周士科 （中國(guó)海洋石油有限公司天津分公司，天津300452）

楊志承，張敏 （長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢430100）

柴達(dá)木盆地是我國(guó)西部重要的中、新生代陸內(nèi)沉積盆地，綠參1井位于盆地西部南區(qū)，發(fā)育有典型的第三系 （E＋N）咸化湖泊相烴源巖。咸水湖相烴源巖及其所形成烴類的地球化學(xué)特征，既不同于淡水湖相，又不同于海相烴源巖及原油的地球化學(xué)特征［1］。

隨著一些學(xué)者對(duì)原油、烴源巖中特殊芳烴化合物的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，芳烴化合物現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于成熟度評(píng)價(jià)、母源判識(shí)、油氣運(yùn)移及指示沉積環(huán)境［2～4］等方面，越來(lái)越受到地球化學(xué)家們的重視。前人已經(jīng)對(duì)柴達(dá)木盆地原油和烴源巖做過(guò)多方面的研究，但是多集中在有效烴源巖識(shí)別、烴源巖評(píng)價(jià)、油源對(duì)比、飽和烴生物標(biāo)志物特征等方面，對(duì)芳烴化合物的研究報(bào)道較少。筆者旨在從縱向剖面上剖析芳烴化合物的組成特征及其地球化學(xué)意義。

1 樣品及試驗(yàn)

將樣品分別粉碎至100目，用索氏抽提法抽提。氯仿瀝青 “A”中的瀝青質(zhì)用正己烷沉淀后，進(jìn)行色譜－質(zhì)譜分析。芳烴色譜－質(zhì)譜定量分析采用 HP6890GC／5973MSD，色譜柱為 HP－5MS柱 （30m×0．25mm×0．25μm）。進(jìn)樣口溫度為300℃。載氣為氦氣，流速為恒定1．0ml／min。升溫程序?yàn)?0℃恒溫2min，然后以4℃／min升溫至320℃后，恒定20min。掃描范圍為50～550amu，質(zhì)譜檢測(cè)為多離子檢測(cè)。

2 烴源巖芳烴宏觀組成

綠參1井烴源巖中已檢測(cè)到的芳烴化合物有萘系列、菲系列、卡達(dá)烯、蒽、苯并 ［a］蒽、惹烯、聯(lián)苯系列、螢蒽、芘、及甲基艸屈、三芴系列等系列化合物。如圖1所示，萘系列、菲系列是優(yōu)勢(shì)組分，其中萘系列質(zhì)量分?jǐn)?shù)占已檢測(cè)到芳烴總量的6．96%～46．08%，平均25．43%；菲系列質(zhì)量分?jǐn)?shù)占23．63%～59．64%，平均39．28%；三芴系列質(zhì)量分?jǐn)?shù)占1．68%～13．99%，平均11．98%。從整個(gè)深度剖面來(lái)看，萘系列在2087～2964．5m段質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于25%，聯(lián)苯系列在該深度段含量也高于下部，可能與高等植物輸入量有關(guān)；而菲系列在3127．5m以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)40%，艸屈系列化合物隨深度增加含量逐漸增大。王有孝等［5］認(rèn)為菲系列、艸屈系列與低等水生生物關(guān)系更為密切。

圖1 綠參1井烴源巖芳烴宏觀組成隨深度變化分布圖

3 芳烴成熟度參數(shù)

研究原油和烴源巖成熟度是芳烴化合物研究最早涉及的內(nèi)容，繼Radke等［6，7］提出甲基菲指數(shù)后，相繼出現(xiàn)了萘系列、菲系列、二苯并噻吩系列、稠環(huán)芳烴類、三芳甾類等成熟度參數(shù)［8～12］。

