石炭—二叠系烃源岩地球化学特征

1.石炭－二叠系烃源岩的分布
合肥坳陷的石炭－二叠系煤系已被证实是华北地区的重要烃源岩。以地震资料为主，结合电法和重力资料发现，石炭－二叠系残留分布区主要有两大块：一块位于坳陷西南部的肥西－韩摆渡断裂附近，呈条带状分布，属于商城－金寨石炭纪残留盆地的东延部分，面积约2000km2；另一块位于坳陷东北部的郯庐断裂以西地区，称为淮南型石炭－二叠系，面积约5000km2（图6-3）。其中烃源岩主要为煤层（厚约30～40m）、暗色泥岩及炭质泥（页）岩（厚约400～500m）。由于原始沉积环境和后期热演化的差别，烃源岩的成烃母质类型和成熟度不同，其生排烃能力也不同。
2.石炭－二叠系烃源岩的有机地球化学特征
（1）西南区块的石炭系梅山群烃源岩有机地球化学特征
商城－金寨石炭纪残留盆地的石炭系梅山群未曾钻遇，仅于盆地南缘的商城－固始－金寨地区见到浅变质的露头。在盆地西南缘的河南省商城－固始地区出露层位较全，累计厚度大于5000m，其中暗色泥岩厚达500m，煤层厚20～40m（张惠良，1998）。梅山群有机质具有高有机碳、低氯仿沥青“A”、低总烃、低生烃潜量的“三低一高”的煤系烃源岩特点（表6-7）。

图6-3 合肥坳陷石炭-二叠系残余分布及暗色泥岩等厚图

表6-7 石炭-二叠系烃源岩的有机地球化学特征


据原安徽石油勘探开发公司测定，梅山群有机质显微组分以镜质组分为主，含量为53.5%～89.5%，惰质组为10.5%～39.8%，壳质组分含量仅为0～6.7%；干酪根δ13C为－19.89‰～－24.27‰，呈Ⅲ型干酪根的特点。暗色泥岩甾烷生物标志物组成为C29>C27>C28，煤岩则为C29>C28>C27，αααR 构型甾烷C27/（C27+C28+C29）的比值为0.22～0.26，显示以陆相高等植物为主。γ蜡烷与C31藿烷的比值小于0.45，反映水体不太深，盐度亦不太高。
（2）东北区块的石炭－二叠系烃源岩有机地球化学特征
在定远－大桥凹陷南缘的安参1井钻遇了含有大套暗色泥岩和灰质泥岩的石炭－二叠系。但该套石炭－二叠系已发生低变质作用而成为板岩甚至千枚岩。地球化学分析表明，其有机碳含量和生烃潜量均远远低于烃源岩评价标准下限（表6-7），其Tmax也高于490℃，处于过成熟生干气阶段（许世红等，2002），基本上没有生烃能力了。
然而，在定远－大桥凹陷的合深4井钻遇上二叠统石盒子组（未穿），从有机质丰度（表6-7）看，其中的暗色泥岩属于好烃源岩。据原安徽石油勘探开发公司分析，合深4井二叠系泥岩可溶有机质普遍以高“非烃＋沥青质”含量为特征，一般在50%以上，最高可达78.63%。饱和烃含量在6.89%～11.52%之间，芳烃含量为10.89%～20.66%，且饱和烃/芳烃比值一般小于1，表现为Ⅲ型干酪根的特征。淮南煤田补Ⅷ－2、补Ⅷ－3孔二叠系煤岩氯仿沥青“A”族组分分析结果亦与之一致，显示Ⅲ型干酪根的特点（表6-8，表6-9）。
表6-8 合肥盆地及北缘二叠系烃源岩氯仿沥青“A”及其族组分特征统计


