李晓海，孙求实，李文博，丁秋红，陈树旺，张 健，何大祥

1.中国地质调查局 沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳110034；2.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100

0 前言

秀水盆地位于松辽盆地外围南部，地质构造复杂，盆地在中生代早白垩世—晚白垩世发育大面积火山岩，是前人油气勘探空白区.2015年以来，中国地质调查局沈阳地质调查中心实施的“松辽盆地外围油气基础地质调查”项目在秀水盆地开展了油气地质调查工作，发现下白垩统义县组发育优质烃源岩［1-6］，具有较高的油气勘探前景，是秀水盆地最有利的油气勘探层位.

松辽盆地外围南部中小型断陷盆地油气关注的勘探目的层系主要集中在下白垩统九佛堂组、沙海组.由于该地区义县组埋藏深度大，火山岩发育，物探资料品质较差，钻遇该套层位的钻孔极少，对于义县组烃源岩分布特征、有机地化特征的研究薄弱，特别是生物标记化合物特征的研究更加有限.近年来，项目组为了调查秀水盆地下白垩统义县组沉积充填序列，分析烃源岩特征，进而评价盆地油气资源前景，在秀水盆地部署实施了全井取心地质调查井秀D1井、辽法地1井，获得了盆地较为完整的义县组岩心资料，为该区义县组烃源岩的研究奠定了基础.

本文拟采用气相色谱、气相色谱－质谱技术，对秀D1井早白垩世义县组烃源岩进行系统分析，开展生物标志化合物特征的研究，揭示其蕴含的有机质来源、形成环境、有机质热演化程度等地质意义，为松辽盆地外围断陷盆地群油气勘探提供理论支撑.

1 区域地质概况

辽宁省北部秀水盆地是在海西期褶皱基底和前寒武纪基底上发育起来的中生代断陷型盆地，面积近710 km2（图1）.盆地内部发育3个次一级凹陷：西部卧牛石凹陷、中部登仕堡子凹陷、南部东蛇山子凹陷［7-10］.秀D1井位于南部东蛇山子凹陷，该井为全井取心的地质调查井，完钻深度1 161.43 m.其地层层序为第四系0～48.5 m，下白垩统九佛堂组（K1j）48.5～346 m，下白垩统义县组（K1y）346～1 161.43 m（未钻穿）.辽法地1井位于中部登仕堡子凹陷，该井为全井取心的地质调查井，完钻深度1 800 m，其地层层序为第四系0～29.16 m，下白垩统义县组29.16～1 800 m（未钻穿）.

图1 秀水盆地地质图Fig.1 Geological sketch map of Xiushui Basin

秀水盆地义县组沉积岩段岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩，夹细砂岩、中砂岩.钻孔资料揭示沉积岩段厚度114～380 m.义县组沉积岩段具有分布范围广、沉积厚度大、暗色泥岩发育的特征，烃源岩综合评价为中等—好烃源岩，是油气勘探的主要目的层段.

2 样品采集与测试方法

本文37件样品采自于秀水盆地秀D1井400～1 100 m义县组井段.样品磨碎至100目，用索氏抽提法萃取烃源岩中的可溶有机组分后，用正己烷脱去氯仿沥青“A”中的沥青质，再采用柱色层分离法，把脱沥青质沥青分成饱和烃、芳烃和非烃.饱和烃气相色谱用HP6890气相色谱仪完成.进样温度290℃，检测器（FID）温度300℃，HP－5石英弹性毛细管色谱柱（30 m×0.32mm×0.25μm），载气为氦气.初温60℃，恒温5min，升温速度为3℃/min，终温290℃，恒温20 min.饱和烃色谱－质谱（GC－MS）由Agilent9575MSD色谱－质谱联用仪分析.实验条件：电子轰击能量70 eV，离子源温度230～250℃，传输线温度250℃，光电倍增管电压350 V，扫描方式为多离子检测.所有样品分析均在长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室完成.

3 烃源岩基础地球化学特征

秀D1井义县组井深346.00～1 161.43 m，沉积地层厚度380 m，其中暗色泥岩厚度170 m，最大单层厚度22 m，泥地比为44.74%.辽法地1井义县组沉积地层厚度280 m，其中暗色泥岩厚度128 m，最大单层厚度12 m，泥地比为45.71%.

秀D1井早白垩世义县组烃源岩按照埋深变化可以分为3段，自上而下：义县组上部烃源岩埋深为400～550 m，义县组中部烃源岩埋深为650～830 m，义县组下部烃源岩段埋深为1 000～1 100 m.

3.1 有机质丰度

秀D1井义县组烃源岩TOC为0.27%～2.8%，平均为1.36%.辽法地1井义县组烃源岩TOC为1.37%～8.61%，平均为3.7%［8-9］.参照SY/T5735—1995烃源岩有机质丰度指标［11］，说明秀水盆地义县组烃源岩有机质丰度较高，主要为中等—好烃源岩.

