冯 乔，李海斌，周海峰，王炳凯，田方正

(山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590)

准噶尔盆地东南缘西大龙口梧桐沟组—锅底坑组烃源岩地球化学特征

冯 乔，李海斌，周海峰，王炳凯，田方正

(山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590)

采用饱和烃GC-MS等地球化学测试技术，通过准噶尔盆地东南缘西大龙口梧桐沟组—锅底坑组烃源岩有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度等参数的分析，对该套烃源岩的生烃能力进行初步评价。研究表明，该套烃源岩有机质丰度中等，有机质类型为Ⅱ型、Ⅲ型；梧桐沟组—锅底坑组烃源岩中藿烷/莫烷为2.47～7.27(平均4.74)，有机质演化主体已进入成熟阶段；烃源岩中Pr/Ph为0.77～1.40(平均0.96)，表明沉积水体为弱氧化-弱还原环境；C22/C21值较低，C24/C23值较高，介于0.45～0.72之间(平均0.59)，表明该套烃源岩为湖泊相沉积；该套烃源岩有机质来源主要为陆生高等植物，同时也有水生生物。

烃源岩；地球化学特征；桐沟组—锅底坑组；二叠系；准噶尔盆地

含油气盆地烃源岩评价始终是油气勘探中较为关注的问题之一。对于烃源岩的研究多基于能产出石油与天然气的岩石特性，即岩石中有机质数量、类型和成熟度方面[1]。准噶尔盆地是我国油页岩资源量最丰富的三大盆地之一，吉木萨尔是准噶尔盆地的重点勘探区域之一。经过多年油气勘探及研究，已经积累了一些地质、地球化学及地球物理等资料[2]。王铁冠等[3]在湖相泥岩和海相碳酸盐岩生烃方面、戴金星等[4]在煤成烃方面、徐永昌等[5]在天然气地球化学方面都做了大量研究工作并取得了新的进展。另外，对于烃源岩评价方法以及测试技术方面的研究有了很大提高，梅博文等[6]在分子有机地球化学方面、邓宏文[7]等在沉积地球化学方面进行了探讨，对烃源岩的研究与评价获得了丰硕成果。

前人对吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组烃源岩的研究程度相对较高，对二叠系梧桐沟组—锅底坑组烃源岩研究相对较少。刘翠敏等[8]探讨了吉木萨尔凹陷东斜坡区梧桐沟组油气成藏，石新朴等[9]对吉木萨尔梧桐沟组进行了高分辨层序地层学研究，王厚坤等[10]对吉木萨尔梧桐沟组沉积相的划分及油气生成进行研究。本文在前人研究基础上，着重对吉木萨尔西大龙口二叠系梧桐沟组—锅底坑组烃源岩进行探讨，通过饱和烃GC-MS等测试技术进行详细的有机地球化学研究，探讨沉积环境、水介质、有机质成熟度、有机母质来源和生烃潜力。通过对烃源岩的初步评价，对该区下一步油气勘探工作具有重要指导意义。

1 地质背景

准噶尔盆地是在新疆北部古生代板块构造运动和造山作用基础上发育起来的大型陆内叠合盆地，是一个以陆相沉积为主的大型含油气盆地，吉木萨尔凹陷为准噶尔盆地重要的组成部分之一。准噶尔盆地南缘在盆地构造单元划分中归属北天山山前冲断带，凹陷南北宽30 km，东西长约60 km，面积约1 500 km2[11]。

大龙口背斜构造位于准噶尔盆地东南缘，背斜两翼地层从中二叠统芦草沟组依次过渡到上二叠统和中生界三叠系，背斜南部发育一条逆断层——大黄山断裂(图1)。具有双层基底(前寒武系结晶基底和下古生界基底)，经历了晚海西、印支、燕山和喜马拉雅4个构造运动，地层褶皱非常强烈[12-13]。其中，晚海西期运动加强了该区的凹凸构造，而印支运动继承了晚海西期的构造格局，燕山期又经历了对原盆地的叠加改造，最后到喜山运动则影响较弱。

