Organic facies characteristics of source rocks and its indication for high quality source rocks of Miaoxi area， Bohai Sea

Yiming HU; Haifeng YANG; Feilong WANG; Yanfei GAO; Guomin TANG; Youjun TANG; Peng SUN

doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2022.10.001

2023 , Vol. 34 >Issue 2: 226 - 239

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2022.10.001

Organic facies characteristics of source rocks and its indication for high quality source rocks of Miaoxi area， Bohai Sea

Yiming HU ^,¹^,² ,
Haifeng YANG ³ ,
Feilong WANG ³ ,
Yanfei GAO ³ ,
Guomin TANG ³ ,
Youjun TANG ^,¹^,² ,
Peng SUN ¹^,²

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^1. Hubei Key Laboratory of Petroleum Geochemistry and Environment （Yangtze University），Wuhan 430100，China
^2. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources （Yangtze University），Ministry of Education，Wuhan 430100，China
^3. CNOOC China Limited，Tianjin Branch，Tianjin 300459，China

Received date: 2022-07-04

Revised date: 2022-10-05

Online published: 2023-03-06

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The National Natural Science Foundation of China(41972148)

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Abstract

The organic phases of source rocks are the comprehensive embodiment of organic matter mass fraction， organic matter type， organic geochemical characteristics and sedimentary environment. Using organic phases to evaluate the characteristics of source rocks is an effective tool in petroleum exploration nowadays. The study on organic phases of source rocks in Miaoxi area （East sag of Huanghekou Depression and South sag of Miaoxi Depression） of Bohai Sea is relatively weak， which restricts the exploration of high-quality source rocks of this area. Therefore， it is necessary to investigate the characteristics of the longitudinal distribution of organic phases， the characteristics of plane spreading and source rock formation in this area. This article based on the evaluation of hydrocarbon source rocks of Dongying Formation， Shahejie Formation and Kongdian Formation in Miaoxi area， the organic phase comprehensive evaluation and prediction of high quality hydrocarbon source rock development area are carried out by combining the microscopic components of cheese roots and the composition characteristics of biomarkers， taking into account the organic matter generation source of hydrocarbon source rocks， sedimentary phase and sedimentary environment characteristics. The results show that Es ³ in the middle of South sag of Miaoxi Depression and the middle of East sag of Huanghekou Depression and Es ¹⁺² in the middle and south of South sag of Miaoxi Depression are the high-quality source rocks. Their organic phases types are semi-deep lake mixed source parent material facies （AB facies） to shore-shallow lake terrestrial parent material facies （B facies）. Paleo-water depth and paleo-climate are the main environmental factors controlling the development of lacustrine hydrocarbon source rocks of the Shahejie Formation in the Miaoxi area. Paleo-water depth affects the type of organic matter-generating parent material and the preservation conditions of organic matter in the input lake， and paleo-climate changes control the sediment content and the reproduction degree of plankton in the input lake.

Key words： Organic facies; Source rock; Geochemistry; Miaoxi area; South sag of Miaoxi Depression

Cite this article

Yiming HU , Haifeng YANG , Feilong WANG , Yanfei GAO , Guomin TANG , Youjun TANG , Peng SUN . Organic facies characteristics of source rocks and its indication for high quality source rocks of Miaoxi area， Bohai Sea[J]. Natural Gas Geoscience, 2023 , 34(2) : 226 -239 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2022.10.001

0 引言

渤海海域庙西地区（黄河口东洼、庙西南洼）是典型的边缘洼陷，关于其优质烃源岩特征及有机相研究较为薄弱，仅有孙哲等^［1］利用有机质来源、沉积环境以及干酪根类型等参数，并通过测井资料进行烃源岩的TOC预测，在当时钻井稀少和样品分析资料缺乏的情况下完成了庙西中南洼的烃源岩有机相评价，初步证实该地区存在优质烃源岩。

有机相概念最初由ROGERS^［2］提出，是从成因上认识烃源岩特征和展布的有效手段之一。不同于沉积相，有机相的侧重点是生源和形成环境，是有机质丰度、有机质类型、有机地球化学特征和沉积环境的综合体现^［3］。早期学者提出的有机相划分主要有以下3种方案：①JONES^［4］于1987年提出利用干酪根H/C原子比和热解氢指数的有机相划分方案；②郝芳等^［5］于1993年提出根据干酪根成因类型进行有机相划分的方案；③PEPPER等^［6］于1995年提出考虑沉积环境和生物来源等因素的有机相划分方案。之后还有很多学者根据研究区的不同地质背景，在有机相划分指标中添加一些相适应的因素，如水动力条件、沉积速率、氧化还原环境及含硫量等，为不同地区的有机相划分提供了更多的依据^［7-13］。本文综合以上3种方案，并结合朱伟林^［13］提出的渤中凹陷烃源岩有机相划分方案，对研究区进行有机相特征研究，为该地区的油气勘探提供支撑。

