舒豫川，胡廣，龐謙，胡朝偉，夏青松，譚秀成

（西南石油大學地球科學與技術學院，四川 成都 610500）

近年來，在咸湖相碳酸鹽油氣地質理論和三維地震攻關技術的助推下，柴達木盆地英西地區(qū)古近系鹽下油氣勘探獲得重大突破，多口鉆井在下干柴溝組上段鹽間和鹽下湖相碳酸鹽巖中獲得了日產超千噸的高產油氣流，揭示了柴達木盆地古近系沉積體系所具有的巨大油氣勘探潛力。但由于勘探程度較低，目前對英西地區(qū)古近系深層咸化湖盆沉積特征、巖相類型、成巖作用、成儲機理和成藏規(guī)律研究薄弱，對深層勘探潛力與成藏條件、油氣高產富集主控因素與分布規(guī)律的認識還不成熟。為此，本文通過對英西下干柴溝組上段烴源巖開展有機巖石學及有機地球化學研究，探討了柴達木盆地英西地區(qū)的沉積環(huán)境和生烴潛力，以揭示咸湖相烴源巖的發(fā)育特征和成藏規(guī)律，指導實際勘探開發(fā)工作。

1 地質背景

柴達木盆地位于中國西部的青藏高原北部，西部與阿爾金山毗鄰，南抵昆侖山，北接祁連山，是一個大型陸相含油氣盆地［1］。新生代以來，由于青藏高原持續(xù)隆升，使得盆地內部產生了極其復雜的構造，發(fā)育了大量的斷裂系統(tǒng)，在阿爾金左走滑斷裂和東昆侖左走滑斷裂的控制下，形成了現(xiàn)今的盆地構造面貌［2］。英西地區(qū)位于柴達木盆地西部坳陷區(qū)獅子溝-英雄嶺構造帶的西北端，東部和南部分別與干柴溝構造、英中地區(qū)油砂山構造相接，向西延伸至紅柳泉斜坡，北到犬牙溝。英西地區(qū)構造形態(tài)為北緩南陡的弧形背斜（見圖1），南北寬 7～8 km，東西長 24 km［3］。

圖1 柴達木盆地西部英西地區(qū)構造位置

自早喜馬拉雅運動開始，柴達木盆地內的氣候發(fā)生了劇烈變化，沉積環(huán)境、盆地演化以及構造格局受到了重要影響，湖盆封閉，氣候干寒［4］。英西地區(qū)古近紀下干柴溝組上段沉積時期氣候干旱，蒸發(fā)作用強，湖盆水體表現(xiàn)出半咸—咸水性質；與此同時，三角洲充足的陸源輸入使得英西地區(qū)礦物成分復雜多樣，表現(xiàn)為典型的咸化湖盆特征。由于不同時期的構造擠壓具有明顯的差異，研究區(qū)內發(fā)育有明顯的隆洼相間的古地形，整體處于半深—淺湖沉積環(huán)境（見圖2），同時發(fā)育有蒸發(fā)坪及少量灘壩沉積［5］。英西地區(qū)古近系發(fā)育有2套地層，自下向上為路樂河組和下干柴溝組。其中，主力烴源巖層系為下干柴溝組［6-7］，表現(xiàn)為陸源碎屑、黏土和碳酸鹽混合共生的特征［8］。

圖2 研究區(qū)沉積相與井位分布

2 樣品和實驗分析方法

2.1 樣品

樣品共計25件，均為英西地區(qū)下干柴溝組上段E3巖心樣品（見表1）。為了避免樣品本身受到的污染對測試結果造成影響，所有樣品在分析前均用蒸餾水反復清洗并烘干。

表1 英西地區(qū)下干柴溝組上段樣品來源

2.2 實驗分析方法

1）干酪根鏡檢。將新鮮的樣品碎裂成黃豆大小，并置于冷水和溫水中交替浸泡2～3次作為預處理。先后加入一定量的稀鹽酸和氫氟酸以去除樣品中的碳酸鹽、硫化物、堿性化合物和硅酸鹽類，最后使用蒸餾水洗滌、沉降，直至溶液成中性。將經過處理所得的樣品制作成薄片以進行有機巖石學顯微觀察，將制作完好的薄片置于Nikon LHS2H100C21型光學顯微鏡下，分別在白光和由藍光激發(fā)的熒光模式下進行觀測。

