準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系烴源巖三環(huán)萜烷分布樣式及影響因素

陳哲龍，柳廣弟，衛(wèi)延召，高 崗，任江玲，楊 帆，馬萬云

[1. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院, 北京 102249； 2. 中國石油 勘探開發(fā)研究院, 北京 100083；3. 中國石油 新疆油田公司 實驗檢測研究院, 新疆 克拉瑪依 834000]

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系烴源巖三環(huán)萜烷分布樣式及影響因素

陳哲龍1,2，柳廣弟1，衛(wèi)延召2，高 崗1，任江玲3，楊 帆2，馬萬云3

[1. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院, 北京 102249； 2. 中國石油 勘探開發(fā)研究院, 北京 100083；3. 中國石油 新疆油田公司 實驗檢測研究院, 新疆 克拉瑪依 834000]

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣原油及烴源巖中生物標(biāo)志物以高豐度的三環(huán)萜烷系列為典型特征，其分布樣式的差異一直被當(dāng)作研究本區(qū)原油成因類型及油-源對比的典型指標(biāo)。通過對烴源巖樣品的系統(tǒng)地球化學(xué)分析，認(rèn)為本區(qū)風(fēng)城組源巖(P1f)主要以三環(huán)萜烷(C20，C21，C23)呈“上升型”為特征，泥質(zhì)巖類與碳酸鹽巖類相比C24，C25三環(huán)萜烷含量較高；下烏爾禾組(P2w)源巖和佳木河組(P1j)源巖樣品三環(huán)萜均呈“下降型”分布特征。通過對源巖鏡下進行觀察和加水熱模擬實驗等方法，分別探討了沉積環(huán)境與母質(zhì)類型、成熟度及排烴作用對三環(huán)萜分布樣式的影響，認(rèn)為P1f和P2w源巖中三環(huán)萜烷的分布主要受控于沉積環(huán)境和母質(zhì)類型的原生差異。P1f源巖有機質(zhì)多源于本地沉積的藻類及細(xì)菌，沉積環(huán)境屬于蒸發(fā)、還原的咸化湖沉積；P2w源巖中外來有機質(zhì)含量相對較多，沉積環(huán)境屬于淡水還原環(huán)境。P1j源巖整體熱演化程度較高，有機質(zhì)炭化作用強烈；埋藏成熟演化在有機質(zhì)處于成熟-高熟階段內(nèi)對三環(huán)萜烷分布樣式影響不大，若達到過熟階段則會造成低碳數(shù)三環(huán)萜烷(C20，C21)含量增加；排烴作用對三環(huán)萜烷影響相對較小，不改變其分布樣式。

三環(huán)萜烷；生物標(biāo)志物；加水熱模擬；二疊系；烴源巖；瑪湖凹陷；準(zhǔn)噶爾盆地

三環(huán)萜烷在原油及源巖抽提物生標(biāo)中普遍存在，其碳數(shù)可以從C19延伸至C45，且常常用作油源對比及反映成熟度的可靠指標(biāo)[1-2]。三環(huán)萜烷在區(qū)分不同沉積相類型時具有重要作用，通常湖相陸源沉積物以高含量的C21三環(huán)萜為特征；近岸沉積以C19和C20三環(huán)萜為主；深水泥巖沉積以C24和C25三環(huán)萜為高峰；頁巖相以高含量的C23萜烷為特征[3]。前人在其來源方面做了大量研究，認(rèn)為其可能為原核生物膜[4]、藻類[5]或高等植物[6]，而高豐度的三環(huán)萜烷常常與Tasmanites藻類及較高成熟度的鹽湖相或碳酸鹽沉積環(huán)境有關(guān)[7-8]。因此，飽和烴生標(biāo)中三環(huán)萜烷分布的變化主要受生源(細(xì)菌或藻類)、成熟度和生排烴作用等因素的影響[9-11]。

目前還并沒有對原油中豐富的的三環(huán)萜系列的具體來源和沉積環(huán)境進行明確的定義，而三環(huán)萜卻被廣泛應(yīng)用于高成熟條件下表征源巖抽提物和原油的特征，并且運用到對生物降解油的油源對比分析。眾所周知，隨成熟度的增加，三環(huán)/五環(huán)萜呈明顯的增加[12]，雖然三環(huán)萜碳數(shù)的變化主要被應(yīng)用于成熟度分析，但對于成熟度相近樣品的分布變化，研究顯示其可能受到沉積環(huán)境或生排烴作用的影響[13]。本次研究以瑪湖凹陷二疊系樣品為例，研究成熟-高成熟條件下不同源巖中三環(huán)萜烷的分布樣式及其影響因素，為本區(qū)原油類型的劃分與油源對比研究提供有益借鑒。

