0 引言

近年来，中石油、中石化在上扬子地区的四川盆地中、古生界碳酸盐岩地层中不断传出喜人的勘探成果^{[1, 2, 3]}：普光气田探明可采储量达到3 560 亿m³；龙岗气田估计天然气储量可达7 000 亿m³；江苏油田在下扬子苏北盆地发现了与中、古生界有关的黄桥CO₂气田；朱家墩气田和句容残留古油藏^{[4, 5, 6]}。这些成果预示着我国扬子地区中、古生界油气勘探潜力巨大。下扬子南黄海地区历经40余年勘探，已做了大量物探和钻探工作，但前期地震资料难以揭示新生界以下层位的情况，对广泛分布中、古生界的中央隆起，更无1口钻井，总体上，对南黄海中、古生界油气成藏条件还缺乏系统深入的认识。合理评价南黄海海相中、古生界的油气勘探前景，进而取得油气突破是我们迫切需要解决的问题。对此，近十几年来，不少地质研究工作者对南黄海开展了有针对性的前瞻性研究工作。2001年中海油研究中心对南黄海盆地中、古生界石油地质条件进行了初步研究^[7]，认为南黄海主要存在寒武系幕府山组烃源岩、上二叠统大隆组和龙潭组烃源岩两套烃源岩，指出“二次生烃，晚期成藏”模式为有利勘探模式；2002年，青岛海洋地质研究所针对南黄海前第三系的区域地质、基础地质、油气地质和成藏地质等问题进行研究^[8]，指出了北部坳陷是陆相中、新生界的有利油气远景区，中部隆起是下古生界的有利油气远景区，南部坳陷是上古生界的有利远景区；2009年开始至今，中海油上海分公司依托国家重大专项，联合各大高校，通过新资料的采集和加密，对南黄海中、古生界进行了深入研究^[9],确定中部隆起为最有利勘探目标，并根据地震反射特征的可识别程度及火山岩的发育强弱程度，将南黄海中部隆起区划分成了四类有利区，实现了从区域地质研究到有利区带评价的转折。

中国南方中、古生界油气勘探实践表明，古生界二叠系是重要的烃源岩层。二叠系在南黄海盆地发育，是该区海相烃源岩重要的层位之一^{[10, 11]}，目前已有4口钻井钻遇到二叠系。从热解地球化学特征来看，下扬子南黄海海域二叠系烃源岩具有热演化程度高的特点，ω(TOC)、ω(S₁+S₂)等指标未能完全反映有机质的真实特征，传统的烃源岩评价方法在评价此类高演化的海相烃源岩中存在一定的局限性，高——过成熟海相烃源岩评价是当前亟待解决的一个关键科学问题^[12]。孢粉相是最近二十多年发展起来的一门多学科综合性的研究方法^{[13, 14, 15, 16]}，它是基于特定有机质总组合进行沉积环境与生烃潜力的孢粉学研究，综合反映了沉积盆地中烃源岩形成的沉积环境和生物来源、有机质类型、生烃潜力、演化程度、产物类型等各种地质、地球化学条件的差异，是一个综合评价海相烃源岩的有力工具。

笔者以下扬子南黄海地区二叠系烃源岩为研究对象，以沉积环境控制烃源岩发育为理论指导，运用沉积学、孢粉学和地球化学相结合的研究方法，从沉积环境中两个重要因子“保存条件”与“生产力”的研究出发，探讨南黄海地区二叠系烃源岩的形成环境及有机质富集的主要影响因素，探索高演化海相烃源岩评价方法，为南黄海地区海相油气勘探提供科学依据。 1 地质背景与地层特征

南黄海海区位于黄海南部海域，中国大陆东缘与朝鲜半岛之间，指在我国江苏、山东以东，山东半岛成山角与朝鲜白翎岛连线以南，长江口至济州岛连线以北的海域。地理位置为32°N——37°N，120°E——125°E(图 1)。南黄海是在扬子地台基础上发育起来的多旋回叠合盆地^{[17, 18, 19, 20]}，在结晶基底之上发育了一套古生代至早中生代海相碳酸盐岩地层。该区自晋宁期以来，经历过多期次区域构造事件的改造，尤其是印支——早燕山期的挤压推覆构造作用彻底改变了中、古生代海相地层的原始构造形态和沉积面貌，造成研究区残留地层的分布不均。

