李 興，張 敏，黃光輝 （長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢430100）

油氣勘探中把含有煤層或夾有煤線的沿岸平原到沼澤相沉積地層稱(chēng)為煤系地層，一般沉積在弱氧化-弱還原的淡水環(huán)境。煤系有機(jī)質(zhì)生源構(gòu)成不同于一般非煤系湖相和海相有機(jī)質(zhì)，具有明顯的陸源有機(jī)質(zhì)所具有的特征及典型的生物標(biāo)志物組合特征［1-5］，如高的姥植比 （＞2．5）、含有較高的二環(huán)倍半萜烷、三環(huán)萜烷含量較低且C22以前低碳數(shù)萜烷高于C22以后高碳數(shù)萜烷、五環(huán)萜烷中以莫烷為主而伽馬蠟烷含量很低或沒(méi)有、規(guī)則甾烷中以C29甾烷為主、重排甾烷較發(fā)育等等。四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組是一套腐殖煤系氣源巖，但是其飽和烴分布與常規(guī)的沼澤相煤系源巖存在明顯差異，其根本原因是海侵作用［6］。下面，筆者選取川西坳陷須家河組下段煤系氣源巖樣品進(jìn)行飽和烴異常分布特征研究，以期了解海侵作用對(duì)腐殖煤系有機(jī)質(zhì)飽和烴分布的影響。

1 試驗(yàn)部分

1．1 樣品

川西坳陷是四川盆地西部晚三疊世以來(lái)陸相盆地的深坳陷部分，普遍發(fā)育上三疊統(tǒng)須家河組煤系烴源巖 （缺失須六段），從下往上依次為須一段 （T3X1）、須二段 （T3X2）、須三段 （T3X3）、須四段（T3X4）和須五段 （T3X5），暗色泥巖和所夾煤層是主要?dú)庠磶r。所用9個(gè)煤系氣源巖樣品 （煤、碳質(zhì)泥巖和泥巖）采自川西坳陷 （大深1井、柘6井和大參井）須家河組須一段到須三段。

1．2 試驗(yàn)方法

采用常規(guī)的索氏抽提器對(duì)樣品用氯仿進(jìn)行抽提，通過(guò)石油醚沉淀抽提物以去除瀝青質(zhì)，然后經(jīng)氧化鋁-硅膠層析柱分離，得到飽和烴餾分。飽和烴GC-MS分析在6890N／5975I色譜質(zhì)譜儀上進(jìn)行，色譜柱為HP-5MS石英彈性毛細(xì)管柱 （30m×0．25mm×0．25μm）。升溫程序?yàn)?0℃恒溫1min，然后以20℃／min的速率升溫

從50℃升至100℃，再以3℃／min的升溫速率從100℃升至315℃，在315℃時(shí)恒溫16．83min。進(jìn)樣器溫度為300℃，載氣為氦氣，流速為1．0mL／min，掃描范圍為50～550amu。

2 結(jié)果與分析

2．1 正構(gòu)烷烴與類(lèi)異戊二烯烷烴分布特征

正構(gòu)烷烴與類(lèi)異戊二烯烷烴數(shù)據(jù)表如表1所示。從表1可以看出，川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組烴源巖抽提物的飽和烴色譜分布范圍在C12～C33之間，碳數(shù)分布范圍較窄，沒(méi)有明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)。抽提物的正構(gòu)烷烴的分布模式基本都是單峰型，主峰碳分布在nC18～nC20之間，峰型為前峰型，高碳數(shù)相對(duì)含量低。OEP值分布在1．0左右，表明須家河組烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高。研究表明，在有機(jī)質(zhì)成熟度較高的情況下，高碳數(shù)的正構(gòu)烷烴會(huì)逐步裂解成為小分子的化合物，所以低碳數(shù)化合物可能與低等水生生物的輸入和成熟度較高雙重作用有關(guān)，而∑nC21-／∑nC22＋比值分布范圍在0．53～4．77之間，說(shuō)明海侵作用下氣源巖有機(jī)質(zhì)輸入表現(xiàn)為低等水生生物的貢獻(xiàn)增加。

