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  地质与资源 2023, Vol. 32 Issue (1): 31-38, 63  
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doi：10.13686/j.cnki.dzyzy.2023.01.004
引用本文
罗立艳, 施立志, 汪彪, 崔新宇. 内蒙古林西地区上二叠统林西组烃源岩有机岩石学特征[J]. 地质与资源, 2023, 32(1): 31-38, 63.  
LUO Li-yan, SHI Li-zhi, WANG Biao, CUI Xin-yu. ORGANIC PETROLOGY OF SOURCE ROCKS FROM THE UPPER PERMIAN LINXI FORMATION IN LINXI AREA, INNER MONGOLIA[J]. Geology and Resources, 2023, 32(1): 31-38, 63.  
内蒙古林西地区上二叠统林西组烃源岩有机岩石学特征
罗立艳1,2 , 施立志1,2 , 汪彪1,3 , 崔新宇1,3     
1. 中国地质科学院 矿产资源研究所, 北京 100037;
2. 中国地质科学院, 北京 100037;
3. 中国地质大学, 北京 100083
收稿日期：2021-02-09; 修回日期：2021-05-18
基金项目：中国地质调查局项目"二连盆地及外围石炭-二叠系油气地质调查"(DD20190099), "松辽外围南部盆地群油气基础地质调查"(DD20160618);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(KK2005)。
作者简介：罗立艳(1999-), 女, 硕士研究生, 矿产普查与勘探专业, 通信地址 北京市西城区百万庄大街26号, E-mail//1601062995@qq.com。
通信作者：施立志(1976-), 男, 教授级高级工程师, 从事油气地质综合研究工作, 通信地址 北京市西城区百万庄大街26号, E-mail//86547864@qq.com。
摘要：内蒙古东部林西地区是二连盆地外围石炭-二叠系油气勘探的重要潜力区之一. 为了研究上二叠统林西组烃源岩有机岩石学特征, 对野外露头剖面的林西组烃源岩开展了总有机碳、有机显微组分、镜质体反射率及岩石热解等测试分析. 结果表明: 林西组烃源岩总有机碳分布在0.63%~1.30%, 平均为0.87%, 所有样品含量均大于0.6%;有机显微组分分布在0.27%~3.66%, 平均值为2.08%, 其中95.24%的样品达到1.0%以上, 表明有机质丰度达到了"较好"至"好"级别; 镜质体反射率分布在1.26%~2.58%, 平均值为1.88%, 其中90.47%的样品含量大于1.3%, 镜质体反射率较高, 表明有机质成熟度达到"高成熟"至"过成熟"阶段; 岩石热解氢指数分布在8×10-3~89×10-3, 平均为27.52×10-3, 表明有机质类型归属于Ⅲ型. 综合评价表明林西地区上二叠统林西组烃源岩属于"较好-好"烃源岩, 生烃潜力较大, 具有较好的油气资源前景.
关键词：林西组    烃源岩    有机质丰度    有机质成熟度    有机质类型    内蒙古    
中图分类号：P618.13            文献标志码：A            文章编号：1671-1947(2023)01-0031-09
ORGANIC PETROLOGY OF SOURCE ROCKS FROM THE UPPER PERMIAN LINXI FORMATION IN LINXI AREA, INNER MONGOLIA
LUO Li-yan1,2 , SHI Li-zhi1,2 , WANG Biao1,3 , CUI Xin-yu1,3     
1. Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China;
2. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
3. China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: Linxi area in eastern Inner Mongolia is one of the important potential areas for Carboniferous-Permian oil-gas exploration in the periphery of Erlian Basin. The total organic carbon (TOC), organic macerals, vitrinite reflectance and rock pyrolysis of the source rocks from Upper Permian Linxi Formation in field section are tested and analyzed to study the organic petrological characteristics of the source rocks. The results show that the TOC content of source rocks is 0.63%-1.30%, averagely 0.87%. The content of organic macerals ranges from 0.27% to 3.66%, averagely 2.08%, with 95.24% of the samples above 1.0%, indicating that the organic matter abundance is at relatively good-good level. The vitrinite reflectance(Ro) is 1.26%-2.58%, averagely 1.88%, with that of 90.47% of the samples more than 1.3%, showing the organic matter is in high mature-overmature stage. The hydrogen index of rock pyrolysis is 8×10-3-89×10-3, averagely 27.52×10-3, reflecting that the organic matter belongs to III-type. It is concluded from the comprehensive evaluation that the source rocks of Upper Permian Linxi Formation are relatively good-good, with great hydrocarbon potential and good prospect of oil-gas resources.
Key words: Linxi Formation    source rock    organic matter abundance    organic matter maturity    organic matter type    Inner Mongolia    