图1 大龙口区域地质图

梧桐沟组和锅底坑组均为潮湿型滨浅湖—三角洲沉积体系：①梧桐沟组,呈厚层砂岩、含砾砂岩与泥岩互层，并夹煤线或薄煤层，含大量硅化木，可与塔尔朗沟剖面对比，砂岩中含大量水体双壳化石，化石埋藏特点类似于塔尔朗剖面的红雁池组，在梧桐沟组中发现3枚陆地动物化石，这也是生物演化史上首次出现陆地动物；②锅底坑组，为一套泥岩夹细砂岩沉积组合，属滨浅湖沉积体系，向上逐渐转化为三角洲沉积体系，中部发育一套较深水的深灰色页岩沉积，夹薄层灰岩，反映了锅底坑组由下往上水体逐渐变深又逐渐变浅的过程，生物生长繁盛，气候由潮湿逐渐转向干旱。

2 烃源岩综合评价

2.1 有机质丰度

有机质丰度是油气形成的物质基础，也是评价烃源岩质量优劣的重要依据[14]。在其他条件相近的前提下，岩石中有机质含量(丰度)越高，其生烃能力越强。衡量有机质丰度的主要指标有：总有机碳(total organic carbon,TOC)、氯仿沥青“A”等。在梧桐沟组—锅底坑组共采集了13块样品，见表1。

表1 梧桐沟组—锅底坑组烃源岩有机质丰度数据表

图2 梧桐沟组—锅底坑组TOC直方图

梧桐沟组：采集8块样品，TOC分布区间0.5%～1.9%(平均1.1%)，其中大于1.0%的样品4块，占总样品的50%，0.4%～0.6%样品1块，占总样品的12.5%，0.6%～1.0%的样品3块，占总样品的37.5%(图2)，说明梧桐沟组烃源岩生烃潜力较好。

锅底坑组：采集5块样品，TOC分布区间0.1%～0.6%(平均0.4%)，0.2%～0.4%样品1块，0.4%～0.6%的样品有2块，0.6%～1.0%样品1块，大于1.0%样品1块(图2)，说明锅底坑组烃源岩生油潜力中等。

梧桐沟组的氯仿沥青“A”值分布范围26～97 mg/kg(平均68 mg/kg)；锅底坑组的氯仿沥青“A”值分布范围13～78 mg/kg(平均47 mg/kg)，梧桐沟组—锅底坑组氯仿沥青“A”普遍偏低，这主要是因为样品为地表样品，氯仿沥青“A”因风化易被林滤所致，综上表明研究区梧桐沟组―锅底坑组为一套有机质丰度中等的烃源岩。

图3 梧桐沟组—锅底坑组干酪根碳同位素分布图

图4 干酪根δ13C及H与C原子比分布特征

2.2 有机质类型

有机质丰度是油气形成的物质基础，而有机质类型则是衡量烃源岩质量的指标，有机质丰度和类型是评价烃源岩的出发点和归宿[15]，是影响生烃类型和数量的重要因素。不同来源有机质形成的干酪根，其性质和生油气潜能差异较大，有的干酪根以生油为主，有的则以生气为主[16]。本研究通过干酪根同位素和干酪根元素比来判定有机质的类型。

2.2.1 干酪根同位素分析

成海燕等[16]认为，干酪根碳同位素(δ13C)小于-28‰为Ⅰ型，-28‰～-26.5‰为Ⅱ1型，-26.5‰～-25‰为Ⅱ2型，大于-25‰为Ⅲ型。

西大龙口梧桐沟组的干酪根碳同位素(δ13C)分布在-22.2‰～-21.9‰(平均-22.1‰)；锅底坑组的干酪根碳同位素(δ13C)分布在-28.0‰～-23.2‰(平均-24.9‰)(图3)，干酪根同位素值较高，多落在Ⅲ型范围内。研究区梧桐沟组—锅底坑组干酪根碳同位素较重，表明了其生成于弱氧化—弱还原的环境下，并且具陆源高等植物特征。

2.2.2 干酪根元素比

梧桐沟组的H/C分布在1.02～1.61(平均值1.34)，锅底坑组的H/C分布在1.01～3.01(平均值1.62)，

根据干酪根总有机碳同位素(δ13C)及H/C原子比分布特征可以看出，研究区梧桐沟组—锅底坑组烃源岩的干酪根类型总体以Ⅲ型为主，有个别落在Ⅱ1、Ⅱ2型范围内(图4)。

