典型海相油和煤成油饱和烃生物标志化合物特征研究

张文俊，张 敏 （长江大学地球化学系）油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北荆州434023

典型海相油和煤成油饱和烃生物标志化合物特征研究

张文俊，张 敏 （长江大学地球化学系）油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北荆州434023

通过对塔里木盆地塔中隆起典型海相原油和吐哈盆地典型煤成油的饱和烃生物标志化合物系统剖析，对比分析了海相油与煤成油在饱和烃生标组合上的差异。海相油中Pr／Ph小于1，补身烷含量远高于升补身烷含量，三环萜烷含量丰富、富含C23、C24三萜化合物且C24四环萜烷含量较低，Ts／Tm较高、且伽马蜡烷含量明显高于煤成油，C27规则甾烷含量较高，而重排化合物含量较低。煤成油中Pr／Ph大于2.5，升补身烷含量高于补身烷含量，三环萜烷含量很低、富含C19、C20三萜化合物且C24四环萜烷含量较高，Ts／Tm很低、基本不含伽马蜡烷，C29规则甾烷含量相对较高；富含重排化合物。2类原油饱和烃生物标志化合物分布模式与组成特征揭示了其有机质的来源、类型、成熟度与沉积环境的差异。

海相油；煤成油；饱和烃；塔里木盆地；吐哈盆地

饱和烃是原油的重要组成部分，其生物标志化合物蕴藏着丰富的地质－地化信息，是研究不同沉积环境烃源岩与原油中原始有机质的来源、成熟度与沉积水介质条件的重要资料之一。

塔里木盆地面积56×104km2，是一个古生界克拉通盆地和中新生界前陆盆地组成的大型叠合复合盆地，而塔中地区是指塔里木盆地中央隆起中段的塔中隆起，油气勘探实践业已证明该区是典型的海相油气的富集区［1～3］。吐哈盆地位于我国新疆维吾尔自治区的东疆域内，盆地东西长约60～130km，面积52800km2，是天山山脉中的一个含煤、含油气盆地。研究成果表明，吐哈盆地是我国典型煤成油富集带［3，4］。随着石油勘探的不断拓展，就某一个沉积盆地原油的地球化学特征研究已较深入，但对不同地区不同沉积环境和不同母质来源的原油对比性研究成果相对较少。笔者以塔里木盆地塔中隆起典型海相原油和吐哈盆地典型煤成油的饱和烃作为研究对象，通过系统剖析2种不同沉积环境的原油饱和烃生物标志化合物组合特征，旨在进一步探讨海相油与煤成油饱和烃地球化学特征的差异。

1 样品与实验

此次研究的典型海相油样品分别取自塔中地区石炭系和奥陶系储层，共12个样品，以正常油为主；而典型煤成油样品都取自吐哈盆地侏罗系储层，共11个样品，以凝析油为主。

饱和烃GC－MS分析在6890N／5975I色谱质谱仪上进行。色谱柱为HP－5MS石英弹性毛细柱（30m ×0.25mm×0.25μm）。升温程序为50℃恒温1min，从50～100℃的升温速率为20℃／min，100～315℃的升温速率为3℃／min，315℃恒温16.83min。进样器温度300℃，载气为He，流速1.0ml／min，扫描范围为50～550amu。

2 结果与讨论

2.1 正构烷烃和类异戊二烯烷烃

正构烷烃的奇偶优势指数（CPI）常用来作为指示原油成熟度的指标。塔中地区海相油CPI值为1.02～1.13，平均值为1.06，已经趋近于平衡值1，这可能与塔中地区原油较高的成熟度有关［3，5］。吐哈盆地煤成油样品CPI值则较高，为1.15～1.39，平均值为1.22，为明显的奇碳优势，说明吐哈盆地煤成油的成熟度要明显低于塔中地区原油成熟度（表1）。

