四川盆地龍?zhí)督M高熱演化烴源巖有機(jī)質(zhì)生源及沉積環(huán)境探討

朱揚(yáng)明, 顧圣嘯, 李 穎, 郝 芳, 鄒華耀, 郭彤樓

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四川盆地龍?zhí)督M高熱演化烴源巖有機(jī)質(zhì)生源及沉積環(huán)境探討

朱揚(yáng)明1*, 顧圣嘯1, 李 穎1, 郝 芳2, 鄒華耀3, 郭彤樓4

(1. 浙江大學(xué) 地球科學(xué)系, 浙江 杭州 310027; 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢), 湖北 武漢 430074; 3. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院, 北京 102249; 4. 中國石化勘探南方分公司, 四川 成都 610041)

四川盆地龍?zhí)督M烴源巖o值主要變化在2.0%~3.0%范圍, 干酪根H/C原子比值多數(shù)集中在0.3~0.5之間,有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到過成熟階段。它們的各類飽和烴生物標(biāo)志物組成和分布大都發(fā)生了異常變化, 限制了其地球化學(xué)應(yīng)用。其芳烴組分和干酪根碳同位素及S、N元素組成還包含著標(biāo)志有機(jī)質(zhì)生源及沉積環(huán)境的信息。川東南地區(qū)近海湖沼相含煤地層二甲基菲系列中, 2,6-/2,10-DMP 和1,7-/1,9-DMP比值分別在0.65和3.0以上; 甲基二苯并噻吩中, 4-/1-MDBT比值高于15; 干酪根13C值大多大于–25‰, S/C、N/C原子比值較低(分別為0.003~0.056、0.012~0.025); 指示有機(jī)質(zhì)以陸源輸入為主, 沉積環(huán)境呈氧化性, 屬Ⅲ型有機(jī)質(zhì)。而川東北地區(qū)海灣潟湖相烴源巖中, 芳烴2,6-/2,10-DMP比值低于0.65, 1,7-/1,9-DMP比值多數(shù)在3.0之下, 4-/1-MDBT比值大多小于5; 干酪根13C值在–27‰左右, S/C、N/C比值較高(分別為0.020~0.140、0.014~0.038); 表征有機(jī)質(zhì)生源中水生生物占優(yōu)勢(shì), 沉積于還原性或氧化性較低的環(huán)境, 成烴母質(zhì)類型以Ⅱ型為主。其他地區(qū)的這些地球化學(xué)參數(shù)介于兩者之間。

高熱演化烴源巖; 干酪根; 生物標(biāo)志物; 芳烴; 龍?zhí)督M; 四川盆地

0 引 言

上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)烴源巖在四川盆地廣泛發(fā)育, 呈區(qū)域性分布, 富含有機(jī)質(zhì), 為一套優(yōu)質(zhì)的海陸交互相烴源巖[1–2], 被認(rèn)為是川東北地區(qū)包括普光大氣田在內(nèi)的飛仙關(guān)組和長(zhǎng)興組氣藏的主力氣源巖[3–4]。這套烴源巖的熱演化程度很高, 基本上都達(dá)到過成熟階段。其有機(jī)質(zhì)的組成和演變具有獨(dú)特的地球化學(xué)特征, 為剖析高演化烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化規(guī)律提供了實(shí)例。另一方面, 由于高熱演化烴源巖中有機(jī)顯微組分光學(xué)性質(zhì)趨同, 難以判別其原始性質(zhì)[5]; 且它們的生物標(biāo)志物組成和分布出現(xiàn)了異常變化, 無法應(yīng)用常規(guī)指標(biāo)區(qū)分有機(jī)質(zhì)生源及其沉積環(huán)境, 因而探索新的地球化學(xué)指相和生源參數(shù)顯得很必要。本研究在四川盆地東北部、東南部及東部地區(qū)探井系統(tǒng)采集了龍?zhí)督M泥巖、泥灰?guī)r及煤等樣品, 并進(jìn)行了全面的地球化學(xué)分析, 擬在揭示其干酪根和可溶有機(jī)質(zhì)的組成特征及演變規(guī)律基礎(chǔ)上, 利用適用于高演化有機(jī)質(zhì)的地球化學(xué)參數(shù), 結(jié)合沉積相資料, 探討這套烴源巖的有機(jī)質(zhì)生源構(gòu)成及沉積環(huán)境性質(zhì)在區(qū)域上的變化。