2.3 有机质成熟度

有机质成熟度描述有机质向石油转化的热演化程度[17]。以下为西大龙口梧桐沟组和锅底坑组的有机质成熟度参数分布情况(表2)。

2.3.1 H/C原子比值

卢双舫等[18]认为有机元素H/C原子>1.6处于未成熟阶段，介于1.6～1.2处于低成熟阶段，1.2～1.0处于成熟阶段。

梧桐沟组：H/C原子比值大于1.6的有1块，占总样品的12.5%；1.2～1.6的有2块，占总样品的25%；1.0～1.2的有5块，占总样品的62.5%。说明梧桐沟组烃源岩已进入成熟阶段。

锅底坑组：H/C原子比值大于1.6的有1个，占了总样品的20%；1.2～1.6的有2个，占总样品的40%；1.0～1.2的有2个，占总样品的40%(图5)。说明锅底坑组烃源岩大体也已进入成熟阶段。

2.3.2 饱和烃成熟度参数

研究区梧桐沟组—锅底坑组烃源岩生物标志物C29甾烷20S/(20S+20R)为0.29～0.58(平均0.47)，C29甾烷ββ/(ββ+αα)在0.36～0.61之间(平均0.45)，通过甾烷C29ββ/(ββ+αα)与C29αααS/(S+R)之间关系(图6)，表明梧桐沟组—锅底坑组烃源岩已进入成熟阶段，仅有个别处于低成熟阶段。

表2 有机质成熟度参数表

Tab. 2 Organic maturity parameters

组样品编号岩性Ααα-C2920S/(20S+20R)C29ββ/(ββ+αα)C31αβ-22S/(S+R)藿烷/莫烷梧桐沟组XD087深灰色泥岩0.290.600.5002.47XD088深灰色泥岩0.590.540.5805.25XD094紫红色泥岩0.410.370.5505.54XDN017灰色页岩0.530.360.5304.59XDN020灰色泥岩0.520.470.5805.23XDN022深灰色页岩0.570.460.5824.93XDN023深灰色页岩0.580.510.5887.27XDN027深灰色页岩0.250.270.5842.54锅底坑组XD108灰色泥岩0.440.460.5806.18XD107灰褐色泥岩0.550.350.5706.32XDN028深灰色页岩0.320.280.5904.21XDN029灰色泥岩0.550.600.6302.71XDN030深灰色页岩0.460.410.5604.39

图5 梧桐沟组—锅底坑组H/C原子直方图

图6 梧桐沟组—锅底坑组烃源岩甾烷

评价成熟度的参数还有藿烷/莫烷、C31αβ-22S/(S+R)等[19]，αβ藿烷与其相应的βα藿烷比值随着成熟度增加而增大，当比值小于1时处在未成熟阶段，在4.0～7.0进入成熟阶段，大于7.0时处在高成熟阶段。C31αβ-22S/(S+R)值约0.57～0.60，表明进入成熟阶段。

研究区梧桐沟组—锅底坑组烃源岩中藿烷/莫烷为2.47～7.27(平均4.74)，表明梧桐沟组—锅底坑组有机质已进入成熟阶段。另外，梧桐沟组—锅底坑组的C31αβ-22S/(S+R)值为0.51～0.63(平均值0.58)，反映了梧桐沟组—锅底坑组的有机质演化已达到成熟阶段。

2.4 生烃潜力初步评价

综上所述，准格尔盆地大龙口剖面梧桐沟组—锅底坑组烃源岩有机质丰度中等；有机质类型为混合型，反映有机质来源主要为陆源高等植物，同时也有水生生物；该套烃源岩的有机质演化已进入成熟阶段，有机质演化总体已达到生油门限。因此，梧桐沟组—锅底坑组为一套生烃潜力较好的烃源岩。

