利用芳烴參數(shù)研究煤系烴源巖中重排藿烷成因

李紅磊　張　敏　姜　連　程　熊

(1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室　武漢　430100；2.長江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院　武漢　430100)

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利用芳烴參數(shù)研究煤系烴源巖中重排藿烷成因

李紅磊1,2張敏1,2姜連1,2程熊1,2

(1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室武漢430100；2.長江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院武漢430100)

摘要研究發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地部分地區(qū)上古生界煤系烴源巖存在較高豐度的17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷，在對重排藿烷分布、組成特征及生標(biāo)組成特征研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用芳烴參數(shù)對高豐度重排藿烷的成因進(jìn)行了探討。飽和烴生物標(biāo)志物組成特征顯示，高重排藿烷與陸源高等植物生源關(guān)系密切，主要在弱氧化沉積環(huán)境下演化形成。具有高—異常高豐度17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷(C30*/C30H>0.2、C30E/C30H>0.1)的烴源巖二環(huán)+三環(huán)芳烴相對含量一般大于50%，四環(huán)、五環(huán)芳烴含量相對較低，普遍低于35%，未見芳香甾萜類，研究認(rèn)為其生源主要為陸生高等植物；甲基菲指數(shù)MPI1、MPI2和甲基菲比值F1研究結(jié)果顯示，Pr/Ph>1的弱氧化環(huán)境烴源巖17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷在進(jìn)入成熟階段后開始大量形成，并隨成熟度升高而增大；Pr/Ph<1還原環(huán)境下的烴源巖重排藿烷豐度相對較低，但在進(jìn)入成熟階段后仍有隨成熟度升高而增大的趨勢；三芴系列化合物參數(shù)表明，沉積環(huán)境的弱氧化性質(zhì)對17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷的形成有較大的影響，沼澤相沉積環(huán)境最有利于重排藿烷的形成。

關(guān)鍵詞17α(H)-重排藿烷芳烴煤系烴源巖鄂爾多斯盆地早洗脫重排藿烷

0引言

重排藿烷類化合物在國內(nèi)外已有不少報道，目前已知的重排藿烷類化合物包括以下四個系列：18α(H)-新藿烷、17α(H)-重排藿烷、早洗脫重排藿烷和21-甲基-28-降藿烷。18α(H)-新藿烷中的Ts和C29Ts是發(fā)現(xiàn)最早的兩個重排藿烷化合物，眾多學(xué)者研究認(rèn)為它們的形成主要受成熟度的控制，同時還受到沉積—有機(jī)相的影響[1-2]。17α(H)-重排藿烷是繼Ts和C29Ts之后在地質(zhì)體中發(fā)現(xiàn)的又一種重排藿烷，目前被眾多學(xué)者關(guān)注最多的是C29重排藿烷(C29*)和C30重排藿烷(C30*)，對它們的成因不同學(xué)者持有不同的觀點：Peters和Moldowan認(rèn)為重排藿烷可能與細(xì)菌藿類先質(zhì)有關(guān)，一般在弱氧化環(huán)境里由黏土礦物的催化作用下形成[1]；Philp和Gilbert[3]認(rèn)為C30*與陸源高等植物的輸入有關(guān)，可能是陸源生物標(biāo)志物；張水昌[4]提出紅藻可能是重排藿烷的一種母質(zhì)來源；肖中堯等認(rèn)為適度堿性條件下的黏土礦物有助于C30*的形成[5]；還有一些學(xué)者指出，較高的成熟度條件有利于17α(H)-重排藿烷的富集[6-8]；趙孟軍[9]經(jīng)研究得出煤系泥巖沉積環(huán)境最易于形成17α(H)-重排藿烷這一結(jié)論，并認(rèn)為該化合物含量高一般反映濱淺湖—沼澤相沉積環(huán)境；程熊等[10]研究認(rèn)為，異常高豐度的17α(H)-重排藿烷與高等植物生源有關(guān)，發(fā)育于亞氧化—氧化的扇緣泥炭沼澤相的烴源巖易于形成高豐度的17α(H)-重排藿烷。

