0 引言
頁巖氣是一種分布廣泛、低豐度、易發現、難開采的連續性非常規低效天然氣資源，具有典型的自生自儲、原地富集成藏等特征。筆者通過熱解、紅外線光譜、干酪根顯微組分、鏡質體反射率等方法對湘東南凹陷泥頁巖地化特征進行詳細評價，得出該地區有機質豐度、類型、成熟度特征。研究表明：該地區有機碳含量高，屬于較好的烴源巖范疇，具備優越的頁巖氣成藏發育條件，具有良好的油氣勘探潛力。
1 研究區位置
湘東南凹陷在行政區劃上位于湖南省郴州市永興縣、耒陽市、安仁縣、桂陽縣以及衡陽市常寧縣境內。坐標位置為東經110°－113°20′，北緯25°－26°30′。區塊總面積約15 000 km2，位于揚子板塊與華夏板塊之間。晉寧 — 加里東期屬于南華洋構造區；海西 — 印支期為華南板塊的一部分。大地構造上位于華南褶皺系的北部，具體構造位置：西北以衡山隆起與湘中凹陷為界，東界為桂東 — 汝城隆起，南與桂中凹陷毗連，整體呈NE向展布。
2 泥頁巖發育情況
湘東南凹陷發育有多套以黑色頁巖為主體的海相泥頁巖層系，分布面積廣、埋藏深度淺、厚度大。從整個湘東南凹陷來看，泥頁巖最厚的是龍潭組，在全區都有分布，研究區內兩個次級凹陷泥頁巖層系最為發育。南次凹泥頁巖厚度達500 m；其次是大塘階測水段和跳馬澗組，凹陷中心泥頁巖厚度可達50多米；再其次是大隆組和錫礦山組，泥頁巖發育較差，僅厚 20 m 左右；而棋梓橋組和佘田橋組以淺海碳酸鹽巖類沉積為主，泥頁巖層系極不發育，偶見泥頁巖薄夾層。
3 有機地球化學特征
筆者主要對湘東南地區的7個主要烴源巖層系進行研究，進而對整個湘東南地區的烴源巖做出相對客觀的評價。
3.1 有機質豐度
泥頁巖層有機質豐度的常用評價指標有總有機碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”、生烴潛量（S1+S2）和總烴量（HC）。
圖1中列舉了各層段露頭巖樣的原始有機碳數據及恢復后處理后的有機碳數值，它們大致反映了各層段有機質豐度的變化。從表1有機碳熱解分析數據和表2顯示的有機碳數據表明本區有機碳分布的不均一性，并且大部分都較低。經恢復后的有機碳值應該說能更好地反映地下烴源巖的實際豐度。其中上二疊統大隆組和下石炭統大塘階測水段泥質巖有機碳含量最高，分別達5.12 %和5.26 %，為好 — 最好烴源巖。中上泥盆統的跳馬澗組、棋梓橋組、佘田橋組和錫礦山組等則主要為好或較好烴源巖，其中特別需要說明的是，泥盆系的地層由于熱演化程度很高而導致有機碳值偏低。
根據烴源巖熱解質量評價圖（圖2），湘東南凹陷各烴源巖層地表樣品的熱解烴含量雖然很低，但由于Tmax值一般都大于500℃，其他也基本接近500℃，所以它們仍屬中等 — 好的烴源巖。
從本區烴源巖抽提物的紅外光譜（圖3）來看，無論是氯仿抽提物還是進一步的混合溶劑抽提物，其稠環芳烴側鏈上烷鏈結構與芳核結構的比值（即1 460／1 600 cm-1）都遠大于1，屬較好 — 好的烴源巖范疇。龍潭組在道縣凹陷的東北部以及耒桂凹陷大部分地區分布均較好，TOC值可達到2.5 %以上。大塘階測水段在耒桂凹陷的西南部埋藏最深且TOC值較高最大可達2.5 %以上，道縣凹陷最大可達1.0 %以上。大隆組在耒桂凹陷的西南部與東北部均有較好的分布，TOC值最大可達到2.5 %，且在道縣凹陷的東北部有少量的分布。佘田橋組在耒桂凹陷的中部地區埋藏達到最深，TOC值達到2.5 %以上，在道縣凹陷最大可達1.0 %。錫礦山組和跳馬澗組在耒桂凹陷及道縣凹陷的分布相對其他5個層位的分布較差一些，TOC值最大可達到2.0 %。
