有机相的概念最初由Rogers^[1]提出，此后，烃源岩有机相在石油勘探中得到了广泛的应用^[2-10]。在有机相的划分上，国内外学者根据实际研究的需要和使用范围，采用不同的指标提出了许多分类方案。Rogers^[1]认为有机相包括有机质类型、来源和沉积环境三方面因素，将有机质类型与其成因联系起来进行有机相分类，可更好地反映有机质的空间分布及其来源与沉积环境的关系。Jones^[2]则认为有机相的概念来源于煤相，提出“有机相是一个给定地层单位的可制图亚单位，其在有机成分基础上区别于相邻的亚单位，不考虑沉积岩的无机面貌”。综合考虑有机质来源、沉积环境、保存环境等因素对有机相进行分类，反映了各种地质体的有机质富氢程度和生源特征。我国学者郝芳等^[11]、彭立才等^[12]和姚素平等^[13]综合考虑烃源岩有机岩石学、有机地球化学和沉积学特征进行了有机相的划分，对推动沉积盆地烃源岩的油气生成潜力研究起到了重要作用。在实际的油气勘探过程中，有机相的研究可用于定量表征烃源灶。不同有机相的烃源岩生排烃的潜力不同，对烃源岩按有机相进行分类评价，有助于更好地分析盆地的勘探前景，而这就要求对烃源岩的有机相划分简便可行、易于操作。拟通过分析赛汉塔拉凹陷540余个岩石热解数据，对其烃源岩有机相进行划分，同时结合5口探井烷烃、生物标志物及镜质体反射率数据标定盆地埋藏史和热演化史，进而实现对烃源灶的定量表征，以期为盆地的资源潜力分析提供依据。

赛汉塔拉凹陷位于二连盆地腾格尔坳陷的西部，其南北两端为北东走向，中部为北北东走向，总体呈舒缓的“S”形。凹陷西北部是苏尼特隆起，南部是温都尔庙隆起，东邻查干诺尔凸起，东西宽约23 km，南北长约100 km，总面积为2 300 km²，基底埋深大于5 000 m，是腾格尔坳陷内最大的凹陷（图 1）^[14]。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 赛汉塔拉凹陷构造区带划分（据文献[14]修改） Fig. 1 Tectonic units in Saihantala Sag Ⅰ.巴音宝力格隆起；Ⅱ.马尼特坳陷；Ⅲ.乌尼特坳陷；Ⅳ.大兴安岭隆起；Ⅴ.乌兰察布坳陷；Ⅵ.苏尼特隆起；Ⅶ.腾格尔坳陷；Ⅷ.温都尔庙隆起

赛汉塔拉凹陷经历了断陷成湖、扩张深陷、萎缩消亡的断陷湖盆的完整发育过程^[17-19]，自下而上依次发育古生界、侏罗系、白垩系、古近系、新近系及第四系，其中下白垩统巴彦花群自下而上划分为阿尔善组、腾格尔组一段、腾格尔组二段及赛汉塔拉组（图 2）。阿尔善组和腾一段代表了湖盆发育的全盛时期，从阿四段到腾一段为连续沉积，是一个完整的水进体系，发育了赛汉塔拉凹陷2套重要的烃源岩，即阿尔善组烃源岩、腾一段烃源岩；腾二段早期凹陷稳定沉降，晚期缓慢抬升，湖盆逐渐消亡，沉积了区内第3套富含有机质的湖相烃源岩，即腾二段烃源岩。这3套烃源岩为赛汉塔拉凹陷提供了丰富的油源^[20]。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 赛汉塔拉凹陷地层综合柱状图 Fig. 2 Stratigraphic column of Saihantala Sag

