秦建中，騰格爾，申寶劍，陶國亮，盧龍飛，仰云峰

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫　214126)

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海相優(yōu)質烴源巖的超顯微有機巖石學特征與巖石學組分分類

秦建中，騰格爾，申寶劍，陶國亮，盧龍飛，仰云峰

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫214126)

摘要：為研究海相優(yōu)質烴源巖的超顯微結構特征，對我國南方海相優(yōu)質烴源巖層系開展了巖石學和有機巖石學綜合分析。通過掃描電鏡與能譜進行礦物組成和有機質類型與賦存特征分析，發(fā)現(xiàn)有機質主要以硅質生屑顆粒、鈣質生屑顆粒、黏土顆粒和有機顆粒4種方式賦存，進而對海相優(yōu)質烴源巖提出了按生物類型、生物分子結構組成及其生烴特征和沉積成巖變化的成因分類方案，包括生物骨殼碎屑(包括生物礦物)、成烴生物碎屑、瀝青組、自生礦物(或原生礦物)、次生礦物(包括表生礦物)和他生黏土礦物等6大類。這對海相優(yōu)質烴源巖的有機巖石學和巖相學研究具有指導作用。

關鍵詞：超顯微特征；有機巖石學；巖石學；海相優(yōu)質烴源巖；中國南方

有機巖石學是經(jīng)由孢粉學發(fā)展起來的干酪根方法和由煤巖學發(fā)展起來的全巖方法為理論基礎，以光學顯微鏡為技術手段，應用透射白光、反射白光、反射熒光綜合研究烴源巖中分散有機質的特征、成因及光學參數(shù)[1-3]。傳統(tǒng)的有機巖石學方法只能對微米以上大小的有機顆粒進行顯微組分描述，對微米級以下的細分散有機質則難以準確判斷來源。泥質烴源巖中的有機質大多以細分散狀態(tài)存在，常在微米級和微米級以下[4-6]，在開展有機巖石學分析時受到技術方面的很大限制。隨著微束分析技術的快速發(fā)展和廣泛應用，如掃描電子顯微鏡能譜(SEM-EDX)、電子探針(EMP)、透射電子顯微鏡(TEM)等，使人們能夠對烴源巖進行超顯微層次的微觀研究[7-9]，極大地促進了有機巖石學和泥巖巖相學的發(fā)展。

我國南方海相碳酸鹽巖層系中發(fā)育下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)、下二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)4套區(qū)域性烴源巖[10-15]，其中發(fā)育大量有機質豐度高和有機質類型好的優(yōu)質烴源巖層[16-20]，前人已開展了大量的相關研究，取得了大批成果。本文選取上述南方古生界海相環(huán)境發(fā)育的優(yōu)質烴源巖，在前期綜合研究基礎上挑選出形成大油氣田的處于不同沉積相帶與不同演化階段的主要優(yōu)質烴源巖典型樣品192塊，開展深入的有機巖石學綜合分析，并進行了巖石學的系統(tǒng)分類。

1分析方法

掃描電鏡研究采用Quanta 200型環(huán)境掃描電子顯微鏡的高真空掃描模式對頁巖的微觀形貌和結構特征進行觀察。Quanta 200型環(huán)境掃描電子顯微鏡分辨率達到1.2 nm，放大倍數(shù)25~300 000。制樣時首先應用氬離子拋光技術對樣品表面進行刻蝕，使高速離子束轟擊樣品表面時，產生常規(guī)機械拋光所達不到的鏡面效果，從而避免了機械拋光過程對巖樣表面的破壞，保留了樣品表面真實的孔隙形態(tài)。然后在樣品表面鍍一層約10~20 nm厚的金膜。針對海相富有機質頁巖超顯微(介于普通顯微鏡與原子力顯微鏡之間)結構和組成不明的特點，利用掃描電鏡(SEM)+能譜元素對海相富有機質頁巖或優(yōu)質烴源巖進行超顯微有機巖石學分析和綜合研究。

2有機質賦存特征

通過對海相優(yōu)質烴源巖的超顯微有機巖石學綜合研究，發(fā)現(xiàn)其中的有機質(或超微薄層)主要有以下4種賦存形式：①有機顆粒，主要是生物有機碎屑物質顆粒和次生瀝青顆粒；②硅質生屑顆粒，它是南方海相下寒武統(tǒng)牛蹄塘組(-C1n)、上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)五峰—龍馬溪組(O3w-S1l)及中二疊統(tǒng)大隆組(P2d)3套臺凹或臺盆優(yōu)質烴源巖中最重要的賦存形式，幾乎不含或微含黏土樣品的約占50%以上，硅質生屑主要由浮游藻類殘屑、底棲藻和海綿碎片以及菌類等組成，多呈超微薄層順層理分布；③鈣質生屑顆粒，它是南方海相D2和P2優(yōu)質烴源巖的主要賦存形式，以云南祿勸D2和川西北廣元上寺P2d鈣質生物碎屑頁巖為代表；④黏土礦物+有機質碎屑顆粒，即有機質與黏土相伴生或被片狀黏土顆粒包裹與硅質及鈣質有機生屑一起共生或吸附或包裹在黏土礦物中的有機碎屑物質顆粒，以重慶南川P2l黑色泥頁巖為代表。