1 地质概况

渤海海域庙西地区包括黄河口凹陷东洼（简称黄河口东洼）和庙西凹陷南洼（简称庙西南洼），研究区被郯庐断裂由北向南穿过而分割为东西两侧，西侧为黄河口东洼，东侧为庙西南洼^［14-15］。黄河口东洼位于渤海海域黄河口凹陷东部洼陷，北靠渤南低凸起，南邻莱北低凸起，东部与庙西南洼以走滑断裂分割，西部及黄河口中洼被渤中35/36构造脊分割，面积约为1 100 km^2［16］。庙西南洼位于渤海南部海域，北靠庙西南凸起，南接莱北低凸起，西邻黄河口东洼，东侧地层逐渐超覆于胶辽隆起之上，为典型的盆缘洼陷，总面积约为1 200 km²［图1（a）］^［17］。

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图1 庙西地区区域地质概况与古近系地层柱状图^{［16，18-19］}

Fig.1 Regional geological conditions and paleogene strata sketch of Miaoxi area^{［16，18-19］}

自新生代以来，庙西地区经历了多期构造运动，整体上可分为古近纪古新世—始新世裂陷阶段、渐新世裂陷阶段以及新近纪中新世以来的后裂陷阶段^［18-19］，从下向上依次沉积孔店组、沙河街组、东营组。孔店组主要以灰绿色泥岩夹泥质灰岩为主，与下伏中生界呈角度不整合接触。沙四段沉积相为扇三角洲相和冲积扇相，岩性以灰褐色泥岩夹浅灰色灰岩为主，与下伏孔店组呈不整合接触。沙三段沉积相为滨浅湖相和半深湖相，岩性以灰色泥岩夹灰色砂岩、粉砂岩为主，与下伏沙四段之间为不整合接触。沙一二段沉积相为滨浅湖相和辫状河三角洲相，岩性以浅灰色泥岩为主，局部发育白色砂岩、灰岩、白云岩、生物灰岩，与下伏地层为角度不整合接触。东营组岩性以深灰色泥岩、紫红色泥岩夹砂岩、砂质泥岩，以及与浅灰色砂岩、粉砂岩的不等厚互层为主，与下伏沙一段呈平行不整合接触［图1（b）］^［19］。

2 烃源岩评价

2.1　有机质丰度

有机质是烃源岩中油气的重要物质来源，是原始有机质丰度、沉积水体的深度、沉积物的沉积速率及介质的物理化学条件等沉积环境因素的综合反映^［20-21］。本文评价参数采用烃源岩中的总有机碳含量TOC与热解生烃潜量S ₁ +S ₂相协同判断烃源岩有机质丰度。

黄河口东洼钻遇东营组、沙一二段、沙三段烃源岩，其TOC均值分别为0.50%、0.66%、1.90%，S ₁ +S ₂均值分别为1.82 mg/g、2.57 mg/g、9.82 mg/g（表1）。据陆相烃源岩评价标准（SY/T 5735—1995）（表2）^［22］，东营组主要为非—差类型烃源岩；沙一二段主要为中等类型烃源岩，少数为非—差烃源岩；沙三段有机质丰度较高，生烃潜量较大，主要为好—很好的烃源岩，少数为中等烃源岩［图2（a）］。

表1 庙西地区样品总有机碳测定及岩石热解分析数据

Table 1 Data of total organic carbon determination and rock pyrolysis analysis of Miaoxi area

