準噶爾盆地東南緣西大龍口梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖地球化學特征

馮 喬，李海斌，周海峰，王炳凱，田方正

(山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島 266590)

準噶爾盆地東南緣西大龍口梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖地球化學特征

馮 喬，李海斌，周海峰，王炳凱，田方正

(山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島 266590)

采用飽和烴GC-MS等地球化學測試技術，通過準噶爾盆地東南緣西大龍口梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖有機質豐度、有機質類型和有機質成熟度等參數的分析，對該套烴源巖的生烴能力進行初步評價。研究表明，該套烴源巖有機質豐度中等，有機質類型為Ⅱ型、Ⅲ型；梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖中藿烷/莫烷為2.47～7.27(平均4.74)，有機質演化主體已進入成熟階段；烴源巖中Pr/Ph為0.77～1.40(平均0.96)，表明沉積水體為弱氧化-弱還原環境；C22/C21值較低，C24/C23值較高，介于0.45～0.72之間(平均0.59)，表明該套烴源巖為湖泊相沉積；該套烴源巖有機質來源主要為陸生高等植物，同時也有水生生物。

烴源巖；地球化學特征；桐溝組—鍋底坑組；二疊系；準噶爾盆地

含油氣盆地烴源巖評價始終是油氣勘探中較為關注的問題之一。對于烴源巖的研究多基于能產出石油與天然氣的巖石特性，即巖石中有機質數量、類型和成熟度方面[1]。準噶爾盆地是我國油頁巖資源量最豐富的三大盆地之一，吉木薩爾是準噶爾盆地的重點勘探區域之一。經過多年油氣勘探及研究，已經積累了一些地質、地球化學及地球物理等資料[2]。王鐵冠等[3]在湖相泥巖和海相碳酸鹽巖生烴方面、戴金星等[4]在煤成烴方面、徐永昌等[5]在天然氣地球化學方面都做了大量研究工作并取得了新的進展。另外，對于烴源巖評價方法以及測試技術方面的研究有了很大提高，梅博文等[6]在分子有機地球化學方面、鄧宏文[7]等在沉積地球化學方面進行了探討，對烴源巖的研究與評價獲得了豐碩成果。

前人對吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組烴源巖的研究程度相對較高，對二疊系梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖研究相對較少。劉翠敏等[8]探討了吉木薩爾凹陷東斜坡區梧桐溝組油氣成藏，石新樸等[9]對吉木薩爾梧桐溝組進行了高分辨層序地層學研究，王厚坤等[10]對吉木薩爾梧桐溝組沉積相的劃分及油氣生成進行研究。本文在前人研究基礎上，著重對吉木薩爾西大龍口二疊系梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖進行探討，通過飽和烴GC-MS等測試技術進行詳細的有機地球化學研究，探討沉積環境、水介質、有機質成熟度、有機母質來源和生烴潛力。通過對烴源巖的初步評價，對該區下一步油氣勘探工作具有重要指導意義。

1 地質背景

準噶爾盆地是在新疆北部古生代板塊構造運動和造山作用基礎上發育起來的大型陸內疊合盆地，是一個以陸相沉積為主的大型含油氣盆地，吉木薩爾凹陷為準噶爾盆地重要的組成部分之一。準噶爾盆地南緣在盆地構造單元劃分中歸屬北天山山前沖斷帶，凹陷南北寬30 km，東西長約60 km，面積約1 500 km2[11]。

大龍口背斜構造位于準噶爾盆地東南緣，背斜兩翼地層從中二疊統蘆草溝組依次過渡到上二疊統和中生界三疊系，背斜南部發育一條逆斷層——大黃山斷裂(圖1)。具有雙層基底(前寒武系結晶基底和下古生界基底)，經歷了晚海西、印支、燕山和喜馬拉雅4個構造運動，地層褶皺非常強烈[12-13]。其中，晚海西期運動加強了該區的凹凸構造，而印支運動繼承了晚海西期的構造格局，燕山期又經歷了對原盆地的疊加改造，最后到喜山運動則影響較弱。

