江陵凹陷古近系新溝嘴組下段原油芳烴餾分地球化學(xué)特征及油源對比

李夢茹，唐友軍，楊易卓，于瑾

1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心（中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），武漢 430205

2.油氣地球化學(xué)與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)（長江大學(xué)），武漢 430100

3.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

4.中國石油玉門油田分公司，甘肅酒泉 735000

0 引言

江陵凹陷位于江漢盆地西南部，面積約6 500 km2，是江漢盆地最大的次級構(gòu)造單元，也是江漢盆地內(nèi)僅次于潛江凹陷的第二大生烴凹陷[1-2]?，F(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)了八嶺山、花園、荊西等多個(gè)油田及含油氣構(gòu)造，但相較于該區(qū)的總資源量而言，資源探明率不足20%[3-4]。

前人認(rèn)為江陵凹陷的勘探有利區(qū)主要集中在萬城斷裂構(gòu)造帶、荊州背斜帶以及南部的公安單斜帶[3-4]。朱揚(yáng)明等[5]研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)別于潛江組重質(zhì)高硫未熟的原油，新溝嘴組下段原油以輕—中質(zhì)的低硫成熟油為主，地球化學(xué)特征指示其母質(zhì)主要來源于陸生有機(jī)質(zhì)并且沉積于水體較深的還原環(huán)境。前人基于江陵凹陷新溝嘴組原油的飽和烴餾分組成特征并結(jié)合油源對比認(rèn)為，荊州背斜帶的新溝嘴組原油存在成熟和高成熟的兩種原油，油源方面除了本區(qū)新溝嘴組下段成熟烴源巖的貢獻(xiàn)外，還具有來自與其毗鄰的資福寺向斜帶和梅槐橋向斜帶相同層位的高成熟源巖的貢獻(xiàn)[6-8]；公安單斜帶的新溝嘴組原油為同一成因類型的高成熟原油，油源對比表明，該區(qū)原油除來自本區(qū)新溝嘴組下段成熟—高成熟烴源巖外，還有來自北部資福寺向斜帶的同層位高成熟烴源巖的貢獻(xiàn)[9]。相比之下，江陵凹陷北部地區(qū)由于復(fù)雜的地質(zhì)條件（特別是在勘探目的層系上廣泛覆蓋的火山巖層的屏蔽作用和多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響導(dǎo)致該地區(qū)地層破碎）[10]以及較低的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度①繆九軍等.陵北地區(qū)烴源巖評價(jià)研究，2016.而未進(jìn)行大規(guī)?？碧?，限制了油氣勘探的發(fā)展和突破。筆者曾經(jīng)對研究區(qū)原油及烴源巖（包含江陵凹陷北部地區(qū)）的飽和烴地球化學(xué)特征及單體烴碳同位素特征進(jìn)行深入研究，并根據(jù)原油成熟度、沉積環(huán)境以及生源母質(zhì)的差異將其劃分為兩類：Ⅰ類原油來自于萬城斷裂構(gòu)造帶以及公安單斜帶，具有成熟度高、陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)少、升藿烷系列含量極低的特征；Ⅱ類原油來自于荊州背斜帶，成熟度低于Ⅰ類原油，具有陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)高、升藿烷系列化合物豐度較高的特征；油源對比顯示江陵凹陷北部地區(qū)的新溝嘴組下段烴源巖對兩類原油均存在一定貢獻(xiàn)，因此認(rèn)為江陵凹陷北部地區(qū)具有一定的勘探潛力[11]。

由此可見，目前對江陵凹陷新溝嘴組下段原油的研究主要集中在飽和烴組成特征及單體烴碳同位素的分析上，鮮有文獻(xiàn)對該層位原油的芳烴化合物組成及分布特征進(jìn)行深入剖析。芳烴作為原油及烴源巖抽提物中的重要組分往往蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)—地球化學(xué)信息，可以揭示原油母質(zhì)類型、沉積環(huán)境和成熟度等方面的信息，并且相較于甾、萜烷等成熟度參數(shù)，芳烴成熟度參數(shù)往往具有更寬的適用范圍。因此，筆者擬在前期飽和烴分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過對芳烴化合物分布及組成特征的研究，進(jìn)一步細(xì)化研究區(qū)新溝嘴組下段原油的成熟度及生源母質(zhì)類型，明確原油的來源及富集規(guī)律，為擴(kuò)大江陵凹陷的油氣勘探領(lǐng)域提供地質(zhì)—地球化學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

江陵凹陷是在前白堊系基底上發(fā)育起來的斷坳型沉積凹陷，其北界為紀(jì)山寺斷層，南界為公安—松滋斷層，東以清水口斷層為界，西以問安寺斷層為界，四大斷層共同控制著江陵凹陷的成生發(fā)展，其內(nèi)部則以萬城斷層為界，形成了南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局[1-2]（圖1）。研究區(qū)縱向上發(fā)育兩套主力生油層系，分別為古近系的潛江組和新溝嘴組下段，油氣主要聚集于荊州背斜帶、萬城斷裂構(gòu)造帶。本文所研究的原油樣品取自新溝嘴組下段，該層位烴源巖以深灰色泥巖為主，夾砂巖、泥膏巖及泥灰?guī)r，自下而上又細(xì)分為：Ⅲ油組、泥隔層、Ⅱ油組以及I 油組（圖2），其中I 油組為主要產(chǎn)油層[3,11]。

