準(zhǔn)噶爾東北部下石炭統(tǒng)有機(jī)地球化學(xué)特征及其環(huán)境意義＊

劉 偉，張奎華，張關(guān)龍

（1.貴州理工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003；2.勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東 東營(yíng) 257015）

準(zhǔn)噶爾盆地東北部的烏倫古坳陷蘊(yùn)藏著豐富的石油資源，然而該區(qū)的勘探程度相對(duì)較低，制約了油氣開(kāi)發(fā)。該區(qū)下石炭統(tǒng)是重要的烴源巖[1-2]，對(duì)該區(qū)下石炭統(tǒng)地層的沉積環(huán)境研究具有重要意義。準(zhǔn)噶爾盆地石炭紀(jì)古生物研究表明，準(zhǔn)噶爾盆地早石炭世的古氣候與泥盆紀(jì)相似，為熱帶-亞熱帶氣候環(huán)境[3-4]。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地東北部烏倫古坳陷位置圖

前人對(duì)該區(qū)的古沉積環(huán)境劃分意見(jiàn)不一，毛小妮認(rèn)為，準(zhǔn)噶爾盆地北部在早石炭世早期處于半深-深海沉積環(huán)境，發(fā)育火山碎屑沉積，在早石炭世中晚期主要發(fā)育濱海相和淺海相[5]；牟琨則認(rèn)為，早石炭世早期烏倫古坳陷屬于濱-淺海相，而早石炭世晚期發(fā)育濱海相沉積[6]。沉積環(huán)境的研究對(duì)烴源巖評(píng)價(jià)具有重要意義。準(zhǔn)噶爾盆地東北部烏倫古坳陷位置如圖1所示。準(zhǔn)噶爾盆地北緣石炭系樣品微量元素特征顯示水體為弱咸水-淡水，海水受淡水改造[7]。為了進(jìn)一步弄清楚烏倫古坳陷下石炭統(tǒng)的沉積環(huán)境特征，本文通過(guò)烏參1井下石炭統(tǒng)3個(gè)樣品的有機(jī)地球化學(xué)分析，討論了其對(duì)沉積環(huán)境的指示意義。

1 樣品采集

烏參1井位于烏倫古坳陷內(nèi)，取自該井4 455～4 505 m的火山巖樣品鋯石的SHRIMP U-Pb年齡為（325.32.5） Ma（據(jù)勝利油田），屬于下石炭統(tǒng)姜巴斯套組。地層學(xué)研究認(rèn)為，烏參1井所鉆遇石炭系地層（4 265～6 322 m）均屬于下石炭統(tǒng)姜巴斯套組（據(jù)勝利油田）。此次研究所選取的樣品為烏參1井石炭系下部6 148 m、中上部5 050 m和上部4 647 m的巖石樣品，由中國(guó)石化股份勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院石油地質(zhì)測(cè)試中心進(jìn)行了烷烴色譜和烷烴質(zhì)譜測(cè)試，有機(jī)地球化學(xué)分析資料來(lái)自勝利油田西部研究中心。

2 有機(jī)質(zhì)保存特征

Pr/nC17比值是衡量正構(gòu)烷烴受生物降解影響的重要指標(biāo)，未發(fā)生生物降解的樣品Pr/nC17比值小于0.63，而發(fā)生了生物降解的樣品Pr/nC17比值顯著增加[8]。

在本次研究中，取自烏參1井6 148 m的石炭系樣品、5 050 m的石炭系樣品和4 647 m的石炭系樣品的Pr/nC17值均小于0.63，具體如表1所示。這表明，取自烏參1井的3個(gè)石炭系樣品的正構(gòu)烷烴均未發(fā)生生物降解，因此，這3個(gè)樣品中的正構(gòu)烷烴成分能夠較好地反映原始有機(jī)質(zhì)的信息。

表1 烏參1井石炭系樣品生物標(biāo)志物組成和計(jì)算指數(shù)

3 有機(jī)地球化學(xué)對(duì)沉積環(huán)境的指示意義

3.1 正構(gòu)烷烴的指示意義

中分子量正構(gòu)烷烴（nC15～nC21）往往來(lái)自于海相沉積物，主要來(lái)源于海相浮游植物、藻類，其主峰碳位置多分布在nC15和nC17[9-10]。其中，藻類的主峰往往具有低碳數(shù)的特征，主峰多在nC15和nC21上。例如，綠藻顯nC15主峰優(yōu)勢(shì)，褐藻顯nC17優(yōu)勢(shì)，水上細(xì)菌的正構(gòu)烷烴主峰以nC17為主，也有nC17～nC20、nC25等[11]。

高分子量正構(gòu)烷烴（nC25～nC33）往往與陸生高等植物的加入有關(guān)。陸生高等植物的正構(gòu)烷烴往往具有nC23～nC35奇碳優(yōu)勢(shì)明顯的特征，其主峰多在nC27、nC29和nC31上，其中，木本植物多以nC27～nC29主峰為主，有少量的具有nC31主峰；草本植物則以nC31主峰為主，也有nC27～nC29主峰[12]；海洋水生大植物具有nC25主峰[13]。

nC23主峰的樣品較為罕見(jiàn)。沉水植物和漂浮大型植物等非外源維管植物往往在nC21、nC23、nC25處出現(xiàn)正構(gòu)烷烴峰值[14-15]。鞏俊成等在研究青藏高原湖泊沉積時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)育以眼子菜為主的沉水植物沉積物具有顯著的nC23正構(gòu)烷烴主峰[16]。