前人在研究準(zhǔn)噶爾盆地腹部及西北緣原油類型及烴源巖時將三環(huán)萜烷(C20，C21，C23)的分布樣式與烴源巖建立了初步的對應(yīng)關(guān)系，如：三環(huán)萜烷呈“上升型”分布可能對應(yīng)風(fēng)城組(P1f)源巖，“山峰型”可能對應(yīng)烏爾禾組(P2w)源巖，“下降型”可能對應(yīng)佳木河組(P1j)源巖[14-15]。但限于早期所能取到優(yōu)質(zhì)烴源巖樣品的稀少及本區(qū)原油混源現(xiàn)象的普遍存在[16]，一直未能對烴源巖中三環(huán)萜的分布樣式提供強有力的直接證據(jù)，也未對其成因進行合理解釋，而三環(huán)萜的分布特征對于解決準(zhǔn)噶爾盆地油源對比問題至關(guān)重要。結(jié)合前人研究成果，本次研究將本區(qū)主力源巖風(fēng)城組細(xì)分為碳酸鹽巖類和泥質(zhì)巖類兩種巖性，結(jié)合烏爾禾組及佳木河組新取巖心，在對烴源巖樣品進行常規(guī)地球化學(xué)分析的基礎(chǔ)上，輔以烴源巖鏡下有機相觀察，并對其成熟度和生排烴運移特征進行探討，從而確認(rèn)瑪湖凹陷二疊系各套源巖中三環(huán)萜的分布特征及其受控的主要因素。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷的次一級負(fù)向構(gòu)造單元，毗鄰西北緣克-夏斷裂帶，東接達巴松凸起、南臨中拐凸起，總面積達11 400 km2[17]?，敽枷菹群蠼?jīng)歷海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期次構(gòu)造運動。早石炭世—二疊紀(jì)前陸隆起，盆地受擠壓應(yīng)力影響，形成了一系列溝通烴源巖層的大型逆斷裂，逆斷層持續(xù)發(fā)育至早中三疊世停止，現(xiàn)今構(gòu)造較為簡單，表現(xiàn)為東南傾的平緩單斜，局部發(fā)育低幅度背斜或鼻狀構(gòu)造[18-20]。近年在瑪湖斜坡區(qū)三疊系百口泉組勘探取得重大突破，探明億噸級油氣田，初步形成了以瑪北斜坡區(qū)(夏子街扇)、艾湖(黃羊泉扇)及瑪湖地區(qū)(克拉瑪依扇)為主的大油氣區(qū)(圖1)。

瑪湖凹陷地層發(fā)育齊全，自下而上主要發(fā)育有石炭系，二疊系佳木河組、風(fēng)城組、夏子街組、烏爾禾組，三疊系百口泉組、克拉瑪依組、白堿灘組，侏羅系八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組及白堊系(圖2)。其中，三疊系百口泉組儲層主要發(fā)育扇三角洲、沖積扇沉積[21]，斜坡區(qū)埋深3 000～4 000 m，整體為低孔低滲儲層，孔隙度介于6.95%～13.9%，平均達9%，滲透率介于(0.05～139)×10-3μm2，平均1.34×10-3μm2。上覆克拉瑪依組泥巖形成局部蓋層，白堿灘組泥巖全區(qū)分布形成區(qū)域蓋層。本區(qū)烴源巖主要包括二疊系佳木河組、風(fēng)城組及烏爾禾組3套，其中風(fēng)城組沉積在不同地區(qū)形成了兩種典型沉積物，一種以深灰色泥巖為主，包括凝灰質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖等巖性組合，主要分布在夏子街、瑪東等廣大區(qū)域，其有機碳含量(TOC)在0.57%～2.73%，平均可達1.51%，熱解氫指數(shù)(HI)在71.4～700 mg/g，有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主，少量為Ⅰ型，鏡質(zhì)體反射率(Ro)在0.7%～1.1%，處于成熟階段(表1)。另一種主要分布于風(fēng)城及瑪南地區(qū)，沉積物巖性主要為白云質(zhì)泥巖及含石膏白云巖為主，其有機碳含量相比風(fēng)城組泥巖略低，TOC平均達1.10%，氫指數(shù)在120～800 mg/g，成熟度(Ro)與泥巖分布區(qū)間類似。從有機質(zhì)的熱演化程度來看，風(fēng)城組源巖在斜坡區(qū)埋深相對較大，整體處于成熟-高成熟演化階段。烏爾禾組源巖樣品主要分布于斜坡區(qū)，TOC大多處于0.5%～1.0%，氫指數(shù)處于10～200mg/g，且成熟度相對較高，Ro介于0.94%～1.45%，屬于中等質(zhì)量源巖，烏爾禾組沉積物在斷裂帶相對較粗，有效源巖不發(fā)育；佳木河組泥巖樣品TOC和熱解數(shù)據(jù)整體更差，演化程度處于高熟-過熟階段，且佳木河組有效烴源巖分布相對局限，僅在風(fēng)城1井及金218井鉆遇較好泥巖，且屬于較差烴源巖。

