馮進(jìn)來(lái)，王秋玉，吳海光，戴春雷，馬 妍

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163000)

近些年來(lái)，隨著吉林油田外圍盆地勘探進(jìn)程，逐步發(fā)現(xiàn)柳河盆地有很大勘探潛力，有關(guān)學(xué)者先后對(duì)該盆地進(jìn)行了研究。孟元林等[1]通過(guò)對(duì)東北地區(qū)東部盆地群下白堊統(tǒng)烴源巖特征和頁(yè)巖氣勘探潛力進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)東部盆地群下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖地化特征和儲(chǔ)層條件良好，有很好的勘探遠(yuǎn)景。藍(lán)藝植等[2]通過(guò)對(duì)柳河盆地鷹嘴砬子組沉積特征和儲(chǔ)層特征的分析，發(fā)現(xiàn)柳河盆地鷹嘴砬子組儲(chǔ)層曾發(fā)生油氣的運(yùn)聚，盆地內(nèi)存在致密儲(chǔ)層和油氣藏。徐盛俠等[3]研究了柳河盆地?zé)N源巖、儲(chǔ)集層和生儲(chǔ)蓋組合特征，發(fā)現(xiàn)了柳河盆地具有良好的油氣成藏條件，具有一定勘探前景。因此，從前人研究來(lái)看，柳河盆地可能是一個(gè)有一定生烴潛力的盆地，然而，目前關(guān)于盆地主力生油氣層位的研究還很薄弱，影響了該區(qū)的勘探進(jìn)程。本文以柳地1井，柳地2井巖心為主要研究對(duì)象，利用有機(jī)質(zhì)熱解、總有機(jī)碳(TOC)、干酪根鏡檢、飽和烴氣相色譜(GC)和飽和烴色譜—質(zhì)譜分析(GC-MS)等實(shí)驗(yàn)對(duì)烴源巖的生烴潛力和沉積環(huán)境進(jìn)行研究，從而為柳河盆地的油氣勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

柳河盆地是我國(guó)松遼盆地東部外圍盆地群中的一個(gè)重要的次級(jí)沉積盆地。盆地位于東部外圍盆地群的南西位置，主要受敦密斷裂帶控制，緊鄰?fù)ɑ璧?、撫松盆地，面積約1 300 km2，呈現(xiàn)出中部窄、北東與南西寬的形態(tài)特征(見(jiàn)圖1)[4]。

柳河盆地為古生界和前古生界變質(zhì)巖基底，主要發(fā)育中生界下白堊統(tǒng)地層，部分還發(fā)育侏羅系地層。下白堊統(tǒng)自下而上發(fā)育果松組、鷹嘴砬子組、林子頭組和亨通山組。前人研究表明，柳河盆地屬于侏羅紀(jì)山前斷陷盆地，總共經(jīng)歷過(guò)4期火山噴發(fā)[5]?；鹕阶饔檬沽优璧乇怀涮睿鹕綆r在盆地中開(kāi)始發(fā)育并遭受剝蝕。柳河盆地沉積相主要分為扇三角洲、湖泊相和混相3個(gè)亞相。根據(jù)野外露頭和鉆井資料顯示，柳河盆地主要巖石為含礫粗砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和安山巖等(見(jiàn)圖2)[2]。

2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

本次測(cè)試樣品全部來(lái)自吉林省東部外圍盆地柳河盆地柳地1井、柳地2井鷹嘴砬子組巖心。實(shí)驗(yàn)所有過(guò)程均在東北石油大學(xué)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。樣品總共49塊，其中大部分都為灰黑色泥巖。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括TOC測(cè)定、巖石熱解分析、干酪根鏡檢、有機(jī)元素分析、RO測(cè)定、飽和烴色譜—質(zhì)譜分析和飽和烴氣相色譜分析等。