2.1硅質生屑顆粒

硅質生屑頁巖主要由硅質及硅鈣質+有機生物碎屑物質(或生物衍生物質—分泌液粘附物質及糞便等)顆粒組成(圖1a)，一般均含C有機和S有機，它們多呈正相關關系。無論C有機含量高低，礦物成分均以SiO2為主體，質量分數(shù)一般可在75%以上。

2.2鈣質生屑顆粒

鈣質生屑顆粒一般均含有一定量的有機質，這些有機質多是連接或膠結群體生物的碳酸鹽骨骼、殼、細胞壁及分泌物的骨膠原蛋白等；常見到藻類或真菌類或浮游生物碎屑或殘余格架等，有的殘余格架或有機質殘余條帶清晰可見(圖1b)，甚至可見到大量真菌菌絲及藻類等。這些真菌類、藻類或浮游生物碎屑殘余格架等能譜元素分析均含一定量的有機質，而且部分含量較高。

圖1　中國南方海相優(yōu)質烴源巖掃描電鏡微觀結構照片

2.3黏土顆粒

海相優(yōu)質烴源巖黏土礦物+有機質碎屑顆粒中一般也均含有一定量的有機質，這些有機質多是與黏土相伴生或被片狀黏土顆粒包裹的生物碎屑物質。

南方海相優(yōu)質頁巖中黏土礦物可分為2類：一是以高嶺石為主的黏土礦物(圖2a)，特征是SiO2/Al2O3比值較低(1.37±)，硅鋁含量幾乎相當；二是伊利石及伊蒙混層,在掃描電鏡下多呈片狀顆粒，片狀黏土礦物顆?？梢园∮紊铩⒃宓扔袡C質。重慶南川P2l黑色泥頁巖1號樣品黏土以高嶺石為主，呈層狀，并見大量硫細菌(圖2b)，其成烴生物可能與高等植物或底棲藻類的細菌腐泥化有關。

2.4有機顆粒

海相優(yōu)質烴源巖中的有機顆粒一般為有機質含量(體積)大于50%的顆粒，按成因類型可分為原生(生物有機碎屑物質顆粒)和次生(瀝青顆粒)2種。原生的有機碎屑物質顆粒主要來源于浮游藻類、底棲藻類、動物類、微生物類和高等植物類等成烴生物體死亡后被細菌分解的中間產物，或食物殘余或浮游植物分泌的低分子有機物或有機溶解物的聚集物，以及陸地生態(tài)系輸入的顆粒性有機物等有機碎屑物質顆粒。而次生瀝青顆粒(或稱之為次生有機組分)是指上述原生有機碎屑物質埋藏之后，在熱演化作用下形成的瀝青，其結構、形態(tài)及產狀等方面特征完全不同于原生有機碎屑物質顆粒。

南方海相優(yōu)質烴源巖常見到的原生有機碎屑物質顆粒主要有：

(1)浮游藻類：①金藻門的硅質藻類；②疑源類成烴生物；③藍藻門鈣質或硅鈣色球藻等主要發(fā)育在中泥盆統(tǒng)和上二疊統(tǒng)；④鈣質浮游藻類(塔斯馬尼亞藻)(圖3)。

(2)底棲藻類：①硅質藻席；②硅質藻孢子囊；③宏觀硅質藻絲體殘片；④硅質海綿(圖4)。

(3)微生物—真菌細菌類：①硅質細菌(含有機質)；②黏土質硫(或鐵硫)細菌；③鐵細菌，含有機質；④納米鈣質細菌；⑤鈣質真菌菌絲(圖5)。

(4)動物類：①節(jié)肢動物(筆石等甲殼類)的幾丁質或膠原纖維或膠原蛋白的外骨骼和堅硬的幾丁質附肢或體壁等；②海相鏡質體或原生固體瀝青(經(jīng)微生物改造后動物脂肪等)。

(5)原始線葉植物——高等植物類。①高等植物類主要發(fā)育在南方海相P2l烴源巖中；②原始線葉植物主要發(fā)育在下寒武統(tǒng)牛蹄塘組。

3海相優(yōu)質烴源巖超顯微巖石學組分

根據(jù)上述優(yōu)質烴源巖中生物硅、生物鈣、有機生物碎屑物質及其成巖變化特征，中國南方海相優(yōu)質烴源巖超顯微有機巖石學特征，國際煤巖學會(ICCP)沉積有機質工作分類，以及前人海相烴源層有機顯微組分分類方案等，提出了按生物類型、生物分子結構組成及生烴特征和沉積成巖變化的成因分類方案：(1)生物骨殼碎屑(包括生物礦物)組分；(2)成烴生物碎屑組分；(3)次生瀝青組分；(4)自生礦物(或原生礦物)、次生礦物(包括表生礦物)和他生黏土礦物。