根据英国石油公司（BP）的分类方案，将烃源岩有机相划分为A，B，C，D/E，F等5类^[5]（表 1），其中有机相C主要发育在陆相湖泊环境中，有机质来源主要为淡水藻类和细菌，属于倾油型烃源岩；有机相D/E和F均代表倾气型烃源岩，主要发育在陆源有机质较多的环境。Evenick等^[15]的研究表明，C相烃源岩中也会发育有D/E相和F相烃源岩，说明湖相沉积环境有着多变的沉积体系，包含了不同类型的干酪根，这同样也表明了湖相烃源岩具有很强的非均质性。王飞宇等^[16]根据全球范围内湖相烃源岩岩石热解数据的统计，认识到湖相烃源岩的氢指数（HI）与总有机碳（TOC）含量具有很好的相关性，烃源岩在未成熟—低成熟阶段，HI随TOC含量的增大而增大，当TOC质量分数>3%时，HI达到最大，由此可将有机相的划分简化为TOC和HI层段的划分。TOC质量分数> 2%，HI大于400 mg/g的烃源岩其有机相为C相；TOC质量分数为1%~2%，HI为200~400 mg/g的烃源岩其有机相为D/E相；TOC质量分数＜1%，HI小于200 mg/g的烃源岩其有机相为F相。根据Pepper等^[5]对烃源岩生烃动力学的研究，不同有机相烃源岩的生烃动力学参数有很大差异，生成的产物也有很大区别，因此，需要进行有机相划分并对烃源岩进行分类评价，以便更准确、合理地评价盆地的资源潜力。利用这种简化方式划分有机相，使得烃源岩分类评价简单易行、便于操作，为解决烃源灶的精细表征问题打下了基础。

表 1(Table 1)

表 1 不同有机相的比较及特征描述[5] Table 1 Comparison and characterization of different organic facies 有机相 沉积环境描述 主要生物组成 含硫量 HI（/ mg·g-1） A 海相环境，发育硅质碎屑岩、碳酸盐岩、蒸发岩 藻类、细菌 高 617 B 海相环境，发育硅质碎屑岩 藻类、细菌 中 592 C 湖相环境，水生植物繁盛 藻类、细菌 低 600 D/E 长期润湿的陆相滨岸环境 高等植物的角质、树脂、木质素、细菌等 低 333 F 较高氧化的陆相滨岸环境 藻类、细菌 低 158

下载CSV 表 1 不同有机相的比较及特征描述[5] Table 1 Comparison and characterization of different organic facies

统计、整理赛汉塔拉凹陷540余个岩石热解数据表明，烃源岩TOC含量与HI相关性很好，当TOC质量分数小于1%时，HI随TOC含量的增大而缓慢增大；当TOC质量分数为1%~2%时，HI快速增大；当TOC质量分数大于2%时，HI基本保持不变，据此将烃源岩有机相划分为C相、D/E相及F相（图 3）。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 赛汉塔拉凹陷烃源岩有机相划分（a）及氢指数分布（b） Fig. 3 Organic facies division (a) and hydrogen index (b) of source rocks in Saihantala Sag

赛汉塔拉凹陷阿尔善组、腾一段和腾二段3套烃源岩非均质性均较强。其中，腾二段烃源岩有机相以D/E相和F相为主，兼有少量C相；HI为200~400 mg/g的D/E相烃源岩样品约占样品总数的48%，HI小于200 mg/g的F相烃源岩样品约占样品总数的37%，HI大于400 mg/g的烃源岩样品约占样品总数的15%。腾一段烃源岩有机相以D/E相和F相为主，D/E相、F相和C相烃源岩样品分别占样品总数的47%，41%和12%。阿尔善组烃源岩有机相以F相为主，占样品总数的52%，其次为D/E相烃源岩，占样品总数的47%，C相烃源岩基本不发育。

选取赛汉塔拉凹陷陡坡带的赛66井和缓坡带的赛12井研究烃源岩垂向及平面展布特征（参见图 1、图 4）。赛66井位于赛东洼槽西侧，处于凹陷深洼区，完钻井深为2 470 m，完钻层位为腾一段，在腾二段的砂砾岩中发现了油层。根据对赛汉塔拉凹陷层序及沉积相的研究（图 4），赛66井钻井揭示腾一段发育滨浅湖相泥岩，烃源岩TOC质量分数平均为1.24%，HI平均为115 mg/g；腾二段主要发育湖底扇和扇三角洲砂岩，夹少量浅湖相泥岩，烃源岩TOC质量分数为0.61%~1.96%，平均为1.41%，整体上随深度增加变化不大，HI为31~198 mg/g，平均为119 mg/g，随深度增加而略微增大，到腾二段底部达到最大，反映出腾二段早期到晚期湖盆水体逐渐变浅，烃源岩发育逐渐变差，烃源岩有机相由D/E相变为F相。

