吉林市上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖地球化學(xué)特征

朱志立，程宏崗，張 敏，王德海，仲泉城，李 謹(jǐn),，李佳陽

(1.長江大學(xué) 油氣資源與勘查技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430100；2.長江大學(xué) 地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢430100；3.中國石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；4.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130061；5.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500)

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吉林市上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖地球化學(xué)特征

朱志立1,2，程宏崗3，張 敏1,2，王德海4，仲泉城5，李 謹(jǐn)1,2,3，李佳陽1,2

(1.長江大學(xué) 油氣資源與勘查技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430100；2.長江大學(xué) 地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢430100；3.中國石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；4.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130061；5.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500)

通過對(duì)吉林市上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖野外露頭的系統(tǒng)采樣，剖析烴源巖的地球化學(xué)特征，探討烴源巖有機(jī)質(zhì)的母質(zhì)來源、沉積環(huán)境和熱演化程度。研究表明，有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來源既有高等植物的來源，還有細(xì)菌和藻類等低等水生生物的混入；具有典型湖相烴源巖的分布特征；烴源巖形成于半咸水還原的沉積環(huán)境，熱演化程度為成熟-高成熟階段。

吉林市；上二疊統(tǒng)；楊家溝組；烴源巖；地球化學(xué)特征

松遼盆地及外圍地區(qū)油氣資源豐富，但對(duì)上古生界油氣地質(zhì)研究和勘探程度均較低，資源前景廣闊[1-4]。近年來，在開展“松遼盆地及外圍上古生界油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)”國家油氣資源選區(qū)項(xiàng)目研究中發(fā)現(xiàn)，晚古生代地層在東北地區(qū)廣泛分布且未發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，自下而上發(fā)育了多套烴源巖層，具有較好的油氣前景，吉中地區(qū)的上二疊統(tǒng)楊家溝組發(fā)育的黑色泥巖厚度較大，為其中一套烴源巖層[5-8]。然而，前人對(duì)楊家溝組的研究較少，研究內(nèi)容也主要集中在沉積環(huán)境方面，張興洲等認(rèn)為楊家溝組為海陸交互相磨拉石建造及碳酸鹽巖建造[9]；王德海等認(rèn)為楊家溝組以陸相沉積為主，局部有海侵環(huán)境沉積[10]；而對(duì)楊家溝組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度的烴源巖地球化學(xué)特征研究較少，從生物標(biāo)志化合物的角度探討楊家溝組烴源巖的性質(zhì)更是鮮有報(bào)道。鑒于此，本文對(duì)吉林市上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖系統(tǒng)的取樣，揭示其中包含的有機(jī)質(zhì)生源、沉積環(huán)境和成熟度等地質(zhì)及地球化學(xué)特征，為松遼盆地及外圍地區(qū)油氣基礎(chǔ)地質(zhì)研究提供借鑒意義。

1　樣品與實(shí)驗(yàn)分析

在吉中地區(qū)，楊家溝組出露較好。吉林市楊家溝組剖面位于新開的環(huán)城公路二道溝附近，剖面起點(diǎn)坐標(biāo)為北緯43°52′29.8″，東經(jīng)126°41′37.1″；剖面終點(diǎn)坐標(biāo)為北緯43°50′3.7″，東經(jīng)126°39′56.8″，剖面長度3.1km，泥巖厚度1666.7 m，出露良好，為人工露頭。楊家溝組按照巖性分為上下兩段，底部為構(gòu)造角礫巖；下段主要為礫巖，礫石為近源的碳酸鹽巖；上段主要為黑色灰黑色泥板巖、泥巖和頁巖，夾有粉砂巖薄層[10]。樣品采于吉林市楊家溝組剖面，巖性主要為黑色泥巖，共采集了13個(gè)樣品，全部樣品進(jìn)行有機(jī)碳含量、全巖顯微組分、鏡質(zhì)體反射率等分析之后，從中選取4個(gè)樣品進(jìn)行飽和烴色譜-質(zhì)譜分析。

將樣品清洗風(fēng)干后碎至100目，然后以三氯甲烷作溶劑采用索氏抽提法提取樣品中的可溶有機(jī)質(zhì)，并用正己烷沉淀瀝青A中的瀝青質(zhì)，而后采用硅膠/氧化鋁柱色層法把脫瀝青質(zhì)瀝青分離成飽和烴、芳香烴和非烴。然后對(duì)飽和烴餾分進(jìn)行色譜質(zhì)譜分析。

