烃源岩有机元素组成及生物标志物特征在沉积环境研究中的应用.doc

烃源岩有机元素组成及生物标志物特征在沉积环境研究中的应用以准噶尔盆地四棵树凹陷四参1井为例李 伟1 李伟，男，1979年出生，在读博士生，石油与天然气地质专业，e-mail: ，电话:010-89734694，邮政地址：北京昌平中国石油大学（北京）资信博2003级232# 102249 张枝焕1 李海平2 韩立国11（中国石油大学资源与信息学院 石油天然气成藏机理教育部重点实验室 北京 102249）2（中原油田物探公司 濮阳 457000）摘 要 分析了准噶尔盆地四参1井白垩系及下第三系烃源岩干酪根的有机元素组成及抽提物生物标志物特征，结果表明，下第三系干酪根C/N，O/N，H/N，H/C，O/C都较白垩系干酪根的高，并且白垩系样品的伽马蜡烷指数很高，Ts/Tm也高于下第三系的，而C29藿烷/C30藿烷比下第三系的要低，白垩系样品20RC27/C29大于1，而下第三系样品20RC27/C29小于1。推测两套烃源岩的沉积环境存在差别，结合沉积背景研究认为，下第三系安集海河组基本属于较偏氧化低盐度的浅湖相沉积，陆源高等植物输入较多，白垩系吐谷鲁群基本属于较偏还原高盐度的浅湖深湖相沉积，浮游生物输入较多。关键词 准噶尔盆地 有机元素 生物标志物参数 沉积环境0 引言沉积岩中的干酪根，是分散沉积有机质的主体，它与原始沉积有机质的元素组成密切相关，不同沉积环境中沉积有机质的有机元素组成不同，那么这些原始有机质经过地质作用形成的干酪根有机元素的组成也是有差别的。那么，不同干酪根中具有不同有机元素组成，反映了其原始有机质的不同沉积环境，通过研究干酪根的的有机元素组成可以定性的研究沉积环境。本文分析了准噶尔盆地四棵树凹陷四参1井不同层位的干酪根元素组成及烃源岩中生标参数分布特征，结合地质背景研究，探讨了不同层位烃源岩的原始沉积环境。认为，干酪根的元素组成结合抽提物生物标志物特征可以研究烃源岩的沉积环境，并且很好的区分不同层位的烃源岩。1 样品位置及沉积背景样品主要取自四参1井的白垩系的吐谷鲁群和下第三系的安集海河组，共11个样品，为暗色泥岩。吐谷鲁群和安集海河组是本区两套比较重要的烃源岩。下面简单介绍一下两套地层的岩性及沉积背景。下白垩统吐谷鲁群（K1tg）厚度约130m。岩性主要为泥岩为主，颜色以深灰、灰绿色为主，说明当时为还原环境，初步分析为浅水湖相沉积。古生物比较发育，见叶枝介及鱼类化石。安集海河组(E2-3a)厚度约358m。该组是盆地南缘第三系沉积物中岩性最细的一套地层，其中部为巨厚的以灰绿、深灰色泥岩夹浅灰色泥灰岩、介壳灰岩为主的地层。含有指相矿物黄铁矿。富含介形虫化石。此外尚有叶肢介、鱼、斧足、腹足、骨化石和山龙眼科、木兰科、桃金娘科亚热带的植物化石。初步认为安集海河组为弱还原还原条件的浅湖相沉积。2 干酪根有机元素组成研究现代沉积中的有机元素组成是分析环境的常规方法。许多学者在这方面做了大量工作。Redfield1分析了浮游生物的元素组成后，结果表明浮游生物的C，N，P原子数之比平均值为106：16：1，即Redfield ratio。Goldman2等认为Redfield ratio只有在浮游生物生长速率最大时方能符合，且元素浓度随环境不同而有所差异，那么沉积有机质元素组成的变化反映了沉积环境的差异3。钱君龙等4曾经分析过若尔盖地区湖泊沉积物C和N原子数比的垂向分布特征，认为C/N8的层段基本属于浅湖相沉积，C/N8的层段一般属于湖滨沼泽沉积。Meyers5认为通常藻类的C/N为410，而陆源麦管植物为20以上，这种差别主要由于藻类中缺少纤维素（不含氮）而蛋白质（含氮很高）很丰富6。黄炳达等7研究了台湾地区湖泊中悬浮颗粒有机质碳、氢、氧、氮、硫元素组成以及与环境的关系。瞿文川等8利用太湖沉积物中C/N分析结果结合水生生物的饱和烃组成，对太湖沉积环境进行了判识。沉积岩中的干酪根与原始沉积有机质的元素组成密切相关，那么，不同干酪根中具有不同有机元素组成，也反映了其原始有机质的不同沉积环境。分析了不同层位11个暗色泥岩样品的干酪根有机元素组成及总有机碳分布特征。以H/C为纵坐标，以O/C为横坐标，可以得到Van Krevelen类型图。该图，可以将干酪根大体分为3类，I类的有机质富含碳氢化合物，主要来自于微生物或蜡状陆地有机质，II类也较富含碳氢化合物，主要来自藻类，III类则是贫碳氢化合物而富糖类，是陆源木质植物的代表。如图1，四参1井下第三系安集海河组干酪根主要属于I类，白垩系吐谷鲁群干酪根I类和II类都有。