圖1 吉林省東部盆地群分布

圖2 柳河盆地綜合柱狀描述

把取回來(lái)的巖心粉碎至0.2 mm粒徑。用1‰天平稱取0.50 g，裝入坩堝，依次按順序擺放在瓷盤(pán)中。向瓷盤(pán)中緩緩加入過(guò)量5%鹽酸，放在電熱板上，溫度控制在60～80℃，溶樣2.5 h，直至反應(yīng)完全。將溶解好的樣品轉(zhuǎn)移到置于抽濾器上的坩堝里，用蒸餾水洗凈殘留的酸液；再置于70～80℃的烘箱內(nèi)干燥待用。這一過(guò)程的目的是去除無(wú)機(jī)碳。去除無(wú)機(jī)碳后，在烘干的盛有試樣的瓷坩堝中加入鐵屑助熔劑約1 g、鎢粒助熔劑約1 g，輸入試樣質(zhì)量，上機(jī)測(cè)定TOC含量。

巖心磨碎后，用0.150 mm(100目)的篩網(wǎng)進(jìn)行篩選，進(jìn)行熱解分析，隨后用索氏抽提法將樣品中的有機(jī)質(zhì)萃取出來(lái)，之后在進(jìn)行族組成分離。把族組成分離出來(lái)的飽和烴用Gas Chromatograph Clarus 500氣相色譜儀進(jìn)行飽和烴氣相色譜分析。氣相色譜條件：色譜柱為HP-5MS石英彈性毛細(xì)管柱(60 m×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度為300℃；檢測(cè)器溫度為310℃；載氣為氦氣；載氣流量1 mL/min；分流比為1∶10。升溫程序：初溫為80℃，恒溫0.5 min；以20℃/min升溫速率升到150℃，恒溫0.5 min；以3℃/min升溫速率升到310℃，恒溫30 min。用Clarus 500 05248700氣相色譜—質(zhì)譜儀進(jìn)行飽和烴色譜—質(zhì)譜分析。色譜條件：色譜柱為HP-5MS石英彈性毛細(xì)管柱(60 m×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度為300℃；檢測(cè)器溫度為310℃；載氣為氦氣；載氣流量1 mL/min。升溫程序：初溫為80℃，恒溫0.5 min；以20℃升溫速率升至150℃，恒溫0.5 min；以3℃升溫速率升至310℃，恒溫30 min。質(zhì)譜條件：掃描周期1.3 s，選擇粒子掃描。

3 烴源巖地球化學(xué)特征及意義

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是反映烴源巖特征的一個(gè)重要方面，有機(jī)質(zhì)豐度可以反映烴源巖生烴潛力和產(chǎn)物特征。通常TOC、氯仿瀝青“A”、S1和S2等參數(shù)是反映有機(jī)質(zhì)豐度的重要參數(shù)。在大部分情況下，烴源巖的TOC含量更容易測(cè)定，且TOC能反映沉積物中有機(jī)質(zhì)的總量[6]。根據(jù)柳地1井、柳地2井鷹嘴砬子組49個(gè)樣品測(cè)試結(jié)果顯示，柳河盆地白堊統(tǒng)鷹嘴砬子組TOC分布范圍為0.1%～1.5%，平均值為0.6%，屬于中等烴源巖，其中TOC<0.4%和TOC在0.6%～1.0%之間的烴源巖所占比例較大(見(jiàn)圖3)。

圖3 柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖TOC分布頻率

根據(jù)我國(guó)陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)指標(biāo)(SY/T5735-1995)，柳河盆地鷹嘴砬子組有機(jī)質(zhì)豐度為中等。從S1+S2隨深度變化分布上看(見(jiàn)圖4)，本區(qū)S1+S2分布并無(wú)明顯規(guī)律，S1+S2值基本都小于0.15 mg/g，分析S1，S2這兩個(gè)參數(shù)過(guò)低可能與本區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度有關(guān)[7]，故選取TOC作為本區(qū)有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)。

圖4 柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖S1+S2隨深度變化散點(diǎn)分布

3.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

有機(jī)質(zhì)類(lèi)型是衡量有機(jī)質(zhì)產(chǎn)烴能力的主要參數(shù)，同時(shí)也決定了主要產(chǎn)物的類(lèi)型。判斷有機(jī)質(zhì)類(lèi)型的方法主要是干酪根鏡檢，鏡下觀察有機(jī)質(zhì)的顯微組分，根據(jù)各顯微組分含量所占百分比來(lái)區(qū)分有機(jī)質(zhì)類(lèi)型。還可以通過(guò)測(cè)量有機(jī)質(zhì)H、C、O元素含量，比較H/C，O/C的關(guān)系來(lái)區(qū)分有機(jī)質(zhì)類(lèi)型。本文通過(guò)這兩種方法來(lái)判斷柳河盆地鷹嘴砬子組有機(jī)質(zhì)類(lèi)型。

