准噶尔东北部下石炭统有机地球化学特征及其环境意义＊

刘 伟，张奎华，张关龙

（1.贵州理工学院 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003；2.胜利油田分公司西部新区研究中心，山东 东营 257015）

准噶尔盆地东北部的乌伦古坳陷蕴藏着丰富的石油资源，然而该区的勘探程度相对较低，制约了油气开发。该区下石炭统是重要的烃源岩[1-2]，对该区下石炭统地层的沉积环境研究具有重要意义。准噶尔盆地石炭纪古生物研究表明，准噶尔盆地早石炭世的古气候与泥盆纪相似，为热带-亚热带气候环境[3-4]。

图1 准噶尔盆地东北部乌伦古坳陷位置图

前人对该区的古沉积环境划分意见不一，毛小妮认为，准噶尔盆地北部在早石炭世早期处于半深-深海沉积环境，发育火山碎屑沉积，在早石炭世中晚期主要发育滨海相和浅海相[5]；牟琨则认为，早石炭世早期乌伦古坳陷属于滨-浅海相，而早石炭世晚期发育滨海相沉积[6]。沉积环境的研究对烃源岩评价具有重要意义。准噶尔盆地东北部乌伦古坳陷位置如图1所示。准噶尔盆地北缘石炭系样品微量元素特征显示水体为弱咸水-淡水，海水受淡水改造[7]。为了进一步弄清楚乌伦古坳陷下石炭统的沉积环境特征，本文通过乌参1井下石炭统3个样品的有机地球化学分析，讨论了其对沉积环境的指示意义。

1 样品采集

乌参1井位于乌伦古坳陷内，取自该井4 455～4 505 m的火山岩样品锆石的SHRIMP U-Pb年龄为（325.32.5） Ma（据胜利油田），属于下石炭统姜巴斯套组。地层学研究认为，乌参1井所钻遇石炭系地层（4 265～6 322 m）均属于下石炭统姜巴斯套组（据胜利油田）。此次研究所选取的样品为乌参1井石炭系下部6 148 m、中上部5 050 m和上部4 647 m的岩石样品，由中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院石油地质测试中心进行了烷烃色谱和烷烃质谱测试，有机地球化学分析资料来自胜利油田西部研究中心。

2 有机质保存特征

Pr/nC17比值是衡量正构烷烃受生物降解影响的重要指标，未发生生物降解的样品Pr/nC17比值小于0.63，而发生了生物降解的样品Pr/nC17比值显著增加[8]。

在本次研究中，取自乌参1井6 148 m的石炭系样品、5 050 m的石炭系样品和4 647 m的石炭系样品的Pr/nC17值均小于0.63，具体如表1所示。这表明，取自乌参1井的3个石炭系样品的正构烷烃均未发生生物降解，因此，这3个样品中的正构烷烃成分能够较好地反映原始有机质的信息。

表1 乌参1井石炭系样品生物标志物组成和计算指数

3 有机地球化学对沉积环境的指示意义

3.1 正构烷烃的指示意义

中分子量正构烷烃（nC15～nC21）往往来自于海相沉积物，主要来源于海相浮游植物、藻类，其主峰碳位置多分布在nC15和nC17[9-10]。其中，藻类的主峰往往具有低碳数的特征，主峰多在nC15和nC21上。例如，绿藻显nC15主峰优势，褐藻显nC17优势，水上细菌的正构烷烃主峰以nC17为主，也有nC17～nC20、nC25等[11]。

高分子量正构烷烃（nC25～nC33）往往与陆生高等植物的加入有关。陆生高等植物的正构烷烃往往具有nC23～nC35奇碳优势明显的特征，其主峰多在nC27、nC29和nC31上，其中，木本植物多以nC27～nC29主峰为主，有少量的具有nC31主峰；草本植物则以nC31主峰为主，也有nC27～nC29主峰[12]；海洋水生大植物具有nC25主峰[13]。

nC23主峰的样品较为罕见。沉水植物和漂浮大型植物等非外源维管植物往往在nC21、nC23、nC25处出现正构烷烃峰值[14-15]。巩俊成等在研究青藏高原湖泊沉积时发现，发育以眼子菜为主的沉水植物沉积物具有显著的nC23正构烷烃主峰[16]。