圖2　中國南方海相黑色泥頁巖微觀結構

重慶南川，P2l。a.垂直頁理自然面掃描電鏡照片，能譜點(或面，方塊)元素分析(歸一化)結果C:84.7，O:7.2，Si:0.3，Al:0.5，S:4.8，Ca:0.2，Ti:1.4，F(xiàn)e:0.9(有機質薄)；C:18.6，O:43.4，Si:16.8，Al:14.3，Ti:6.3，F(xiàn)e:0.5(高嶺石薄層)；b.垂直頁理自然面掃描電鏡照片，能譜點元素分析(歸一化)結果O:52.9,Si:8.6,Al:9.1,S:14.1,Ca:7.5,Na:2.8,Fe:1.8,Mg:0.2,K:3(硫細菌)

Fig.2Micro structure of marine facies dark mud stones from South China

圖3　中國南方海相優(yōu)質烴源巖典型浮游藻類碎屑化石

a-j為掃描電鏡照片,k和l為熒光照片(A15-A16)。 a.通江剖面，S1l，能譜歸一化結果C:25，O:45.2，Si:24.3，Al:3.4，K:1.2，Mg:0.1，Na:0.3，F(xiàn)e:0.6，硅質魚鱗藻片；b.華鎣山剖面，O3w，硅質魚鱗藻片，酸液處理；c.貴州遵義剖面，-C1n，能譜歸一化結果C:29.3，O:39，Si:23.9，Al:0.3，S:0.2，F(xiàn)e:6.3，P:0.9，硅質光面球藻(具瘤面的疑源類)；d.通江剖面，-C1n，能譜歸一化結果C:48.7，O:27.5，Si:9.9，Al:0.2，S:0.4，F(xiàn)e:0.5，Ca:0.4，N:12.4，硅(氮)質光面球藻(疑源類的一種)；e.云南祿勸剖面，D2，能譜歸一化結果C:2.1，O:37.7，Ca:58.9，F(xiàn)e:0.3，Al:0.3，Mg:0.7，鈣質藍藻門(藍細菌)-色球藻科；f.貴州遵義剖面，-C1n，能譜歸一化結果C:14.7，O:47，Si:36.1，Al:0.6，S:1.6，原始硅質硅藻；g.河壩1井，P2l，能譜歸一化結果C:56.9，O:36.9，Si:5.2，Ca:0.9，硅鈣質藍藻光合片層；h.云南祿勸剖面，D2，能譜1歸一化結果C:19.2，O:5.1，S:38.9，Ca:1.3，F(xiàn)e:35.4，黃鐵礦質蟲管。能譜2歸一化結果C:18，O:36.5，P:14.6，Ca:30.9，磷鈣質蟲管竹節(jié)石。 能譜3歸一化結果C:33.4，O:27.2，Si:19，Al:4.5，S:2.8，Ca:7，F(xiàn)e:1.9，K:3.9，Mg:0.4，硅質含黏土生物腱鞘；i-j.貴州遵義剖面，-C1n，能譜歸一化結果C:81.1，O:17.3，

Si:0.2，Al:0.2，S:0.9，Ca:0.3，小刺藻；k-l.廣元上寺剖面，P2d，全巖反射顯微熒光照片，浮游藻類

Fig.3Planktonic algae clastic fossil in excellent marine source rocks from South China

圖4　中國南方海相優(yōu)質烴源巖典型底棲成烴生物掃描電鏡微觀結構

a.貴州遵義剖面，-C1n，能譜1歸一化結果C:14.2，O:50，Si:30.7，F(xiàn)e:3.6，Al:1.2，硅質藻席及硅質孢子囊。能譜2歸一化結果C:14.5，O:55.1，Si:28.6，F(xiàn)e:0.9 ，Al:0.9，硅質海綿；b.貴州遵義剖面，-C1n，能譜歸一化結果C:5.4，O:24，Si:0.5，S:12.8，Ba:57.3，富鋇藻席，示網(wǎng)眼和絲；c.通江剖面，S1l，硅質海綿；d.貴州遵義剖面，-C1n，宏觀藻類莖桿。能譜1-2歸一化結果，C:16.8，O:32.3，F(xiàn)e:18.3，P:14，Ca:13.8，Si:4，Al:0.7，S:0.1，鐵磷鈣質生物體髓。能譜3-5歸一化結果C:72.2，O:17.3，F(xiàn)e:3.2，P:2，Ca:2.5，Si:1.4，Al:0.6，S:0.7，鐵磷鈣質生物體腔壁。能譜6-7歸一化結果C:11.2，O:51.1，Si:19.2，F(xiàn)e:12.2，P:5.3，Ca:0.2，Al:0.6，S:0.2，生物腔內硅鐵磷質充填物；e.重慶南川剖面，P2l，底棲紅藻，見紋孔；f.貴州遵義剖面，-C1n，能譜歸一化結果C:55.6，O:36.3，Si:8.1，底棲藻硅質根狀物；g.河壩1井，P2l，能譜1歸一化結果C:64.9，O:6.7，Si:28.4，藻絲體細胞壁。能譜2歸一化結果C:6.1，O:32.5，Si:61.4，藻絲體中間硅化； h.河壩1井，P2l，能譜歸一化結果C:7.5，Si:1.5，

S:44.9，F(xiàn)e:46.1，黃鐵礦化孢子囊

Fig.4SEM photos showing micro structure of benthos in excellent marine source rocks from South China