圖1 大龍口區域地質圖

梧桐溝組和鍋底坑組均為潮濕型濱淺湖—三角洲沉積體系：①梧桐溝組,呈厚層砂巖、含礫砂巖與泥巖互層，并夾煤線或薄煤層，含大量硅化木，可與塔爾朗溝剖面對比，砂巖中含大量水體雙殼化石，化石埋藏特點類似于塔爾朗剖面的紅雁池組，在梧桐溝組中發現3枚陸地動物化石，這也是生物演化史上首次出現陸地動物；②鍋底坑組，為一套泥巖夾細砂巖沉積組合，屬濱淺湖沉積體系，向上逐漸轉化為三角洲沉積體系，中部發育一套較深水的深灰色頁巖沉積，夾薄層灰巖，反映了鍋底坑組由下往上水體逐漸變深又逐漸變淺的過程，生物生長繁盛，氣候由潮濕逐漸轉向干旱。

2 烴源巖綜合評價

2.1 有機質豐度

有機質豐度是油氣形成的物質基礎，也是評價烴源巖質量優劣的重要依據[14]。在其他條件相近的前提下，巖石中有機質含量(豐度)越高，其生烴能力越強。衡量有機質豐度的主要指標有：總有機碳(total organic carbon,TOC)、氯仿瀝青“A”等。在梧桐溝組—鍋底坑組共采集了13塊樣品，見表1。

表1 梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖有機質豐度數據表

圖2 梧桐溝組—鍋底坑組TOC直方圖

梧桐溝組：采集8塊樣品，TOC分布區間0.5%～1.9%(平均1.1%)，其中大于1.0%的樣品4塊，占總樣品的50%，0.4%～0.6%樣品1塊，占總樣品的12.5%，0.6%～1.0%的樣品3塊，占總樣品的37.5%(圖2)，說明梧桐溝組烴源巖生烴潛力較好。

鍋底坑組：采集5塊樣品，TOC分布區間0.1%～0.6%(平均0.4%)，0.2%～0.4%樣品1塊，0.4%～0.6%的樣品有2塊，0.6%～1.0%樣品1塊，大于1.0%樣品1塊(圖2)，說明鍋底坑組烴源巖生油潛力中等。

梧桐溝組的氯仿瀝青“A”值分布范圍26～97 mg/kg(平均68 mg/kg)；鍋底坑組的氯仿瀝青“A”值分布范圍13～78 mg/kg(平均47 mg/kg)，梧桐溝組—鍋底坑組氯仿瀝青“A”普遍偏低，這主要是因為樣品為地表樣品，氯仿瀝青“A”因風化易被林濾所致，綜上表明研究區梧桐溝組―鍋底坑組為一套有機質豐度中等的烴源巖。

圖3 梧桐溝組—鍋底坑組干酪根碳同位素分布圖

圖4 干酪根δ13C及H與C原子比分布特征

2.2 有機質類型

有機質豐度是油氣形成的物質基礎，而有機質類型則是衡量烴源巖質量的指標，有機質豐度和類型是評價烴源巖的出發點和歸宿[15]，是影響生烴類型和數量的重要因素。不同來源有機質形成的干酪根，其性質和生油氣潛能差異較大，有的干酪根以生油為主，有的則以生氣為主[16]。本研究通過干酪根同位素和干酪根元素比來判定有機質的類型。

2.2.1 干酪根同位素分析

成海燕等[16]認為，干酪根碳同位素(δ13C)小于-28‰為Ⅰ型，-28‰～-26.5‰為Ⅱ1型，-26.5‰～-25‰為Ⅱ2型，大于-25‰為Ⅲ型。

西大龍口梧桐溝組的干酪根碳同位素(δ13C)分布在-22.2‰～-21.9‰(平均-22.1‰)；鍋底坑組的干酪根碳同位素(δ13C)分布在-28.0‰～-23.2‰(平均-24.9‰)(圖3)，干酪根同位素值較高，多落在Ⅲ型范圍內。研究區梧桐溝組—鍋底坑組干酪根碳同位素較重，表明了其生成于弱氧化—弱還原的環境下，并且具陸源高等植物特征。

