鄂爾多斯盆地甘泉地區(qū)烴源巖分子地球化學特征

陳立軍，師愉航，冷丹鳳，何文忠，段玉良

(1.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000;2.西安交通大學 電氣工程學院，陜西 西安 710049)

甘泉地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的南部，目前勘探開發(fā)的層位為上三疊統(tǒng)延長組。上三疊統(tǒng)延長組是鄂爾多斯盆地內(nèi)陸湖盆形成后發(fā)育的第一套生儲油巖系，也是盆地中生界最主要的勘探層系，為一套以砂、泥巖為主，局部見煤(線)和油頁巖(長7)的沉積建造［1］。在研究區(qū)，晚三疊世后期，湖侵－湖退的沉積沉積旋回，發(fā)育了長6期、長4+5期的暗色泥巖。前人針對鄂爾多斯南部烴源巖特征進行了研究，認為長7油頁巖(暗色泥巖)為最有利的烴源巖［2～3］。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，擬對不同層段烴源巖地球化學特征進行進一步研究，關(guān)注高有機質(zhì)豐度泥質(zhì)烴源巖分子標志物特征。樣品采自巖芯，共取烴源巖樣品20塊，并進行巖石熱解篩選，開展GC、GC－MS測試分析。

1 飽和烴色譜特征

正烷烴的特征可以應用與生源分析和成熟度分析。一般認為姥鮫烷和植烷來源于葉綠素側(cè)鏈上的植醇。還原條件下植醇脫水、加氫還原形成植烷;在氧化條件下形成植烷酸，而后脫羧基形成姥鮫烷，所以姥鮫烷和植烷的分布特征反映了沉積環(huán)境，高Pr/Ph比指示著氧化條件下陸源有機質(zhì)輸入為主的沉積環(huán)境;在一些強還原環(huán)境的沉積物及其產(chǎn)物中，Pr/Ph 較低［4］。

Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18也是烴源巖有機質(zhì)類型的重要指標。Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18低值反映了較好的有機質(zhì)類型，高的 Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18值則反映有機質(zhì)類型較差。一般來說，腐泥型干酪根的Pr/Ph為 0.7 ～1.7、Pr/nC17為 0.2 ～0.5、Ph/nC18為0.15～0.6，而腐殖型干酪根的 Pr/Ph＞1.7、Pr/nC17＞0.9、Ph/nC18＞ 0.6。另外，Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18也可反映有機質(zhì)的熱演化程度，熱演化程度越高，Pr/Ph 越大，Pr/nC17和 Ph/nC18越?。?］。

研究區(qū)延長組烴源巖飽和烴餾分中，絕大多數(shù)樣品主峰碳數(shù)為nC21和nC23，均呈單峰態(tài)分布型式，正構(gòu)烷烴序列分布完整，表明未受到明顯的生物降解作用，生物來源為低等水生生物(圖1)。

長4+5烴源巖有機質(zhì)色譜特征，主峰碳數(shù)大都為nC23，略具奇碳數(shù)優(yōu)勢，CPI為1.00～1.17，平均值為1.11;OEP為0.91～1.08，平均值為1.05;Pr/Ph為0.88～4.16，平均值為2.78，Pr/nC17分布在0.22～1.04之間，平均為0.60;Ph/nC18分布在0.2～0.26 之間，平均為0.20(圖 1a、b)。

長6烴源巖有機質(zhì)色譜特征，主峰碳數(shù)為nC23，具奇碳數(shù)優(yōu)勢，CPI為0.95～1.22，平均值為1.09;OEP為0.96～1.16，平均值為1.05;Pr/Ph為0.88～6.37，平均值為 2.70，Pr/nC17分布在 0.2 ～1.14之間，平均為0.44;Ph/nC18分布在0.09～0.28之間，平均為0.15(圖1c、d)。

長7烴源巖有機質(zhì)色譜特征，主峰碳數(shù)為nC21，具奇碳數(shù)優(yōu)勢，CPI為0.97～1.12，平均值為1.08;OEP為0.96～1.81，平均值為1.19;Pr/Ph為1.84～4.69，平均值為 3.31，Pr/nC17分布在 0.21～1.14之間，平均為0.58;Ph/nC18分布在0.09～0.21之間，平均為0.14(圖 1e、f)。

長4+5、長6和長7各烴源層Pr/Ph值較高，反映了氧化條件下陸源有機質(zhì)輸入。Pr/nC17、Ph/nC18值低，反映有機質(zhì)類型好且演化程度高。碳優(yōu)指數(shù)CPI和OEP值接近1，反映烴源巖有機質(zhì)成熟度為成熟階段。

