鄂尔多斯盆地东部上古生界煤系饱和烃馏分地球化学研究

万璐璐

摘要：通过对采自研究区不同地段的烃源岩样品的色谱一质谱（GC-MS）分析，揭开了鄂尔多斯盆地东部上古生界煤系饱和烃的组成，并进行了详细的生物标志化合物研究，以了解其沉积环境、有机质来源、成熟度等信息。结果表明：保德地区为淡水湖泊相弱还原沉积环境，有机质来源为陆生高等植物；其他地区为咸水深湖相强还原性沉积环境，有机质为混源输入，以低等水生生物为主。各类成熟度参数表明研究区烃源岩演化已处于成熟阶段。

关键词：鄂尔多斯盆地；上古生界；饱和烃；生物标志化合物

饱和烃是原油和沉积岩中普遍含有的稳定成分，它的组成特点与石油原始有机质的性质密切相关。饱和烃的馏分，包括正构烷烃、各种异构烷烃（异构、反异构、无环异戊二烯型烷烃）、二环倍半萜、双萜（三环、四环）、五环三萜（藿烷系列、非藿烷系列）、多萜、（四环）甾烷等常作为生物标志化合物，由于其特征、稳定的结构而具有溯源意义，被广泛应用于指示生源输入、母质类型、沉积环境，并作为油气源对比、运移、生物降解、描述油藏流体非均质性等方面的评价指标。

本文以鄂尔多斯盆地东部上古生界煤系饱和烃为研究对象，采用色谱一质谱（GC-MS）分析技术，进行详细的生物标志化合物特征研究，对于揭示该区油源和油气成藏机理，并对扩大鄂尔多斯盆地的勘探范围、提高勘探成功率有着积极意义。

1.区域地质概况

本次研究所采集的烃源岩样品来自鄂尔多斯盆地东部保德、柳林、韩城、澄城等地段，构造位置处于伊陕斜坡东部（图1），区内发育数个千亿立方米级大气田。晚古生代，该区在下古生界古侵蚀面之上“广覆式”沉积了海陆过渡相的上古生界石炭系和二叠系，其中上石炭统本溪组（C₃b）、下二叠统太原组（P₁t）和山西组（P₁s）中发育的炭质泥岩、煤层是主要的烃源岩。

2.实验方法和分析条件

2.1实验方法

将岩样粉碎后用氯仿抽提72h，氯仿沥青“A”的沥青质用正己烷沉淀后，将其可溶物通过硅胶氧化铝层析柱，依次用正己烷和二氯甲烷冲洗，分离出饱和烃备用。

2.1色谱一质谱分析条件

色谱：HP6980气相色谱，色谱柱HO-5MS30m×0.125mm×0.1251xm；载气He，恒流模式，载气流量110ml/min，脉冲不分流进样；进样器温度300℃。色谱柱初始温度50℃，恒温2min，以20℃/min升至100℃，以3℃/min升至220℃，再以2℃/min升至310℃，恒温15min。质谱：5973MSD，采用EI电离方式，电子能量70eV，发射电流3416mA，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，采集方式全扫描，质量范围50amu～550amu。

3.煤系饱和烃馏分地球化学特征

3.1正构烷烃

沉积有机质中的正构烷烃主要来源于动、植物体内的类脂化合物，包括浮游生物中的脂肪酸、细菌内的类脂物以及陆生植物中的生物蜡、脂肪等，不同来源的正构烷烃的组成特征存在较大差异。

由表1可知，样品BD-1和BD-4正构烷烃峰型为双峰，其余皆为单峰，说明研究区烃源岩样品总体成熟度较高。保德地区烃源岩样品具奇偶优势的高碳数分布指示陆源有机质的输入，为典型的煤系饱和烃的分布特征。而其余地区样品则属于单前峰型，正构烷烃分布曲线偏向低碳数一侧，碳数分布范围为nC₁₅C₃₅，主峰碳集中在nC₁₈-nC₂₂，说明正构烷烃主要来源于低等水生生物中的脂肪酸，反映其生源组合以浮游植物和藻类为主，一般海相和较深湖相中的正构烷烃属这一类型。

