柴达木盆地绿参1井烃源岩芳烃组成及地球化学意义

周士科 （中国海洋石油有限公司天津分公司，天津300452）

杨志承，张敏 （长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉430100）

柴达木盆地是我国西部重要的中、新生代陆内沉积盆地，绿参1井位于盆地西部南区，发育有典型的第三系 （E＋N）咸化湖泊相烃源岩。咸水湖相烃源岩及其所形成烃类的地球化学特征，既不同于淡水湖相，又不同于海相烃源岩及原油的地球化学特征［1］。

随着一些学者对原油、烃源岩中特殊芳烃化合物的陆续发现，芳烃化合物现已广泛应用于成熟度评价、母源判识、油气运移及指示沉积环境［2～4］等方面，越来越受到地球化学家们的重视。前人已经对柴达木盆地原油和烃源岩做过多方面的研究，但是多集中在有效烃源岩识别、烃源岩评价、油源对比、饱和烃生物标志物特征等方面，对芳烃化合物的研究报道较少。笔者旨在从纵向剖面上剖析芳烃化合物的组成特征及其地球化学意义。

1 样品及试验

将样品分别粉碎至100目，用索氏抽提法抽提。氯仿沥青 “A”中的沥青质用正己烷沉淀后，进行色谱－质谱分析。芳烃色谱－质谱定量分析采用 HP6890GC／5973MSD，色谱柱为 HP－5MS柱 （30m×0．25mm×0．25μm）。进样口温度为300℃。载气为氦气，流速为恒定1．0ml／min。升温程序为40℃恒温2min，然后以4℃／min升温至320℃后，恒定20min。扫描范围为50～550amu，质谱检测为多离子检测。

2 烃源岩芳烃宏观组成

绿参1井烃源岩中已检测到的芳烃化合物有萘系列、菲系列、卡达烯、蒽、苯并 ［a］蒽、惹烯、联苯系列、萤蒽、芘、及甲基艹屈、三芴系列等系列化合物。如图1所示，萘系列、菲系列是优势组分，其中萘系列质量分数占已检测到芳烃总量的6．96%～46．08%，平均25．43%；菲系列质量分数占23．63%～59．64%，平均39．28%；三芴系列质量分数占1．68%～13．99%，平均11．98%。从整个深度剖面来看，萘系列在2087～2964．5m段质量分数均高于25%，联苯系列在该深度段含量也高于下部，可能与高等植物输入量有关；而菲系列在3127．5m以下质量分数超过40%，艹屈系列化合物随深度增加含量逐渐增大。王有孝等［5］认为菲系列、艹屈系列与低等水生生物关系更为密切。

图1 绿参1井烃源岩芳烃宏观组成随深度变化分布图

3 芳烃成熟度参数

研究原油和烃源岩成熟度是芳烃化合物研究最早涉及的内容，继Radke等［6，7］提出甲基菲指数后，相继出现了萘系列、菲系列、二苯并噻吩系列、稠环芳烃类、三芳甾类等成熟度参数［8～12］。

萘和烷基萘系列化合物普遍存在于烃源岩和原油中，其前驱物常认为是来自微生物和陆源植物的倍半萜及三萜类［12］。绿参1井烃源岩中检测到的萘系列化合物包括萘、甲基萘、二甲基萘、三甲基萘、四甲基萘，其中二甲基萘和三甲基萘质量分数较高，分别占萘系列的10．28%～44．08%和21．91%～52．11%。笔者选取了DNR－1、TNR－3［4，13］来研究烃源岩成熟度。从图2的深度剖面上来看，这2个参数并非随深度线性增加，而是在3695m以上 （Ro值小于0．62%，表1）波动变化，当深度大于3695m（Ro值大于0．62%）时逐渐增大 （见图2，表1）。相应的，由DNR－1折算的镜质组反射率Rca也表现出相似的变化趋势 （见表1）。物源或者沉积环境会对烷基萘成熟度参数造成影响［14］。混合作用、生物降解作用等也会影响萘系列成熟度参数的有效性［13］。该文研究单井连续深度上参数的变化，所以沉积环境和物源可能是造成上述变化的主要影响因素。

菲和烷基菲系列化合物是应用于成熟度研究较早的芳烃化合物，Radke［6］提出用甲基菲指数MPI－1和MPI－2研究成熟度，并建立了由MPI－1计算镜质组反射率的回归方程。绿参1井烃源岩MPI－1、MPI－2起始时随埋深增大而减小，在2920、2964．5m出现异常高值，在3127．5m以下又逐渐增大，由MPI－1折算出的镜质组反射率Rcb转折亦很明显 （见图2，表1）。曾报道煤岩由未熟到成熟演化过程中，MPI－1随演化程度的增大而增大，当热演化程度达到Ro为1．5%左右时会因脱甲基作用使该值逐渐降低2，但是绿参1井烃源岩MPI－1降低时Ro都小于0．6%，因此排除脱甲基作用的影响，可能仍是受沉积环境和物源的影响。Rcb变化范围为0．55%～0．78%，能够反映绿参1井烃源岩为低熟－成熟烃源岩。