·C1.井位及井号。图 1 研究区位置图Fig. 1 Location map of research area

图选项

南黄海海域多个钻孔中钻遇上古生界二叠系，井上揭露二叠系从下而上可分为下统栖霞组、上统龙潭组和大隆组，单井所揭露的二叠系最大厚度为651 m。其中二叠系上统龙潭组、大隆组在南部坳陷广泛分布，钻孔岩心资料揭示了该套地层的完整信息。据实钻井岩性、古生物特征及与下扬子陆区苏北盆地的综合对比研究，下扬子地区二叠纪总体以稳定的被动大陆边缘型沉积为主，但海水进退较为频繁。南黄海区域二叠纪早期海水较深，沉积了以深灰色泥晶灰岩和灰黑色泥岩为主的栖霞组。南黄海海区缺失下扬子陆区早二叠世晚期沉积的孤峰组。晚二叠世早期，海水侵入，龙潭组沉积了一套以石英砂岩、长石砂岩夹含铁质泥岩、煤层为主的地层。随后全区变为深水陆棚相，沉积了颜色较深的硅泥质层的晚二叠世大隆组，反映出深水还原沉积环境。 2 样品采集与分析测试

研究样品来自南黄海盆地常州、无锡构造带上的C1、C2、W1和W2井钻孔取心。样品岩性：栖霞组(主要来源于W2井和C2井)为灰色——深灰色厚层块状灰岩、灰黑色——黑色硅质块状灰岩；龙潭组(主要来源于W1井和C1井)为灰黑色泥岩夹煤线；大隆组(来源于W1井)为黑色泥岩。

孢粉样品的采集尽量避免人为因素干扰，同时根据目的层段的岩性等特征初步估计样品中的孢粉数比。所用样品经过标准的HCL-HF分析流程处理，处理过程中不使用氧化剂。先用HCl去除碳酸钙质，直至反应完全为止，水洗至中性，再用HF去除硅质，经重液(密度约2.10 g/cm³)浮选后取得全部悬浮物质，将所得孢粉残留物洗净后制成薄片，在透射光显微镜下观察各类孢粉有机质的形态、保存状况和荧光特征等，并进行颗粒计数。 3 试验结果 3.1 沉积有机屑特征

不同的沉积环境，发育不同的有机质类型，不同的有机组分性质，反映着不一样的生态特征和沉积保存环境。譬如，几丁虫仅见于海相环境；疑源类多见于海相地层，反映高盐度咸水环境；无定形有机质反映缺氧的还原环境。笔者参照李建国等^[21]、Batten等^{[21, 22, 23]}提出的方案，在南黄海盆地二叠系共识别出以下几种孢粉有机质类型：1)孢型：包括盘星藻、藻团块、疑源类(图 2a、b)和几丁虫(图 2c)等动物类；2)结构有机质：包括木质组织(图 2d)、丝碳(图 2e)、有孔虫、介形虫及其他各类动物壳体(图 2f)；3)无定形：包括团块无定形(图 2g)和微粒无定形、次生组分(图 2h)。

a、b.疑源类；c.几丁虫；d.木质组织；e.丝碳；f.介形虫壳体；g.团块无定形；h.次生组分。图 2 南黄海盆地二叠系烃源岩主要有机质特征Fig. 2 Characteristic of main organic matters in hydrocarbon source rock in Permian of South Yellow Sea basin

图选项

对孢粉有机质屑的统计绘制曲线(图 3)，据此可以识别出3个孢粉相：

图 3 南黄海盆地二叠系有机屑组分变化特征Fig. 3 Variation characteristics diagram of organic debris component in the Permian of South Yellow Sea basin

图选项

A相： 微粒无定形数比约为30%，含大量丰富的管状物、膜状物、动物壳体、动物铸体，以及次生组分，见疑源类和孢粉粒。个别样品木质组分极高。

B相： 微粒无定形数比50%～79%，其他由少量管状物、膜状物、次生组分，以及有孔虫壳圈、几丁虫、动物壳体和黑团块组成，但均不占优势。

C相：无定形有机质数比一般小于30%，丝碳+黑团块一般大于40%，最高接近80%，其他主要为动物壳体、动物铸体，以及管状物，还有少量木质组织、团块无定形和藻团块。 4 古环境分析

烃源岩的生烃潜力不仅取决于有机质母源性质和生产力，还受控于有机质的沉积环境和保存条件。本次研究针对南黄海海区钻井样品的孢粉相进行分析，对研究区内二叠系烃源岩的形成环境利用Tyson的A-P-E图式^[24]进行解释。图式中：“A”代表无定形有机质(amorphous organic matter); “P”代表陆生近源特征的煤质体、木质体和角质体植屑(phytoclasts); “E”代表壳质屑(exinite)和孢质屑及类似组分。