圖5　中國南方海相優(yōu)質烴源巖典型菌類掃描電鏡微觀結構

a.貴州遵義剖面，-C1n，能譜歸一化結果C:34.7，O:47.5，Si:17.9，硅質細菌(細菌對藻席的改造)；b.河壩1井，P2l，能譜歸一化結果C:40，O:31.7，Si:25.5，S:2.3，Ca:0.4，硅質巖晶面上的微生物(硅質細菌)；c.河壩1井，P2l，能譜1歸一化結果C:23.3，O:19.5，Si:36.5，S:6.9，F(xiàn)e:13.8，硅質鐵硫細菌。能譜2歸一化結果O:33，Si:43.3，S:12.5，F(xiàn)e:11.2，不含有機質硅質鐵硫細菌；d.重慶南川剖面，P2l，桿狀硫細菌；e.重慶南川剖面，P2l，能譜歸一化結果C:19.7，O:34.4，Ca:23.8，S:19.3，F(xiàn)e:1，Al:0.9，Ti:0.2，Na:0.4，Ma:0.3，硫細菌；f.通江剖面，S1l，能譜歸一化結果C:15.6，O:32.1，F(xiàn)e:43.9，Si:3，Al:1.6，P:3.1，Ti:0.8，鐵細菌(彎曲狀，中空)；g.廣元上寺剖面，P2d，能譜歸一化結果C:33.8，O:46.6，S:0.2，Si:7.8，Al:1.1，Na:0.1，K:0.5，Ma:0.5，Ca:9.3，F(xiàn)e:0.2，鈣硅黏土質真菌菌絲；h.廣元上寺剖面，P2d，能譜3歸一化結果C:30.5，O:44.5，Ca:18.8，Si:4.5，

Al:0.7，Ma:0.4，F(xiàn)e:0.4，Cl:0.2，鈣質真菌菌絲

Fig.5SEM photos showing micro structure of fungi in excellent marine source rocks from South China

3.1生物骨殼碎屑組分

生物骨殼碎屑組分主要是指來源于具有堅硬外骨骼或殼或細胞壁生物死亡后分解，并在成巖階段能保存下來其骨骼壁殼原生結構的碎屑物質。按成分不同可主要分為硅質骨殼生屑、鈣質骨殼生屑和有機骨殼生屑3類。前二者也屬由生物的堅硬部分組成或是在沉積當?shù)厣锱判怪恋砦锼纬傻纳锏V物(圖6)。

(1)硅質骨殼生屑(簡稱硅質生屑)是放射蟲、硅質海綿、硅藻及硅鞭藻等浮游生物殘骸，化學成分主要是由SiO2組成。生物硅質骨殼的原始成分多為蛋白石，隨著沉積成巖逐漸從蛋白石A(無定形)演化為蛋白石CT(一維堆垛無序形態(tài))、燧石(微晶石英)、玉髓(含水石英的隱性晶體)和自生石英。硅質骨殼生屑多數(shù)含有不等量的有機質(硬蛋白或果膠質)及其他雜質，用來粘結生物分子結構的骨骼或外壁殼(圖6a,b c)。

(2)鈣質骨殼生屑(簡稱鈣質生屑)是生物骨殼碎屑，化學成分主要是由CaCO3組成。生物鈣質骨殼的原始成分多為文石，見于鈣質動物的骨骼、蛤殼、蛋殼、珍珠、珊瑚和殼體等和鈣質藻類(如顆石藻、輪藻等，還有藍藻和紅藻等其黏液可以粘結其他碳酸鹽組分形成粘結骨架)的鈣質外殼中，性質不穩(wěn)定，常轉變?yōu)榉浇馐?。鈣質骨殼生屑多數(shù)含不等量的有機質(果膠質或纖維質或幾丁質或膠原蛋白)及錳和鐵等其他雜質，用來粘結生物分子結構的骨骼或外壁殼(圖6d,e,f)。

(3)有機骨殼生屑是指來源于具有幾丁質或纖維素或甲殼素或骨膠原等有機外骨骼或壁或殼等生物死亡后分解，并在成巖階段能保存下來的生物有機骨骼壁殼碎屑物質(圖6g,h,i)。主要源于節(jié)肢類動物(甲殼類、三葉蟲等)、脊索半索類動物(筆石等)的幾丁質或骨膠原或甲殼等有機外骨骼碎屑和菌藻類(甲藻、溝鞭藻、綠藻、藍藻、黃藻、褐藻、紅藻等和細菌、古細菌、真菌等)等低等植物的纖維質或肽聚糖或甲殼素等有機壁殼以及少量高等植物的纖維素、木質素為主體的壁殼維管等有機碎屑物質。在成巖后的優(yōu)質烴源巖中，動物有機骨殼等經(jīng)凝膠化可形成鏡狀體(或海相鏡質體)，也可以直接演化成為碳膜(或稱之為海相惰性組)；低等植物纖維質壁殼經(jīng)凝膠化也可以形成鏡狀體(或海相鏡質體)或菌類體等；而高等植物在優(yōu)質烴源巖形成環(huán)境中無法生存，其碎屑含量一般甚微，多是他生(搬運)，有時可見到鏡質體、絲質體、半絲質體及粗粒體等。海相優(yōu)質烴源巖中常見的有機骨殼生屑顯微組分是鏡狀體或海相鏡質體和海相惰質組或“碳膜”。