图1 四参1井白垩系和下第三系烃源岩干酪根元素与有机质类型图2 四参1井不同层位泥岩TOC（%）及干酪根C/N的垂向分布特征数据统计结果表明（图2，3），下第三系烃源岩TOC(%)分布范围在1.0%-3.2%之间，平均为1.85%，白垩系烃源岩TOC(%)含量分布范围在0.5%-1.2%之间，平均为0.7%；下第三系烃源岩C/N较高，分布范围在84.3-114.2之间，白垩系烃源岩C/N较低，分布范围在49.9-62.6之间；下第三系烃源岩H/N较高，分布范围在133.4-186.4之间，白垩系烃源岩H/N较低，分布范围在17.3-91.2之间；下第三系烃源岩O/N较高，分布范围在9.4-11.8之间，白垩系烃源岩O/N较低，分布范围在2.7-5.5之间；下第三系烃源岩H/C较高，分布在1.6左右，白垩系烃源岩H/C较低，分布范围在0.3-1.5之间；下第三系烃源岩O/C较高，分布在0.103-0.114左右，白垩系烃源岩O/C较低，分布范围在0.05-0.088之间。图3 四参1井不同层位干酪根H/N，O/N，H/C及O/C的垂向分布特征总体上看，C/N与O/N以及TOC(%)之间又很好的正相关性，但下第三系与白垩系干酪根的回归曲线的斜率有一定的差别（图4），这与现代沉积物中有机元素组成的分析结果相似。下第三系与白垩系干酪根有机元素组成上差别很大，下第三系干酪根C/N，O/N，H/N，H/C，O/C都较白垩系干酪根的高，这可能与下第三系和白垩系沉积环境有关，结合沉积背景研究认为，下第三系的干酪根C/N，O/N，O/C较高，安集海河组基本属于较偏氧化的浅湖相沉积，陆源高等植物输入较多，白垩系干酪根C/N，O/N，O/C较低，吐谷鲁群基本属于较偏还原的浅湖深湖相沉积，浮游生物输入较多。图4 四参1井不同层位干酪根C/N和O/N以及C/N和TOC（%）的关系图3 生物标志物特征从上面四参1井的11个烃源岩样品中选择白垩系吐谷鲁群2个样品和下第三系安集海河组4个样品，分别作了抽提物的族组分分离，并对饱和烃作了GC-MS分析，根据分析结果作了烃源岩抽提物的甾、萜烷系列化合物指纹分布特征图（图5，6）。吐谷鲁群2个样品的aaa20R C27、 aaa20R C28 和aaa20R C29规则甾烷以“V”型分布，aaa20R C27甾烷含量略高于aaa20R C29甾烷含量，孕甾烷和升孕甾烷含量较低。C20 、C21和 C23三环萜烷分布为下降台阶型为主，C29藿烷较高，伽马蜡烷含量很高；安集海河组4个样品的aaa20R C27、 aaa20R C28 和aaa20R C29规则甾烷以“V”型分布，aaa20R C27甾烷含量略低于aaa20R C29甾烷含量，孕甾烷和升孕甾烷含量较高。C20 、C21和 C23三环萜烷分布为下降台阶型为主，C29藿烷较高，伽马蜡烷含量较低。从生物标志物参数分布图上看（图7，表1），吐谷鲁群2个样品的伽马蜡烷指数很高，Ts/Tm也高于安集海河组的，C29藿烷/C30藿烷比安集海河组的要低，吐谷鲁群样品20RC27/C29大于1，而安集海河组样品20RC27/C29小于1。图5 下第三系安集海河组烃源岩甾、萜烷指纹分布特征a甾烷：1.孕甾烷；2.升孕甾烷；11.5,14,17-chol(20S)+24-M-13,17-dichol(20S)；12.5,14,17-chol(20R)+24-E-13,l7- dichol(20S)；13.5,14,17-chol(20S)+24-M- 13,17- dichol(20R)；14.5,14,17-chol(20R)；17.24-M-5,14,17- chol (20S)；17.24-M-5,14,17- chol(20R)+24-E- 13,17-dichol(20R)；19.24-M-5,14,17-chol(20S)；20.24-M-5,14,17- chol (20R)；21.24-E-5,14,17- chol(20S)；22.24-E-5,14,17-chol(20R)；23.24-E-5,14,17- chol(20S)；24.24-E- 5,14,17-chol(20R)。 b萜烷：1.C19三环萜烷；2.C20三环萜烷；3.C21三环萜烷；4.C22三环萜烷；5.C23三环萜烷；6.C24三环萜烷；7.C25三环萜烷；8.C24四环萜烷；9.C26三环萜烷；10.C26三环范烷；11.C28三环萜烷；12.C28三环萜烷；13.C29三环萜烷；14.C29三环萜烷；15.18(H)-22,29,30-三降新藿烷(Ts)；16.17(H)-22,29,30-三降藿烷(Tm)；17.17(H),21(H)-30-降藿烷；18.18(H)-30-降新藿烷(C29Ts)；19.18(H)-重排藿烷；20.17(H),21(H)-30-降莫烷；21.17(H),21(H)-藿烷；22.17(H)21(H)-莫烷；23.17(H),21(H)-30-升藿烷(22s)；24.170(H)21(H)-30-升藿烷(22R)；25.