圖1 瑪湖凹陷構(gòu)造分區(qū)及樣品分布Fig.1 Structure division of the Mahu Depression and sample point distribution

2 樣品與分析方法

本次研究首先通過對過取心井段進行篩選，采集了瑪湖凹陷新鉆取巖心井中富有代表性的37塊二疊系源巖樣品，其中風(fēng)城組(P1f)泥巖類和碳酸鹽類各10塊、下烏爾禾組(P2w)泥巖9塊、佳木河組(P1j)泥巖8塊，樣品分布如圖1所示。由于鉆井深度及取心段的限制，樣品主要分布在斷裂帶及斜坡區(qū)，其中風(fēng)城組樣品基本分布于風(fēng)南、夏子街地區(qū)，處于低熟-成熟演化階段；烏爾禾組樣品主要分布在瑪東、瑪西地區(qū)，基本處于成熟-高成熟演化階段，佳木河組樣品基本在夏子街和中拐地區(qū)，演化階段為高-過成熟階段(表1)。首先對這些樣品進行了TOC、熱解分析，數(shù)據(jù)如表1所示，并統(tǒng)一進行了索氏抽提，然后對飽和烴組分進行了色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析，所有實驗均在中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室和重質(zhì)油國家重點實驗室完成。鏡下有機相觀察在Leica DM 2500P顯微鏡上進行；所有飽和烴色質(zhì)分析均在Agilent 7890-5975c 色質(zhì)儀上完成；除此之外選取了2塊成熟度相對較低的風(fēng)城組樣品(夏76井泥巖MHN-27和風(fēng)南7井泥質(zhì)白云巖MHN-22)進行加水熱模擬分析，實驗在自行設(shè)計的高溫高壓密閉熱模擬裝置上完成，在進行熱模擬之前所有樣品均進行了48h抽提，排除了吸附烴類對新生成烴類的影響，將樣品等分為4份，并分別進行4個溫度點(310,330,350和370 ℃)的熱模擬實驗，具體方法及指標(biāo)見高崗等(2004)[22]。

3 結(jié)果與討論

3.1 烴源巖三環(huán)萜分布樣式

三環(huán)萜的前身生物生長于相對溫和鹽度的環(huán)境，三環(huán)己異戊烯醇可能是其先驅(qū)[23]，湖相咸水環(huán)境和海相碳酸鹽巖環(huán)境以高豐度的三環(huán)萜出現(xiàn)為特征，超鹽和淡水環(huán)境對三環(huán)萜先驅(qū)有抑制作用。成熟度較高的原油及源巖中三環(huán)萜含量較高，可以作為油源對比的有效指標(biāo)。有學(xué)者在研究四川盆地上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M源巖三環(huán)萜(C20，C21，C23)分布時，認(rèn)為其隨溫度增加低碳數(shù)萜烷逐漸增加，高碳數(shù)減少[24]；而塔里木塔中地區(qū)大多數(shù)原油呈現(xiàn)出C20>C21

圖2 瑪湖凹陷二疊系-三疊系綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of the Permian and Triassic in the Mahu Depression

表1 瑪湖凹陷二疊系烴源巖基本地球化學(xué)數(shù)據(jù)