圖1 研究區(qū)延長組延長組烴源巖飽和烴色譜圖

2 萜類化合物特征

研究區(qū)有機質(zhì)萜類化合物主要由三環(huán)萜烷系列、藿烷類系列和伽馬蠟烷所組成。其中，藿烷類是原核生物(細菌)的生源產(chǎn)物;三環(huán)萜烷是微生物(細菌或藻類)的生源產(chǎn)物;伽馬蠟烷具有原生動物生源［5］。本區(qū)有機質(zhì)萜類化合物三環(huán)萜烷系列相對藿烷系列分布較低，藿烷類系列主要分布Tm、Ts、C29、C30、C31、C32(見圖 2)，分布穩(wěn)定，可用于油 － 源對比。

γ蠟烷是一種C30三萜烷，γ蠟烷指數(shù)(γ蠟烷/αβC30藿烷)對超鹽環(huán)境具有高效性，源巖沉積時水體鹽度的提高會導致高γ蠟烷指數(shù)和低Pr/Ph，大量γ蠟烷指示有機質(zhì)沉積時的強還原超鹽度條件［10］。研究區(qū)長4+5、長6和長7烴源巖γ蠟烷指數(shù)分布在0.06～0.18之間，均較低，表征原始有機質(zhì)的沉積水體咸度較低，為陸相沉積環(huán)境(表1)。

表1 研究區(qū)三疊系烴源巖生標參數(shù)表

3 甾類化合物特征

甾烷是生物體中的甾醇在還原條件下，經(jīng)甾烯(甾二烯)等中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化而來。在成巖作用過程中，生物甾醇在熱力等作用下形成各種生物甾烷，生物甾烷對熱不穩(wěn)定，進一步受熱或經(jīng)過催化作用形成地質(zhì)構(gòu)型甾烷。不同生物來源各碳數(shù)甾烷的相對含量不盡相同，因而地質(zhì)體中規(guī)則甾烷的內(nèi)分布特征是確定有機質(zhì)母源的較為可靠的參數(shù)之一。一般情況下，規(guī)則甾烷內(nèi)組成以C27甾烷為主，則表征以低等水生生物和藻類為主的有機質(zhì)輸入;而C29甾烷占優(yōu)勢，說明陸生高等植物的輸入占主導地位［6］。一般認為，煤系烴源巖的規(guī)則甾烷αααRC27－C28－C29構(gòu)型一般為反“L”型，而湖相泥巖一般為“V”字型或偏“V”字型分布［7］。

本次烴源巖的飽和烴餾分中，檢測出完整的甾烷系列化合物，包括C21～C22孕甾烷、C27～C29重排甾烷和規(guī)則甾烷(圖2)。在甾烷m/z217質(zhì)量色譜圖上，研究區(qū)烴源巖樣品(長4+5、長6和長7)的規(guī)則甾烷 αααRC27－C28－C29構(gòu)型均表現(xiàn)為“V”字型或偏“V”字型，即C27＞C28＜C29，反映源巖有機質(zhì)來源為混源型［8～10］。然而各層源巖的有機質(zhì)來源是不一樣的(表1)，長4+5源巖甾烷 αααRC27/C29介于1.15 ～2.95，長 7 源巖甾烷 αααRC27/C29介于2.05～2.65，顯示生源為低等水生生物和高等植物雙重貢獻，但以前者甾烷C27占優(yōu)勢，反映有機質(zhì)類型較好，偏腐泥型，相對來說，長7源巖有機質(zhì)類型較好。而長6源巖甾烷 αααRC27/C29介于0.41～1.07，同樣顯示生源為低等水生生物和高等植物雙重貢獻，但后者甾烷C29占優(yōu)勢，有機質(zhì)類型偏腐殖型。從不同程度上，間接反映了湖盆沉積的水體深度的變化。

圖2 研究區(qū)延長組烴源巖抽提物藿烷和甾烷質(zhì)量色譜圖

4 成熟度分子地球化學特征

生物標志化合物隨著熱演化程度的加深，不穩(wěn)定的生物構(gòu)型將向熱力學更穩(wěn)定的構(gòu)型轉(zhuǎn)化。因此各種有機化學構(gòu)型參數(shù)將是成熟度的良好指標。常用 C29ββ/(ββ + αα)、αααC29S/(S+R)、C31霍烷22S/22R+22S等。其中αααC29S/(S+R)的平衡點為0.52 ～0.55(Seifert和 Moldowan，1986)，相當于R0為 0.8% 左右。C29ββ/(ββ + αα)的平衡點為0.67～0.71(Seifert和 Moldowan，1986)，相當于 R0為0.9%左右;其進入早期生油階段(Ro為0.6%)的比值大約為0.25。C31霍烷22S/22R+22S的平衡 點 為 0.57 ～0.6(Seifert和 Moldowan，1986)［10～12］。