生物礦物是由生物的堅硬部分組成或是在原地生物排泄物沉淀所形成的，上述硅質生屑或鈣質生屑就是生物礦物。生物體內的無機礦物材料，如骨、殼、壁、植物維管束等，是由無機礦物結晶(有時無非晶體)與有機基質(多為蛋白質或多糖)組成的復合材料，而且它們共同組裝形成了高級有序結構并具有生物骨架支撐作用。

圖6　中國南方海相優(yōu)質烴源巖中典型硅質、鈣質和有機質骨殼生屑超顯微照片

a.河壩1井，P2l,黑色泥灰?guī)r(巖心)，硅質放射蟲+鈣質有孔蟲骨殼生屑，反射光顯微照片×200；b.川東北河壩1井，P2l,5 643.21 m，黑色頁巖，硅質生屑，掃描電鏡照片×1 500；c.貴州遵義松林剖面，-C1n，黑色硅質頁巖,硅質生屑(疑源藻類硅質細胞壁殼)，掃描電鏡照片×12 500；d.川東北普光5井，P2l，5 735 m，黑色頁巖(巖屑)，鈣質生屑，反射光顯微照片×512；e.川東北毛壩3井，P2l，黑色頁巖(巖心)，鈣質生屑，反射光顯微照片×200；f.云南祿勸，D2，黑色頁巖，鈣質生屑(藍藻類鈣質壁殼)，掃描電鏡照片×1 500；g.川東北河壩1井P2l，有機骨殼生屑(宏觀底棲藻絲體碎屑)，掃描電鏡照片×10 000；h.四川廣元上寺剖面P2d，黑色頁巖，有機骨殼生屑(菌絲體)，掃描電鏡照片×4 000；i.川東南丁頁1井S1l，2 049.72 m，黑色頁巖(巖心)，筆石殼屑，F(xiàn)IB-SEM照片×10 000

Fig.6Ultramicroscopic photos showing silica, calcium and organic shell detritus in excellent marine source rocks from South China

3.2成烴生物脂類碎屑組分

成烴生物脂類碎屑組分主要是指來源于含有具脂類的生物死亡后分解，并在成巖或成熟階段能保存下來，且對形成石油天然氣具有貢獻的脂類碎屑物質。按生物類型可分為浮游生物、微生物、底棲生物和高等植物等成烴有機生物碎屑4類。

(1)浮游藻類成烴物質主要源于甲藻、溝鞭藻、顆石藻(屬金藻門)、硅藻、綠藻(叢粒藻、小球藻、柵藻、盤星藻、衣藻等)、藍藻(如螺旋藻等)、黃藻、裸藻及鞭毛藻類等浮游藻類助漂浮的“油類”、固醇類、色素體及多種維生素等。

在優(yōu)質烴源巖中，浮游藻類成烴碎屑物質的原始成分為“油類”(含大量萜類化合物)、色素體、多種維生素和固醇類等脂類化合物。在沉積—成巖階段早期，一是這些脂類化合物化學結構相對比較穩(wěn)定，二是這些浮游藻類個體較小，如微球藻、海水小球藻和很微小的金藻等超微型海洋浮游生物(<5 μm)、微型鞭毛藻、甲藻、顆石藻和微型硅藻等屬微型(5～50 μm)浮游生物，硅藻、藍藻等屬小型浮游生物(50 μm～1 mm)，而且它們還有纖維質或肽聚糖或甲殼素等有機壁殼或鈣質壁殼或硅質壁殼的保護，相對容易保存下來。在未成熟或成巖階段，其“油類”等脂類化合物可能成為浮游藻類成烴碎屑物質，也可能與其他有機碎屑物質一起聚合或結合進入“干酪根”。在成熟(或晚成巖AB)階段，這些浮游藻類成烴碎屑物質或干酪根是生成石油最重要的物質基礎，生成石油并發(fā)生排出或運移之后，到高成熟—過成熟階段，原來的浮游藻類成烴碎屑物質(均不發(fā)熒光)或干酪根一般已經(jīng)面目全非(難以保留原始生物結構)。

(2)浮游動物類成烴物質主要源于甲殼橈足、三葉蟲、筆石、變形蟲、表殼蟲、太陽蟲、放射蟲、翼足蟲及鞭毛類等浮游動物助漂浮的“脂肪球”、色素體和膽固醇等脂類碎屑物質。浮游動物一般體重輕，即外殼重量輕、體內“脂肪”含量高，富有黏液、沉降阻力大(身體相對面積大，體表多刺毛、突起，群體連成片)或者具有纖毛、鞭毛而有一定的運動能力。

