西藏中倉盆地丁青湖組烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征

徐田堃, 韓中鵬, 李亞林, 馬子寧, 肖思祺

(中國地質(zhì)大學(xué) 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

青藏高原位于全球油氣產(chǎn)量最高、儲量最豐富的特提斯構(gòu)造域東段，同時(shí)也是中國大陸上面積最大、勘探和認(rèn)識程度最低的地區(qū)[1-3]。青藏高原的含油氣盆地類型主要包括中生代海相盆地和新生代陸相盆地[4]，從目前研究結(jié)果來看，新生代陸相盆地?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，特別是沿班公湖-怒江縫合帶發(fā)育的一系列中生代陸相盆地具有良好的生烴條件，是青藏地區(qū)最具勘探潛力的含油氣盆地。目前，倫坡拉盆地已獲得工業(yè)流油[5]；李亞林等[6]在尼瑪盆地發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)頁巖層，具較好的生烴潛力；洞錯(cuò)盆地也具有較好的生烴潛力和勘探前景[7]。中倉盆地位于西藏中部，與倫坡拉盆地、尼瑪盆地和洞錯(cuò)盆地具有相似的地質(zhì)背景(圖1)，而關(guān)于中倉盆地?zé)N源巖的研究較少。本文對中倉盆地丁青湖組烴源巖進(jìn)行有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”、組分、氣相色譜、色譜-質(zhì)譜等有機(jī)地球化學(xué)分析，對烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度及沉積環(huán)境進(jìn)行研究，為進(jìn)一步深化該盆地的油氣勘探提供參考資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

青藏高原由3條構(gòu)造帶和四大地塊構(gòu)成，自北而南分別為巴顏喀拉地塊、可可西里-金沙江縫合帶、羌塘地塊、班公湖-怒江縫合帶、拉薩地塊、雅魯藏布江縫合帶和喜馬拉雅地塊。沿班公湖-怒江縫合帶發(fā)育了一系列新生代陸相盆地，其中倫坡拉盆地、尼瑪盆地、洞錯(cuò)盆地、中倉盆地規(guī)模較大，油氣地質(zhì)條件較佳。倫坡拉盆地的沉積序列主要由古近系牛堡組和上覆的丁青湖組組成，其中丁青湖組發(fā)育油頁巖[5]。尼瑪盆地內(nèi)主要地層為古近系牛堡組，為一套深水湖相泥巖、頁巖、細(xì)-粗碎屑巖與碳酸鹽巖地層，其下部發(fā)育油頁巖[6]。洞錯(cuò)盆地內(nèi)主要地層為古近系丁青湖組，代表了湖泊沉積環(huán)境向扇三角洲環(huán)境的轉(zhuǎn)變，孔隙性較好，具備良好的儲層條件[8]。

中倉盆地位于班公湖-怒江縫合帶中段南側(cè)，呈東西走向，長約110 km，寬15～30 km，面積約為在1 500 km2。盆地內(nèi)大部分被第四系沉積物覆蓋，主要出露古近系丁青湖組(E2-3d)、新近系嗩吶湖組(N1-2s)角度不整合于侏羅系接奴群(J2-3j2)、白堊系朗山組(K1l)之上(圖1)。

2 地層特征

此次野外調(diào)查實(shí)測剖面2條，剖面PZ1501位于加拉附近，剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：31°54′41.58″N，85°14′08.72″E，實(shí)測厚度644 m；剖面PZ1502位于中倉鄉(xiāng)南35 km處，剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：31°55′56.30″N，85°20′38.16″E，實(shí)測厚度466 m。PZ1501剖面下部為灰白色薄層泥巖、灰黃色泥灰?guī)r、灰白色灰?guī)r，夾有灰黑色砂巖；中部為灰黑色薄層中-細(xì)晶灰?guī)r、灰紅色砂巖、礫巖，上部為灰黑色薄層細(xì)晶灰?guī)r、灰黃色薄層泥灰?guī)r、灰黑色砂巖，頂部為一層灰黃色礫巖。PZ1502剖面下部為一套雜色薄層泥巖，中部為灰黃、灰綠色砂巖夾有灰綠色薄層泥巖，部分層位可見生物化石，上部為雜色薄層泥巖、灰綠色薄層泥晶灰?guī)r、灰黃色薄層砂巖、含礫中-粗砂巖。