2.2.2 干酪根元素比

梧桐溝組的H/C分布在1.02～1.61(平均值1.34)，鍋底坑組的H/C分布在1.01～3.01(平均值1.62)，

根據干酪根總有機碳同位素(δ13C)及H/C原子比分布特征可以看出，研究區梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖的干酪根類型總體以Ⅲ型為主，有個別落在Ⅱ1、Ⅱ2型范圍內(圖4)。

2.3 有機質成熟度

有機質成熟度描述有機質向石油轉化的熱演化程度[17]。以下為西大龍口梧桐溝組和鍋底坑組的有機質成熟度參數分布情況(表2)。

2.3.1 H/C原子比值

盧雙舫等[18]認為有機元素H/C原子>1.6處于未成熟階段，介于1.6～1.2處于低成熟階段，1.2～1.0處于成熟階段。

梧桐溝組：H/C原子比值大于1.6的有1塊，占總樣品的12.5%；1.2～1.6的有2塊，占總樣品的25%；1.0～1.2的有5塊，占總樣品的62.5%。說明梧桐溝組烴源巖已進入成熟階段。

鍋底坑組：H/C原子比值大于1.6的有1個，占了總樣品的20%；1.2～1.6的有2個，占總樣品的40%；1.0～1.2的有2個，占總樣品的40%(圖5)。說明鍋底坑組烴源巖大體也已進入成熟階段。

2.3.2 飽和烴成熟度參數

研究區梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖生物標志物C29甾烷20S/(20S+20R)為0.29～0.58(平均0.47)，C29甾烷ββ/(ββ+αα)在0.36～0.61之間(平均0.45)，通過甾烷C29ββ/(ββ+αα)與C29αααS/(S+R)之間關系(圖6)，表明梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖已進入成熟階段，僅有個別處于低成熟階段。

表2 有機質成熟度參數表

Tab. 2 Organic maturity parameters

組樣品編號巖性Ααα-C2920S/(20S+20R)C29ββ/(ββ+αα)C31αβ-22S/(S+R)藿烷/莫烷梧桐溝組XD087深灰色泥巖0.290.600.5002.47XD088深灰色泥巖0.590.540.5805.25XD094紫紅色泥巖0.410.370.5505.54XDN017灰色頁巖0.530.360.5304.59XDN020灰色泥巖0.520.470.5805.23XDN022深灰色頁巖0.570.460.5824.93XDN023深灰色頁巖0.580.510.5887.27XDN027深灰色頁巖0.250.270.5842.54鍋底坑組XD108灰色泥巖0.440.460.5806.18XD107灰褐色泥巖0.550.350.5706.32XDN028深灰色頁巖0.320.280.5904.21XDN029灰色泥巖0.550.600.6302.71XDN030深灰色頁巖0.460.410.5604.39

圖5 梧桐溝組—鍋底坑組H/C原子直方圖

圖6 梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖甾烷

評價成熟度的參數還有藿烷/莫烷、C31αβ-22S/(S+R)等[19]，αβ藿烷與其相應的βα藿烷比值隨著成熟度增加而增大，當比值小于1時處在未成熟階段，在4.0～7.0進入成熟階段，大于7.0時處在高成熟階段。C31αβ-22S/(S+R)值約0.57～0.60，表明進入成熟階段。

研究區梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖中藿烷/莫烷為2.47～7.27(平均4.74)，表明梧桐溝組—鍋底坑組有機質已進入成熟階段。另外，梧桐溝組—鍋底坑組的C31αβ-22S/(S+R)值為0.51～0.63(平均值0.58)，反映了梧桐溝組—鍋底坑組的有機質演化已達到成熟階段。

2.4 生烴潛力初步評價

綜上所述，準格爾盆地大龍口剖面梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖有機質豐度中等；有機質類型為混合型，反映有機質來源主要為陸源高等植物，同時也有水生生物；該套烴源巖的有機質演化已進入成熟階段，有機質演化總體已達到生油門限。因此，梧桐溝組—鍋底坑組為一套生烴潛力較好的烴源巖。