表1 塔里木盆地海相油和吐哈盆地煤成油饱和烃生标参数

类异戊二烯烷烃具有较稳定的结构，在漫长的地质演化过程中，一般不受热演化作用的影响，或者受到的影响很小，特别是在成熟阶段以后成熟度影响可忽略不计［6～8］，因此Pr／Ph的指相意义相当重要。在所研究样品中海相油的Pr／Ph值为0.66～0.84，都小于1，而煤成油的Pr／Ph值则高达2.75～ 4.95，绝大多数都超过了3（表1）。一般认为，Pr／Ph值小于1为较强还原环境的标志，而Pr／Ph值大于3则为氧化环境的标志。这是由于埋藏的陆源植物中的腐植酸使得沉积环境偏酸性，氧化作用加强，植醇较多地转化为姥鲛烷［6～8］。海相油的Pr／nC17为0.10～0.22，Ph／nC18为0.15～0.34；煤成油Pr／nC17为0.24～0.85，Ph／nC18为0.08～0.22。可以看出海相油的Pr／nC17相对较低、Pr／nC18较高，而煤成油的Pr／nC17则较高、Ph／nC18较低，两者存在显著差异（表1、图1）。

图1 塔里木盆地海相油和吐哈盆地煤成油Pr／n C17和Pr／n C18相关图

2.2 萜类化合物

2.2.1 二环倍半萜

原油中都检出了丰富的萜类化合物，其中二环倍半萜类化合物含量丰富，但2类原油差异较大。海相原油以补身烷为主，其C15／C16升补身烷比值高达1.23～5.52，均值为2.75；相反煤成油以升补身烷为主，其C15／C16升补身烷比值为0.37～1.72，均值为0.95（表1）。实际上，这2个碳数化合物均来自相同的藿烷先质物，形成哪个碳数化合物主要取决于碳环中哪个碳键发生断裂，而这种断裂的发生和断裂方式与矿物基质的催化性质有关，因而C15／C16升补身烷比值能较好地反映有机母质沉积环境的差异［9］。

2.2.2 三环萜烷

2类原油的三环萜烷含量差异亦较大，海相油三环萜烷的含量高，三环萜烷／C30藿烷值为0.58～3.03，平均值为1.26；而煤成油的三环萜烷的含量低，三环萜烷／C30藿烷值为0.04～0.28，平均值为0.14（表1）。三环萜烷是三环己烷异戊二烯的降解产物，其前身是古细菌的脂类［10］，暗示海相油比煤成油具有更高的三环萜烷含量。此外三环萜烷的内部组成差异也较大，煤成油更加富集C19、C20三环萜类化合物（图2），这些化合物可能来源于高等植物中的二萜类先质，因而在陆源有机质为主要生源的陆相油中较丰富［9］。澳大利亚某些以高等植物为母质输入的原油含有丰富的C24四环萜烷［9］，在图2中可看到在海相油的C24四环萜烷／C26三环萜烷比值要远低于煤成油，这可能和陆相油的成油母质的沉积环境中细菌作用较活跃有关［9～11］。

2.2.3 五环三萜烷

在五环三萜化合物的分布中（图3），煤成油的Ts含量明显低于Tm，煤成油Ts／Tm为0.13～0.56，平均值为0.36；而海相油的Ts和Tm的含量则相当，海相油的Ts／Tm比值高达0.51～1.42，平均值1.03。Ts／Tm比值常用来作为成熟度指标，但其含量同样受到相带的控制，一般认为来源于陆源高等植物生源的原油Tm明显偏高，而在盐湖等沉积环境中的原油Ts含量要相对较高［10］。

图2 塔里木盆地海相油和吐哈盆地煤成油C19＋C20／C23＋C24三环萜烷与C24四环萜烷／C26三环萜烷相关图

图3 塔里木盆地典型海相油和吐哈盆地典型煤成油饱和烃生标质量色谱图

伽马蜡烷的富集与高盐度的沉积环境有密切的关系［10，12］。不同沉积环境原油中伽马蜡烷指数（伽马蜡烷／C30藿烷）差异也较明显，海相油的伽马蜡烷指数为0.08～0.31，均值0.16；煤成油的指数则极低，为0.02～0.05，均值0.03。在图4中，伽马蜡烷指数与Pr／Ph比值相关性良好，这2个指标可作为区分海相油和煤成油的有效参数。

