鄂爾多斯盆地東部上古生界煤系飽和烴餾分地球化學(xué)研究

萬璐璐

摘要：通過對(duì)采自研究區(qū)不同地段的烴源巖樣品的色譜一質(zhì)譜（GC-MS）分析，揭開了鄂爾多斯盆地東部上古生界煤系飽和烴的組成，并進(jìn)行了詳細(xì)的生物標(biāo)志化合物研究，以了解其沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)來源、成熟度等信息。結(jié)果表明：保德地區(qū)為淡水湖泊相弱還原沉積環(huán)境，有機(jī)質(zhì)來源為陸生高等植物；其他地區(qū)為咸水深湖相強(qiáng)還原性沉積環(huán)境，有機(jī)質(zhì)為混源輸入，以低等水生生物為主。各類成熟度參數(shù)表明研究區(qū)烴源巖演化已處于成熟階段。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；上古生界；飽和烴；生物標(biāo)志化合物

飽和烴是原油和沉積巖中普遍含有的穩(wěn)定成分，它的組成特點(diǎn)與石油原始有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。飽和烴的餾分，包括正構(gòu)烷烴、各種異構(gòu)烷烴（異構(gòu)、反異構(gòu)、無環(huán)異戊二烯型烷烴）、二環(huán)倍半萜、雙萜（三環(huán)、四環(huán)）、五環(huán)三萜（藿烷系列、非藿烷系列）、多萜、（四環(huán)）甾烷等常作為生物標(biāo)志化合物，由于其特征、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)而具有溯源意義，被廣泛應(yīng)用于指示生源輸入、母質(zhì)類型、沉積環(huán)境，并作為油氣源對(duì)比、運(yùn)移、生物降解、描述油藏流體非均質(zhì)性等方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本文以鄂爾多斯盆地東部上古生界煤系飽和烴為研究對(duì)象，采用色譜一質(zhì)譜（GC-MS）分析技術(shù)，進(jìn)行詳細(xì)的生物標(biāo)志化合物特征研究，對(duì)于揭示該區(qū)油源和油氣成藏機(jī)理，并對(duì)擴(kuò)大鄂爾多斯盆地的勘探范圍、提高勘探成功率有著積極意義。

1.區(qū)域地質(zhì)概況

本次研究所采集的烴源巖樣品來自鄂爾多斯盆地東部保德、柳林、韓城、澄城等地段，構(gòu)造位置處于伊陜斜坡東部（圖1），區(qū)內(nèi)發(fā)育數(shù)個(gè)千億立方米級(jí)大氣田。晚古生代，該區(qū)在下古生界古侵蝕面之上“廣覆式”沉積了海陸過渡相的上古生界石炭系和二疊系，其中上石炭統(tǒng)本溪組（C₃b）、下二疊統(tǒng)太原組（P₁t）和山西組（P₁s）中發(fā)育的炭質(zhì)泥巖、煤層是主要的烴源巖。

2.實(shí)驗(yàn)方法和分析條件

2.1實(shí)驗(yàn)方法

將巖樣粉碎后用氯仿抽提72h，氯仿瀝青“A”的瀝青質(zhì)用正己烷沉淀后，將其可溶物通過硅膠氧化鋁層析柱，依次用正己烷和二氯甲烷沖洗，分離出飽和烴備用。

2.1色譜一質(zhì)譜分析條件

色譜：HP6980氣相色譜，色譜柱HO-5MS30m×0.125mm×0.1251xm；載氣He，恒流模式，載氣流量110ml/min，脈沖不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣器溫度300℃。色譜柱初始溫度50℃，恒溫2min，以20℃/min升至100℃，以3℃/min升至220℃，再以2℃/min升至310℃，恒溫15min。質(zhì)譜：5973MSD，采用EI電離方式，電子能量70eV，發(fā)射電流3416mA，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，采集方式全掃描，質(zhì)量范圍50amu～550amu。

3.煤系飽和烴餾分地球化學(xué)特征

3.1正構(gòu)烷烴

沉積有機(jī)質(zhì)中的正構(gòu)烷烴主要來源于動(dòng)、植物體內(nèi)的類脂化合物，包括浮游生物中的脂肪酸、細(xì)菌內(nèi)的類脂物以及陸生植物中的生物蠟、脂肪等，不同來源的正構(gòu)烷烴的組成特征存在較大差異。

由表1可知，樣品BD-1和BD-4正構(gòu)烷烴峰型為雙峰，其余皆為單峰，說明研究區(qū)烴源巖樣品總體成熟度較高。保德地區(qū)烴源巖樣品具奇偶優(yōu)勢(shì)的高碳數(shù)分布指示陸源有機(jī)質(zhì)的輸入，為典型的煤系飽和烴的分布特征。而其余地區(qū)樣品則屬于單前峰型，正構(gòu)烷烴分布曲線偏向低碳數(shù)一側(cè)，碳數(shù)分布范圍為nC₁₅C₃₅，主峰碳集中在nC₁₈-nC₂₂，說明正構(gòu)烷烴主要來源于低等水生生物中的脂肪酸，反映其生源組合以浮游植物和藻類為主，一般海相和較深湖相中的正構(gòu)烷烴屬這一類型。