根據(jù)柳地1井、柳地2井鷹嘴砬子組46個(gè)樣品干酪根鏡檢統(tǒng)計(jì)情況看，干酪根顯微組分中，腐泥組和殼質(zhì)組含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而惰質(zhì)組含量很少。通過(guò)干酪根顯微組分三角圖看，所有樣品顯微組分也是以腐泥組為主(見(jiàn)圖5)。

圖5 干酪根顯微組分三角狀

通過(guò)各顯微組分含量，計(jì)算出TI類(lèi)型指數(shù)：

TI=100a+80b1+50b2-75c-100d

(1)

式(1)中，a為腐泥組百分含量，%；b1為樹(shù)脂體百分含量，%；b2為孢粉體、木栓體、角質(zhì)體、殼質(zhì)碎屑體、腐殖無(wú)定形體、菌孢體百分含量，%；c為鏡質(zhì)組百分含量，%；d為惰質(zhì)組百分含量，%。

根據(jù)TI類(lèi)型指數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)，TI類(lèi)型指數(shù)大于80為Ⅰ型干酪根。從本區(qū)TI類(lèi)型指數(shù)直方圖看(見(jiàn)圖6)，TI類(lèi)型指數(shù)大于80的樣品占所有樣品的85%，反映出柳河盆地鷹嘴砬子組干酪根類(lèi)型主要是Ⅰ-Ⅱ1型，Ⅰ型占絕大部分。

有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為腐泥型，夾雜少量腐泥—腐殖型，為良好的生油母質(zhì)。根據(jù)氫碳氧碳原子比關(guān)系圖(見(jiàn)圖7)，柳河盆地鷹嘴砬子組大部分干酪根類(lèi)型落在Ⅲ型附近，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是由于研究區(qū)內(nèi)火山作用產(chǎn)生大量熱量，而使有機(jī)質(zhì)成

圖6 柳河盆地鷹嘴砬子組干酪根TI類(lèi)型指數(shù)分布

熟度過(guò)高，此時(shí)可能為殘?zhí)茧A段[8]。

圖7 柳河盆地鷹嘴砬子組干酪根H/C、O/C原子比散點(diǎn)分布

從圖7中可以看出：鷹嘴砬子組烴源巖RO值分布在2%以上，從另一角度證實(shí)了柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖處于成熟—高成熟階段。從干酪根類(lèi)型上來(lái)看，柳河盆地鷹嘴砬子組有機(jī)質(zhì)主要為腐泥型，是良好生油母質(zhì)，屬于好烴源巖。

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

RO值是目前應(yīng)用最廣泛，最權(quán)威的成熟度指標(biāo)。根據(jù)鏡質(zhì)體反射率統(tǒng)計(jì)關(guān)系上來(lái)看，柳河盆地鷹嘴砬子組RO分布范圍為3.16%～4.36%，平均值為3.31%，其中大部分RO值大于2%，屬于成熟—過(guò)成熟階段。由此可見(jiàn)，鷹嘴砬子組有機(jī)質(zhì)熱演化程度很高(見(jiàn)圖8)。隨著深度增加，鏡質(zhì)體反射率不斷增加，有機(jī)質(zhì)也向更成熟階段不斷演化。

圖8 柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖RO隨深度變化散點(diǎn)分布

Tmax也是有機(jī)質(zhì)成熟度重要指標(biāo)之一。從Tmax隨深度變化散點(diǎn)圖上看(圖9)，鷹嘴砬子組有機(jī)質(zhì)大部分分布在450～580℃，有機(jī)質(zhì)處于成熟—過(guò)成熟階段，這與鏡質(zhì)體反射率得出的結(jié)果一致。在1 100 m時(shí)，Tmax發(fā)生異常，產(chǎn)生這一異常的原因可能是該層位發(fā)育輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖，都為火成巖，經(jīng)前人研究，火成巖的發(fā)育是產(chǎn)生Tmax異常的一個(gè)重要原因[9]。綜合本區(qū)樣品有機(jī)質(zhì)成熟度，烴源巖成熟度基本都是成熟—高成熟，有良好生氣潛力。

