南祁连盆地石炭系与上三叠统尕勒得寺组烃源岩地球化学特征

郝爱胜，李　剑，王东良，李志生，

崔俊峰1，崔会英1，2，姜晓华1

(1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；

2. 中国石油天然气集团公司天然气成藏与开发重点实验室， 河北廊坊 065007)



南祁连盆地石炭系与上三叠统尕勒得寺组烃源岩地球化学特征

郝爱胜1，2，李剑1，2，王东良1，2，李志生1，2，

崔俊峰1，崔会英1，2，姜晓华1

(1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；

2. 中国石油天然气集团公司天然气成藏与开发重点实验室， 河北廊坊 065007)

摘要：南祁连盆地烃源岩的研究程度低，烃源岩分子地球化学方面的研究滞后。利用气相色谱、气相色谱—质谱联用技术研究了南祁连盆地石炭系与上三叠统尕勒得寺组烃源岩的生物标志化合物特征，详细分析了烃源岩有机质的沉积环境、母质来源和成熟度等方面的信息。伽马蜡烷/C30藿烷为0.09～0.12，伽马蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)为0.38～0.57，Pr/Ph 为0.65～1.16，表明烃源岩有机质的沉积环境为微咸的弱还原—弱氧化环境。丰富的三环萜烷和以C29为优势的“V”字形分布的规则甾烷说明有机质母质为以陆源高等植物为主的混合来源。大多数成熟度参数均达到平衡值，而C29ααα-20S/ (20S+20R)的值发生“倒转”，说明有机质的成熟度处于高成熟—过成熟阶段。

关键词：烃源岩；生物标志化合物；石炭系与上三叠统尕勒得寺组；南祁连盆地

南祁连盆地位于青藏高原北缘，处于秦岭—祁连—阿尔金—昆仑山巨型造山带中段，祁连山系南部，北侧与中祁连山体相邻，南部与宗务隆山和柴达木盆地相邻，盆地内发育5 个北西—南东向展布的坳陷(图1)，盆地总面积为6.3×104km2。南祁连盆地发育4 套烃源岩系，即石炭系暗色泥(灰)岩、下二叠统草地沟组暗色灰岩、上三叠统尕勒得寺组暗色泥岩、侏罗系暗色泥页岩[1]。近年来根据盆地油气勘探的需要，一些学者利用地球化学手段，对不同层位烃源岩的露头样品进行了研究，取得了一批成果[2-7]。这些成果侧重于对烃源岩的有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度进行评价。为了更全面地评价南祁连盆地的烃源岩，本文在前人研究成果的基础上，对盆地石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的生物标志化合物特征进行了研究，探讨了石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的沉积环境、母质来源、母质类型和成熟度，以期为研究区进一步的油气勘探评价工作提供帮助。

1 样品采集和实验条件

石炭系和三叠系的烃源岩样品来源于南祁连盆地木里坳陷东北部野外露头，其基本的地球化学参数见表1。样品的生物标志化合物分析测试在中国石油勘探开发研究院廊坊分院天然气成藏与开发重点实验室完成。

样品准备：用清水冲洗岩石表面，40℃下烘干，粉碎至100 目以下，利用索氏抽提器抽提氯仿沥青“A”，用正己烷沉淀沥青质后，利用活化氧化铝/硅胶柱进行组分分离，分别用正己烷、正己烷与二氯甲烷混合溶液、无水乙醇获得饱和烃、芳香烃和非烃组分。对饱和烃组分进行气相色谱(GC)和气相色谱—质谱联用(GC-MS)分析。GC 分析所用的色谱仪为 Hewlett Packard 5890 SERIES Ⅱ，初始温度为70℃，保持2min，以5℃/min 的速率升温至310℃，保持40min。GC-MS 分析所用仪器为Thermo TRACE DSQ 型四级杆质谱仪，四级杆温度为150℃，色谱柱为30m 的DB-5MS；初始温度为40℃，以10℃/min 速率升至100℃，以2℃/min速率升至320℃ ；离子源为EI 源，离子源温度为250℃，传输线温度为300℃，载气为高纯氦气。