2）總有機碳測定。參照標準GB/T 19145—2003對沉積巖中總有機碳進行測定，使用儀器為碳硫分析儀。分析前將所有新鮮樣品研磨至100目左右，并將研磨之后的粉末用適當濃度的鹽酸處理24 h，再加以離心、烘干,去除無機碳。

3）巖石熱解分析。參照國家標準GB/T18602—2012，對樣品進行熱解分析。分析在Rock-EVAL6熱解儀中進行。分析前先選取新鮮樣品研磨至100目以下，將樣品置于He氣中以300°C恒溫加熱3 min，得到表示游離烴的S1值；將熱解爐溫度以25°C/min的速率從300°C升溫到600°C，得到表示熱解烴的S2值，S2峰值最大時的加熱溫度即為熱解峰溫Tmax；進一步加熱到390°C，此時分解的CO2表示為S3值。最后計算氫指數、氧指數和產率指數：

式中：IH，IO分別為氫指數和氧指數，mg/g；IP為產率指數；S1，S2，S3分別為巖石中游離烴、裂解烴和 CO2的質量分數，mg/g；TOC為總有機碳質量分數，%。

4）干酪根碳同位素值（δ13C）測定。參照國家標準GB/T 18340.2—2010《地質樣品有機地球化學分析方法第二部分：有機質穩(wěn)定碳同位素測定——同位素質譜法》進行測定。分析在DELTAPLUSV穩(wěn)定同位素質譜儀上進行，碳同位素組成的記錄使用V-PDB作為標準。

5）氯仿瀝青“A”及族組分測定。參照標準SY/T 5118—2005《巖石中氯仿瀝青的測定》和SY/T 5119—2008《巖石中可溶有機物及原油族組分分析》進行測定。將新鮮樣品研磨至120目，用二氯甲烷與甲醇的混合溶劑（93∶7）按索氏法抽提72 h；將得到的抽提物蒸發(fā)濃縮，去除溶劑，得到的剩余抽提物即為氯仿瀝青“A”。將濃縮后的氯仿瀝青“A”加入正己烷，震蕩混合，靜置過夜，待其沉淀，過濾得到瀝青質。將剩余抽提物用硅膠和氧化鋁（2∶1）進行柱層析，分別用正己烷、正己烷和二氯甲烷（2∶1）、甲醇，分離出飽和烴、芳烴、非烴組分。對分離出的飽和烴組分依照國家標準GB/T 18606—2001《氣相色譜-質譜法測定沉積物和原油中生物標志物》進一步進行生物標志化合物分析，包括氣象色譜（GC）和色譜-質譜（GC-MS）分析。分析在 5973I色譜質譜儀中進行。

6）鏡質組反射率測定。選取5個樣品進行鏡質組反射率（Ro）測定，測定時使用裝有藍紫色光源的Nikon顯微鏡和油浸鏡頭，將多次讀數的平均值作為最終測定的Ro值。

3 結果與討論

3.1 有機巖石學特征

光學顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖的顯微有機組分包括無定形體和惰質體（見圖3），并以無定形體為主。

圖3 英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖顯微照片

2類顯微組分特征具體表現(xiàn)為：

1）無定形體。樣品中可觀察到大量的腐殖無定形體（見圖3a，3b），其干酪根薄片在透射光下表現(xiàn)為深黃—淺棕色，形狀主要為絮狀，可見植物殘跡；藍光下多呈現(xiàn)為黃褐—褐色（熒光照片顯示微弱，本文省略），生油能力明顯弱于腐泥無定形體，主要顯微有機組分屬于Ⅱ型干酪根。一般認為，無定形體來自浮游藻類、浮游低等生物的分解產物，其生烴潛力與Ⅰ型干酪根相當。近年來的研究成果表明，不同來源成因的無定形體實際成烴能力相差很大，除去浮游藻類，無定形體的組成部分還可能是細菌、動物遺體及高等植物［9］。

2）惰質體。惰質體的原始母質是由木質組織經過凝膠化作用、氧化作用或絲炭化作用而形成［10］。在觀察的樣品中檢測到少量惰質體（見圖3c），在透射光下表現(xiàn)為黑色，無熒光，形狀表現(xiàn)為邊緣平滑的不規(guī)則狀。

