南祁連盆地石炭系與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖地球化學(xué)特征

郝愛勝，李　劍，王東良，李志生，

崔俊峰1，崔會(huì)英1，2，姜曉華1

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；

2. 中國石油天然氣集團(tuán)公司天然氣成藏與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北廊坊 065007)

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南祁連盆地石炭系與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖地球化學(xué)特征

郝愛勝1，2，李劍1，2，王東良1，2，李志生1，2，

崔俊峰1，崔會(huì)英1，2，姜曉華1

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；

2. 中國石油天然氣集團(tuán)公司天然氣成藏與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北廊坊 065007)

摘要：南祁連盆地?zé)N源巖的研究程度低，烴源巖分子地球化學(xué)方面的研究滯后。利用氣相色譜、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究了南祁連盆地石炭系與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征，詳細(xì)分析了烴源巖有機(jī)質(zhì)的沉積環(huán)境、母質(zhì)來源和成熟度等方面的信息。伽馬蠟烷/C30藿烷為0.09～0.12，伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)為0.38～0.57，Pr/Ph 為0.65～1.16，表明烴源巖有機(jī)質(zhì)的沉積環(huán)境為微咸的弱還原—弱氧化環(huán)境。豐富的三環(huán)萜烷和以C29為優(yōu)勢的“V”字形分布的規(guī)則甾烷說明有機(jī)質(zhì)母質(zhì)為以陸源高等植物為主的混合來源。大多數(shù)成熟度參數(shù)均達(dá)到平衡值，而C29ααα-20S/ (20S+20R)的值發(fā)生“倒轉(zhuǎn)”，說明有機(jī)質(zhì)的成熟度處于高成熟—過成熟階段。

關(guān)鍵詞：烴源巖；生物標(biāo)志化合物；石炭系與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組；南祁連盆地

南祁連盆地位于青藏高原北緣，處于秦嶺—祁連—阿爾金—昆侖山巨型造山帶中段，祁連山系南部，北側(cè)與中祁連山體相鄰，南部與宗務(wù)隆山和柴達(dá)木盆地相鄰，盆地內(nèi)發(fā)育5 個(gè)北西—南東向展布的坳陷(圖1)，盆地總面積為6.3×104km2。南祁連盆地發(fā)育4 套烴源巖系，即石炭系暗色泥(灰)巖、下二疊統(tǒng)草地溝組暗色灰?guī)r、上三疊統(tǒng)尕勒得寺組暗色泥巖、侏羅系暗色泥頁巖[1]。近年來根據(jù)盆地油氣勘探的需要，一些學(xué)者利用地球化學(xué)手段，對(duì)不同層位烴源巖的露頭樣品進(jìn)行了研究，取得了一批成果[2-7]。這些成果側(cè)重于對(duì)烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了更全面地評(píng)價(jià)南祁連盆地的烴源巖，本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征進(jìn)行了研究，探討了石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的沉積環(huán)境、母質(zhì)來源、母質(zhì)類型和成熟度，以期為研究區(qū)進(jìn)一步的油氣勘探評(píng)價(jià)工作提供幫助。

1 樣品采集和實(shí)驗(yàn)條件

石炭系和三疊系的烴源巖樣品來源于南祁連盆地木里坳陷東北部野外露頭，其基本的地球化學(xué)參數(shù)見表1。樣品的生物標(biāo)志化合物分析測試在中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院天然氣成藏與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