表1 正構(gòu)烷烴與類(lèi)異戊二烯烷烴數(shù)據(jù)表

一般而言，高 Pr／Ph比值（＞3．0）指示在氧化條件下的陸源有機(jī)質(zhì)輸入，低Pr／Ph比值（＜0．6）代表缺氧的超鹽度環(huán)境，典型的煤系地層有機(jī)質(zhì)以Pr／Ph＞2．5為特征［7］。樣品中檢測(cè)的姥鮫烷、植烷豐度較高，有的甚至成為飽和烴色譜中的主碳峰，由于 Pr／Ph比值小于0．6，平均值為0．47（見(jiàn)圖1），具有較強(qiáng)的植烷優(yōu)勢(shì)，且有較高的Pr／nC17和Ph／nC18，總體表現(xiàn)出鹽湖相或者海相有機(jī)質(zhì)的分布特點(diǎn) （見(jiàn)圖2）。

圖1 川西坳陷上三疊統(tǒng)煤系烴源巖Pr／Ph分布特征

2．2 甾烷系列

水生低等生物富含C27αααR甾烷，與C27αααR比較，高等植物富含 C29αααR甾烷，所以C27αααR、C28αααR和C29αααR規(guī)則甾烷的分布可以很好的表征烴源巖的母質(zhì)來(lái)源特征［8］。川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組下段煤系氣源巖含有豐富的甾烷系列化合物，已檢測(cè)出C27～C29規(guī)則甾烷、C28～C304α-甲基甾烷、C30甲藻甾烷、孕甾烷、升孕甾烷、重排甾烷等。

圖2 川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組烴源巖Pr／nC17和Ph／nC18分布特征及其與沉積環(huán)境的關(guān)系

對(duì)樣品中的規(guī)則甾烷αααC27（20R）、αααC28（20R）、αααC29（20R）的相對(duì)含量進(jìn)行了分析，大部分以 “V”型分布和C29略占優(yōu)勢(shì)的不對(duì)稱(chēng) “V”型分布為主（見(jiàn)圖3），說(shuō)明受海侵作用的影響，低等水生生物母質(zhì)輸入的貢獻(xiàn)開(kāi)始增加。

除規(guī)則甾烷外，重排甾烷也是甾烷系列化合物的重要組成部分。重排甾烷的發(fā)育除與成熟度有關(guān)外，還受沉積條件的影響，因?yàn)樗岬拇呋饔煤驮磶r沉積環(huán)境的氧化性是甾烷向重排甾烷轉(zhuǎn)化的必備條件［9］。計(jì)算結(jié)果顯示，所選樣品在高成熟情況下，重排甾烷依然不是很發(fā)育，與規(guī)則甾烷比值較小 （0．1～0．26）。因此，海侵作用使水體咸化而導(dǎo)致水的密度分層作用和底水含氧量減少 （即低Eh），抑制了川西坳陷氣源巖重排甾烷的發(fā)育。

圖3 川西凹陷下段煤系烴源巖m／z=191質(zhì)量色譜圖

侯讀杰等［10］認(rèn)為在淡水情況下，4-甲基甾烷呈現(xiàn)出C28和C30較高的V字型分布，而在水體鹽度升高時(shí)，C294-甲基甾烷的豐度開(kāi)始變高，因此其相對(duì)富集狀況可以反映水體的鹽度。所測(cè)樣品中C294-甲基甾烷的豐度普遍偏高 （見(jiàn)圖4），說(shuō)明川西坳陷須家河組沉積水體為偏咸水環(huán)境。此外，還檢測(cè)到一定豐度的甲藻甾烷 （見(jiàn)圖4），而甲藻甾烷是海侵或者湖相咸化、半咸化沉積環(huán)境的標(biāo)志物［9］，這是由于海侵水體咸化而導(dǎo)致水的密度分層作用和底水含氧量減少 （即低Eh），使得川西坳陷須家河組煤系氣源巖表現(xiàn)出低的Pr／Ph比值。

2．3 萜烷系列

1）雙環(huán)倍半萜 研究發(fā)現(xiàn)［7］，C15補(bǔ)身烷系列化合物在海相原油與陸相原油中具有明顯不同的分布特征：陸相原油具有較高的重排化合物，而海相原油重排化合物相對(duì)豐度明顯要低得多，補(bǔ)身烷的重排化合物的形成機(jī)理類(lèi)似于甾烷和藿烷的重排過(guò)程，因此，補(bǔ)身烷、甾烷、藿烷相應(yīng)的重排化合物可能具有相似的沉積環(huán)境指示意義。研究樣品中重排補(bǔ)升烷與8β（H）-補(bǔ)身烷比值介于0．56～2．56之間，但大部分樣品小于1或者缺失重排補(bǔ)升烷，某種程度上表現(xiàn)與海相的特征是一致的。

