郝愛勝，李　劍，王東良，李志生，

崔俊峰1，崔會英1，2，姜曉華1

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；

2. 中國石油天然氣集團公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室， 河北廊坊 065007)

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南祁連盆地石炭系與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖地球化學特征

郝愛勝1，2，李劍1，2，王東良1，2，李志生1，2，

崔俊峰1，崔會英1，2，姜曉華1

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；

2. 中國石油天然氣集團公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室， 河北廊坊 065007)

摘要：南祁連盆地烴源巖的研究程度低，烴源巖分子地球化學方面的研究滯后。利用氣相色譜、氣相色譜—質譜聯用技術研究了南祁連盆地石炭系與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的生物標志化合物特征，詳細分析了烴源巖有機質的沉積環(huán)境、母質來源和成熟度等方面的信息。伽馬蠟烷/C30藿烷為0.09～0.12，伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)為0.38～0.57，Pr/Ph 為0.65～1.16，表明烴源巖有機質的沉積環(huán)境為微咸的弱還原—弱氧化環(huán)境。豐富的三環(huán)萜烷和以C29為優(yōu)勢的“V”字形分布的規(guī)則甾烷說明有機質母質為以陸源高等植物為主的混合來源。大多數成熟度參數均達到平衡值，而C29ααα-20S/ (20S+20R)的值發(fā)生“倒轉”，說明有機質的成熟度處于高成熟—過成熟階段。

關鍵詞：烴源巖；生物標志化合物；石炭系與上三疊統(tǒng)尕勒得寺組；南祁連盆地

南祁連盆地位于青藏高原北緣，處于秦嶺—祁連—阿爾金—昆侖山巨型造山帶中段，祁連山系南部，北側與中祁連山體相鄰，南部與宗務隆山和柴達木盆地相鄰，盆地內發(fā)育5 個北西—南東向展布的坳陷(圖1)，盆地總面積為6.3×104km2。南祁連盆地發(fā)育4 套烴源巖系，即石炭系暗色泥(灰)巖、下二疊統(tǒng)草地溝組暗色灰?guī)r、上三疊統(tǒng)尕勒得寺組暗色泥巖、侏羅系暗色泥頁巖[1]。近年來根據盆地油氣勘探的需要，一些學者利用地球化學手段，對不同層位烴源巖的露頭樣品進行了研究，取得了一批成果[2-7]。這些成果側重于對烴源巖的有機質豐度、有機質類型和有機質成熟度進行評價。為了更全面地評價南祁連盆地的烴源巖，本文在前人研究成果的基礎上，對盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的生物標志化合物特征進行了研究，探討了石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的沉積環(huán)境、母質來源、母質類型和成熟度，以期為研究區(qū)進一步的油氣勘探評價工作提供幫助。

1 樣品采集和實驗條件

石炭系和三疊系的烴源巖樣品來源于南祁連盆地木里坳陷東北部野外露頭，其基本的地球化學參數見表1。樣品的生物標志化合物分析測試在中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室完成。

樣品準備：用清水沖洗巖石表面，40℃下烘干，粉碎至100 目以下，利用索氏抽提器抽提氯仿瀝青“A”，用正己烷沉淀瀝青質后，利用活化氧化鋁/硅膠柱進行組分分離，分別用正己烷、正己烷與二氯甲烷混合溶液、無水乙醇獲得飽和烴、芳香烴和非烴組分。對飽和烴組分進行氣相色譜(GC)和氣相色譜—質譜聯用(GC-MS)分析。GC 分析所用的色譜儀為 Hewlett Packard 5890 SERIES Ⅱ，初始溫度為70℃，保持2min，以5℃/min 的速率升溫至310℃，保持40min。GC-MS 分析所用儀器為Thermo TRACE DSQ 型四級桿質譜儀，四級桿溫度為150℃，色譜柱為30m 的DB-5MS；初始溫度為40℃，以10℃/min 速率升至100℃，以2℃/min速率升至320℃ ；離子源為EI 源，離子源溫度為250℃，傳輸線溫度為300℃，載氣為高純氦氣。

表1　烴源巖樣品基本地球化學參數表

2 烴源巖生烴地球化學特征

2.1 石炭系烴源巖

石炭系烴源巖樣品為碳質泥巖和黑色泥巖，有機質豐度為1.80%～17.10%，S1+S2為0.14～0.95mg/g(表1)。按照常規(guī)的有機質豐度評價標準，已達到好烴源巖級別。依據干酪根有機顯微組分類型指數，石炭系烴源巖有機質類型為Ⅱ2型和Ⅲ型。有機質Ro為1.92%～2.67%，處于高成熟—過成熟階段。

