渤海萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖地球化學特征及沉積環境

鄧美玲，王 寧，李新琦，陳容濤，劉 巖，徐耀輝

（1.油氣地球化學與環境湖北省重點實驗室（長江大學資源與環境學院），武漢 430100；2.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學），武漢 430100；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452）

0 引言

烴源巖是具有生烴潛力并能夠生成油氣的一類沉積巖，其中的有機質是形成油氣的物質基礎，在大中型油氣田成藏過程中，優質烴源巖更是在油氣供應中發揮重要作用。烴源巖的質量由初級生產力、有機質保存條件等因素控制，因此優質烴源巖形成條件及環境也成為近年來非常規油氣領域研究的熱點問題［1］。目前，有機地球化學以及元素地球化學方法在烴源巖特征、母質來源及沉積環境等方面的研究中應用廣泛［2-4］，如利用生標參數（C27/C29規則甾烷）、微量元素比值等研究母質來源及古鹽度之類的研究已較為成熟［5-6］。萊州灣凹陷位于渤海海域南部，其勘探歷程復雜，早期的油氣勘探主要集中在凹陷內部的北部陡坡帶，發現了大中型油氣田墾利10-1；中央構造帶具備優越的油氣成藏條件，先后發現了KL10-2 和KL11-1 等多個含油氣構造帶，但未形成規模型油氣田［7-8］。凹陷內主力烴源巖層段為古近系沙三段和沙四段，且大部分已成熟并進入生烴高峰階段，展示了較大的生烴潛力及良好的勘探前景［9-14］。學者們通過地震測井、地球化學、古生物及巖石學等方法對萊州灣凹陷烴源巖特征及沉積環境等進行了一系列研究，如周連德等［15］通過結合地震相、單井沉積相解剖等資料建立了萊州灣凹陷KL 油田沙河街組的沉積演化模式，認為KL 油田古近系沙河街組沉積體系主要以扇三角洲沉積為主；湯國民等［16］通過大量烴源巖樣品生物標志物的分析，認為萊州灣凹陷烴源巖母質來源以低等藻類生源為主，但不同次洼烴源巖的沉積環境差異較大；潘文靜等［2］、Zhao 等［3］、Wang 等［4］通過孢粉等古生物資料及有機地球化學參數及巖石學分析，認為沙三段烴源巖為好—優質烴源巖層系，有機質主要以Ⅰ—Ⅱ型為主，有機質來源主要以藻類為主，沙三段沉積時期萊州灣地區為溫暖潮濕氣候，水體為淡水—微咸水和弱氧化環境。隨著勘探的深入，對凹陷資源潛力的研究不斷增多，但由于區域內鉆井少、取心少、巖屑樣品易被污染等問題，針對萊州灣凹陷中部沙三段烴源巖地球化學特征及沉積環境的研究工作尚不夠深入。

以萊州灣凹陷中部KL-a 及KL-b 等2 口井的沙三段烴源巖為研究對象，在常規熱解、TOC等測試基礎上，結合分子地球化學數據及元素地球化學數據分析，開展該地區沙三段烴源巖地球化學特征、母質來源及沉積環境研究，以期為萊州灣凹陷中部地區的油氣勘探提供支撐。

1 地質概況

萊州灣凹陷是位于渤海南部海域的一個小型凹陷，面積約為1 100 km2，隸屬于渤海灣盆地，毗鄰濟陽坳陷東營凹陷和沾化凹陷［12，17］，其東西兩側為郯廬斷裂的東支和西支，是一個在中生界基底之上的新生代凹陷，整體為北斷南超的箕狀凹陷構造格局。