圖1 江陵凹陷構(gòu)造單元及樣品位置Fig.1 Structural units and distribution of samples in Jiangling Depression

圖2 江陵凹陷地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic histogram of Jiangling Depression

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

本文分析的23件古近系新溝嘴組下段的原油樣品分別來自于江陵凹陷的萬城斷裂構(gòu)造帶、公安單斜帶以及荊州背斜帶3個(gè)地區(qū)，樣品分布見圖1。

原油樣品首先用正己烷沉淀瀝青質(zhì)，再采用硅膠/氧化鋁柱色層把脫瀝青質(zhì)后的原油進(jìn)行族組分分離，此步驟先用正己烷洗脫出樣品中的飽和烴組分，再用2∶1 的二氯甲烷和正己烷混合溶液沖洗得到芳烴組分。對芳烴組分進(jìn)行GC-MS分析，實(shí)驗(yàn)條件如下：分析儀器為Agilent 6890/5975 臺式質(zhì)譜儀，色譜柱為HP-5 ms 石英彈性毛細(xì)柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；升溫程序：50 ℃恒溫1 min，50～100 ℃的升溫速率為20 ℃/min，100～310 ℃的升溫速率為3 ℃/min，310 ℃恒溫21.5 min；進(jìn)樣器溫度為290 ℃，載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min；檢測方式為全掃描和多離子檢測同時(shí)進(jìn)行，全掃描的掃描范圍為50～550 amu，多離子檢測為目標(biāo)化合物[12-13]。

3 原油芳烴地球化學(xué)特征

3.1 芳烴化合物組成分布特征

江陵凹陷原油樣品芳烴餾分總離子流圖的峰型特征呈現(xiàn)出明顯的地區(qū)性差異：位于荊州背斜帶的原油總體呈現(xiàn)雙峰態(tài)特征，意味著芳烴組成中低分子量的二環(huán)（萘系列化合物）或三環(huán)（菲系列化合物）化合物的含量與中高分子量的四環(huán)或五環(huán)化合物的含量大體相當(dāng)，此類分布特征指示該地區(qū)原油大體處于中等成熟階段[14]；而位于萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油則呈現(xiàn)前峰態(tài)特征，即第二峰群的中高分子量（芳甾、萜類烴等）含量較低，這類峰型往往出現(xiàn)在成熟度較高的原油中（圖3）。

圖3 江陵凹陷原油芳烴總離子流圖（a）6x-17井（萬城斷裂構(gòu)造帶）；（b）耀1井（公安單斜帶）；（c）陵72-13井（荊州背斜帶）Fig.3 Total inorganic carbon (TIC) of aromatic hydrocarbons in crude oils from Jiangling Depression

在所分析原油的芳烴餾分中，主要檢測出8個(gè)系列共166 個(gè)化合物，包括萘系列（m/z:128～198）、菲系列（m/z:178～220）、?系列（m/z:228～256）、二苯并噻吩系列（m/z:184～226）、聯(lián)苯系列（m/z:154～182）、二苯并呋喃系列（m/z:168～196）、芴系列（m/z:166～194）、三芳甾系列（m/z:231），少數(shù)樣品檢測出了苯并芘、苝等化合物。蒽、苯并螢蒽、惹烯、苯并藿烷系列以及脫羥基維生素E未檢測出。

如表1所示，各系列化合物在芳烴餾分中的豐度隨構(gòu)造單元的不同呈現(xiàn)出一定差異，具體表現(xiàn)為：分布在萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油中菲系列化合物豐度最高，其次是萘系列和?系列，三芳甾類化合物含量很低甚至未檢測出；分布在荊州背斜帶的原油同樣以菲系列化合物豐度最高，但其次是萘系列和三芳甾系列，聯(lián)苯系列含量較低。

表1 江陵凹陷原油中各類芳烴相對含量Table 1 Content of aromatic compounds in crude oils from Jiangling Depression

3.2 芳烴化合物組成與原油成熟度

3.2.1 萘系列化合物

萘系列作為一種存在于原油和烴源巖抽提物中常見的化合物，常常蘊(yùn)含著豐富的有機(jī)質(zhì)來源以及熱演化程度等方面的信息[12]。研究區(qū)23件原油中均檢測出了一定量的萘系列化合物，其中取自萬城斷裂構(gòu)造帶的原油中萘系列化合物含量最低，為6.52%～20.32%，平均值為10.10%；公安單斜帶的原油中萘系列化合物含量次之，為0.05%～25.15%，平均值為14.41%；荊州背斜帶的原油萘系列化合物含量最多，為12.94%～27.27%，平均值為18.48%。