飽和烴色譜-質(zhì)譜分析條件：儀器為惠普公司5890臺(tái)式質(zhì)譜儀，色譜柱為HP-5ms石英彈性毛細(xì)柱(30 m×0.25mm×0.25m)。升溫程序：50℃恒溫2min，從50℃至100℃的升溫速率為20℃/min，100℃至310℃的升溫速率3℃/min，310℃恒溫15.5min。進(jìn)樣室溫度300℃，載氣為氦氣，流速為1.04mL/min，掃描范圍為50～550 amu。檢測方式為全掃描：電離能量為70 eV，離子源溫度230℃。

2　烴源巖基礎(chǔ)地球化學(xué)特征

吉林市上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖有機(jī)碳含量較高，TOC分布范圍為0.52%～1.66%(表1)，依據(jù)烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，它們均可歸入烴源巖的范疇，有機(jī)質(zhì)Ro為4.62%～5.37%，處于高-過成熟階段。依據(jù)干酪根有機(jī)顯微組分類型指數(shù)，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ。但是，與較高的有機(jī)碳含量形成鮮明對(duì)照的是這些烴源巖中有機(jī)質(zhì)的熱解烴量(S2)、生烴潛量(S1+S2)和氫指數(shù)(HI)及瀝青A含量都異常偏低，這一現(xiàn)象與這些烴源巖所經(jīng)歷的高熱演化程度是分不開的，同時(shí)也與露頭樣品受風(fēng)化作用有關(guān)，生烴潛力較低[11]。有研究表明[12]，對(duì)于高-過成熟演化階段的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的評(píng)價(jià)，瀝青A、總烴含量(HC)、S1+S2等評(píng)價(jià)指標(biāo)已經(jīng)失去了原有效果，而TOC對(duì)于有機(jī)質(zhì)豐度的判別依然是可靠的。

3　飽和烴生物標(biāo)志化合物特征

3.1正構(gòu)烷烴和類異戊二烯烷烴

正構(gòu)烷烴是飽和烴餾分中的主要成份，蘊(yùn)含著豐富的地球化學(xué)信息，其分布模式、奇偶優(yōu)勢以及輕重比可用于指示生烴母質(zhì)、熱演化特征和生物降解等信息[13]。烴源巖中正構(gòu)烷烴含量較低，其分布模式大體相同，正構(gòu)烷烴呈單峰前峰型分布(圖1(a))。正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布范圍為C15～C32，主峰碳為C18，輕重比∑nC21-/∑nC22+高，為2.08～6.45，nC21+nC23/nC28+nC29比值高，為2.67～7.60(表2)，低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴含量相對(duì)較高，可能因?yàn)楦哌^成熟階段碳-碳鍵的斷裂占據(jù)主導(dǎo)地位，此時(shí)高分子量正構(gòu)烷烴會(huì)轉(zhuǎn)變成低分子量化合物，結(jié)果導(dǎo)致低分子量成員占優(yōu)勢的單峰態(tài)分布[14]。CPI和OEP的分布范圍分別為1.13～1.33和0.75～0.88，均接近于1，無明顯的奇偶優(yōu)勢，表明烴源巖的熱演化程度較高。姥鮫烷與植烷是類異戊二烯烷烴中常用表征源巖沉積環(huán)境的標(biāo)志化合物[15]，楊家溝組烴源巖Pr/Ph較低，為0.44～0.49，有明顯的植烷優(yōu)勢，表明烴源巖中有機(jī)質(zhì)沉積于還原環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)的保存。

3.2三環(huán)萜烷和四環(huán)萜烷系列

C19-C20低碳數(shù)三環(huán)萜烷主要來源于高等植物，而C26+長鏈三環(huán)萜烷可能來源于菌藻類等低等水生生物[16]；豐富的四環(huán)萜烷表征陸源母質(zhì)的輸入[13]。三環(huán)萜烷在不同沉積環(huán)境中分布不同，一般湖相和海相來源呈正態(tài)分布，而煤系地層中則表現(xiàn)為C19-C26階梯狀遞減[17-18]。楊家溝組烴源巖中三環(huán)萜烷系類含量與藿烷的含量大體相當(dāng)，三環(huán)萜烷/藿烷的比值介于0.57～1.38之間，絕大部分均大于1。三環(huán)萜烷的分布特征基本相同，呈以C23為主峰碳的似正態(tài)分布(圖1(b))，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，表現(xiàn)出湖相的分布模式。上述參數(shù)研究表明上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖中有機(jī)質(zhì)既有高等植物的來源，還有細(xì)菌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)三萜系列