研究區位于萊州灣凹陷中部的中央構造帶內（圖1a），夾于北洼與南洼，主要包含KL10-2 構造、KL10-3 構造及KL11-1 構造等。該區主要經歷兩大構造期次（圖1b），在古近系沉積時期凹陷處于裂陷期，主要經歷4 個階段裂陷［16，18-19］，該時期主要為湖相沉積，發育孔店組、沙河街組以及東營組3 套地層。根據巖性特征可進一步將沙河街組劃分為沙一段、沙二段、沙三段和沙四段，其中沙三段烴源巖是萊州灣凹陷內分布最廣的主力生烴層系，巖性為厚層暗色泥巖及砂巖［16］。新近系沉積時期凹陷處于坳陷期，以河流相沉積為主，發育館陶組、明化鎮組和平原組等3 套沉積地層［10-12］。

圖1 渤海萊州灣凹陷區域構造分布（a）及巖性地層綜合柱狀圖（b）（據文獻［10，12，16］修改）Fig.1 Regional structure distribution（a）and stratigraphic column（b）of Laizhouwan Sag，Bohai Sea

2 樣品與方法

實驗研究的所有巖心樣品均取自萊州灣凹陷KL-a 和KL-b 等2 口典型井，共計28 塊。其中KL-a井巖心17 塊，取心深度為2 308～2 740 m（圖2）；KL-b 井巖心11 塊，取心深度為2 477～2 765 m，均為古近系沙河街組沙三段的暗灰色泥巖或砂質泥巖。為了保證研究結果的準確性與可靠性，結合油田收集到的KL-a，KL10-c 和KL11-d 井等3 口實際鉆井的沙三段烴源巖巖屑資料，共37 個巖屑樣品數據進行分析。

圖2 萊州灣凹陷KL-a 井古近系沙三段烴源巖TOC 值與巖石熱解參數分布特征Fig.2 Distribution characteristics of TOC and rock pyrolysis parameters of source rocks of E2s3of well KL-a in Laizhouwan Sag

對所有28 塊巖心樣品進行巖石熱解、總有機碳分析，并對其中有機碳含量高、生烴潛力高的20塊巖心樣品進行氯仿瀝青“A”、族組分、飽和烴色譜-質譜等基礎有機地球化學實驗分析，對其中14塊巖心樣品進行主、微量元素分析。實驗開始前須清洗所有巖心樣品，以洗去表面泥漿，然后自然晾干，利用研缽或碎樣機將樣品粉碎至顆粒粒徑約為150 μm，以確保實驗結果的準確性。

巖石熱解實驗采用的是OGE-Ⅵ油氣評價工作站，在非等溫條件下，將每份粉末樣品（80～100 mg）利用開放式的熱解體系進行加熱分析，以測得單位質量樣品中的游離烴（S1）和熱解烴（S2）的含量及測量S2時對應的最大熱解產率溫度（Tmax）。使用碳硫分析儀進行總有機碳測定，將樣品（80～120 mg）放置在透水坩堝中，并用稀鹽酸（鹽酸∶水為1∶7）對其進行預處理，目的是去除無機碳。待樣品停止冒氣泡后，再用去離子水將其沖洗至中性，放置在50 ℃環境下干燥處理12 h。預處理之后，將放置樣品的坩堝置于碳硫分析儀中進行測試以得到總有機碳含量（TOC）。

氯仿瀝青“A”采用索氏抽提法獲取，將巖心粉末樣品用濾紙包裹放置于索氏抽提管并加入二氯甲烷抽提48 h，得到氯仿瀝青“A”。對抽提物采用氧化鋁柱分餾柱層析法進行族組分分離，取20～30 mg氯仿瀝青“A”，加入正己烷至1 mL 并放入超聲波中震蕩，震蕩后靜置12 h。出現分層現象后進行初次分離，上部清液為飽和烴、芳烴及非烴的混合溶液，沉淀物為瀝青質。將飽芳非混合溶液濃縮至1 mL左右進行飽和烴、芳烴以及非烴的分離，分別使用正己烷、正己烷∶二氯甲烷（2∶1）、二氯甲烷∶甲醇（93∶7）等3 種試劑分離飽和烴、芳烴及非烴。飽和烴色譜-質譜分析遵循中國國家標準GB/T 18606-2017［20］，根據分離出的飽和烴質量多少，加入對應質量的二氯甲烷及標準物質（30 μL 5α-雄甾烷），采用Agilent7890 B-5977 BMSD 色譜/質譜儀完成測試。色譜柱為HP-5 MS（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm），以氦氣為載氣，流速為1.00 mL/min，進樣方式為脈沖不分流，進樣口溫度為300 ℃，傳輸線溫度為250 ℃。升溫程序為初始溫度50 ℃恒溫1 min，以速率20 ℃/min 升溫至100 ℃，再以3 ℃/min 升溫至315 ℃，保持16 min，掃描范圍為50～550 amu。檢測方法是全掃描+多離子檢測，電離能為70 eV。以上實驗過程均在油氣地球化學與環境湖北省重點實驗室（長江大學資源與環境學院）完成。

