0 引言
烃源岩是油气藏研究中关键问题之一，是研究油气藏形成与分布的基础，对油气资源的勘探与开发具有重要指导意义［1-3］。目前对烃源岩的研究普遍聚焦于烃源岩品质［4-7］、生物标志物特征［8-9］、生烃史重构［10-15］、生烃物理模拟［16］、地球物理预测［17-18］等领域，其中生烃史重构对研究油气藏形成规律与分布特征起着重要作用。生烃史重构就是应用盆地模拟技术将复杂的地质过程定量化、模型化，来揭示烃源岩的埋藏过程、温压变化过程和生排烃过程［10-15］。前人在烃源岩形成与分布、烃源岩品质、生物标志物等方面具有一定的认识［19-20］，但对烃源岩生烃史的恢复还仅仅停留在全盆地的基础上，缺乏对梨树断陷不同构造带、不同层系烃源岩生烃演化与油气藏形成规律的研究，从根本上制约了油气田的进一步勘探。因此，本文将细致评价东南斜坡烃源岩的分布、厚度、地球化学特征，并恢复烃源岩的生烃史，对揭示下白垩统烃源岩的生烃潜力与油气藏的形成规律提供支持，旨在为梨树断陷东南斜坡未来常规、非常规油气勘探提供新的领域。
1 区域地质概况
梨树断陷位于松辽盆地南部，总面积为2 346 km2，是松辽盆地断陷层体系中规模大、埋藏深、断裂活动性强、地层发育齐全的断坳叠置复合型含油气盆地［21-23］。梨树断陷在经历了5个构造演化阶段后（断陷期、断坳转换期、坳陷期、构造反转期和萎缩期），内部可划分为东南斜坡带、北部斜坡带、中央隆起带、双龙次洼、苏家屯次洼与桑树台洼陷带6个构造单元［24］［图1（a）］。东南斜坡带在梨树断陷东南部的古生界浅变质岩基底上发育而成，并在秦家屯断裂、秦东断裂的控制下，发育大量的北东—南西向次生断裂，在一定程度上控制了油气藏的分布与规模［25］ ［图1（b）］。东南斜坡物源以变质岩和火成岩为主，发育扇三角洲与近岸水下扇，砂泥相互叠置，为近源、弱水动力的沉积环境［26-27］。研究区发育上、下2套沉积层系，下部断陷层沉积体系由下白垩统火石岭组（K1 h）、沙河子组（K1 sh）、营城组（K1 yc）、登娄库组（K1 d）构成；上部坳陷层沉积体系由下白垩统泉头组（K1 q），上白垩统青山口组（K2 qn）、姚家组（K2 y）和嫩江组（K2 n）构成［27］［图1（c）］。东南斜坡带发育沙河子组和营城组2套优质烃源岩，为全区油气藏的形成提供了物质基础［20，28］。截至2018年，研究区探明石油储量2.3×107 t，天然气储量2.5×109 m3，显示出良好的勘探前景［29］。
2 岩心样品与分析方法
本文研究岩心样品取至梨树断陷东南斜坡带6口井［图1（a）］，共采集26件岩心样品。采集岩样包括营城组（HS1井7件岩心、HS2井3件岩心、L601井2件岩心）、沙河子组（HS1井7件岩心、HS4井2件岩心、L6井3件岩心、DB32井2件岩心）的烃源岩地层，岩性为泥页岩。分析测试在中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室中完成，26件岩心样品完成总有机碳、岩石热解、生物标志物等分析测试。
2.1 总有机碳与岩石热解分析
实验样品先过200目筛子，低温烘干后，称取100 mg样品放入坩埚中，加入稀盐酸去除无机碳，然后应用LECO CS230碳硫仪来进行总有机碳的测定，实验标准参照GB/T 19145—2003。岩石热解分析是在ROCK-EVAL6 热解仪中完成，实验标准参照GB/T 18602—2012。分析前将粉碎后的样品过200目筛子，低温烘干后，称取100 mg样品放入坩埚中，在仪器上测试。首先在氢气流下加热至300 ℃后恒温3 min，测得游离烃量（S 1），再加热至600 ℃后恒温1 min，得到热解烃量（S 2）。
2.2 气相色谱—质谱分析（GC-MS）
选取有机碳含量大于0.5%、生烃潜量大于2 mg/g的样品进行饱和烃色质分析。实验仪器为台式质谱仪Agilent 6890/5975，色谱柱为HP-5 ms（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。首先设置温度为50 ℃恒温1 min，以20 ℃/min速率升温至100 ℃，再以3 ℃/min速率升温至315 ℃，恒温15 min。载气为氦气，采用恒流（流量为1 mL/min）模式进行，扫描范围为50~550 amu，检测方式为全扫描+多离子检测。