伽马蜡烷；26.17(H),21(H)-30-升莫烷(20R)；27.17(H),21(H)-30,31-二升藿烷(22S)；28.17(H),21(H)-30,31-二升藿烷(22R)；29.17(H), 21(H)- 30,31, 32-三升藿烷(22S)；30.17(H),21(H)-30,31,32-三升藿烷(22R)；31.17(H),21(H)-30,31,32,33-四升藿烷(22S)；32.17(H),21(H)-30,31,32,33-四升藿烷(22R)；33.17(H),21(H)-30,31,32,33,34-五升藿烷(22S)；34.17(H),21(H)-30,31,32,33,34-五升藿烷(22R)图6 白垩系吐谷鲁群烃源岩甾、萜烷指纹分布特征化合物代号同图5图7 四参1井不同层位烃源岩抽提物生物标志物参数分布特征 现在一般认为，aaa20R C27占优势可能是水生生物输入为主，aaa20R C29占优势可能是陆源高等植物为主；伽马蜡烷是一个异常盐度的标志；Ts/Tm不仅受成熟度影响9，还受到沉积环境的影响，氧化环境沉积物中Ts/Tm比缺氧环境沉积物中的要低（Moldwan，1986）；高的C29降藿烷含量不总是与碳酸盐岩相联系的，Brooks（1986）注意到，高的C29降藿烷总是出现在含有奥利烷和双降羽扇烷的样品中，它们是陆源环境的标志物，而且来自埃及西部沙漠的非海相侏罗系煤和马达加斯加的上石炭统煤（Ramanampisoa，1990）都有较高的降藿烷/藿烷比值u 王培荣, 周光甲等. 生物标志物（内部资料）. 江汉石油学院分析测试中心。表1 四参1井不同层位烃源岩的抽提物生物标志物特征甾萜烷化合物或参数分布特征下白垩统烃源岩下第三系烃源岩20RC27、20RC28与20C29甾烷的相对含量“V”型分布，aaa20R C27甾烷含量略高于aaa20R C29甾烷含量“V”型分布，aaa20R C27甾烷含量略低于aaa20R C29甾烷含量孕甾烷及升孕甾烷含量较低较高20RC27/C29大于1小于1Ts/Tm 较高较低伽马蜡烷指数较高较低C29藿烷/C30藿烷较低较高TOC(%)0.5%-1.2%-0.7（7）1.0%-3.2%-1.85（4）C/N49.9-62.6-54.8（7）84.3-114.2-94.9（4）白垩系吐谷鲁群和下第三系安集海河组烃源岩中生物标志物特征及干酪根有机元素组成都存在一定的差别（表1），这可能由原始有机质的沉积环境不同造成的。综合以上分析，认为白垩系吐谷鲁群为一套较偏还原的高盐度的有陆源有机质输入的浅湖深湖相沉积，下第三系安集海河组为一套较偏氧化的低盐度的有较多陆源有机质输入的浅湖相沉积。3 结论1、四参1井11个样品干酪根中C/N与O/N以及TOC(%)之间又很好的正相关性，但下第三系与白垩系干酪根的回归曲线的斜率有一定的差别，这与现代沉积物中有机元素组成的分析结果相似。2、下第三系的干酪根C/N，O/N，O/C较高，安集海河组基本属于较偏氧化的浅湖相沉积，陆源高等植物输入较多，白垩系干酪根C/N，O/N，O/C较低，吐谷鲁群基本属于较偏还原的浅湖深湖相沉积，浮游生物输入较多。3、白垩系吐谷鲁群和下第三系安集海河组烃源岩中生物标志物特征及干酪根有机元素组成存在一定的差别，这反映了原始有机质的沉积环境有差异，综合分析，认为白垩系吐谷鲁群为一套较偏还原的高盐度的浅湖深湖相沉积，有陆源有机质输入；下第三系安集海河组为一套较偏氧化的低盐度的浅湖相沉积，有较多陆源有机质输入。参考文献1Redfield，A. 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China; Faculty of Natural Resources & Information Technology, University of Petroleum, Beijing 102249, China）2（Zhongyuan Petroleum Adiministration Bureau，Puyang, Henan, 457000）Abstrct The source rocks of Eogene and Cretaceous of Sican 1 well have