樣品中主量和微量元素分析在北京核工業地質研究所分析實驗室完成。主量元素分析遵循國標GB/T14506.28-2010［21］，使用Axios-mAX 波長色散X 射線熒光光譜儀進行巖石樣品中主要氧化物含量的測定。在樣品中加入氧化劑硝酸銨，加入氟化鋰及少量溴化鋰作為助熔劑和脫模劑，混合后用無水四硼酸鋰對樣品進行熔融，樣品與熔劑質量比為0.125。在1 150～1 250 ℃溫度下于熔樣機熔融后，制成玻璃樣片，利用X 射線熒光光譜儀進行元素含量測定。微量元素分析遵循國標GB/T14506.30-2010［22］，采用ELEMENT XR 等離子體質譜儀進行含量測定。在對樣品進行微量元素測量之前，需要對粉碎后的實驗樣品進行消解處理，處理過程大致如下：每份樣品中加入氫氟酸（質量分數為30%）和硝酸（質量分數為68%）的混合溶液進行溶解，加熱到190 ℃并保持24 h。然后加入超純水并加熱溶液蒸發至近干，再加入2 mL 摩爾濃度為6 mol/L 的硝酸溶液，加熱到150 ℃并恒溫8 h，干燥后繼續加入1 mL 摩爾濃度為6 mol/L的硝酸溶液，最后在測定前用水稀釋樣品，定容至25 mL 并搖勻后進行含量測定。

3 地球化學特征

3.1 有機質豐度

有機質是烴源巖中形成油氣的物質基礎，有機質豐度可以反映有機質在烴源巖中的富集程度［23］。常見有機質豐度指標包括總有機碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”含量、生烴潛量（S1+S2）等。本次研究采用我國“烴源巖地球化學評價方法”［24］作為評價標準，利用生烴潛量（S1+S2）及總有機碳含量（TOC）對研究區沙三段烴源巖進行有機質豐度評價。研究結果顯示，萊州灣凹陷中部沙三段烴源巖中差—優質烴源巖均有分布（圖3a），有機碳含量差異較大，TOC為0.21%～7.66%，平均值為1.82%；生烴潛量為0.39～40.64 mg/g，平均值為8.32 mg/g。沙三段烴源巖總體為好—優質烴源巖，有機碳含量整體偏高，可作為有效供烴源巖，且沙三下段有機碳含量及生烴潛量明顯高于沙三上段。

圖3 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖評價（據文獻［25-26］修改）Fig.3 Evaluation of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag

3.2 有機質類型

有機質類型是衡量烴源巖生烴潛力的重要指標之一［25，27］。烴源巖有機質類型不同，其生油、生氣能力存在很大差異。采用氫指數與Tmax關系圖［28］對研究區沙三段烴源巖類型進行綜合評價，認為沙三段烴源巖整體以Ⅰ—Ⅱ型干酪根為主，部分為Ⅲ型干酪根（圖3b）。