合深4井二叠系泥岩烷烃色谱多为单峰型，主峰碳多为C15、C16，反映以低碳数为主，这正是煤系有机质的特征，少数是双峰型，C21+C22/C28+C29比值多在1～3之间变化，Pr/Ph比的众数值在1～2之间，说明成烃母质多沉积于还原环境。暗色泥岩中的烷烃以正规甾烷为主。其甾烷、萜烷组成在C30左右位置上存在较大鼓状及复杂的不可分辨峰，表明甾、萜烷类含量较大。煤岩和暗色泥岩的萜类分布差别较大，煤岩无三环萜和γ蜡烷，且C32升藿烷含量较高，说明煤岩形成于淡水沼泽环境。此外，合深4井二叠系泥岩有机显微组分以镜质组和壳质组（树脂体、基质体、孢子体）为主，含少量腐泥组和惰质组。显然，有机质以高等植物为主要来源，干酪根以Ⅲ型为主，少量Ⅱ型。岩石热解类型指数显示低值，氢指数仅为53～90m g/g，干酪根碳同位素分布在－22.9‰～－23.7‰之间；干酪根H/C原子比为0.55～0.67,O/C原子比为0.07～0.09，在元素组成分类图中也基本上落在煤和Ⅲ型有机质范围内。因此，该区石炭－二叠系应主要寻找煤成气。
表6-9 合肥盆地合深4井淮南型二叠系烃源岩烷烃色谱数据统计


淮南煤田补Ⅷ－2、补Ⅷ－3孔二叠系煤、暗色泥岩和炭质泥岩的有机质丰度，与合深4井钻遇的石盒子组有类似特征。值得注意的是，那里的石炭系太原组灰岩的有机碳含量平均为0.5%，亦属好烃源岩的范畴。因此，坳陷北部石炭－二叠系的生烃能力值得重视。
3.石炭－二叠系烃源岩的有机质成熟度
在合肥坳陷南部的梅山群，煤和泥岩的Ro值在2.35%～4.37%之间，藿烷C3122S/（22S+22R）比值为0.56～0.60，已达到平衡和过成熟。这表明梅山群已有大量的油气生成，剩余生烃潜力不大。在合肥坳陷中部在安参1井所钻遇的石炭－二叠系已发生低变质作用而成为板岩甚至千枚岩，其Tmax高于490℃，处于过成熟生干气阶段，也基本上没有生烃能力了。但是，在合肥坳陷东北部的合深4井2306～2501m 井段的二叠系Ro为0.9%～1.0%,Tmax为450℃，表明仍处于成熟阶段，具备二次生气能力。总之，坳陷北部的淮南型石炭－二叠系，可作为在合肥坳陷寻找煤成气藏的重点对象；坳陷南部的梅山群，可作为寻找残留气藏的对象，但须着重研究其成烃过程与圈闭发育史的配套关系；而中部的浅变质石炭－二叠系似乎已经失去了勘探价值。

1.石炭－二叠系烃源岩类型与分布
开封坳陷石炭－二叠系烃源岩赋存于太原组、山西组、下石盒子组及上石盒子组中，主要为煤、暗色泥岩（图6-24，图6-25），其次为炭质泥岩和生物灰岩，其中石炭系太原组和二叠系山西组为主要含煤层段。其分布受到区域构造格局和沉积相带的双重控制。一般地说，分布于中新生代凹陷区的烃源岩保存较完整。石炭－二叠系煤层的累计厚度比较小（图6-24），一般仅10～15m。

图6-24 开封坳陷石炭-二叠系煤层累计厚度等值线图（单位：m）


图6-25 开封坳陷石炭-二叠系暗色泥岩等厚线图（单位：m）

2.石炭－二叠系烃源岩有机地球化学特征
（1）有机质丰度
开封坳陷区古生界探井少，济源凹陷石炭－二叠系烃源岩地球化学分析数据来源于焦作煤矿，有机质丰度明显偏高。其中，煤的有机碳含量为50%～77.3%，氯仿沥青“A”含量一般在0.20%～1.50%之间，总烃含量为（37～297）×10-6，生烃潜力平均100.82g/kg（表6-25）。暗色泥岩生烃能力由下向上变差（图6-26，图6-27）。太原组、山西组有机质丰度较高，有机碳为0.46%～3.5%，氯仿沥青“A”含量为0.014%～0.06%，而上石盒子组有机质丰度较低，炭质泥岩的有机质丰度介于煤和暗色泥岩之间。北面邻区的临清坳陷炭质泥岩有机碳含量为12.27%～19.43%，生烃潜力为13.79～37.06m g/g。灰岩仅分布于太原组，厚度小，一般仅10～30m；其有机质丰度低，有机碳含量为0.15%～0.47%，氯仿沥青“A”含量为0.0058%～0.0539%，总烃含量为（19.5～128）×10-6，生烃潜力较低。