样品位置	层位	TOC/%	S ₁/（mg/g）	S ₂/（mg/g）	（S ₁ +S ₂）/（mg/g）	T _max/℃	I _H/（mg/g）	R _O/%
黄河口东洼	东营组	$0.02 ~ 1.01 0.50 (57)$	$0.03 ~ 1.39 0.34 (57)$	$0.10 ~ 4.80 1.49 (57)$	$0.13 ~ 5.04 1.82 (57)$	$301 ~ 441 410 (57)$	$136 ~ 500 284 (57)$	$0.29 ~ 0.54 0.42 (31)$
	沙一二段	$0.17 ~ 1.25 0.66 (16)$	$0.13 ~ 1.06 0.42 (16)$	$0.33 ~ 5.18 2.15 (16)$	$0.53 ~ 5.38 2.57 (16)$	$396 ~ 443 430 (16)$	$138 ~ 597 333 (16)$	$0.35 ~ 0.61 0.49 (8)$
	沙三段	$0.66 ~ 4.61 1.90 (22)$	$0.12 ~ 1.04 0.38 (22)$	$1.63 ~ 24.73 9.44 (22)$	$2.24 ~ 25.77 9.82 (22)$	$425 ~ 446 436 (22)$	$204 ~ 684 455 (22)$	$0.47 ~ 0.67 0.54 (12)$
庙西南洼	东营组	$0.1 ~ 0.83 0.57 (16)$	$0.04 ~ 0.62 0.25 (16)$	$0.71 ~ 6.52 3.28 (16)$	$0.75 ~ 7.11 3.53 (16)$	$424 ~ 438 435 (16)$	$217 ~ 510 362 (16)$	$0.29 ~ 0.35 0.32 (8)$
	沙一二段	$1.25 ~ 3.44 1.95 (20)$	$0.17 ~ 1.33 0.64 (20)$	$4.55 ~ 29.39 17.01 (20)$	$4.72 ~ 30.72 17.99 (20)$	$426 ~ 437 433 (20)$	$355 ~ 791 586 (20)$	$0.30 ~ 0.45 0.33 (8)$
	沙三段	$1.06 ~ 4.65 2.82 (27)$	$0.28 ~ 1.79 0.88 (27)$	$9.36 ~ 35.9 19.98 (27)$	$9.9 ~ 37.2 20.34 (27)$	$432 ~ 439 435 (27)$	$468 ~ 828 612 (27)$	$0.50 ~ 0.70 0.57 (12)$
	沙四段	$0.22 ~ 3.34 0.87 (14)$	$0.14 ~ 1.49 0.67 (14)$	$1.10 ~ 20.36 4.87 (14)$	$1.81 ~ 21.27 5.53 (14)$	$360 ~ 440 393 (14)$	$141 ~ 286 201 (14)$	$0.54 ~ 0.65 0.61 (10)$
	孔店组	$0.08 ~ 1.11 0.30 (18)$	$0.05 ~ 2.19 0.79 (18)$	$0.53 ~ 8.09 1.97 (18)$	$0.78 ~ 8.54 2.76 (18)$	$365 ~ 396 377 (18)$	$311 ~ 559 473 (18)$	$0.73 ~ 0.75 0.74 (5)$

注： $0.02 ~ 1.01 0.50 (57)$ = $最小值 - 最大值平均值 (个数)$

表2 陆相烃源岩评价标准（SY/T 5735—1995）

Table 2 Evaluation standard of terrestrial hydrocarbon source rocks(SY/T 5735-1995)

地球化学指标	非烃源岩	烃源岩级别
地球化学指标	非烃源岩	差	中等	好	很好
总有机碳含量（TOC）/%	<0.4	0.4~0.6	0.6~1.0	1.0~2.0	>2.0
热解生烃潜量（S ₁ +S ₂）/（mg/g）	<0.5	0.5~2.0	2.0~6.0	6.0~20	>20.0

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图2 庙西地区有机质丰度评价

Fig.2 Evaluation of organic matter abundance of Miaoxi area

南洼钻遇东营组、沙一二段、沙三段、沙四段及孔店组烃源岩，TOC均值分别为0.57%、1.95%、2.82%、0.87%及0.30%，S ₁ +S ₂均值分别为3.53 mg/g、17.99 mg/g、20.34 mg/g、5.53 mg/g及2.76 mg/g（表1）。东营组有机质丰度较低，主要为非烃源岩，部分为差—中等烃源岩；沙一二段有机质丰度较高，热解生烃潜量较大，为好烃源岩；沙三段有机质丰度和热解生烃潜量相对最高，主要为很好的烃源岩，少数为好的烃源岩；沙四段有机质丰度和热解生烃潜量中等，主要为中等烃源岩，部分为非—差烃源岩；孔店组有机质丰度极低，为非烃源岩［图2（b）］。

2.2　有机质类型

沉积有机质的主体是干酪根，因此干酪根类型即可表征有机质类型^［23-24］。氢指数（I _H）是判定有机质类型的重要参数，氢指数越大，有机质类型越好^［25］。本文研究应用岩石热解参数（T _max值和I _H值）以及显微组分对有机质类型进行了划分，将2项分析结果进行比较，得出结论一致。