3.3 有機質成熟度

成熟度表示沉積有機質向油氣轉化的熱演化程度，可以衡量有機質的實際生烴能力，熱演化程度也是決定油氣勘探的關鍵［23，25］。目前用于衡量有機質熱演化程度的參數有很多，例如鏡質體反射率（Ro）、巖石熱解參數（Tmax）以及生物標志物參數［甾烷中的C29αββ/（C29ααα+C29αββ）、C2920S/（C2920S+C2920R）、Ts/Tm 等］。應用巖石熱解參數（Tmax）、甾類化合物的C29αββ/（C29ααα+C29αββ）值和C2920S/（C2920S+C2920R）值對萊州灣凹陷沙三段烴源巖進行成熟度評價。依據鄔立言等［28］的成熟度劃分標準進行成熟度劃分，結合沙三段烴源巖巖心樣品Tmax與深度的關系（圖3c）可知，大部分烴源巖樣品的Tmax為435～442 ℃，少部分樣品Tmax低于435 ℃，總體上，沙三段烴源巖總體處于低熟—成熟階段。

甾類化合物的C29αββ/（C29ααα+C29αββ）值和C2920S/（C2920S+C2920R）值也可作為判斷有機質成熟度的重要依據，隨著成熟度的升高，比值逐漸增大直至到達平衡值［23，29］。此次研究測得的C29αββ/（C29ααα+C29αββ）值為0.22～0.44，平均值為0.30；C2920S/（C2920S+C2920R）值為0.08～0.35，平均值為0.22，揭示研究區沙三段烴源巖整體處于低熟—成熟階段，可作為供烴源巖。

3.4 分子地球化學特征

生物標志化合物是指在沉積物中的有機質熱演化過程中表現出一定程度的穩定性，很少或幾乎沒有發生變化，具有穩定的基本分子骨架，且保留原始生物體中特殊分子碳骨架結構的有機化合物，能夠提供物源輸入、沉積環境以及成熟度等多方面的信息［30-32］。通過分析巖心樣品正構烷烴、類異戊二烯烷烴、甾烷和萜烷等生物標志物的分布特點，探討萊州灣凹陷中部沙三段烴源巖母質來源及沉積環境。由于樣品大部分生標參數在沙三段深部和淺部均存在明顯差異，基于本文分析數據及巖性變化將沙三段劃分為沙三上段（深度＜2 525 m）和沙三下段（深度＞2 700 m）。

3.4.1 正構烷烴、類異戊二烯烷烴

正構烷烴主要分布于nC12—nC38，主峰碳主要為nC16或nC23，呈單峰分布。短鏈碳和長鏈碳比值的平均值為2.80，沙三段碳優勢指數CPI值為1.51～3.79（表1）。

表1 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖有機地球化學參數Table 1 Organic geochemical parameters of source rocks of E2s3in central Laizhouwan Sag

常見無環類異戊二烯烷烴以姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph）為主，其含量低于相鄰正構烷烴含量。研究區沙三段的Pr/Ph 值為0.59～2.83，平均值為1.65，沙三上段與沙三下段Pr/Ph 值明顯不同，沙三段Pr/nC17與Ph/nC18值分別為0.59～1.58 和0.23～1.98。

3.4.2 甾、萜烷

在m/z217 質譜分析中檢測出研究區樣品含有甾烷化合物（圖4），且烴源巖所處深度不同，其C27，C28和C29規則甾烷的含量不同。在沙三上段烴源巖樣品中的C27，C28和C29規則甾烷的質量分數分別為20.73%～31.10%，17.03%～23.17%和46.74%～60.43%，C27規則甾烷/C29規則甾烷的平均值為0.49；在沙三下段，烴源巖樣品中的C27，C28和C29規則甾烷的質量分數分別為37.04%～45.85%，18.63%～25.37% 和33.38%～40.99%，C27規則甾烷/C29規則甾烷的平均值為1.13。此外在KL-b 井的沙三下段，4-甲基甾烷相較其他樣品豐度高。

在m/z191 質譜分析中檢測出研究區樣品含有三環萜烷（TT）、四環萜烷（TeT）和藿烷（圖4）。沙三段烴源巖的C19TT/C23TT 值為0.14～2.62，平均值為1.16；C24TeT/C26TT 值波動較大，為0.86～6.21。烴源巖埋藏深度不同，參數比值差別較大，沙三上段的C24TeT/C26TT 平均值為4.47，沙三下段的C24TeT/C26TT 平均值為1.35。

