前景的含油氣盆地。鄂爾多斯下古生代地層由于受沉積作用和多幕地殼構造的影響，使得研究區奧陶系碳酸鹽巖有機質普遍處于高成熟和過成熟作用階段。鄂爾多斯地區奧陶紀碳酸鹽巖形成于海相環境，遠離陸源物質供給區，其有機質的生源組成屬腐泥類，干酪根類型應歸為Ⅰ型為主。通過研究區碳酸鹽巖類型熱解分析結果得到研究區有機質類型為Ⅲ型，一般認為是高演化程度造成的。為了研究導致碳酸鹽巖有機質類型與其生源不一的原因，需要排除熱演化的干擾，對有機質類型進行恢復，將結果進行具體分析。本文旨在通過恢復有機質類型，對研究區碳酸鹽巖有機質類型轉化的因素進行系統的研究。

關鍵詞：碳酸鹽巖；有機質類型；有機質恢復

中圖分類號：P618文獻標志碼：A文章編號：1672-1098（2016）01-0013-06

Abstract：Dispersed organic matter in sedimentary basins is the material base of oil and gas production， the quality and quantity of oil and gas produced depend on the type and abundance of the dispersed organic matter in the basins. Organic matter types determine the quality of source rocks， and a basin without good source rocks is not an oil and gas bearing basin with good prospect. Due to the influence of sedimentation and multiphase tectonic effects on lower Paleozoic strata in Ordos， in Ordovician carbonate rocks organic matter is generally in high mature and over mature stage. The Ordovician carbonate rocks in Ordos area formed in a marine environment， which are far away from the terrigenous material supply area， the organic matter source composition belongs to a kind of sapropelic kerogen， which should be mainly classified as type I. By the analysis of the type of carbonate rocks in the studied area， the type of organic matter in the studied area is type III， which is generally considered as a high degree of evolution. In order to study the reasons of different types of organic matter in carbonate rocks and their origin， it is needed to eliminate the interference of thermal evolution and recover the type of organic matter and make a concrete analysis of the results. The aim of this paper is to study the factors of the transformation of organic matter in carbonate rocks in the studied area by recovering the type of organic matter.

Key words：carbonate rocks；organic matter type；organic matter recovery

1區域地質概況

鄂爾多斯地區橫跨陜、甘、寧、蒙、晉五?。▍^），是中國東部構造域和西部構造域的結合部，位于華北、華南兩大地質單元的交界附近。大構造上研究區屬于中朝準臺地的一部分，是一個發育有多種類型沉積，多種沉積體系的大型沉積盆地，其古生代地層分布的范圍為：北界巴彥高勒-托克托大斷裂，西界石咀山-甜水堡-平涼斷裂，南界乾縣-韓城-河津斷裂，東界離石斷裂，面積約23萬平方公里。早古生代該區表現為穩定的升降運動，在陸塊內部形成典型的克拉通坳陷，從寒武紀到早奧陶世中部以穩定地臺型碳酸鹽巖沉積為主，西部毗鄰秦祈地槽，發育臺地邊緣相、斜坡相和盆地相[1-2]（見圖1）。圖1鄂爾多斯盆地沉積相分布圖

鄂爾多斯地區下古生界只有寒武系和奧陶系，缺失志留系[3-4]。寒武系與奧陶系東部為連續沉積，在西緣和南緣存在沉積間斷，奧陶系下統冶里組和亮甲山組只在東部、南部及西部賀蘭山地區有分布。奧陶系下統與中統之間存在沉積間斷，中統平涼組只在西緣和南緣分布，本區內部缺失。奧陶系中統與上統之間也存在沉積間斷，奧陶系上統只分布在南緣和北緣。

2有機質生源類型

碳酸鹽巖有機質主要來源于單細胞微體浮游藻類，它們形成了早奧陶世海洋中食物鏈的基礎并成為生命演化的主導，存在于碳酸鹽巖臺地的各類環境中。由于保存環境不同，所保存的藻類殘體的數量不同，遭受微生物降解的程度不同，再加上后期的氧化程度也不同，導致碳酸鹽巖中有機質的類型不同。奧陶系碳酸鹽巖遠離陸源物質供給區，形成于海相環境，其主要有機質輸入物是富含脂類和蛋白質的藻類、菌類以及海洋動物等[5-15]。

在研究區的瀉湖、膏云坪、泥云坪相碳酸鹽巖中發現較多的菌藻類。菌藻類具有耐鹽、耐高滲透壓性，易存在高鹽度的咸水水體中，這種高鹽度的環境限制了動物群的繁殖和變異，沒有捕食藻類的動物存在，使藻類群落廣泛生長繁殖，其消耗量達到最小。蒸發臺地的膏云坪環境細菌的繁衍繁盛，微生物有機質是最好的生油母質，它們是Ⅰ型有機質的母質來源。

研究區碳酸鹽巖有機質的組成主要是菌藻類、動物有機碎屑以及被細菌降解的腐泥基質。在碳酸鹽巖的晶間孔或晶間溶孔中還有碳瀝青。根據碳酸鹽巖中的生物化石組合和有機顯微組分的組成特征，可以說明奧陶紀碳酸鹽巖中有機質的生源組成屬腐泥類，其干酪根類型有Ⅰ型和Ⅱ型。