3.4 有機(jī)質(zhì)來(lái)源和沉積環(huán)境

3.4.1 有機(jī)質(zhì)來(lái)源

烴源巖的母質(zhì)來(lái)源以及生烴母質(zhì)的特征對(duì)烴源巖的生烴潛力和產(chǎn)物特征起著很重要的作用。一般認(rèn)為，正構(gòu)烷烴和甾烷類(lèi)生物標(biāo)志化合物可以反映沉積有機(jī)質(zhì)來(lái)源和沉積環(huán)境等方面的信息。根據(jù)前人研究，奇偶優(yōu)勢(shì)不明顯的低碳數(shù)正構(gòu)烷烴可能指示藻類(lèi)等水生生物來(lái)源而具有奇偶優(yōu)勢(shì)的高碳數(shù)(>C23)正構(gòu)烷烴可能指示陸源有機(jī)質(zhì)的輸入，這一特點(diǎn)常常被用來(lái)判斷有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源[10]。

圖9 柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖Tmax隨深度變化散點(diǎn)分布

本次研究的柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖正構(gòu)烷烴參數(shù)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)可以看出，8個(gè)樣品的正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍主要在nC14～nC30，主峰碳基本都位于低碳數(shù)正構(gòu)烷烴，飽和烴低碳數(shù)與高碳數(shù)烴類(lèi)比值在0.24～0.85，平均值為0.54，且ΣC(21+22)/ΣC(28+29)平均值在2.3，OEP在1～2之間，但OEP在這里不具有指示意義，因?yàn)镺EP只對(duì)未熟—低熟階段的樣品有效，本次研究區(qū)域?qū)儆诔墒臁叱墒斓貐^(qū)，故此次不選用OEP作為母質(zhì)來(lái)源的指示參數(shù)。綜合本區(qū)烴源巖低碳數(shù)烴類(lèi)含量占優(yōu)勢(shì)，再結(jié)合前人對(duì)柳河盆地沉積環(huán)境的研究，反映出本區(qū)有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為水生生物[11]。

表1 鷹嘴砬子組烴源巖的地球化學(xué)參數(shù)

規(guī)則甾烷是判別有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源的一個(gè)重要指標(biāo)。一般認(rèn)為，水生生物中富含C27甾烷，而高等植物中富含C29甾烷。本區(qū)所有樣品規(guī)則甾烷具有C27>C29>C28，C27-C28-C29呈“L”型分布，反映了樣品主要富集C27甾烷，水生生物貢獻(xiàn)較大，可能還夾雜少量陸源高等植物貢獻(xiàn)，代表本區(qū)母質(zhì)來(lái)源主要為水生生物，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為腐泥型。從規(guī)則甾烷C27-C28-C29分布規(guī)律看，本區(qū)C27甾烷含量明顯高于C28、C29甾烷，樣品點(diǎn)大部分落在混合源區(qū)，但靠近浮游植物和藻類(lèi)，表示研究區(qū)有機(jī)質(zhì)主要母質(zhì)來(lái)源為水生生物，陸源高等植物也有小部分貢獻(xiàn)，也能反映出本區(qū)沉積環(huán)境主要為深湖—半深湖相沉積。

綜合分析本區(qū)母質(zhì)來(lái)源主要為水生生物，主要為浮游植物，夾雜少量陸源高等植物，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為腐泥型。