2）三環(huán)萜烷與四環(huán)萜烷 三環(huán)萜烷與四環(huán)萜烷的相對(duì)豐度大小及其分布特征受沉積環(huán)境和母質(zhì)類(lèi)型的控制。具體而言，完整且豐度較高的三環(huán)萜烷系列常見(jiàn)于海相或者咸化環(huán)境以藻類(lèi)為主要成烴母質(zhì)的地質(zhì)樣品中［8］，如下古生界海相烴源巖中?？蓹z測(cè)出碳數(shù)分布范圍較寬 （C19～C35）的長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷，且具有呈正態(tài)分布，以C21和C23為主峰碳，C26以上三環(huán)萜烷豐度高等特征。

研究樣品中檢測(cè)的三環(huán)萜烷碳數(shù)范圍為C19～C31，四環(huán)萜烷主要為C24-17，21-斷藿烷。在m／z=191質(zhì)量色譜圖中（見(jiàn)圖5），所有的樣品中均檢出C19～C31（缺C27），分布完整，煤和泥巖均具有較高豐度的三環(huán)萜烷含量，C21三環(huán)萜烷／C23三環(huán)萜烷所有樣品都低于1，表明長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷的分布主要以C23為主峰，C26以上三環(huán)萜烷相對(duì)豐度較高，平均值為0．35。C24-17，21-斷藿烷豐度較高，這類(lèi)化合物往往與超鹽還原環(huán)境下微生物作用有關(guān)。

圖4 甲基甾烷m／z=231質(zhì)量色譜圖 （以柘六井T3X3煤為例）

3）五環(huán)三萜系列化合物 三萜類(lèi)是飽和烴餾分中具有重要生物意義的化合物，是一種廣泛分布在各類(lèi)原油和源巖中的生物標(biāo)志化合物。川西坳陷須家河組烴源巖中檢測(cè)到的五環(huán)三萜化合物主要包括藿烷系列、莫烷系列、伽馬蠟烷等。藿烷系列分布特征為：碳數(shù)分布從C27～C35，C30藿烷最高，其次是C29藿烷，C31～C35升藿烷豐度總體上呈依次下降的趨勢(shì)，這表現(xiàn)出一般海相泥頁(yè)巖亞氧化底水沉積特征［7］。檢測(cè)樣品中伽馬蠟烷相對(duì)豐度較高，與C31-藿烷豐度相當(dāng)，伽馬蠟烷指數(shù)為0．14～0．36，平均值為0．26，這反映出微咸水的沉積環(huán)境特點(diǎn)［7］。

圖5 柘六井煤m／z=191質(zhì)量色譜圖

3 結(jié) 論

1）川西坳陷須家河組下段典型腐殖煤系氣源巖飽和烴Pr／Ph比值異常低，規(guī)則甾烷內(nèi)組成具有C27αααR和C29αααR相對(duì)含量大致相當(dāng)，呈 “V”字型分布或C29稍占優(yōu)勢(shì)的 “V”字型分布特征，反映了強(qiáng)還原環(huán)境下細(xì)菌作用活躍；此外煤系有機(jī)質(zhì)中還含有一定量海相專(zhuān)屬化合物——甲藻甾烷。

2）典型腐殖煤系氣源巖飽和烴重排甾萜烷在高成熟條件下都不是很發(fā)育，大都缺失重排補(bǔ)升烷，重排甾烷與規(guī)則甾烷比值較小，與海相分布特征比較一致。

3）典型腐殖煤系氣源巖飽和烴三環(huán)萜較發(fā)育且大都以C23為主峰碳，高碳數(shù)以上化合物有較高豐度，表征了明顯的低等生物生源輸入；藿烷分布模式與海相海相分布特征比較符合，表現(xiàn)為一般海相泥頁(yè)巖亞氧化底水沉積特征，而伽馬蠟烷指數(shù)也反映出微咸水的沉積環(huán)境特點(diǎn)。

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