注：TOC為有機碳含量；S1為游離烴含量；S2為吸附烴含量；Tmax為熱解峰溫；Ro為鏡質(zhì)體反射率。

通過對本區(qū)3套源巖樣品抽提物飽和烴組分的色質(zhì)圖進行分析，發(fā)現(xiàn)本區(qū)不同源巖間生標(biāo)譜圖特征存在差異。其中，風(fēng)城組樣品在飽和烴分布(TIC)上具有典型的Ph明顯高于nC18烷的特征，其正構(gòu)烷烴呈現(xiàn)以C20為單峰的特征，且Pr/Ph<1，不同巖性源巖抽提物樣品在萜烷(m/z191)上顯示出C20，C21，C23三環(huán)萜烷逐漸上升的特征，其五環(huán)萜系列比三環(huán)萜含量隨成熟度有所變化，胡蘿卜烷系列含量較高；對比碳酸鹽巖和純泥巖類樣品，發(fā)現(xiàn)泥質(zhì)巖類中C24，C25三環(huán)萜相對C23含量較高，碳酸鹽巖則具有C24，C25含量較低的特征(圖3a，b)，風(fēng)城組典型特征為Ph比nC18高，β-胡蘿卜烷含量高，且三環(huán)萜表現(xiàn)出典型的“上升型”特征，碳酸鹽類與泥巖類的典型差異主要在三環(huán)萜內(nèi)C24，C25三環(huán)萜的相對含量上，其中泥質(zhì)巖類表現(xiàn)出C24，C25三環(huán)萜相對含量較高的特征，碳酸鹽類則相對較低，且分析的所有樣品均符合此特征，這種C23三環(huán)萜為主要高峰的特征可能與沉積環(huán)境及母質(zhì)類型中藻類物質(zhì)較多有關(guān)，由于成熟度對甾烷分布影響較大，且本地區(qū)整體成熟度偏高，甾烷參數(shù)(m/z217)對本區(qū)類型劃分作用相對較??；烏爾禾組源巖樣品Pr，Ph均低于正構(gòu)烷烴系列，其三環(huán)萜(C20，C21，C23)呈“下降型”分布的特征(圖3c，d)，不同成熟度源巖均表現(xiàn)出相對一致的分布特征，其中艾參1井樣品成熟度相對較低，鹽北2井樣品孕甾烷系列含量高，膽甾烷系列則較低，三環(huán)萜系列整體較高，五環(huán)萜系列含量較低，另外艾參1井樣品TIC圖上呈現(xiàn)雙峰分布，顯示這種C20三環(huán)萜呈主要高峰的特征可能與外來陸源碎屑影響較多有關(guān)；此外，個別樣品呈現(xiàn)出三環(huán)萜含量較低，其C20，C21，C23三環(huán)萜呈“山峰型”分布的特征，經(jīng)過分析認(rèn)為其主要是受外來運移烴類影響所致，與源巖本身性質(zhì)關(guān)系不大；佳木河組源巖整體成熟度較高，其三環(huán)萜也呈現(xiàn)出“下降型”分布特征，但由于樣品整體演化程度較高，其可能受到母源和成熟度的影響。綜上所述，本區(qū)二疊系3套4類源巖中，由于埋深較大、成熟度整體較高，三環(huán)萜烷分布特征區(qū)分作用較為明顯，可以作為區(qū)分不同源巖的代表性特征，不同的三環(huán)萜分布構(gòu)型可能受到沉積環(huán)境、母源、成熟度或生排烴等作用的影響[27]。

圖3 瑪湖凹陷二疊系烴源巖抽提物飽和烴典型色譜-質(zhì)譜Fig.3 Typical GC-MS graphs of saturates in extracts of the Permian source rocks in the Mahu Depression

3.2 分布樣式的影響因素

3.2.1 母質(zhì)類型與沉積環(huán)境的影響

母質(zhì)類型的差異會造成不同源巖中生標(biāo)參數(shù)的變化，高三環(huán)萜含量可能是某種藻類富集的結(jié)果[28]。前人通過對熱解產(chǎn)物的研究分析，認(rèn)為Tasmanite藻和Leiosphaerdias藻都可能是形成高豐度三環(huán)萜烷的先驅(qū)母質(zhì)，三環(huán)萜生源藻類可能較多[29]，因此需對本區(qū)源巖樣品進行鏡下有機相觀察。

圖4 瑪湖凹陷二疊系烴源巖鏡下照片F(xiàn)ig.4 Microscopic photographs of the Permian source rocks in the Mahu Depression