五環(huán)三萜系列化合物包括藿烷類化合物、伽馬蠟烷、和其他如羽扇烷等非藿烷系類化合物，其分布形式蘊(yùn)含許多地質(zhì)及地球化學(xué)信息。楊家溝組烴源巖中的五環(huán)三萜類化合物分布特征大體相似，以C30藿烷為主峰，C31-C35升藿烷系類列化合物含量較低，且呈階梯狀依次遞減(圖1(c))，具有典型湖相烴源巖的分布特征。伽馬蠟烷常出現(xiàn)在高鹽度的海相和非海相沉積物中，一般認(rèn)為是高鹽度的指標(biāo)，同時(shí)也代表了沉積水體的分層現(xiàn)象[19]，C35/C34升藿烷為有機(jī)質(zhì)沉積期間及以后氧化還原電位的指標(biāo)[13]。楊家溝組烴源巖伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.32～0.38，表明有機(jī)質(zhì)沉積水體鹽度較高，為半咸水的沉積環(huán)境。烴源巖C35升藿烷/C34升藿烷較高，為0.53～0.63(表2)，暗示有機(jī)質(zhì)為還原的沉積環(huán)境。烴源巖中重排藿烷的含量低，C30重排藿烷/C30藿烷比值為0.04～0.06，一般認(rèn)為高含量的重排藿烷指示著氧化條件下黏土礦物催化作用[18]，楊家溝組烴源巖低含量的重排藿烷與還原的沉積環(huán)境相關(guān)。C31αβ22S/(22S+22R)比值為藿烷中應(yīng)用最廣泛的評(píng)價(jià)成熟度的參數(shù)[13]，楊家溝組烴源巖中該比值為0.60～0.61，已經(jīng)達(dá)到平衡值0.6，顯示烴源巖已進(jìn)入生油門限，成熟作用導(dǎo)致的異構(gòu)化已達(dá)到平衡。

表1　吉林市上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖基礎(chǔ)地球化學(xué)數(shù)據(jù)

表2　吉林市上二疊統(tǒng)楊家溝組烴源巖生物標(biāo)志化合物參數(shù)表

3.4甾類化合物

烴源巖中甾烷化合物的分布蘊(yùn)含著較豐富的有機(jī)質(zhì)來源、沉積環(huán)境以及成熟度等信息。一般認(rèn)為，陸生高等植物富含C29甾烷，低等水生生物富含C27和C28甾烷[13]。楊家溝組烴源巖中甾烷類化合物分布模式大體相同，C27規(guī)則甾烷含量最高，C29規(guī)則甾烷次之，C28規(guī)則甾烷含量相對(duì)較低，C27/C29規(guī)則甾烷為1.12～1.18，C27、C28和C29ααα20R甾烷總體呈近“V”字形分布(圖1(d))，表明烴源巖生烴母質(zhì)陸源高等植物的輸入，同時(shí)也有以低等水生生物貢獻(xiàn)。C29ααα20S/(20S+20R)和C29αββ/(ααα+αββ)是應(yīng)用最廣泛的評(píng)價(jià)成熟度的生物標(biāo)志化合物[13]，楊家溝組烴源巖C29ααα20S/(20S+20R)為0.55～0.57，C29αββ/(ααα+αββ)為0.62～0.63，C29ααα20S/(20S+20R)均大于0.55，均已達(dá)平衡值終點(diǎn)值，根據(jù)黃第藩?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)[20]，楊家溝組烴源巖處于高成熟-過成熟階段。研究表明，孕甾烷和升孕甾烷與成熟度關(guān)系密切，后生孕甾烷和升孕甾烷是規(guī)則甾烷熱降解的產(chǎn)物，富含黏土礦物、酸性氧化的環(huán)境有助于重排甾烷的形成[13]。楊家溝組烴源巖中孕甾烷和升孕甾烷含量較高，(孕甾烷+升孕甾烷)/規(guī)則甾烷為0.16～0.20，是由于烴源巖處于高演化階段所致，而重排甾烷的含量較低，C27重排甾烷/C27規(guī)則甾烷為0.27～0.29，可能與還原的沉積環(huán)境不利于重排甾烷的形成有關(guān)。甾烷與藿烷的比值可指示真核生物(主要是藻類和高等植物)與原核生物(細(xì)菌)對(duì)源巖的貢獻(xiàn)[13]，楊家溝組烴源巖中甾烷/藿烷的比值為1.15～1.17，表明藻類和細(xì)菌對(duì)有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)大致相當(dāng)。