2.2 三疊系烴源巖

三疊系烴源巖TOC 為2.29%～32.84%，S1+S2為0.16～1.84mg/g，綜合評價為好烴源巖(表1)。上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖有機質類型為Ⅱ2—Ⅲ型。有機質Ro為1.69%～2.55%，處于高成熟—過成熟階段。

3 生物標志化合物特征

生物標志化合物是指沉積有機質或礦物燃料(如原油和煤)中那些來源于活的生物體的生物化學物質(尤其是脂類)的復雜分子化石。生物標志化合物可以提供烴源巖有機質的沉積埋藏環(huán)境、熱演化程度、生物降解程度和烴源巖巖石礦物學及年代方面的信息[7-8]。表2和圖2、圖3 顯示，南祁連盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖檢出豐富的正構烷烴、無環(huán)異戊二烯類烷烴、萜類和甾類生物標志化合物。

表2　生物標志化合物參數表

續(xù)表

3.1 正構烷烴和無環(huán)異戊二烯類烷烴

南祁連盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖正構烷烴的碳數分布為雙峰型，主峰碳為C17和C29，且具有絕對的后峰優(yōu)勢，ΣnC21-/ ΣnC22+與(C21+C22)/ (C28+C29)分別為0.27～0.56 和0.25～0.45，反映有機質的母質來源以高等陸源植物為主，還有低等水生生物的混入。烴源巖樣品的正構烷烴碳優(yōu)勢指數(CPI)和奇偶優(yōu)勢指數(OEP)分別為1.08～1.15 和1.08～1.21，沒有明顯的奇偶優(yōu)勢，表明樣品的成熟度高。植醇在還原條件下脫水成植烯，加氫還原成植烷；氧化條件下，則形成植酸，脫羧后形成姥鮫烷。因此，Pr和Ph 可指示有機質沉積環(huán)境。Pr/Ph 小于0.5 時指示強還原性的膏鹽沉積環(huán)境[9]，Pr/Ph 為0.5～1.0 時指示還原環(huán)境，Pr/Ph 為1.0～2.0 時指示弱還原—弱氧化環(huán)境，Pr/Ph 大于2.0 時指示氧化環(huán)境[10]。研究區(qū)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的Pr/Ph 為0.65～1.16，說明沉積環(huán)境為弱還原—弱氧化環(huán)境。

3.2 三環(huán)萜烷、四環(huán)萜烷(m/z191)系列

C19—C21三環(huán)萜烷可能來源于高等植物中的二萜類先質，長鏈三環(huán)萜烷(特別是高碳數三環(huán)萜烷，如C26以上)來源于細菌類或藻類等低等水生生物[11]。以高等植物為母質的原油含有豐富的C24四環(huán)萜烷[8]。石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖樣品抽提物中的三環(huán)萜烷碳數分布范圍為C19—C30，呈雙峰型，以C21和C23為主峰(圖2)，樣品中還檢測到C24四環(huán)萜烷，其豐度略低于C26三環(huán)萜烷。上述參數表明，石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的有機質母質主要來源于高等植物，還有細菌類和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質。

3.3 五環(huán)三萜烷(m/z191)系列

五環(huán)三萜烷系列分為藿烷系列與非藿烷系列。其中，許多參數用來研究沉積環(huán)境特征，如伽馬蠟烷/C30藿烷、伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)、C35αβ > C34αβ > C33αβ或C35αβ < C34αβ < C33αβ ；有機質演化程度，如Ts/(Ts+Tm)、C31升藿烷22S/(22S+22R)；以及次生變化特征及進行油源對比等[8]。

伽馬蠟烷可以通過還原四膜蟲醇生成，四膜蟲醇是由某些原生動物、光合作用細菌和一些可能的其他生物的細胞膜中獲取。伽馬蠟烷/C30藿烷、伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)是指示沉積水體咸化程度的有效指標，沉積水體越咸，伽馬蠟烷/C30藿烷、伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)的值越大。藿烷Ts/(Ts+Tm)是常用的成熟度指標，約在生油晚期(Ro約為1.4%)達到0.5 的平衡值[12]。C31升藿烷22S/(22S+22R)值隨有機質成熟度的升高從零增加到0.6 左右的平衡值[13]。

南祁連盆地石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖抽提物中含有豐富的五環(huán)三萜烷。藿烷碳數分布范圍為C27—C35，17α(H)，20β(H)-C30藿烷為主峰，C31—C35藿烷豐度依次降低；非藿烷系列中以伽馬蠟烷為主。石炭系烴源巖抽提物中伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)為0.38～0.57，伽馬蠟烷/C30藿烷為0.09～0.12，C35αβ