图 4表示的是南黄海海区海相二叠系孢粉相的A-P-E图式。栖霞组和龙潭组样品点大致上都属于单一形式的点群分布，但栖霞组与龙潭组之间的反差颇为显著。栖霞组样品点大多分布在近A点群区，为少氧远陆架和贫氧-缺氧远陆架环境。

A.无定形有机质；P.植物碎屑；E.壳质屑和孢质屑及类似组分。Ⅰ.高能的近陆架或盆地；Ⅱ.边缘少氧-缺氧盆地；Ⅲ.多砂质沉积的充氧近陆架；Ⅳ.陆架到盆地的过渡区；Ⅴ.多泥质沉积的充氧远陆架；Ⅵ.近的少氧-缺氧盆地；Ⅶ.远的少氧陆架;Ⅷ.远的贫氧-缺氧陆架;Ⅸ.远的贫氧-缺氧盆地。 图 4 南黄海海区二叠系有机屑A-P-E三元图式Fig. 4 A-P-E schema of organic debris in Permian

图选项

从剖面地层发育(图 5)来看：二叠系栖霞组顶部为深灰色泥灰岩、灰黑色泥岩，局部夹浅灰色小砾岩，为开阔台地潮下低能环境，水体较深，形成缺氧环境；向下为深灰色、灰色灰岩与黑色、深灰色泥灰岩互层，局部见黑色炭质泥岩，显示水体稍浅而具有一定流动性；下部为大套灰色、深灰色灰岩段，相比之下较中上段水体更深，总体可以看出其沉积环境以开阔台地潮下环境为主，水动力略为偏弱。根据碳、氧同位素测试结果(图 6)，栖霞组δ¹⁸O与δ¹³C变化特征基本一致，说明栖霞组沉积时期水体相对封闭。Keith和Weber^[25]对碳、氧同位素进行了分析,提出了Z值(盐度指数)计算公式：Z＝2.048×(δ¹³C+50)+0.498×(δ¹⁸O+50)；并认为：Z值大于120为海相，小于120为淡水相。从同位素资料(图 6)来看,Z值多大于120，说明栖霞组主要为一套海相沉积。从稀土元素Ce的分布特征(图 6)来看，Ce/Ce^*值在2 108.25～2 112.00 m层段大于0.95，Ce/La值大于2.0，对应于孢粉相B组合，具有正异常，指示缺氧的还原环境特征。

图 5 南黄海二叠系沉积相综合柱状图Fig. 5 Integrated Histogram of Sedimentary Facies in Permian

图选项

Ti为干酪根类型；Tmax为热解最高峰温。 图 6 南黄海盆地二叠系氧化还原指标纵向变化趋势图Fig. 6 Vertical changes trends of oxidation-reduction in Permian of South Yellow Sea basin

图选项

龙潭组的样品点大多分布在多砂质沉积的充氧近陆架和多泥质沉积的充氧远陆架区，特别是C1井龙潭组的样品点，较为靠近“P”角端区域(图 4)，这表明龙潭组以近陆充氧环境为主；从沉积特征来看，龙潭组主要接受了灰色细砂岩、粉砂岩与含煤层黑色泥岩沉积，局部见煤层，反映了水体较浅、含氧量较丰富、水体动荡的滨岸沼泽沉积环境。

大隆组的样品不多，但可看到其多数样品点分布于贫氧-缺氧的较远岸陆架区(图 4)。总体来看，用孢粉学解释烃源岩的古环境，其研究结果得到了沉积学和微量元素分析结果的支持。

从上述分析研究可以看到南黄海地区二叠系盆地的一个完整发育过程：下二叠统栖霞组为开阔台地潮下低能环境，水动力较弱，至二叠纪中晚期开始海退，海平面下降；龙潭组以海陆交替的三角洲和海湾沼泽沉积环境为主，水体动荡，含氧充分，不利于有机质的堆积和保存；二叠纪末又开始进入了新一轮的海侵时期，形成大隆组的缺氧-少氧沉积环境。

在沉积有机屑组分中，低等浮游植物成因的无定形有机质比例受制于水体的生产力和贫氧的水底环境，无定形有机质的高比例指示水体底部因水体分层而造成封闭缺氧的还原环境。笔者试图以无定形有机质比例为指标，探讨栖霞组沉积环境特征，进而分析栖霞组烃源岩纵向生烃潜力的差异。图 7以有机屑组分图示直观地表示各类有机屑纵向变化，无定形有机质变化特征一目了然：由下而上清楚地显示了两次由高到低的变化。沉积有机屑组分的变化反映栖霞组沉积时水体经历了两次收缩，深水区域缩小，径流搬运作用加强，异地生长的草质、木质等陆生植物碎片被携带进入海洋，同时水面下降，水体变浅，水动力相对变强，水体分层被破坏，形成充氧环境。

