梨树断陷下白垩统湖相烃源岩异常高丰度17α（H）－重排藿烷的成因探讨

刘海钰，张敏 （长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉430100）

重排藿烷类化合物在地质体中广泛分布于烃源岩与原油中，是饱和烃生物标志化合物的重要组成部分。在烃源岩或原油中存在多种同系物，17α（H）－重排藿烷系列是其中之一，与正常藿烷相似，17α（H）－重排藿烷系列也通常以为主峰。迄今为止，国内外已有许多学者对重排藿烷的地球化学属性进行了探讨，主要集中在沉积环境、成岩条件、成熟度、母质来源等方面[1～11]，但其来源与成因尚不清楚。借鉴前人的研究成果，笔者从成熟度、沉积环境的氧化还原性、生源构成等几个方面探讨梨树断陷下白垩统烃源岩的关键影响因素，对于梨树断陷下白垩统油－源的精细对比、主力油源岩的确定具有重要意义。

1 区域地质概况与样品分析

梨树断陷位于松辽盆地东南隆起区西南部，发育于晚侏罗世至早白垩世早期，为一下断上坳、西断东超的箕状断陷。梨树断陷在纵向上发育多套烃源层系：自下而上包括火石岭组 （T3h）、沙河子组（K1sh）、营城组 （K1yc）及登娄库组 （K1d），岩性主要为泥岩和煤系地层 （煤、碳质泥岩和泥岩）。其中K1sh与K1y为区内主力烃源岩，主要为滨浅湖、三角洲沉积体系。

从K1y和K1sh共采集了18个烃源岩样品 （深灰、灰黑色湖相泥岩），对样品进行岩石热解分析、抽提、族组分分离和GC－MS定量分析，其分析条件见文献 [12]。样品的总有机碳 （TOC）质量分数为0.55%～5.03%，平均值为1.86%；氯仿沥青 “A”质量分数为0.03%～2.92%，平均值为0.76%；生烃潜量 （S1＋S2）质量分数为0.13～10.03mg/g，平均值为3.87mg/g，反映出研究区烃源岩具有较高的生烃潜力。干酪根类型为Ⅱ－Ⅲ型。该层段烃源岩实测的镜质体反射率Ro为0.66%～1.27%，说明其有机质现今尚处于生烃高峰演化阶段。

2 生物标志物特征

梨树断陷烃源岩样品姥植比Pr/Ph为0.29～2.43，大多数样品具有明显的植烷优势，反映出沉积环境的还原性较强。伽马蜡烷含量较高，绝大部分样品伽马蜡烷/C30藿烷比值大于0.2，有的样品中伽马蜡烷甚至为m/z＝191质量色谱图的主峰，表明烃源岩样品整体发育于微咸水－咸水的沉积环境[1]。烃源岩样品的20R－C27/C29规则甾烷介于0.07～0.90之间，表现为C29规则甾烷优势，反映出梨树断陷烃源岩有机质类型主体为高等植物，存在明显的水生生物输入的特征。

从图1可以看出，重排藿烷的含量在这些生油岩样品中变化很大。来自SN65井、SN203井和SN92井等井的烃源岩样品含有高－异常高的藿烷值达0.26～1.09）和C29Ts藿烷 （C29Ts/C29藿烷值达到0.23～1.75），其17α（H）－重排藿烷系列化合物碳数分布范围为C27、C29～C35，分布模式与正常藿烷相似，其中含量最高，少数样品含量要高于C30藿烷。而其余样品 （如SN55井）的重排藿烷和C29Ts、Ts含量都较低，在m/z＝191质量色谱图中几乎看不到重排藿烷。

图1 梨树断陷典型烃源岩甾、萜烷质量色谱图

3 重排藿烷形成的因素探讨

3.1 样品成熟度

烃源岩样品的Ro为0.65%～1.27%，20S/ （20S＋20R）－αααC29甾烷在0.4～0.6之间，说明样品都已经进入成熟阶段。将所有分析样品的藿烷与对应的Ro、20S/ （20S＋20R）－αααC29甾烷绘成相关图 （图2），结果显示研究区内出现成熟度接近但内，相对丰度差异很大的现象，在Ro变化范围藿烷没有随Ro增大而出现变大的趋势 （图2（a）），Ro在0.80%左右时即有低值又有高值出现，甚至在Ro最大值处出现了低值，图2（b）中也出现类似的现象，可见这类化合物的形成不完全取决于热演化程度。但在图2 （a）中也可注意到，在Ro大于0.80，20S/ （20S＋20R）－αααC29甾烷大于0.45时，这个比值出现较多的高值，说明成熟度对重排藿烷的形成也起了一定的作用。

3.2 沉积环境的氧化还原性

图2 梨树断陷生油岩样品中/C30藿烷与Ro 、20S/ （20S＋20R）－αααC29甾烷相关图

从沉积学角度来看，研究区K1sh与K1yc烃源岩主要发育于三角洲前缘和滨浅湖沉积环境，沉积水体表现为微咸水－咸水性质。梨树断陷含量较高的烃源岩都分布在滨浅湖环境，而含量较低的烃源岩分布在三角洲相沉积环境。Pr/Ph是目前判别环境较为有效的指标。从烃源岩样品Pr/Ph与藿烷关系图 （图3 （a））中可以看出，低值在 Pr/Ph值为0～4.5之间都有分布，高值对应的Pr/Ph分布在0.8～1.3之间，而文献 [11]报道的库车凹陷陆相烃源岩中高对应 的 Pr/Ph 为 1.70～3.00，表明高的不一定出现在有着高Pr/Ph的烃源岩中。除此之外，来自SN65井、SN203井、SN92井的烃源岩沉积环境氧化还原性相似，且都发育在滨浅湖环境，但相对丰度相差较大，甚至还出现随氧化性增强而减小的现象。不像一般所认为的那样，氧化性越强重排藿烷越多，如发育于辫状河三角洲前缘氧化性较强的SN22井和SN55井烃源岩样品中含量就极低。可见重排藿烷的形成不完全由沉积环境的氧化还原性所控制。