利用空間構(gòu)型的差異，烷基萘化合物的比值常被用于研究原油或烴源巖的熱演化程度。研究發(fā)現(xiàn)，烷基萘系列化合物中空間結(jié)構(gòu)張力更大的αα構(gòu)型要比ββ構(gòu)型具有更高的活性，因而隨著埋深或者熱效應(yīng)的增加，穩(wěn)定性較差的αα構(gòu)型會發(fā)生重排形成更穩(wěn)定的ββ 構(gòu)型的烷基萘系列化合物。根據(jù)這一特性定義了二甲基萘指數(shù)DNR 和三甲基萘指數(shù)TNR（計(jì)算公式見表2），這兩類參數(shù)隨著原油或烴源巖成熟度的增大而增大，研究人員通過對烷基萘指數(shù)與鏡質(zhì)體反射率（Ro）實(shí)測值的相關(guān)性研究進(jìn)一步提出了兩類烷基萘指數(shù)的等效鏡質(zhì)體反射率公式：Rc1=0.09 DNR+0.49；Rc2=0.6 TNR+0.4[15-16]。等效鏡質(zhì)體換算結(jié)果顯示：除部分樣品二甲基萘指數(shù)未能檢測出以外，原油樣品均顯示出了成熟原油的特征，并且不同構(gòu)造單元中兩類烷基萘的指數(shù)值呈現(xiàn)出了明顯的差異性：萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油中兩類烷基萘指數(shù)比較接近并且明顯高于荊州背斜帶的原油，折算的等效鏡質(zhì)體反射率指示原油處于成熟—高熟階段；進(jìn)一步研究荊州背斜帶各井參數(shù)值的差異發(fā)現(xiàn)：取自荊州背斜帶中部及東南部原油的兩類烷基萘指數(shù)值要略低于荊州背斜帶西北部，意味著荊州背斜帶中部及東南部原油具有更低的成熟度（表2）。

三甲基萘指數(shù)TMNr 和四甲基萘指數(shù)TeMNr（計(jì)算公式見表2）同樣可以用于表征成熟度，并且研究發(fā)現(xiàn)由于參數(shù)中采用的異構(gòu)體極性和沸點(diǎn)相近，致使該類參數(shù)在使用時(shí)還可以免除運(yùn)移過程中分餾效應(yīng)的影響，對成熟度的變化反應(yīng)也更加靈敏[14,17]。本文所研究的樣品中萬城斷裂構(gòu)造帶的原油TMNr 值為0.52～0.90，平均值為0.76，TeMNr 值為0.69～0.88，平均值為0.82；公安單斜帶的原油TMNr 值為0.44～0.75，平均值為0.63，TeMNr值為0.65～0.82，平均值為0.75；荊州背斜帶西北部原油TMNr 值為0.49～0.60，平均值為0.53，TeMNr值為0.64～0.72，平均值為0.69；荊州背斜帶中部及東南部原油TMNr值為0.17～0.56，平均值為0.29，TeMNr值為0.49～0.65，平均值為0.56。據(jù)此判斷研究區(qū)原油成熟度由高到低為：萬城斷裂構(gòu)造帶＞公安單斜帶＞荊州背斜帶西北部＞荊州背斜帶中部及東南部，這一結(jié)論與前文的兩類烷基萘指數(shù)分類結(jié)果大體相符，說明前人提出的各類烷基萘成熟度參數(shù)在研究區(qū)均具有較好的實(shí)用價(jià)值。

值得注意的是，研究區(qū)部分樣品中萘系列化合物的含量明顯偏低（圖3、表2），可能是由于萘系列中相關(guān)化合物分子量偏低，導(dǎo)致在分離過程中極易遭受揮發(fā)損失的影響，因此該系列化合物得出的結(jié)論將在下文結(jié)合其他成熟度參數(shù)進(jìn)行綜合分析。

3.2.2 菲系列化合物

菲系列化合物作為研究區(qū)原油芳烴組分中含量最高的系列化合物同樣蘊(yùn)含著沉積環(huán)境以及成熟度等方面的信息。利用菲和烷基菲的相對豐度來研究原油或烴源巖成熟度的方法已經(jīng)比較成熟。在有機(jī)質(zhì)的正常演化階段，甲基的重排占據(jù)主導(dǎo)地位，由于處在α 取代的9-甲基菲和1-甲基菲相較于β 位的3-甲基菲和2-甲基菲熱穩(wěn)定性偏低，所以隨著熱演化程度的升高，在菲及其衍生物的內(nèi)組成中，β 位取代的甲基菲化合物所占的比例會增加，而在更高的演化階段，取代甲基菲會向更為穩(wěn)定的菲轉(zhuǎn)化[17]。Radkeet al.[18-19]率先提出利用菲及甲基菲4個(gè)異構(gòu)體的相對豐度來衡量有機(jī)質(zhì)成熟度的方法，即甲基菲指數(shù)MPI-1（計(jì)算公式見表2），后有學(xué)者對甲基菲指數(shù)與鏡質(zhì)體反射率之間的關(guān)系進(jìn)行了校正，建立了它們之間的換算關(guān)系[20]：

研究區(qū)23件原油樣品均檢測到了菲及甲基菲的4個(gè)異構(gòu)體，根據(jù)此前萘系列化合物的成熟度分析結(jié)果，研究區(qū)原油樣品普遍處于成熟階段，因此使用公式（1），結(jié)果顯示：來自萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油Rc3值大體相當(dāng)，為0.61～1.22，平均值為0.89；來自荊州背斜帶西北部原油Rc3值為0.61～0.77，平均值為0.70；來自荊州背斜帶中部及東南部的Ⅱ2類原油Rc3值為0.55～0.83，平均值為0.62。研究區(qū)原油成熟度的變化同樣呈現(xiàn)萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶—荊州背斜帶西北部—荊州背斜帶中部及東南部遞減的趨勢，與前文萘系列化合物研究結(jié)果一致。