岩性图例同图5图 7 二叠系有机屑组分综合图式Fig. 7 Comprehensive map of organic debris component in Permian

图选项

有机质的生产力越高、沉积环境的还原性越强，越有利于烃源岩的发育。本文微体化石分析(图 3)表明，栖霞组下部及上部A相组合中出现比例较高的有结构有机质和无定形有机质，同时疑源类和藻类也较丰富，这些都是栖霞组烃源岩下部及上部具有高生产力及缺氧保存条件的标志；同时ω(TOC)和I_H值出现骤变的层位与这些微体化石及有机质类型明显改变的层位几乎一致(图 8)。这表明在当时水体中，低等藻类等生物繁盛，形成丰富的有机物源，有机质母源条件好，具有高的生产力；同时由于水体较深，垂向出现分层，造成水体下层缺氧，有利于富氢有机质的堆积和保存，是烃源岩形成的有利环境。龙潭组C相组合中以惰质组分为主，丝碳数比最高可达30%，藻类、疑源类比例极低，有机质类型差，生产力低；其处于多砂质沉积的充氧近陆架和多泥质沉积的充氧远陆架区，水动力较强，不利于有机质的保存和烃源岩的发育。

IH为氢指数；IO为氧指数 图 8 南黄海盆地二叠系岩石热解参数曲线图Fig. 8 Diagram of rock pyrolysis parameter in Permian of South Yellow Sea basin

图选项

沉积有机质是生油母质的来源，不同类型的有机质具有不同生烃潜力。笔者对南黄海古生界二叠系沉积有机质组分进行了鉴定和统计，采用G.Bayliss1975年有机质生烃潜力的分类方法^[25](表 1)，依据各类有机质的组分特征(图 7)，对烃源岩生烃潜力进行评价。

大隆组的有机屑组分中无定形有机质最多，比例变化显示下部低上部高，最高可达82%;草质植屑略多于煤质植屑和木质植屑。龙潭组的有机屑组分中，煤质植屑或草质植屑比例始终维持较高值，分别可达到57%和53%。栖霞组的有机屑组合中无定形有机质比例清楚地显示了由高到低的变化。W1井下部的栖霞组样品无定形有机质比例可高达78%，至中部降至最低时仅为22%,此后无定形有机质比例再度上升，可达到74%;其他组分中,煤质屑和草质植屑比例较高，分别为8%～42%和11%～28%。

根据孢粉分析结果，按照以下公式计算并划分干酪根类型^{[13, 14]}：Ti=(100E+50F-50G-100H)/(E+F+G+H),其中，E、F、G、H分别代表无定形有机质、草质植屑、木质植屑和煤质植屑所占比例。其中,Ti在80以上为Ⅰ型，40~80为Ⅱ₁型，0~40为Ⅱ₂型，小于0为Ⅲ型。南黄海二叠系灰岩除C2井外，腐泥型有机质类型(Ⅰ和Ⅱ₁)样品数占总数的60%(图 9)，反映南黄海盆地二叠系烃源岩有机质类型较好，理论上具有较高的生烃潜力。从碳、氧同位素组成特征(图 6)来看，南黄海盆地二叠系整体δ¹³C组成偏重，平均值为2.49‰，也显示出南黄海盆地二叠系具有较高的古生产力和生烃潜力。

图 9 二叠系烃源岩有机质类型频率图Fig. 9 Frequency plot of organic matter type in Permian

图选项

利用孢粉相分析方法，可以有效地对高成熟海相烃源岩的生烃潜力和形成环境进行客观评价。研究结果表明：栖霞组为缺氧远陆架沉积环境，低等浮游植物大量繁殖，沉积有机屑以无定形有机质为主，生烃潜力高，水体较深，出现稳定分层，水体下部形成缺氧环境，以浮游植物成因为主的无定形有机质得以保存，是烃源岩形成的有利环境；大隆组为少氧-缺氧的陆架区，也为烃源岩形成环境，但生烃潜力较栖霞组差之；龙潭组以陆源输入为主，浮游植物群为次，沉积有机屑中煤质型有机质较为丰富，生烃潜力差，沉积区靠近物源，水体较浅，水动力较强，含氧量高，不利于有机质的保存和烃源岩的形成。