石 蕾，宗文明，孫求實，郜曉勇，李永飛，孫守亮，張 濤

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽 110034

0 引言

中—新元古代時期由于發(fā)生了地球歷史上巖石圈的劇烈運動以及氣候環(huán)境的極端異常變化，成為了一段非常獨特的地質(zhì)時期.在元古宙初期，大氣中氧含量總體偏低，以發(fā)育藍細菌、藻類等低等生物為主.到新元古代末期，大氣中的含氧量大量增加，促進了多細胞生物加快演化，動物開始在地球上出現(xiàn)，地球-生命系統(tǒng)（Earth-Life System）發(fā)生了革命性轉(zhuǎn)折，并且在這個時期形成了今天地球各大陸的核心［1-5］.中—新元古代的研究也因此成為當今地球科學領域多學科交叉綜合研究的前沿.在全球范圍內(nèi)據(jù)不完全統(tǒng)計，已有十多個國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)中新元古界原生油氣與油氣藏.在20 世紀70 年代，中國學者們在對燕山地區(qū)冀北拗陷的石油地質(zhì)勘查過程中，在元古宇中共發(fā)現(xiàn)了32 處液體油苗與固體瀝青，具有大量潛在的中—新元古界油氣資源［6-9］.

油氣地球化學中的生物標志化合物一般是指原油（煤）或沉積有機質(zhì)中源于活的生物體，在演化過程中沒有或較少發(fā)生變化具有一定的穩(wěn)定性，基本保存了原始碳骨架的特征，能夠被識別和追蹤其原始先質(zhì)的碳骨架的化合物，具有特殊的標志性意義.因其分子結構的特殊性、復雜性，生物標志化合物在石油地質(zhì)研究領域主要應用在以下幾個方面［10-11］：1）指示有機質(zhì)的生物來源特征；2）指示有機質(zhì)的沉積環(huán)境；3）反映有機質(zhì)的成熟演化特征；4）為油氣源提供對比指標；5）分析油藏原油的次生作用程度.另外在野外露頭樣品研究中，生物標志化合物蘊藏的信息能較準確地反映有機質(zhì)的來源、沉積環(huán)境與熱演化［11］.

2016—2018 年期間，中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心“松遼外圍南部盆地群油氣基礎地質(zhì)調(diào)查”項目組對凌源-寧城盆地開展了基礎地質(zhì)工作，初步查明本區(qū)在中—新元古界發(fā)育5 套烴源巖.鐵嶺組中下部發(fā)育大段的黑色及灰色泥巖、黑色頁巖，但鮮有從生物標志化合物角度探討鐵嶺組源巖性質(zhì)的報道.本文以鉆探巖心及野外露頭獲得的第一手數(shù)據(jù)，剖析其生物標志化合物分布特征，探討有機質(zhì)來源、沉積環(huán)境、熱演化程度等，為遼西拗陷中—新元古界鐵嶺組油氣地質(zhì)條件的研究提供支撐.

1 地質(zhì)概況

凌源-寧城盆地行政區(qū)域上北臨內(nèi)蒙古自治區(qū)喀喇沁旗，南接河北省青龍縣，西靠河北省平泉縣，東部與遼寧省建昌縣比鄰.在大地構造區(qū)劃上，盆地位于燕遼裂陷帶東南段，是隸屬于華北克拉通的活動構造單元.其北為內(nèi)蒙地軸，南為華北平原.區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期強烈的地殼運動，區(qū)域地質(zhì)構造復雜.凌源-寧城盆地地層發(fā)育完整，中新元古界下馬嶺組、鐵嶺組、洪水莊組等地層廣泛分布，這些層系被認為是該盆地主要烴源巖［7，12-13］.凌源-寧城盆地被多條深大斷裂和次級斷裂切割成6 個構造單元，從北到南分別為寧城斷陷區(qū)、黃土梁子斷陷區(qū)、三十家子斷陷區(qū)、牛營子凹陷區(qū)、老虎洞凹陷區(qū)和刀爾登凸起區(qū)，總面積約為6 600 km2（圖1）.

圖1 凌源-寧城盆地地質(zhì)構造圖Fig.1 Geological and structural map of Lingyuan-Ningcheng Basin

遼凌地2 井（LLD2）位于凌源-寧城盆地老虎洞凹陷內(nèi)，該井為全進取心的地質(zhì)調(diào)查井（圖2），鉆遇地層：0～7.5 m 為第四系（Q）；7.5～380 m 為中元古界薊縣系鐵嶺組（Jxt），380～496 m 為中元古界薊縣系洪水莊組（Jxh），496～937 m 為中元古界薊縣系霧迷山組（Jxw），937～948 m 為中元古界薊縣系楊莊組（Jxy），948～978.9 m 為輝綠巖，未見底.剖面P1701 位于凌源市三十家子鎮(zhèn)孟家窩鋪村，總厚度570 m，為洪水莊組-鐵嶺組實測地層剖面；剖面P1702 位于凌源市燒鍋地村南部，總厚度460 m，為霧迷山組-鐵嶺組實測地層剖面.

