遼西金羊盆地北票組油砂芳烴地球化學特征及其地質意義

唐友軍，劉客，孫鵬 (長江大學資源與環境學院，湖北 武漢 430100)

李永飛，孫守亮 (中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽 110034)

張坤 (仙桃市自然資源和規劃局，湖北 仙桃 433000)

遼西金嶺寺-羊山盆地(以下簡稱金羊盆地)是松遼外圍南部盆地群中較大的盆地之一，呈北東向展布，盆地走向長約200km、寬約40km，總面積約7430km2，是中國北方侏羅系發育最完備的盆地之一[1～3]。大量研究結果表明，金羊盆地的沉積充填序列中，下侏羅統北票組發育的一套湖相泥頁巖具有良好的生油氣潛力[2～7]。近年來，中國地質調查局沈陽地質調查中心在金羊盆地北部實施的地質調查井(SZK02井、SZK03井、SZK04井)和羊D1井中均取得了油氣新發現，其中，SZK02井為下侏羅統北票組油氣顯示較好的調查井[8,9]，羊D1井油砂產于中侏羅統髫髻山組安山巖裂隙中，可能來源于盆地內下伏的下侏羅統北票組烴源巖的貢獻[9]。然而，現在的研究主要集中在北票組烴源巖的地球化學特征和已發現油砂的飽和烴的地球化學特征研究，針對油砂芳烴蘊含的地質地球化學信息研究還未見報道。作為原油和烴源巖瀝青抽提物的重要組成部分，芳烴蘊藏著反映可溶有機質的母質類型、沉積環境和成熟度的地質地球化學信息。為此，筆者對SZK02井的4件北票組油砂樣品芳烴的地球化學特征進行研究，探討其生源、沉積環境、成熟度等方面的信息，旨在為金羊盆地油氣資源調查和評價提供依據。

1 樣品采集與分析方法

研究采集的油砂樣品均為粉砂巖，產于金羊盆地北部SZK02井的下侏羅統北票組中。油砂采樣位置見圖1，油砂飽和烴氣相色譜參數見文獻[7]。樣品分別標記為SZK02-75、SZK02-138、SZK02-159和SZK02-202.5。樣品的抽提分離和芳烴氣相色譜-質譜(GC-MS)分析均由油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)完成。

對油砂樣品進行GC-MS分析前，首先除去巖心樣品表面的污染物，取200～300g泥巖樣品將其粉碎至100目，用濾紙包裹，進行索式抽提48h得到氯仿瀝青“A”后，加入正己烷靜置24h沉淀并用脫脂棉過濾瀝青質，然后采用硅膠-氧化鋁層析柱進行族組成分離，用正己烷沖洗飽和烴，用2∶1(體積比)的二氯甲烷和正己烷混合溶液沖洗得到芳烴，最后進行GC-MS分析。

2 結果與討論

2.1 油砂芳烴化合物的組成特征

2.2 萘系列化合物

萘系列化合物是原油與烴源巖芳烴化合物餾分中最主要的二環化合物，其中烷基萘系列化合物可以表征沉積有機質的來源、熱演化程度和沉積環境等[11]。研究區北票組油砂中萘系列化合物占芳烴總量的1.76%～15.22%，其中樣品SZK02-75、SZK02-138的質量分數高于樣品SZK02-159和SZK02-202.5的質量分數。

萘和多甲基取代萘系列化合物廣泛存在于沉積有機質和原油中，萘系列化合物的質量分數受控于陸源有機質輸入量[11]。研究區北票組油砂中檢測與鑒定出來的萘系列化合物完整，具體包括萘、一甲基萘、二甲基萘、三甲基萘、四甲基萘、五甲基萘和乙基萘，在所分析的4件樣品中，樣品SZK02-75、SZK02-138中三甲基萘相對質量分數最高，四甲基萘次之；樣品SZK02-159和SZK02-202.5中四甲基萘相對質量分數最高，三甲基萘次之。分布特征如圖4所示。

1,2,5-三甲基萘主要來源于高等植物中的雙環二萜刺柏酸和五環三萜香樹素，由此可將高含量的1,2,5-三甲基萘用作指示高等植物生源輸入的標志化合物(Alexander，1988)。據朱揚明等[12]研究成果發現，1,2,5-三甲基萘/1,3,6-三甲基萘在陸相原油中較高，可達0.30以上，煤成油中為0.74～1.48，海相原油中較低(如塔里木盆地海相原油中為0.15～0.29)。研究區油砂中1,2,5-三甲基萘/1,3,6-三甲基萘分別為：樣品SZK02-75、SZK02-138為0.25和0.18，SZK02-159和SZK02-202.5為0.33和0.33，下部油砂表現為陸相有機質來源的特征，說明來源不一致。

2.3 菲系列化合物

菲系列化合物主要用于研究原油和烴源巖的成熟度[13,14]，某些化合物對沉積環境和有機母源輸入也有指示意義。研究區4件北票組油砂樣品中菲系列化合物質量分數占所檢測的芳烴餾分化合物的40.71%～52.14%，主要包括菲(P)、惹烯(Re)、甲基菲(MP)、二甲基菲(DMP)和三甲基菲(TMP)等，其相對質量分數有所差異。如圖5所示，樣品SZK02-75、SZK02-138、SZK02-202.5中各化合物質量分數呈DMP>MP>TMP>P>Re的分布特征；樣品SZK02-159中呈DMP>TMP>MP>P>Re的分布特征。