在優(yōu)質烴源巖中，浮游動物類成烴碎屑物質的原始成分為“脂肪球”、色素體和膽固醇等脂類化合物。它與浮游藻類成烴物質一樣，在沉積—成巖階段早期，這些脂類化合物相對比較穩(wěn)定，個體多較小，如原生動物類等，還有硅質外殼或鈣質外殼或幾丁質及骨膠原等有機壁殼的保護，相對容易保存下來。在未成熟或成巖階段，其“脂肪球”等脂類化合物可能成為浮游動物類成烴碎屑物質，也可能與其他有機碎屑物質一起聚合或結合進入“干酪根”。在成熟(或晚成巖AB)階段，這些浮游動物類成烴碎屑物質或干酪根也是生成石油重要的物質基礎，生成石油并發(fā)生排出或運移之后，到高成熟—過成熟階段，原來的原始生物結構或干酪根一般已經(jīng)面目全非。

(3)菌類成烴物質主要源于細菌、古細菌、真菌及酵母菌等甘油脂肪酸酯、磷脂類、糖脂類、藿類及各種真菌孢子等脂類化合物。

在優(yōu)質烴源巖中，菌類成烴物質與原始有機物質(菌化前)密切相關，其本身的原始成分為一些甘油脂肪酸酯、甘油二醚的磷脂、糖脂的衍生物、藿類化合物等和真菌孢子等脂類化合物。菌類生活遍布沉積水體—成巖早期的各個時期，實際上，海洋及湖泊水體中生活發(fā)育大量的浮游細菌、古細菌，它屬小于5 μm的超微型浮游生物，多為附著在懸浮物上的細菌，可與其他有機生物碎屑物質一起在厭氧環(huán)境下沉積保存下來；在沉積水體界面—早成巖時期，古細菌、厭氧細菌類更活潑更發(fā)育，其死亡后與其他成烴物質一樣，這些脂類化合物相對比較穩(wěn)定，個體小，還有肽聚糖(細菌)、甲殼素(真菌)等有機細胞壁的保護，相對容易保存下來。在未成熟或成巖階段，其甘油脂肪酸酯等菌類成烴物質，也可能與其他有機碎屑物質一起聚合或結合進入“干酪根”。在成熟(或晚成巖AB)階段，這些含有菌類成烴物質的干酪根也是生成石油重要的物質基礎之一，原來的菌類結構或部分被硅化、硫化或鐵化等。

(4)底棲生物成烴碎屑是指底棲藻類和底棲動物類的含脂類生物碎屑物質,主要源于褐藻、紅藻、綠藻及輪藻等各種孢子、色素體、固醇類等成烴脂類碎屑物質。底棲藻類或宏觀藻類有機碎屑多是多細胞真核生物有機碎屑物質，常見粉砂級顆粒及生物結構.底棲藻類中“脂類”部分包括含葉綠素、胡蘿卜素和葉黃素及藻紅蛋白和藻藍蛋白等一至多個色素體，貯藏物質多為褐藻/紅藻等淀粉；具有精子或果孢子、果胞或游動孢子等；細胞膜中也含有微量的“脂類”或固醇類化合物。

在優(yōu)質烴源巖中，底棲藻類成烴碎屑物質的原始成分為色素體、固醇類和各種孢子體(運動細胞含“油類”)等脂類化合物；底棲動物類成烴碎屑物質的原始成分為體內所含的色素體和膽甾醇等成烴脂類碎屑物質。它與上述其他成烴物質一樣，在沉積—成巖階段早期，這些脂類化合物可與其他生物碎屑物質一起保護下來。在未成熟或成巖階段，相互結合成為“干酪根”。在成熟(或晚成巖AB)階段，這些底棲生物成烴碎屑物質或干酪根也是生成石油和天然氣的物質基礎之一，有的粉砂級顆粒生物碎屑可保存其生物結構，如底棲藻類或宏觀藻類有機碎屑等。

(5)高等植物成烴碎屑組分主要源于苔蘚、蕨類、種子(裸子和被子)等各種孢子體、角質體、木栓質體、樹脂體及色素體和固醇類等含脂類植物碎屑物質。高等植物為陸地生活的多細胞生物，志留紀綠藻登陸進化為蕨類植物,三疊紀裸子植物興起，白堊紀始被子植物從裸子植物中分化出來。

在優(yōu)質烴源巖中，高等植物成烴碎屑物質不是原地生成的，應是搬運(水體或風)而來的。其量也不會太豐富，除非含有形成“煤線”環(huán)境的薄層或頁理層(Ⅲ型干酪根烴源巖有機質豐度再高也非優(yōu)質烴源巖)。這些高等植物成烴碎屑物質或殼質組在沉積—成巖階段早期相對比較穩(wěn)定。在成熟階段，部分可以保留其原始生物結構。殼質組主要是指來源于高等植物繁殖器官及分泌物所形成的有機顯微組分，亦包括藻類的一些繁殖器官。殼質組在海相烴源層中不是主要的形態(tài)組分，但這類組分具較大生烴能力，在評價時不容忽視。

(6)此外，干酪根中的無定形體一般對應于原生無形態(tài)有機質，實際上它是上述有機碎屑物質超顯微組分制備成“干酪根”后的“無定形體”綜合體。就干酪根而言，無定形體可以根據(jù)生物來源進一步細分為腐殖無定形體、宏觀藻無定形體和腐泥無定形體三類。無定形體組是指源巖干酪根中呈絮狀、團絮狀、團塊狀一類無固定形狀的有機質。傳統(tǒng)觀點認為，無定形體對應于全巖中的礦物瀝青基質和瀝青質體這兩部分，主要來源于浮游藻類等低等浮游生物的強烈分解產物，其生烴潛力相當于Ⅰ型干酪根。而近年來的大量研究成果表明，無定形體可來源于不同的有機物質，除了浮游藻類外，陸源高等植物、水生底棲生物、動物遺體及細菌均有可能構成無定形體的重要組成部分，其實際成烴能力彼此相差很大[4，21-22]。