图6-26 丰参1井残余有机碳直方图


图6-27 丰参1井氯仿沥青“A”直方图

表6-25 开封坳陷及鲁西豫东隆起区石炭-二叠系烃源岩特征


（2）有机质类型
丰参1井，上古生界煤系类脂体含量低，平均为21.39%，而镜质体、壳质体、惰质体含量较高，其平均值分别为11.78%、41.63%和25.22%；氯仿沥青“A”族组分中饱和烃含量为15.33%，饱/芳比平均为0.69；沥青质含量平均为35.69%，具混合型－腐殖型特征。
根据对开封坳陷区及邻区干酪根镜检、元素分析、碳同位素分析、干酪根红外、沥青质红外、扫描电镜、族组分分析及有机显微组分分析结果进行有机质类型的划分，上古生界煤的有机质类型主要为Ⅲ型，暗色泥岩的有机质类型主要为Ⅲ型和ⅡB型。
3.石炭－二叠系有机质成熟度与生烃演化
此次研究利用济源、中牟和黄口3个凹陷的Ro和磷灰石裂变径迹等实测资料，确定了各阶段的古地温，并恢复了石炭－二叠系的热演化史。因为民权凹陷与中牟凹陷东南部，以及成武、鱼台凹陷与黄口凹陷之间，在构造演化上有相似性，本研究成果应具一定的代表性。
（1）石炭－二叠系有机质成熟度
1）济源凹陷的石炭－二叠系有机质成熟度：在济源凹陷，中央隆起带和南、北两次凹陷的镜质体（组）反射率（Ro）变化梯度不同（图6-28）。这种热演化梯度差异可以通过烃源岩现今埋深（H）和镜质体（组）反射率（Ro）值的相关关系回归方程来描述。利用不同构造单元的资料分别建立现今Ro-H的回归方程，再用它来确定凹陷内石炭－二叠系顶面Ro值d的平面分布状况（图6-29），进而可分析Ro值变化规律和天然气勘探前景。

图6-28 济源凹陷镜质体反射率与深度关系图

在中央隆起带上，综合考虑了邓2和豫深1井的资料；在南、北次凹中，则综合考虑邓5井和济参1井的资料。根据邓2井和豫深1井资料建立的回归方程，得到中央隆起带的剥蚀代偿量为1671m（Ro=0.2%）。根据邓5井和济参1井的资料建立的回归方程，当Ro为0.5%时，H为983m。剥蚀代偿量为1435m，故生油门限为2418.7m。
从济源凹陷石炭－二叠系顶面Ro值平面分布图（图6-29）上可以看到，中央隆起带的Ro值相对较低，大致在3.0%左右；在南、北次凹，由隆起区向深凹区随着埋深的增加，Ro值由2.6%开始迅速增加，最高值区在南、北凹陷的最深部位。应当指出，图上的Ro值在深凹处随埋深增加而增加的速率似乎过大，可能与所采用的线性回归模型有关。今后拟采用非线性模型。

图6-29 济源凹陷石炭-二叠系顶面Ro值平面分布图

2）中牟凹陷的有机质成熟度：中牟凹陷的数据主要来自开深1井。但是由于浅部缺乏Ro的控制，所以回归时参考了济源凹陷和黄口凹陷的热演化梯度变化规律（图6-30）。通过对该区Ro与现今埋深H的回归，得到一组回归方程后，便可以进一步确定该凹陷石炭－二叠系顶面Ro平面分布值（图6-31）。