1 地質(zhì)、地球化學(xué)背景及樣品

四川盆地屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西北隅的一個(gè)呈北東向延展的菱形狀次級(jí)構(gòu)造單元, 是古生代克拉通盆地與中新生代前陸盆地的復(fù)合型盆地, 發(fā)育有從震旦系至第四系厚逾13000 m的沉積地層。其中, 震旦系至中三疊統(tǒng)主要為海相沉積地層, 上三疊統(tǒng)至第四系主要為陸相沉積地層[6]。根據(jù)基底性質(zhì)、沉積蓋層、氣藏特征及天然氣類型等, 可把四川盆地劃分為川東、川南、川西和川中4個(gè)油氣聚集區(qū)(構(gòu)造區(qū)塊, 圖1)[7]。

四川盆地在下二疊統(tǒng)地層沉積之后, 由于受東吳運(yùn)動(dòng)的影響, 海水向東退卻, 使其西部地區(qū)上升成陸, 形成西南高、東北低的西陸東海的古地理格局, 因而晚二疊世龍?zhí)督M沉積自西向東呈現(xiàn)明顯的由陸到海的相變?？傮w來說, 成都-南充一線以南及華鎣山以西為陸相、海陸交互相沉積區(qū), 煤、碳質(zhì)泥巖和泥巖沉積頻繁交替; 而盆地東北部為海灣潟湖環(huán)境, 沉積深灰色、灰黑色泥巖及泥灰?guī)r[8]。這兩種相帶之外區(qū)域則為灰泥臺(tái)坪、淺水陸棚環(huán)境, 在東部、北部主要為沉積海相碳酸鹽巖為主的同時(shí)異相吳家坪組(P2w)相區(qū), 巖石組合主要為灰色泥晶灰?guī)r+微晶灰?guī)r夾泥巖。

龍?zhí)督M泥質(zhì)烴源層在盆地內(nèi)呈區(qū)域性分布, 厚度多在20~160 m范圍, 在東北部和西南部一帶厚度較大, 西北緣、東北緣較薄(圖1)。龍?zhí)督M煤層主要分布于盆地中部、南部及東部, 累積厚度變化在1~15 m之間, 平均厚2.0 m; 而川東北的北部地區(qū)很薄, 少見或無煤。該套泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)含量較高, 川東北、川東南和川東渝東地區(qū)實(shí)測(cè)的114件樣品TOC平均值達(dá)2.93%, 屬高有機(jī)質(zhì)豐度烴源巖。

本研究的龍?zhí)督M烴源巖樣品取自川東北大普光、元壩、通南巴等地區(qū)和川東南及川東渝東地區(qū)探井及露頭淺井, 巖性包括泥灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤。另外, 還在貴州凱里魚洞煤礦采集了成熟度相對(duì)較低的同層位煤樣(o=0.92%)做對(duì)比研究。50余件樣品在TOC、巖石熱解等常規(guī)分析的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行了氯仿瀝青A抽提和干酪根分離。抽提物用石油醚沉淀去除瀝青質(zhì)后, 在硅膠/氧化鋁層析柱上分別用石油醚、二氯甲烷和三氯甲烷/乙醇分離出飽和烴、芳烴和非烴組分。飽和烴和芳烴組分的氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)分析在HP6890N-5973MSD色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀上完成, 所用色譜柱分別為30 m×0.25 mm DB-5MS和30 m×0.25 mm HP-5MS石英毛細(xì)管柱, 載氣為氦氣, 電子轟擊源?；衔锏蔫b定主要依據(jù)質(zhì)譜圖及色譜相對(duì)保留時(shí)間, 并與相關(guān)文獻(xiàn)資料對(duì)比。

圖1 四川盆地構(gòu)造單元與龍?zhí)督M泥質(zhì)烴源巖分布及沉積相圖

圖中龍?zhí)督M烴源巖厚度等值線及沉積相區(qū)資料據(jù)梁狄剛等[8]。

2 烴源巖熱演化特征及生物標(biāo)志物分布異常變化

2.1 干酪根熱演化特征

龍?zhí)督M烴源巖樣品實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率o值變化在1.85%~3.19%之間, 多數(shù)在2%~3%之間, 表明有機(jī)質(zhì)基本都達(dá)到過成熟演化階段。其中, 川東北地區(qū)這套烴源巖的熱演化程度(各井o平均值為2.20%~3.01%, 表1)總體上稍高于川東南地區(qū)(平均值為2.23%~2.33%)。它們的干酪根紅外吸收光譜圖中, 甲基、亞甲基吸收峰極低甚至消失, 而芳核結(jié)構(gòu)的C=C吸收峰突出, 表征高演化干酪根的結(jié)構(gòu)組成特征。

