西藏中仓盆地丁青湖组烃源岩有机地球化学特征

徐田堃, 韩中鹏, 李亚林, 马子宁, 肖思祺

(中国地质大学 生物地质与环境地质国家重点实验室/地球科学与资源学院，北京 100083)

青藏高原位于全球油气产量最高、储量最丰富的特提斯构造域东段，同时也是中国大陆上面积最大、勘探和认识程度最低的地区[1-3]。青藏高原的含油气盆地类型主要包括中生代海相盆地和新生代陆相盆地[4]，从目前研究结果来看，新生代陆相盆地烃源岩有机质丰度高、类型好，特别是沿班公湖-怒江缝合带发育的一系列中生代陆相盆地具有良好的生烃条件，是青藏地区最具勘探潜力的含油气盆地。目前，伦坡拉盆地已获得工业流油[5]；李亚林等[6]在尼玛盆地发现优质页岩层，具较好的生烃潜力；洞错盆地也具有较好的生烃潜力和勘探前景[7]。中仓盆地位于西藏中部，与伦坡拉盆地、尼玛盆地和洞错盆地具有相似的地质背景(图1)，而关于中仓盆地烃源岩的研究较少。本文对中仓盆地丁青湖组烃源岩进行有机碳、氯仿沥青“A”、组分、气相色谱、色谱-质谱等有机地球化学分析，对烃源岩的有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度及沉积环境进行研究，为进一步深化该盆地的油气勘探提供参考资料。

1 区域地质概况

青藏高原由3条构造带和四大地块构成，自北而南分别为巴颜喀拉地块、可可西里-金沙江缝合带、羌塘地块、班公湖-怒江缝合带、拉萨地块、雅鲁藏布江缝合带和喜马拉雅地块。沿班公湖-怒江缝合带发育了一系列新生代陆相盆地，其中伦坡拉盆地、尼玛盆地、洞错盆地、中仓盆地规模较大，油气地质条件较佳。伦坡拉盆地的沉积序列主要由古近系牛堡组和上覆的丁青湖组组成，其中丁青湖组发育油页岩[5]。尼玛盆地内主要地层为古近系牛堡组，为一套深水湖相泥岩、页岩、细-粗碎屑岩与碳酸盐岩地层，其下部发育油页岩[6]。洞错盆地内主要地层为古近系丁青湖组，代表了湖泊沉积环境向扇三角洲环境的转变，孔隙性较好，具备良好的储层条件[8]。

中仓盆地位于班公湖-怒江缝合带中段南侧，呈东西走向，长约110 km，宽15～30 km，面积约为在1 500 km2。盆地内大部分被第四系沉积物覆盖，主要出露古近系丁青湖组(E2-3d)、新近系唢呐湖组(N1-2s)角度不整合于侏罗系接奴群(J2-3j2)、白垩系朗山组(K1l)之上(图1)。

2 地层特征

此次野外调查实测剖面2条，剖面PZ1501位于加拉附近，剖面起点坐标：31°54′41.58″N，85°14′08.72″E，实测厚度644 m；剖面PZ1502位于中仓乡南35 km处，剖面起点坐标：31°55′56.30″N，85°20′38.16″E，实测厚度466 m。PZ1501剖面下部为灰白色薄层泥岩、灰黄色泥灰岩、灰白色灰岩，夹有灰黑色砂岩；中部为灰黑色薄层中-细晶灰岩、灰红色砂岩、砾岩，上部为灰黑色薄层细晶灰岩、灰黄色薄层泥灰岩、灰黑色砂岩，顶部为一层灰黄色砾岩。PZ1502剖面下部为一套杂色薄层泥岩，中部为灰黄、灰绿色砂岩夹有灰绿色薄层泥岩，部分层位可见生物化石，上部为杂色薄层泥岩、灰绿色薄层泥晶灰岩、灰黄色薄层砂岩、含砾中-粗砂岩。

通过对实测剖面的分析，将该地区丁青湖组沉积体系分为2种。

a.扇三角洲沉积体系

在丁青湖组剖面中，发育沉积相为扇三角洲前缘，砂砾岩中发育槽状交错层理、平行层理，砾石分选性和磨圆度都较好，多为次圆-次棱角状。

b.湖泊沉积体系

湖泊沉积主要有滨湖相沉积与浅湖相沉积，发育薄层岩屑砂岩、薄层泥岩、泥灰岩与薄层细晶灰岩，可见小型板状交错层理与水平层理(图2)。薄层状泥岩、灰黄色薄层泥灰岩及浅灰黑色薄层细晶灰岩为潜在的烃源岩。