Kvalhemet al.[21]在系統(tǒng)研究煤樣中的菲及相關(guān)異構(gòu)體的相對豐度后發(fā)現(xiàn)，無取代基的菲在不同熱演化階段含量的變化不盡相同，因此在前人的基礎(chǔ)上提出了單純利用甲基菲異構(gòu)體的相對豐度來判識原油或烴源巖的成熟度參數(shù)F1和F2（計(jì)算公式見表2）。隨后一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)該參數(shù)對各個(gè)成熟度階段的樣品都具有較好的指示作用，并且相較于MPI 參數(shù)能更好地區(qū)分成熟油與高熟油[17,22-23]。本文對兩個(gè)參數(shù)值進(jìn)行了相關(guān)性研究，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)參數(shù)值呈現(xiàn)出非常好的正相關(guān)性（圖4），表明它們在指示研究區(qū)樣品成熟度方面一致性較好。并且值得注意的是，相較于前文的成熟度參數(shù)，該類參數(shù)值的地區(qū)性差異不甚明顯，但是位于萬城斷裂構(gòu)造帶中部萬13、萬12井的原油卻表現(xiàn)為明顯高于周圍樣品的參數(shù)值。前文提到，該類參數(shù)能更好地區(qū)分成熟油與高熟油，因此相較于研究區(qū)的成熟原油，這兩口井的原油應(yīng)該處于高成熟階段，并且根據(jù)油藏充注理論（即先期注入的成熟度較低的原油，在運(yùn)移作用下會相對遠(yuǎn)離油源區(qū)）推測，這兩口井所處的位置可能最接近油藏的充注點(diǎn)，并且原油的運(yùn)移方向指向具有較低成熟度原油所在的方向。

圖4 江陵凹陷原油F1 與F2 關(guān)系圖Fig.4 Relationship between F1 and F2 in crude oils from Jiangling Depression

3.2.3 二苯并噻吩系列化合物

二苯并噻吩類化合物作為含硫芳烴類化合物由于熱穩(wěn)定性和抗生物降解能力較強(qiáng)常被用于進(jìn)行成熟度的研究。前人根據(jù)異構(gòu)體間熱穩(wěn)定性的不同，分別定義了甲基二苯并噻吩參數(shù)MDR 和二甲基二苯并噻吩參數(shù)K1、K2（計(jì)算公式見表2），研究發(fā)現(xiàn)：隨著熱演化程度的增加，不穩(wěn)定的化合物會逐漸向穩(wěn)定的化合物轉(zhuǎn)化，參數(shù)值也會相應(yīng)增加[24-25]。

如圖5 所示，除個(gè)別樣品外，前人提出的三個(gè)參數(shù)兩兩之間都呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性，表明此類參數(shù)可以作為該區(qū)原油的成熟度參數(shù)，進(jìn)一步結(jié)合樣品的平面分布特征發(fā)現(xiàn)：取自萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油除具有異常高值的萬13 井外，三個(gè)參數(shù)值大體相當(dāng)并且大于荊州背斜帶的原油，而荊州背斜帶內(nèi)部則呈現(xiàn)西北部原油的參數(shù)值大于荊州背斜帶中部及東南部的特征（表2），可見該類成熟度參數(shù)呈現(xiàn)的研究區(qū)原油成熟度規(guī)律與前文一致。

圖5 江陵凹陷原油烷基二苯并噻吩成熟度參數(shù)相關(guān)圖Fig.5 Maturity parameter correlation of dibenzothiophene in crude oils from Jiangling Depression

進(jìn)一步分析研究區(qū)不同構(gòu)造單元的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：萬城斷裂構(gòu)造帶中，位于萬城斷裂構(gòu)造帶中部的萬13 井和萬12 井原油具有明顯高于周圍樣品的參數(shù)值，指示原油處于高熟階段，這與此前甲基菲成熟度參數(shù)結(jié)果一致；而公安單斜帶中的耀5井也同樣體現(xiàn)出了明顯高于周圍樣品的參數(shù)值，回觀前文用到的成熟度參數(shù)，除了部分甲基萘參數(shù)未能獲得外，其他成熟度參數(shù)也能反映該井的原油在公安單斜帶中處于較高的成熟度水平，推測該井同樣處于最接近油源區(qū)的位置。

3.2.4 三芳甾系列化合物

三芳甾類化合物常常用于原油或沉積有機(jī)質(zhì)的成熟度研究，本文選取C28TAS-20S/（20R+20S）來表征原油的成熟度，相較于前文的成熟度參數(shù)，研究區(qū)原油樣品的三芳甾類成熟度參數(shù)值比較接近，并未因?yàn)樗帢?gòu)造單元的不同體現(xiàn)出明顯的差異（表2）。三芳甾相較于規(guī)則甾烷而言在C-17 位上多了一個(gè)甲基，而C-10和C-13位上則少了一個(gè)甲基，因而會對C-20 位的異構(gòu)化過程產(chǎn)生空間位阻，所以相較于其他成熟度參數(shù)而言三芳甾異構(gòu)化參數(shù)對識別高熟的輕質(zhì)油或者凝析油可能更為有效[26]，而此前結(jié)論中除個(gè)別井為高熟原油外，研究區(qū)原油大多處于成熟階段，因此該類參數(shù)對研究區(qū)原油成熟度的指示意義不大。