奧利烷在研究區KL-a 井、KL-b 井沙三上段含量極高，部分超過C30藿烷的含量（圖4）。沙三段烴源巖的奧利烷指數［奧利烷/（奧利烷+C30藿烷）］為0.02～0.73，其中沙三上段的奧利烷指數為0.56～0.73，平均值為0.62，沙三下段的奧利烷指數為0.02～0.15，平均值為0.08。伽馬蠟烷豐度整體較低，伽馬蠟烷指數（伽馬蠟烷/C30藿烷）為0.03～0.08，平均值為0.05。

圖4 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖質量色譜Fig.4 Gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag

3.5 元素地球化學分布

研究區14 個巖心樣品的主量元素、微量元素及稀土元素實驗結果如表2 所列。主量元素測試結果顯示，萊州灣凹陷沙三段烴源巖SiO2，Al2O3和Fe2O3含量較高，三者質量分數之和可達85.50%，其中SiO2的質量分數平均值為56.22%，Al2O3的質量分數平均值為16.21%，Fe2O3的質量分數平均值為6.15%；MgO，CaO，Na2O 和K2O 含量較低，平均質量分數分別為1.96%，1.91%，1.49%和2.83%；MnO，TiO2和P2O5的質量分數均小于1.00%。

表2 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖元素地球化學參數Table 2 Element geochemical parameters of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag

樣品中的微量元素主要包括Li，Be，Sc，V，Cr，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Rb，Sr，Y，Mo，Cd，In，Sb，Cs，Ba及稀土元素等。測試結果表明，樣品中常見微量元素Li 的質量分數為（40.50～60.90）×10-6，V 的質量分數為（55.10～133.00）×10-6，Cr 的質量分數為（90.50～248.00）×10-6，Ni 的質量分數為（25.80～49.90）×10-6，Cu 的質量分數為（21.70～76.10）×10-6，不同樣品中微量元素豐度差異不大。此外還計算了用于古氣候、古鹽度和氧化還原條件評價的常用（主量或微量）元素比值（表2、圖5）。古氣候常用指標CIAcorr，Ga/Rb 和K2O/Al2O3值分別為69.84～75.43，0.16～0.29 和0.11～0.22；古鹽度常用指標Sr/Ba與B/Ga值分別為0.25～1.04 和1.38～1.90；氧化還原條件常用指標V/（V+Ni）和U/Th 值分別為0.61～0.82 和0.14～0.33。

圖5 萊州灣凹陷中部古近系沙三段古環境地球化學參數Fig.5 Paleoenvironmental geochemical parameters of E2s3in central Laizhouwan Sag

4 母質來源及沉積環境

4.1 母質來源

烴源巖的母質來源決定了有機質類型和生烴潛力［32］。常用指示母質來源的生物標志物參數包括正構烷烴主峰碳數分布、CPI值、C19TT/C23TT值、C24TeT/C26TT 值、奧利烷指數、C27-C29規則甾烷和4-甲基甾烷等。

正構烷烴主峰碳數分布為前峰型（＜nC20）表示有機質來源以低等水生生物為主，后峰型（＞nC23）指示有機質以陸源高等植物輸入為主［33］；碳優勢指數CPI明顯高于1 具有奇碳優勢，可指示高等植物源輸入［34］。萊州灣凹陷中部沙三段烴源巖樣品正構烷烴主峰碳主要為nC16或nC23，呈單峰分布（參見圖4）；短鏈碳和長鏈碳比值平均值為2.80，整體較高（參見表2），但在KL-b 井的沙三下段該比值較低，平均值為0.88；CPI值平均值為2.47，遠大于1，具有明顯的奇碳優勢。綜合分析，可推斷沙三段烴源巖有機質來源為低等水生生物與陸源高等植物的混源輸入。