0 引言

内蒙古东部地区上二叠统林西组是该区古亚洲洋构造域向濒太平洋构造域叠加转换时期的产物. 近年研究结果表明，二连盆地及外围地区（兴蒙地区）石炭－二叠系作为潜在的有利含油气层系，具有良好的生储盖组合和油气成藏条件[1-3]，内蒙古东部上二叠统林西组烃源岩十分发育，是北方石炭－二叠系新区新层系油气勘探的重要目标层系之一. 前人对林西组的构造环境、沉积特征、岩相古地理及地层古生物等开展了不同程度的研究[4-6]，但对林西组烃源岩特征及生烃潜力研究较少. 因此，本文根据野外采集样品结合区域石油调查等资料，对该区林西组烃源岩开展有机地球化学与岩石学特征研究，为二连盆地及外围地区上古生界油气资源前景评价提供基础资料.

1 地质概况

林西地区位于大兴安岭的南部，佳－蒙地块南部与华北板块北缘相邻地带，区域内主要发育上古生界和中生界地层，二叠系从下到上主要有大石寨组、哲斯组和林西组. 其中林西组地层出露较为广泛（图 1），从下到上发育林一段—林五段（图 2），岩性主要为碳质泥页岩、深灰色粉砂岩、灰黑色砾岩、颗粒灰岩、泥灰岩以及生物格架灰岩，以海相沉积环境为主，存在过渡相环境. 沉积环境主要经历了由滨海—半深海—三角洲前缘—浅海—滨海的演变[7-10]，其中林西组碳质泥页岩是重要的烃源岩层位且具有良好的页岩气勘探前景[11-13].

图 1 林西地区地质简图（据文献[4]修改） Fig.1 Geological sketch map of Linxi area(Modified from Reference[4]) 1—第四系（Quaternary）；2—哲斯组（Zhesi fm.）；3—林西组（Linxi fm.）；4—新民组（Xinmin fm.）；5—白音高老组（Baiyingaolao fm.）；6—钾长花岗岩（moyite）；7—二长花岗岩（monzogranite）；8—花岗斑岩（granite porphyry）；9—闪长岩（diorite）；10—采样点（sampling site）；11—剖面位置（section）
图 2 林西地区林西组地层沉积柱状图 Fig.2 Sedimentary column of Linxi Formation in Linxi area 1—含砾砂岩（pebbly sandstone）；2—粉砂岩（siltstone）；3—泥岩（mudstone）；4—灰岩（limestone）；5—礁灰岩（reef limestone）；6—英安质晶屑凝灰岩（dacite crystal tuff）；7—板状交错层理（plate cross bedding）；8—楔形交错层理（wedge cross bedding）；9—砂岩（sandstone）；10—粉砂泥岩（silty mudstone）；11—页岩（shale）；12—鲕粒灰岩（oolitic limestone）；13—藻席灰岩（algal mat limestone）；14—平行层理（parallel bedding）；15—冲洗交错层理（swash cross bedding）；16—爬升交错层理（climbing cross bedding）；17—波状层理（wavy bedding）；18—波痕构造（ripple structure）；19—包卷层理（convolute bedding）；20—球枕状构造（ball-pillow structure）；21—生物礁（organic reef）；22—介壳滩（shell beach）；23—生物扰动（bioturbation）；24—透镜状层理（lenticular bedding）；25—水平层理（horizontal bedding）；26—龟裂（cracking）；27—滑塌层理（slump bedding）；28—槽模（flute cast）；29—藻席构造（algae mat structure）；30—叠层石（stromatolite）；31—钻孔（borehole）；32—冲蚀面（erosion surface）
2 实验与方法