3.2 沉積環(huán)境

姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph）由植醇演化而來，后者起源于光合生物中葉綠素a和紫硫細菌葉綠素a或b的植基側鏈［11］，植醇在還原環(huán)境下形成植烷，在氧化環(huán)境形成姥鮫烷。一般認為，Pr/Ph（即姥鮫烷與植烷質量分數之比，以下烷、烴、碳類比值均為質量分數之比）大于3反映氧化環(huán)境，而小于1反映還原環(huán)境［12］。

由表2可知，樣品Pr/Ph變化范圍為0.218～0.743，為典型的還原環(huán)境沉積特征。

表2 樣品的正構烷烴和類異戊二烯烴類參數

升藿烷C31—C35來自細菌藿四醇和其他原核生物體內多官能團C35藿烷類化合物［13］。樣品中檢測出較多升藿烷類化合物（C31—C35）（見圖4、表3），C35升藿烷指標及C35S/C34S值表明沉積環(huán)境為缺氧還原環(huán)境［14］。伽馬蠟烷來源于四膜蟲醇［15］，出現(xiàn)于海相或鹽湖相等高鹽度環(huán)境中［16］，高伽馬蠟指數 GI（伽馬蠟烷/C30藿烷）表示沉積期間的高度還原和高鹽度條件［13］。樣品檢測出大量的伽馬蠟烷，GI范圍在0.19～0.89（見表3），這表現(xiàn)出咸水環(huán)境的沉積特征。

圖4 下干柴溝組上段樣品氣相色譜和色譜-質譜特征

表3 樣品的萜烷類生物標志化合物參數

綜上所述，柴達木盆地英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖沉積于鹽度較高的缺氧還原環(huán)境中。

3.3 生烴潛力

3.3.1 有機質豐度

表征有機質豐度的參數包括總有機碳質量分數TOC、氯仿瀝青“A”質量分數、巖石熱解生烴潛量PG（S1+S2）等。

此前關于咸化湖盆的研究認為，其烴源巖TOC一般在0.2%～0.6%，平均低于0.5%，相關的咸化湖盆烴源巖TOC評價標準遠低于正常湖相烴源巖。然而，有關資料表明，咸化湖盆中可以發(fā)育高有機質豐度的烴源巖，如渤海灣盆地沙河街組四段上亞段，其TOC值一般在1.5%～4.5%［16］。而由表4可知，英西地區(qū)下干柴溝組上段樣品總有機碳質量分數在0.31%～1.49%，平均值為0.82%。其中，TOC大于0.5%的樣品有11個，占84.6%。若以文獻［17］定義的咸湖相效烴源巖的TOC下限0.5%為依據，則英西地區(qū)下干柴溝組上段有效烴源巖比率為84.6%。

表4 樣品的有機地球化學參數

根據標準SY/T 5735—1995《陸相烴源巖地球化學評價方法》，達到好烴源巖標準的氯仿瀝青“A”質量分數為 1 000×10-6～2 000×10-6。 而所測樣品氯仿瀝青“A”質量分數在 562.16×10-6～2 999.65×10-6，平均值為1 619.59×10-6，其中，樣品S46-160達到很好烴源巖標準（大于2 000×10-6），顯示英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖為有效、好的烴源巖。

樣品的游離烴S1范圍在0.07～1.33 mg/g，熱解烴S2范圍在0.07～4.67 mg/g，生烴潛量PG范圍在0.21～5.93 mg/g，平均值為3.40。按照SY/T 5735—1995陸相烴源巖評價標準，英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖屬于中等烴源巖（2～6 mg/g）。

由總有機碳質量分數、氯仿瀝青“A”質量分數、巖石熱解生烴潛量可知，英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖的有機質豐度一般。

3.3.2 有機質來源及類型

有機質的來源決定了有機質類型，而后者又對烴源巖的生烴潛力和生油氣性有重要影響［18］。

通過光學顯微鏡觀察，確定干酪根中不同顯微組分的質量分數，采用T指數法計算可得出干酪根類型（T=（100A+50B-75C-100D ）/100，其中 A，B，C，D 分別為腐泥組、殼質組、鏡質組和惰質組組分質量分數）。由表5可知，所觀察樣品有機質類型指數在-1.25～41.25，類型包括Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型，大部分為Ⅱ2型。