通過鏡下有機相觀察及對生標(biāo)參數(shù)進行分析，本區(qū)不同烴源巖間母質(zhì)類型上存在一定差異，其中風(fēng)城組(P1f)碳酸鹽類中有機質(zhì)在單偏光下觀察可見散亂分布的圓形、橢圓形藻類體及無定形有機質(zhì)(圖4a)，在反射熒光條件下白云石呈灰黑色與亮黃色有機質(zhì)呈互層分布(圖4b)，顯示出風(fēng)城組碳酸鹽類烴源巖中有機質(zhì)含量較高，這些圓形、橢圓形菌藻類有機質(zhì)是碳酸鹽烴源巖干酪根的主要存在形式，外源有機質(zhì)較少；而泥質(zhì)巖類源巖則呈現(xiàn)出有機質(zhì)紋層與細(xì)粒碎屑沉積水平互層的特征(圖4c)，顯示出原地靜水沉積的特點[30]。而烏爾禾組(P2w)烴源巖則顯示出陸源輸入較多的特點，鏡下觀察顯示其源巖以內(nèi)源無定形有機質(zhì)與鏡質(zhì)體雜亂分布(圖4d)，整體以碎屑沉積為主，偶見白云石膠結(jié)，鏡下可見較大的陸源碎屑顆粒(圖4e)。佳木河組烴源巖(P1j)鏡下觀察可見碳化較嚴(yán)重(圖4f)，有機碎屑呈現(xiàn)緊密壓實扭曲呈現(xiàn)出高-過成熟的演化階段。綜上所述，本區(qū)鏡下觀察發(fā)現(xiàn)風(fēng)城組有機質(zhì)以內(nèi)源藻類為主，這可能是形成三環(huán)萜呈“上升型”分布的因素之一；烏爾禾組有機質(zhì)受外來碎屑影響較大的特點，這可能是其形成三環(huán)萜“下降型”分布的因素之一。佳木河組鏡下觀察也以陸源碳屑為主，但由于演化程度較高，改變了部分原生形態(tài)結(jié)構(gòu)，給生源判定造成了一定困難。

萜烷分布指示了沉積環(huán)境的變化，也記錄了湖盆的地球化學(xué)演化[31]。Kruge等(1990)研究發(fā)現(xiàn)黑色頁巖和孔隙充填瀝青中C21和C23含量相當(dāng)，而在灰色含粉砂泥巖抽提物(干酪根代表本層)中則C23占優(yōu)勢，認(rèn)為主要是沉積環(huán)境的變化的結(jié)果[10]。通過選取典型地球化學(xué)參數(shù)，對本區(qū)各套源巖的沉積環(huán)境及母質(zhì)來源進行分析，Ts/(Ts+Tm)可以指示碳酸鹽巖與泥巖相的差異，γ-蠟烷指數(shù)的高低主要反映沉積水體的咸化水平，從圖5a中可以看出，風(fēng)城組泥質(zhì)巖類和烏爾禾組泥巖表現(xiàn)出以湖相泥巖為主的沉積特征，風(fēng)城組在局部地區(qū)發(fā)育了蒸發(fā)相的碳酸鹽巖沉積，佳木河組顯示出鹽度較高的特征(對應(yīng)高伽馬蠟烷指數(shù))；此外，C19/C23三環(huán)萜可以反映陸源有機質(zhì)與本地有機質(zhì)含量的差異，C24四環(huán)萜含量高低可以反映水體蒸發(fā)條件(圖5b)，從散點圖上可以看出風(fēng)城組母質(zhì)來源以內(nèi)源有機質(zhì)本地沉積為主，烏爾禾組泥巖及佳木河組泥巖母質(zhì)來源中外源有機質(zhì)輸入較多，且風(fēng)城組沉積期水體處于一定的蒸發(fā)環(huán)境下；利用Pr和Ph參數(shù)可以反映水體氧化還原條件和成熟度的變化，從圖5c中可以看出烏爾禾組及佳木河組泥巖樣品成熟度較高，風(fēng)城組樣品成熟度相對較低，風(fēng)城組白云巖類沉積水體環(huán)境與泥巖相比還原性較強，而烏爾禾及佳木河組泥巖成熟度較高，生標(biāo)參數(shù)可能受成熟度影響影響較大；三環(huán)萜對于區(qū)分本區(qū)各套源巖特征具有明顯指示作用，其中C23/C21三環(huán)萜可以反映水體咸化程度的差異，通常水體越咸化C23三環(huán)萜越富集，通過圖5d可以看出風(fēng)城組沉積期水體咸化程度較高，而烏爾禾期及佳木河期水體環(huán)境以淡水為主。綜合以上生標(biāo)散點圖的分析結(jié)果，基本印證了前部分源巖鏡下觀察的結(jié)論，即風(fēng)城組烴源巖C23三環(huán)萜為高峰，形成C20，C21，C23呈“上升型”分布的原因為以藻類等本地物源輸入為主及相對還原、咸化的湖水沉積環(huán)境造成的結(jié)果，而烏爾禾組及佳木河組烴源巖C21三環(huán)萜為高峰，形成C20，C21，C23呈“下降型”分布的原因為沉積期物源有較多外來陸源碎屑鏡質(zhì)體及惰質(zhì)體沉積，其水體環(huán)境也為相對淡水的弱還原環(huán)境，保存條件相對較差，這說明各套源巖母質(zhì)類型和沉積環(huán)境存在的差異是造成三環(huán)萜分布樣式差異的主要內(nèi)因。