圖2 遼凌地2 井鐵嶺組巖性柱狀圖Fig.2 Lithological column of Tieling Formation in LLD2 well

2 樣品與實驗分析

本次在鐵嶺組共采集12 件樣品分別來自P1701剖面4 件、P1702 剖面1 件、遼凌地2 井7 件，樣品詳細信息見表1.對12 件樣品分別進行氯仿抽提、族組成分離、飽和烴色譜、飽和烴色譜-質(zhì)譜等分析.上述實驗分析均在長江大學地球化學教育部重點實驗室完成.

表1 鐵嶺組樣品基本信息Table 1 Basic information of the samples from Tieling Formation

3 地球化學特征

P1701 剖面樣品總有機碳（TOC）主要分布于0.21%～0.82%之間，平均值0.47%.LLD2 井樣品TOC主要分布于0.53%～0.94%之間，平均值0.70%（表2）.總體看來，鐵嶺組樣品有機質(zhì)豐度較低，多為差烴源巖，LLD2 井烴源巖品質(zhì)優(yōu)于P1701 剖面和P1702 剖面，其中風化作用可能對P1701 剖面和P1702 剖面樣品的有機地化參數(shù)存在一定影響.P1701 剖面樣品等效鏡質(zhì)體反射率值（Ro）主要分布于1.45%～1.62%之間，平均值1.54%.LLD2 井樣品Ro主要分布于2.08%～2.18%之間，平均值2.13%，有機質(zhì)熱演化處于高—過成熟演化階段.

表2 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖地球化學分析數(shù)據(jù)Table 2 Geochemical data of the source rocks from Tieling Formation in Lingyuan-Ningcheng Basin

4 生物標志化合物特征

4.1 正構烷烴和無環(huán)異戊二烯類烷烴

正構烷烴廣泛分布于細菌、藻類和高等植物的生物體內(nèi)，其分布與組成特征能提供烴源巖有機母質(zhì)來源和成熟度方面的信息.無環(huán)異戊二烯類烷烴的生源和成因具有多樣性，小于或等于C20的規(guī)則類異戊二烯烷烴主要來自于植醇［10，14-15］.本次研究的鐵嶺組樣品擁有完整的正構烷烴、姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph）等化合物，但受生物降解作用的影響，P1701 剖面鐵嶺組正構烷烴低碳數(shù)部分基本缺失，部分參數(shù)失去意義，比如輕重比、峰型和主峰碳數(shù)等.LLD2 井鐵嶺組烴源巖正構烷烴保存較好，因此其正構烷烴參數(shù)可信.本次樣品輕重比∑nC21-/∑nC22＋變化很大，主要分布于1.25～4.18 之間，平均值2.02.主峰碳多為nC18，部分為nC17，多為前單峰型（圖3），反映鐵嶺組樣品為低等生物貢獻.Pr/nC17-Ph/nC18交匯圖圖4 指示有機質(zhì)來源以腐泥型為主.并含少量腐殖型，即有機質(zhì)類型為Ⅰ型及Ⅱ1型.P1701 剖面Pr/Ph 比值均小于0.5，LLD2 井Pr/Ph 比值分布于0.30～0.75，平均值0.46，Ph 優(yōu)勢明顯（圖5），指示為強還原的沉積環(huán)境，少部分為還原環(huán)境.

圖3 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖飽和烴氣相色譜圖Fig.3 Saturated hydrocarbon gas chromatogram of the source rocks in Tieling Formation

圖4 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖Ph/nC18 與Pr/nC17 相關圖Fig.4 The Ph/nC18-Pr/nC17 diagram of source rocks in Tieling Formation

圖5 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖Pr/Ph 比值分布直方圖Fig.5 The Pr/Ph distribution histogram of source rocks in Tieling Formation

4.2 長側(cè)鏈三環(huán)萜烷和四環(huán)萜烷

一般側(cè)鏈三環(huán)萜烷具有菌藻類微生-物生源，四環(huán)萜烷系由細菌起源的藿烷類降解形成［10，16］.凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖長側(cè)鏈三環(huán)萜烷較豐富，碳數(shù)組成為C19—C30，以C23三環(huán)萜豐度高為特征.不同深度樣品中化合物的分布存在一定的差異.C24四環(huán)萜烷豐度與C26三環(huán)萜烷豐度相當，指示有機質(zhì)來源以細菌類為主（圖6）.

