鄂尔多斯盆地中部延长组烃源岩生物标志化合物特征

董丽红，杜彦军，李 军，何 斌

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西 西安 710075；2.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

0 引 言

鄂尔多斯盆地是中国第二大含油气盆地，三叠系延长组是盆地内陆坳陷湖盆发育阶段沉积的一套厚约1 000～1 500 m的河流、湖泊相陆源碎屑沉积，其中长4+5～长9油层组沉积的巨厚层状暗色泥岩、碳质泥岩、油页岩是延长组岩性油藏最重要的烃源岩[1]。前人对盆地烃源岩评价做了大量研究[2-10]，普遍认为长7期发育的湖相灰褐色、深灰色泥岩、油页岩为有效烃源岩，分布范围可达5×104km2，厚值区位于志丹、富县等地区，最厚可达80 m以上，其有机质类型好(Ⅰ型为主，少数Ⅱ型)、丰度高(TOC平均为15.5%)，是盆地最主要的生油层。随着石油勘探的不断深入，近期在长8油层组中部和长 9油层组上段发现的黑色泥页岩也是一套优质烃源层。长9烃源岩主要为一套深灰色—黑色油页岩，分布范围可达1.4×104km2，整体上沿吴起、志丹一线呈近南北向展布，厚度一般在4～20 m之间，比较厚的区域主要位于吴起东南部和志丹南部区域，局部边缘区域演化为深灰色泥岩或砂泥岩互层，普遍可见薄层凝灰岩夹层，长9烃源岩有机质类型好(Ⅱ型为主，少数Ⅰ型和Ⅲ型)、丰度高(TOC平均为5.0%)，是盆地内另一套重要的生油层。长8烃源岩仅发育在志丹区域，形成于三角洲前缘沉积环境的深灰色、灰色泥岩为主；厚度介于3～15 m，有机质丰度高(TOC平均为4.8%)，有机质类型以Ⅱ型为主，具有一定的生烃潜力。但是由于延长组深层勘探程度低、资料积累少、相对研究比较薄弱，对长7以下层位烃源岩特征和原油地球化学特征方面的认识尚未达成共识。目前整体认为各套烃源岩有机质组成、沉积环境和演化程度相似，其分子指纹也十分相近，在油源对比研究中，普遍采用宏观上易于对比的正构烷烃、稳定碳同位素δ13C等“指纹”参数，结合微观上的类异戊二烯烷烃、甾烷类、萜烷类等生物标志化合物分布特征及各种组合参数进行对比[11-19]，但应用这些进行精细油源对比还存在着一定的困难，深入的烃源岩特征和发育机理的分析有助于破解这一难题。该文旨在通过对研究区三叠系延长组长7-长9油层组3套烃源岩生物标志化合物参数的系统精细分析，优选烃源岩的特征参数，总结不同地区和层位烃源岩的生物标志化合物特征参数和发育机理。

研究区位于鄂尔多斯盆地中部，主体位于伊陕斜坡，包括定边、靖边、吴起、志丹和安塞共5县区域。研究共收集了13口井13块烃源岩岩心样品，针对长7～长9油层组3个层位的烃源岩开展了饱和烃、芳烃色谱-质谱测试(图1，表1)。

1 烃源岩成熟度参数特征

C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)对于未成熟-成熟范围的烃源岩具有高专属性，可考虑作为成熟的参数[20]。研究区烃源岩的C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29甾烷20S/(20S+20R)具有很好的相关关系，但是C29甾烷20S/(20S+20R)参数范围为0.45～0.64，部分数值超过平衡状态(0.52～0.55)，不可作为成熟度指标，而C29甾烷ββ/(ββ+αα)未达到平衡终点值且不受有机质类型的影响可作为成熟度参数(图2，表1)。

图1 研究区位置及采样井位分布图Fig.1 Geographic location and distribution of wells in the study area