3.2.5 原油成熟度綜合探討

通過對研究區(qū)原油芳烴化合物分布特征以及各類芳烴成熟度參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)不同構(gòu)造單元的原油成熟度呈現(xiàn)明顯的差異性：來自萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的成熟度明顯高于來自荊州背斜帶的原油，并且位于荊州背斜帶西北部原油成熟度又要高于中部及東南部，這一結(jié)論與筆者利用飽和烴分布特征及成熟度參數(shù)得出的結(jié)論一致[11]。然而值得注意的是，此前根據(jù)甾、萜烷成熟度參數(shù)僅能區(qū)分不同構(gòu)造單元間原油成熟度的相對高低，而不同構(gòu)造單元內(nèi)部成熟度的差異則難以體現(xiàn)（表2）。相比之下，芳烴化合物參數(shù)在成熟度方面具有更廣泛的適用性，故本文利用芳烴成熟度參數(shù)進(jìn)一步甄別出了不同構(gòu)造單元內(nèi)部的高熟原油。萬城斷裂構(gòu)造帶中的萬13井和萬12井和公安單斜帶中的耀5井在各自的構(gòu)造單元內(nèi)均具有明顯高于周圍樣品的芳烴成熟度參數(shù)值，屬于高熟原油范疇，推測它們處于各自構(gòu)造單元中最接近油藏充注點(diǎn)的位置；而荊州背斜帶不同地區(qū)原油成熟度的差異則指示其內(nèi)部原油存在由西北部向中部及東南部運(yùn)移的可能。

3.3 原油母質(zhì)來源與烴源巖沉積環(huán)境

3.3.1 芳烴化合物總體分布特征

前文提到，盡管各系列化合物在研究區(qū)原油芳烴餾分中的豐度隨構(gòu)造單元的不同呈現(xiàn)出一定差異，但均以菲系列化合物豐度最高，萘系列化合物次之。前人研究表明，原油的母質(zhì)來源與芳烴化合物的相對含量之間存在密切關(guān)系，一般而言，高含量的菲系化合物與低等水生生物的輸入存在密切關(guān)系，而萘系列化合物更多地被認(rèn)為來源于陸生高等植物[27]。因此，研究區(qū)原油的芳烴化合物組成特征指示了母質(zhì)來源以低等水生生物的輸入為主并存在部分陸生高等植物輸入的特點(diǎn)。

3.3.2 萘系列化合物

雖然目前關(guān)于萘系列化合物的生物來源尚未明晰，但一般認(rèn)為1,2,5-三甲基萘和1,2,5,6-四甲基萘可以用來指示原油中存在高等植物的輸入[27-29]。前文提到研究區(qū)來自不同構(gòu)造單元的原油成熟度存在明顯的差異，而1,2,5-三甲基萘作為研究區(qū)有效的成熟度評價(jià)參數(shù)，其相對含量不適合再用來指示原油的生源輸入，因此選用1,2,5,6-四甲基萘的相對含量進(jìn)行原油母質(zhì)來源的分析。表3顯示：萬城斷裂構(gòu)造帶的原油1,2,5,6-TeMN與1,2,5,6-TeMN/TeMN的值分別為0.061%～0.877%、0.04～0.23，平均值為0.326%和0.11；公安單斜帶的原油1,2,5,6-TeMN 與1,2,5,6-TeMN/TeMN 的值分別為0.003%～0.993%、0.09～0.26，平均值為0.393%和0.16；荊州背斜帶的原油1,2,5,6-TeMN 與1,2,5,6-TeMN/TeMN 的值分別為0.636%～2.171%、0.18～0.44，平均值為1.218%和0.27。與荊州背斜帶相比，取自萬城斷裂構(gòu)造帶和公安單斜帶的原油中高等植物的輸入較少，并且在荊州背斜帶內(nèi)部位于中部及東南部的原油母源接受的高等植物生源輸入更多。

表3 江陵凹陷原油沉積環(huán)境及母質(zhì)來源參數(shù)表Table 3 Sedimentary environment and source parameters in crude oils from Jiangling Depression

3.3.3 菲系列化合物

鏈烷烴中姥鮫烷和植烷的比值（Pr/Ph）可以較好地指示沉積環(huán)境的氧化還原性，芳烴組分中的菲（P）是沉積有機(jī)質(zhì)成巖演化的產(chǎn)物，二苯并噻吩（DBT）則出現(xiàn)在還原性較強(qiáng)，還原硫豐富，且鐵離子較少的沉積環(huán)境中[30-31]。Hugheset al.[30]、朱揚(yáng)明等[31]基于對不同沉積環(huán)境的樣品的綜合分析，用DBT/P 與Pr/Ph 的相對關(guān)系建立了區(qū)分沉積環(huán)境的圖版（圖6、表3）。研究區(qū)23 件原油樣品植烷優(yōu)勢均比較明顯，圖版的落點(diǎn)比較集中，均落在深湖—半深湖相的沉積區(qū)域，指示這些原油源于水體較深，還原性相對較強(qiáng)的沉積環(huán)境形成的烴源巖，但由于兩類參數(shù)值比較接近，不同的構(gòu)造單元并未顯示出明顯的差異性。

圖6 江陵凹陷原油DBT/P 與Pr/Ph 關(guān)系圖[28]Fig.6 Relationship between DBT/P and Pr/Ph in crude oils from Jiangling Depression[28]