這些龍?zhí)督M烴源巖干酪根中氫含量均較低, H/C原子比值變化在0.15~0.64之間, 多數(shù)集中在0.3~0.5范圍(圖2), 表明干酪根中可降解的基團(tuán)大都已裂解成氣。它們的氧含量變化較大, O/C原子比大多分布于0.04~0.16范圍。在范氏有機(jī)元素組成分類圖中, 這些樣品點(diǎn)落在Ⅳ型干酪根區(qū)域, 顯然不能反映其原始的干酪根性質(zhì)。Ⅳ型干酪根是經(jīng)受過高熱演化作用而失去生烴潛力的高度碳化干酪根, 被認(rèn)為是“死碳”。但一些研究者認(rèn)為, 有效生氣海相干酪根的H/C原子比下限值為0.26[10], 甚至可低至0.1[11], 因而部分這些干酪根可能還具有一定的產(chǎn)氣潛力。一部分干酪根中O/C原子比值偏高, 與其高演化程度不相稱, 可能是有機(jī)質(zhì)在高溫條件下的氧化作用所致。一些礦物氧化劑可與有機(jī)質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng), 產(chǎn)生含氧有機(jī)組分[9]。

表1 四川盆地各地區(qū)龍?zhí)督M烴源巖Ro值和干酪根元素比值統(tǒng)計(jì)表(數(shù)據(jù)范圍和平均值)

圖2 四川盆地不同地區(qū)龍?zhí)督M干酪根元素比值分布圖(有機(jī)質(zhì)分類圖版改自Seewald[9])

2.2 飽和烴生物標(biāo)志物分布及其異常變化

這些烴源巖中, 正構(gòu)烷烴系列的碳數(shù)分布多在C14~C35范圍, 大都呈前峰型分布, 主峰碳數(shù)一般為C16~C18; 還有一些樣品出現(xiàn)異常的雙峰型分布。它們的Pr/Ph值大多變化在0.8~1.5之間。由于在高熱演化烴源巖中此值呈降低趨勢(shì)[12], 因而不能正確反映沉積環(huán)境的氧化還原性。所分析樣品中, 甾烷和藿烷系列的分布都很相似, 即存在所謂的趨同性現(xiàn)象。在217質(zhì)量色譜圖上, 它們的C27、C28、C29(αααR)規(guī)則甾烷均呈不對(duì)稱的“V”字型分布(圖3), 并大多出現(xiàn)異構(gòu)化率的“倒轉(zhuǎn)”。藿烷系列中以C30化合物為主峰, C31及以上碳數(shù)化合物含量較低, 且隨碳數(shù)增加呈遞減型分布。伽馬蠟烷都有一定含量,伽馬蠟烷/C30藿烷比值主要變化在0.2~0.3范圍。

實(shí)際上, 在高演化烴源巖中這些生物標(biāo)志物的分布已發(fā)生了異常變化。為了說明這個(gè)問題, 本研究用熱演化程度較低的貴州凱里魚洞龍?zhí)督M煤(o=0.92%)作對(duì)比。該煤樣呈顯著的姥鮫烷優(yōu)勢(shì), Pr/Ph值達(dá)5.57; 它的三環(huán)萜烷相對(duì)含量很低(圖3a), 以C19為主峰; 含有較豐富C24~C27四環(huán)萜烷化合物; 伽馬蠟烷極少; 甾烷分布以C29化合物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), C27甾烷很少, 指示以陸源有機(jī)質(zhì)輸入為主的生源構(gòu)成。而本研究熱演化程度達(dá)到過成熟階段(o= 2.0%~2.5%)的重慶南川和習(xí)水良村同層位煤中, 其Pr/Ph值降低到1.0上下; 三環(huán)萜烷失去了以C19為主峰的煤巖有機(jī)質(zhì)標(biāo)志性特征; 伽馬蠟烷含量增加; 甾烷系列中C27化合物顯著變高, 甚至在峰高上超過C29化合物(圖3b), C27、C28、C29甾烷呈“V”字型分布, 與其以高等植物為主的原始生源構(gòu)成顯著不符。這表明這些生物標(biāo)志物已發(fā)生了目前尚不知其演變機(jī)制的變化。由此可推測(cè), 該層位其他巖性烴源巖中它們的組成和分布也與其在較低演化階段時(shí)不盡相同, 某些系列可能出現(xiàn)了很大變化。由于這種原因, 對(duì)于高演化烴源巖來說, 這些生物標(biāo)志物基本不具有指示有機(jī)質(zhì)生源和沉積環(huán)境的意義。