3.2 有機質類型
泥頁巖中有機質的類型是其質量指標。不同類型的原始有機質，其原始物源、沉積保存環境、化學組成和結構都不同，因而具有不同的油氣生成潛能，產物的結構組成及性質也不同。有機質類型的評價方法較多，筆者主要用干酪根顯微組分鑒定法判斷有機質類型。干酪根顯微組分分析是在鏡下直接觀測干酪根的形態，統計其不同組分所占百分比來確定類型。表3是本區干酪根顯微組分的分析結果，泥盆系中上統棋梓橋組和佘田橋組的有機質類型多以Ⅰ型（即腐泥型）為主，煤系地層如二疊系上統的龍潭組和石炭系下統的大塘階測水段多以Ⅱ型（即混合型）和Ⅲ型（即腐殖型）為主。其余基本為混源Ⅱ型干酪根。但需說明的是，由于所取樣品都為地表露頭樣品，長期的風化、氧化會使其類型變壞。原始母質類型可能更好。二疊系上統的龍潭組為碎屑巖夾煤系的海陸交替相地層，其黑色泥巖或頁巖樣品（煤樣除外）的有機碳值較高，有機質類型也比較好，以Ⅱ1型為主，含有部分Ⅱ2型，成熟度剛進入高成熟期（圖4），再加上有一定的厚度分布，因此龍潭組應有較大的生烴貢獻，石炭系石磴子段和孟公坳段分別為開闊潮下帶 — 淺海相和局限潮下帶 — 淺海相地層，其有機碳值對于碳酸鹽巖來講也是較高的，有機質類型亦為Ⅱ1或Ⅱ2型為主，孟公坳組還有部分I型。若考慮到其為海相地層、樣品為地表露頭樣的話，其類型應更好，有機質亦處于高成熟期。由于石炭系正處于范圍廣的海侵階段，其地層分布廣，亦有一定厚度，具有較大的生烴貢獻；泥盆系錫礦山組、佘田橋組和棋梓橋組主要處于海侵全盛時期，為臺地淺海相地層，鑒于泥盆系有機質有一定的豐度，類型較好，尤其是佘田橋組和棋梓橋組均為I型生烴母質，演化現已處于高熟 — 過熟階段，其地層亦有不小的體積，它們肯定已產生過大量的油氣，有較大的生油氣貢獻。
總體來看，湘東南地區泥盆系中上統的棋梓橋組和佘田橋組有機質類型較好，應多以Ⅰ型（即腐泥型）為主，煤系地層如二疊系上統的龍潭組和石炭系下統的大塘階測水段多以Ⅱ型（即混合型）和Ⅲ型（即腐殖型）為主。二疊系上統的大隆組、泥盆系中上統的錫礦山組和跳馬澗組多以混源Ⅱ型干酪根為主。
3.3 有機質成熟度
烴源巖的成熟度和成烴演化特征的正確認識是關系到研究區油氣遠景評價及其勘探突破的一個重要問題。同時成熟度是頁巖氣藏主控因素之一，作為烴源巖，成熟度是干酪根的演化程度，影響頁巖氣的產量。通常認為0.6 %＜鏡質體反射率（Ro）＜1.3 %處于成熟階段，1.3 %＜Ro＜2.0 %處于高成熟階段，2.0 %＜Ro處于過成熟階段。一般來說Ro＞1.3 %時，處于高成熟階段的泥頁巖地層先生油后裂解成氣，形成海相頁巖連續生氣與聚氣的優勢。
從對湘東南地區的已有測試結果（表4）來看，湘東南凹陷二疊系、石炭系各烴源巖層的 Ro 低于2.0 %，但高于1.3 %，Tmax平均值大于500℃，顯示其有機質處于高成熟期，Tmax值亦處在凝析油和濕氣階段，而泥盆系烴源巖的Ro值已處于2.0 %，甚至達到2.5 %，處于過成熟階段，它們主要以生氣為主。泥盆系的Ro值還出現個別樣品偏高，甚至在同一個樣品中出現兩組數據，其中一組明顯偏高。其原因可能是由于構造運動造成表面樣品的物理變化而形成的，并不僅僅只是熱力作用的結果。但要特別說明的是，泥盆系地層的Tmax值發生“倒轉”，反而比上覆的二疊系、石炭系還要低，這不能代表其真實演化程度，而可能是由于其有機質類型好，其中的輕質組分含量相對較高造成的。湘東南泥頁巖層系各層段主要熱演化特征如下：