3 生物標志化合物特征及意義

3.1 有機質來源

西大龍口梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖甾烷中C27的相對質量分數較低，而C28、C29的相對質量分數較高(表3)，如C27甾烷質量分數僅為10.39%～33.1%，C28甾烷質量分數為19.6%～57.19%，而C29甾烷質量分數達18.52%～70.01%，具有C29>C28>C27分布特征(圖7)，表明樣品中有機質以高等植物輸入占絕對優勢。通過C27、C28、C29規則甾烷三角圖(圖8)也可以看出，梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖有機質主要來源為陸生植物。

表3 生物標志物參數表

Tab.3 Biomarkers parameters

組樣品編號ΣC21-/ΣC22+CPIOEPC27Sterane/%C28Sterane/%C29Sterane/%伽馬蠟烷/C30H三環萜烷C22/C21三環萜烷C24/C23姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)XD0870.581.741.2810.3919.6070.010.140.170.571.38XD0880.161.111.0523.8329.7846.390.110.150.680.77XD0940.571.471.1518.9539.0042.050.150.280.450.79梧桐溝組XDN0170.581.061.1524.5227.0148.470.160.180.721.07XDN0200.303.083.5224.2957.1918.520.130.160.531.47XDN0220.651.401.2122.4228.1949.390.160.220.530.91XDN0230.431.361.1419.9736.5943.440.130.190.570.52XDN0270.451.541.1211.3016.8271.880.110.230.540.76XD1080.601.371.1820.3536.5243.130.110.200.560.82鍋底坑組XD1070.491.621.1121.7630.1648.090.130.200.610.78XDN0280.471.481.0726.2426.8346.930.130.170.510.85XDN0290.601.581.1333.1020.4946.410.110.190.721.29XDN0300.321.201.1531.5727.1641.270.200.210.610.77

注：CPI={(C25+C27+C29+C31+C33)[1/2(C24+C26+C28+C30+C32)+1/2(C26+C28+C30+C32+C34)]}/2；OEP=(C23+6C25+C27)/(4C24+4C26)

正構烷烴主要來自活體生物的類脂化合物，通過正構烷烴的分布和組合特征可反映烴源巖有機質的母質來源信息，亦可提供成熟度信息[20]。梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖正構烷烴集中分布于nC25的低碳數部分，主峰碳為nC23、nC24，C27奇偶優勢不明顯(圖9)，低-中分子量正構烷烴占絕對優勢，峰型主要為單峰型。

一般認為，nC16～nC19的低碳數優勢反映母質來源于藻類等低等水生浮游生物；nC21～nC25的中碳數優勢反映母質來源于水生植物的輸入；nC25～nC35的高碳數優勢反映母質來源于陸生高等植物的輸入[20]。ΣC21-/ΣC22+通常是用來反映低等生物與高等植物相對變化的代用指標。深湖中的樣品，沉積有機質以水生生物為主，所以ΣC21-/ΣC22+比值一般較大；而淺湖或沼澤沉積有機質中的樣品，陸生高等植物含量居多，ΣC21-/ΣC22+比值較小。

圖7 梧桐溝組—鍋底坑組甾類生物標志化合物分布特征(m/z=217)

梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖樣品中，ΣC21-/ΣC22+值介于0.16～0.60，OEP值為1.05～3.52，CPI值為1.11～3.08，具奇偶優勢。反映其母質來源是陸源高等植物和水生生物，其中陸源高等植物輸入占主導，與上述一致。

3.2 沉積環境

通過比較長側鏈三環萜烷C22/C21值和C24/C23值的大小可判斷烴源巖的沉積環境，一般認為海相碳酸鹽具有較高的C22/C21值和低的C24/C23值，而湖相烴源巖具有低C22/C21值和較高的C24/C23值。

西大龍口梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖的C22/C21值較低，介于0.15～0.27之間(平均0.19)；C24/C23值較高，介于0.45～0.72之間(平均0.59)，因此，該套烴源巖形成于湖相沉積環境。

伽馬蠟烷是反映咸水環境的重要生物標志化合物，高含量的伽馬蠟烷常被作為強還原超鹽環境的指示，且與水體的分層有關[21]，伽馬蠟烷/C30藿烷的比值可反映伽馬蠟烷的相對含量，稱為伽馬蠟烷指數(gammacerane index,GI)[22]，伽馬蠟烷常作為水體鹽度較高的標志。飽和烴中姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph)的豐度受沉積環境、母質輸入、成熟度和生物降解等方面影響[23]，一般認為在還原環境中植烷占優勢，Pr/Ph值較低，