3.2 有机质成熟度

镜质组反射率（Ro）随热演化程度的升高而增大，具有相对广泛、稳定的可比性，是烃源岩评价应用最广泛、最权威的指标.

秀D1井早白垩世义县组烃源岩镜质组反射率为0.57%～1.47%，平均为0.87%；辽法地1井早白垩世义县组烃源岩镜质组反射率为1.08%～1.20%，平均为1.12%［8-9］，指示义县组烃源岩处于成熟的热演化阶段.

4 生物标志物特征

4.1 类异戊二烯烃特征

类异戊二烯烷烃是一类能指示有机质生源和沉积成岩环境的生物标志化合物［12-13］，其中姥鲛烷（Pr-Pristane）和植烷（Ph-Phytane）具有结构上的相对稳定性和较高的含量，因此常用来作为指示沉积环境的标志化合物［14］.一般在强还原环境下以形成植烷为主，在弱氧化环境下以形成姥鲛烷为主.Pr/Ph小于0.5指示强还原性膏盐沉积环境，0.5～1.0指示还原环境，1.0～2.0指示弱还原—弱氧化环境，大于2.0者见于偏氧化性环境［15］.

从秀D1井烃源岩样品Pr/Ph随深度变化图（图2）可以看出，义县组3层烃源岩均体现出Pr/Ph介于0.5～1.0之间的特征，指示还原环境，有利于有机质的保存.烃源岩中Pr/nC17与Ph/nC18的相互关系可以用来判断生油母质的原始类型和沉积环境的氧化还原性［16］.由Pr/nC17与Ph/nC18关系（图3）可知，秀D1井义县组3层烃源岩主体分布在Ⅱ1型的范围.

图2 秀D1井义县组烃源岩Pr/Ph随深度变化图Fig.2 Variation diagram of Pr/Ph with depth for source rocks of Yixian Formation in XD1 well

图3 秀D1井义县组烃源岩Pr/n C17－Ph/n C18相关关系图Fig.3 The Pr/n C17-Ph/n C18 correlation diagram of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

4.2 三环萜烷和四环三萜烷特征

三环萜烷广泛分布于石油和沉积有机质中，可能来源于原生动物的细胞膜，同时藻类也可能是其来源.此外，也有证据表明C19和C20三环萜烷可能来自高等植物.一般而言，来自海相烃源岩有机质的原油，以C23三环萜烷占优势，而陆源有机质成因原油的C19和C20三环萜烷更丰富些.来自碳酸盐岩的石油和沉积有机质，C26以上三环萜烷丰度较低，而来自其他环境的原油和沉积有机质中C26～C30与C19～C25丰度大致相近.C24四环萜烷与三环萜烷的相对含量与源岩沉积环境相关，一般而言，来自陆源有机质的源岩和相关原油的原油中，具有相对较高的C24四环萜烷［17］.

秀D1井义县组烃源岩样品中的三环萜烷含量普遍较低，该系列化合物主峰高度不足C30藿烷峰高的三分之一.对比发现3层烃源岩略有差异，义县组中部、义县组下部烃源岩呈现出C23三环萜烷占优势且具有较高的三环萜烷/藿烷的特征（图4）.义县组上部烃源岩（C20＋C21）/（C23＋C24）三环萜烷为0.85～5.06，平均为1.73，C24四环萜烷/C26三环萜烷0.51～2.25，平均为0.88.义县组中部烃源岩（C20＋C21）/（C23＋C24）三环萜烷为0.66～4.76，平均为1.78，C24四环萜烷/C26三环萜烷0.38～0.96，平均为0.56.义县组下部烃源岩（C20＋C21）/（C23＋C24）三环萜烷为0.83～1.37，平均为1.06，C24四环萜烷/C26三环萜烷0.41～0.7，平均为0.54.以上特征表现出烃源岩为湖相沉积环境.

图4 秀D1井义县组烃源岩三环萜烷和四环三萜烷参数关系图Fig.4 Characteristics of tricyclic terpane and tetracyclic triterpene in source rocks from Yixian Formation in XD1 well

4.3 五环三萜烷特征

五环三萜烷系列分为藿烷系列与非藿烷系列两大类.藿烷类化合物主要来源于原核生物或细菌，细菌藿四醇是藿烷类化合物的前身，在原油和烃源岩中普遍存在，通常具完整系列，是一种分布广泛且对地球化学影响重大的生物标志化合物，其分布和组成特征不仅可指示烃源岩形成的沉积环境的性质，还可指示有机质的来源和成熟度；非藿烷系列以伽马蜡烷为主，伽马蜡烷是异常盐度或稳定水体分层的标志，也被认为是咸水还原环境的标志物［16，18-19］.