1） 中泥盆統跳馬澗組（D2t）— 棋梓橋組（D2q）：跳馬澗組和棋梓橋組由于埋藏最深，熱演化程度很高，絕大多數已處于過成熟階段。3個地區的大部分Ro值都已大于2.0 %，最高值均可達3.5 %以上，棋梓橋組熱演化最高的地區主要集中于桂陽地區的南部，跳馬澗組熱演化最高的地區主要集中于桂陽與耒陽之間的地帶。
2）上泥盆統佘田橋組（D3s）— 錫礦山組（D3x）：佘田橋組與錫礦山組大部分地區已達過成熟階段，佘田橋組Ro值分布范圍為2.0 %～4.0 %，熱演化較高的地區主要集中在桂陽地區附近，錫礦山組Ro值分布范圍為1.5 %～3.5 %，熱演化較高的地區主要集中在桂陽與耒陽的中間地帶。
3）下石炭統測水段（C1d2）：該組熱演化程度較高，絕大部分地區均已進入過成熟，桂陽與耒陽的中心地帶最高熱演化可達3.0 %以上，并呈輻射狀向四周遞減。
4）上二疊統龍潭組（P2l）— 大隆組（P2d）：整體演化程度已不如棋梓橋組、跳馬澗組和佘田橋組，但全區Ro值在1.5 %以上，預示大部分處于高成熟與過成熟階段，大隆組高演化地帶主要集中在桂陽的周邊地帶，該區的最高值在2.5 %以上，龍潭組高演化地帶主要集中于桂陽周圍以及該區的西北部，Ro值最大可達3.5 %以上。
4 結論
1）湘東南地區的多為碳質頁巖、灰色頁巖以及深灰色頁巖，泥頁巖在各地質歷史時期十分發育，泥頁巖層系的有機碳含量都比較高，達到良好的生油巖標準，具備了優越的頁巖氣成藏發育條件。
2）TOC值基本上都處在1.0 %以上，中心地帶最大值可達到2.5 %。干酪根主要以優質的Ⅰ型和Ⅱ型為主，有少量的Ⅲ型。全區Ro值在1.5 %以上，Ro值最大可達3.5 %以上，屬于較好的烴源巖范疇。
參考文獻
［1］盧雙舫，張敏. 油氣地球化學［M］. 北京：石油工業出版社，2008.
［2］唐健程，陳紅漢，王家豪，等. 湘東南凹陷上古生界碳酸鹽巖儲層成巖作用［J］. 西南石油大學學報，2007，29（6）：71-74.
［3］石文斌，李啟桂，李健，等. 湘東南凹陷構造演化及油氣成藏研究［J］. 油氣構造，2006，22（2）：618-619.
［4］徐國勝，劉樹根，李國榮，等. 塔中、塔北古隆起形成演化及油氣地質條件對比［J］. 石油與天然氣地質，2005，2（1）：168.
［5］周進高，鄧紅嬰. 湖南漣源凹陷構造演化與油氣成藏研究［J］. 地質科學，2003，38（1）：44-51.
［6］賈大成，胡瑞忠. 湘東南汝城盆地基性巖元素地球化學及大地構造環境［J］. 地質地球化學，2003，31（2）：25-30.
［7］ Eurekan orogen: a most unusual fold- and- thrust belt.Geological Society of America Bulletin, v.101，p.952–967.
［8］ Dewing, K. and Sanei, H. 2009. Analysis of large thermal maturity datasets：examples from the Canadian Arctic Islands. International Journal of CoalGeology, v.77,p.436–448.
［9］李獻華，胡瑞忠，饒冰. 粵北白堊紀基性巖脈的年代學和地球化學［J］. 地球化學，1997，26（2）：14-30.
［10］湖南省地質礦產局. 湖南省區域地質志［M］. 北京：地質出版社，1988：483-498.