井号深度/m层位及岩性地区Pr/PhC22-/C23+Ts/(Ts+Tm)10×G/G+C30藿烷)C*30/(C*30+C30藿烷)C29Ts/(C29藿烷C29Ts)C29甾烷20S/(20S+20R)C29甾烷ββ/(ββ+αα)ααα20R-C29/C27甾烷ZC10-101 962长7灰黑色泥岩1.331.600.841.150.460.670.620.492.16W562 111长7灰黑色泥岩1.141.650.850.830.400.620.600.521.53DT22422 498长7灰黑色泥岩0.831.390.830.650.300.630.600.521.34ZC10-382 116长8灰黑色泥岩定边-吴起2.161.070.800.990.340.510.590.521.45DZ17892 326长8灰黑色泥岩2.941.130.650.990.370.480.630.511.77L52 120长9灰黑色泥岩4.781.210.661.870.570.520.560.502.43ZC10-332 230长9灰黑色泥岩1.361.840.851.450.640.700.620.551.32X30091 415长7灰黑色泥岩1.050.130.621.150.130.300.450.451.09Z4261 984长7灰黑色泥岩1.031.400.490.650.210.580.580.531.45X10591 464长8浅灰色泥岩靖边-安塞0.910.100.560.740.120.260.480.420.80X10151 567长8浅灰色泥岩1.330.130.520.830.120.220.480.410.78X30231 619长9灰黑色泥岩2.481.200.700.480.180.330.640.492.59YY11 306长7黑色页岩1.141.18/1.530.490.710.600.521.63

从C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29Ts/(C29藿烷+ C29Ts)相关图可以看出：不同层位成熟度无明显的差别，不同地区成熟度的差别比较明显。志丹以东的靖边-安塞地区的烃源岩成熟度较志丹西部的定边-吴起地区的烃源岩成熟度低(图3)。

图2 烃源岩C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29甾烷20S/(20S+20R)关系图Fig.2 Relation of C29 sterane ββ/(ββ+αα)and C29 sterane 20S/(20S+20R)of the source rock

图3 烃源岩C29Ts/(C29藿烷+ C29Ts)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)关系图Fig.3 Relation of C29Ts/(C29 hopane+C29Ts)and C29 sterane ββ/(ββ+αα)of the source rock

2 沉积环境、有机质母源参数特征

在不同的沉积环境中，由于水深、温度、盐度、氧化还原性及水动力等条件的不同而使有机质的丰度、类型及保存条件存在差异，导致不同沉积环境下的烃源岩生成的原油其地球化学特征存在差异。对沉积环境的判识包括沉积过程中的氧化还原条件、盐度、有机质来源等。鄂尔多斯盆地中部三叠系延长组烃源岩的沉积环境复杂，从深湖、半深湖、浅湖到湖沼，氧化还原条件变化很大，相应的有机质来源也丰富多样，包括细菌、藻类和高等植物有机质等。因此，文中主要运用色谱-质谱技术从烃源岩沉积时水体的氧化还原条件和有机质来源2个方面对鄂尔多斯盆地中部三叠系延长组的沉积环境进行研究。

2.1 氧化还原条件

原油和烃源岩的姥鲛烷/植烷比值(Pr/Ph)常用于判别沉积环境的氧化还原条件。但是Pr/Ph常受盐度和成熟度的影响使得判别结果有误差。前人研究认为低的姥鲛烷/植烷比值(Pr/Ph<1)代表一种典型的高盐环境，该比值似乎受控于易变盐度对嗜盐菌的影响效应。成熟度也会影响姥鲛烷/植烷比值，低成熟度的烃源岩和原油中植烷通常比姥鲛烷富集，从而造成低成熟度的原油姥鲛烷/植烷比值相对较低；一般情况下，随着成熟度的增加，原油的姥鲛烷/植烷比值会增大，而Ph/nC18则减小。对于Pr/Ph值在0.8～3范围内要作为古环境标志，须有其他地球化学证据的支持；当Pr/Ph>3时，指示沉积在氧化、弱氧化条件下的陆源有机质输入；Pr/Ph<0.8时，代表缺氧超盐环境。