表1　烃源岩样品基本地球化学参数表

2 烃源岩生烃地球化学特征

2.1 石炭系烃源岩

石炭系烃源岩样品为碳质泥岩和黑色泥岩，有机质丰度为1.80%～17.10%，S1+S2为0.14～0.95mg/g(表1)。按照常规的有机质丰度评价标准，已达到好烃源岩级别。依据干酪根有机显微组分类型指数，石炭系烃源岩有机质类型为Ⅱ2型和Ⅲ型。有机质Ro为1.92%～2.67%，处于高成熟—过成熟阶段。

2.2 三叠系烃源岩

三叠系烃源岩TOC 为2.29%～32.84%，S1+S2为0.16～1.84mg/g，综合评价为好烃源岩(表1)。上三叠统尕勒得寺组烃源岩有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型。有机质Ro为1.69%～2.55%，处于高成熟—过成熟阶段。

3 生物标志化合物特征

生物标志化合物是指沉积有机质或矿物燃料(如原油和煤)中那些来源于活的生物体的生物化学物质(尤其是脂类)的复杂分子化石。生物标志化合物可以提供烃源岩有机质的沉积埋藏环境、热演化程度、生物降解程度和烃源岩岩石矿物学及年代方面的信息[7-8]。表2和图2、图3 显示，南祁连盆地石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩检出丰富的正构烷烃、无环异戊二烯类烷烃、萜类和甾类生物标志化合物。

表2　生物标志化合物参数表

续表

3.1 正构烷烃和无环异戊二烯类烷烃

南祁连盆地石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩正构烷烃的碳数分布为双峰型，主峰碳为C17和C29，且具有绝对的后峰优势，ΣnC21-/ ΣnC22+与(C21+C22)/ (C28+C29)分别为0.27～0.56 和0.25～0.45，反映有机质的母质来源以高等陆源植物为主，还有低等水生生物的混入。烃源岩样品的正构烷烃碳优势指数(CPI)和奇偶优势指数(OEP)分别为1.08～1.15 和1.08～1.21，没有明显的奇偶优势，表明样品的成熟度高。植醇在还原条件下脱水成植烯，加氢还原成植烷；氧化条件下，则形成植酸，脱羧后形成姥鲛烷。因此，Pr和Ph 可指示有机质沉积环境。Pr/Ph 小于0.5 时指示强还原性的膏盐沉积环境[9]，Pr/Ph 为0.5～1.0 时指示还原环境，Pr/Ph 为1.0～2.0 时指示弱还原—弱氧化环境，Pr/Ph 大于2.0 时指示氧化环境[10]。研究区石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的Pr/Ph 为0.65～1.16，说明沉积环境为弱还原—弱氧化环境。

3.2 三环萜烷、四环萜烷(m/z191)系列

C19—C21三环萜烷可能来源于高等植物中的二萜类先质，长链三环萜烷(特别是高碳数三环萜烷，如C26以上)来源于细菌类或藻类等低等水生生物[11]。以高等植物为母质的原油含有丰富的C24四环萜烷[8]。石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩样品抽提物中的三环萜烷碳数分布范围为C19—C30，呈双峰型，以C21和C23为主峰(图2)，样品中还检测到C24四环萜烷，其丰度略低于C26三环萜烷。上述参数表明，石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的有机质母质主要来源于高等植物，还有细菌类和藻类等低等水生生物的混入，为混合型母质。

3.3 五环三萜烷(m/z191)系列

五环三萜烷系列分为藿烷系列与非藿烷系列。其中，许多参数用来研究沉积环境特征，如伽马蜡烷/C30藿烷、伽马蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)、C35αβ > C34αβ > C33αβ或C35αβ < C34αβ < C33αβ ；有机质演化程度，如Ts/(Ts+Tm)、C31升藿烷22S/(22S+22R)；以及次生变化特征及进行油源对比等[8]。

伽马蜡烷可以通过还原四膜虫醇生成，四膜虫醇是由某些原生动物、光合作用细菌和一些可能的其他生物的细胞膜中获取。伽马蜡烷/C30藿烷、伽马蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)是指示沉积水体咸化程度的有效指标，沉积水体越咸，伽马蜡烷/C30藿烷、伽马蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)的值越大。藿烷Ts/(Ts+Tm)是常用的成熟度指标，约在生油晚期(Ro约为1.4%)达到0.5 的平衡值[12]。C31升藿烷22S/(22S+22R)值随有机质成熟度的升高从零增加到0.6 左右的平衡值[13]。