圖5 瑪湖凹陷二疊系源巖生物標(biāo)志物參數(shù)散點圖Fig.5 Scatter diagrams of biomarker parameters of the Permian source rocks in the Mahu Depression

3.2.2 成熟度差異的影響

成熟度差異也可以對三環(huán)萜的分布造成影響，成熟度越高，三環(huán)萜的含量越大。但對于C20，C21及C23三環(huán)萜來說，其碳數(shù)接近，其如何分布可能更多受控于母質(zhì)來源等原生條件的差異。Tuo等(1999)在研究泌陽凹陷核桃園組源巖時深部樣品的3個生標(biāo)呈現(xiàn)“上升型”，而較淺部位則呈現(xiàn)出“下凹型”的分布樣式，更淺部位呈現(xiàn)出“下降型”的分布特征，并未表現(xiàn)為深部位輕碳數(shù)C20、C21富集的特征，這說明三環(huán)萜的分布并不是主要受成熟度的控制[32]。隨深度的增加，三環(huán)萜異構(gòu)體含量明顯降低(αα>βα)，隨成熟度增加逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的βα構(gòu)型，但各三環(huán)萜分布形式并未發(fā)生太大變化[33]。

圖6 瑪湖凹陷二疊系源巖樣品三環(huán)萜比值隨深度變化Fig.6 Tricyclic terpanes ratios vs.depth of the Permian source rocks in the Mahu Depression

根據(jù)地質(zhì)樣品在深度剖面上的分布(圖6)可以看出風(fēng)城組樣品C20/C21基本小于1，C21/C23也小于1，三環(huán)萜呈典型“上升型”分布，且深度范圍介于3 000～5 000 m，而烏爾禾組泥巖樣品和佳木河組泥巖樣品C20/C21和C21/C23比值基本大于1，三環(huán)萜烷呈“下降型”分布，深度范圍介于3 000～6 000 m。由于大型坳陷型盆地源巖縱向埋深相對穩(wěn)定，且隨深度的增加三環(huán)萜(C20、C21、C23)系列的分布并未發(fā)生明顯變化，成熟作用會造成三環(huán)萜含量相對于五環(huán)萜的整體增加，但對于三環(huán)萜中各個系列的含量并未造成明顯變化，烏爾禾組泥巖與風(fēng)城組埋深相當(dāng)，但普遍呈現(xiàn)三環(huán)萜“下降型”的分布形式，說明成熟度對三環(huán)萜的分布形式影響較小，但會造成三環(huán)萜含量的整體增加。