取自烏參1井6 148 m的石炭系樣品的正構(gòu)烷烴具有顯著的nC17主峰，如圖2所示。這表明，其有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為浮游植物和藻類，指示較深的沉積環(huán)境。

取自烏參1井5 050 m和4 647 m的石炭系樣品正構(gòu)烷烴呈現(xiàn)出一定的雙峰特征，具有顯著的nC23主峰和nC18～nC21次峰，且次峰峰值并不顯著，如圖3、圖4所示。這表明，這2個(gè)石炭系樣品中含有的有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于沉水植物和漂浮水生植物，并混有一定來(lái)自藻類的有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。青藏高原可可西里地區(qū)發(fā)現(xiàn)的具有正構(gòu)烷烴nC23主峰的樣品采樣水深在1 m左右[16]，而P.A.Cranwell發(fā)現(xiàn)的具有正構(gòu)烷烴nC23主峰的樣品沉積于淺湖環(huán)境[14]。因此，取自烏參1井5 050 m和4 647 m的石炭系樣品可能產(chǎn)生于較淺的沉積環(huán)境。

圖2 烏參1井6 148 m樣品有機(jī)質(zhì)正構(gòu)烷烴分布圖

圖3 烏參1井5 050 m樣品有機(jī)質(zhì)正構(gòu)烷烴分布圖

圖4 烏參1井4 647 m樣品有機(jī)質(zhì)正構(gòu)烷烴分布圖

取自烏參1井6 148 m、5 050 m和4 647 m的石炭系樣品均不含nC31，nC27～nC29含量極低，如圖2、圖3、圖4所示。這表明，可以排除陸生高等植物的加入。

3.2 姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）比值和伽馬蠟烷的指示意義

姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）比值通常被用于油源對(duì)比。對(duì)于生油窗內(nèi)的樣品，高Pr/Ph比（＞3.0）指示著陸源條件下陸源有機(jī)質(zhì)輸入，而低Pr/Ph比值（＜0.6）則通常代表缺氧的超鹽度環(huán)境[17]。根據(jù)我國(guó)各大油田資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在咸水深湖相強(qiáng)還原環(huán)境、淡水-微咸水深湖相還原環(huán)境、淡水湖相弱氧化-弱還原環(huán)境的有機(jī)質(zhì)中，Pr/Ph比值分布范圍分別為0.2～0.8，0.8～2.8和2.8～4.0[18].另外，隨著成熟度增大，Pr/Ph會(huì)有一定的增加。取自烏參1井的3個(gè)樣品的有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)組反射率Ro均大于1.4，屬于有機(jī)質(zhì)成熟度較高的樣品。取自烏參1井6 148 m、5 050 m和4 647 m的石炭系樣品中有機(jī)質(zhì)的Pr/Ph分別為2.49，0.54和0.46.這表明，烏參1井6 148 m石炭系樣品沉積于淡水-微咸水深水還原環(huán)境，而取自烏參1井5 050 m和4 647 m的石炭系樣品產(chǎn)生于缺氧的超鹽度環(huán)境。

伽馬蠟烷可以來(lái)自于原生動(dòng)物的色素，也可以來(lái)自于光合細(xì)菌。鹽湖相和還原環(huán)境較強(qiáng)的烴源巖具有較高的伽馬蠟烷含量，因此，較高的伽馬蠟烷含量具有較強(qiáng)的指相意義[19]。最近的研究表明，較高的伽馬蠟烷含量的形成與水體分層有關(guān)[20]。6 148 m樣品、5 050 m樣品和4 647 m樣品的伽馬蠟烷含量分別為3.23，5.42和8.18.這表明，水體含鹽量增加。正構(gòu)烷烴、姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）比值和伽馬蠟烷指示的信息較為一致。

4 結(jié)論

對(duì)取自烏參1井的3個(gè)石炭系樣品有機(jī)地球化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：①這3個(gè)石炭系樣品有機(jī)質(zhì)中的正構(gòu)烷烴均未發(fā)生生物降解，這3個(gè)樣品中所含的有機(jī)質(zhì)能夠較好反映原始有機(jī)質(zhì)的信息。②這3個(gè)樣品的正構(gòu)烷烴、姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）比值和伽馬蠟烷特征表明，烏倫古坳陷在早石炭世早期處于淡水-微咸水深水還原環(huán)境。早石炭世晚期沉積水體變淺，且發(fā)生顯著咸化，處于缺氧的超鹽度環(huán)境。

因此，根據(jù)上述信息可以推斷，烏倫古坳陷在早石炭世早期處于開(kāi)放的、較深的沉積環(huán)境，而早石炭世晚期處于局限的沉積環(huán)境，且沉積水體不斷變淺。