黄河口东洼东营组氢指数为136~500 mg/g，均值为284 mg/g，主要为Ⅲ型和Ⅱ₂型。沙一二段氢指数为138~597 mg/g，均值为333 mg/g，主要为Ⅱ₂型。沙三段氢指数为204~684 mg/g，均值为455 mg/g，主要为Ⅱ₁型和Ⅱ₂型。干酪根显微组分测定与热解参数分析结果基本一致［图3（a），图3（b）］，［表1，表3，图4（a）］。庙西南洼东营组氢指数为217~510 mg/g，均值为362 mg/g，主要为Ⅱ₂型。沙一二段氢指数为355~791 mg/g，均值为586 mg/g，主要为Ⅱ₁型；沙三段氢指数为468~828 mg/g，均值为612 mg/g，主要为Ⅰ—Ⅱ₁型；沙四段氢指数为141~286 mg/g，均值为201 mg/g，主要为Ⅲ型；孔店组主要为非烃源岩，干酪根显微组分测定结果为Ⅲ型［图3（c）—图3（f），图4（b），表1，表3］。

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图3 庙西地区烃源岩干酪根显微组分照片

（a）黄河口东洼沙一二段；（b）黄河口东洼沙三段；（c）庙西南洼沙一二段；（d）庙西南洼沙三段；（e）庙西南洼沙四段；（f）庙西南洼孔店组。A为镜质体；B为黄铁矿

Fig.3 Microscopic photos of kerogen compositons from source rock of Miaoxi area

表3 庙西地区样品干酪根显微组分分析及色谱—质谱分析数据

Table 3 Data of kerogen maceral analysis and GC-MS analysis of Miaoxi area

样品位置	层位	显微组分/%			有机质类型	Pr/Ph
样品位置	层位	腐泥无定形体	腐殖无定形体	无定形体总量	有机质类型	Pr/Ph
黄河口东洼	东营组	$0 ~ 21 5 (14)$	$35 ~ 79 61 (14)$	$48 ~ 82 67 (14)$	Ⅱ₂—Ⅲ	0.20~1.16
	东营组	$0 ~ 21 5 (14)$	$35 ~ 79 61 (14)$	$48 ~ 82 67 (14)$	Ⅱ₂—Ⅲ	0.47 （12）
	沙一二段	$0 ~ 3 2 (4)$	$55 ~ 62 58 (4)$	$56 ~ 62 59 (4)$	Ⅱ₁—Ⅱ₂	0.17~1.64
	沙一二段	$0 ~ 3 2 (4)$	$55 ~ 62 58 (4)$	$56 ~ 62 59 (4)$	Ⅱ₁—Ⅱ₂	0.77 （4）
	沙三段	$0 ~ 22 4 (12)$	$55 ~ 79 66 (12)$	$60 ~ 79 70 (12)$	Ⅱ₁—Ⅱ₂	0.31~1.25
	沙三段	$0 ~ 22 4 (12)$	$55 ~ 79 66 (12)$	$60 ~ 79 70 (12)$	Ⅱ₁—Ⅱ₂	0.58 （12）
庙西南洼	东营组	$4 ~ 37 14 (10)$	$41 ~ 64 54 (10)$	$48 ~ 85 68 (10)$	Ⅱ₂	0.20~1.50
	东营组	$4 ~ 37 14 (10)$	$41 ~ 64 54 (10)$	$48 ~ 85 68 (10)$	Ⅱ₂	1.13 （7）
	沙一二段	$0 ~ 74 43 (11)$	$19 ~ 61 38 (11)$	$52 ~ 93 81 (11)$	Ⅰ—Ⅱ₁	0.13~1.10
	沙一二段	$0 ~ 74 43 (11)$	$19 ~ 61 38 (11)$	$52 ~ 93 81 (11)$	Ⅰ—Ⅱ₁	0.48 （20）
	沙三段	$0 ~ 80 42 (22)$	$13 ~ 62 38 (22)$	$55 ~ 93 81 (22)$	Ⅰ—Ⅱ₁	0.60~1.65
	沙三段	$0 ~ 80 42 (22)$	$13 ~ 62 38 (22)$	$55 ~ 93 81 (22)$	Ⅰ—Ⅱ₁	1.09 （18）
	沙四段	$0 ~ 52 16 (9)$	$40 ~ 75 59 (9)$	$43 ~ 62 49 (9)$	Ⅱ₂—Ⅲ	0.25~1.33
	沙四段	$0 ~ 52 16 (9)$	$40 ~ 75 59 (9)$	$43 ~ 62 49 (9)$	Ⅱ₂—Ⅲ	0.61 （10）
	孔店组	$0 ~ 32 12 (11)$	$47 ~ 71 60 (11)$	$54 ~ 89 72 (11)$	Ⅲ	1.45~1.57
	孔店组	$0 ~ 32 12 (11)$	$47 ~ 71 60 (11)$	$54 ~ 89 72 (11)$	Ⅲ	1.52 （9）