图6-30 中牟凹陷、济源凹陷、黄口凹陷镜质体反射率与深度关系对比的关系


图6-31 中牟凹陷石炭-二叠系顶面Ro值平面分布图

中牟凹陷构造复杂，各次凹埋深差别大，各处的石炭－二叠系热演化梯度差异也很大，在东吴次凹石炭－二叠系地层Ro值最高，可达7.0%以上。
3）黄口凹陷的有机质成熟度：黄口凹陷商1井和丰参1井的Ro资料较全，因此对Ro和现今深度H的关系进行回归较为简单、可靠。根据所得到的回归方程组，当Ro为0.5%时，埋深为1243.7m,Ro估计值与实测值对应的深度接近（图6-32，图6-33）。根据现今埋深H和镜质体反射率Ro值回归方程组，也可以方便地确定黄口凹陷各处的石炭－二叠系顶面Ro值及其平面分布状况（图6-34）。

图6-32 黄口凹陷镜质体反射率与深度关系


图6-33 黄口凹陷镜质体反射率与深度回归曲线

黄口凹陷石炭－二叠系的热演化程度比涞源凹陷和中牟凹陷都要低得多。其顶面Ro值平面分布具有南低北高的特点，Ro值最高处靠近凹陷北部断裂带，可达3.0%以上。这主要是因为其埋藏较浅，长期处于隆起状态，直至古近纪才有较大幅度的沉降和掩埋。

图6-34 黄口凹陷石炭-二叠系顶面Ro值平面分布

（2）石炭－二叠系有机质热演化阶段
济源凹陷上古生界石炭－二叠系烃源岩自沉积以来，经历了长期、断续、复杂的演化，其中热演化的差异主要出现在三叠纪之后，尤其是在J3—K1和E的沉积过程中。根据该区热演化历程和差异的状况，热演化史可划分为一次深埋中低变质阶段（C2—T3）、燕山期岩浆热变质阶段（J—K）、二次深埋高变质阶段（E—Q）等3个热演化阶段（表6-26）。
表6-26 开封坳陷及鲁西豫东隆起区古生界生烃热演化阶段划分


1）一次深埋中低变质阶段（C2—T3）：自中石炭世开始，该区再次沉降，普遍沉积了石炭－二叠及三叠系，上古生界煤系埋深不断加大，至三叠纪末期Tg层埋深达2800～3500m，含煤岩系的Ro达0.65%～0.8%。随后，该区大面积抬升，古生界热演化在大部分地区再次中断。本阶段的石炭－二叠系及三叠系以生成液态烃为主。仅济源地区持续沉降至中侏罗世，Tg层埋深达5000～6000m，古生界烃源岩演化至高成熟阶段，达到液态烃的高峰期，并开始生成大量的气态烃。
2）燕山期岩浆热液变质阶段（J—K）：在济源和东濮南部地区，燕山期岩浆活动比较强烈，古地温梯度较高，古生界烃源岩受到烘烤和热液作用，演化程度大幅度增高。例如东濮南部兰古1井、长1井、马古11井等井的古生界，目前埋深仅3000m 左右，Ro却高达3.4%～6.0%，济源－焦作煤矿古生界煤系Ro也普遍在4%以上。
3）二次深埋高变质阶段（E—Q）：在喜马拉雅期，中原地区发生差异性断陷作用。在断陷区，石炭－二叠系烃源岩再次被深埋，Tg降至4000～10000m，有机质演化至高成熟－过成熟阶段。如前所述，这个阶段是石炭－二叠系烃源岩的二次生气期，在多数地区也是最为有效的生气期。
（3）石炭－二叠系生烃演化
1）石炭－二叠系的二次生烃条件：综合上面各方面的资料，认为石炭－二叠系煤岩属较差—较好的烃源岩。暗色泥岩、炭质泥岩为较好—较差的烃源岩，灰岩为较差的烃源岩，纵向上生烃能力由下向上变差。其中，二叠系山西组、石炭系（太原组、本溪组）暗色泥岩、煤的有机质丰度高，烃源岩厚度大，有机质类型相对较好，是石炭－二叠系的主要烃源岩；炭质泥岩和生物灰岩厚度不大，上石盒子组下部、下石盒子组下部泥岩有机质丰度较低，是石炭－二叠系的辅助烃源岩。
自从石炭－二叠系沉积以后，开封坳陷经历了印支期、燕山期和喜马拉雅期3个大的沉降过程及其间两个大的抬升剥蚀过程，相应地出现3个生烃期。早期生成的油气在后来的抬升剥蚀过程中可能已散失殆尽，特别是在燕山运动活跃地区，因此后期二次生烃更具有现实意义。研究区黄口、中牟、民权、成武和鱼台凹陷的石炭－二叠系，在印支期末的成熟度较低，Ro大致在0.6%～1.0%（图6-35）。印支期后，该区除济源凹陷外，其他地区抬升接受剥蚀，至燕山期该区大部分地区下沉，中牟西部、黄口、成武、鱼台地区均沉积了一定厚度的中生界地层。但由于燕山期沉降厚度不大，Ro进一步变化较小，大致在1.0%左右。只是到了喜马拉雅期，由于发生大幅度沉降，石炭－二叠系的现今成熟度与燕山期末相比有大幅度提高，Ro值一般达到2.0%左右，甚至更高。因此，从构造及烃源岩演化角度分析，古近系二次深埋的地区是古生界二次生烃的有利地区。