图3 梨树断陷烃源岩样品Pr/Ph、伽马蜡烷/C30藿烷与/C30藿烷关系图

重排藿烷和伽马蜡烷在生源和成因上并无直接的关系。伽马蜡烷含量主要反映沉积水体的盐度，但在一定程度上也能指示沉积环境的氧化还原性。图3（b）中，伽马蜡烷/C30藿烷与藿烷呈现一定的正相关关系，即出现还原性增强，含量反倒增加的现象，而形成机理表明强还原环境是不利于其形成的，再次表明环境的氧化还原性可能并不完全控制着的形成，而相对丰度随伽马蜡烷的这种变化可能是受水体盐度的影响。

3.3 烃源岩的生源构成

关于重排藿烷的生源，有的学者认为所有重排类藿烷与17α（H）－藿烷都来源于细菌藿烷前身物[1]，有的学者认为相对丰度可能与陆源生物[3]、红藻等生物有关[9]。

上面已经提到过，研究区烃源岩规则甾烷分布特征表明有机质类型主体为高等植物输入，存在明显的水生生物输入的特征，结合研究区内烃源岩Pr/Ph 普 遍 较 低 （Pr/Ph 小 于1.50）的特征，故认为 20R－aaaC29甾烷优势可能与菌藻类低等生 物 输 入 有 关[12]。图 4 为SN203井不同深度烃源岩样品的m/z＝191的质量色谱图，值得注意的是，含较高的SN203井2037.5m处烃源岩样品中还有着较丰富的长链三环萜烷，而含量低的样品中长链三环萜烷的含量也低，其余样品也存在这一现象。三环萜烷系列尤其是其中的长链三环萜烷一般指示了低等生物藻类的贡献[13]。研究中检测出的三环萜烷分布特征，表明这些烃源岩形成与咸化环境下藻类贡献有关。

图4 梨树断陷SN203井不同深度烃源岩萜烷组成分布图

为了探讨长链三环萜烷与重排藿烷类化合物之间的联系，将所有分析样品的藿烷与对应的（C28＋C29）三环萜烷/C29藿烷绘成相关图 （图5），可以看到，藿烷与 （C28＋C29）三环萜烷/C29藿烷呈现很好的正相关关系，表明与长链三环萜烷可能有着相同的生源，它的形成与咸化环境下藻类贡献有关。

4 结论

1）梨树断陷烃源岩样品Ro分布在0.66%～1.27%之间，都已经达到成熟阶段。样品的相对丰度并未随着Ro的增加而增加，甚至成熟度相似的样品含量差异显著，表明这类化合物的形成不完全取决于热演化程度。

图5 梨树断陷烃源岩样品 （C28＋C29）三环萜烷/C29藿烷与/C30藿烷相关图

[1]Moldowan J M，Seifert W K，Gallegos E J.Relationship between petroleum composition and depositional environment of petroleum source rocks[J].AAPG Bullitin，1985，69：1255～1268.

[2]Peters K E，Moldowan J M.The biomarker guide：interpreting molecular fossils in petroleum and ancient sediments [M].New Jersey：Preentice Hall，1993.

[3]Philip R P，Gilbert T D.Biomarker distribution in oils predominantly derived from terrigenous source material[A].Leythaeuser D.Advances in organic geochemistry [C].Oxford：Pergamon Press，1985.73～84.

[4]Farrimond P，Teln S N.Three series of rearranged hopanes in Toarcian sediments（northern Italy）[J].Org Geochem，1996，25（3）：165～177.

[5]朱扬明，钟荣春，蔡勋育，等 .川中侏罗系原油重排藿烷类化合物的组成及成因探讨 [J].地球化学，2007，36（3）：253～260.

[6]王春江，傅家谟，盛国英，等.18α（H）－新藿烷及17α（H）－重排藿烷类化合物的地球化学属性与应用 [J].科学通报，2000，45（13）：1366～1372.

[7]黄海平，卢松年，袁佩兰 .古代沉积物中新检出的重排藿烷及其在油气勘探上的意义 [J].天然气地球科学，1994，23（5）：23～28.

[8]肖中尧，黄光辉，卢玉红，等 .库车坳陷却勒1井原油的重排藿烷系列及其油源对比 [J].石油勘探与开发，2004，31（2）：35～37.

[9]张水昌，张保民，边立曾，等.8亿多年前由红藻堆积而成的下马岭组油页岩 [J].中国科学D辑：地球科学，2007，37（5）：636～643.

[10]张文正，杨华，候林慧，等 .鄂尔多斯盆地延长组不同烃源岩17α（H）－重排藿烷的分布及其地质意义 [J].中国科学D辑：地球科学，2009，39 （10）：1438～1445.

[11]张敏，朱扬明 .塔里木盆地库车油气系统原油地球化学特征 [J].地质论评，1996，42（增刊）：229～234.

[12]陈小慧 .松辽盆地南部梨树断陷深层油气成因与成藏研究 [D].荆州：长江大学，2009.

[13]Mackenzie A S.Application of biomarkers in petroleum geochemistry [A].Welte D.Advances of Petroleum Geochemistry [C].London：Academic Press.115～214.