鄂尔多斯盆地中部延长组长7～长9油层组烃源岩沉积时，水体的盐度不高，伽马蜡烷比值较低(10×伽马蜡烷/(伽马蜡烷+C30藿烷)<2.0)，属于微咸水-淡水沉积环境，盐度对姥鲛烷/植烷比值影响较小(表1)。延长组长7-长9油层组烃源岩属于低熟到成熟，且C29甾烷ββ/(ββ+αα)与Pr/Ph的相关性很弱，说明成熟度对Pr/Ph影响较弱(图4)。因此，研究区烃源岩的姥鲛烷/植烷比值可用于判别沉积环境的氧化还原条件。

图4 长7～长9烃源岩的Pr/Ph和C29甾烷ββ/(ββ+αα)关系图Fig.4 Relation of Pr/Ph and C29 sterane ββ/(ββ+αα)of Chang 7～Chang 9 source rock

鄂尔多斯盆地中部延长组长7～长9油层组烃源岩的Pr/Ph范围为0.83～4.78，大部分小于3.不同地区的差别不大，不同层位之间有差别。长7油层组烃源岩的Pr/Ph<2，说明处于弱氧化-弱还原环境下，水体较深，可能为深湖、半深湖环境；长8油层组大部分样品范围在1～3之间，弱氧化沉积环境，水体较浅，可能为浅湖-湖沼沉积环境；长9油层组有一个样品Pr/Ph>3说明沉积在氧化、弱氧化条件下的陆源有机质输入，水体较浅，为湖沼环境(表1)。总体而言，长9油层组烃源岩的氧化性最强，长7油层组烃源岩的还原性相对较强。Pr/Ph和ααα20R-C29/C27甾烷的相关性较好，说明有机质类型和沉积环境的氧化还原性密切相关。长9油层组烃源岩具有相对较高的ααα20R-C29/C27甾烷和Pr/Ph比值，表明主要为弱氧化、氧化条件下的高等植物输入，沉积环境为浅湖和湖沼环境；长7油层组烃源岩具有相对较低Pr/Ph比值，表明主要为半深湖-浅湖沉积环境，还原性较强，具有中等的ααα20R-C29/C27甾烷比值，主要为水生生物输入，也有少量高等植物输入；长8油层组烃源岩介于两者之间(图5)。

图5 长7～长9烃源岩的Pr/Ph和ααα20R-C29/C27甾烷关系图Fig.5 Relation of Pr/Ph and ααα20R-C29/C27 sterane of Chang 7～Chang 9 source rock

图6 长7～长9油层组烃源岩的藿烷)和ααα20R-C29/C27甾烷关系图 Fig.6 Relation of hopane)and ααα20R-C29/C27 sterane of Chang 7～Chang 9 source rock

图7 长7～长9油层组烃源岩饱和烃质量色谱图Fig.7 Staturated hydrocarbon mass chromatogram of Chang 7～Chang 9 source rock

2.2 有机质来源

甾烷系列化合物在沉积环境、油气源对比和油气运移研究等方面有重要的意义。烃源岩中的甾烷类化合物来源于动物、植物和其它生物体中的复杂甾醇混合物，不同的生物标志化合物有不同的来源。C27甾烷占优势可能是水生生物输入为主，C29甾烷占优势则可能是陆源高等植物为主。在长7和长8油层组烃源岩甾烷的ααα构型中，大多数样品为不规则“V”字型，少部分样品为反“L”型，说明长7和长8油层组烃源岩的有机质主要为水生生物，混有部分陆源物质；长9油层组烃源岩大部分样品为反“L”型说明以陆源输入为主，少部分水生生物混入(图7，图8)。

图8 ααα20R-C27-C29甾烷三角图Fig.8 Triangular diagram of ααα20R-C27-C29 steranes

3 结 论

2)长7和长8油层组烃源岩为弱还原-弱氧化条件下的半深湖-浅湖水生生物输入为主；长9油层组以氧化-弱氧化条件下的湖沼高等植物输入为主。