注： $0 ~ 21 5 (14)$ = $最小值 — 最大值平均值 (个数)$

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图4 庙西地区有机质类型评价

Fig.4 Evaluation of organic matter types of Miaoxi area

2.3　有机质成熟度

有机质成熟度（R _O）是烃源岩能否生成大量石油或天然气的关键^［26-27］。黄河口东洼东营组、沙一二段、沙三段烃源岩有机质R _O值范围分别为0.29%~0.54%、0.35%~0.61%、0.47%~0.67%。根据判断烃源岩成熟度划分标准^［28-29］，黄河口东洼东营组与埋藏较浅的沙一二段、沙三段烃源岩有机质热演化处于未成熟阶段，埋藏超过2 400 m的沙一二段和沙三段烃源岩有机质热演化处于低成熟阶段［图3，图5（a）］。庙西南洼东营组、沙一二段、沙三段、沙四段、孔店组R _O范围分别为0.29%~0.35%、0.30%~0.45%、0.50%~0.70%、0.54%~0.65%、0.73%~0.75%，东营组和沙一二段烃源岩有机质热演化处于未成熟阶段，沙三段和沙四段烃源岩有机质热演化处于低成熟阶段，孔店组烃源岩有机质热演化处于成熟阶段［图3，图5（b）］。

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图5 庙西地区有机质成熟度评价

Fig.5 Evaluation of organic maturity of Miaoxi area

综上所述，庙西地区沙三段烃源岩品质最好，其次是沙一二段、沙四段烃源岩，东营组为较差烃源岩，孔店组为非烃源岩层位。下面将对研究区沙一二段、沙三段、沙四段烃源岩有机相特征进行研究，进一步圈定优质烃源分布范围。

3 有机相特征

3.1　有机相划分依据与指标

本文综合考虑烃源岩有机质生源、沉积环境及地球化学特征等因素，根据陆相有机相划分依据（表4）^{［4-5，13］}，最终将研究区8口井中优选出的3个烃源岩层位划分为5类有机相：半深湖混源母质相（AB相）、滨浅湖陆源母质相（B相）、湖沼陆源母质相（BC相）、河流陆源母质相（C相）、冲积扇陆源有机相（CD相）。

表4 有机相划分依据^[4-5,13]

Table 4 Division basis of organic phases^[4-5,13]

有机相类型	A	AB	B	BC	C	CD	D
有机相类型	深湖湖源藻质相	半深湖混源母质相	滨浅湖陆源母质相	湖沼陆源母质相	河流陆源母质相	冲积扇陆源有机相	陆源有机相
干酪根中无定型含量	多			中等	很低或没有
浮游生物含量	多	中等	稀少	极为罕见
干酪根中植物碎片含量	少			中等	较多
I _H/（mg/g）	≥850	≥650	≥400	≥250	≥125	≥50	<50
有机质类型	Ⅰ	Ⅰ—Ⅱ	Ⅱ	Ⅱ—Ⅲ	Ⅲ	Ⅲ—Ⅳ	Ⅳ
TOC/%	5~10	2~5		1~2	0.6~1	<0.6
氧化还原环境	缺氧	乏氧			次氧化	氧化
沉积相	深湖	半深湖	滨浅湖	辫状河三角洲	扇三角洲	冲积扇	山麓冲积

3.2　有机相纵向分布特征

有机相可以综合反映有机质丰度、有机质类型、有机地球化学特征和沉积环境等指标^［5，25］，通过绘制连井剖面图，可以更好地分析有机相空间变化特征。在黄河口东洼选取BZ36-A、BZ36-B、BZ36-C、BZ36-D、BZ36-E等5口井绘制连井剖面［图6（a）］，其有机相纵向分布特征如下：

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图6 庙西地区沙河街组有机相连井剖面

Fig.6 Well connecting sketch of organic phases of Shahejie Formation of Miaoxi area

黄河口东洼沙一二段烃源岩平均厚度为135 m；干酪根中无定型体数量为56~62，均值为59，数量中等—较少；氢指数均值为333 mg/g；TOC值普遍较低，均值为0.66%；有机质类型以Ⅱ₂型为主；姥植比（Pr/Ph）均值为0.77（表1，表3），沉积时期为乏氧的水体环境；其对应的沉积相类型为辫状河三角洲相。综合判定其有机相类型为湖沼陆源母质相（BC相）。