地层柱状图及沉积相划分如图3。

3 样品采集与处理

3.1 样品采集

丁青湖组烃源岩主要发育在湖泊沉积体系中，为灰绿、灰黄、灰红和灰白色薄层状泥岩，灰黄色薄层泥灰岩及浅灰黑色薄层细晶灰岩。剖面PZ1501采集烃源岩样品10件；剖面PZ1502采集烃源岩样品15件。

图2 野外露头照片Fig.2 Field outcrop photographs(A)河道砂; (B)沙纹层理; (C)板状交错层理; (D)生物碎屑钙质粉砂岩

3.2 样品处理

对丁青湖组25件烃源岩样品进行了有机碳质量分数(wTOC)的测定及恢复，分析了氯仿沥青“A”含量和族组分，测算出总烃含量、生烃潜量等基础地球化学参数。对PZ1501的10件样品进行了饱和烃色谱和色谱-质谱分析。

有机碳含量的测定方法如下：样品除去碳酸盐之后，将剩余残渣在高温下燃烧，使有机质生成CO2。检测产生的CO2量并换算成碳元素的含量，最终得出有机碳质量分数。

烃源岩的可溶烃测试方法如下：将样品粉碎至0.09 mm以下，取45 g装入氯仿抽提后的滤纸做的袋中，索氏抽提72 h，用正己烷沉淀出沥青质，将其可溶物通过硅胶氧化铝层析柱，利用柱层析法，用正己烷淋滤出饱和烃，用二氯甲烷淋滤出芳烃，用甲醇冲洗出非烃。

饱和烃色谱测试：用HP-5弹性石英毛细柱，初温为80℃，以5℃/min升温至300℃，载气为高纯度氮气。

饱和烃色谱-质谱测试：用HP-5弹性石英毛细柱，在80℃恒温2 min，80～160℃升温速率为20℃/min，之后以3℃/min升温至310℃，保持30 min。进样口温度为300℃，载气为高纯度氮气，四极杆温度为150℃，离子源电离能70 eV，检测方式为多离子扫描，质量范围为m/z 50～600。

4 有机地球化学特征

4.1 有机质丰度

由于样品均采自野外露头，受到风化作用影响，部分有机地化参数会有误差，相比之下有机碳含量受风化影响较小，因此本文主要以有机碳含量作为有机质丰度的主要指标[7,9]。对烃源岩进行有机碳恢复，是烃源岩有机质丰度评价的前提。本文依据青藏高原烃源岩有机碳恢复标准，取恢复系数为1.8[10]。通过野外地质调查与西藏新生代陆相盆地评价依据相结合[11]，本文参照中国石油青藏项目经理部的陆相泥质岩类、碳酸盐岩类有机质丰度的评价标准[12]。

此次丁青湖组2条剖面样品的有机质丰度测试结果如表1。

a.碳酸盐烃源岩样(9个)

有机碳质量分数(wTOC)为0.0162%～0.0684%，平均为0.0448%，为非烃源岩；氯仿沥青“A”的质量分数(wA)为(39～86)×10-6，平均为56.6×10-6，仅有2个为差生油岩；总烃质量分数(w烃)为(26.2～44.69)×10-6，平均为34.5×10-6，其中一个为差生油岩，其他的未达到生油岩标准；生烃潜量(S1+S2质量分数)为0.096‰～0.671‰，平均为0.203‰，其中1个为好生油岩，3个为中等生油岩。

图3 中仓盆地丁青湖组实测地层综合柱状图Fig.3 Comprehensive stratigraphic profiles for Dingqinghu Formation in the Zhongcang Basin

b.泥质烃源岩样(16个)

有机碳质量分数为0.0378%～0.0774%，平均为0.048%，未达到生油岩标准；氯仿沥青“A”质量分数为(31～96)×10-6，平均为65.25；总烃质量分数为(21.8～65.4)×10-6，平均为43.4×10-6，均未达到生油岩标准；生烃潜量(S1+S2质量分数)为0.023‰～0.213‰，平均值为0.145‰，未达到生油岩标准。

4.2 正构烷烃

2条剖面共选取了10个烃源岩样品进行色谱测试，从表2可以看出：该区烃源岩主峰碳主要以高碳数C25为主，仅有一个为C24。饱和烃气相色谱呈后峰型。C21以前烃的质量分数总和与C22以后烃的质量分数总和之比，即轻重比(ΣnC21-/ΣnC22+)，最大值为0.29，最小值为0.11。(nC21+ nC22)/(nC28+ nC29)值大部分小于1，最大值为1.06，最小值为0.29。该区烃源岩奇偶优势(OEP)值为1.04～1.36，大于1.15的具有奇碳优势的样品有5个，奇碳优势较为明显，其平均值为1.15；碳优势指数(CPI)值介于1.1～2.03，均大于1，平均值为1.34。