3.3.4 三芴系列化合物

三芴系列包括：SF硫芴系列（二苯并噻吩系列）、OF氧芴系列（二苯并呋喃系列）和F芴系列。一般而言，芴和硫芴通常形成于還原或者強(qiáng)還原環(huán)境，而氧芴則形成于弱還原或者氧化的環(huán)境。前人研究表明，形成于鹽湖相或海相碳酸鹽巖的烴源巖中硫芴含量較高，在沼澤相煤或煤成油中氧芴含量較高，陸相淡水—微咸水湖相烴源巖中則以芴含量較高[32]，因此利用三芴系列的相對含量三角圖可以實(shí)現(xiàn)區(qū)分原油或沉積有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境的作用（圖7a）。簡單的“三芴”系列三角圖對區(qū)分沉積環(huán)境較為典型的原油或沉積有機(jī)質(zhì)有著較好的效果，而對于一些形成于氧化—還原過渡帶的樣品而言則具有一定的局限性。因此，李水福等[33]提出由三芴系列比值，即：∑SF/（∑SF+∑F）-∑OF/（∑OF+∑F）組成的相對關(guān)系圖版來實(shí)現(xiàn)對過渡帶樣品沉積環(huán)境的識別（圖7b）。結(jié)果顯示：萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油中芴的含量占有一定優(yōu)勢，指示了正常的還原環(huán)境，而硫芴的含量也相對較高，僅次于芴的含量，同時(shí)體現(xiàn)了其沉積水體具有一定的鹽度；而來自荊州背斜帶的原油則以硫芴豐度最高，體現(xiàn)其源于強(qiáng)還原的沉積環(huán)境并且水體鹽度較高的特征。

圖7 江陵凹陷原油三芴系列參數(shù)圖Fig.7 Trifluorene series parameter diagram in crude oils from Jiangling Depression

3.3.5 三芳甾系列化合物

研究區(qū)23件原油樣品中除萬城斷裂構(gòu)造帶的萬13井和公安單斜帶的耀5井未檢測到三芳甾系列化合物以外（前文提到這兩個(gè)樣品成熟度較高，可能是高熟階段原油的熱裂解作用導(dǎo)致），剩余樣品中三芳甾系列化合物均具有一定豐度，并且同樣存在地區(qū)間的差異性（表1）：萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油中三芳甾系列化合物含量大體相當(dāng)并且低于荊州背斜帶的原油，為0.14%～3.71%，平均值為1.23%，而荊州背斜帶中部及東南部的原油中三芳甾系列化合物含量要高于西北部。一般而言，豐富的三芳甾類化合物的檢出往往指示鹽湖環(huán)境和低成熟度的特征[34-35]，研究區(qū)三芳甾系列化合物含量特征表明，萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油相較于荊州背斜帶原油，具有成熟度高并且沉積環(huán)境中水體鹽度較低的特征，而荊州背斜帶位于中部及東南部的原油母源形成的沉積水體更咸，成熟度更低。

除此之外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)三芳甾烷系列高碳數(shù)異構(gòu)體的分布受母質(zhì)類型好壞的控制[36]。研究區(qū)原油的m/z231質(zhì)量色譜圖中三芳甾系列高碳數(shù)異構(gòu)體的分布特征根據(jù)地區(qū)的不同呈現(xiàn)一定的差異（圖8）。為了更直觀地展示這種差別，可以利用C27/C2820R TAS 與C26/C2820S TAS 的關(guān)系圖來判斷原油母質(zhì)類型的優(yōu)劣，結(jié)果顯示：取自萬城斷裂構(gòu)造帶的原油母質(zhì)類型最好，公安單斜帶的原油次之，而荊州背斜帶的原油則具有最差的母質(zhì)類型（圖9）。

圖8 江陵凹陷各原油m/z 231 質(zhì)量色譜圖（a）6x-17井（萬城斷裂構(gòu)造帶原油）；（b）陵72-13井（荊州背斜帶西北部原油）；（c）陵66-P8井（荊州背斜帶中部及東南部原油）Fig.8 Mass chromatograms in crude oils from Jiangling Depression (m/z 231)

圖9 江陵凹陷原油C27/C28 20R TAS 與C26/C28 20S TAS 關(guān)系圖Fig.9 Relationship between C27/C28 20R TAS and C26/C28 20S TAS in crude oils from Jiangling Depression

3.3.6 原油母質(zhì)來源與烴源巖沉積環(huán)境綜合探討

在母質(zhì)來源方面，研究區(qū)原油的芳烴化合物分布特征均以菲系列化合物豐度最高、萘系列化合物次之，指示了母質(zhì)來源以低等水生生物輸入為主并存在部分陸生高等植物輸入的特點(diǎn)。筆者此前對研究區(qū)飽和烴地球化學(xué)特征的分析結(jié)果顯示：與陸生高等植物輸入相關(guān)的重排補(bǔ)身烷含量與C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷參數(shù)，均體現(xiàn)出來自于荊州背斜帶的原油具有更多的陸生有機(jī)質(zhì)生源輸入的特點(diǎn)[11]（表3）這與本文的芳烴研究結(jié)果相符。并且，本文通過芳烴參數(shù)進(jìn)一步區(qū)分出荊州背斜帶內(nèi)部生源輸入的差異，即位于中部及東南部的原油母源接受的高等植物生源輸入更多。