南祁连盆地石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩抽提物中含有丰富的五环三萜烷。藿烷碳数分布范围为C27—C35，17α(H)，20β(H)-C30藿烷为主峰，C31—C35藿烷丰度依次降低；非藿烷系列中以伽马蜡烷为主。石炭系烃源岩抽提物中伽马蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)为0.38～0.57，伽马蜡烷/C30藿烷为0.09～0.12，C35αβ

3.4 甾烷(m/z217)系列

在不同沉积环境及不同来源的沉积有机质中，甾烷分布截然不同：浮游生物中以C27甾烷占优势，甲壳动物中主要为C27胆甾烷，绝大多数藻类主要含C27甾烷和C28甾烷，真菌中主要是C28麦角甾烷，陆生植物(包括草本植物)则以C29谷甾烷或豆甾烷为主，4-甲基甾烷存在于甲藻中。C27甾烷、C28甾烷和C29甾烷不同相对丰度代表不同的母源。规则甾烷在成岩演化过程中存在由不稳定的生物构型向稳定的热力学构型转化的趋势。因此，利用各对异构体比值可以获得有关原油和烃源岩成熟度的信息[8]。甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)是指示有机质成熟度的常用指标，一般认为甾烷C29ααα -20S/(20S+20R)随有机质成熟度的增加而变大。未成熟阶段的甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)小于0.25，低熟阶段的甾烷C29ααα-20S/ (20S+20R)为0.25～0.40，成熟阶段的甾烷C29ααα-20S/(20S+20R)大于0.4[14]。然而，研究发现甾烷C29ααα -20S/ (20S+20R)值在高成熟—过成熟阶段会发生“倒转”，比值会低于平衡值，甚至低于成熟度低的样品[15]。

石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的C27、C28和C29规则甾烷呈以C29为优势的近“V”字形(图4)，ααα20R-C27/C29甾烷值为0.58～0.84，反映有机质母质主要来源于高等植物，还有细菌类和藻类等低等水生生物的混入，为混合型母质。石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的C29ααα-20S/ (20S+20R)分别为0.22～0.46 和0.21～0.37。结合C31升藿烷22S/ (22S+22R)、Ts/(Ts+Tm)等有机质成熟度指标，可以看出石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的C29ααα-20S/(20S+20R)值低于平衡值是由于有机质处于高成熟—过成熟阶段而发生的“倒转”现象。进一步反映了研究区烃源岩达到了高过成熟阶段。

4 结论

(1)研究区石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩的伽马蜡烷/C30藿烷为0.09～0.12，伽马蜡烷/0.5C31αβ(22R+22S)为0.38～0.57，C35αβ

(2)石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩饱和烃色谱分布为双峰型，主峰碳为C17和C29，且具有绝对的后峰优势；三环萜烷呈双峰型，以C21和C23为主峰；富含C24四环萜烷，C27、C28和C29规则甾烷呈以C29为优势的近“V”字形；ααα20R-C27/C29甾烷值为0.58～0.84，这些指标反映有机质母质主要来源于高等植物，还有细菌类和藻类等低等水生生物的混入，为混合型母质。

(3)CPI和OEP分别为1.08～1.15和1.08～1.21；Ts/(Ts+Tm)、C31升藿烷22S/(22S+22R)均达到平衡值；C29ααα-20S/(20S+20R)处于“倒转”区，这些指标反映了研究区石炭系和上三叠统尕勒得寺组烃源岩有机质处于高成熟—过成熟阶段。

参考文献

[1]符俊辉，周立发.南祁连盆地石炭─侏罗纪地层区划及石油地质特征[J].西北地质科学，1998，19(2)：47-54.

[2]谢其锋，周立发，马国福，等.南祁连盆地三叠系烃源岩有机地球化学特征[J].北京大学学报(自然科学版)，2011，47(6)：1034-1039.