黄河口东洼沙三段主要发育B相，少有BC相发育。BZ36-B井未钻遇沙三段，其余4口井沙三段烃源岩平均厚度为140 m；干酪根中无定型体数量为60~79，均值为70，数量中等—较多；氢指数均值为455 mg/g，TOC均值为1.90%；有机质类型为Ⅱ₁型和Ⅱ₂型，Pr/Ph均值为0.58（表1，表3），沉积时期为乏氧的水体环境。BZ36-B井烃源岩厚度较薄，TOC、氢指数等参数相较其他井均较低，导致有机相类型相对不佳；总体对应的沉积相类型为滨浅湖相。综合判定黄河口东洼沙三段有机相类型为滨浅湖陆源母质相—湖沼陆源母质相（B—BC相）。

在庙西南洼选取LK31-A、PL25-A、PL25-B等3口井绘制连井剖面［图6（b）］，其有机相纵向分布特征如下：

庙西南洼沙一二段烃源岩厚度为60~290 m，均值为196 m；干酪根中无定型体数量为52~93，均值为81，数量较多；氢指数均值为586 mg/g；TOC均值为1.95%；有机质类型以Ⅱ₁型为主，Pr/Ph均值为0.48（表1，表3），沉积时期水体为乏氧环境；生源构成以菌藻类型略占优势。庙西南洼北部PL25-B井靠近洼陷边缘，烃源岩较薄，干酪根中无定型体数量和TOC值分别为51%和1.51%（表1，表3），较其他井较低，有机相类型相为BC相；总体沉积相类型为滨浅湖相。综合判定庙西南洼沙一二段为滨浅湖陆源母质相—湖沼陆源母质相（B—BC相）。

庙西南洼沙三段烃源岩厚度为180~380 m，均值为300 m，厚度较大；干酪根中无定型体数量为55~93，均值为81，数量较多；氢指数均值为612 mg/g；TOC值普遍较高，均值为2.82%；有机质类型主要为Ⅰ型，部分为Ⅱ₁型；Pr/Ph均值为1.09，沉积时期水体为次氧化环境（表1，表3）；生源构成以菌藻类型为主。LK31-A井为沙三段沉积中心，烃源岩厚度较大，TOC、氢指数等相关参数较其他井较好；总体对应的沉积相类型为半深湖相。综合判定庙西南洼沙三段为半深湖混源母质相—滨浅湖陆源母质相（AB—B相）。庙西南洼沙四段烃源岩厚度为40~250 m，均值为160 m；无定型体数量为43~62，均值为49，数量较少；氢指数均值为201 mg/g；TOC均值为0.87%；有机质类型主要为Ⅲ型，Pr/Ph均值为0.61，沉积时期水体为乏氧环境（表1，表3）；生源构成以细菌类型为主；其对应的沉积相类型为扇三角洲相。综合判定其为河流陆源母质相—冲积扇陆源有机相（C—CD相）。

3.3　有机相平面展布特征

边缘洼陷烃源岩的生排烃能力较中心洼陷较弱，油气的运移、聚集与成藏以近源为主^［14］，因此研究区下一步应围绕优质烃源岩发育区着力进行勘探^［1］。不同有机相类型对应形成条件相似且具有相同有机质特征的地层单元，其应用了多种可以反映有机质形成的识别标志，因此有机相分析在油气源岩评价中具有重要意义^［9］。陆相烃源岩有机相中A、AB、B相对应优质烃源岩，具有较大生烃潜力；BC相对应中等烃源岩，也具有一定生烃潜力；C、CD相对应较差烃源岩，生烃能力较弱^［5，30］。本文结合地质概况、沉积相、烃源岩地球化学参数、烃源岩厚度（图7）^［1，19］，绘制庙西地区沙一二段、沙三段和沙四段有机相平面图，以精确评估优质烃源岩分布区（图8）。

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图7 庙西地区沙河街组烃源岩厚度

Fig.7 Source rock thickness of Shahejie Formation of Miaoxi area

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图8 庙西地区沙河街组有机相平面展布特征

Fig.8 Horizontal distribution characteristics of organic facies of Shahejie Formation of Miaoxi area

结果显示，庙西南洼、黄河口东洼中部沙三段及庙西南洼中南部沙一二段有机相类型最好，为AB—B相，是优质烃源岩分布区，具有相对最大勘探潜力；沙一二段和沙三段其余区域有机相类型为BC相，其分布较为广泛，均为中等烃源岩分布区，也具有较大勘探潜力；而庙西南洼沙四段发育C相和CD相，为较差烃源岩分布区，勘探风险较大。