2.3 生烃史重建
应用盆地模拟软件恢复研究区埋藏史、热史、成熟度史。模拟数据来源于钻井实测资料、前人研究成果、测井资料等，模拟结果真伪主要依据实测温度、镜质体反射率与模拟温度、镜质体反射率是否一致。
3 烃源岩分布特征
4 烃源岩地球化学特征
4.1 有机质丰度
有机质丰度通常用有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”、生烃潜力（S 1+S 2）等指标进行评价［4-6］。梨树断陷东南斜坡带下白垩统烃源岩为泥岩类，根据其烃源岩有机质丰度评价参数统计表明，沙河子组有机碳含量（TOC）和生烃潜量（S 1+S 2）要高于营城组（图3）。其中沙河子组有机碳含量为0.37%~1.79%（平均值为1.04%），生烃潜量为0.1~1.91 mg/g。营城组有机碳含量为0.25%~0.75%（平均值为0.48%），生烃潜量为0.06~0.39 mg/g。有机碳含量与生烃潜量的交会图表明（图4），沙河子组以中等烃源岩为主，营城组以差—非烃源岩为主，沙河子组烃源岩要优于营城组。
4.2 有机质类型
有机质类型的划分通常采用岩石热解分析、干酪根显微组分鉴定、氢指数等指标［4-6］。梨树断陷东南斜坡沙河子组烃源岩的氢指数（I H=S 2/TOC×100）平均为37.25 mg/g，营城组烃源岩的氢指数（I H）平均为19.33 mg/g，沙河子组烃源岩的氢指数（I H）要高于营城组（图3）。干酪根氢指数与最大热解峰温度交会图表明（图5），沙河子组和营城组烃源岩样品大部分为Ⅱ1型干酪根，少量为Ⅱ2型干酪根。碳同位素分析表明，沙河子组样品δ13C值为-22.73‰（PDB），营城组样品δ13C值为-22.91‰（PDB），参照陆相烃源岩有机质类型评价标准［4］，沙河子组和营城组烃源岩均为Ⅲ型干酪根。综合氢指数、最大热解峰和碳同位素分析结果，证实沙河子组和营城组烃源岩有机质为水生生物和陆生高等植物混合来源，2套烃源岩均为Ⅱ—Ⅲ混合型干酪根。
4.3 有机质成熟度
有机质成熟度决定了油气的类型与产量，通常用镜质体反射率（R O）和岩石热解参数（T max）进行评价［4-6，30］。研究区下白垩统沙河子组烃源岩的镜质组反射率（R O）介于0.82%~1.17%之间，最大热解峰介于462.34~477.43 ℃之间。营城组镜质体反射率（R O）介于0.78%~0.83%之间，最大热解峰值介于458.64~467.41 ℃之间（图2）。表明梨树断陷东南斜坡带下白垩统烃源岩有机质演化程度中等，处于生油阶段。如图6所示，镜质体反射率随深度的变化分为2个阶段，在深度小于2 700 m、镜质体反射率小于0.9%之前，镜质体反射率随深度的增加而缓慢增加；当深度大于2 700 m之后，镜质体反射率与深度呈现较好的线性关系。说明在沙河子组沉积早期，地层稳定沉降，镜质体反射率随埋深均匀增长；沙河子组沉积晚期—营城组沉积晚期，构造运动强烈、地层反复升降，镜质体反射率随深度发生不均匀变化且总体增长缓慢。
4.4 油源对比
4.4.1 正构烷烃
梨树断陷东南斜坡沙河子组烃源岩样品正构烷烃呈现单峰分布，主峰碳数以nC21、nC23为主，低碳数和高碳数正构烷烃比值接近（ =0.92~1.03），平均值为0.95，说明有机质具有水生生物和陆源高等植物双重来源特征（图7）。碳优势指数（CPI）值介于1.12~1.18之间，平均值为1.13；奇偶优势指数（OEP）介于1.09~1.13之间，平均值为1.11，奇偶优势不明显，说明沙河子组烃源岩处于低成熟—成熟阶段。营城组烃源岩正构烷烃呈现不对称的双峰型分布，主峰碳数为nC25、nC29，高碳数成分正构烷烃比值相对较高（ =0.78~0.86），平均值为0.82，说明有机质来源于水生生物和陆生高等植物，但陆生高等植物对有机质的贡献更大。碳优势指数（CPI）值介于1.15~1.19之间，平均值为1.17，奇偶优势指数（OEP）介于1.15~1.19之间，平均值为1.18，奇偶优势不明显，说明营城组烃源岩处于低成熟—成熟阶段。