圖3 四川盆地不同地區(qū)代表性龍?zhí)督M烴源巖的甾、萜烷分布圖

3 烴源巖有機(jī)質(zhì)生源與成烴母質(zhì)類型變化

3.1 干酪根碳同位素組成與有機(jī)質(zhì)類型變化

所研究的龍?zhí)督M干酪根碳同位素比值呈區(qū)域性變化(圖4, 表1)。川東北地區(qū)該層位泥質(zhì)巖、泥灰?guī)r的碳同位素較輕, 其13C值主要分布在–26.0‰ ~ –28.6‰之間。其中, 大普光構(gòu)造帶的普光5和毛壩3井13C平均值最低, 分別為–27.5‰和–27.6‰; 通南巴地區(qū)的河壩1、金溪1井13C平均值均為–27.0‰; 元壩構(gòu)造帶元壩3井的13C平均值稍高些, 為–26.8‰。地處川東渝東地區(qū)的建深1和三星1井龍?zhí)督M泥質(zhì)巖干酪根碳同位素組成接近于川東北地區(qū),13C平均值分別為–26.1‰和–27.0‰。相比之下, 川東南地區(qū)的丁山1井及習(xí)水良村、重慶南川露頭剖面的該套烴源巖碳同位素顯得很重, 其煤和泥巖干酪根的13C值分別為–22.3‰ ~ –23.4‰和–23.2‰ ~ –26.9‰, 三處樣品的13C平均值分別為–24.3‰、–23.4‰和–25.0‰, 比川東北地區(qū)重2‰~3‰。從與中等成熟的貴州凱里魚洞煤13C值(–23.6‰)比較情況看, 研究區(qū)煤的干酪根碳同位素在高、過成熟演化階段變重范圍在1%上下。泥質(zhì)巖干酪根的13C值變化幅度可能也相近。

沉積有機(jī)質(zhì)的碳同位素組成被認(rèn)為繼承于生物體, 雖隨成熟度或地質(zhì)時(shí)代不同有所變化[13], 但在熱演化水平相近的同套地層中其可反映有機(jī)質(zhì)生源的差別。依據(jù)上述數(shù)據(jù), 結(jié)合沉積相的變化, 可認(rèn)為川東北地區(qū)的海灣潟湖相龍?zhí)?吳家坪)組沉積有機(jī)質(zhì)主要的生源為水生生物, 陸源輸入較少。按照干酪根碳同位素劃分有機(jī)質(zhì)類型的標(biāo)準(zhǔn)[14,5], 其成烴母質(zhì)類型屬Ⅱ型。而川東南地區(qū)這套近海湖沼相烴源巖有機(jī)質(zhì)生源中陸源輸入占優(yōu)勢(shì), 類型應(yīng)以Ⅲ型為主。

圖4 四川盆地不同沉積相帶龍?zhí)督M烴源巖干酪根碳同位素組成(平均值)變化圖

此外, 這些龍?zhí)督M干酪根中氮含量也存在相應(yīng)變化。川東南含煤烴源巖中N/C原子比值較低, 變化在0.012~0.025范圍; 而川東北及渝東地區(qū)源巖中該比值相對(duì)較高, 為0.014~0.038。據(jù)文獻(xiàn)[15]報(bào)道, 陸源高等植物N/C比值通常在0.05以下, 而水生生物中則高于0.08?？赡苁菬嵫莼潭雀叩脑? 這些烴源巖干酪根的N/C比值沒有完全與其生源相吻合, 但指示了相對(duì)的差別。