關(guān)于17α(H)-重排藿烷的確切成因目前仍存在爭議，需要進(jìn)行更深入的研究。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)，目前對17α(H)-重排藿烷的研究主要集中在其與飽和烴生物標(biāo)志化合物、有機(jī)巖石學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系上，而芳烴與重排藿烷之間關(guān)系的應(yīng)用很少有系統(tǒng)研究：李美俊等[11]應(yīng)用芳烴成熟度參數(shù)研究過成熟度與重排藿烷之間的成因關(guān)系；程熊[10]曾應(yīng)用三芴系列對重排藿烷形成環(huán)境有過探討。有鑒于此，本文系統(tǒng)剖析了鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖芳烴參數(shù)與重排藿烷之間的關(guān)系，試圖應(yīng)用芳烴化合物對高豐度17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷的分布規(guī)律與形成機(jī)理進(jìn)行初探。

1樣品與實驗

文中選取了鄂爾多斯盆地10個井下巖芯樣品和21個野外露頭樣品，野外剖面分布在平?jīng)?、烏達(dá)、保德、柳林、韓城和澄城等六個地區(qū)；井下樣品分別為蘇27井、雙1井和榆20井(圖1)。涉及到上古生界的石盒子組、山西組、太原組、羊虎溝組(東部為本溪組)和靖遠(yuǎn)組五個地質(zhì)時期的煤巖、炭質(zhì)泥巖和泥巖樣品，這些樣品主要處在鄂爾多斯盆地海相和陸相的過渡時期。在晚石炭世，區(qū)內(nèi)海水時侵時退，形成了上石炭統(tǒng)海陸交互相沉積。早二疊世，鄂爾多斯陸塊為近海平原的沉積環(huán)境，發(fā)育有平原上的河流、湖泊和沼澤相的含煤沉積。上石炭統(tǒng)底部，東部本溪組是一套廣泛分布的、以陸相為主的海陸交替含煤地層，西部羊虎溝組則是一套以海相為主的海陸交互相沉積[12]。

圖1　鄂爾多斯盆地山西組沉積相及樣品點分布圖(據(jù)陳全紅，2007，修改)Fig.1　The distribution of sedimentary facies in Shanxi Group and sampling points in Ordos Basin (modified from Chen, 2007)

烴源巖采用索氏抽提的方法，在70℃水浴鍋內(nèi)用三氯甲烷連續(xù)抽提72小時，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到氯仿瀝青“A”，經(jīng)石油醚溶解后，采用氧化鋁柱層析分離，分別得到飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)。

飽和烴GC-MS分析采用HP6890N/HP5973MSD分析儀，色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)石英毛細(xì)管柱，以氦氣作為載氣；升溫程序：50℃恒溫1分鐘，之后以20℃/min升至100℃，再以3℃/min升至315℃，掃描范圍為50～500 amu。

芳烴GC-MS分析在6890N/5973色譜質(zhì)譜儀上進(jìn)行，色譜柱采用HP-5MS石英毛細(xì)管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)。升溫程序：50℃恒溫1分鐘，然后以8℃/min升至150℃，再以4℃/min的升溫速率升至310℃，掃描范圍為50～500 amu。

2重排藿烷組成與分布特征

在鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖中檢出17α(H)-重排藿烷、18α(H)-新藿烷和早洗脫重排藿烷等三種類型重排藿烷。如圖2所示，18α(H)-新藿烷檢出有Ts和C29Ts，17α(H)-重排藿烷則以C29-重排藿烷(C29*)和C30重排藿烷(C30*)為主，早洗脫重排藿烷主要發(fā)現(xiàn)了C30-早洗脫重排藿烷(C30E)，三個系列的重排藿烷在高豐度重排藿烷烴源巖中表現(xiàn)出以C30*為主峰的分布特征，Ts、C29Ts、C29*、C30*在31個樣品中均有檢出，而C30E僅在部分樣品中有較高的含量。

圖2　鄂爾多斯盆地典型烴源巖樣品m/z191質(zhì)量色譜圖Fig.2　The m/z 191 mass chromatograms of the typical source rocks in Ordos Basin

張文正[13]在研究鄂爾多斯盆地延長組不同烴源巖17α(H)-重排藿烷分布特征及其地質(zhì)意義時，以C30重排藿烷/C30藿烷(C30*/C30H)比值為標(biāo)準(zhǔn)將重排藿烷的豐度劃分為三個等級：C30*/C30H>1時為異常高豐度重排藿烷，0.2