從C31霍烷22S/22R+22S參數(shù)來看，長4+5烴源層為0.55～0.62，長6為0.54～0.59，長7為0.51～0.56，均已達到平衡點，顯示各層烴源巖均已進入成熟階段。甾烷參數(shù)長4+5烴源層C29S/(S+R)為 0.39 ～0.66，C29ββ/(ββ + αα)為 0.41 ～0.55;長 6 層 C29S/(S+R)為 0.37 ～0.52，C29ββ/(ββ+αα)為 0.42～0.60;長 7層 C29S/(S+R)為0.48～0.49，C29ββ/(ββ + αα)為 0.56 ～0.59。同樣，C29S/(S+R)參數(shù)顯示各層烴源巖演化程度進入了成熟階段，而 C29ββ/(ββ+αα)皆未達到平衡點，顯示未至高成熟階段(表1)。綜合分析，長4+5、長6和長7各層烴源巖演化程度皆為成熟－高成熟階段。

5 結(jié)論

(1)該區(qū)長4+5、長6和長7各烴源層有機質(zhì)飽和烴 Pr/Ph值較高，Pr/nC17、Ph/nC18值低，偶奇優(yōu)勢CPI和OEP值接近1，反映了氧化條件下陸源有機質(zhì)輸入，有機質(zhì)類型好且演化程度高，進入成熟階段。

(2)該區(qū)長4+5、長6和長7烴源巖γ蠟烷指數(shù)分布在0.06～0.18之間，均較低，表征原始有機質(zhì)的沉積水體咸度較低，為陸相沉積環(huán)境。

(3)烴源巖有機質(zhì)規(guī)則甾烷 αααRC27－C28－C29構(gòu)型均表現(xiàn)為“V”字型或偏“V”字型，即C27＞C28＜C29，反映源巖有機質(zhì)來源為混源型，為低等水生生物和高等植物雙重貢獻。其中長7水體較深，生源低等水生生物占比重大，有機質(zhì)類型偏腐泥型。

(4)通過生物標志物成熟度參數(shù)反映，長4+5、長6和長7各層烴源巖演化程度皆為成熟－高成熟階段。

［1］梅志超，彭榮華，楊華，等.陜北上三疊統(tǒng)延長組含油砂體的沉積環(huán)境［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1988，9(3):261－267.

［2］張云霞，陳純芳，宋艷波，等.鄂爾多斯盆地南部中生界烴源巖特征及油源對比［J］.石油實驗地質(zhì)，2012(2):173－177.

［3］韓宗元，苗建宇，布占琦，等.鄂爾多斯盆地南部中生界烴源巖有機地球化學特征［J］.西北大學學報(自然科學版)，2005，35(專輯):122 －126.

［4］程克明，王鐵冠，鐘寧寧，等.烴源巖地球化學［M］.北京:科學出版社，1995.

［5］侯讀杰，馮子輝主編.油氣地球化學［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2011.

［6］許懷先，陳麗華，萬玉金，等.石油地質(zhì)實驗測試技術(shù)與應用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001.

［7］沈忠民，周光甲，洪志華.低成熟石油生成環(huán)境的生物標志化合物特征［J］.成都理工學院學報，1999，26(4):396－401.

［8］Ten Haven H L，De Leeuw J W，Sinninghe Damaste J S，et al．Application of biological markers in the recognition of palaeopersaline environments［J］．In:Lacustrine Petrolum Source Rocks(Fleets A J，Kelts K，albot M R T．Eds．)Geological Society Special Publication，1988，40:123 －130.

［9］史繼揚，麥坎任AS，埃格林頓G，等.勝利油田原油生油巖中的生物標志化合物及其應用［J］.地球化學，1982，(1):4～9.

［10］K.E.彼得斯，J.M.莫爾多萬.生物標記化合物指南—古代沉積物和石油中分子化石的解釋［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1995.

［11］Moldowan J M，Seifert W K，Gallegos E J．Relationship between petroleum composition and depositional environment of petroleum source rocks［J］．American Association of Petroleum Geologists Bulletion，1985，69:1255 －1268．

［12］梅玲，張枝煥，王旭東，等.渤海灣盆地南堡凹陷原油地球化學特征及油源對比［J］.中國石油大學學報(自然科學版)，2008，32(6):40 －46.