飽和烴的相關(guān)研究顯示，研究區(qū)域原油均體現(xiàn)出明顯的植烷優(yōu)勢，Ⅰ類原油Pr/Ph平均值為0.55，為一般還原環(huán)境，Ⅱ類原油Pr/Ph平均值為0.49，為強(qiáng)還原的膏鹽沉積環(huán)境（表3），這與本文的芳烴研究結(jié)果相符。研究區(qū)原油均含有較高含量的伽馬蠟烷，而伽馬蠟烷一般被認(rèn)為是水體高鹽度的象征，這與本文利用芳烴化合物得出的鹽湖相沉積環(huán)境相符。然而，細(xì)觀不同構(gòu)造單元的伽馬蠟烷指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，如果按照高伽馬蠟烷含量指示高鹽度水體特征的理論，研究區(qū)來自萬城斷裂構(gòu)造帶和荊州背斜帶西北部的原油具有相對更高的伽馬蠟烷含量，水體鹽度也應(yīng)更高，這與前文芳烴參數(shù)得出的來自萬城斷裂構(gòu)造帶的原油水體鹽度低于荊州背斜帶西北部的結(jié)論相悖。筆者通過進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，相較于指示水體鹽度，伽馬蠟烷作為水體分層的標(biāo)志可能更為準(zhǔn)確，只是因?yàn)楦啕}度水體常常伴隨水體分層，以往研究才經(jīng)常將二者聯(lián)系在一起[37]，因此，萬城斷裂構(gòu)造帶和荊州背斜帶西北部高的伽馬蠟烷含量可能僅僅指示了沉積環(huán)境中比較明顯的水體分層現(xiàn)象。除此之外，其他可以指示鹽度的參數(shù)如升藿烷系列、Ts/Tm（深水高鹽度水體環(huán)境會抑制異構(gòu)單體Tm 向Ts 轉(zhuǎn)化[38]），由于取自萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的Ⅰ類原油在18α-C27三降藿烷Ts 后出現(xiàn)明顯的基線漂移現(xiàn)象，除了C30H 藿烷和伽馬蠟烷存在一定的豐度外，高于C31的升藿烷系列含量極低，不太適合作為研究區(qū)水體鹽度的判識指標(biāo)。因此，在水體鹽度方面由芳烴參數(shù)得出的結(jié)論可能更為可靠，即萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的原油源巖形成時(shí)的水體鹽度低于荊州背斜帶的原油。

3.4 原油類別及平面分布特征

通過對芳烴系列化合物地球化學(xué)特征的綜合分析，并結(jié)合樣品在江陵凹陷的平面分布特征，將研究區(qū)原油分為兩大類（此前筆者通過飽和烴分析結(jié)果一致）。

Ⅰ類原油：該類原油取自萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶，成熟度參數(shù)指示兩個(gè)構(gòu)造帶的原油成熟度大體相當(dāng)，總體處于成熟—高熟階段；芳烴化合物組成特征及萘系列化合物的含量指示該類原油母質(zhì)來源類型較好，均以低等水生生物的輸入為主并存在部分陸生高等植物輸入；三芴及三芳甾系列化合物指示該類原油的源巖形成于水體較深、還原性相對較強(qiáng)、鹽度較高的湖相環(huán)境。

Ⅱ類原油：該類原油全部取自荊州背斜帶，成熟度低于Ⅰ類原油。母質(zhì)來源同樣以低等水生生物輸入為主但接受的陸生高等植物輸入要多于Ⅰ類原油，其烴源巖形成于高鹽度、強(qiáng)還原的深湖相沉積環(huán)境。此外，根據(jù)成熟度及母質(zhì)來源的差異，該類原油還可細(xì)分為兩個(gè)亞類：西北部的Ⅱ1類原油和中部及東南部的Ⅱ2類原油；其中Ⅱ2類原油成熟度低于Ⅱ1類原油，并且接受的陸生高等植物輸入更多。

4 油源對比

古近系新溝嘴組下段是江陵凹陷主要的烴源巖層系，本次研究選取荊州背斜帶（Ⅰ油組、Ⅱ油組和泥隔層）、萬城斷裂構(gòu)造帶（Ⅱ油組、Ⅲ油組），以及荊州背斜帶北部（Ⅱ油組、Ⅲ油組）三個(gè)地區(qū)的7件烴源巖作為主要研究對象，選取的樣品與筆者此前利用飽和烴及單體烴碳同位素進(jìn)行油源對比的樣品保持一致。經(jīng)過篩選用作油源對比的暗色泥巖樣品，在研究區(qū)內(nèi)的分布較為均勻，涵蓋了該區(qū)主要的烴源巖目的層，泥巖有機(jī)質(zhì)TOC 含量相對較高，具有比較好的代表性[11]，具體的芳烴化合物參數(shù)特征見表4。

表4 江陵凹陷烴源巖芳烴化合物參數(shù)表Table 4 Aromatic compound parameter in source rocks from Jiangling Depression