鄂爾多斯盆地上古生界高重排藿烷煤系烴源巖飽和烴生物標(biāo)志物顯示：C27、C28、C29規(guī)則甾烷呈反“L”型或不對稱“V”字型分布，C19三環(huán)萜烷和C24四環(huán)萜烷含量高，C24Te/C26TT分布在0.49～7.07，C19TT/C23TT為0.14～5.56；Pr/Ph介于0.39～3.35，并與C30*/C30H呈正相關(guān)性；此外，高重排藿烷烴源巖的伽馬蠟烷含量較低，G/C30H比值在0.06～0.23之間，并與C30*/C30H呈負(fù)相關(guān)的特征。這些特征顯示，鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖高豐度重排藿烷與陸生高等植物生源密切相關(guān)，主要在弱氧化的沉積環(huán)境下演化形成，這與程熊等[10]的研究結(jié)果相同。下文就鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖芳烴地球化學(xué)特征與高豐度重排藿烷之間的關(guān)系進(jìn)行了初步探討，以期能夠為高豐度重排藿烷的成因找到更多的證據(jù)。

3芳烴地球化學(xué)特征

芳烴是烴源巖抽提物和原油中重要的組成部分，尤其是在煤系烴源巖和煤成油中的相對含量較高。芳烴化合物中很多具有代表性的參數(shù)可以用來指示烴源巖和原油形成時的熱演化程度、母質(zhì)來源和沉積環(huán)境，并且可以用來進(jìn)行油源對比、示蹤油氣的運(yùn)移方向，是對飽和烴參數(shù)的重要佐證和輔助。

3.1芳烴的宏觀組成

鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖中檢出萘、卡達(dá)烯、聯(lián)苯等二環(huán)芳烴，菲、蒽、惹烯、三芴系列等三環(huán)芳烴，屈、芘、苯并[a]蒽、熒蒽、苯并芴等四環(huán)芳烴和苝、苯并芘、苯并熒蒽等五環(huán)芳烴，還有部分樣品檢出芳香甾萜類化合物。

表2顯示，二環(huán)芳烴和三環(huán)芳烴(低環(huán)芳烴)在低豐度重排藿烷烴源巖中相對含量較低，平均值分別為5.4%和38.0%，在高豐度和異常高豐度重排藿烷烴源巖中含量相對較高，平均達(dá)到了9.1%～12.0%、47.5%～47.6%。四環(huán)和五環(huán)芳烴(多環(huán)芳烴)則在高—異常高豐度重排藿烷烴源巖中含量相對較低，在低豐度重排藿烷烴源巖中含量相對較高。芳香甾萜類在高—異常高豐度重排藿烷烴源巖中未檢出，而在低豐度重排藿烷烴源巖中有一定量的芳香甾萜類。

表1　烴源巖地球化學(xué)參數(shù)表

注： 1：MPI1； 2：MPI2；3：F1； 4：∑F/∑(F+OF+SF)，%；5：∑OF/∑(F+OF+SF)，%；6：∑SF/∑(F+OF+SF)，%； 7：C30*/C30H；8：C30E/C30H。

圖3　烴源巖中C30*/C30H與C30E/C30H相關(guān)圖Fig.3　The cross-plots of C30*/C30H vs. C30E/C30H in source rocks

圖4揭示了不同豐度重排藿烷的烴源巖樣品的二環(huán)+三環(huán)芳烴與四環(huán)及四環(huán)以上芳烴之間的關(guān)系。從圖中可以看到，在二環(huán)+三環(huán)芳烴相對含量低于50%、四環(huán)及四環(huán)以上芳烴相對含量高于35%的烴源巖中只存在低豐度重排藿烷，C30*/C30H<0.2、C30E/C30H<0.1；高—異常高豐度重排藿烷僅出現(xiàn)在二環(huán)+三環(huán)芳烴相對含量大于50%、四環(huán)及四環(huán)以上芳烴相對含量小于35%的烴源巖中，C30*/C30H一般大于0.2，C30E/C30H普遍大于0.1，并且有著隨低環(huán)芳烴相對含量增大而增高、隨多環(huán)芳烴相對含量降低而增高的趨勢。由此可見，17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷與二環(huán)芳烴和三環(huán)芳烴有相似的形成條件和母質(zhì)來源。