图6-35 开封坳陷及鲁西豫东隆起区三叠纪末Ro等值线（%）图

2）上古生界二次生烃演化史：结合构造演化史、热演化史、石炭－二叠系埋藏史分析和有机质热演化研究，该区石炭－二叠系生烃演化史可归纳为如下3种类型：
济源型：其特点为中生界沉积巨厚、Tg（奥陶系顶面）埋藏深。至白垩纪末期，Tg埋深已达4000～7000m，烃源岩演化已经达到过成熟阶段。大量生烃期在侏罗－白垩纪。燕山期的构造活动十分强烈，对早期形成的油气藏起到明显的破坏作用；喜马拉雅期虽有深埋（局部地区隆起），但生烃量有限，不利于油气藏的形成。该原型所在的主要地区为济源凹陷（图6-36）。

图6-36 济源凹陷埋藏史图

中牟型：中生代以隆起为主，侏罗－白垩系地层缺失或较薄，主要沉降期和生烃期为古近纪。三叠纪末，Ro演化至0.65%～0.8%，直到古近纪再次埋深进入大量生烃阶段，古生界埋深6000～10000m,Ro演化达2.0%以上。生烃史与构造史匹配关系较好，有利于油气藏的形成。该原型所在的主要地区包括中牟凹陷（图6-37）和民权凹陷。

图6-37 中牟凹陷烃源岩埋藏史图

黄口型：自晚三叠世—侏罗纪长期处于隆起状态，三叠系及二叠系部分被剥蚀，随后沉积了1000～2500m侏罗－白垩系，古生界现今埋深（图6-38）5000～10000m，燕山期具备二次生烃，但主要沉降期和生烃期为古近纪，原型地区包括黄口凹陷、成武凹陷和鱼台凹陷。

图6-38 黄口凹陷埋藏史图

根据上述分析，开封坳陷发育区石炭－二叠系烃源岩的二次生烃有利区是中牟凹陷、黄口凹陷、民权凹陷、成武凹陷和鱼台凹陷。由于济源凹陷主要生烃期在印支期，目前烃源岩因过成熟而丧失生烃能力，成为古生界油气勘探的不利地区。

石炭—二叠系一直被看作是合肥盆地最重要的烃源岩（中国石油地质志·卷8,1992；李武，1997）。包括淮南型、大别山北缘型及安参1井型，由于其原始沉积环境的差别，导致其成烃母质有所不同，因而其烃源岩地球化学特征也存在很大差异，进而影响有机质的生排烃和烃类聚集（夏新宇，2000）。世界油气勘探实践表明，煤系烃源岩多是好的气源岩，但不能简单套用湖相泥岩的评价标准（程克明等，1996）。

（一）淮南型石炭—二叠系烃源岩特征

目前，仅在定远凹陷钻探的合深4井钻遇上二叠系石盒子组（未穿），在盆地北缘的淮南地区石炭—二叠系厚度900～1800m，其中暗色泥岩厚410～540m，含煤38～50层，累积厚度达31～42m。由此可见，淮南型石炭—二叠系是一套非常重要的烃源岩。

