凌源-寧城盆地牛營子地區(qū)遼凌D1井高于莊組烴源巖地球化學(xué)特征

鄭 磊，唐友軍*，李永飛，郜曉勇，宗文明，孫求實，何大祥

1長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢

2中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽

1. 區(qū)域地質(zhì)概況

凌源-寧城盆地位于遼西坳陷西南部，橫跨遼寧西部、河北北部和內(nèi)蒙古東南部，盆地整體呈南東向展布，總面積約為6600 km2，其中牛營子地區(qū)位于該盆地東南部，屬于遼寧省凌源市[1]。凌源-寧城盆地經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造活動，發(fā)育大量的深大斷裂和次級斷裂，可劃分為6個次級構(gòu)造單元，分別為寧城斷陷區(qū)、黃土梁子斷陷區(qū)、三十家子斷陷區(qū)、牛營子凹陷區(qū)、老虎洞凹陷區(qū)及刀爾登凸起區(qū)(圖1) [2]。另外，研究區(qū)出露有中-新元古代、古生代寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)、中生代三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)及第四紀(jì)的地層，且廣泛發(fā)育不同年代的侵入巖。其中，中元古界高于莊組在牛營子地區(qū)及鄰區(qū)廣泛分布，整體上發(fā)育一套海相碳酸鹽巖沉積，其巖性主要為灰白色泥質(zhì)白云巖、深黑色白云巖、灰黑色灰?guī)r等。

2. 樣品與試驗方法

研究共選取了4件高于莊組泥質(zhì)白云巖樣品，先進行總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))、巖石熱解、氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)及族組分分析，再進行飽和烴氣相色譜-質(zhì)譜分析。其中，w(TOC)分析采用CS-400碳硫分析儀；巖石熱解分析采用OGE-VI油氣評價工作站；色譜-質(zhì)譜分析在安捷倫6890色譜儀及安捷倫5975i質(zhì)譜儀上進行，色譜-質(zhì)譜試驗分析條件及程序參見文獻[3]。

Figure 1. The division of location and tectonic unit and outcropped strata of Lingyuan-Ningcheng Basin.圖1. 凌源-寧城盆地地理位置、構(gòu)造單元劃分及出露地層

3. 結(jié)果與討論

3.1. 高于莊組烴源巖地球化學(xué)特征

研究的烴源巖樣品主要為遼凌D1井(LLD1井)的高于莊組黑色泥質(zhì)白云巖，分別對其進行了巖石熱解分析、w(TOC)分析結(jié)果(表1)表明：研究區(qū)高于莊組黑色泥質(zhì)白云巖的w(TOC)相對較低，為0.29%～0.99%，平均0.65%，生烴潛量(w(S1+ S2))為0.26～0.81 mg/g，平均0.52 mg/g，屬于較差烴源巖。另外，高于莊組烴源巖最高熱解峰溫(tmax)為475?C～487?C，均大于465?C，處于成熟-高成熟階段，已大量生烴。

3.2. 正構(gòu)烷烴和無環(huán)類異戊二烯烷烴

正構(gòu)烷烴是石油中重要的、也是結(jié)構(gòu)最簡單的組分，其組成和含量受熱演化程度、生物降解、水洗作用及有機質(zhì)類型等影響[4]。一般來說，高豐度的長鏈正構(gòu)烷烴)主要來源于高等植物的蠟[5]，且高碳數(shù)的碳優(yōu)勢指數(shù)[6]和奇偶優(yōu)勢[7]與成熟度和有機質(zhì)組成密切相關(guān)。通常認(rèn)為，姥鮫烷(Pr)形成于偏氧化環(huán)境，植烷(Ph)形成于偏還原環(huán)境，且Pr/Ph小于1.0為偏還原環(huán)境，Pr/Ph大于2.0則為偏氧化環(huán)境。

原油飽和烴中正構(gòu)烷烴的分布型態(tài)往往能指示有機質(zhì)輸入特征或反映成熟度的差異，前峰型主要指示藻類等低等水生生物貢獻為主或高熱演化成熟度；單峰態(tài)后峰型主要指示高等植物輸入為主；雙峰型反映了低等水生生物與高等植物的雙重貢獻[8]。

由圖2可知，高于莊組烴源巖飽和烴正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布比較完整，分布范圍為nC14～nC35，呈單峰態(tài)前峰型，主峰碳為nC17或nC18，高碳數(shù)正構(gòu)烷烴含量逐漸降低，無明顯奇偶優(yōu)勢和碳優(yōu)勢，Pr/Ph范圍為0.70～0.94，均小于1.0，指示弱氧化-弱還原的沉積環(huán)境(圖2)。

Figure 2. The total ion chromatograms of the saturated hydrocarbon from the source rock extracts in Gaoyuzhuang Formation of Well LLD1圖2. LLD1井高于莊組烴源巖抽提物飽和烴總離子流圖

3.3. 萜類化合物

萜類化合物廣泛分布于石油和沉積有機質(zhì)中，其主要來源于細(xì)菌(原核生物)膜的類脂物[9]。藿烷系列化合物作為主要的五環(huán)三萜類化合物，由4個六元環(huán)和1個五元環(huán)組成，通常含有27～35個碳原子，其來源與細(xì)菌中特定的細(xì)菌藿烷聚醇有關(guān)，如細(xì)菌藿烷四醇[10]。而三環(huán)萜烷主要來源于規(guī)則的C30類異戊二烯[11]，也可能與原始的藻類相關(guān)[12]。大量研究表明[13][14][15][16][17]，三環(huán)萜烷的分布差異與沉積環(huán)境和有機質(zhì)來源密切相關(guān)，其中C19和C20三環(huán)萜烷來源于淺水陸源高等植物，而在海相或咸水湖相烴源巖及其相關(guān)原油中往往以C23三環(huán)萜烷為主。