妥進(jìn)才[14]認(rèn)為二環(huán)芳烴的萘系列和聯(lián)苯系列化合物來源于陸生高等植物，四環(huán)芳烴的屈系列來源于

表2　烴源巖中不同環(huán)數(shù)芳烴相對百分含量表

低等水生生物，五環(huán)芳烴的苯并芘與低等水生生物有關(guān)。目前關(guān)于三環(huán)芳烴中菲的來源有兩種觀點，一種認(rèn)為與低等水生生物有關(guān)[14]，但也有研究表明陸相原油中菲的含量較高[15-16]。研究發(fā)現(xiàn)，二環(huán)芳烴的相對含量與高—異常高豐度重排藿烷的相關(guān)性更加明顯，隨著二環(huán)芳烴平均含量從9.1%增大到12.0%，C30*/C30H和C30E/C30H平均值分別從0.69和0.19增大到1.44和0.45，初步判斷鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖高—異常高豐度17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷與陸生高等植物生源關(guān)系更為密切。

此外，圖4顯示，部分煤系烴源巖樣品的二環(huán)+三環(huán)芳烴含量大于50%，四環(huán)及四環(huán)以上芳烴含量低于35%，但其重排藿烷的含量卻同樣很低，這表明生源構(gòu)成并非高豐度重排藿烷形成的唯一條件，還有其他因素也在影響重排藿烷的形成。

圖4　烴源巖中二環(huán)+三環(huán)芳烴與四環(huán)及四環(huán)以上芳烴關(guān)系圖Fig.4　The cross-plots of bicyclic and tricyclic aromatic hydrocar-bon vs. tetracyclic and pentacyclic aromatic hydrocarbons

3.2高重排藿烷烴源巖甲基菲參數(shù)

成熟度作為影響烴源巖有機(jī)質(zhì)演化的重要因素之一，對重排藿烷的形成有著舉足輕重的作用。Kolaczkowska等[17]曾應(yīng)用分子熱力學(xué)方法計算了藿烷的理論生成熱，使得新藿烷及重排藿烷相對豐度的成熟度意義得到了理論支持，之后Obermajer[6]在計算了藿烷類化合物的生成熱后，發(fā)現(xiàn)重排藿烷的生成熱要比正常藿烷少得多，具有較高的熱穩(wěn)定性，因而在較高成熟度的原油中，重排藿烷相對較為富集。

關(guān)于芳烴成熟度指標(biāo)，國內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，目前研究最為成熟、應(yīng)用最廣泛的主要是甲基菲指數(shù)和甲基菲比值。甲基菲指數(shù)(MPI1、MPI2)最早是由Radke等[18-19]提出用來計算成熟度的芳烴參數(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。在此后的研究中，Kvalheim等[20]又提出了另外兩個甲基菲參數(shù)F1、F2，作為對甲基菲指數(shù)的補(bǔ)充，進(jìn)一步完善了芳烴中甲基菲參數(shù)在成熟度研究中的應(yīng)用。這些芳烴參數(shù)與成熟度指標(biāo)Ro有很好的相關(guān)性，隨著成熟度的升高而增大。本文應(yīng)用甲基菲指數(shù)MPI1、MPI2和甲基菲比值F1等芳烴成熟度參數(shù)對鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖中高豐度重排藿烷與成熟度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。

圖5　烴源巖成熟度參數(shù)與C30*/C30H關(guān)系圖Fig.5　The cross-plots of maturity parameters vs. C30*/C30H in source rocks

表1顯示，鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖甲基菲指數(shù)MPI1在0.03～1.63之間，MPI2為0.04～1.85，F(xiàn)1在0.44～0.84之間，揭示了研究區(qū)烴源巖成熟度分布較廣，從低熟到高熟均有出現(xiàn)。為了更好的研究成熟度對重排藿烷形成的影響，筆者將研究區(qū)烴源巖樣品以Pr/Ph比值為參數(shù)，將烴源巖沉積環(huán)境劃分為兩種類型，一類為Pr/Ph>1的弱氧化環(huán)境，另一類為Pr/Ph<1的還原環(huán)境。由圖5可知，Pr/Ph>1弱氧化環(huán)境形成的烴源巖在未熟—低熟階段C30*/C30H<0.2，重排藿烷豐度較低，進(jìn)入成熟階段后才開始大量形成重排藿烷類化合物，C30*/C30H比值急劇增大，并伴隨著成熟度的升高而增大；Pr/Ph<1還原環(huán)境中的烴源巖17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷豐度相對較低，C30*/C30H普遍小于0.2，但在進(jìn)入成熟階段后仍存在著隨成熟度升高而增大的現(xiàn)象。然而，在還原環(huán)境條件下形成的烴源巖也有例外情況，如LL-2和蘇27(3 155.03～3 155.97 m)兩個樣品在Pr/Ph分別為0.97和0.83的情況下，C30*/C30H分別達(dá)到了0.66和0.72，存在著較高豐度的重排藿烷，研究發(fā)現(xiàn)，這兩個樣品二環(huán)和三環(huán)芳烴相對含量大于50%，飽和烴中的C24Te/C26TT為0.77，C19TT/C23TT為0.34和0.98，指示了陸生高等植物生源的貢獻(xiàn)。這種情況是否表明，在還原環(huán)境下陸生高等植物來源的有機(jī)質(zhì)在較高的成熟度條件下同樣能夠大量形成重排藿烷呢，這為下一步的研究提供了一個新的思路，需要更多的樣品和實驗數(shù)據(jù)來佐證。