1.有机质丰度

合深4井上石盒子组泥岩有机碳含量0.60%～4.64%，平均1.96%；氯仿沥青“A”含量0.037%～0.363%，平均0.1318%；总烃含量79～1000×10^-6，平均363.6×10^-6；生烃潜量S₁+S₂为0.42～9.56mg/g，平均272mg/g，沥青转化率4.63%～7.83%，总烃转化率1.28%～2.17%。从有机质丰度看，合深4井上石盒子组泥岩属于较好—好烃源岩（表6-6）。

表6-6　合肥盆地及北缘石炭—二叠系烃源岩有机质丰度统计表

淮南煤田补Ⅷ-2、补Ⅷ-3孔二叠系有机质丰度也有类似的特征（表6-6），煤的有机碳含量为58.6%～63.05%，氯仿沥青“A”含量高达1.2838%，一般为0.4805%～0.8926%，生烃潜量S₁+S₂一般为109.9～112.5mg/g。暗色泥岩有机碳含量为0.67%～2.03%，氯仿沥青“A”含量0.04%～0.07%，生烃潜量S₁+S₂为0.1825～11.38mg/g，尤以炭质泥岩的生烃指标最好。

从以上的地球化学分析可以看出，合肥盆地淮南型石炭—二叠系煤系烃源岩中，除了煤层是优质烃源岩外，暗色泥岩有机碳含量也明显大于烃源岩有机碳下限0.5%，因此，淮南型石炭—二叠系为良好的煤系烃源岩。另外值得注意的是石炭系太原组的灰岩有机碳含量平均为0.5%，大于海相灰岩烃源岩有机碳下限0.1%，因此石炭系太原组灰岩的生烃能力也值得重视。

2.有机质类型

（1）氯仿沥青“A”及其族组分特征。合深4井二叠系泥岩可溶有机质普遍以“非烃+沥青质”含量高为特征（表6-7），一般在50%以上，最高可达78.63%，饱和烃含量在6.89%～11.52%之间，芳烃含量在10.89%～20.66%之间变化，且饱和烃/芳烃比值一般小于1，显示Ⅲ型干酪根的特征。

表6-7　合肥盆地及北缘二叠系烃源岩氯仿沥青“A”及其族组分特征统计表

（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

淮南煤田补Ⅷ-2、补Ⅷ-3孔二叠系煤岩氯仿沥青“A”族组分分析表明（表6-7），非烃+沥青质含量平均值为69.98%～82.91%，饱和烃+芳烃含量为17.09%～30.02%，且饱和烃/芳烃比值在0.11～0.18之间变化，属于典型的腐殖型干酪根；暗色泥岩具有相似的特征，饱和烃/芳烃比值在0.54～0.98之间，也显示Ⅲ型干酪根特点。

（2）饱和烃的分布特征。合深4井二叠系泥岩烷烃色谱分析（表6-8），多为单峰型，主峰碳多为C₁₅～C₁₆，反映以低碳数为主，这正是煤系有机质的特征；少数是双峰垂，前峰碳为C₁₅～C₁₇，后峰碳为C₂₇,C₂₁+C₂₂/C₂₈+C₂₉比值多在1～3之间变化，Pr/Ph比的众数值在1～2之间，说明成烃母质多沉积于还原环境。

（3）甾、萜烷组成特征。甾、萜烷组成在C₃₀左右位置上存在较大鼓状及复杂的不可分辨峰，表明甾、萜烷类含量较大。色质分析表明：煤岩和暗色泥岩的萜类分布有较大差别，煤岩不存在三环萜，也不存在γ蜡烷，且C₃₂升藿烷含量较高，说明煤岩形成于淡水沼泽环境；暗色泥岩呈正规甾烷分布，基本位于Ⅱ—Ⅲ型干酪根范围内。

表6-8　合肥盆地合深4井淮南型二叠系烃源岩烷烃色谱数据统计表

（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

（4）暗色泥岩显微组分特征。根据干酪根镜检分析（表6-9），合深4井二叠系泥岩显微组分以镜质组和壳质组为主，含少量腐泥组和惰质组，均含有早期生烃组分，如树脂体、基质体、孢子体等。说明有机质以高等植物为主要来源，主要是Ⅲ型干酪根，含有少量Ⅱ型干酪根。