4.4.2 类异戊二烯烷
姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）是最常见的类异戊二烯烷，它们反映了有机质的沉积环境［33-34］。通常认为，Pr/Ph值低于1.0指示还原环境，Pr/Ph值介于1.0~3.0指示弱还原—弱氧化环境，Pr/Ph值高于3.0指示氧化环境［34］。本文研究的烃源岩样品以低熟—成熟为主，可以忽略成熟度对Pr/Ph值的影响［35］。结果表明，研究区烃源岩Pr/Ph值整体小于2.8。其中，营城组烃源岩Pr/Ph<0.8，沙河子组Pr/Ph值介于0.8~2.8之间。由Pr/nC17和Ph/nC18交会图可知（图8），沙河子组烃源岩和营城组烃源岩母质主要为水生生物和陆源高等植物混合来源，且处于弱氧化—弱还原环境或强还原环境，说明研究区有机质有利于保存，可以为后期形成的油气藏提供物质基础。
4.4.3 甾烷类化合物
图9 梨树断陷主力烃源岩、原油生物标志物特征Fig.9 Biomarker characteristics between major source rocks and crude oil in the Lishu Fault Depression |
4.4.4 油气来源
研究区的油气主要分布在沙河子组和泉头组，石油的密度为0.79~0.93 g/m3，黏度为6~599 mPa·s，凝固点为17~29 ℃，含蜡量为16%~39%，属轻—中质、高含蜡、中凝固点、中高黏度原油。石油性质纵向上自上而下变差，密度逐渐变大，黏度逐渐变大，烷烃及芳香烃含量逐渐减少，沥青质含量逐渐增高。原油与烃源岩的生物标志物特征对比表明，5ααα规则甾烷含量相对较高且在分布上具有一定的规律性，表现为C29甾烷丰度最高，C27与C28甾烷次之，3种甾烷化合物呈现“V”字形分布（图9），表明东南斜坡的油气均来自沙河子组烃源岩。主要原因是营城组烃源岩品质较差、成熟度较低、生成的油气量较少；而沙河子组烃源岩生成的大量油气，一部分沿着秦家屯—秦东断裂系统运移到泉头组成藏，未被断裂影响的部分则就近在沙河子组内成藏。这与顾忆等［19］对梨树断陷油气来源的整体认识具有一致性。
5 烃源岩成熟演化史
5.1 埋藏史模拟
埋藏史重建是利用孔隙度随地层沉积压实发生变化的原理，模拟地层从古至今的沉积演化过程，如果地层经历了抬升剥蚀，还需对地层进行脱压实回剥［37］。埋藏史重建的基本条件需要明确地层的岩性、沉积厚度、剥蚀厚度、沉积时间、孔隙度、剥蚀时间。在本文研究中，沉积厚度主要通过钻井实测所得；地层年龄参照前人的研究成果［38］；地层岩性数据通过录井资料统计来确定不同层段的岩性比重；剥蚀时间通过前人研究的盆地年代地层格架来确定［38］；剥蚀厚度通过单井声波时差测井法和镜质体反射率法来确定。结果显示，研究区地层共发生4期剥蚀，分别在沙河子组沉积末期、营城组沉积末期、登娄库组沉积末期和嫩江组—明水组沉积时期，剥蚀厚度分别为111 m、100 m、140 m和1 250 m。埋藏史模拟表明，研究区在地质历史时期经历了多次沉积埋藏作用与构造抬升作用。
5.2 热史模拟
热史模拟是为了恢复烃源岩在埋藏过程中的受热历史，这是研究烃源岩在不同地质历史时期生烃和运移的重要依据［37-39］。热史模拟需要基本参数主要有古水深、大地热流、岩石热导率、镜质体反射率和地温梯度。张世奇等［40］依据沉积环境、构造变化、古生物类型和古生态综合确定了梨树断陷各个时期的古水深，其中沙河子组沉积时期古水深为15~20 m，营城组为20~25 m，登娄库组为20~25 m，泉头组为15~20 m。申家年等［41］使用Easy%R O法和三角函数热流模型得出当前梨树断陷地温梯度为4.0 ℃/100 m。丁海涛等［42］通过测温数据和岩石热导率资料得出，松辽盆地及周边的大地热流值处在45.22~84.15 mW/m2之间，平均值为68.32 mW/m2。古热流值是根据研究区构造演化特征，基于“瞬时均匀伸展模型”对不同地质历史时期的热流值进行赋值，通过实测镜质体反射率来约束模拟镜质体反射率，最终确定研究区沙河子组沉积期、营城组沉积期、登娄库组沉积期和泉头组沉积期的热流值分别为 91.7 mW/m2、86.3 mW/m2、82.6 mW/m2和79.5 mW/m2。从数据契合关系上看，实测镜质体反射率、温度与模拟镜质体反射率、温度数据契合度高，说明本文模拟具有较高的可靠性［图11（b）］。