3.3高重排藿烷烴源巖三芴系列組成特征

鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖形成于海陸過渡時期的沉積環(huán)境，烴源巖沉積成巖過程中水體的氧化還原性質(zhì)復(fù)雜多變，從而影響到有機(jī)質(zhì)的保存及烴源巖最終的生烴產(chǎn)物，因而它可能是影響烴源巖中17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷富集的一個重要因素。一些學(xué)者在對重排藿烷研究過程中發(fā)現(xiàn)，17α(H)-重排藿烷是D環(huán)上帶有官能團(tuán)的藿烷經(jīng)重排作用形成的，D環(huán)只有在經(jīng)歷了氧化作用并處于酸性介質(zhì)環(huán)境和黏土礦物催化作用下，才易于發(fā)生重排而形成重排藿烷，可以說氧化性質(zhì)的強(qiáng)弱對重排藿烷的豐度有著極為重要的影響[1,3,21]。

芳烴化合物中三芴系列是研究烴源巖沉積環(huán)境的重要參數(shù)，林壬子等[22]認(rèn)為，三芴系列化合物可能來自相同的先質(zhì)，受沉積環(huán)境的氧化還原性質(zhì)影響，在強(qiáng)還原環(huán)境中形成硫芴，在正常還原環(huán)境中形成芴，在弱氧化或弱還原環(huán)境中形成氧芴。如表1所示，研究區(qū)高豐度17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷烴源巖樣品∑OF/∑(F+OF+SF)比值為17.06%～55.26%，∑F/∑(F+OF+SF)比值為33.78%～49.14%，沉積環(huán)境顯示出弱氧化性。據(jù)此推測，沉積環(huán)境的弱氧化性質(zhì)有利于17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷的形成。圖6顯示C30*/C30H、C30E/C30H隨著氧芴和芴的含量增高到一定的程度而急劇增大，一般在氧芴含量達(dá)到30%～50%、芴含量達(dá)到35%～45%左右時C30*和C30E達(dá)到最高，反映17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷的形成受到一定范圍的沉積氧化性質(zhì)影響。

鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖芳烴三芴系列組成三角圖(圖7)顯示，高—異常高重排藿烷烴源巖大部分形成于弱氧化性質(zhì)的沼澤相沉積環(huán)境中，少量在海陸過渡相的沉積環(huán)境中形成，海相和淡水湖相烴源巖在本地區(qū)未見高豐度重排藿烷的形成，這些特征表明，弱氧化性質(zhì)的沼澤相沉積環(huán)境是高豐度17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷形成的有利因素。此外，三角圖中也有部分沼澤相沉積環(huán)境的烴源巖不具備高豐度的重排藿烷，這一現(xiàn)象揭示了高豐度重排藿烷的形成不僅僅是沉積環(huán)境這一因素的作用。

綜上，沉積環(huán)境的弱氧化性質(zhì)是17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷富集的一個重要條件，沼澤相沉積環(huán)境最有利于重排藿烷的形成。

4結(jié)論

(1) 芳烴參數(shù)作為飽和烴生標(biāo)的有益補(bǔ)充，在研究重排藿烷成因時具有極為重要的作用，為重排藿烷成因研究提供了更多有效證據(jù)。

(2) 鄂爾多斯盆地上古生界煤系烴源巖芳烴的宏觀組成顯示，高—異常高豐度17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷烴源巖的二環(huán)和三環(huán)芳烴相對含量較高，一般大于50%；四環(huán)和五環(huán)芳烴的含量相對較低，普遍低于35%；未見芳香甾萜類化合物。研究表明17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿的形成與高等植物母源關(guān)系更為密切。