本研究中的21件烃源岩样品均采自林西地区半拉山剖面的上二叠统林西组，岩性主要为灰黑色－黑色泥岩、页岩. 在长江大学地球化学实验室对烃源岩样品进开展了有机显微组分确定、总有机碳（TOC）分析、镜质体反射率（Ro）及岩石热解实验等测试分析.

首先对烃源岩样品进行全岩光片分析，应用煤岩学理论与方法，在不破坏烃源岩原生结构前提下，利用反射光与荧光显微镜进行有机显微组分的鉴定与定量；运用CS－230碳硫分析仪对采集的烃源岩样品进行总有机碳分析；运用Zeiss Axio Scope.A1仪器对烃源岩样品的镜质体反射率进行测定；运用OGE－Ⅵ油气评价工作站仪器对烃源岩样品进行岩石热解氢指数的测定.

3 有机质丰度

烃源岩中的有机质是油气形成的物质基础，通常采用有机质丰度代表岩石中有机质的相对含量并用以衡量和评价岩石的生烃潜力[14]. 本研究对测试样品进行有机岩石学样品的制备并测定总有机碳含量，结合有机显微组分组成、定量指标综合评价烃源岩有机质丰度.

3.1 总有机碳含量

总有机碳含量是国内外普遍采用的有机质丰度指标，是反映烃源岩有机质丰度的最重要的指标之一[15-16]. 对林西组21件烃源岩样品进行有机碳测试，其中林西组二段（林二段）4件，林三段2件，林四段7件，林五段8件. 实验测试结果见表 1.

表 1 林西组烃源岩样品总有机碳含量分析结果 Table 1 TOC content of source rock samples from Linxi Formation

从表 1可知，总有机碳含量分布在0.63%~1.30%，平均为0.87%. 全部样品（21件）分布在0.6%~1.30%区间（图 3），由此可知林西组烃源岩级别达到了“较好—好”级别.

图 3 林西组各段烃源岩TOC含量分布 Fig.3 Distribution of TOC content in source rocks from each member of Linxi Formation 1—林二段（2nd mem.）；2—林三段（3rd mem.）；3—林四段（4th mem.）；4—林五段（5th mem.）
3.2 有机质显微组分总含量

研究表明有机质显微组分的高低能够很好地反映烃源岩有机质丰度的高低，即烃源岩质量的好坏[17-18]. 本研究主要采用全岩分析法对所采集的烃源岩样品进行有机岩石学研究，在不破坏烃源岩原生结构的前提下，利用反射光与荧光显微镜进行有机显微组分的鉴定和定量.

研究区林西组烃源岩样品中有机显微组分在荧光下大部分呈现棕黑色，未发现具有形状的荧光显微组分，表明成熟度应属于较高级别. 烃源岩样品中所见的镜质组含量很低，呈亮白色碎屑状，显微镜下肉眼分辨较为困难（图 4a、b）. 少量烃源岩样品中含有较多的亮白色组分，无论在颜色、结构以及形态上都与有机显微组分中惰质组成分极为相似. 烃源岩样品中所见惰质组未见保存完好的细胞结构特征，以碎屑惰质体为主，在油浸反射光下呈亮白色不规则的杂乱结构（图 4c、d）. 由于样品属于地表样品，长期遭受野外风化、变质等因素影响，一些原本为有机质的显微组分无法识别，另有一些组分因成岩作用后期转化为其他组分（表 2）.