3.2 二甲基菲異構(gòu)體比值變化及其有機(jī)質(zhì)生源意義

研究表明, 二甲基菲異構(gòu)體的分布能表征有機(jī)質(zhì)的生源構(gòu)成, 1,7-DMP(1,7-二甲基菲)、2,6-DMP通常在陸源有機(jī)質(zhì)中占優(yōu)勢(shì), 而甲基取代在C-9或C-10上的二甲基菲化合物, 如1,9-DMP、2,10-DMP等在海相有機(jī)質(zhì)中更豐富[16]。這些化合物可能分別與陸源高等植物和水生生物有機(jī)質(zhì)有成因關(guān)系。據(jù)此, 筆者據(jù)2,6-/2,10-DMP 和1,7-/1,9-DMP兩比值的分布特征, 進(jìn)一步探討這套烴源巖有機(jī)質(zhì)生源組成的變化。如圖5所示, 川東南丁山1、習(xí)水良村及重慶南川一帶的龍?zhí)督M泥巖和煤中這兩比值均較高, 分別在0.65和3.0以上, 變化在0.65~1.29和3.22~5.62之間。其中, 多數(shù)煤樣要高于同地區(qū)熱演化程度相當(dāng)?shù)哪鄮r, 佐證了這兩二甲基菲異構(gòu)體比值區(qū)分有機(jī)質(zhì)來源的有效性。川東北大普光、通南巴、元壩地區(qū)該套烴源層中, 2,6-/2,10-DMP比值低得多, 均在0.65之下, 分布在0.22~0.62范圍, 與前者形成區(qū)別。它們的1,7-/1,9-DMP比值也相應(yīng)較低, 為1.69~4.19, 多數(shù)在3.0之下。渝東地區(qū)建深1和三星1井的5件樣品中, 這兩比值范圍分別為0.44~0.71和2.39~5.00, 總體上稍高于川東北地區(qū)。

圖5 四川盆地不同地區(qū)龍?zhí)督M烴源巖的二甲基菲異構(gòu)體比值分布圖

雖然二甲基菲系列化合物的分布受熱演化程度的影響, 但在這些成熟度相近的烴源巖中這兩二甲基菲比值存在規(guī)律性變化, 意味著它們的高低主要受有機(jī)質(zhì)生源組成的控制?；谶@些化合物與有機(jī)質(zhì)來源的關(guān)系可認(rèn)為, 川東南丁山1、習(xí)水良村及重慶南川一帶的龍?zhí)督M含煤烴源巖中, 陸源高等植物有機(jī)質(zhì)占優(yōu)勢(shì); 而川東北地區(qū)這套海灣潟湖相烴源層中, 有機(jī)質(zhì)生物源以水生生物為主。這與它們的干酪根碳同位素組成變化所指示的生源意義相一致。

4 烴源巖沉積環(huán)境變化的分子標(biāo)志

二苯并噻吩類化合物是高演化烴源巖中含硫有機(jī)物的主要存在形式, 有幾種烷基取代系列。其中, 甲基二苯并噻吩系列有4個(gè)異構(gòu)體, 即4-MDBT(4-甲基二苯并噻吩)、3-MDBT、2-MDBT和1-MDBT。在一般的氣相色譜分析條件下, 3-MDBT和2-MDBT兩化合物共逸出, 在色譜圖上合為一寬峰(圖6)。令人關(guān)注的是, 所研究的龍?zhí)督M高演化烴源巖中該系列化合物分布呈現(xiàn)區(qū)域性變化規(guī)律。在川東南地區(qū)丁山1井、習(xí)水良村、重慶南川一帶龍?zhí)督M泥巖及煤的甲基二苯并噻吩系列中, 以4-MDBT化合物為主, 1-MDBT極少(圖6a), 相應(yīng)的4-/1-MDBT比值較高, 均在15以上, 變化在15.9~32.0之間, 且其中的煤較鄰近的泥巖高(圖7)。而川東北大普光、通南巴和元壩地區(qū)的龍?zhí)督M泥巖和泥灰?guī)r中, 1-MDBT化合物的相對(duì)含量明顯增高(圖6c), 4-/1-MDBT比值為0.9~7.6, 多數(shù)低于5。川東渝東地區(qū)的三星1和建深1井樣品中, 4-/1-MDBT比值變化在4.5~10.4范圍, 稍高于川東北地區(qū), 而明顯低于川東南地區(qū)。

