林西县官地剖面林西组烃源岩生物标志化合物特征

2016-12-05孙鹏唐友军

长江大学学报(自科版) 2016年32期

关键词：藿烷林西甾烷

孙鹏，唐友军

(长江大学资源与环境学院，湖北武汉 430100)

张永生，彭渊

(中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

林西县官地剖面林西组烃源岩生物标志化合物特征

孙鹏，唐友军

(长江大学资源与环境学院，湖北武汉 430100)

张永生，彭渊

(中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

林西组(P3l)是松辽盆地外围勘探的重要层位，以林西县官地剖面样品为研究对象，对其有机质生源构成、沉积环境、成熟度进行了探讨。P3l烃源岩饱和烃气相色谱呈现出单峰型、前峰态，其主峰碳为C23，表明烃源岩有机质来源主要为混合有机质；Pr/Ph(姥鲛烷/植烷)介于0.04～0.26，呈现出植烷优势，指示强还原的沉积环境；P3l烃源岩以C23三环萜烷作为主峰，三环萜烷含量丰富，藿烷/甾烷介于0.6～1.0 (平均0.84)，揭示细菌和藻类对有机质的贡献呈现出均势；检测到了一定含量的伽马蜡烷，其值介于0.12～0.16(平均0.14)，说明应为微咸水-半咸水环境；甾烷系列中以C27甾烷分布占优势为特征，C27甾烷/ C29甾烷为1.13，说明烃源岩母质的生源构成以低等水生生物藻类来源为主；同时检测到一定含量的甲藻甾烷，说明P3l曾受到过海侵。

官地剖面;林西组；烃源岩；生物标志化合物

近年来，随着中国地质调查局对松辽盆地及外围地区上古生界油气基础地质调查的深入，林西组(P3l)烃源岩单层厚度大、分布广的特征逐渐为人们所认识。前人[1～6]对P3l烃源岩进行了岩石热解、有机碳、干酪根元素、镜质体反射率等测试分析，综合各项指标认为，P3l烃源岩主要为中等-好烃源岩，有机质类型为Ⅱ1型，达到高-过成熟演化阶段。但从生物标志化合物的角度进行相关分析的认识较少。目前，对P3l的沉积环境尚存一定争议：黄本宏[7]认为在晚二叠世为陆相沉积；朱如凯等[8]发现了淡水双壳类化石与相关的植物类化石，认为P3l的沉积环境为浅湖相；余中和[9]则认为P3l早期应为海相沉积，到了晚期逐步演变成海陆交互相；张永生等[10]在P3l发现了具有代表性的海相化石，认为其应为海相沉积。鉴于此，笔者在对P3l建组位置林西县官地剖面详细观测的基础上，采用气相色谱、色谱-质谱技术，从生物标志化合物角度入手，剖析P3l烃源岩生物标志化合物分布特征，解译其蕴含的有机质生源、沉积环境、有机质热演化程度等方面的信息，以求从生物标志化合物角度佐证P3l的沉积环境[11～15]。

1 样品与试验分析

该次研究样品采于林西县官地剖面P3l，其剖面位于林西县官地镇大井村-翟家沟，起点坐标: 43°41′42″N，118°15′11″E，终点坐标:43°45′07″N, 118°05′23″E。剖面具体位置及岩性特征见文献[14]。共采集7件暗色泥岩样品，分别做了岩石热解、有机碳、氯仿抽提、族组成分离、饱和烃色谱、饱和烃色谱-质谱等分析，上述试验分析的条件参见文献[15]。

2 样品基础地球化学特征

该次采集的暗色泥岩样品主要位于P3l的一、二段。测试结果表明，7件样品总有机碳质量分数(w(TOC))分布在0.41%～1.17%之间(平均0.87%)，氯仿沥青“A”质量分数(w(“A”))分布在0.0038%～0.0118%之间。因为露头样品受风化作用影响，生烃潜量较低。从w(TOC)来看，除1件样品未达到烃源岩标准外，其他6件均达到了中等-好烃源岩标准。

3 样品生物标志化合物特征

3.1 正构烷烃与类异戊二烯烷烃

正构烷烃的分布特征可用来判识烃源岩的有机质来源和成熟度，以主峰和奇偶优势为主要分析依据；类异戊二烯烷烃则是一类能指示有机质来源和沉积环境的生物标志化合物[11～15]。图1显示P3l烃源岩饱和烃气相色谱峰型为单峰型、前峰态，主峰碳为C18或C19，轻重比介于0.61～1.20之间(表1)，Pr/Ph(姥鲛烷/植烷)为0.04～0.26，具有明显的植烷优势，指示P3l为强还原的沉积环境；同时由图2可以判断P3l烃源岩有机质类型为Ⅱ1型。