表6-9　合肥盆地合深4井二叠系泥岩显微组分特征统计表

（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

（5）岩石热解及干酪根碳同位素特征。岩石热解类型指数显示低值（表6-10），氢指数仅为53～90mg/g，干酪根碳同位素在-22.9‰～-23.7‰之间变化。在元素组成范围图上，绝大多数样点落在煤和Ⅲ型有机质范围内。所以总体看，属于是Ⅲ型干酪根，含有少量Ⅱ型干酪根。

综上所述，合肥盆地淮南型二叠系煤岩有机质类型属于Ⅲ型，暗色泥岩也以Ⅲ型为主，少量Ⅱ型干酪根，本区应以寻找煤成气为主。

表6-10　合肥盆地合深4井淮南型二叠系烃源岩热解及同位素组成统计表（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

3.石炭—二叠系烃源岩成熟度

镜质体反射率是衡量有机质成熟度最可靠的惟一可对比的国际煤阶通用指标。20世纪50年代初，Teichmuller将这一成果推广到了确定沉积岩分散有机质的成熟度之中，为油气评价奠定了基础。有机质中的镜质体随着热演化程度的不断提高，其反射率不断增加，且这一过程又具有不可逆性，因而可直接反映有机质的受热历史。

煤系有机质的演化过程划分为三个阶段（戴金星、陈云林等，1985）。

第一阶段：未成熟阶段，即泥炭-褐煤阶段（R_o≤0.5%）。

第二阶段：成熟阶段，相当于长焰煤-焦煤阶段（0.5＜R_o＜1.6%），当R_o处于0.5%～0.8%时，进入成熟阶段初期；当R_o处于0.8%～1.2%时，处于成熟阶段中期；当R_o处于1.2%～1.6%时，成熟阶段末期。

第三阶段：过成熟阶段，即瘦煤-无烟煤阶段（R_o＞1.6%）。

合深4井二叠系2306～2501m井段，镜质体反射率R_o为0.9%～1.0%,T_max为450°，说明烃源岩处于成熟阶段中期的肥煤阶段。

淮南煤田补Ⅷ孔二叠系埋深在450～700m，镜质体反射率R_o与合深4井类似，T_max为430°～455°。根据对胜利油区石炭—二叠系煤系烃源岩成熟度的研究（向奎等，1996；徐春华，1996），石炭—二叠系现埋深小于3000m的烃源岩仍处于一次生烃阶段，烃源岩二次埋深必须大于3000m才能进入二次生气阶段。由此推测合深4井二叠系目前仍处于一次埋深的演化阶段，尚未达到二次生烃期。因此，在合肥盆地中寻找具备二次生烃能力的石炭—二叠系分布区是寻找以该层系为源岩的煤成气藏的关键。

（二）大别山北缘型石炭系烃源岩地化特征

目前为止，合肥盆地还没有钻遇大别山北缘型石炭系梅山群，仅盆地南缘的金寨地区存在浅变质岩露头。在盆地西南缘的河南省商城-固始地区出露的石炭系层位较全，累积厚度大于5000m，其中暗色泥岩厚达500m，煤层厚20～40m（表6-11），暗色泥岩主要发育在下统花园墙组（C₁h）、杨山组（C₁y），中统胡油坊组（C₂h），上统杨小庄组（C₃y），煤层主要发育在下统杨山组（C₁y）和上统杨小庄组（C₃y）（张惠良，1998）。

表6-11　河南商城-固始地区石炭系梅山群烃源岩发育统计表

（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

1.有机质丰度

杨山组是梅山群的主要含煤层系。煤岩有机碳含量一般为50.6%～70.2%，平均66%，且层位由老到新，其有机碳含量逐渐降低，反映成煤条件逐渐变差；炭质泥岩有机碳含量1.68%～9.47%，泥岩1.54%～2.64%。三种类型的烃源岩有机碳含量均较高，其他层位泥岩有机碳含量0.55%～18.47%，都达到烃源岩标准（表6-12）。