4 优质烃源岩主控因素分析

陆相有机相由于其沉积范围小、生源输入不稳定，易受环境变化的影响^［31-33］，因此在有机相评价的基础上，对反映古环境的相关无机元素参数进行分析，进而确定影响湖相烃源岩发育的环境因素，有助于进一步认识庙西地区优质烃源岩分布规律。

4.1　古水深

Fe易在滨岸富集，Mn化合物稳定性较Fe化合物强，可以经长距离搬运，并在远离滨岸的湖盆中富集，Fe/Mn值常作为湖泊古水深的指标，随深度和离岸距离的增加，Fe/Mn值会逐渐减小^［34-35］。将100和150作为Fe/Mn的阈值，以区分含不同深度的水体条件，Fe/Mn<100指示沉积时期深水环境，100~150指示半深水环境，>150指示浅水环境^［35］。Zr是典型的亲陆元素，当沉积环境距离陆源较近时，沉积岩石中Zr含量越高；而Al往往支配着沉积岩中Zr的分布^［36］，因此Zr/Al值越小，表征沉积岩沉积时水体深度更大。在本研究中，将Zr/Al值参数作为辅助Fe/Mn值判断古水深的指标。黄河口东洼沙一二段Fe/Mn均值为92.20，处于深水区边缘，对应半深水—深水区；沙三段Fe/Mn均值为80.52，对应深水区［图9（a）］。郭涛等^［37］根据有机显微组分与生物标志物特征得出黄河口凹陷沙三中期整体属于微咸水的深湖—半深湖沉积环境，其与本文得出的结论基本一致。庙西南洼沙一二段和沙三段Fe/Mn均值分别75.58和88.99，均对应深水区；沙四段Fe/Mn均值为106.17，Zr/Al均值也明显小于沙一二段和沙三段，所以水深低于其他层位，对应半深水区［图9（b）］。

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图9 庙西地区古水深分析

Fig.9 Analysis of paleo-water depth of Miaoxi area

4.2　古气候

Fe、Mn、Cr、V、Co、Ni等属于潮湿气候型元素，Ca、Mg、K、Na、Sr和Ba等属于干旱气候型元素，因此可以利用这2类元素的比值来计算古气候指数C值，C=Σ（Fe+Mn+Cr+V+Co+Ni）/Σ（Ca+Mg+Sr+Ba+K+Na），C>0.2指示温暖潮湿气候^［38-39］。Sr是典型的喜干型元素，沉积物中高含量Sr指示干旱气候；Cu为喜湿型元素，所以Sr/Cu值可作为温暖湿润型气候的判别指标，Sr/Cu>10指示干旱炎热气候^［40-41］。在本文研究中，将Sr/Cu值作为辅助古气候C值判断古气候的指标。黄河口东洼沙一二段古气候C值均值为0.21，指示微温湿气候类型；沙三段古气候C值均值为0.45，指示温暖湿润的气候类型［图10（a）］。刘占红等^［42］根据孢粉组合与藻类组合特征得出黄河口凹陷沙一段与沙三段沉积时期属于温暖湿润的气候环境，这与本文得出的结论基本一致。庙西南洼地区沙一二段和沙三段古气候C值均值分别为0.26和0.29，均指示温暖湿润的气候类型；沙四段古气候C值均值为0.12，且Sr/Cu均值为24，指示干旱炎热的气候类型［图10（b）］。

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图10 庙西地区古气候分析

Fig.10 Analysis of paleo-climate of Miaoxi area

以庙西南洼优质烃源岩层位沙三段为例，古气候C值及Fe/Mn值均与TOC存在一定相关性，相关系数R² 均为0.50。古气候越干旱炎热，有机质丰度越低，反之亦然［图11（a）］；古水深越大，有机质丰度越高，反之亦然［图11（b）］。

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**图11 庙西南洼沙三段烃源岩古气候、古水深与TOC相关性分析**

Fig.11 Correlation analysis between paleo-climate， paleo-water depth and TOC of Es ³source rock of South sag of Miaoxi Depression