2.3 甾类化合物

2类原油样品中的ααα－20R－C27～C29甾烷相对含量存在一定差异，煤成油的C29甾烷丰度较高，而海相油相对煤成油C27甾烷更多。一般认为水生生物富含C27（和C28）甾醇，而高等植物富含C29甾醇，缺少C27甾烷而相对富集C29甾烷是煤系烃源岩的重要特征［6，7，10］。C27～C29规则甾烷中海相油普遍具有“V”字型的甾烷分布，而煤成油则多呈反“L”型分布（见图3）。此外，海相原油重排甾烷含量低，重排甾烷／规则甾烷比值为0.07～0.44，均值0.23；相反煤成油中重排甾烷丰富，重排甾烷／规则甾烷比值为0.44～0.89，均值0.55。这是因为重排甾烷是甾醇在成岩作用期间经粘土酸性催化作用的结果，故此原油中低的重排甾烷／甾烷比值指示着缺氧，贫粘土的碳酸盐岩抑或泥质烃源岩，而高的重排甾烷／甾烷比值则表示原油来源于富含粘土的烃源岩［6，7，10］。

图4 塔里木盆地典型海相油和吐哈盆地典型煤成油Pr／Ph和伽马蜡烷指数相关图

3 结 论

1）海相油与煤成油中类异戊二烯烷烃分布特征差异明显。海相油中Pr／Ph、Pr／nC17比值低，Ph／nC18比值高；相反煤成油中Pr／Ph、Pr／nC17比值高，Ph／nC18比值低。

2）海相油与煤成油中萜烷相对含量与组合特征也存在显著的区别。海相油中二萜类化合物以补身烷化合物为主，升补身烷含量较低，三环萜烷中C23化合物为主峰，高碳数的三环萜烷化合物相对丰富，而五环三萜烷中Ts化合物与伽马蜡烷含量较高；煤成油中二萜类化合物以升补身烷化合物为主，补身烷含量较低，三环萜烷中C19或C20化合物为主峰，低碳数的三环萜烷化合物相对丰富，而五环三萜烷中Ts化合物与伽马蜡烷含量较低。

3）海相油与煤成油中甾烷分布模式明显不同。海相油中C27甾烷较煤成油高，但煤成油具有更高C29甾烷含量，因此，在ααα－20R－C27～C29规则甾烷中海相油具有“V”字型的甾烷分布模式，而煤成油则呈现出反“L”型分布模式。

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［编辑］ 宋换新

25 Biomarker Characteristics of Saturated Hydrocarbon in Typical Marine Oils and Typical Coal－formed Oils

ZHANG Wen－jun，ZHANG Min

（First Authors Address：Department of Geochemistry；Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources（Yangtze University），Ministry of Education，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

By GC／MS analysis，the geochemical characteristics of typical marine oils from the Tazhong Area in Tarim Basin and typical coal－formed oils from the Tuha Basin indicated that there existed differences of compositional characteristics of saturated hydrocarbon biomarkers between two oil categories to deepen understanding of their origin.Pr／Ph of marine oils was less than 1，they contained higher drimane relative to homodrimane，riched in tricyclic terpanes，and they had abundant C23，C24tricyclic terpanes but less C24tetracyclic terpanes，Ts／Tm was higher，the gammacerane values were more greater than that in coal－formed oils.The content of C27sterane was not greater；low rearranged compounds were contained.Pr／Ph of coal－formed oils is greater than 2.5；homodrimane is riched than drimane，less tricyclic terpanes contained，they have abundant C19，C20tricyclic terpanes and major C24tetracyclic terpanes，Ts／Tm and gammacerane values are very low，the content of C29sterane is greater，rearranged compounds are abundant.The distribution pattern and compositional characteristics of the two categories of oils reveal that there exist differences of origins，organic types，maturies and depositional environment.

marine oil；coal－formed oil；saturated hydrocarbon；Tarim Basin；Tuha Basin

book=320,ebook=320

TE122.1

A

1000－9752（2012）06－0025－04

2012－03－23

国家自然科学基金项目（40973041）。

张文俊（1988－），男，2010年大学毕业，硕士生，现主要从事石油地质方面的学习与研究工作。