5.3 生烃史模拟
在热史恢复的基础上，对研究区沙河子组和营城组烃源岩的生烃史进行恢复，在不改变当前热流的情况下，应用研究区下白垩统样品的实测成熟度值进行拟合。结果显示，实测成熟度值与模拟成熟度值具有很好的一致性，说明烃源岩的成熟度史模拟结果合理［图11（b）］。
模拟结果表明，研究区烃源岩经历了稳定沉降（120~92 Ma）、反复升降（92~66 Ma）和构造抬升（66~0 Ma）3个演化阶段［图11（a）］。在稳定沉降阶段，地层沉积厚度大，温度快速升高，沙河子组与营城组烃源岩分别于97 Ma、94 Ma达到生烃门限（R O=0.5%），登娄库末期形成的古构造、古圈闭为生成的低熟油气提供储集空间。在反复升降阶段，地层每沉降一段时间地层就会发生抬升，形成了更多的古圈闭、古构造。虽然第一阶段形成的低熟油气藏会被破坏，但沙河子组与营城组烃源岩在92 Ma、89 Ma进入生烃高峰（R O=0.8%），生成更多的油气，此时形成的油气藏反而比第一阶段还要多。在构造抬升阶段，地层温度和压力降低，烃源岩生烃效率减慢。并且在地势高差与烃源岩分布的控制下，各地区在形成油气藏的时间与效率上会有所差异，此时沙河子组烃源岩在生烃时间和生烃效率上要优于营城组。
6 主力烃源岩的分布与评价
梨树断陷东南斜坡带下白垩统主要发育深灰色、灰色泥岩等烃源岩，受构造格局、沉积特征、物源的影响，烃源岩呈现自西北向东南逐渐减薄的趋势。地球化学测试表明，梨树断陷东南斜坡带下白垩统烃源岩热演化程度中等，镜质体反射率（R O）介于0.78%~1.17%之间，处于低成熟—成熟阶段；有机碳含量（TOC）处在0.25%~1.79%之间，为中等烃源岩。正构烷烃、甾烷类化合物结果表明，沙河子组和营城组烃源岩处于低成熟—成熟阶段，有机质为水生生物和陆生高等植物混合来源，但陆生高等植物对营城组的贡献更大，这也说明了沙河子组烃源岩的品质要好于营城组，生烃潜力更强。类异戊二烯烷结果表明，沙河子组和营城组烃源岩形成水体较深，处于还原环境或弱氧化—弱还原环境，有利于有机质的保存。油源对比结果显示，研究区的油气与沙河子组烃源岩在规则甾烷的分布上，具有相似的特征，说明油气均来自于沙河子组烃源岩，进一步表明沙河子组烃源岩为研究区主力烃源岩。
生烃史恢复结果表明，2套烃源岩在地层沉降阶段（120~92 Ma）开始生烃，生成的油气通过断裂等疏导条件运移到古构造、古圈闭中聚集成藏。但在生烃时间和烃源岩品质的控制下，沙河子组烃源岩生成的油气要远远多于营城组，导致油源对比的结果中，并未发现营城组烃源岩生成的油气，进一步证实沙河子组烃源岩为研究区的主力烃源岩。同时［图11（b）］显示油气生成的温度大多小于100 ℃，这也说明研究区具有低温生油的特点。
7 结论
（1）梨树断陷东南斜坡下白垩统烃源岩整体上属于优质烃源岩层。其中沙河子组烃源岩具有厚度大、有机碳含量高、成熟度高的特点，属于好烃源岩；营城组烃源岩具有分布范围广、有机碳含量低、成熟度低的特点，属于中等—好烃源岩。2套烃源岩均为水生生物和陆生高等植物混合输入，处于弱氧化—还原环境。
（2）油源对比结果表明，梨树断陷东南斜坡带原油主要来自沙河子组烃源岩，说明沙河子组烃源岩为研究区的主力烃源岩。
（3）梨树断陷东南斜坡经历了稳定沉降（120~92 Ma）、反复升降（92~66 Ma）和构造抬升（66~0 Ma）3个演化阶段。沙河子组与营城组烃源岩分别于97 Ma、94 Ma达到生烃门限（R O=0.5%）；66 Ma之后，梨树断陷开始抬升，生烃作用减弱，现今2套烃源岩仍处于生油窗内（R O<1.6%）。
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