此外，庙西南洼的古水深与生源构成有较强的相关性。生物标志物可以直接反映出不同类型的生源特征，有机质的生源类型主要包括高等植物生源、水生菌藻生源、细菌生源3种主要类型^［43-44］。根据多种生物标志物反映出的生源信息进行相对百分含量计算，可以获取烃源岩有机质的生源构成比例，以揭示烃源岩的母质来源^［45］。代表菌藻生源的烃源岩有机质的生物标志物为C₂₈甾烷、正构烷烃nC≥₂₂、C₂₇甾烷、三环萜烷与四环萜烷类；代表高等植物生源的生物标志物为正构烷烃nC≥₂₂、C₂₉甾烷、倍半萜类与二萜类；而类异物二烯萜类与藿烷系列为代表细菌生源的生物标志物。代表每一类有机质生源构成的生物标志物与所有可代表有机质生源构成的生物标志物丰度累积之和的比值即为其生源构成比例^［44-46］。研究发现庙西南洼沙河街组的Fe/Mn值与菌藻生源构成比例存在较强的相关性，R² 值达到0.60，沉积时期水体越深，菌藻生源构成比例越高，越利于优质烃源岩的发育（图12）^［46-47］。

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图12 庙西南洼沙河街组烃源岩古水深与藻类生源构成比例相关性分析

Fig.12 Correlation analysis between paleo-water depth and algae source composition of Es ³source rock of south sag of Miaoxi Depression

分析认为，研究区的气候变化会影响输入湖泊的沉积物含量及水生生物的繁衍程度^［1，47］，进而影响有机质丰度，相同沉积时期的水深一定程度上也受气候影响，干热会导致水深减小；此外古水深可以影响湖泊有机质生源母质类型和有机质保存条件。因此，古水深和古气候是控制庙西地区沙河街组湖相烃源岩发育的主要环境因素。

5 结论

（1）渤海海域庙西地区沙三段烃源岩品质最好，其次是沙一二段、沙四段烃源岩，东营组为较差烃源岩，孔店组为非烃源岩层位。其中黄河口东洼沙一二段发育湖沼陆源母质相（BC相），沙三段发育滨浅湖陆源母质相—湖沼陆源母质相（B—BC相）；庙西南洼沙一二段发育滨浅湖陆源母质相—湖沼陆源母质相（B—BC相），沙三段发育半深湖混源母质相—滨浅湖陆源母质相（AB—B相），沙四段发育河流陆源母质相—冲积扇陆源有机相（C—CD相）。

（2）庙西南洼南部沙三段有机相类型最好，为AB类有机相，其次为庙西南洼中北部及黄河口东洼中部沙三段、庙西南洼中南部沙一二段，为B类有机相，以上为优质烃源岩分布区，具有相对最大生烃潜力；沙一二段和沙三段其余区域均为中等烃源岩分布区，分布较为广泛，有机相类型为BC相，也具有一定生烃潜力；庙西南洼沙四段发育C相和CD相，为较差烃源岩分布区，生烃潜力较小，勘探风险较大。

（3）古水深和古气候对庙西地区沙河街组湖相优质烃源岩的发育存在一定程度的控制作用。古水深可以影响输入湖泊有机质生源母质类型和有机质保存条件，气候变化会影响输入湖泊的沉积物含量及水生生物的繁衍程度，进而影响优质烃源岩的形成。

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0 引言

1 地质概况

图1 庙西地区区域地质概况与古近系地层柱状图［16，18-19］

2 烃源岩评价

2.1 有机质丰度

表1 庙西地区样品总有机碳测定及岩石热解分析数据

表2 陆相烃源岩评价标准（SY/T 5735—1995）

图2 庙西地区有机质丰度评价

2.2 有机质类型

图3 庙西地区烃源岩干酪根显微组分照片

表3 庙西地区样品干酪根显微组分分析及色谱—质谱分析数据

图4 庙西地区有机质类型评价

2.3 有机质成熟度

图5 庙西地区有机质成熟度评价

3 有机相特征

3.1 有机相划分依据与指标

表4 有机相划分依据[4-5,13]

3.2 有机相纵向分布特征

图6 庙西地区沙河街组有机相连井剖面

3.3 有机相平面展布特征

图7 庙西地区沙河街组烃源岩厚度

图8 庙西地区沙河街组有机相平面展布特征

4 优质烃源岩主控因素分析

4.1 古水深

图9 庙西地区古水深分析

4.2 古气候

图10 庙西地区古气候分析

图11 庙西南洼沙三段烃源岩古气候、古水深与TOC相关性分析

图12 庙西南洼沙河街组烃源岩古水深与藻类生源构成比例相关性分析

5 结论

References

图1 庙西地区区域地质概况与古近系地层柱状图^{［16，18-19］}

2.1　有机质丰度

2.2　有机质类型

2.3　有机质成熟度

3.1　有机相划分依据与指标

表4 有机相划分依据^[4-5,13]

3.2　有机相纵向分布特征

3.3　有机相平面展布特征

4.1　古水深

4.2　古气候

**图11 庙西南洼沙三段烃源岩古气候、古水深与TOC相关性分析**