圖6　烴源巖∑OF/∑(F+OF+SF)、∑F/∑(F+OF+SF)與C30*/C30H、C30E/C30H關(guān)系圖Fig.6　The cross-plots of C30*/C30H and C30E/C30H vs. ∑OF/∑(F+OF+SF), C30*/C30H and C30E/C30H vs. ∑F/∑(F+OF+SF) in source rocks

圖7　鄂爾多斯盆地煤系烴源巖三芴系列組成三角圖(據(jù)程克明[23]，1995，修改)Fig.7　The triangular diagram of dibenzothiophene, dibenzofuran and fluorine in coal-bearing source rocks in Ordos Basin(modified after Cheng, 1995)

(3) 由三芴系列化合物研究結(jié)果可知，沉積環(huán)境的弱氧化性是17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷形成的有利條件，具有弱氧化性質(zhì)的沼澤相沉積環(huán)境最有利于重排藿烷的形成。

(4) 甲基菲指數(shù)MPI1、MPI2和甲基菲比值F1等芳烴成熟度參數(shù)顯示，Pr/Ph>1弱氧化環(huán)境的烴源巖進(jìn)入成熟階段后能夠大量形成17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷，其相對含量隨著成熟度的升高而增大；Pr/Ph<1還原環(huán)境中的烴源巖17α(H)-重排藿烷和早洗脫重排藿烷相對含量總體較低，但在進(jìn)入成熟階段后隨成熟度升高仍有所增大。

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Application of Aromatics on Genesis of Rearranged Hopanes in Coal-bearing Source Rocks

LI HongLei1,2ZHANG Min1,2JIANG Lian1,2CHENG Xiong1,2

(1. Key Laboratory of Exploration Technology for Oil and Gas Research (Yangtze University), Ministry of Education, Wuhan 430100, China;2. School of Earth Environment and Water Resources, Yangtze University, Wuhan 430100, China)

Abstract:Relatively high abundances of the 17α(H)-diahopanes and early-eluting rearranged hopanes were found in coal-bearing source rocks from upper palaeozoic sediments in northeast Ordos Basin. On the basis of the characteristics of rearranged hopanes and their distributions, combined with the compounds of the other biomarkers, aromatic hydrocarbons were applied to discuss the origin of rearranged hopanes. The distribution patterns of saturated hydrocarbons show that rearranged hopanes are related to terrigenous higher plants, and a weak oxidizing environment contributes to their formation. Source rocks, which contain high-abnoraml high abundances of 17α(H)-diahopanes and early-eluting rearranged hopanes (C30*/C30H > 0.2, C30E/C30H > 0.1), are characterized by relatively high concentrations of bicyclic and tricyclic aromatic hydrocarbons (> 50 %) and relatively low concentrations of tetracyclic and pentacyclic aromatic hydrocarbons (< 35%). In addition, aromatic terpenoids and steroids are absent which shows a origin of terrigenous higher plants in source rocks. The characteristics of methylphenanthrenes (MPI1, MPI2and F1) illustrate that rearranged hopanes in source rocks deposited in a weak oxidizing condition (Pr/Ph>1) mainly form in a mature stage, and their contents increase with the thermal maturity. However, source rocks deposited in a reductive environment (Pr/Ph<1) contain relatively low contents of rearranged hopanes and also increase with the thermal maturity. The parameters of dibenzothiophene, dibenzofuran and fluorine indicate that a weak oxidizing sedimentary environment is important to the formation of 17α(H)-diahopanes and early-eluting rearranged hopanes. A swamp environment is the most helpful to their formation.

Key words:17α(H)-diahopane; aromatics hydrocarbon; coal-bearing source rocks; Ordos Basin; early-eluting rearranged hopane

中圖分類號P618.13

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

通訊作者張敏男教授E-mail: zmjpu@163.com

作者簡介第一李紅磊男1982年出生博士研究生石油地質(zhì)、油氣地球化學(xué)E-mail: lishirenlei@163.com

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(41272170)；國家科技重大專項(2011ZX05007-001)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41272170; National Science and Technology Major Project, No.2011ZX05007-001]

收稿日期：2015-02-05； 收修改稿日期： 2015-05-08

doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2016.01.018

文章編號：1000-0550(2016)01-0191-09