表1 林西县官地剖面P3l烃源岩饱和烃色谱参数表

注：CPI为碳优势指数；OEP为奇偶优势。

图1 林西县官地剖面P3l部分烃源岩饱和烃气相色谱图

图2 林西县官地剖面P3l烃源岩Pr/nC17与Ph/nC18散点图

3.2 长链三环萜烷和四环萜烷

长链三环萜烷和四环萜烷系列是一类重要的生物标志化合物，在不同性质烃源岩中，其分布、组成特征及浓度变化存在着显著差异。三环萜烷主要由微生物细胞膜中三环类异戊二烯醇形成，可能与某些菌藻类有一定的成因联系[11]；丰富的四环萜烷系列常认为与煤系烃源岩有着密切的关系[16]。从图3中可以看出，林西县官地剖面P3l烃源岩长链三环萜烷含量较为丰富，碳数组成为C19～C30，其中以C23三环萜烷为主峰，C24四环萜烷与C26三环萜烷呈现均势，暗示其有机质来源主要为细菌类。

3.3 五环三萜系列

五环三萜系列包括藿烷系列和非藿烷系列，其中藿烷系列在生油岩提取物与原油中普遍存在，是指示细菌生源输入的生物标志化合物[18]；在非藿烷中，伽马蜡烷参数是判断咸水沉积环境的指标，高含量的伽马蜡烷往往存在于强还原和超盐度沉积环境下形成的烃源岩和原油中，也是水体分层的标志[19]。

官地剖面P3l烃源岩藿烷系列碳数分布较全，其主峰为17α(H)、21β(H)-C30藿烷，C31～C35藿烷丰度依次降低(图3)。三环萜烷/五环三萜介于2.02～2.68之间(图4)，说明有机质成熟度较高。在非藿烷系列中，检测到一定含量的伽马蜡烷，伽马蜡烷/C30藿烷分布在0.12～0.16之间(平均0.14)(图4)，表明官地剖面P3l烃源岩存在于半咸水-强还原环境。

图3 林西县官地剖面P3l部分烃源岩萜烷类化合物分布图

3.4 甾烷系列

甾烷类化合物的组成和分布特征受有机质输入的影响，因此可以用来判识烃源岩的有机质来源和成熟度，以C27、C28和C29规则甾烷的相对质量分数、重排甾烷(C2920S/(20S+20R)、C29ββ/(ββ+αα))等为主要分析参数[20]。

图4 林西县官地剖面P3l烃源岩五环三萜系列比值柱状图

从图5中可以看出官地剖面P3l烃源岩呈现出孕甾烷、升孕甾烷、C27甾烷丰度较高的特征，显示其母质来源以低等水生藻类为主。甾烷与藿烷的比值可表征藻类和高等植物与细菌对烃源岩源岩的贡献。所分析的7件样品甾烷与藿烷比值为1.14～1.31之间(图6)，表明藻类和高等植物贡献略高于细菌的贡献。

图5 林西县官地剖面P3l部分烃源岩甾烷类化合物分布图

图6 林西县官地剖面P3l烃源岩甾烷/藿烷柱状图

在该次的研究中检测到了一定含量的甲藻甾烷(图7)。根据前人的研究表明[21～23]，甲藻甾烷可以作为典型的海相沉积环境的标志物，同时甲藻甾烷也可作为海侵指相标志物。针对区内所存在的争议，并不能通过所检测出甲藻甾烷而断定P3l为海相沉积环境，其曾遭受过海侵是可以确定的。

图7 林西县官地剖面P3l烃源岩甲藻甾烷分布图

图8 林西县官地剖面P3l烃源岩Ts/(Ts+Tm)和C2920S/(20S+20R)散点图

4 成熟度特征

随着热演化程度的增加，一些特殊的生物标志化合物会向稳定的热力学构型转化，因此利用各异构体比值可获得相关成熟度方面的信息。如甾烷系列中20R构型向20S构型转化，14α(H)、17α(H)构型向14β(H)、17β(H)构型转化，藿烷类Ts向Tm转化等，但仅适用于未熟到成熟阶段[11～13]。

官地剖面P3l烃源岩甾烷异构化成熟度参数C2920S/(20S+20R)分布在0.45～0.53之间(平均0.48)，已近平衡终点；Ts/(Ts+Tm)介于0.49～0.51(平均0.50)，表明烃源岩已达到成熟阶段(图8)。

5 结论

1)内蒙古东部林西县官地剖面P3l烃源岩饱和烃气色谱以单峰型、前峰态分布，主峰碳为C23，Pr/nC17、Ph/nC18关系图揭示其有机质来源为Ⅱ1型；藿烷/甾烷介于1.14～1.31之间，表明细菌和藻类对有机质的贡献处于均势；甾烷系列中以C27甾烷丰度较高为特征，C27甾烷/C29甾烷为1.30～1.54，显示其母质来源以低等水生藻类为主。

2)P3l烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷分布于0.12～0.16(平均0.14)，说明烃源岩形成于微咸水-半咸水环境；Pr/Ph主要介于0.04～0.26，植烷优势较明显，指示为强还原的沉积环境。检测到一定含量的甲藻甾烷，说明P3l经历过海侵。

3)P3l烃源岩甾烷异构化成熟度参数C2920S/(20S+20R)分布在0.45～0.53之间(平均0.48)，已近平衡终点值；Ts/(Ts+Tm)介于0.49～0.51(平均0.50)，表明烃源岩已达到成熟阶段。

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