表5 樣品的顯微有機組分及有機質類型

樣品的氫指數在 12.00～398.46 mg/g，平均為232.60 mg/g，氧指數在 5.12～95.00 mg/g，平均為 45.60 mg/g，顯示大多數樣品有機質類型為Ⅱ型或Ⅲ型。IHTmax圖（見圖5a）顯示樣品大部分處于Ⅱ型區(qū)域，少數處于Ⅲ型區(qū)域；對比IH-IO圖（見圖5b）可以發(fā)現(xiàn)，樣品大部分也處于Ⅱ型區(qū)域，與IH-Tmax圖一致。顯示出干酪根類型主要為Ⅱ型，少數為Ⅲ型。

圖5 研究區(qū)有機質類型分布

根據中國大陸盆地的特征，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型干酪根所對應的干酪根 δ13C 分別為-29.0‰～-27.0‰，-27.0‰～-26.0‰，-26.0‰～-22.5‰［19］，而被測樣品干酪根 δ13C 均高于-26.0‰（見表4），表現(xiàn)為Ⅲ型干酪根特征。這是由于咸化湖盆的水體為高鹽度水體，其中的碳酸鈣沉淀大于正常湖水，二氧化碳含量低于正常湖水，自養(yǎng)生物中的13C分餾作用弱于正常湖水，導致聚集的有機質穩(wěn)定碳同位素偏重。因此，英西地區(qū)下干柴組上段烴源巖碳同位素偏重與咸化湖盆的高鹽度水體有關，不能用來反映有陸相高等植物輸入。

由T指數法、IH-Tmax圖、IH-IO圖、干酪根δ13C測定數據可知，英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖有機質類型主要是Ⅱ型，少數為Ⅲ型。

在生物標志化合物特征上，生物母質來源為水生低等藻類的沉積有機質，其正構烷烴分布通常為前峰型，主峰碳數較低（通常為 nC15，nC17，nC19）；生物母質來源主要為陸生高等植物的沉積有機質，其正構烷烴通常呈后峰型，主峰碳數較高（nC27，nC29，nC31）。 所測樣品正構烷烴分布包括雙峰型和單峰型，說明有機質來源既有藻類，也有高等植物。

甾烷類的分布同樣可以用于指示有機質來源。C29甾烷可能來源于高等植物，而C27甾烷則主要指示水生低等藻類，因此分別指示陸源環(huán)境和開放的海相環(huán)境。C28甾烷與硅藻、溝鞭藻等有關，可以指示湖相環(huán)境［20］。由甾烷的 C27，C28，C29三元圖（見圖6）可以發(fā)現(xiàn)，柴達木盆地英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖有機質來源主要為浮游生物、細菌，顯示出母質來源的混合性。

圖6 甾烷 C27，C28，C29 三元圖

IPaq指數用來判斷浮游生物、藻類與陸生高等植物相對量的大小。

式中：w為正構烷烴的相對質量分數。

在降水季節(jié)性較強的湖區(qū)以及相對封閉的盆地湖區(qū)，IPaq低值指示湖泊有機質來源以陸生植物為主，湖泊水位較高；IPaq高值指示陸生植物輸入較少，菌藻類和水生植物的相對貢獻大大增加，湖泊水位較低。研究表明：當IPaq＜0.10，反映湖泊水生生物以陸源高等植物為主；0.10＜IPaq＜0.40，反映湖泊水生生物以陸生大型植物為主；0.40＜IPaq＜1.00，反映湖泊水生生物以藻類和浮游生物為主。由圖7可知，柴達木盆地英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖IPaq值介于0.60～0.81，平均為0.73，反映裂陷期烴源巖有機質母質以浮游藻類與陸生植物植物混源為主，但是，浮游藻類占據優(yōu)勢。

圖7 英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖IPaq直方圖

烴源巖正烷烴的長短組分間的比值指標ITAR可以衡量陸生和水生的來源，它可以反映以細菌、藻類為代表的低等生物輸入與陸生高等植物輸入對湖泊沉積有機質的相對貢獻，而較低的ITAR往往指示藻類、細菌等有機質的優(yōu)勢輸入。

采用ITAR來估計研究區(qū)陸源高等植物與低等水生生物在有機質中的相對比例，從而確定有機質的母質來源（見圖8）。

圖8 英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖ITAR直方圖

由圖8可知，英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖ITAR介于0.51～2.41，平均為1.06，顯示有機質母質來源以低等水生生物為主。