熱模擬實驗可以研究源巖成熟過程中，烴類生標(biāo)中各組分的變化情況。Wang 等(2012)利用熱模擬實驗分析了褐煤在高溫高壓下熱解產(chǎn)物的三環(huán)萜變化，褐煤為在弱氧化條件下沉積的陸源有機質(zhì)，在熱演化條件下，三環(huán)萜與藿烷比值隨溫度升高而增加，三環(huán)萜的分布樣式在500 ℃前并無明顯變化[34]。以風(fēng)城組風(fēng)南7井P1f泥質(zhì)白云巖樣品為例(圖7)，在310 ℃生成烴類及殘渣抽提物的三環(huán)萜分布特征與未模擬前抽提物特征類似，在330 ℃時，三環(huán)萜中C21不斷增加、C23不斷降低，五環(huán)萜烷系列含量也不斷下降，在350 ℃時三環(huán)萜C20,C21,C23呈現(xiàn)出“下降型”的分布特征，370 ℃時也呈現(xiàn)“下降型”的分布特征，基線出現(xiàn)輕微漂移。在地質(zhì)歷史演化過程中，不同于熱模擬實驗的高溫短時間演化，有機質(zhì)演化屬于低溫長時間的演化生烴過程，在此過程中相對低溫環(huán)境的產(chǎn)物可能更接近地質(zhì)歷史過程真實產(chǎn)物，因此，310 ℃的烴類產(chǎn)物與殘留瀝青說明風(fēng)城組碳酸鹽巖具有三環(huán)萜呈“上升型”的特征，過高的溫度導(dǎo)致長鏈五環(huán)萜或高碳數(shù)三環(huán)萜的斷裂，短鏈三環(huán)萜C20不斷增加，形成三環(huán)萜分布呈“下降型”的特征，與實際地質(zhì)情況存在差異。

圖7 瑪湖凹陷風(fēng)南7井P1f泥質(zhì)白云巖(埋深4 595.5 m)加水熱模擬多溫度點三環(huán)萜烷譜圖(m/z 191)Fig.7 Tricyclic Terpanes graphs(m/z 191) with multi-temperature points from hydrous thermal simulation of P1f shaly dolomite of Well Fengnan 7 in the Mahu Depression

3.2.3 排烴作用對分布樣式的影響

與無水封閉黃金管和開放系統(tǒng)下的巖石熱解(Rock-Eval)不同，加水熱模擬產(chǎn)出的油在成分上與天然石油最為接近，且對排烴過程也相對合理，所以加水熱模擬為排烴效率和巖石性質(zhì)的研究確定提供了一種方法[35]。傳統(tǒng)上認(rèn)為三環(huán)萜系列與五環(huán)萜系列化合物含量的比值可以作為衡量成熟度的指標(biāo)(可以衡量到將近1%的Ro)，在熱模擬實驗中隨溫度的升高三環(huán)萜含量穩(wěn)步增加[36]，但通過對比熱模擬生成油(即排出烴)與熱模擬殘渣抽提物(即殘留烴)的差異，可以認(rèn)識生排烴作用對三環(huán)萜分布的影響。兩組實驗結(jié)果較為相似，以風(fēng)南7井P1f泥質(zhì)白云巖為例進行說明(圖7)，在310 ℃和330 ℃模擬生油與殘留烴產(chǎn)物上可以看出三環(huán)萜分布樣式并無明顯變化，排出烴中三環(huán)萜相對于五環(huán)萜含量較低但差異不明顯，五環(huán)萜中Ts,Tm及C29藿烷等在排出烴和殘留烴中有一定變化，在更高溫度(350 ℃和370 ℃)下排出烴類顯示出三環(huán)萜下降型的分布特征，殘留烴也呈“下降型”，但C20含量更高，C21和C23含量較低，五環(huán)萜則變化更加明顯，甚至出現(xiàn)UCM (Unresolved Complex Mixture)鼓包[37]，說明生排烴對重組分萜烷的分布影響更為明顯。以上實驗說明，排烴作用對相對短鏈的三環(huán)萜分布影響較小，排烴作用主要對正構(gòu)組分和在甾、萜烷中分子量較大的組分分布樣式有一定影響，在310 ℃條件下我們又進行了不同組不同巖性源巖4組熱模擬實驗，其結(jié)果都顯示排出烴和殘留烴在三環(huán)萜的分布上不存在明顯差異。如圖8所示，以風(fēng)南8井及夏201井風(fēng)城組泥巖樣品為例，在較低模擬溫度下(310 ℃)，排出油生標(biāo)譜圖特征與原始?xì)埩魹r青特征相似，三環(huán)萜分布的樣式并未發(fā)生顯著改變，對五環(huán)萜及甾烷分布樣式存在一定影響[38-39]，造成部分在甾烷樣式的變化，而低溫長時間演化更加符合地質(zhì)歷史時期生油巖演化規(guī)律[40]，排出油特征更具代表性，因此，初次排烴運移對三環(huán)萜分布的影響相對較小。

圖8 瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組不同巖性烴源巖熱模擬生、排烴譜圖特征Fig.8 GC-MS graphs of hydrocarbons generation and expulsion from thermal simulation of source rocks with different lithologies in the Fengcheng Formation in the Mahu Depression