赛12井位于巴彦东构造，处于凹陷的缓坡带，完钻井深为2 539.86 m，完钻层位为侏罗系。整个井段钻井揭示了腾二段、腾一段和阿尔善组3套烃源岩（图 4）。赛12井在阿尔善组沉积时期发育近岸水下扇沉积，烃源岩发育较差，主体为F相，TOC质量分数为0.22%~1.02%，平均为0.63%，HI为14~268 mg/g，平均为97 mg/g；腾一段沉积时期湖盆构造活动最强烈，湖水快速扩张，发育了大套湖相泥岩，烃源岩TOC含量和HI均随着深度的增加而降低，TOC质量分数为0.57%~2.15%，平均为1.44%，HI为65~346 mg/g，平均为236 mg/g，整体上属于D/E相烃源岩；腾二段早期以发育深湖相沉积为主，到晚期水体变浅，发育湖底扇及浅湖相沉积，烃源岩TOC含量随深度增加而增大，质量分数为0.88%~3.16%，平均为2.09%，HI随深度增加而增大也比较明显，为31.19~443.15 mg/g，平均为302.63 mg/g，到腾二段底部达到最大443.2 mg/g，反映了垂向上烃源岩有机相的变化，即由F相变为D/E相。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 赛66井（a）和赛12井（b）沉积-有机地球化学剖面 Fig. 4 Sedimentary and organic geochemistry characteristics in Sai-66 well (a) and Sai-12 well (b)

赵贤正等^[20]在对小型断陷湖盆有效烃源岩分布特征的研究中指出，赛汉塔拉凹陷有效烃源岩的分布类型为“近洼缓坡型”，即近洼缓坡带发育的烃源岩要优于深洼带。研究区的赛12井和赛66井分别位于近洼缓坡带和深洼带，赛12井腾二段C相烃源岩厚度约为570 m，D/E相烃源岩厚度约为150 m，而赛66井腾二段主要发育砂岩，中间夹少量的深灰色泥岩，以F相烃源岩为主，累计厚度约为140 m；赛12井腾一段以大套的暗色泥岩为主，C相烃源岩累计厚度约为160 m，D/E相烃源岩累计厚度约为30 m，赛66井腾一段仅揭开65 m，以深灰色泥岩为主，主要发育F相烃源岩（图 3、图 4）。由此可知，处于缓坡带的赛12井腾一段和腾二段烃源岩发育的有机相和厚度均优于处于深洼带的赛66井，而这与沉积相的发育密切相关。处于深洼区靠近陡坡带的赛66井更有利于发育近岸水下扇及扇三角洲沉积，烃源岩有机相发育变差，而处于缓坡带的赛12井主要以湖泊相沉积为主，烃源岩有机相变好。

在晚白垩世，赛汉塔拉凹陷整体抬升并遭受剥蚀，对烃源岩的热演化产生了重要的影响^[21-23]。因此，恢复剥蚀厚度，准确标定烃源岩的有机质成熟度是定量表征赛汉塔拉凹陷生烃量的关键。

生烃量的定量分析受剥蚀厚度、古地温梯度和地表温度3个不确定性因素的影响。目前，恢复剥蚀厚度的常用方法为泥岩声波时差法和镜质体反射率法^[24-27]，而这2种方法由于受限于适用条件及其本身的精度并不能准确求取剥蚀厚度，此外，研究区的古地温梯度和地表温度由于受地质条件和时间变化的影响也难以准确求取。在实际的盆地模拟过程中最重要的是要利用大量的实测数据准确拟合生烃曲线，从而消除以上这3个不确定性因素造成的误差。