萘和烷基萘系列化合物普遍存在于烴源巖和原油中，其前驅(qū)物常認(rèn)為是來(lái)自微生物和陸源植物的倍半萜及三萜類［12］。綠參1井烴源巖中檢測(cè)到的萘系列化合物包括萘、甲基萘、二甲基萘、三甲基萘、四甲基萘，其中二甲基萘和三甲基萘質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分別占萘系列的10．28%～44．08%和21．91%～52．11%。筆者選取了DNR－1、TNR－3［4，13］來(lái)研究烴源巖成熟度。從圖2的深度剖面上來(lái)看，這2個(gè)參數(shù)并非隨深度線性增加，而是在3695m以上 （Ro值小于0．62%，表1）波動(dòng)變化，當(dāng)深度大于3695m（Ro值大于0．62%）時(shí)逐漸增大 （見(jiàn)圖2，表1）。相應(yīng)的，由DNR－1折算的鏡質(zhì)組反射率Rca也表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì) （見(jiàn)表1）。物源或者沉積環(huán)境會(huì)對(duì)烷基萘成熟度參數(shù)造成影響［14］?；旌献饔谩⑸锝到庾饔玫纫矔?huì)影響萘系列成熟度參數(shù)的有效性［13］。該文研究單井連續(xù)深度上參數(shù)的變化，所以沉積環(huán)境和物源可能是造成上述變化的主要影響因素。

菲和烷基菲系列化合物是應(yīng)用于成熟度研究較早的芳烴化合物，Radke［6］提出用甲基菲指數(shù)MPI－1和MPI－2研究成熟度，并建立了由MPI－1計(jì)算鏡質(zhì)組反射率的回歸方程。綠參1井烴源巖MPI－1、MPI－2起始時(shí)隨埋深增大而減小，在2920、2964．5m出現(xiàn)異常高值，在3127．5m以下又逐漸增大，由MPI－1折算出的鏡質(zhì)組反射率Rcb轉(zhuǎn)折亦很明顯 （見(jiàn)圖2，表1）。曾報(bào)道煤巖由未熟到成熟演化過(guò)程中，MPI－1隨演化程度的增大而增大，當(dāng)熱演化程度達(dá)到Ro為1．5%左右時(shí)會(huì)因脫甲基作用使該值逐漸降低2，但是綠參1井烴源巖MPI－1降低時(shí)Ro都小于0．6%，因此排除脫甲基作用的影響，可能仍是受沉積環(huán)境和物源的影響。Rcb變化范圍為0．55%～0．78%，能夠反映綠參1井烴源巖為低熟－成熟烴源巖。

圖2 綠參1井烴源巖成熟度參數(shù)、沉積環(huán)境參數(shù)、生源參數(shù)隨深度變化特征

表1 綠參1井烴源巖芳烴化合物參數(shù)表

二苯并噻吩系列化合物隨成熟度的增加而變化的規(guī)律性很強(qiáng)，其中MDR及甲基二苯并噻吩分布指數(shù) （MDBI）［10］是常用的成熟度參數(shù)。從圖2可以看出綠參1井MDBI與MPI－1變化趨勢(shì)很符合，在埋深大于3127．5m （Ro大于0．6%）時(shí)數(shù)值逐漸增大。根據(jù)MDBI值折算出綠參1井Rc（MDBI）范圍在0．64%～1．2% （表1），能夠反映綠參1井烴源巖屬于低熟－成熟烴源巖，并且在3127．5m后實(shí)測(cè)Ro與Rc（MDBI）呈正相關(guān) （見(jiàn)圖3）。

縱觀幾個(gè)成熟度參數(shù)的變化，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)埋深大于3695m，Ro大于0．62% （MPI－1和MDBI在埋深大于3127．5m，Ro大于0．6%）時(shí)，各成熟度參數(shù)隨深度增加而升高，且由它們換算的鏡質(zhì)組反射率也反映出烴源巖達(dá)到成熟的特征 （見(jiàn)表1）。