4　結(jié)論

1)楊家溝組烴源巖中正構(gòu)烷烴為單峰前峰型，低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴較高，為烴源巖處于高成熟-過成熟階段所致；三環(huán)萜烷呈以C23為主峰碳似正態(tài)分布，富含C24四環(huán)萜烷，C27、C28和C29ααα20R甾烷呈近“V”字形分布，有機(jī)質(zhì)既有高等植物的來源，還有細(xì)菌和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質(zhì)。

2)烴源巖中三環(huán)萜烷呈以C23為主峰碳的似正態(tài)分布，藿烷以C30藿烷為主峰，C31-C35升藿烷系類列化合物含且呈階梯狀依次遞減，三環(huán)萜烷/藿烷比值較高，為0.57～1.38，具有典型湖相烴源巖的分布特征；Pr/Ph和C35升藿烷/C34升藿烷分別為0.44～0.49和0.53～0.63，暗示沉積水體較深，環(huán)境較還原，為半深湖-深湖沉積環(huán)境；伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.32～0.38，烴源巖為半咸水的沉積環(huán)境。

3)烴源巖中CPI和OEP分別為1.13～1.33和0.75～0.88，具有較明顯成熟特征，Ts/Tm和C29Ts/C2917α(H)-藿烷比值較高，C29ααα20S/(20S+20R)、C29αββ/(ααα+αββ)和C31αβ22S/(22S+22R)均到達(dá)異構(gòu)化終點(diǎn)的平衡值，說明烴源巖熱演化程度為成熟-高成熟階段。

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(責(zé)任編輯王利君)

Geochemical characteristics of source rocks from Upper Permian Yangjiagou Formation in Jilin City

ZHU Zhili1,2,CHENG Honggang3,ZHANG Min1,2,WANG Dehai4,ZHONG Quancheng5,LI Jin1,2,3,LI Jiayang1,2

(1.Key Laboratory of Exploration Technology for Oil and Gas Research, Yangtze University, Hubei Wuhan, 430100, China;2.School of Earth Environment and Water Resources, Yangtze University, Hubei Wuhan, 430100, China;3.Langfang Branch,PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Hebei Langfang, 065007, China;4.College of Earth Science, Jilin University, Jilin Changchun, 130061,China;5.School of Geosciences and Technology, Southwest Petroleum University, Sichuang Chengdu, 610500, China)

Based on the GC-MS, the variation of organic matter origin, deposition environment and thermal maturity of hydrocarbon source rocks were systematically discussed. The distribution of tricyclic terpane is normal distribution with the main peak of C23, high content C24tetracyclic terpane and a predominance of C27ααα20R sterane over C29ααα20R sterane with asymmetry “V” distribution indicates that the organic material of source rocks are higher terrigenous plants mixed with lower aquatic organisms. The main peak of hopanes is C30hopane with the distribution of C31-C35hopane decline as a ladder and the tricyclic terpane/hopane ratio is high shows the lacustrine facies characteristics. The Pr/Ph value (0.44～0.49) and gammacerane/C30hopane value (0.32～0.38) indicate that source rocks are developed in brackish water reductive semideep-deep lake environment. The maturity parameters of C29ααα20S/(20S+20R), C29αββ/(ααα+αββ) and C31αβ22S/(22S+22R) have reached the balanced endpoint value of isomerization, indicating the source rocks stay in mature-high mature stage during the thermal evolution.

the Upper Permian；Yangjiagou Formation；source rocks；geochemical characteristics

2016-04-02

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05007)

朱志立(1991-)，男，湖北黃岡人，碩士，研究方向?yàn)橛蜌獾厍蚧瘜W(xué)。

1673-9469(2016)03-0094-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2016.03.020

P596

A