C19TT/C23TT 和C24TeT/C26TT 值可用于指示陸源高等有機質輸入程度，其值越大反映陸源高等有機質輸入貢獻越大［35-36］。萊州灣凹陷中部沙三段C19TT/C23TT 的平均值為1.16，表明研究區烴源巖的高等陸源有機質貢獻較大。但該參數值在KL-a 井與KL-b 井中顯示出不同的分布特征，KL-a 井沙三下段的比值較沙三上段的高，而KL-b 井沙三下段的比值低于沙三上段。出現上述結果的原因可能為在沙三下段沉積時期，由墾東凸起發育形成的小型辮狀河三角洲沉積體系為KL-a 井提供了部分陸源有機質，而KL-b 井沙三下段依舊位于濱淺湖相，陸源有機質貢獻較小［7，37］。從C24TeT/C26TT 值看，研究區2口井均顯示沙三上段和沙三下段差異較明顯（圖6），沙三上段的C24TeT/C26TT 值相對較高，反映其生源以陸源高等植物輸入為主；沙三下段C24TeT/C26TT 比值相對較低，陸源高等植物貢獻相對較小。

圖6 萊州灣凹陷中部古近系沙三段有機地球化學特征參數分布Fig.6 Distribution diagram of organic geochemical characteristic parameters of E2s3 in central Laizhouwan Sag

Moldowan 等［38］構建了奧利烷指數，以奧利烷指數0.20 為界限，該指數的高低可指示烴源巖有機質是否存在陸源高等植物輸入［39］。研究區沙三上段奧利烷指數高，平均值為0.62（大于0.20），表明該段有機質生源中存在陸源高等植物輸入；而沙三下段奧利烷指數很低，平均值為0.08（小于0.20），指示該段陸源高等植物輸入較少。

根據C27和C29規則甾烷的豐度可判斷有機質來源，C27甾烷主要來源于低等水生生物，C29甾烷主要是陸源高等植物來源［40-41］。從研究區沙三段代表性烴源巖質量色譜圖中可以看出，沙三上段C29規則甾烷豐度相較于C27規則甾烷豐度高，呈反“L”形分布，表明其母質來源主要為陸源高等植物；而沙三下段的C27規則甾烷豐度較高，呈“L”形或“V”字形分布，表明其母源以低等水生生物輸入為主（參見圖4）。且在KL-b 井的沙三下段，檢測出較高豐度的4-甲基甾烷，指示該段烴源巖有機質中包含低等水生生物溝鞭藻、甲藻的貢獻［40，42］。

綜上所述，可以判斷萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖母質來源為低等水生生物和陸源高等植物的混合輸入，有機質供給充足，具有較高的初始生產力，有利于沙三段烴源巖有機質富集。此次研究發現萊州灣凹陷中部沙三段烴源巖縱向上母質來源存在差異，同一層位不同深度的母質來源主導不同（圖6），其中沙三下段烴源巖母質來源主要為低等水生生物，且包含溝鞭藻、甲藻的貢獻；沙三上段烴源巖有機質來源則以陸源高等植物為主。

4.2 古氣候

古氣候條件極大影響著烴源巖的沉積發育，氣候的變化控制著溫度和降水量等，進而影響沉積巖的化學風化程度。炎熱潮濕的氣候會促進巖石的化學風化作用；寒冷干燥的環境會減弱化學風化作用，此時物理風化作用占主導。研究區泥頁巖樣品中某些主量元素和微量元素含量可以很好地指示母巖遭受化學風化的強度，進而推測出古氣候條件。在上地殼巖石接受化學風化時，母巖中的鈉（Na）、鉀（K）、鈣（Ca）等堿性金屬元素易以離子形式隨地表徑流流失，而化學成分最穩定的氧化鋁（Al2O3）相對豐度逐漸增大，因此，化學蝕變指數（CIA）可以反映沉積巖物源區化學風化作用強度及古氣候條件。CIA的計算公式為