通過對實(shí)測剖面的分析，將該地區(qū)丁青湖組沉積體系分為2種。

a.扇三角洲沉積體系

在丁青湖組剖面中，發(fā)育沉積相為扇三角洲前緣，砂礫巖中發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、平行層理，礫石分選性和磨圓度都較好，多為次圓-次棱角狀。

b.湖泊沉積體系

湖泊沉積主要有濱湖相沉積與淺湖相沉積，發(fā)育薄層巖屑砂巖、薄層泥巖、泥灰?guī)r與薄層細(xì)晶灰?guī)r，可見小型板狀交錯(cuò)層理與水平層理(圖2)。薄層狀泥巖、灰黃色薄層泥灰?guī)r及淺灰黑色薄層細(xì)晶灰?guī)r為潛在的烴源巖。

地層柱狀圖及沉積相劃分如圖3。

3 樣品采集與處理

3.1 樣品采集

丁青湖組烴源巖主要發(fā)育在湖泊沉積體系中，為灰綠、灰黃、灰紅和灰白色薄層狀泥巖，灰黃色薄層泥灰?guī)r及淺灰黑色薄層細(xì)晶灰?guī)r。剖面PZ1501采集烴源巖樣品10件；剖面PZ1502采集烴源巖樣品15件。

圖2 野外露頭照片F(xiàn)ig.2 Field outcrop photographs(A)河道砂; (B)沙紋層理; (C)板狀交錯(cuò)層理; (D)生物碎屑鈣質(zhì)粉砂巖

3.2 樣品處理

對丁青湖組25件烴源巖樣品進(jìn)行了有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)的測定及恢復(fù)，分析了氯仿瀝青“A”含量和族組分，測算出總烴含量、生烴潛量等基礎(chǔ)地球化學(xué)參數(shù)。對PZ1501的10件樣品進(jìn)行了飽和烴色譜和色譜-質(zhì)譜分析。

有機(jī)碳含量的測定方法如下：樣品除去碳酸鹽之后，將剩余殘?jiān)诟邷叵氯紵?，使有機(jī)質(zhì)生成CO2。檢測產(chǎn)生的CO2量并換算成碳元素的含量，最終得出有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

烴源巖的可溶烴測試方法如下：將樣品粉碎至0.09 mm以下，取45 g裝入氯仿抽提后的濾紙做的袋中，索氏抽提72 h，用正己烷沉淀出瀝青質(zhì)，將其可溶物通過硅膠氧化鋁層析柱，利用柱層析法，用正己烷淋濾出飽和烴，用二氯甲烷淋濾出芳烴，用甲醇沖洗出非烴。

飽和烴色譜測試：用HP-5彈性石英毛細(xì)柱，初溫為80℃，以5℃/min升溫至300℃，載氣為高純度氮?dú)狻?/p>

飽和烴色譜-質(zhì)譜測試：用HP-5彈性石英毛細(xì)柱，在80℃恒溫2 min，80～160℃升溫速率為20℃/min，之后以3℃/min升溫至310℃，保持30 min。進(jìn)樣口溫度為300℃，載氣為高純度氮?dú)?，四極桿溫度為150℃，離子源電離能70 eV，檢測方式為多離子掃描，質(zhì)量范圍為m/z 50～600。

4 有機(jī)地球化學(xué)特征

4.1 有機(jī)質(zhì)豐度

由于樣品均采自野外露頭，受到風(fēng)化作用影響，部分有機(jī)地化參數(shù)會有誤差，相比之下有機(jī)碳含量受風(fēng)化影響較小，因此本文主要以有機(jī)碳含量作為有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)[7,9]。對烴源巖進(jìn)行有機(jī)碳恢復(fù)，是烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)的前提。本文依據(jù)青藏高原烴源巖有機(jī)碳恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，取恢復(fù)系數(shù)為1.8[10]。通過野外地質(zhì)調(diào)查與西藏新生代陸相盆地評價(jià)依據(jù)相結(jié)合[11]，本文參照中國石油青藏項(xiàng)目經(jīng)理部的陸相泥質(zhì)巖類、碳酸鹽巖類有機(jī)質(zhì)豐度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[12]。