3.2類異戊二烯烷烴

類異戊二烯烷烴中姥鮫烷（Pr）、植烷（Ph）及其比值Pr/Ph常作為判斷原始沉積環(huán)境氧化一還原條件的標(biāo)志（表2）。研究區(qū)烴源巖中存在豐富的類異戊二烯烷烴，并檢測(cè)出姥鮫烷和植烷的存在，其參數(shù)如表1所示。保德地區(qū)烴源巖樣品Pr/Ph均值達(dá)到3.0以上，表明該區(qū)沉積環(huán)境為弱氧化～還原。其余地區(qū)樣品Pr/Ph比值均較低，分布范圍為0.32-0.97，具較強(qiáng)的植烷優(yōu)勢(shì)，反映烴源巖形成于強(qiáng)還原環(huán)境?？傮w來看，該區(qū)沉積環(huán)境為淡水湖泊相～咸水深湖相。

利用Pr/nC17和Ph/nC18比值的相關(guān)性，可判別原油的形成環(huán)境、母質(zhì)類型。由圖2可知，各地區(qū)所對(duì)應(yīng)烴源巖的形成環(huán)境、母質(zhì)類型具專屬性：保德地區(qū)沉積環(huán)境為弱還原，有機(jī)質(zhì)來源為陸生高等植物；澄城地區(qū)為強(qiáng)還原性沉積環(huán)境，有機(jī)質(zhì)來源為水生生物；韓城和柳林地區(qū)沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)來源偏混合型。

3.3萜烷類化合物

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，本區(qū)烴源巖樣品中均含有數(shù)量不等的倍半萜類化合物，其中補(bǔ)身烷系列化合物最為豐富，且8B（H）構(gòu)型明顯多于8a（H）。這反映出各樣品母質(zhì)含有部分菌藻類等低等水生生物輸入，且成熟度較高。

三環(huán)萜烷受生物降解和熱成熟作用能力較強(qiáng)，豐富的三環(huán)萜烷反映了較咸化沉積環(huán)境及菌藻類等低等水生生物的輸入。由表3可知，三環(huán)萜烷/C30霍烷的比值范圍為0.12～9.27，表明三環(huán)萜烷的平均豐度較高，而保德地區(qū)這一參數(shù)明顯偏低，反映出該區(qū)沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)來源與其他地區(qū)存在明顯差異。另外，該區(qū)烴源巖樣品中的三環(huán)萜烷全部為βa構(gòu)型，表明其成熟度較高。

由表3可知，C₃₁藿烷S/（S+R）的比值范圍為0.44～0.60，平均值為0.57；C₃₀莫烷/C₃₀aβ藿烷比值介于0.10～0.47，除保德地區(qū)外該值均小于0.20。故上述兩個(gè)表征成熟度的參數(shù)都已達(dá)到或接近平衡終點(diǎn)，表明研究區(qū)煤系烴源巖至少處于成熟階段。

有機(jī)質(zhì)中高含量的伽馬蠟烷常被作為強(qiáng)還原環(huán)境的產(chǎn)物，其相對(duì)含量可以指示水體鹽度。研究區(qū)烴源巖樣品中均檢測(cè)出伽馬蠟烷但相對(duì)含量較低（表3），伽馬蠟烷/C₃₀aβ藿烷比值介于0.02-0.23，反映有機(jī)質(zhì)沉積時(shí)水體微咸。保德地區(qū)伽馬蠟烷含量明顯偏低，表明該區(qū)沉積環(huán)境偏弱還原。

3.4甾烷類化合物

研究區(qū)烴源巖樣品中檢測(cè)出了較為豐富的C₂₇～C₂₉規(guī)則甾烷系列和C₂₇～C₂₉重排甾烷系列化合物，并含有孕甾烷和升孕甾烷以及少量4一甲基甾烷。其中，保德地區(qū)孕甾烷和升孕甾烷含量偏低，這與其弱還原的沉積環(huán)境和不太高的成熟度相符。

從aaa20R構(gòu)型C₂₇、C₂₈、C₂₉甾烷相對(duì)含量組成三角圖（表4、圖3）可以看出，保德地區(qū)烴源巖樣品有機(jī)質(zhì)來源以陸生高等植物為主，其他地區(qū)樣品為低等水生生物和高等植物混合輸入。該區(qū)aaa20RC₂₇/C₂₉比值變化范圍較大，介于0.10-5.54，亦說明研究區(qū)有機(jī)質(zhì)來源于陸生高等植物和和低等水生生物的混合輸入。

甾烷成熟度參數(shù)aaaC₂₉甾烷20S/（20S+20R）值為0.38～0.52，C₂₉。甾烷ββ/（ββ+aa）值為0.33～0.45（表4），由表5成熟度參數(shù)評(píng)價(jià)表可知絕大部分樣品接近演化平衡終點(diǎn)，顯示成熟烴源巖特征。

4.結(jié)論

（一）研究區(qū)煤系烴源巖沉積時(shí)主要處于淡水湖泊相弱還原沉積環(huán)境和咸水深湖相強(qiáng)還原沉積環(huán)境。

（二）綜合正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴、萜烷類、甾烷類生物標(biāo)志化合物參數(shù)，保德地區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)來源以陸生高等植物為主，其他地區(qū)為低等水生生物和陸生高等植物混合輸入。

（三）研究區(qū)烴源巖樣品中三環(huán)萜烷全部為βa構(gòu)型，補(bǔ)身烷系列化合物中8β（H）明顯多于8a（H），C₃₁霍烷S/（S+R）和C₃₀莫烷/C30aβ藿烷達(dá)到平衡終點(diǎn)，甾烷成熟度參數(shù)C₂₉甾烷ββ/（ββ+aa）、aaaC₂₉甾烷20S/（20S+20R）也已接近演化平衡終點(diǎn)，判斷研究區(qū)煤系飽和烴有機(jī)質(zhì)處于成熟階段。endprint