[3]谢其锋.南祁连盆地二叠系—三叠系构造沉积特征与油气地质条件[D].西安：西北大学，2012.

[4]谢其锋，周立发，蔡元峰，等.南祁连盆地下日哈坳陷二叠系泥岩地球化学特征及地质意义[J].矿物岩石地球化学通报，2015，34(2)：354-356.

[5]袁二军，崔彬，冯小伟，等.南祁连盆地东北部木里地区三叠系尕勒得寺组烃源岩评价[J].中国矿业，2013，22(增刊)：165-167.

[6]杨梦辉.南祁连盆地三叠系烃源岩特征与储集层特征评价[D].西安：西北大学，2012.

[7]任拥军，纪友亮，李瑞雪.南祁连盆地石炭系可能烃源岩的甾萜烷地球化学特征及意义[J]. 石油实验地质，2000，22(4)：342-345.

[8]Peters K E， Walters C C， Moldowan J M. The biomarker guide： Biomarkers and isotopes in petroleum exploration and earth history[M]. England： Cambrige， 2005：475-625.

[9]Ten Haven H L， De Leeum J W， Rullkotter J. Restricted utility of the pristane/phytane ratio as a paleoenvironmental indicator[J]. Nature， 1987，330：641-643.

[10]卢双舫，张敏，钟宁宁. 油气地球化学[M]. 北京：石油工业出版社，2008.

[11]Ekweozor C M， Gormly J R. Petroleum geochemistry of late Cretaceous and early Tertiary shales penetrated by Akukwa-2 well in the Anambra Basin， southern Nigeria[J]. J. Pet. Geol，1983(6)：207-216.

[12]陈文彬，廖忠礼，付修根， 等. 北羌塘盆地布曲组烃源岩生物标志物特征及意义[J]. 沉积学报， 2007，25(5)：809-813.

[13]Seifert W K， Moldowan J M. Application of sterane，trepanes and monoarornaties to maturation， migration and source rock of crude oils[J]. Geochimica et Gosmochimica Acta， 1978，42(1)：77-95.

[14]黄飞，辛茂安. 陆相烃源岩地球化学评价方法[M]. 北京：石油工业出版社， 1995：1-22.

[15]陈世加，王廷栋，黄清德，等.C29甾烷成熟度指标“倒转”及其地质意义[J]. 天然气地球科学，1997，8(1)：28-30.

Biomarker Characteristics of Source Rock of Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation in Southern Qilian Basin

Hao Aisheng1,2, Li Jian1,2, Wang Dongliang1,2, Li Zhisheng1,2,Cui Junfeng1, Cui Huiying1,2, Jiang Xiaohua1

(1.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,PetroChina,Langfang,Hebei065007,China; 2.LaboratoryofGasReservoirFormation&Development,CNPC,Langfang,Hebei065007,China)

Abstract:In-depth study on source rocks in Southern Qilian Basin has seldom been made, and geochemical research also lagged behind. Therefore, we probed into the biomarker characteristics of source rock of Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation in Southern Qilian Basin by gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometer. According to the data, we analyzed the sedimentary environment, sedimentary parent source and organic matter maturity of the source rocks. Gammacerane/C30hopane, Gammacerane/0.5C31αβ(22R+22S) and Pr/Ph were 0.09～0.12, 0.38～0.57 and 0.65～1.16 respectively. The above three parameters indicated that the source rocks were deposited in subsaline and weak reducing to weak oxidizing environment. High content of tricyclic terpane and “V” distribution of regular sterane with C29 regular sterane dominant showed that sedimentary parent source was mainly from terrigenous higher plants, partly from lower hydrobiont. Most maturity parameters reached equilibrium value. While C29ααα-20S/(20S+20R) reversed. It means that the maturity of source rock reaches high to over mature stage.

Key words:source rock; biomarker; Carboniferous and Upper Triassic Galedesi Formation; Southern Qilian Basin

中图分类号：TE122

文献标识码:A

作者简介：第一郝爱胜(1987年生)，男，硕士，工程师，主要从事油气地球化学与成藏研究工作。邮箱：haoas2012@petrochina.com.cn。

基金项目：南祁连盆地油气地质条件综合评价及勘探部署。