研究認為，3-甲基菲和2-甲基菲熱穩定性高，是Ⅰ型和Ⅱ型干酪根高成熟度階段甲基菲的產物，然而9-甲基菲和1-甲基菲受有機質生源和沉積環境的影響較大[15,16]。1-甲基菲在煤的陸相油和Ⅲ型有機質中較豐富，然而9-甲基菲和海相有機質有關，但是在半咸水-咸水還原環境的富含菌類和藻類等低等生物的煤中，也能生成9-甲基菲[15,16]。研究區樣品中菲系列化合物豐度在芳烴中質量分數較高，并且甲基菲的分布模式呈現為9-甲基菲>2-甲基菲>1-甲基菲>3-甲基菲(見圖6)，與中國東部渤海灣盆地中渤南洼陷以低等水生生物為主要生源的甲基菲分布模式類似[15]，反映出研究區下侏羅統北票組油砂生烴母質主要為低等水生生物。

甲基菲指數是常用的芳烴餾分成熟度參數[16]。研究區北票組油砂的甲基菲指數介于0.74～1.03，折算的成熟度介于0.84～1.02，說明北票組油砂成熟度差別不大，都處于成熟階段。

2.4 聯苯系列化合物

聯苯系列化合物的生源可能來源于高等植物的木質素[17]。北票組油砂樣品中檢測到的聯苯系列化合物占芳烴總量的2.32%、5.08%、0.43%、1.03%，包括聯苯、甲基聯苯、乙基聯苯和二甲基聯苯，其相對質量分數分布如圖7所示。從圖7中可以看出，油砂中二甲基聯苯相對質量分數最高，下部2件油砂樣品的二甲基聯苯占絕對優勢，可能表明上部2件油砂與下部2件油砂在有機質輸入上有所不同。

2.5 三芴系列化合物

三芴系列化合物包括芴系列、氧芴(二苯并呋喃)系列和硫芴(二苯并噻吩)系列，是芳烴餾分化合物中研究得最多的化合物之一。依據三芴系列的相對組成特征差異，可用來表征沉積環境的變化(見圖8)。一般認為二苯并噻吩/菲(即DBT/P)可以指示原油成油母質的沉積環境[18，19]，在強還原環境尤其是海相碳酸鹽地層中，DBT/P>1，在湖相沉積環境，DBT/P<1。研究區的油砂樣品DBT/P介于 0.11～0.14之間，Pr/Ph介于2.50～3.54之間。Hughes等[18]提出依據Pr/Ph-DBT/P關系可以識別沉積相帶，在Pr/Ph-DBT/P圖(見圖9)中，研究區樣品位于淺湖相和河流、三角洲相區間，總體表明其成烴母質的沉積環境為偏氧化的淺湖相-河流/三角洲沉積環境，這與飽和烴分子化石得出的結論基本一致[7]。

2.6 三芳甾烷系列化合物

三芳甾烷的相對分布特征和C26-三芳甾烷(20S)/C28-三芳甾烷(20S)是沉積環境或物源輸入的有效指標[20,21]。在咸水、半咸水環境中形成的有機質中C26三芳甾烷的豐度較高，在淡水環境中形成的有機質中C28三芳甾烷占優勢。研究成果揭示，C26-三芳甾烷(20S)/C28-三芳甾烷(20S)在半咸水、咸水湖相烴源巖中為0.57～0.94，在淡水、微咸水樣品中C26-三芳甾烷(20S)/C28-三芳甾烷(20S)為0.20～0.45，而煤樣品中C26-三芳甾烷(20S)/C28-三芳甾烷(20S)僅為0～0.25[20]。

三芳甾烷的豐度與沉積水體的鹽度有關。三芳甾烷在芳烴餾分中的相對豐度與沉積環境水體咸度正相關，較高豐度的三芳甾烷系列可能是鹽湖環境的標志物[22]。研究區4件油砂樣品的三芳甾烷的相對組成特征略有差異，均檢測到較低的三芳甾烷系列化合物，暗示油砂沉積環境水體并不咸和成熟度較高。油砂樣品中檢測出了較完整的m/z=231三芳甾烷系列(見圖10)，但上部油砂樣品顯示三芳甾烷系列化合物豐度極低，平均占芳烴總量的0.69%，下部油砂樣品中三芳甾烷化合物豐度較高，平均占芳烴總量的2.86%。 4件樣品的C26(20S)/ C28(20S)分別為0.41、0.23、0.35、0.42，表明北票組油砂生烴母質形成于淡水、微咸水沉積環境。研究區油砂伽馬蠟烷指數(伽馬蠟烷/C30藿烷)介于0.18～0.25之間，顯示其形成于半咸水環境[7]。三芳甾烷參數C28TAS-20S/(20R+20S)也可用于研究原油成熟度，研究區北票組油砂中C28TAS-20S/(20R+20S)為0.50～0.57，平均0.54，反映出油砂成熟度并不高的特征。

3 結論

1)對遼西金羊盆地SZK02井4件油砂樣品的GC-MS分析研究表明，油砂已達成熟，有機質主要形成于微咸水-淡水的湖相環境中。

3)金羊盆地SZK02井4件油砂樣品的三芴系列參數指示成烴母質的沉積環境為偏氧化的淺湖-河流/三角洲相沉積環境；三芳甾烷相對質量分數較低，下部2件油砂略高于上部2件油砂；總體反映了上部油砂和下部油砂在成因上具有一定的差異，這與飽和烴分子化石表現的特征具有一致性。