3 生物标志化合物特征及意义

3.1 有机质来源

西大龙口梧桐沟组—锅底坑组烃源岩甾烷中C27的相对质量分数较低，而C28、C29的相对质量分数较高(表3)，如C27甾烷质量分数仅为10.39%～33.1%，C28甾烷质量分数为19.6%～57.19%，而C29甾烷质量分数达18.52%～70.01%，具有C29>C28>C27分布特征(图7)，表明样品中有机质以高等植物输入占绝对优势。通过C27、C28、C29规则甾烷三角图(图8)也可以看出，梧桐沟组—锅底坑组烃源岩有机质主要来源为陆生植物。

表3 生物标志物参数表

Tab.3 Biomarkers parameters

组样品编号ΣC21-/ΣC22+CPIOEPC27Sterane/%C28Sterane/%C29Sterane/%伽马蜡烷/C30H三环萜烷C22/C21三环萜烷C24/C23姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)XD0870.581.741.2810.3919.6070.010.140.170.571.38XD0880.161.111.0523.8329.7846.390.110.150.680.77XD0940.571.471.1518.9539.0042.050.150.280.450.79梧桐沟组XDN0170.581.061.1524.5227.0148.470.160.180.721.07XDN0200.303.083.5224.2957.1918.520.130.160.531.47XDN0220.651.401.2122.4228.1949.390.160.220.530.91XDN0230.431.361.1419.9736.5943.440.130.190.570.52XDN0270.451.541.1211.3016.8271.880.110.230.540.76XD1080.601.371.1820.3536.5243.130.110.200.560.82锅底坑组XD1070.491.621.1121.7630.1648.090.130.200.610.78XDN0280.471.481.0726.2426.8346.930.130.170.510.85XDN0290.601.581.1333.1020.4946.410.110.190.721.29XDN0300.321.201.1531.5727.1641.270.200.210.610.77

注：CPI={(C25+C27+C29+C31+C33)[1/2(C24+C26+C28+C30+C32)+1/2(C26+C28+C30+C32+C34)]}/2；OEP=(C23+6C25+C27)/(4C24+4C26)

正构烷烃主要来自活体生物的类脂化合物，通过正构烷烃的分布和组合特征可反映烃源岩有机质的母质来源信息，亦可提供成熟度信息[20]。梧桐沟组—锅底坑组烃源岩正构烷烃集中分布于nC25的低碳数部分，主峰碳为nC23、nC24，C27奇偶优势不明显(图9)，低-中分子量正构烷烃占绝对优势，峰型主要为单峰型。

一般认为，nC16～nC19的低碳数优势反映母质来源于藻类等低等水生浮游生物；nC21～nC25的中碳数优势反映母质来源于水生植物的输入；nC25～nC35的高碳数优势反映母质来源于陆生高等植物的输入[20]。ΣC21-/ΣC22+通常是用来反映低等生物与高等植物相对变化的代用指标。深湖中的样品，沉积有机质以水生生物为主，所以ΣC21-/ΣC22+比值一般较大；而浅湖或沼泽沉积有机质中的样品，陆生高等植物含量居多，ΣC21-/ΣC22+比值较小。

图7 梧桐沟组—锅底坑组甾类生物标志化合物分布特征(m/z=217)

梧桐沟组—锅底坑组烃源岩样品中，ΣC21-/ΣC22+值介于0.16～0.60，OEP值为1.05～3.52，CPI值为1.11～3.08，具奇偶优势。反映其母质来源是陆源高等植物和水生生物，其中陆源高等植物输入占主导，与上述一致。

3.2 沉积环境

通过比较长侧链三环萜烷C22/C21值和C24/C23值的大小可判断烃源岩的沉积环境，一般认为海相碳酸盐具有较高的C22/C21值和低的C24/C23值，而湖相烃源岩具有低C22/C21值和较高的C24/C23值。

西大龙口梧桐沟组—锅底坑组烃源岩的C22/C21值较低，介于0.15～0.27之间(平均0.19)；C24/C23值较高，介于0.45～0.72之间(平均0.59)，因此，该套烃源岩形成于湖相沉积环境。

伽马蜡烷是反映咸水环境的重要生物标志化合物，高含量的伽马蜡烷常被作为强还原超盐环境的指示，且与水体的分层有关[21]，伽马蜡烷/C30藿烷的比值可反映伽马蜡烷的相对含量，称为伽马蜡烷指数(gammacerane index,GI)[22]，伽马蜡烷常作为水体盐度较高的标志。饱和烃中姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)的丰度受沉积环境、母质输入、成熟度和生物降解等方面影响[23]，一般认为在还原环境中植烷占优势，Pr/Ph值较低，