4.3 有机质类型

4.3.1 异戊二烯烃指标

姥鲛烷(Pr)形成于氧化环境，植烷(Ph)形成于还原环境，Pr/Ph比值能够反映叶绿素降解早期的氧化-还原条件[13]。由实验数据(图4)可以看出，Pr/Ph比值为0.45～1.8，大部分样品Pr/Ph比值为0.5～1.0，仅有1个灰岩烃源岩样品的Pr/Ph>1，为1.8；Pr/nC17为0.46～0.85，Ph/nC18为0.36～1.08，两者的关系可用来判断有机质类型。由图5可以看出，中仓盆地丁青湖组烃源岩有机质以Ⅱ型为主，沉积环境为还原性环境。

4.3.2 γ蜡烷指数

γ蜡烷是一种C30-三萜烷，它被认为是咸水还原沉积环境的标志物。咸水还原环境适合于某种含有四膜虫醇微生物的繁殖，而γ蜡烷可以通过还原四膜虫醇生成，因此可以采用γ蜡烷指数来判断沉积环境[13]。γ蜡烷指数是γ蜡烷与C30-藿烷的比值，实验数据(图6)显示，此次10件样品γ蜡烷指数为0.25～0.40，平均为0.32。即γ蜡烷水平变化不大，含量中等，说明水体环境稳定，指示母源沉积环境水体具有一定的盐度。

4.3.3 甾类化合物

许多研究表明，不同生物体内甾醇的分布是不同的，陆生植物主要含C29，而动物主要含C27胆甾醇，水生浮游动植物也以C27为主，其次是C28甾醇。因此，C27、C28、C29甾烷的相对含量可以确定有机质的类型[14]。由实验数据看出，C27>C28

表2 中仓盆地丁青湖组生物标志化合物参数Table 2 Parameters of biomarker compound of the Dingqinghu Formation in Zhongcang Basin

Pr.姥鲛烷; Ph.植烷; CPI.碳优势指数; OEP.奇偶优势; Max-peak.主峰碳。

图4 中仓盆地丁青湖组部分烃源岩色谱图Fig.4 Chromatogram of some source rocks in the Dingqinghu Formation of the Zhongcang Basin

图5 Pr/nC17 与Ph/nC18关系图Fig.5 Relationship between Pr/nC17 and Ph/nC18

4.3.4 升藿烷指数

藿烷类化合物主要来源于原核生物或细菌，是细菌在成岩作用最早期改造藿四醇的产物，升藿烷分布可以反映沉积环境[15]。升藿烷指数定义为C35/C31～35[17α(H),21β(H),22S+22R]。由表3可以看出，10件烃源岩样品升藿烷指数介于0.01～0.08，其中6件样品升藿烷指数小于0.06，指示沉积环境为氧化环境；其余5件样品值均小于0.08，表明形成于氧化-还原过渡环境。

4.4 有机质成熟度

4.4.1 Ts/(Ts+Tm)

17α-三降藿烷(Tm)和18α-三降藿烷(Ts)分别是三降藿烷的一种异构体，在后生作用阶段，由于Tm的稳定性要比Ts差，随着成熟度升高，Ts的相对含量也会增加，因此可以通过Ts/(Ts+Tm)值来判断成熟度[16]。此次研究10件样品的Ts/(Ts+Tm)值介于0.2～0.43(表3)，平均为0.35，未达到0.5的平衡值，表明其未成熟或成熟度较低。

4.4.2 甾类化合物

在低成熟度的沉积物中的甾类，属于热稳定性低的构型，它们随着埋藏深度增加和成熟程度提高向热动力性质更稳定的构型转化。即链状烃由“生物构型R”向“地质构型S”转化，环状烃由“生物构型α”向“地质构型β”转化。因此，C29S/20(S+R)和C29甾烷αββ/(αββ+ααα)在描述源岩成熟度方面比较有效。样品测试结果(表3)显示，中仓盆地丁青湖组甾烷C29S/20(S+R)指标仅有1件样品为0.17，其余的介于0.35～0.40，虽然成熟度较低，但也跨入生油门限0.25[17]。C29αββ/(αββ+ααα)介于0.3～0.4之间，也表明其成熟度较低。

图6 中仓盆地丁青湖组部分烃源岩质量色谱图Fig.6 Mass chromatogram of some source rocks in the Dingqinghu Formation of the Zhongcang Basin