3.3次生瀝青組分

瀝青組是沉積有機質埋藏之后在成巖或熱演化作用下形成的有機瀝青組分，其結構、形態(tài)及產狀等方面特征完全不同于原生顯微組分。按其成因和相態(tài)成分等可以分為原(或早期)瀝青(或固體瀝青)、滲出瀝青體或運移瀝青、微粒體或高演化固體瀝青、氧化固體瀝青、有機包裹體及再循環(huán)固體瀝青等。

原瀝青(原地早期瀝青)多是動物“脂肪”或原生浮游生物的“油滴”成為石油的過渡產物(早成巖階段)，一般形成于原地，較少發(fā)生運移，形態(tài)上看既有圓球狀、顆粒狀及塊狀，亦有短的條塊狀，表面較均一。原瀝青形成于成熟前，是干酪根降解為原油的過渡產物，一般形成于原地，較少發(fā)生運移，形態(tài)上看既有圓球狀、顆粒狀及塊狀，亦有短的條塊狀，表面較均一，反射光下呈灰—灰白色不等，主要賦存在礦物巖石基質之中。原瀝青是測定反射率的主要對象，可作為成熟度的評價標志。

滲出瀝青體指優(yōu)質烴源巖中顯微組分內生裂隙中發(fā)熒光的運移烴類或生物腔孔中形成的滲出瀝青體。滲出組限指源巖顯微組分內生裂隙中發(fā)熒光的運移烴類及生物腔孔中形成的滲出瀝青體。滲出瀝青體主要指賦存于源巖生物碎屑腔孔邊緣或生物碎屑表面的瀝青，形態(tài)依生物腔孔形態(tài)或呈塊狀；反射光下呈灰色—灰白色不等，透射光下呈褐—黑色。據(jù)研究，其成因主要是由于生物殼中的有機質熱演化過程中滲出而成，部分由腔中軟體形成。從形態(tài)上看完全有別于動物有機組，不保留動物外皮(外壁)殘跡，完全是外皮(外壁)滲出形成。

運移瀝青是干酪根熱降解產物即“可溶有機質或原油”，一般發(fā)生距離不等的運移，主要充填于脈、裂隙及孔隙中(圖7)。運移瀝青通常是可溶的并發(fā)熒光，可從優(yōu)質烴源巖中排出進入儲集層形成油藏或分散在運移通道中，也可殘留在烴源巖中。

微粒體是脂類組分的生烴殘余物，主要是由源巖中基質狀的瀝青質體、無定形體及藻類體等生烴過程中形成，它的存在表明源巖發(fā)生過生烴作用(成熟晚期—過成熟階段，不發(fā)熒光)。在海相碳酸鹽巖中微粒體分布相當普遍，粒徑在1～2 μm左右，常呈微粒集合體產出。它既可以由高等植物的類脂組分形成，也可由藻類等低等水生生物形成。

高演化固體瀝青是“原油”或“可溶有機質”進一步埋深、溫壓升高發(fā)生熱裂解縮聚反應產生的縮聚產物——固體瀝青，而熱裂解烴類產物主要是甲烷。

氧化固體瀝青是“原油”或“運移瀝青”抬升到地表或接近地表或與地表相通，經(jīng)過輕烴散失、氧化或細菌作用等形成的固體瀝青。

有機包裹體是優(yōu)質烴源巖熱演化過程中被礦物包裹的可溶有機質，主要指包裹在晶體中的有機質，即有機包裹體。

再循環(huán)固體瀝青較少見，產狀與裂隙、孔隙無關，順層分布，顯示原始沉積特征，一般呈次圓狀，邊緣有氧化環(huán)，顯示再搬運的痕跡。再循環(huán)瀝青主要產出于泥質烴源層中，在碳酸鹽巖中較少見，產狀與裂隙、孔隙無關，順層分布，顯示原始沉積特征，一般呈次圓狀，邊緣有氧化環(huán)，顯示再搬運的痕跡。再循環(huán)瀝青的熱演化在很大程度上取決于早期的熱演化，其反射率一般高于原瀝青，不能作為成熟度指標。

3.4自生礦物、次生礦物和他生顆粒

圖7　優(yōu)質烴源巖(或優(yōu)質再生源巖)中常見次生瀝青組分

a.羌塘盆地隆鄂尼西，T2b白云巖，中右下側藍黑色部位為固體瀝青，沿晶隙發(fā)淡藍色光為輕質油，熒光照片；b.川東北普光6井，P2ch，臺地邊緣生物礁蒸發(fā)坪相含瀝青白云巖，沿早期溶蝕海棉體腔縫孔洞半充填固體瀝青；c.川東北普光2井