式中氧化物均為摩爾分數，x（CaO*）=x（CaO）-10/3x（P2O5）。

當CIA＞80時，表明沉積古氣候炎熱潮濕，化學風化強度較大；當CIA為60～80 時，表明沉積期間氣候溫暖濕潤，化學風化作用中等；當CIA＜60 時反映了在寒冷干燥的氣候條件下相對較弱的風化程度［43-44］。沙三段烴源巖CIA值為65.73～76.81，平均值為70.60，據此可推斷古氣候為溫暖濕潤氣候。但由于在成巖作用過程中會發生不同程度的鉀交代作用，導致樣品中K2O 富集，進而偏離了風化趨勢，因此需要對已經計算的CIA值進行校正，通常可運用A-CN-K三角圖進行校正［44］（圖7a），校正后研究區沙三段CIAcorr值為69.84～76.27，平均值為73.30，沙三上段和沙三下段的CIAcorr值無明顯差異，據此可推斷整個沙三段烴源巖沉積時的氣候條件為溫暖濕潤氣候，經歷中等化學風化作用。這一結果與利用Ga/Rb 值和K2O/Al2O3值［45］判斷出的研究區古氣候結果一致（圖7b），均顯示該區在古近系沙三段沉積時期處于溫暖濕潤氣候條件，降水豐富，高等植物茂盛，湖盆中存在較多的陸源有機質輸入，為富有機質泥巖的沉積奠定物質基礎。這一結論與以往學者們對渤海灣盆地古近系沙三段古氣候的研究結果一致［46-47］。

圖7 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖A-CN-K 校正圖（a）及Ga/Rb-K2O/Al2O3關系圖（b）（據文獻［44-45］修改）Fig.7 A-CN-K correction（a）and Ga/Rb-K2O/Al2O3 relationship（b）of source rocks of E2s3in central Laizhouwan Sag

4.3 古鹽度

古鹽度對古湖泊底部水體分層現象產生直接影響，使得有機質保存條件發生變化［48］。生物標志化合物研究中常用伽馬蠟烷指數（伽馬蠟烷/C30藿烷）判別烴源巖形成時的水體鹽度［26，49］。從伽馬蠟烷指數和姥植比（Pr/Ph）的交會圖（圖8）中可以看出，研究區沙三段烴源巖的伽馬蠟烷指數很低，且在沙三上段與沙三下段無明顯差異，為0.03～0.08，均小于0.10，指示萊州灣凹陷中部沙三段烴沉積時期水體為淡水—微咸水。

圖8 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖伽馬蠟烷指數與姥植比交會圖Fig.8 Cross plot of gammacerane index and Pr/Ph of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag

鍶（Sr）元素和鋇（Ba）元素的化學性質相似，其富集程度均受水體鹽度的控制，當湖水不斷咸化時，鋇（Ba）會率先析出，而鍶（Sr）溶解度較鋇（Ba）高，只有當湖水到達一定鹽度后才會以沉淀物的形式析出，因此Sr/Ba 值可指示古鹽度［50］。研究區沙三段大部分烴源巖樣品的Sr/Ba 值均小于0.50，為0.25～1.04，平均值為0.38，指示沙三段沉積時期湖水鹽度較低，為淡水—微咸水環境（圖9a）。沙三上段的Sr/Ba 值為0.25～0.29，沙三下段Sr/Ba 值為0.31～1.04，沙三下段沉積時期水體鹽度高于沙三上段。B/Ga 值也可有效指示古鹽度［31］，研究區烴源巖樣品的B/Ga 值均小于3（圖9b），說明萊州灣凹陷中部在沙三段沉積時期水體主要為淡水—微咸水，與生物標志化合物反映的結果基本一致，該鹽度特征也與其古氣候特征相吻合。

圖9 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖Sr-Ba 交會圖（a）和B-Ga 交會圖（b）（據文獻［29，47］修改）Fig.9 Cross plots of Sr and Ba（a）and B and Ga（b）of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag

4.4 氧化還原條件

氧化還原條件與有機質的保存有著密切關系，其中類異戊二烯烷烴中以植烷系列姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph）為代表［23］。植醇在缺氧條件下被還原為雙氫植醇，進而加氫被還原生成植烷；在含氧條件下先被氧化生成植烷酸，接著脫羧基生成姥鮫烷，因此根據姥植比可以判斷沉積環境中氧化還原條件。一般來說，Pr/Ph ＜1 指示強還原環境，比值越低指示沉積環境還原性越強；Pr/Ph ＞1 代表氧化環境［30］。研究區沙三上段和沙三下段氧化還原條件不同，沙三上段的Pr/Ph 值為1.79～2.83，平均值為2.36，表現為弱氧化弱還原環境；而沙三下段的Pr/Ph 值為0.59～1.67，平均值為1.18，表現為弱還原弱氧化環境；整體沙三段的Pr/Ph 值為0.59～2.83，平均值為1.65，表現為貧氧的弱氧化弱還原環境。Pr/nC17與Ph/nC1兩參數之間的關系也可有效指示烴源巖的沉積環境。分析認為研究區沙三上段烴源巖沉積環境為偏氧化環境，沙三下段烴源巖沉積環境為弱還原弱氧化環境（圖10a）。結合以上2 個參數值，認為沙三上段烴源巖處于弱氧化弱還原環境，沙三下段烴源巖處于弱還原弱氧化環境，整體沙三段烴源巖處于貧氧的弱氧化弱還原環境。

沉積巖中微量元素的富集程度與沉積過程中水體的氧化還原條件密切相關，其中變價元素V 和Ni 等受氧化還原條件影響顯著，在還原條件下，V更易以低價富集，因此V/（V+Ni）值可用于判斷氧化還原程度［51］。當V/（V+Ni）≥0.60時指示缺氧還原環境，當V/（V+Ni）＜0.46 時指示氧化環境［52］。氧化還原敏感元素U 和Th 亦受氧化還原狀態影響顯著，因此U/Th 值也可作為古氧化還原條件的判識指標［51］。當U/Th ＞0.25 時指示還原環境，反之則指示氧化環境。根據研究區樣品的上述2 項比值可推斷沙三上段烴源巖與沙三下段烴源巖雖然均處于弱氧化弱還原環境但二者略有差異，與上述生標參數所指示的沉積環境特征基本一致（圖10b）。

圖10 萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖Pr/nC17-Ph/nC18交會圖（a）與V/（V+Ni）-U/Th 交會圖（b）（據文獻［52］修改）Fig.10 Cross plots of Pr/nC17-Ph/nC18（a）and V/（V+Ni）-U/Th（b）of E2s3in central Laizhouwan Sag

5 結論

（1）渤海萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖有機質豐度差異較大，但整體偏高，TOC平均值為1.82%，總體為好—優質烴源巖；有機質類型主要為Ⅰ—Ⅱ型，部分為Ⅲ型；有機質成熟度整體處于低熟—成熟階段。

（2）萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖整體有機質來源為低等藻類和高等植物的混源輸入，在沙三上段有機質來源以陸源輸入為主，沙三下段以低等水生生物輸入為主。產生這一差異的原因可能是在沙三下段到沙三上段沉積時期萊州灣凹陷中部沉積相由濱湖相向三角洲相轉變，沉積環境由弱還原弱氧化環境轉向偏氧化環境，陸源物質輸入增多，使得沙三上段與沙三下段烴源巖有機質來源構成不同。

（3）萊州灣凹陷中部古近系沙三段烴源巖沉積時期整體處于溫暖濕潤氣候，降水豐富，伴有較強陸源輸入，具有較高的初始生產力，水體為淡水—微咸水，沉積時期水體環境表現為貧氧的弱氧化弱還原環境。縱向上沙三下段—沙三上段沉積環境變化不大，古氣候、古水體鹽度基本保持不變，但陸源輸入及水體氧化條件隨沉積的進程呈逐漸增加的趨勢。