從甾烷類生物標志化合物參數來看，C29ααα（20R）/C27ααα（20R）為 0.70～1.68。其中：樣品 S41-1 的C29ααα（20R）/C27ααα（20R）為 0.70，顯示出母質來源為以藻類為主， 樣品 S43-161，S3-1-162，S46-160 的C29ααα（20R）/C27ααα（20R）均大于 1.30，顯示出母質來源以高等植物為主。

3.3.3 有機質成熟度

有機質的熱演化程度（成熟度）是評價烴源巖生烴潛力的重要指標之一，烴源巖只有達到適當成熟度時才會生烴。鏡質組反射率Ro、巖石熱解峰溫Tmax、產率指數IP和生物標志化合物特征均可作為有機質成熟度評價的參數。

鏡質組反射率是反映有機質成熟度的常用參數：Ro＜0.50%時的烴源巖處于未成熟階段；當Ro=0.50%時，烴源巖達到生烴門限；0.50%＜Ro＜1.30%時，烴源巖處于成熟階段，以生油為主。由圖9可知，所測樣品Ro在0.45%～0.63%，平均為0.56%，因此，研究區(qū)烴源巖成熟度為未成熟—成熟。

圖9 英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖鏡質組反射率

正構烷烴無明顯奇偶優(yōu)勢（OEP≈1）的有機質具有較高的熱演化程度［21］，而正構烷烴奇碳優(yōu)勢（OEP＞1）或偶碳優(yōu)勢（OEP＜1）的有機質一般成熟度較低。所測樣品的正構烷烴OEP值0.687～1.171（見表2）。顯示烴源巖的成熟度為未成熟—成熟。

三降藿烷的2個異構體中，Ts的穩(wěn)定性高于Tm，因而它們的Ts/Tm與有機質熱演化程度呈正相關，且這一關系在成熟度較高時仍能適用［22］。所測樣品的Ts/Tm為0.23～2.21，變化范圍較大，表明烴源巖熱演化程度不均勻。

C32升藿烷 22S/（22S+22R）在 0.50～0.54，可能表明產油的開始；達到0.57～0.62，表明已達到或超過了石油生產的主要階段。所測樣品的C32升藿烷異構體參數 C3220S/（20S+20R）為 0.52～0.56（見表3），表明有機質處于未成熟—成熟階段。

莫烷/藿烷隨著成熟度的增高而減小：高于0.80的莫烷/藿烷，表明烴源巖有機質未成熟；莫烷/藿烷在0.80～0.15，為有機質成熟的烴源巖；莫烷/藿烷低于0.15，為有機質高成熟的烴源巖。所測樣品的莫烷/藿烷為0.09～0.19（見表3），顯示出研究區(qū)樣品的有機質成熟度為低成熟—成熟。

對C29甾烷而言，它的2組異構體參數C2920S/（20S+20R）和 C29αββ/（αββ+ααα）會隨成熟度升高而增加。二者分別為0.25和0.27，為未成熟和低成熟原油的界限；二者分別為0.42和0.43，為低成熟和成熟原油的界限［23］。由表6可知，柴達木盆地下干柴溝組上段樣品 C2920S/（20S+20R） 在 0.36～0.49；C29αββ/（αββ+ααα）在0.24～0.55，表明研究區(qū)樣品的有機質成熟度在未成熟—成熟。

綜上所述，可以判斷出柴達木盆地英西地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖的成熟度為未成熟—成熟。

4 結論

1）評價柴達木盆地英西地區(qū)下干柴溝組上段咸湖相烴源巖為有效烴源巖。有機質豐度一般，TOC在0.31%～1.49%；氯仿瀝青“A”質量分數在 562.16×10-6～2 999.65×10-6。有機質類型主要為Ⅱ型干酪根，少數為Ⅲ型干酪根。有機質成熟度為未成熟—成熟。

2）生物標志化合物參數顯示柴達木盆地下干柴溝組上段烴源巖沉積于還原性較強、水體鹽度較高的缺氧湖相環(huán)境中。烴源巖生烴母質來源較為復雜，包括低等水生藻類、細菌和陸生高等植物，以低等水生生物為主。

3）柴達木盆地下干柴組上段烴源巖δ13C偏重，與咸化湖盆的高鹽度水體相關，而不能反映陸相高等植物輸入的貢獻。