样品号γ蜡烷指数w/%C27C28C29升藿烷指数Ts/(Ts+Tm)C29S/20(S+R)C29αββ/(αββ+ααα)C3122S/(22S+22R)PZ1501-9S10.2529.4022.1648.440.010.200.170.300.42PZ1501-13S10.2635.5026.6837.820.030.340.360.360.48PZ1501-15S10.4036.9924.0139.000.080.320.350.390.50PZ1501-17S10.3937.1423.9638.900.080.300.370.400.50PZ1501-19S10.3037.4526.7935.770.050.370.390.380.52PZ1501-19S20.3836.9725.8837.150.050.310.370.370.51PZ1501-22S10.3936.4225.7237.860.060.360.400.390.53PZ1501-22S20.2838.0526.6235.330.050.380.400.380.53PZ1501-35S10.2837.9125.8336.260.070.430.390.400.55PZ1501-35S20.2441.6223.4334.940.060.400.400.400.56

图7 C27-C28-C29甾烷三角分布图Fig.7 C27-C28-C29 gonane triangle distribution mapⅠ.陆生植物; Ⅱ.浮游植物; Ⅲ.藻类; Ⅳ.混合来源; Ⅴ.陆生植物为主; Ⅵ.浮游植物为主; Ⅶ.藻类为主

4.4.3 萜类化合物

萜烷是广泛存在于植物和动植物体内的天然有机物，实际上是一种环状的异戊二烯类化合物[18]。由于萜类化合物的热稳定性和抵抗微生物降解的能力比较强，因此C31藿烷22S/(22S+22R)的值也可以作为判断成熟度的参数[19]。此次10件样品的22S/(22S+22R)值介于0.42～0.56，十分接近0.57～0.62的平衡值[16]，说明即将进入生油门限或成熟度低。

4.4.4 热解峰温

此次丁青湖组25件样品的热解峰温介于316～516℃。16件泥岩样品中，有2件样品tmax低于435℃，处于未成熟阶段；4件样品tmax为435～440℃，为低成熟阶段；10件样品tmax为440～460℃，为成熟阶段。9件泥灰岩、灰岩样品中，6件样品tmax为440～460℃，处于成熟阶段；1件样品tmax为470℃，为高成熟阶段；2件样品热解峰温>500℃，进入过成熟阶段。

由于镜质体组分很少，没有找到可用的颗粒测定反射率，因此没有获得有效的Ro值。

总的来说，藿烷、甾类、萜类化合物的相关参数均表明中仓盆地丁青湖组烃源岩成熟度较低。而根据热解峰温来看，其成熟度较高；但由于没有获得可用的Ro值，单纯使用热解峰温来判断成熟度有较大的局限性，生标物更加稳定可靠。陈庆等[20]对中仓盆地丁青湖组研究也认为，其烃源岩总体处于未成熟—低成熟阶段。因此综合看来，研究区烃源岩成熟度较低，未进入或即将进入生油门限。

5 古环境意义

丁青湖组主要分布在中仓盆地西北部，在丁青湖组沉积时期，该区主要为扇三角洲前缘和湖泊沉积环境。通过对比前人研究[7,20-21]，发现伦坡拉盆地、尼玛盆地和洞错盆地内丁青湖组的沉积环境均为扇三角洲—湖泊，但在各个盆地内扇三角洲和湖泊相的规模有所不同，说明当时的环境在东西方向的展布上存在一定的差异。

杜佰伟等[21]对伦坡拉盆地丁青湖组的研究认为，丁青湖组形成于缺氧、还原、具一定盐度的沉积环境。陈珊等[17]认为伦坡拉盆地丁青湖组烃源岩沉积环境为强还原环境，有机质类型为Ⅰ型，有机质母质主要来自于水生浮游植物。本次对中仓盆地丁青湖组的研究中，异戊二烯烃数据指示沉积环境为还原性环境，而升藿烷指数偏低，指示沉积环境偏氧化，这可能与样品暴露地表，藿烷被微生物降解有关。生物标志化合物相关参数显示有机质类型以Ⅱ型为主，母质为混合来源，这与伦坡拉盆地丁青湖组有机质类型和母质有所不同，可能与丁青湖组沉积时环境在东西方向上的差异展布有关。

6 结 论

a．中仓盆地内丁青湖组沉积体系为扇三角洲与湖泊沉积体系，发育于湖泊体系中的泥岩、泥灰岩和灰岩为潜在的烃源岩。

b．丁青湖组烃源岩有机质丰度总体较低，碳酸盐岩有机碳质量分数平均为0.0448%，泥质岩有机碳质量分数平均为0.048%，均为较差烃源岩。有机质类型主要为Ⅱ型，总体上处于未成熟—低成熟阶段。

c．生物标志化合物分析表明，中仓盆地丁青湖组烃源岩有机质主要来源于陆生高等植物与水生生物，沉积时主要为缺氧的湖泊相还原环境，水体环境较为稳定，存在一定的盐度。在丁青湖组沉积时，其环境在东西方向的展布上存在一定差异。