4 結(jié)論

1) 通過分析瑪湖凹陷二疊系烴源巖分子地球化學(xué)資料，認(rèn)為二疊系三套源巖中三環(huán)萜烷化合物相對富集，且在三環(huán)萜的分布樣式上存在明顯的差異，其中主力風(fēng)城組源巖豐度高、類型好、生烴潛力最高，C20，C21，C23三環(huán)萜呈明顯的“上升型”分布特征，泥質(zhì)巖類烴源巖與碳酸鹽類相比C24，C25三環(huán)萜含量較高；烏爾禾組源巖屬于中等到好烴源巖，三環(huán)萜主要呈“下降型”分布特征，佳木河組源巖生油能力相對較差，源巖分布較為局限，樣品演化程度較高，三環(huán)萜烷分布特征變化較大。

2) 本區(qū)不同烴源巖之間三環(huán)萜烷的分布形式主要受控于沉積環(huán)境及母質(zhì)類型的差異，風(fēng)城組主要來源于本地沉積的藻類及細(xì)菌，其中風(fēng)城組碳酸鹽巖沉積屬于蒸發(fā)、還原的咸化湖相沉積，風(fēng)城組泥巖類屬于較還原的深湖相沉積，水體鹽度分層不顯著，烏爾禾組及佳木河組源巖外來有機質(zhì)含量較多，沉積環(huán)境屬于淡水弱還原環(huán)境；成熟度會造成三環(huán)萜烷整體含量的增加，但對三環(huán)萜的分布樣式影響相對較小，當(dāng)成熟度過高時會造成三環(huán)萜烷中短鏈、輕組分的增加；排烴作用對三環(huán)萜的分布樣式影響相對較小，對五環(huán)萜及甾烷等較重的組分存在一定影響。

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(編輯 張亞雄)

Distribution pattern of tricyclic terpanes and its influencing factors in the Permian source rocks from Mahu Depression in the Junggar Basin

Chen Zhelong1,2，Liu Guangdi1，Wei Yanzhao2，Gao Gang1，Ren Jiangling3，Yang Fan2，Ma Wanyun3

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,Beijing100083,China;3.ResearchInstituteofExperimentandTesting,PetroChinaXinjiangOilfieldCompany,Karamay,Xinjiang843000,China)

Biomarkers extracted from the crude oil and source rock samples obtained from the northwestern margin of Junggar Basin are characterized by high abundance of tricyclic terpanes (TTs).The distribution pattern of TTs has been used to distinguish oil families and to conduct oil-source correlations.Comprehensive geochemical analyses of source rock samples reveal that different distribution patterns of TTs correspond to different sets of source rocks,i.e.the Fengcheng Formation(P1f) features in “Going Up” of C20,C21and C23TTs,with higher amounts of C24and C25TTs for mudstones in comparison with carbonate rocks;the Lower Wuerhe Formation(P2w)and the Jiamuhe Formation(P1j)are characterized by “Going Down” of C20,C21and C23TTs.The influences of sedimentary environment,kerogen type,maturity and hydrocarbon expulsion on distribution of TTs were studied through microscopic observation of thin sections and hydrous pyrolysis simulation.We concluded that the TTs distribution patterns of P1fand P2ware mainly controlled by sedimentary environment and kerogen type.The organic matters of the P1fsource rocks were mainly derived from autochthonous algae or bacteria and were deposited in an evaporative reducing salt lake,while allochthonous organic matters were relatively abundant in the P2wand were deposited in a semi-reducing fresh lacustrine environment.The P1jsource rocks are currently over-mature and have experienced intense carbonization.Burial thermal evolution has limited impacts on the distribution patterns of TTs during mature and high-mature stage,but can result in the increase of low carbon number terpanes during over-mature stage.Hydrocarbon expulsion has limited influences on the TTs distribution pattern.

tricyclic terpanes，biomarkers，hydrou pyrolysis，Permian source rock，Mahu Depression，Junggar Basin

2015-07-12;

2017-02-20。

陳哲龍(1988—)，男，博士、工程師，油氣地球化學(xué)與成藏。E-mail:chenzl@petrochina.com.cn。

國家科技重大專項(2016ZX05001005)；中石油新疆油田公司課題(2014-C4023)。

0253-9985(2017)02-0311-12

10.11743/ogg20170211

TE122.1

A