圖6 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖萜烷系列分布圖Fig.6 Terpanes series distribution of the source rocks in Tieling Formation

4.3 五環(huán)三萜烷系列

五環(huán)三萜烷系列碳數(shù)主要分布范圍為C27—C35，重要的萜烷有藿烷類、伽馬蠟烷、奧利烷等，其中藿烷類主要來源于原核生物或細菌，伽馬蠟烷則被當做沉積水體鹽度與分層的標志，為咸水、還原環(huán)境的標志物［17］.

鐵嶺組烴源巖中藿烷系列化合物總體上以C30藿烷占絕對優(yōu)勢，C31以上化合物較低，且隨碳數(shù)增高呈遞減型分布（圖6），是碎屑巖有機質(zhì)來源的典型特征.P1701 剖面鐵嶺組烴源巖中伽馬蠟烷指數(shù)（Ga/C30H）分布于0.00～0.18，平均值0.12.LLD2 井鐵嶺組烴源巖中Ga/C30H 分布于0.21～0.35，平均值0.25（表2），整體反映出鐵嶺組烴源巖形成于微咸—半咸水環(huán)境.

Ts/Tm（18αH-22，29，30-三降藿烷/17αH-22，29，30-三降藿烷）豐度比隨有機質(zhì)熱演化程度增高而升高，常用于評判相同沉積環(huán)境下有機質(zhì)成熟度的高低.鐵嶺組烴源巖Ts/Tm 豐度比為0.54～1.19（表2），平均值0.88，表明烴源巖熱演化程，度較高，與樣品測試Ro值評判有機質(zhì)成熟度已達到高—過成熟階段吻合較好.

4.4 甾烷系列

甾烷來源于真核生物中的甾醇，水生藻類和高等植物中均含有其先質(zhì)物.受有機質(zhì)輸入的影響，甾烷碳數(shù)的分布可用來指示物源.C27甾烷主要來源于水生藻類，而C29甾烷主要來源于高等植物，C28甾烷通常在咸水湖湘中含量較高［10，16-17］.凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖C27-C29規(guī)則甾烷呈現(xiàn)C27甾烷占優(yōu)勢的“L”型，即C27甾烷豐度較高，說明生烴母質(zhì)的來源是以低等水生生物輸入占優(yōu)勢的有機質(zhì)為特征（圖7）.根據(jù)C27-C28-C29甾烷相對含量有機質(zhì)劃分圖［10，18］，可以看出凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主，且為開闊海環(huán)境的低等生物輸入（圖8）.

圖7 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖甾烷系列分布圖Fig.7 Steranes series distribution of the source rocks in Tieling Formation

圖8 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖C27-C28-C29ααα（R）構型甾烷相對質(zhì)量分數(shù)三角圖Fig.8 The triangular diagram for C27-C28-C29ααα（R）sterane distribution of the source rocks in Tieling Formation

甾烷與藿烷的比值可指示真核生物，低的甾藿比意味著低等生物藻類的貢獻相對較低，而細菌等微生物的貢獻相對較大［10］.凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖甾烷與藿烷的含量比值主要分布于0.24～0.59 之間，平均值0.42（圖9），表明低等生物藻類的貢獻相對較低，而細菌等微生物的貢獻相對較大，也反映出烴源巖在早期成巖階段可能經(jīng)歷了較強烈的細菌改造作用而有利于腐殖型有機質(zhì)發(fā)生腐泥化，從而增強其生烴潛力［10，19-20］.

圖9 凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖甾烷/藿烷分布圖Fig.9 Sterane/hopane distribution histogram of the source rocks in Tieling Formation

5 結論

通過對凌源-寧城盆地鐵嶺組烴源巖的生物標志化合物特征及所揭示的母質(zhì)來源、沉積環(huán)境、成熟度等方面的地質(zhì)意義剖析，得出以下幾點認識.

（1）鐵嶺組烴源巖具有長側(cè)鏈的三環(huán)萜烷豐度高、伽馬蠟烷含量高和C27甾烷分布占優(yōu)勢的生物標志物組合特征.

（2）鐵嶺組烴源巖伽馬蠟烷比值介于0.10～0.31，平均值為0.19，說明鐵嶺組烴源巖形成于微咸水—半咸水環(huán)境；Pr/Ph 比值主要介于0.16～0.73 之間，植烷優(yōu)勢較明顯，指示為強還原的沉積環(huán)境，少部分為還原環(huán)境.

（3）Pr/nC17、Ph/nC18表明有機質(zhì)來源以混合有機質(zhì)為主；Ts/Tm 比值為0.54～1.19，平均值為0.88，表明烴源巖熱演化程度較高；飽和烴氣色相以“前峰型”的單峰分布為主，主峰碳以C18和C17為主，甾烷/藿烷比值介于0.24～0.59 之間，平均值0.42，C27甾烷豐度較高呈現(xiàn)占優(yōu)勢的“L”型，表明生烴母質(zhì)生源構成是低等水生生物來源，并且細菌等微生物的貢獻比低等生物藻類的貢獻大.