樣品準(zhǔn)備：用清水沖洗巖石表面，40℃下烘干，粉碎至100 目以下，利用索氏抽提器抽提氯仿瀝青“A”，用正己烷沉淀瀝青質(zhì)后，利用活化氧化鋁/硅膠柱進(jìn)行組分分離，分別用正己烷、正己烷與二氯甲烷混合溶液、無水乙醇獲得飽和烴、芳香烴和非烴組分。對(duì)飽和烴組分進(jìn)行氣相色譜(GC)和氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)分析。GC 分析所用的色譜儀為 Hewlett Packard 5890 SERIES Ⅱ，初始溫度為70℃，保持2min，以5℃/min 的速率升溫至310℃，保持40min。GC-MS 分析所用儀器為Thermo TRACE DSQ 型四級(jí)桿質(zhì)譜儀，四級(jí)桿溫度為150℃，色譜柱為30m 的DB-5MS；初始溫度為40℃，以10℃/min 速率升至100℃，以2℃/min速率升至320℃ ；離子源為EI 源，離子源溫度為250℃，傳輸線溫度為300℃，載氣為高純氦氣。

表1　烴源巖樣品基本地球化學(xué)參數(shù)表

2 烴源巖生烴地球化學(xué)特征

2.1 石炭系烴源巖

石炭系烴源巖樣品為碳質(zhì)泥巖和黑色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度為1.80%～17.10%，S1+S2為0.14～0.95mg/g(表1)。按照常規(guī)的有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，已達(dá)到好烴源巖級(jí)別。依據(jù)干酪根有機(jī)顯微組分類型指數(shù)，石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2型和Ⅲ型。有機(jī)質(zhì)Ro為1.92%～2.67%，處于高成熟—過成熟階段。

2.2 三疊系烴源巖

三疊系烴源巖TOC 為2.29%～32.84%，S1+S2為0.16～1.84mg/g，綜合評(píng)價(jià)為好烴源巖(表1)。上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅲ型。有機(jī)質(zhì)Ro為1.69%～2.55%，處于高成熟—過成熟階段。

3 生物標(biāo)志化合物特征

生物標(biāo)志化合物是指沉積有機(jī)質(zhì)或礦物燃料(如原油和煤)中那些來源于活的生物體的生物化學(xué)物質(zhì)(尤其是脂類)的復(fù)雜分子化石。生物標(biāo)志化合物可以提供烴源巖有機(jī)質(zhì)的沉積埋藏環(huán)境、熱演化程度、生物降解程度和烴源巖巖石礦物學(xué)及年代方面的信息[7-8]。表2和圖2、圖3 顯示，南祁連盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖檢出豐富的正構(gòu)烷烴、無環(huán)異戊二烯類烷烴、萜類和甾類生物標(biāo)志化合物。

表2　生物標(biāo)志化合物參數(shù)表

續(xù)表

3.1 正構(gòu)烷烴和無環(huán)異戊二烯類烷烴

南祁連盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布為雙峰型，主峰碳為C17和C29，且具有絕對(duì)的后峰優(yōu)勢，ΣnC21-/ ΣnC22+與(C21+C22)/ (C28+C29)分別為0.27～0.56 和0.25～0.45，反映有機(jī)質(zhì)的母質(zhì)來源以高等陸源植物為主，還有低等水生生物的混入。烴源巖樣品的正構(gòu)烷烴碳優(yōu)勢指數(shù)(CPI)和奇偶優(yōu)勢指數(shù)(OEP)分別為1.08～1.15 和1.08～1.21，沒有明顯的奇偶優(yōu)勢，表明樣品的成熟度高。植醇在還原條件下脫水成植烯，加氫還原成植烷；氧化條件下，則形成植酸，脫羧后形成姥鮫烷。因此，Pr和Ph 可指示有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境。Pr/Ph 小于0.5 時(shí)指示強(qiáng)還原性的膏鹽沉積環(huán)境[9]，Pr/Ph 為0.5～1.0 時(shí)指示還原環(huán)境，Pr/Ph 為1.0～2.0 時(shí)指示弱還原—弱氧化環(huán)境，Pr/Ph 大于2.0 時(shí)指示氧化環(huán)境[10]。研究區(qū)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的Pr/Ph 為0.65～1.16，說明沉積環(huán)境為弱還原—弱氧化環(huán)境。