表6-12　河南商城-固始地区石炭系梅山群有机质丰度统计表

注：最大～最小（平均）。

（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

无论是梅山群的泥岩还是煤层，其氯仿沥青“A”含量一般都小于0.01%；最高值仅0.0362%，总烃含量一般小于100×10^-6，最高值320.8×10^-6；生烃潜量S₁+S₂一般为0.1mg/g左右，杨山组（C₁y）生烃潜量S₁+S₂稍高，可达2mg/g左右。

所以梅山群有机质具有三低一高的特点，即高有机碳、低氯仿沥青“A”、低总烃、低生烃潜量的特征，显示煤系烃源岩的特点。

2.有机质类型

梅山群有机质干酪根显微组分以镜质组为主，含量为53.5%～89.5%；惰质组为10.5%～39.8%；壳质组分含量仅为0～6.7%。干酪根碳同位素δ¹³C为-19.89‰～-24.27‰，均显示Ⅲ型干酪根的特点（表6-13）。

表6-13　河南商城-固始地区石炭系梅山群有机质类型指标统计表

（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

从氯仿沥青“A”正构烷烃组成来看，主峰碳一般为C₁₆、C₁₇，杨山组（C₁y）煤系可见C₂₇,C₂₁-/C₂₁+在1.7～21.22之间变化，其中杨山组的比值可低至0.3，显示低碳优势，杨山组以上层位由于热演化成度高，引起高碳数向低碳数逆转所致。

热解类型指数缺少资料，从恢复的煤岩原始降解潜力（D₀）来看，一般D₀＜10%；泥岩也不高，均显示Ⅲ型干酪根的特点，仅胡油坊组（C₂h）个别样品D₀值达45.9%，有Ⅱ型干酪根的特征。

生物标志物中的饱和烃由甾烷组成，暗色泥岩为C₂₉＞C₂₇＞C₂₈，而煤岩则C₂₉＞C₂₈＞C₂₇,aaaR构型甾烷C₂₇/（C₂₇+C₂₈+C₂₉）的比值为0.22～0.26，说明有机质以陆生高等植物为主，γ蜡烷与C₃₁藿烷的比值小于0.45，反映水深不太大，盐度也不算太高。

综上所述，石炭系梅山群有机质类型以Ⅲ型干酪根为主，仅胡油坊组（C₂h）部分泥岩Ⅱ型干酪根特征比较明显。

3.有机质成熟度

梅山群煤和泥岩的镜质体反射率R_o值在2.35%～4.37%之间，平均3.44%，均处于过成熟阶段。

从萜烷类组成看（表6-14），藿烷C₃₁22S/（22S+22R）比值为0.56～0.60，已达到平衡，这也是高演化程度的反映。

表6-14　河南商城-固始地区石炭系梅山群烃源岩甾、萜类生标组成统计表

（数据引自原安徽石油勘探开发公司）

梅山群热演化程度很高，可能与大别山冲断作用所形成的区域动力变质作用有关，合肥盆地内部热演化程度如何，尚不能定论，但据现今埋藏深度近10000m推断，也应该进入高—过成熟阶段，大量的油气已经生成。

总之，梅山群烃源岩有机质丰度高，以Ⅲ型干酪根为主，热演化程度很高，大量的油气已经生成，因此，本区最重要的是研究其成烃过程与圈闭配套史的关系。

（三）安参1井型石炭系暗色泥岩地球化学特征

安参1井钻遇的石炭—二叠系为大套的暗色泥岩和灰质泥岩，已发生低级变质作用而成为板岩甚至千枚岩。岩屑样品的地球化学分析表明，有机碳含量仅为0.03%～0.13%，平均0.078%，远远低于0.5%的烃源岩评价标准下限；生烃潜量S₁+S₂仅为0.01～0.02mg/g，按照传统的烃源岩评价标准，低于生烃潜量1.0mg/g，属于差的烃源岩，因此，该井钻遇的石炭—二叠系大套暗色泥岩基本没有生烃能力（许世红等，2002）。其T_max高于490℃，处于过成熟阶段，甚至还发生了低绿片岩相变质，变质温度为300～350℃，推测印支期时地层发生大规模向北的逆冲推覆，导致地层发生动力变质作用形成的。