三環(huán)萜烷具有比藿烷系列化合物更高的熱穩(wěn)定性，因此，隨成熟度增大，三環(huán)萜烷相對含量會逐漸增大。由圖3可知，LLD1井不同深度的高于莊組烴源巖均具有相似的三環(huán)萜烷和藿烷系列化合物分布特征，其C19～C29三環(huán)萜烷的相對含量高，C19～C29三環(huán)萜烷與C29～C35藿烷的比值為0.88～2.75，僅個別樣品中該比值小于1.0，且Ts/(Ts + Tm)為0.41～0.52。結(jié)果表明，高于莊組烴源巖的成熟度較高。

樣品中除了檢測出較豐富的、完整的藿烷系列化合物外，部分樣品中還含有豐富的莫烷系列化合物。藿烷系列化合物容易受到熱成熟度和生物降解的影響。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的差異，莫烷系列化合物的熱穩(wěn)定性明顯低于藿烷系列化合物，從而使得莫烷系列化合物在熱演化成熟度達到生油窗時，其相對含量較低[18]。另外，也有學(xué)者指出莫烷與藿烷比值在一定程度上也受母質(zhì)輸入和沉積環(huán)境的控制[19]，可能與陸生高等植物輸入相關(guān)[20]。LLD1井高于莊組烴源巖中莫烷系列化合物含量均較低，C30莫烷/C30藿烷為0.14～0.18，表明其成熟度較高。另外，根據(jù)C31升藿烷R和S構(gòu)型的異構(gòu)體的相對含量可以分析原油的成熟度，R構(gòu)型為生物構(gòu)型，熱穩(wěn)定性較低，隨埋深加大會轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定的S型，當(dāng)鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.6%左右時，C31升藿烷與22S/(22S + 22R)比值達到平衡，約為0.57～0.62 [21]。LLD1井高于莊組烴源巖中C31升藿烷與22S/(22S + 22R)比值分布范圍為0.58～0.62，已達到平衡點，表明原油為成熟原油，且烴源巖已進入生烴高峰期。

Figure 3. The distribution characteristics of tricyclic and hopanes of the source rock extracts in Gaoyuzhuang Formation of Well LLD1 (m/z=191,1290.8 m)圖3. LLD1井高于莊組烴源巖抽提物中三環(huán)萜烷和藿烷系列的分布特征(m/z=191，1290.8 m)

伽馬蠟烷被認(rèn)為源自于四膜蟲醇，可以表征海相或非海相烴源巖的沉積環(huán)境，高含量的伽馬蠟烷往往與高鹽度導(dǎo)致的水體分層有關(guān)，指示偏還原沉積環(huán)境[22]，其與C30藿烷比值可用于油油對比和油源對比分析[23]。LLD1井高于莊組烴源巖中伽馬蠟烷的含量較高(圖3)，表明其水體鹽度存在一定的差異。

3.4. 甾類化合物

C27、C28、C29規(guī)則甾烷廣泛應(yīng)用于分析有機質(zhì)來源及有效的油油和油源對比等。通常，C27和C28甾烷主要來源于細(xì)菌、低等水生生物，而相對高豐度的C29甾烷往往與高等植物貢獻相關(guān)，且其相對含量可以用來判識不同的沉積環(huán)境[24]，并被廣泛應(yīng)用于油源對比分析[25]。

由圖4可知，LLD1井高于莊組烴源巖中規(guī)則甾烷、重排甾烷及孕甾烷均分布明顯。規(guī)則甾烷的相對含量主要呈不對稱的“V”字型分布，略顯C27甾烷優(yōu)勢，反映其母質(zhì)輸入中以低等水生生物貢獻為主；C27重排甾烷/C27～C29規(guī)則甾烷的平均值為0.20 (圖4)。此外，孕甾烷和升孕甾烷一般認(rèn)為是來自生物激素孕甾醇和孕甾酮，與高鹽度的沉積環(huán)境相關(guān)，或由熱演化中規(guī)則甾烷的側(cè)鏈斷裂形成。LLD1井高于莊組烴源巖中孕甾烷和升孕甾烷含量較高。

Figure 4. The distribution characteristics of steranes of the source rock extracts in Gaoyuzhuang Formation of Well LLD1(m/z=217)圖4. LLD1井高于莊組烴源巖抽提物中甾烷系列的分布特征(m/z=217)

隨著成熟度的增加，R構(gòu)型的生物標(biāo)志物會逐漸向S構(gòu)型轉(zhuǎn)化，直到達到平衡。據(jù)此，規(guī)則甾烷中常用的成熟度參數(shù)主要為C29甾烷20S/(20S + 20R)和C29甾烷ββ/(ββ + αα)。高于莊組烴源巖中C29甾烷20S/(20S + 20R)和C29甾烷ββ/(ββ + αα)參數(shù)值分布范圍分別為0.35～0.45和0.37～0.45，表明高于莊組烴源巖成熟度相對較高。

4. 結(jié)語

LLD1井高于莊組烴源巖中w(TOC)較低，屬于較差的烴源巖，巖石熱解參數(shù)顯示烴源巖處于成熟-高成熟階段，烴源巖飽和烴中正構(gòu)烷烴分布基本完整，呈明顯的單峰態(tài)前峰型，C27、C28、C29規(guī)則甾烷呈C27甾烷優(yōu)勢，指示了有機質(zhì)來源以低等水生生物貢獻為主；較高的孕甾烷相對含量和C19～C29三環(huán)萜烷與C29～C35藿烷比值，以及較高的甾烷和升藿烷成熟度參數(shù)值，均表明烴源巖達到成熟階段，而低的Pr/Ph和較高伽馬蠟烷含量指示了偏還原沉積環(huán)境。