甲基二苯并噻吩的先質(zhì)物及其化學(xué)演變途徑目前尚不完全清楚。Radke.[17]認(rèn)為這些化合物由干酪根中的二苯并噻吩類基團(tuán)通過β斷裂而來。Asif.[18]則提出, 它們可能由甲基聯(lián)苯化合物與硫經(jīng)碳質(zhì)物的催化反應(yīng)而成。大量的實(shí)際分析資料表明, 這些化合物的相對(duì)分布與巖性和沉積環(huán)境有關(guān)。Hughes[19]指出, 與泥質(zhì)巖相比, 成熟度較低的碳酸鹽巖和鈣質(zhì)頁巖及所生原油中1-MDBT較高, 甲基二苯并噻吩系列呈4-MDBT＞(2+3)-MDBT＜1-MDBT的“V”字型分布。我國江漢盆地第三系強(qiáng)還原咸水湖相烴源巖及其原油中, 也見有這種呈“V”字型分布的甲基二苯并噻吩化合物?？梢? 形成于厭氧、富含碳酸鹽環(huán)境的地層中, 1-MDBT的相對(duì)含量較高。另一方面, 由于甲基二苯并噻吩系列的各異構(gòu)體熱穩(wěn)定性不同, 其分布受熱演化程度影響。1-MDBT 相對(duì)于4-MDBT隨成熟度的增加而不斷降低, 相應(yīng)的4-/1-MDBT比值逐漸升高[20–21]。因而, 該系列化合物的分布受沉積環(huán)境和成熟度兩方面因素的影響。

圖6 四川盆地不同地區(qū)代表性龍?zhí)督M烴源巖的甲基二苯并噻吩分布圖

圖7 四川盆地不同地區(qū)龍?zhí)督M烴源巖的4-/1-MDBT、Ro值分布圖

前已述及, 研究區(qū)龍?zhí)督M烴源巖的有機(jī)質(zhì)大多達(dá)到過成熟熱演化階段, 實(shí)測(cè)的o值(或由固體瀝青反射率換算值)主要變化在2.0%~3.0%之間。其中, 川東南地區(qū)丁山1井、習(xí)水良村、重慶南川烴源巖的o值變化在1.85%~2.48%之間, 平均值為2.27%; 川東北大普光、通南巴、元壩地區(qū)的o值更高些, 為1.90%~3.19%, 平均值為2.54%。上述各地區(qū)烴源巖中甲基二苯并噻吩化合物的分布及4-/1- MDBT比值的變化, 與其隨成熟度的變化趨勢(shì)正相反。由此可認(rèn)為, 在這些烴源巖中該系列化合物的分布可能主要受沉積環(huán)境或巖性控制。

所分析的川東南地區(qū)龍?zhí)督M烴源巖的巖性為泥巖和煤, 川東北及渝東地區(qū)以泥質(zhì)巖為主, 部分為泥灰?guī)r, 沒有碳酸鹽巖。在不同地區(qū)同種巖性樣品之間差別顯著, 因而可認(rèn)為該系列化合物分布與巖性關(guān)系不明顯, 可能主要與烴源巖沉積環(huán)境的氧化還原性有關(guān)(這種成因關(guān)系的機(jī)制目前尚不清楚)。如前所述, 川東南地區(qū)龍?zhí)督M為近海湖沼相, 沉積環(huán)境的氧化性較強(qiáng), 導(dǎo)致其4-/1-MDBT比值較高; 而川東北地區(qū)該地層形成于海灣潟湖相還原性(或弱氧化)沉積環(huán)境。雖然其熱演化程度很高, 熱穩(wěn)定性較低的1-MDBT相對(duì)于4-MDBT的含量有所降低, 但仍以較低的4-/1-MDBT比值為特征。

另外, 川東南含煤烴源巖干酪根中S/C原子比值總體上較低, 變化在0.003~0.056范圍(表1); 而川東北和川東渝東地區(qū)烴源巖此比值為0.020~0.140, 總體上顯著高于前者, 佐證了4-/1-MDBT比值所表征的沉積環(huán)境氧化還原性的變化。

5 結(jié) 論

四川盆地龍?zhí)督M烴源巖o值大多變化在2.0%~3.0%之間, 有機(jī)質(zhì)熱演化程度已達(dá)過成熟階段。其干酪根元素組成以貧氫富碳為特征, H/C原子比多數(shù)集中在0.3~0.5范圍; 結(jié)構(gòu)中甲基、亞甲基紅外吸收峰極低甚至消失。它們的飽和烴生物標(biāo)志物的組成和分布發(fā)生了異常變化, 基本失去了其地球化學(xué)常規(guī)應(yīng)用意義, 而芳烴組分中還包含著指相和生源的分子信息。