臺地蒸發(fā)巖蒸發(fā)坪亞相白云巖，4 820.48 m，沿粒間孔邊緣充填瀝青

Fig.7Secondary asphalt composition in excellent source rocks or excellent secondary rocks

(1)自生礦物是沉積物在沉積當中，或其后在沉積物內“當?shù)亍彼纬傻牡V物，形成要素為溫度、壓力、離子濃度、pH值及Eh值。自生礦物與他生礦物、生物礦物均相異。優(yōu)質烴源巖在沉積成巖過程中所形成的自生礦物，主要包括：①自生黏土礦物。②自生石英、玉髓、燧石、蛋白石。其成因主要有3種，一是沉積—成巖早期由溶解的生物硅經(jīng)生物化學作用形成的；二是來自火山灰。它是火山灰沉積在海、湖中改造而成的一種特殊的硅質礦物，如脫?；Ｐ夹纬傻鞍资３食@微狀球體集聚狀，孔隙多，質地較輕，含少量黏土成分，多出現(xiàn)在中生代以后的地層中；三是由化學沉積或交代碳酸鹽或其他礦物的燧石，其質地堅硬，含有機碳常呈黑色。③方解石、文石(霰石)及白云石等自生碳酸鹽礦物，最普遍的自生礦物為方解石及白云石。優(yōu)質烴源巖中的方解石大部分來源于文石(霰石)，大部分的白云石由方解石的化學蝕變作用所形成。霰石與方解石等成同質多象，在自然界文石不穩(wěn)定，常轉變?yōu)榉浇馐?。主要是生物成因的，產于某些貝殼中，也產于近代海底沉積或黏土中。④黃鐵礦、菱鐵礦等自生鐵質礦物。在優(yōu)質烴源巖中常常含自生黃鐵礦及白鐵礦，也是在海底強還原沉積環(huán)境中常見的自生礦物。⑤長石、白鈦石(白榍石)、石膏、硬石膏、石鹽、磷灰石、重晶石、海綠石、白云母、硬錳礦、軟錳礦等自生硅酸鹽和磷酸鹽礦物。

(2)次生礦物是在巖石或礦石形成之后，其中的礦物遭受化學變化而改造成的新生礦物，其化學組成和構造都經(jīng)過改變而不同于原生礦物。如橄欖石經(jīng)熱液蝕變而形成的蛇紋石，正長石經(jīng)風化分解而形成的高嶺石，方鉛礦經(jīng)氧化而形成的鉛礬，鉛礬進一步與含碳酸的水溶液反應而形成的白鉛礦等，均是次生礦物。

(3)他生礦物是在別處形成后被搬至另一處沉積，這里的“另一處沉積”即是在優(yōu)質烴源巖沉積時，有時可見伊利石、高嶺石等遠洋黏土；偶爾可見到石英、長石、方解石、白云石、陸源有機質等超顯微黏土粒級碎屑顆粒。

4 結論

(1) 我國南方海相優(yōu)質烴源巖中有機質(或超微薄層)主要以4種方式賦存：有機顆粒、硅質+有機質生屑顆粒(有機質與硅質生屑相伴生)、鈣質+有機質生屑顆粒(有機質與鈣質生屑相伴生)和黏土礦物+有機質碎屑顆粒(有機質與黏土相伴生或被片狀黏土顆粒包裹與硅質及鈣質有機生屑一起共生或吸附或包裹在黏土礦物中的有機碎屑物質顆粒)。

(2) 提出了按生物類型、生物分子結構組成及其生烴特征和沉積成巖變化的成因分類方案：①生物骨殼碎屑(包括生物礦物)；②成烴生物碎屑；③瀝青組；④自生礦物(或原生礦物)；⑤次生礦物(包括表生礦物)；⑥他生黏土礦物等6大類。

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(編輯徐文明)

Ultramicroscopic organic petrology characteristics and component

classification of excellent marine source rocks

Qin Jianzhong, Tenger Borjin, Shen Baojian, Tao Guoliang, Lu Longfei, Yang Yunfeng

(WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China)

Abstract:Petrology and organic petrology analyses were completed for excellent marine source rocks collected from South China in order to study their ultramicroscopic structure. Scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectrum (EDS) were applied to study mineral components and organic matter occurrence. Organic matter mainly occurs as siliceous biodetritus, calcareous biodetritus, clay-size particles and organic particles. Excellent marine source rocks were classified into six types, including shell detritus, biodetritus, bitumen, authigenic mineral, secondary mineral and terrigenous clay mineral, according to their biotype, biomolecule structure, hydrocarbon generation characteristics and diagenesis evolution.

Key words:ultramicroscopic characteristics; organic petrology; petrology; excellent marine source rock; South China

基金項目：國家重點基礎研究發(fā)展計劃“973計劃”項目(2012CB214801)和中國自然科學基金(41102074)資助。

作者簡介：秦建中(1957—)，男，教授級高級工程師，從事有機巖石學和油氣地質綜合研究。E-mail:qinjz.syky@sinopec.com。

收稿日期：2015-07-31；

修訂日期：2015-09-29。

中圖分類號：TE122.1+13

文獻標志碼：A

文章編號：1001-6112(2015)06-0671-10doi：10.11781/sysydz201506671