图2 绿参1井烃源岩成熟度参数、沉积环境参数、生源参数随深度变化特征

表1 绿参1井烃源岩芳烃化合物参数表

二苯并噻吩系列化合物随成熟度的增加而变化的规律性很强，其中MDR及甲基二苯并噻吩分布指数 （MDBI）［10］是常用的成熟度参数。从图2可以看出绿参1井MDBI与MPI－1变化趋势很符合，在埋深大于3127．5m （Ro大于0．6%）时数值逐渐增大。根据MDBI值折算出绿参1井Rc（MDBI）范围在0．64%～1．2% （表1），能够反映绿参1井烃源岩属于低熟－成熟烃源岩，并且在3127．5m后实测Ro与Rc（MDBI）呈正相关 （见图3）。

纵观几个成熟度参数的变化，不难发现，当埋深大于3695m，Ro大于0．62% （MPI－1和MDBI在埋深大于3127．5m，Ro大于0．6%）时，各成熟度参数随深度增加而升高，且由它们换算的镜质组反射率也反映出烃源岩达到成熟的特征 （见表1）。

4 芳烃组成对沉积环境和生源的指示意义

林壬子等［15］研究认为，三芴系列化合物可能来源于同一母质，芴 （F）中五元环的C－9碳原子属于α碳原子，其化学性质活泼，在还原环境中可能被硫取代成硫芴 （SF），在弱氧化环境中被氧化为氧芴（OF）。如图2所示，绿参1井烃源岩三芴系列参数在深度剖面上变化具有一定的规律性，随着深度的增加，氧芴系列／三芴系列 （∑OF／∑ （F＋SF＋OF））比值整体呈现出减小的趋势，而硫芴系列／三芴系列 （∑SF／∑ （F＋SF＋OF））比值呈增大的趋势，并且这两个比值此消彼长，有镜像对称的特点，这可能一方面代表着随埋深增加沉积环境还原性逐渐增强，另一方面说明硫芴和氧芴有相同的母质。硫芴／氧芴 （SF／OF）比值［16］能更准确地反映氧化还原环境，海相和咸水湖相原油该值一般大于0．7，淡水湖相原油为0．48，煤成油小于0．14。绿参1井硫芴／氧芴比值除3个点低于0．7，其余均大于0．7，最高达3．84（见表1）。综合来看，绿参1井烃源岩沉积环境属于弱还原－还原咸水湖相环境，向深部还原性逐渐增强。

绿参1井烃源岩中也检测出丰富的联苯系列化合物，包括联苯、甲基联苯、二甲基联苯及乙基联苯等9个化合物，其质量分数占已检测到芳烃总量的2．18%～11．9%，平均7．66%，它们被认为来源于高等植物的木质素。卡达烯、惹烯、萤蒽、芘和苝系列等化合物常常被看作是陆源高等植物输入的标志［3，4，17］，图2和图4中萤蒽、卡达烯、惹烯、芘的相对质量分数都随深度增大而减小，反映高等植物输入量减少，水体逐渐加深。与彭德华［18］、曹国强［19］等对柴西南第三系地层从N12至E23依次发育三角洲前缘亚相、浅湖亚相、半深湖－深湖亚相的研究结论相符［20］。对比研究图2各参数，发现当沉积环境为氧化环境，高等植物输入量高时，几个成熟度参数都有异常变化，说明这几个成熟度参数会受沉积环境和物源的影响。

图3 绿参1井烃源岩Rc（MDBI）与实测Ro相关性图

图4 绿参1井烃源岩中芘、惹烯相对质量分数随深度变化趋势

5 结 论

1）绿参1井烃源岩中∑SF／∑ （F＋SF＋OF）值随深度增大而升高，与∑OF／∑ （F＋SF＋OF）呈镜像式的消长关系，一方面反映沉积环境还原性增强，另一方面也说明它们来自相同的母质。绿参1井烃源岩硫芴／氧芴比值绝大多数大于0．7，表现出咸水湖相沉积的特点。

2）卡达烯、惹烯、萤蒽、芘的相对质量分数都随深度增加而减小，表明高等植物输入量逐渐减少，水体逐渐加深。这印证了柴西南第三系自N12至E23依次发育三角洲前缘亚相、浅湖亚相、半深湖－深湖亚相。

3）选取的萘系列、菲系列、二苯并噻吩系列的成熟度参数在较氧化环境、高等植物输入量高时都有异常变化，但是当Ro大于0．62%后各参数都随深度增加而增大，说明这几个参数对达到成熟阶段的咸水湖相烃源岩仍然是有效的。

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