3.2 三環(huán)萜烷、四環(huán)萜烷(m/z191)系列

C19—C21三環(huán)萜烷可能來源于高等植物中的二萜類先質(zhì)，長鏈三環(huán)萜烷(特別是高碳數(shù)三環(huán)萜烷，如C26以上)來源于細(xì)菌類或藻類等低等水生生物[11]。以高等植物為母質(zhì)的原油含有豐富的C24四環(huán)萜烷[8]。石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖樣品抽提物中的三環(huán)萜烷碳數(shù)分布范圍為C19—C30，呈雙峰型，以C21和C23為主峰(圖2)，樣品中還檢測到C24四環(huán)萜烷，其豐度略低于C26三環(huán)萜烷。上述參數(shù)表明，石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的有機(jī)質(zhì)母質(zhì)主要來源于高等植物，還有細(xì)菌類和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質(zhì)。

3.3 五環(huán)三萜烷(m/z191)系列

五環(huán)三萜烷系列分為藿烷系列與非藿烷系列。其中，許多參數(shù)用來研究沉積環(huán)境特征，如伽馬蠟烷/C30藿烷、伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)、C35αβ > C34αβ > C33αβ或C35αβ < C34αβ < C33αβ ；有機(jī)質(zhì)演化程度，如Ts/(Ts+Tm)、C31升藿烷22S/(22S+22R)；以及次生變化特征及進(jìn)行油源對(duì)比等[8]。

伽馬蠟烷可以通過還原四膜蟲醇生成，四膜蟲醇是由某些原生動(dòng)物、光合作用細(xì)菌和一些可能的其他生物的細(xì)胞膜中獲取。伽馬蠟烷/C30藿烷、伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)是指示沉積水體咸化程度的有效指標(biāo)，沉積水體越咸，伽馬蠟烷/C30藿烷、伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)的值越大。藿烷Ts/(Ts+Tm)是常用的成熟度指標(biāo)，約在生油晚期(Ro約為1.4%)達(dá)到0.5 的平衡值[12]。C31升藿烷22S/(22S+22R)值隨有機(jī)質(zhì)成熟度的升高從零增加到0.6 左右的平衡值[13]。

南祁連盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖抽提物中含有豐富的五環(huán)三萜烷。藿烷碳數(shù)分布范圍為C27—C35，17α(H)，20β(H)-C30藿烷為主峰，C31—C35藿烷豐度依次降低；非藿烷系列中以伽馬蠟烷為主。石炭系烴源巖抽提物中伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)為0.38～0.57，伽馬蠟烷/C30藿烷為0.09～0.12，C35αβ

3.4 甾烷(m/z217)系列

在不同沉積環(huán)境及不同來源的沉積有機(jī)質(zhì)中，甾烷分布截然不同：浮游生物中以C27甾烷占優(yōu)勢，甲殼動(dòng)物中主要為C27膽甾烷，絕大多數(shù)藻類主要含C27甾烷和C28甾烷，真菌中主要是C28麥角甾烷，陸生植物(包括草本植物)則以C29谷甾烷或豆甾烷為主，4-甲基甾烷存在于甲藻中。C27甾烷、C28甾烷和C29甾烷不同相對(duì)豐度代表不同的母源。規(guī)則甾烷在成巖演化過程中存在由不穩(wěn)定的生物構(gòu)型向穩(wěn)定的熱力學(xué)構(gòu)型轉(zhuǎn)化的趨勢。因此，利用各對(duì)異構(gòu)體比值可以獲得有關(guān)原油和烴源巖成熟度的信息[8]。甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)是指示有機(jī)質(zhì)成熟度的常用指標(biāo)，一般認(rèn)為甾烷C29ααα -20S/(20S+20R)隨有機(jī)質(zhì)成熟度的增加而變大。未成熟階段的甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)小于0.25，低熟階段的甾烷C29ααα-20S/ (20S+20R)為0.25～0.40，成熟階段的甾烷C29ααα-20S/(20S+20R)大于0.4[14]。然而，研究發(fā)現(xiàn)甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)值在高成熟—過成熟階段會(huì)發(fā)生“倒轉(zhuǎn)”，比值會(huì)低于平衡值，甚至低于成熟度低的樣品[15]。