3.4.2 沉積環(huán)境

生物標(biāo)志化合物是指示沉積環(huán)境的重要指標(biāo)。類(lèi)異戊二烯烷烴中，分布最廣泛和最常用的化合物是Pr(姥鮫烷)和Ph(植烷)。一般用姥鮫烷與植烷的比值(Pr/Ph)來(lái)指示有機(jī)質(zhì)氧化—還原沉積環(huán)境環(huán)境。柳河盆地鷹嘴砬子組有7組樣品飽和烴氣相色譜檢測(cè)出姥鮫烷(Pr)植烷(Ph)，且Pr/Ph值大部分分布在1～2之間，為弱還原環(huán)境。根據(jù)Pr/nC17-Ph/nC18分布規(guī)律(見(jiàn)圖10)，2個(gè)樣品落在陸相環(huán)境內(nèi)，有3個(gè)樣品落在還原環(huán)境，反映出柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖主要為海相和鹽湖相沉積，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅰ-Ⅱ型，為還原環(huán)境下的產(chǎn)物。但有2個(gè)樣品點(diǎn)沒(méi)有落在判別圖版內(nèi)，分析其原因，成熟度會(huì)在一定程度上影響Pr/Ph，由于本區(qū)樣品成熟度相對(duì)較高，所以Pr/Ph只作為指示本區(qū)氧化還原環(huán)境的一個(gè)側(cè)面指標(biāo)。

圖10 Pr/nC17-Ph/nC18判別

藿烷類(lèi)化合物作為沉積物分布最廣泛的一類(lèi)生物標(biāo)志化合物在油氣地球化學(xué)研究中有很重要的地位。通過(guò)前人的研究發(fā)現(xiàn)，Ts、Tm與沉積環(huán)境有很大聯(lián)系，一般來(lái)說(shuō)，Tm在還原環(huán)境中有廣泛分布，相反Ts在氧化環(huán)境中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[12]。本區(qū)樣品Tm/Ts接近于1，說(shuō)明本區(qū)處于弱氧化—弱還原沉積環(huán)境，一定程度上偏向還原環(huán)境。這與姥鮫烷、植烷指示氧化還原環(huán)境結(jié)果基本一致。

Ts和Tm除了指示有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境，還常常被用來(lái)指示成熟度。柳河盆地鷹嘴砬子組8個(gè)樣品Ts/(Ts+Tm)值都在0.5附近(見(jiàn)表1)，表明烴源巖處于成熟階段。這與之前RO、Tmax和甾烷類(lèi)化合物判斷有機(jī)質(zhì)成熟度結(jié)果一致。

伽馬蠟烷/C30藿烷是反映沉積環(huán)境鹽度的一個(gè)重要指標(biāo)，一般認(rèn)為伽馬蠟烷/C30藿烷<0.25為淡水環(huán)境，0.25～0.5之間為咸水環(huán)境，>0.5為超咸水環(huán)境，本區(qū)樣品伽馬蠟烷/C30藿烷平均值為0.225，反映主要沉積環(huán)境為淡水環(huán)境(見(jiàn)圖11～12)。

圖11 鷹嘴砬子組烴源巖萜烷(m/z 191) 譜圖

圖12 鷹嘴砬子組烴源巖甾烷(m/z 217)譜圖

綜合前人的研究評(píng)價(jià)本區(qū)沉積環(huán)境，為弱氧化—弱還原淡水深湖—半深湖環(huán)境。

4 結(jié) 論

1)柳河盆地鷹嘴砬子組烴源巖TOC反映有機(jī)質(zhì)豐度中等，干酪根鏡檢和H/C、O/C關(guān)系反映有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為Ⅰ-Ⅱ2型，RO值、Tmax和ααα-C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)關(guān)系反映有機(jī)質(zhì)處于成熟—高成熟階段，為良好烴源巖。

2)烴源巖飽和烴色譜—質(zhì)譜C27-C28-C29規(guī)則甾烷呈“L”型分布，指示本區(qū)母質(zhì)來(lái)源主要為水生生物(如浮游植物和藻類(lèi))，陸源高等植物也有少量貢獻(xiàn)，有機(jī)質(zhì)主要為腐泥型，為良好的生油母質(zhì)。

3)烴源巖飽和烴低碳數(shù)正構(gòu)烷烴占優(yōu)勢(shì)，Pr/Ph在1～2之間，Ts/(Tm+Ts)在0.5左右，伽馬蠟烷/C30藿烷在0.23，反映出本區(qū)沉積環(huán)境主要為弱還原淡水沉積環(huán)境。

4)柳河盆地鷹嘴砬子組有良好生油氣潛力，可能為主力烴源巖，有一定的勘探價(jià)值。