图8 C27、C28、C29规则甾烷三角图

而氧化环境中则姥鲛烷占优势，Pr/Ph值较高[24]，姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)大小可以指示沉积水体的氧化还原环境。

该套烃源岩样品中伽马蜡烷丰度中等，伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/C30H) 0.11～0.20(平均0.14)，反映水体中等盐度(微咸水)。烃源岩链烷烃中姥鲛烷与植烷之比(Pr/Ph)为0.77～1.40(平均值0.96)，表明该有机质的沉积环境为弱氧化—弱还原环境。

4 结论

1) 准噶尔盆地大龙口剖面梧桐沟组—锅底坑组烃源岩有机质丰度中等。根据干酪根总有机碳同位素(δ13C)及H/C原子比分布特征，可以判别有机质类型以Ⅱ型和Ⅲ型为主。

2) 烃源岩生物标志物C29甾烷20S/(20S+20R)为0.29～0.58(平均0.47)，C29甾烷ββ/(ββ+αα)为0.36～0.61 (平均0.45)。藿烷/莫烷为2.47～7.27(平均4.74)，C31αβ-22S/(S+R)值为0.51～0.63(平均0.58)。这些数据均表明烃源岩已进入成熟演化阶段，有机质演化已达到生油门限。

3) 烃源岩的伽马蜡烷指数为0.11～0.20(平均值0.14)，反映了水体盐度中等。三环萜烷C22/C21值较低，介于0.15～0.27之间(平均0.19)，C24/C23值较高，介于0.45～0.72之间(平均0.59)，表明该套烃源岩为湖湘沉积环境。烃源岩链烷烃中姥鲛烷与植烷之比(Pr/Ph)为0.77～1.40(平均值0.96)，表明该有机质形成于弱氧化—弱还原沉积环境。

图9 梧桐沟组—锅底坑组饱和烃总离子流图(m/e=85)

4) 梧桐沟组—锅底坑组烃源岩甾烷中C27甾烷质量分数仅为10.39%～33.1%，而C28甾烷质量分数为19.6%～57.19%，C29甾烷质量分数达18.52%～70.01%，反映有机质来源主要为陆源高等植物，也含有一些水生生物。

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(责任编辑：高丽华)

Geochemical Characteristics of Hydrocarbon Source Rock in Wutonggou-Guodikeng Formation of West Dalongkou, Southeast of Junggar Basin

FENG Qiao, LI Haibin, ZHOU Haifeng, WANG Bingkai, TIAN Fangzheng

(College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

Using geochemical testing technology such as the method of saturated hydrocarbon GC-MS(gas chromatography-mass spectrometer) in this paper, made a preliminary evaluation of the hydrocarbon generation capacity of the hydrocarbon source rock in Wutonggou-Guodikeng formation of west Dalongkou, southeast of Junggar basin, by analyzing parameters of its organic matter abundance, type and maturity. The results show that this set of hydrocarbon source rock is of medium organic matter abundance and Type II and Type III organic matter. The level of hopanoic/Mo alkane is 2.47-76.32 (average is 4.74) in Wutonggou-Guodikeng formation source rock, indicating that the evolution of organic matter has mainly entered the mature stage. The level of Pr/Ph in the source rock is 0.77-1.40 (average is 0.96), indicating that the sedimentary water body is in the weak oxidation-weak reduction environment. The C22/C21 value is low and C24/C23 value is high, between 0.72 and 0.45 (average is 0.59), indicating that this set of source rock is of lacustrine facies deposits. The sources of organic matter are mainly terrestrial plants as well as aquatic organisms.

source rocks; geochemical characteristics; Wutonggou-Guodikeng formation; Permian; Junggar basin

2016-05-08

国家自然科学基金项目(41428201)

冯 乔(1963—)，男，四川达州人，教授，博士，主要从事石油地质和油气地球化学方面的研究. E-mail:342853438@qq.com

TE122.1

A

1672-3767(2017)02-0001-10