图 4 林西组样品镜质组与惰质组组分（油浸，500×） Fig.4 Vitrinite and inertinite components in source rock samples from Linxi Formation (oil immersion, 500×) a—镜质组组分，大部分呈棕黑色，少量亮白色碎屑状（vitrinite component，mostly brownish black with a few bright white debris）；b—镜质组组分，大部分为棕黑色，亮白色碎屑状杂乱分布（vitrinite component，mostly brownish black with bright white debris disorderly distributed）；c—惰质组组分，零星分布的亮白色碎屑状（inertinite component，with bright white debris scattered）；d—惰质组组分，亮白色碎屑状无规则杂乱分布（inertinite component，with bright white debris disorderly distributed）
表 2 林西组烃源岩样品（泥岩）有机显微组分含量 Table 2 Content of organic macerals in source rock samples (mudstone) from Linxi Formation

由表 2可知，21件烃源岩样品中，有机显微组分含量分布在0.27%~3.66%之间，平均为2.08%. 其中95.24%的样品达到1.0%以上，表明有机质丰度达到了“较好—好”级别. 分层段来看，相对于其他层段，林二段的有机显微组分相对较低，林三段、林四段、林五段烃源岩样品有机显微组分普遍大于2.0%（图 5）.

图 5 林西组各段有机显微组分含量分布 Fig.5 Distribution histogram of organic maceral contents in each member of Linxi Formation 1—林二段（2nd mem.）；2—林三段（3rd mem.）；3—林四段（4th mem.）；4—林五段（5th mem.）

综上所述，根据样品总有机碳含量及有机显微组分含量，综合判断林西组有机质丰度总体为“较好—好”级别.

4 有机质成熟度

有机质热演化达到门限温度时，干酪根成熟并大量生成烃类. 由于镜质体反射率是温度和有效加热时间的函数且具有不可逆性，因此热变质作用越强则镜质体反射率越大. 所以，镜质体反射率是反映样品成熟度的最佳指标[19-22]. 本研究对野外所采集的烃源岩样品进行全岩光片制备与观察，在显微光度计下测定其镜质体反射率，结果见表 3.

表 3 林西组烃源岩样品镜质体反射率分析结果 Table 3 Vitrinite reflectance analysis results of source rock samples from Linxi Formation

由表 3可知：林西半拉山剖面林西组21件泥岩样品中镜质体反射率分布在1.26%~2.58%，平均值为1.88%，其中90.47%的样品含量大于1.3%（图 6）. 总体而言，林西组烃源岩的镜质体反射率较高，表明烃源岩有机质成熟度达到“高成熟—过成熟”阶段.

图 6 林西组烃源岩镜质体反射率分布 Fig.6 Distribution histogram of vitrinite reflectance of source rocks from Linxi Formation
5 有机质类型

评价研究区有机质类型的岩石热解参数主要为氢指数（HI），氢指数越高，岩石的有机质类型越好[23-25]. 林西地区半拉山剖面林西组21件烃源岩样品中，氢指数最低为8×10－3，最高89×10－3，平均27.52×10－3，全部小于150×10－3. 根据氢指数分析，林西组烃源岩有机质类型为Ⅲ型.

6 生烃潜力评价

综合有机质丰度、有机质成熟度及有机质类型评价，表明林西地区半拉山剖面林西组烃源岩属于“较好—好”烃源岩，生烃潜力较大，达到“较好—好”级别，具有较好的油气资源前景.

7 结论

1）林西地区上二叠统林西组烃源岩总有机碳分布在0.63%~1.30%，平均为0.87%，所有样品含量均大于0.6%；有机显微组分含量分布在0.27%~3.66%，平均值为2.08%，其中95.24%的样品达到1.0%以上，表明林西组有机质丰度总体达到“较好—好”级别.

2）林西组烃源岩镜质体反射率分布在1.26%~2.58%，平均值为1.88%，其中90.47%的样品含量大于1.3%，镜质体反射率较高，表明烃源岩有机质成熟度达到“高成熟”至“过成熟”阶段. 岩石热解氢指数分布在8×10－3~89×10－3，平均为27.52×10－3，表明有机质类型归属于Ⅲ型.

3）依据有机质丰度、有机质成熟度及有机质类型的评价结果综合分析，林西地区半拉山剖面林西组烃源岩属于“较好—好”类型，生烃潜力较大，具有较好的油气资源前景.

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