本文從原油與烴源巖的各系列芳烴化合物的分布特征、生源與沉積環(huán)境參數(shù)以及成熟度參數(shù)等方面進(jìn)行油源對比：Ⅰ類原油與荊州背斜帶的Ⅰ油組烴源巖具有極為相似的芳烴化合物分布特征，而Ⅱ類原油的化合物分布特征則與萬城地區(qū)的兩個(gè)層位和荊州背斜帶Ⅱ油組烴源巖相似性較大（圖10a）；三芴系列化合物的相對含量對比圖顯示：Ⅰ類原油主要接受來自荊州背斜帶Ⅰ油組烴源巖的貢獻(xiàn)，而Ⅱ類原油則與萬城斷裂構(gòu)造帶Ⅱ油組層位的烴源巖具有比較相似的沉積環(huán)境（圖10b）；三芳甾烷系列高碳數(shù)異構(gòu)體的分布特征指示Ⅰ類原油與萬城斷裂構(gòu)造帶的Ⅲ油組具有比較相似的生源母質(zhì)類型，Ⅱ類原油則與荊州背斜帶的Ⅱ油組和荊州背斜帶北部Ⅲ油組母質(zhì)類型接近（圖10c）；各地區(qū)各層位的烴源巖成熟度普遍低于Ⅰ類原油，而荊州背斜帶的三個(gè)層位和萬城斷裂構(gòu)造帶的Ⅲ油組則與Ⅱ類原油具有大體相當(dāng)?shù)某墒於龋▓D10d）。

圖10 江陵凹陷芳烴參數(shù)油源對比圖Fig.10 Oil-source correlation of aromatic parameters in Jiangling Depression

綜合各類芳烴參數(shù)結(jié)果認(rèn)為：（1）對于Ⅰ類原油而言，萬城斷裂構(gòu)造帶的Ⅱ油組和Ⅲ油組為其主要的烴源巖，這一結(jié)論與利用飽和烴及單體烴碳同位素特征得出的結(jié)論相符[11]，并且沉積環(huán)境和系列化合物的組成特征還指示Ⅰ類原油同時(shí)存在荊州背斜帶Ⅰ油組的貢獻(xiàn)。而對于此前飽和烴結(jié)論認(rèn)為的“存在來自荊州背斜帶北部Ⅱ油組烴源巖的貢獻(xiàn)”，在本文中無論是生源母質(zhì)類型亦或是系列化合物分布特征，都缺少來自芳烴化合物的證據(jù)。并且值得注意的是，文中各地區(qū)各層位的烴源巖成熟度普遍低于Ⅰ類原油，可能指示該類原油還存在除本文外的其他區(qū)域或?qū)游坏呢暙I(xiàn)；（2）Ⅱ類原油中兩個(gè)亞類之間相關(guān)性較大，均以荊州背斜帶和萬城斷裂構(gòu)造帶的Ⅱ油組為其主要烴源巖，并且荊州背斜帶北部的Ⅲ油組也存在一定的貢獻(xiàn)。飽和烴結(jié)果中認(rèn)為的“存在荊州背斜帶北部Ⅱ油組的烴源巖貢獻(xiàn)”，在芳烴化合物中未能體現(xiàn)。

5 結(jié)論

（1）通過對芳烴系列化合物地球化學(xué)特征的綜合分析，將研究區(qū)原油分為兩大類，其中第二類原油又分為兩個(gè)亞類，它們分別為：萬城斷裂構(gòu)造帶及公安單斜帶的Ⅰ類原油、荊州背斜帶西北部的Ⅱ1類原油和荊州背斜帶中部及東南部的Ⅱ2類原油。Ⅰ類原油母質(zhì)類型較好，以低等水生生物輸入為主，形成于水體較深、還原性相對較強(qiáng)、鹽度較高的湖相環(huán)境；Ⅱ類原油同樣以低等水生生物輸入為主但相較于Ⅰ類原油接受了更多的陸生高等植物輸入，形成于高鹽度、強(qiáng)還原的深湖相沉積環(huán)境，并且Ⅱ2類原油相較于Ⅱ1類具有更多的高等植物輸入特征。

（2）通過對芳烴總離子流圖峰型特征的分析并結(jié)合各類芳烴成熟度參數(shù)綜合認(rèn)為：Ⅰ類原油成熟度普遍較高，并且位于萬城斷裂構(gòu)造帶的萬13 井和萬12 井和公安單斜帶的耀5 井是高成熟原油，推測它們處于各自構(gòu)造單元中最接近油藏充注點(diǎn)的位置；Ⅱ類原油大體處于成熟原油范疇，并且Ⅱ2類原油成熟度要略低于Ⅱ1類原油，推測荊州背斜帶內(nèi)部原油存在由西北部向中部及東南部運(yùn)移的可能。

（3）綜合芳烴及飽和烴的油源對比結(jié)果認(rèn)為：Ⅰ類原油主要來自于萬城斷裂構(gòu)造帶的Ⅱ油組和Ⅲ油組，同時(shí)存在來自荊州背斜帶Ⅰ油組的貢獻(xiàn)，并且原油較高的成熟度可能指示該類原油還存在除本文外的其他區(qū)域或?qū)游坏呢暙I(xiàn)；Ⅱ類原油以荊州背斜帶和萬城斷裂構(gòu)造帶的Ⅱ油組為其主要烴源巖，并且荊州背斜帶北部的Ⅲ油組也存在一定的貢獻(xiàn)，說明江陵凹陷北部地區(qū)的Ⅲ油組層位存在一定的勘探潛力。

致謝 感謝編輯和三位審稿專家對論文提出的有益指導(dǎo)和細(xì)致修改。