石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的C27、C28和C29規(guī)則甾烷呈以C29為優(yōu)勢的近“V”字形(圖4)，ααα20R-C27/C29甾烷值為0.58～0.84，反映有機(jī)質(zhì)母質(zhì)主要來源于高等植物，還有細(xì)菌類和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質(zhì)。石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的C29ααα-20S/ (20S+20R)分別為0.22～0.46 和0.21～0.37。結(jié)合C31升藿烷22S/ (22S+22R)、Ts/(Ts+Tm)等有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)，可以看出石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的C29ααα-20S/(20S+20R)值低于平衡值是由于有機(jī)質(zhì)處于高成熟—過成熟階段而發(fā)生的“倒轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。進(jìn)一步反映了研究區(qū)烴源巖達(dá)到了高過成熟階段。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的伽馬蠟烷/C30藿烷為0.09～0.12，伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)為0.38～0.57，C35αβ

(2)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖飽和烴色譜分布為雙峰型，主峰碳為C17和C29，且具有絕對(duì)的后峰優(yōu)勢；三環(huán)萜烷呈雙峰型，以C21和C23為主峰；富含C24四環(huán)萜烷，C27、C28和C29規(guī)則甾烷呈以C29為優(yōu)勢的近“V”字形；ααα20R-C27/C29甾烷值為0.58～0.84，這些指標(biāo)反映有機(jī)質(zhì)母質(zhì)主要來源于高等植物，還有細(xì)菌類和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質(zhì)。

(3)CPI和OEP分別為1.08～1.15和1.08～1.21；Ts/(Ts+Tm)、C31升藿烷22S/(22S+22R)均達(dá)到平衡值；C29ααα-20S/(20S+20R)處于“倒轉(zhuǎn)”區(qū)，這些指標(biāo)反映了研究區(qū)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖有機(jī)質(zhì)處于高成熟—過成熟階段。

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Biomarker Characteristics of Source Rock of Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation in Southern Qilian Basin

Hao Aisheng1,2, Li Jian1,2, Wang Dongliang1,2, Li Zhisheng1,2,Cui Junfeng1, Cui Huiying1,2, Jiang Xiaohua1

(1.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,PetroChina,Langfang,Hebei065007,China; 2.LaboratoryofGasReservoirFormation&Development,CNPC,Langfang,Hebei065007,China)

Abstract:In-depth study on source rocks in Southern Qilian Basin has seldom been made, and geochemical research also lagged behind. Therefore, we probed into the biomarker characteristics of source rock of Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation in Southern Qilian Basin by gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometer. According to the data, we analyzed the sedimentary environment, sedimentary parent source and organic matter maturity of the source rocks. Gammacerane/C30hopane, Gammacerane/0.5C31αβ(22R+22S) and Pr/Ph were 0.09～0.12, 0.38～0.57 and 0.65～1.16 respectively. The above three parameters indicated that the source rocks were deposited in subsaline and weak reducing to weak oxidizing environment. High content of tricyclic terpane and “V” distribution of regular sterane with C29 regular sterane dominant showed that sedimentary parent source was mainly from terrigenous higher plants, partly from lower hydrobiont. Most maturity parameters reached equilibrium value. While C29ααα-20S/(20S+20R) reversed. It means that the maturity of source rock reaches high to over mature stage.

Key words:source rock; biomarker; Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation; Southern Qilian Basin

中圖分類號(hào)：TE122

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

作者簡介：第一郝愛勝(1987年生)，男，碩士，工程師，主要從事油氣地球化學(xué)與成藏研究工作。郵箱：haoas2012@petrochina.com.cn。

基金項(xiàng)目：南祁連盆地油氣地質(zhì)條件綜合評(píng)價(jià)及勘探部署。