圖8 C27、C28、C29規則甾烷三角圖

而氧化環境中則姥鮫烷占優勢，Pr/Ph值較高[24]，姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph)大小可以指示沉積水體的氧化還原環境。

該套烴源巖樣品中伽馬蠟烷豐度中等，伽馬蠟烷指數(伽馬蠟烷/C30H) 0.11～0.20(平均0.14)，反映水體中等鹽度(微咸水)。烴源巖鏈烷烴中姥鮫烷與植烷之比(Pr/Ph)為0.77～1.40(平均值0.96)，表明該有機質的沉積環境為弱氧化—弱還原環境。

4 結論

1) 準噶爾盆地大龍口剖面梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖有機質豐度中等。根據干酪根總有機碳同位素(δ13C)及H/C原子比分布特征，可以判別有機質類型以Ⅱ型和Ⅲ型為主。

2) 烴源巖生物標志物C29甾烷20S/(20S+20R)為0.29～0.58(平均0.47)，C29甾烷ββ/(ββ+αα)為0.36～0.61 (平均0.45)。藿烷/莫烷為2.47～7.27(平均4.74)，C31αβ-22S/(S+R)值為0.51～0.63(平均0.58)。這些數據均表明烴源巖已進入成熟演化階段，有機質演化已達到生油門限。

3) 烴源巖的伽馬蠟烷指數為0.11～0.20(平均值0.14)，反映了水體鹽度中等。三環萜烷C22/C21值較低，介于0.15～0.27之間(平均0.19)，C24/C23值較高，介于0.45～0.72之間(平均0.59)，表明該套烴源巖為湖湘沉積環境。烴源巖鏈烷烴中姥鮫烷與植烷之比(Pr/Ph)為0.77～1.40(平均值0.96)，表明該有機質形成于弱氧化—弱還原沉積環境。

圖9 梧桐溝組—鍋底坑組飽和烴總離子流圖(m/e=85)

4) 梧桐溝組—鍋底坑組烴源巖甾烷中C27甾烷質量分數僅為10.39%～33.1%，而C28甾烷質量分數為19.6%～57.19%，C29甾烷質量分數達18.52%～70.01%，反映有機質來源主要為陸源高等植物，也含有一些水生生物。

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(責任編輯：高麗華)

Geochemical Characteristics of Hydrocarbon Source Rock in Wutonggou-Guodikeng Formation of West Dalongkou, Southeast of Junggar Basin

FENG Qiao, LI Haibin, ZHOU Haifeng, WANG Bingkai, TIAN Fangzheng

(College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

Using geochemical testing technology such as the method of saturated hydrocarbon GC-MS(gas chromatography-mass spectrometer) in this paper, made a preliminary evaluation of the hydrocarbon generation capacity of the hydrocarbon source rock in Wutonggou-Guodikeng formation of west Dalongkou, southeast of Junggar basin, by analyzing parameters of its organic matter abundance, type and maturity. The results show that this set of hydrocarbon source rock is of medium organic matter abundance and Type II and Type III organic matter. The level of hopanoic/Mo alkane is 2.47-76.32 (average is 4.74) in Wutonggou-Guodikeng formation source rock, indicating that the evolution of organic matter has mainly entered the mature stage. The level of Pr/Ph in the source rock is 0.77-1.40 (average is 0.96), indicating that the sedimentary water body is in the weak oxidation-weak reduction environment. The C22/C21 value is low and C24/C23 value is high, between 0.72 and 0.45 (average is 0.59), indicating that this set of source rock is of lacustrine facies deposits. The sources of organic matter are mainly terrestrial plants as well as aquatic organisms.

source rocks; geochemical characteristics; Wutonggou-Guodikeng formation; Permian; Junggar basin

2016-05-08

國家自然科學基金項目(41428201)

馮 喬(1963—)，男，四川達州人，教授，博士，主要從事石油地質和油氣地球化學方面的研究. E-mail:342853438@qq.com

TE122.1

A

1672-3767(2017)02-0001-10