3有機質類型確定

巖樣熱解分析資料是一種評價烴源巖有機質類型的有效方法。運用氫指數（IH）、類型指數（S2/S3）和降解率（D）劃分烴源巖有機質類型是一種簡便而又有效的方法（見表1）。

研究區現存的碳酸鹽巖干酪根類型屬Ⅲ型，經恢復之后與生源類型相比有機質類型下降了一級。導致碳酸鹽巖有機質類型與其生源不一的原因可以有兩種解釋[29-32]。一是高度氧化而使類型轉化，二是高度演化使類型轉變。若屬于后者，那么原來干酪根是屬Ⅱ型或Ⅰ裥？，在熱演化過程中逐漸轉變為Ⅲ型。無論是熱演化還是氧化，基本點都是有機質的官能團脫落，芳核增大，不同類型有機質最終都變為Ⅲ型干酪根。顯微結構鏡質組向惰質組轉化是增碳和芳構化過程，是在氧化條件下進行的，同樣，海相藻質體也是可以在氧化條件下向“惰質體”轉化，變為Ⅲ型干酪根。淺水臺地中發育的顆粒碳酸鹽巖中部分藻團粒、團塊包裹的有機質由于受到包殼的保護而保持為Ⅱ型干酪根。

研究區沉積相分析表明，早奧陶世全區總體為淺水碳酸鹽巖臺地，水體很淺。由于各地所處環境的“開放性”不同，造成氧化還原條件不同，導致有機質受氧化作用影響程度不同，恢復后有機質類型也不同。

早奧陶世馬家溝期之后，全區抬升暴露于地表，長期遭受風化剝蝕、大氣淡水淋濾和向下滲流，埋藏在地下的巖石也因古巖溶作用而遭氧化，特別是在隆起區兩側碳酸鹽巖中出現很多經受氧化的標志（見表5）：黃鐵礦被氧化為褐鐵礦，巖石中普遍有褐鐵礦浸染的黃鐵礦假晶；大氣淡水淋濾和滲流出現了許多去云化和去膏化的現象；巖石中出現許多溶孔、溶縫和溶蝕的現象。表5碳酸鹽巖經受暴露之后的氧化標志

有機相氧化礦物溶蝕孔洞縫去云化去膏化 瀉湖褐鐵礦、黃鐵礦、假晶裂縫中有鐵質和粘土充填方解石充填于裂縫中 膏云坪褐鐵礦、次生粘土、白云石晶間被氧化、鐵浸染、具黃鐵礦石膏假晶許多大小不等01-07mm溶孔，中心大多無礦物充填溶孔邊緣見白云石未溶盡的殘余，并被鐵質浸染石膏假晶，被方解石交代，高溶角礫 潮渠褐鐵礦、膏溶角礫、石膏假晶溶蝕的孔洞縫與構造裂隙相連，沿裂隙有鐵質浸染，溶蝕孔洞中有方解石殘余 泥云坪褐鐵礦 灰云坪次生方解石、次生粘土、黃鐵礦假晶、褐鐵礦白云石晶間溶蝕，有鐵質浸染，晶?？?、次生溶孔發育方解石充填于晶間、裂縫溶孔中，由表生作用形成殘留白云石 潮下淺水黃鐵礦假晶白云石被次生方解石交代，受地表淡水影響

研究區早奧陶世碳酸鹽巖沉積物在沉積-成巖階段的強氧化作用，促使其干酪根類型轉化，此后在熱演化程度達到高成熟階段，又使有機質類型降級，成為目前實測的Ⅲ型干酪根。沉積-成巖階段的氧化作用是促使干酪根類型轉化的主要因素之一，而有機質的高演化程度則使各類有機質之間差別縮小，趨向均一化，Ⅱ型干酪根向Ⅲ型干酪根轉化。

6結論

研究區碳酸鹽巖有機質類型實驗結果為Ⅲ型，這是由于生源組成、沉積與成巖作用和高熱演化等多種作用綜合影響所致。如果排除熱演化的干擾，所恢復的有機質類型則反映出不同條件下形成不同的有機質類型。

研究區干酪根類型由Ⅱ型轉變為Ⅲ型的主導因素在不同地區可以是不同的。沉積環境充氧或受大氣淡水淋濾滲透影響大的地區，碳酸鹽巖類型在未成熟階段已轉為Ⅲ型，如天1井、天2井分布區，陜參1井附近。受大氣淡水影響小的地區在未成熟階段干酪根類型已轉變為Ⅱ型，如陜17井。前者大多分布在隆起區的外側邊緣，后者則分布在局限臺地。淺水臺地中發育的顆粒碳酸鹽巖中部分藻團粒、團塊包裹的有機質由于受到包殼的保護而保持為Ⅱ型干酪根。

在沉積和成巖過程中經受過強烈氧化作用改造的碳酸鹽巖，其有機質類型為Ⅲ型，如開闊海、灰云坪相的碳酸鹽巖有機質；如未經過后期強烈演化，保持還原條件的沉積成巖環境，碳酸鹽巖有機質則為Ⅱ型，如膏云坪泥云坪等沉積相高能淺灘環境的碳酸鹽巖有機質也可為Ⅱ型。

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