取自乌参1井6 148 m的石炭系样品的正构烷烃具有显著的nC17主峰，如图2所示。这表明，其有机质来源主要为浮游植物和藻类，指示较深的沉积环境。

取自乌参1井5 050 m和4 647 m的石炭系样品正构烷烃呈现出一定的双峰特征，具有显著的nC23主峰和nC18～nC21次峰，且次峰峰值并不显著，如图3、图4所示。这表明，这2个石炭系样品中含有的有机质主要来源于沉水植物和漂浮水生植物，并混有一定来自藻类的有机质的贡献。青藏高原可可西里地区发现的具有正构烷烃nC23主峰的样品采样水深在1 m左右[16]，而P.A.Cranwell发现的具有正构烷烃nC23主峰的样品沉积于浅湖环境[14]。因此，取自乌参1井5 050 m和4 647 m的石炭系样品可能产生于较浅的沉积环境。

图2 乌参1井6 148 m样品有机质正构烷烃分布图

图3 乌参1井5 050 m样品有机质正构烷烃分布图

图4 乌参1井4 647 m样品有机质正构烷烃分布图

取自乌参1井6 148 m、5 050 m和4 647 m的石炭系样品均不含nC31，nC27～nC29含量极低，如图2、图3、图4所示。这表明，可以排除陆生高等植物的加入。

3.2 姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）比值和伽马蜡烷的指示意义

姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）比值通常被用于油源对比。对于生油窗内的样品，高Pr/Ph比（＞3.0）指示着陆源条件下陆源有机质输入，而低Pr/Ph比值（＜0.6）则通常代表缺氧的超盐度环境[17]。根据我国各大油田资料统计发现，在咸水深湖相强还原环境、淡水-微咸水深湖相还原环境、淡水湖相弱氧化-弱还原环境的有机质中，Pr/Ph比值分布范围分别为0.2～0.8，0.8～2.8和2.8～4.0[18].另外，随着成熟度增大，Pr/Ph会有一定的增加。取自乌参1井的3个样品的有机质镜质组反射率Ro均大于1.4，属于有机质成熟度较高的样品。取自乌参1井6 148 m、5 050 m和4 647 m的石炭系样品中有机质的Pr/Ph分别为2.49，0.54和0.46.这表明，乌参1井6 148 m石炭系样品沉积于淡水-微咸水深水还原环境，而取自乌参1井5 050 m和4 647 m的石炭系样品产生于缺氧的超盐度环境。

伽马蜡烷可以来自于原生动物的色素，也可以来自于光合细菌。盐湖相和还原环境较强的烃源岩具有较高的伽马蜡烷含量，因此，较高的伽马蜡烷含量具有较强的指相意义[19]。最近的研究表明，较高的伽马蜡烷含量的形成与水体分层有关[20]。6 148 m样品、5 050 m样品和4 647 m样品的伽马蜡烷含量分别为3.23，5.42和8.18.这表明，水体含盐量增加。正构烷烃、姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）比值和伽马蜡烷指示的信息较为一致。

4 结论

对取自乌参1井的3个石炭系样品有机地球化学研究发现：①这3个石炭系样品有机质中的正构烷烃均未发生生物降解，这3个样品中所含的有机质能够较好反映原始有机质的信息。②这3个样品的正构烷烃、姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）比值和伽马蜡烷特征表明，乌伦古坳陷在早石炭世早期处于淡水-微咸水深水还原环境。早石炭世晚期沉积水体变浅，且发生显著咸化，处于缺氧的超盐度环境。

因此，根据上述信息可以推断，乌伦古坳陷在早石炭世早期处于开放的、较深的沉积环境，而早石炭世晚期处于局限的沉积环境，且沉积水体不断变浅。