芳烴分子指標(biāo)和干酪根碳同位素及N、S元素組成表明, 龍?zhí)督M烴源層的有機(jī)質(zhì)生源構(gòu)成及沉積環(huán)境性質(zhì)呈區(qū)域性變化。盆地東南部近海湖沼相含煤地層中, 2,6-/2,10-DMP 和1,7-/1,9-DMP比值分別在0.65和3.0以上; 4-/1-MDBT比值高于15; 干酪根13C值大多大于–25‰, S/C、N/C原子比值較低; 指示有機(jī)質(zhì)以陸源輸入為主, 且沉積環(huán)境呈氧化性, 屬Ⅲ型有機(jī)質(zhì)。而東北部地區(qū)海灣潟湖相烴源巖中, 2,6-/2,10-DMP比值低于0.65, 1,7-/1,9-DMP比值多數(shù)在3.0之下, 4-/1-MDBT比值大多小于5; 干酪根13C值在–27‰左右, S/C、N/C比值相對(duì)較高; 表征有機(jī)質(zhì)生源中水生生物占優(yōu)勢(shì), 沉積于還原性(或弱氧化)環(huán)境, 有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型(ⅡA型)為主。川東渝東地區(qū)的這些地球化學(xué)參數(shù)接近于川東北地區(qū), 成烴母質(zhì)類型主要為ⅡB型。

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Biological organic source and depositional environment of over-mature source rocksof Longtan Formation in Sichuan basin

ZHU Yang-ming1*, GU Sheng-xiao1, LI Ying1, HAO Fang2, ZOU Hua-yao3and GUO Tong-lou4

1. Department of Earth Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2. China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 3. College of Earth Sciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 4. SINOPEC Exploration Southern Company, Chengdu 610041, China

The source rocks of Longtan Formation in Sichuan basin have vitrinite reflectance values ranging mostly from 2.0% to 3.0% and kerogen H/C atomic ratios mainly in 0.3 to 0.5, suggesting a post-mature level with regard to hydrocarbon-generating. Distribution of their various biomarkers is found to change abnormally and could be limited to geochemical applications. However, their aromatic hydrocarbons, in conjunction with kerogen carbon isotope and element (sulfur and nitrogen) composition, can be used as indicators for organic source and sedimentary environment. Near-marine swamp-lacustrine facies coal-bearing source rocks in the southeastern Sichuan basin show 2,6-/2,10-DMP (dimethylphenanthrene) and 1,7-/1,9-DMP values higher than 0.65 and 3.0 respectively and 4-/1-MDBT (dibenzothiophene) ratios over 15. The kerogens exhibit isotopically heavy13C values mostly in excess of –25‰, along with low S/C and N/C atomic ratios (0.003 to 0.056 and 0.012 to 0.025, respectively). The combined data indicate a dominantly terrestrially derived source and oxidizing depositional environment with a type-Ⅲ organic matter. Whereas, the bay-lagoon facies intervals in the northeastern region of this basin display 2,6-/2,10-DMP ratios lower than 0.65, 1,7-/1,9-DMP mainly below 3.0 and 4-/1-MDBT mostly under 5. Moreover, carbon isotopes of the kerogens are relatively depleted in13C with the13C values around –27‰, with slightly higher S/C and N/C ratios (0.020 to 0.140 and 0.014 to 0.038, respectively), implying a type-Ⅱkerogen derived from a predominantly aquatic organic source deposited in a reducing or less oxic condition. These geochemical parameters for source rocks from other parts in this basin are believed to vary between the two regions.

over-mature source rock; kerogen; biomarker; aromatic hydrocarbon; Longtan Formation; Sichuan basin

P593

A

0379-1726(2012)01-0035-10

2011-04-22;

2011-09-24;

2011-10-11

國家科技重大專項(xiàng)課題專題(2008ZX05005-03-02)

朱揚(yáng)明(1954–), 男, 博士、教授, 有機(jī)地球化學(xué)專業(yè)。

ZHU Yang-ming, E-mail: zyming@zju.edu.cn, Tel: +86-571-87951336