综合应用岩石热解参数（TI），结合烷烃参数（OEP和CPI）、生物标志物参数[C₂₉甾烷20S/（20S +20R）和C₂₉甾烷ββ（/ ββ +αα）]及镜质体反射率（R_o），标定赛97井烃源岩的成熟度，其门限深度为1 900 m（图 5）。利用生烃动力学模型分析软件（Kinex）对赛97井烃源岩（有机相为D/E）进行生烃曲线的拟合，结果显示，当古地温梯度为40 ℃/km、剥蚀厚度为500 m时，曲线与岩石热解参数、生物标志物参数和镜质体反射率拟合很好。在赛汉塔拉凹陷，由于构造背景的差异，不同区域的剥蚀厚度有所不同，通过对典型井剥蚀厚度的恢复和有机质成熟度的标定，实现了对整个凹陷埋藏热演化史的恢复，从而确定了主力烃源岩有机质成熟度的分布（图 6）。腾二段烃源岩处于未成熟—低成熟阶段，R_o为0.40%~0.85%，仅在赛东洼槽（参见图 1）局部R_o达到0.70%~0.85%。腾一段烃源岩基本进入成熟阶段，R_o为0.7%~1.2%，赛东洼槽有机质成熟度整体较高，R_o为0.9%~1.2%。阿尔善组烃源岩有机质成熟度相对更高，R_o为0.8%~1.4%。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 赛97井深度与岩石热解参数（a）、烷烃参数（b）、生物标志物参数（c）及镜质体反射率（d）的关系 Fig. 5 Parameters of Rock-Eval (a), alkane (b), biomarker (c) and vitrinite reflectance (d) vary with depth in Sai-97 well

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 赛汉塔拉凹陷腾二段（a）、腾一段（b）及阿尔善组（c）烃源岩有机质成熟度特征 Fig. 6 The maturity of source rocks of K1 bt2(a) and K1bt1(b) and K1ba (c) in Saihantala Sag

排烃强度是烃源岩有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度、厚度和吸附能力的综合反映，可以作为衡量沉积盆地油气勘探潜力的指标之一，排烃强度越大，油气成藏条件就越有利。

上述研究表明，赛汉塔拉凹陷主力生油岩为腾一段D/E相烃源岩，阿尔善组主要发育D/E相和F相烃源岩，为次要生油岩，而腾二段烃源岩由于有机质成熟度较低，对整个凹陷贡献不大（参见图 6、图 7）。通过研究区18口探井的烃源岩测井地球化学评价（Δ log R技术），定量表征阿尔善组、腾一段、腾二段3套D/E相烃源岩（TOC质量分数> 1%）的厚度和HI值，按照Pepper等^[5]的生排烃模型确定干酪根生烃动力学参数，再结合热演化史分析，计算出3套烃源岩的排烃强度（图 7）。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 赛汉塔拉凹陷腾二段（a）、腾一段（b）及阿尔善组（c）烃源岩排烃强度分布 Fig. 7 The hydrocarbon expulsion intensity of source rocks of K1 bt2(a) and K1 bt1(b) and K1ba (c) in Saihantala Sag

赛汉塔拉凹陷富油洼槽主体位于赛东洼槽。腾一段烃源岩在南部排油量较大，达3 500万t/ km²，北部洼槽有机质成熟度较南部洼槽低，排烃强度最高为2 000万t/km²。全凹陷累计排油量达2.55亿t。阿尔善组在整个赛东洼槽均有油气排出，由于烃源岩厚度较腾一段小且类型较腾一段差，排烃强度低于腾一段烃源岩，为（200~800）万t/km²。

（1）赛汉塔拉凹陷自下而上发育阿尔善组、腾一段及腾二段3套烃源岩，非均质性均很强。应用大量岩石热解数据对烃源岩有机相进行简易划分，实现了对烃源岩的分类评价。垂向上从阿尔善组到腾一段和腾二段下部再到腾二段上部，显示出F相—D/E相—F相的烃源岩分布特征，平面上从陡坡带到缓坡带烃源岩有机相变好，厚度增大。

（2）综合应用岩石热解参数、烷烃参数、生物标志物参数和镜质体反射率对赛汉塔拉凹陷烃源岩有机质成熟度进行了标定，腾二段烃源岩处于未成熟—低成熟阶段，R_o为0.40%~0.85%，腾一段烃源岩进入成熟阶段，R_o为0.7%~1.2%，阿尔善组烃源岩成熟度略高于腾一段，R_o为0.8%~1.4%。

（3）通过对烃源岩有机相、有机质成熟度及厚度进行分析，定量表征了赛汉塔拉凹陷腾一段和阿尔善组烃源灶。腾一段烃源灶排烃强度为（500~3 500）万t/km²，阿尔善组烃源灶排烃强度为（200~800）万t/km²。