秀D1井义县组烃源岩样品都含有丰富的藿烷系列化合物，在相对含量上显著高于三环萜烷和甾烷系列，但藿烷的碳数分布在这些烃源岩中有较大的变化.义县组烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷为0.05～0.41，上层烃源岩比值较低，中、下层烃源岩比值波动较大，呈现高低交替变化特点.义县组上层烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷为0.07～0.23，平均为0.14.义县组中层烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷比值为0.05～0.4，平均为0.23.义县组下层烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷为0.05～0.41，平均为0.19.以上特征指示了强还原性沉积环境，并且烃源岩沉积时水体的盐度较低以及可能存在水体盐度分层的特征.

Ts/Tm（18αH－22，29，30－三降藿烷/17αH－22，29，30－三降藿烷）随成熟度增加而增加，Ts/Tm与生源有关，因而常用于相同沉积环境条件下成熟度的评判.义县组上层烃源岩Ts/Tm为0.45～1，平均为0.70.义县组中层烃源岩Ts/Tm为0.66～1.82，平均为1.08.义县组下层烃源岩Ts/Tm为0.75～1.59，平均为0.97（图5）（表1）.以上特征表明烃源岩均处于低成熟—成熟演化阶段，并且义县组中、下部烃源岩成熟度较义县组上部高.

图5 秀D1井义县组烃源岩Ts/Tm－G/C30H相关关系图Fig.5 The Ts/Tm-G/C30H correlation diagram of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

C31αβ22S/（22S＋22R）比值为藿烷中应用最广泛的评价成熟度的参数，义县组上层烃源岩该比值为0.55～0.58，平均为0.56；义县组中层烃源岩该比值为0.41～0.62，平均为0.57；义县组下层烃源岩该比值为0.56～0.6，平均为0.58（表1）.3层烃源岩比值，也指示义县组烃源岩成熟度相对较高，这与烃源岩样品镜质体反射率测定结果处于成熟阶段一致［8-9］.

表1 秀水盆地秀D1井下白垩统义县组烃源岩生物标志物化合物参数表Table1 Biomarker compound parametersof sourcerocksfrom the Lower Cretaceous Yixian Formation in XD1 well，Xiushui Basin

4.4 甾类化合物特征

甾烷是广泛分布于真核生物细胞壁中的甾醇、甾酮以及甾酸等前身物经过成岩作用形成的四环化合物.甾烷化合物结构稳定，且抗生物降解能力强，在沉积物中能较好地保存，蕴含较丰富的有机质来源、沉积环境以及成熟度等信息.一般认为陆生高等植物富含C29甾烷，低等水生生物富含C27和C28甾烷［20］.

根据C27αααR甾烷、C28αααR甾烷、C29αααR甾烷三角图（图6）可以看出义县组上部烃源岩样品都是C29αααR甾烷占据优势，表明以陆源高等植物输入为主同时也伴有水生生物的贡献，而义县组中部及下部烃源岩则是C27αααR甾烷占据优势，指示水生生物贡献大，同时也伴有高等植物的输入.判断义县组烃源岩有机质来源应为低等水生生物和陆生高等植物的混合来源，对应有机质类型为II型.

图6 秀D1井义县组烃源岩C27－C28－C29规则甾烷系列化合物三角图Fig.6 The C27-C28-C29 ternary diagram of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

规则甾烷在成岩演化过程中存在由不稳定的生物构型向稳定的热力学构型转化的趋势.如20R构型向20S构型转化，14α、17α构型向14β、17β转化等，因此利用各对异构体比值可以获得原油和烃源岩成岩成熟度的信息.Mackenzie等最早提出用C2920S/（20S＋20R）和C29ββ/（ββ＋αα）两个参数来计算烃源岩和原油的成熟度.从图7可以看出义县组3层烃源岩样品主要落在成熟的范围内.

图7 秀D1井义县组烃源岩甾烷成熟度参数相关图Fig.7 Correlation diagram for sterane maturity parameters of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

5 结论

（1）秀水盆地下白垩统义县组烃源岩有机质丰度较高，主要为中等—好烃源岩，有机质类型为II型，处于成熟演化阶段，具有较好的油气潜力.

（2）秀水盆地秀D1井义县组烃源岩Pr/Ph主要介于0.5～1.0之间的特征，指示还原环境；3层烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷比值为0.05～0.41，上层烃源岩比值较低，中、下层烃源岩比值波动较大，呈现高低交替变化特点，指示了强还原性沉积环境，并且烃源岩沉积时水体的盐度较低以及可能存在的水体盐度分层的特征；Ts/Tm比值为0.45～1.82，C31αβ22S/（22S＋22R）比值为0.41～0.62，表明烃源岩均处于低成熟—成熟演化阶段，并且义县组中、下部烃源岩成熟度较义县组上部高.

（3）Pr/nC17、Ph/nC18关系表明有机质类型主要为Ⅱ1型；（C20＋C21）/（C23＋C24）三环萜烷为0.66～5.06，C24四环萜烷/C26三环萜烷为0.38～2.25，指示烃源岩为湖相沉积环境；C27、C28和C29ααα20R规则甾烷关系反映有机质来源应为低等水生生物和陆生高等植物的混合来源.