3.4 甾烷(m/z217)系列

在不同沉積環(huán)境及不同來源的沉積有機質中，甾烷分布截然不同：浮游生物中以C27甾烷占優(yōu)勢，甲殼動物中主要為C27膽甾烷，絕大多數藻類主要含C27甾烷和C28甾烷，真菌中主要是C28麥角甾烷，陸生植物(包括草本植物)則以C29谷甾烷或豆甾烷為主，4-甲基甾烷存在于甲藻中。C27甾烷、C28甾烷和C29甾烷不同相對豐度代表不同的母源。規(guī)則甾烷在成巖演化過程中存在由不穩(wěn)定的生物構型向穩(wěn)定的熱力學構型轉化的趨勢。因此，利用各對異構體比值可以獲得有關原油和烴源巖成熟度的信息[8]。甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)是指示有機質成熟度的常用指標，一般認為甾烷C29ααα -20S/(20S+20R)隨有機質成熟度的增加而變大。未成熟階段的甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)小于0.25，低熟階段的甾烷C29ααα-20S/ (20S+20R)為0.25～0.40，成熟階段的甾烷C29ααα-20S/(20S+20R)大于0.4[14]。然而，研究發(fā)現甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)值在高成熟—過成熟階段會發(fā)生“倒轉”，比值會低于平衡值，甚至低于成熟度低的樣品[15]。

石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的C27、C28和C29規(guī)則甾烷呈以C29為優(yōu)勢的近“V”字形(圖4)，ααα20R-C27/C29甾烷值為0.58～0.84，反映有機質母質主要來源于高等植物，還有細菌類和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質。石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的C29ααα-20S/ (20S+20R)分別為0.22～0.46 和0.21～0.37。結合C31升藿烷22S/ (22S+22R)、Ts/(Ts+Tm)等有機質成熟度指標，可以看出石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的C29ααα-20S/(20S+20R)值低于平衡值是由于有機質處于高成熟—過成熟階段而發(fā)生的“倒轉”現象。進一步反映了研究區(qū)烴源巖達到了高過成熟階段。

4 結論

(1)研究區(qū)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖的伽馬蠟烷/C30藿烷為0.09～0.12，伽馬蠟烷/0.5C31αβ(22R+22S)為0.38～0.57，C35αβ

(2)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖飽和烴色譜分布為雙峰型，主峰碳為C17和C29，且具有絕對的后峰優(yōu)勢；三環(huán)萜烷呈雙峰型，以C21和C23為主峰；富含C24四環(huán)萜烷，C27、C28和C29規(guī)則甾烷呈以C29為優(yōu)勢的近“V”字形；ααα20R-C27/C29甾烷值為0.58～0.84，這些指標反映有機質母質主要來源于高等植物，還有細菌類和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質。

(3)CPI和OEP分別為1.08～1.15和1.08～1.21；Ts/(Ts+Tm)、C31升藿烷22S/(22S+22R)均達到平衡值；C29ααα-20S/(20S+20R)處于“倒轉”區(qū)，這些指標反映了研究區(qū)石炭系和上三疊統(tǒng)尕勒得寺組烴源巖有機質處于高成熟—過成熟階段。

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Biomarker Characteristics of Source Rock of Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation in Southern Qilian Basin

Hao Aisheng1,2, Li Jian1,2, Wang Dongliang1,2, Li Zhisheng1,2,Cui Junfeng1, Cui Huiying1,2, Jiang Xiaohua1

(1.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,PetroChina,Langfang,Hebei065007,China; 2.LaboratoryofGasReservoirFormation&Development,CNPC,Langfang,Hebei065007,China)

Abstract:In-depth study on source rocks in Southern Qilian Basin has seldom been made, and geochemical research also lagged behind. Therefore, we probed into the biomarker characteristics of source rock of Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation in Southern Qilian Basin by gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometer. According to the data, we analyzed the sedimentary environment, sedimentary parent source and organic matter maturity of the source rocks. Gammacerane/C30hopane, Gammacerane/0.5C31αβ(22R+22S) and Pr/Ph were 0.09～0.12, 0.38～0.57 and 0.65～1.16 respectively. The above three parameters indicated that the source rocks were deposited in subsaline and weak reducing to weak oxidizing environment. High content of tricyclic terpane and “V” distribution of regular sterane with C29 regular sterane dominant showed that sedimentary parent source was mainly from terrigenous higher plants, partly from lower hydrobiont. Most maturity parameters reached equilibrium value. While C29ααα-20S/(20S+20R) reversed. It means that the maturity of source rock reaches high to over mature stage.

Key words:source rock; biomarker; Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation; Southern Qilian Basin

中圖分類號：TE122

文獻標識碼:A

作者簡介：第一郝愛勝(1987年生)，男，碩士，工程師，主要從事油氣地球化學與成藏研究工作。郵箱：haoas2012@petrochina.com.cn。

基金項目：南祁連盆地油氣地質條件綜合評價及勘探部署。