3.2类异戊二烯烷烃

类异戊二烯烷烃中姥鲛烷（Pr）、植烷（Ph）及其比值Pr/Ph常作为判断原始沉积环境氧化一还原条件的标志（表2）。研究区烃源岩中存在丰富的类异戊二烯烷烃，并检测出姥鲛烷和植烷的存在，其参数如表1所示。保德地区烃源岩样品Pr/Ph均值达到3.0以上，表明该区沉积环境为弱氧化～还原。其余地区样品Pr/Ph比值均较低，分布范围为0.32-0.97，具较强的植烷优势，反映烃源岩形成于强还原环境。总体来看，该区沉积环境为淡水湖泊相～咸水深湖相。

利用Pr/nC17和Ph/nC18比值的相关性，可判别原油的形成环境、母质类型。由图2可知，各地区所对应烃源岩的形成环境、母质类型具专属性：保德地区沉积环境为弱还原，有机质来源为陆生高等植物；澄城地区为强还原性沉积环境，有机质来源为水生生物；韩城和柳林地区沉积环境、有机质来源偏混合型。

3.3萜烷类化合物

检测发现，本区烃源岩样品中均含有数量不等的倍半萜类化合物，其中补身烷系列化合物最为丰富，且8B（H）构型明显多于8a（H）。这反映出各样品母质含有部分菌藻类等低等水生生物输入，且成熟度较高。

三环萜烷受生物降解和热成熟作用能力较强，丰富的三环萜烷反映了较咸化沉积环境及菌藻类等低等水生生物的输入。由表3可知，三环萜烷/C30霍烷的比值范围为0.12～9.27，表明三环萜烷的平均丰度较高，而保德地区这一参数明显偏低，反映出该区沉积环境和有机质来源与其他地区存在明显差异。另外，该区烃源岩样品中的三环萜烷全部为βa构型，表明其成熟度较高。

由表3可知，C₃₁藿烷S/（S+R）的比值范围为0.44～0.60，平均值为0.57；C₃₀莫烷/C₃₀aβ藿烷比值介于0.10～0.47，除保德地区外该值均小于0.20。故上述两个表征成熟度的参数都已达到或接近平衡终点，表明研究区煤系烃源岩至少处于成熟阶段。

有机质中高含量的伽马蜡烷常被作为强还原环境的产物，其相对含量可以指示水体盐度。研究区烃源岩样品中均检测出伽马蜡烷但相对含量较低（表3），伽马蜡烷/C₃₀aβ藿烷比值介于0.02-0.23，反映有机质沉积时水体微咸。保德地区伽马蜡烷含量明显偏低，表明该区沉积环境偏弱还原。

3.4甾烷类化合物

研究区烃源岩样品中检测出了较为丰富的C₂₇～C₂₉规则甾烷系列和C₂₇～C₂₉重排甾烷系列化合物，并含有孕甾烷和升孕甾烷以及少量4一甲基甾烷。其中，保德地区孕甾烷和升孕甾烷含量偏低，这与其弱还原的沉积环境和不太高的成熟度相符。

从aaa20R构型C₂₇、C₂₈、C₂₉甾烷相对含量组成三角图（表4、图3）可以看出，保德地区烃源岩样品有机质来源以陆生高等植物为主，其他地区样品为低等水生生物和高等植物混合输入。该区aaa20RC₂₇/C₂₉比值变化范围较大，介于0.10-5.54，亦说明研究区有机质来源于陆生高等植物和和低等水生生物的混合输入。

甾烷成熟度参数aaaC₂₉甾烷20S/（20S+20R）值为0.38～0.52，C₂₉。甾烷ββ/（ββ+aa）值为0.33～0.45（表4），由表5成熟度参数评价表可知绝大部分样品接近演化平衡终点，显示成熟烃源岩特征。

4.结论

（一）研究区煤系烃源岩沉积时主要处于淡水湖泊相弱还原沉积环境和咸水深湖相强还原沉积环境。

（二）綜合正构烷烃、类异戊二烯烷烃、萜烷类、甾烷类生物标志化合物参数，保德地区烃源岩有机质来源以陆生高等植物为主，其他地区为低等水生生物和陆生高等植物混合输入。

（三）研究区烃源岩样品中三环萜烷全部为βa构型，补身烷系列化合物中8β（H）明显多于8a（H），C₃₁霍烷S/（S+R）和C₃₀莫烷/C30aβ藿烷达到平衡终点，甾烷成熟度参数C₂₉甾烷ββ/（ββ+aa）、aaaC₂₉甾烷20S/（20S+20R）也已接近演化平衡终点，判断研究区煤系饱和烃有机质处于成熟阶段。endprint