4 芳烴組成對(duì)沉積環(huán)境和生源的指示意義

林壬子等［15］研究認(rèn)為，三芴系列化合物可能來(lái)源于同一母質(zhì)，芴 （F）中五元環(huán)的C－9碳原子屬于α碳原子，其化學(xué)性質(zhì)活潑，在還原環(huán)境中可能被硫取代成硫芴 （SF），在弱氧化環(huán)境中被氧化為氧芴（OF）。如圖2所示，綠參1井烴源巖三芴系列參數(shù)在深度剖面上變化具有一定的規(guī)律性，隨著深度的增加，氧芴系列／三芴系列 （∑OF／∑ （F＋SF＋OF））比值整體呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，而硫芴系列／三芴系列 （∑SF／∑ （F＋SF＋OF））比值呈增大的趨勢(shì)，并且這兩個(gè)比值此消彼長(zhǎng)，有鏡像對(duì)稱的特點(diǎn)，這可能一方面代表著隨埋深增加沉積環(huán)境還原性逐漸增強(qiáng)，另一方面說(shuō)明硫芴和氧芴有相同的母質(zhì)。硫芴／氧芴 （SF／OF）比值［16］能更準(zhǔn)確地反映氧化還原環(huán)境，海相和咸水湖相原油該值一般大于0．7，淡水湖相原油為0．48，煤成油小于0．14。綠參1井硫芴／氧芴比值除3個(gè)點(diǎn)低于0．7，其余均大于0．7，最高達(dá)3．84（見(jiàn)表1）。綜合來(lái)看，綠參1井烴源巖沉積環(huán)境屬于弱還原－還原咸水湖相環(huán)境，向深部還原性逐漸增強(qiáng)。

綠參1井烴源巖中也檢測(cè)出豐富的聯(lián)苯系列化合物，包括聯(lián)苯、甲基聯(lián)苯、二甲基聯(lián)苯及乙基聯(lián)苯等9個(gè)化合物，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)占已檢測(cè)到芳烴總量的2．18%～11．9%，平均7．66%，它們被認(rèn)為來(lái)源于高等植物的木質(zhì)素?？ㄟ_(dá)烯、惹烯、螢蒽、芘和苝系列等化合物常常被看作是陸源高等植物輸入的標(biāo)志［3，4，17］，圖2和圖4中螢蒽、卡達(dá)烯、惹烯、芘的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)都隨深度增大而減小，反映高等植物輸入量減少，水體逐漸加深。與彭德華［18］、曹國(guó)強(qiáng)［19］等對(duì)柴西南第三系地層從N12至E23依次發(fā)育三角洲前緣亞相、淺湖亞相、半深湖－深湖亞相的研究結(jié)論相符［20］。對(duì)比研究圖2各參數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)沉積環(huán)境為氧化環(huán)境，高等植物輸入量高時(shí)，幾個(gè)成熟度參數(shù)都有異常變化，說(shuō)明這幾個(gè)成熟度參數(shù)會(huì)受沉積環(huán)境和物源的影響。

圖3 綠參1井烴源巖Rc（MDBI）與實(shí)測(cè)Ro相關(guān)性圖

圖4 綠參1井烴源巖中芘、惹烯相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨深度變化趨勢(shì)

5 結(jié) 論

1）綠參1井烴源巖中∑SF／∑ （F＋SF＋OF）值隨深度增大而升高，與∑OF／∑ （F＋SF＋OF）呈鏡像式的消長(zhǎng)關(guān)系，一方面反映沉積環(huán)境還原性增強(qiáng)，另一方面也說(shuō)明它們來(lái)自相同的母質(zhì)。綠參1井烴源巖硫芴／氧芴比值絕大多數(shù)大于0．7，表現(xiàn)出咸水湖相沉積的特點(diǎn)。

2）卡達(dá)烯、惹烯、螢蒽、芘的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)都隨深度增加而減小，表明高等植物輸入量逐漸減少，水體逐漸加深。這印證了柴西南第三系自N12至E23依次發(fā)育三角洲前緣亞相、淺湖亞相、半深湖－深湖亞相。

3）選取的萘系列、菲系列、二苯并噻吩系列的成熟度參數(shù)在較氧化環(huán)境、高等植物輸入量高時(shí)都有異常變化，但是當(dāng)Ro大于0．62%后各參數(shù)都隨深度增加而增大，說(shuō)明這幾個(gè)參數(shù)對(duì)達(dá)到成熟階段的咸水湖相烴源巖仍然是有效的。

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