此次丁青湖組2條剖面樣品的有機(jī)質(zhì)豐度測試結(jié)果如表1。

a.碳酸鹽烴源巖樣(9個(gè))

有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為0.0162%～0.0684%，平均為0.0448%，為非烴源巖；氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wA)為(39～86)×10-6，平均為56.6×10-6，僅有2個(gè)為差生油巖；總烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w烴)為(26.2～44.69)×10-6，平均為34.5×10-6，其中一個(gè)為差生油巖，其他的未達(dá)到生油巖標(biāo)準(zhǔn)；生烴潛量(S1+S2質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.096‰～0.671‰，平均為0.203‰，其中1個(gè)為好生油巖，3個(gè)為中等生油巖。

圖3 中倉盆地丁青湖組實(shí)測地層綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic profiles for Dingqinghu Formation in the Zhongcang Basin

b.泥質(zhì)烴源巖樣(16個(gè))

有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0378%～0.0774%，平均為0.048%，未達(dá)到生油巖標(biāo)準(zhǔn)；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(31～96)×10-6，平均為65.25；總烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(21.8～65.4)×10-6，平均為43.4×10-6，均未達(dá)到生油巖標(biāo)準(zhǔn)；生烴潛量(S1+S2質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.023‰～0.213‰，平均值為0.145‰，未達(dá)到生油巖標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 正構(gòu)烷烴

2條剖面共選取了10個(gè)烴源巖樣品進(jìn)行色譜測試，從表2可以看出：該區(qū)烴源巖主峰碳主要以高碳數(shù)C25為主，僅有一個(gè)為C24。飽和烴氣相色譜呈后峰型。C21以前烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和與C22以后烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和之比，即輕重比(ΣnC21-/ΣnC22+)，最大值為0.29，最小值為0.11。(nC21+ nC22)/(nC28+ nC29)值大部分小于1，最大值為1.06，最小值為0.29。該區(qū)烴源巖奇偶優(yōu)勢(OEP)值為1.04～1.36，大于1.15的具有奇碳優(yōu)勢的樣品有5個(gè)，奇碳優(yōu)勢較為明顯，其平均值為1.15；碳優(yōu)勢指數(shù)(CPI)值介于1.1～2.03，均大于1，平均值為1.34。

4.3 有機(jī)質(zhì)類型

4.3.1 異戊二烯烴指標(biāo)

姥鮫烷(Pr)形成于氧化環(huán)境，植烷(Ph)形成于還原環(huán)境，Pr/Ph比值能夠反映葉綠素降解早期的氧化-還原條件[13]。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖4)可以看出，Pr/Ph比值為0.45～1.8，大部分樣品Pr/Ph比值為0.5～1.0，僅有1個(gè)灰?guī)r烴源巖樣品的Pr/Ph>1，為1.8；Pr/nC17為0.46～0.85，Ph/nC18為0.36～1.08，兩者的關(guān)系可用來判斷有機(jī)質(zhì)類型。由圖5可以看出，中倉盆地丁青湖組烴源巖有機(jī)質(zhì)以Ⅱ型為主，沉積環(huán)境為還原性環(huán)境。

4.3.2 γ蠟烷指數(shù)

γ蠟烷是一種C30-三萜烷，它被認(rèn)為是咸水還原沉積環(huán)境的標(biāo)志物。咸水還原環(huán)境適合于某種含有四膜蟲醇微生物的繁殖，而γ蠟烷可以通過還原四膜蟲醇生成，因此可以采用γ蠟烷指數(shù)來判斷沉積環(huán)境[13]。γ蠟烷指數(shù)是γ蠟烷與C30-藿烷的比值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖6)顯示，此次10件樣品γ蠟烷指數(shù)為0.25～0.40，平均為0.32。即γ蠟烷水平變化不大，含量中等，說明水體環(huán)境穩(wěn)定，指示母源沉積環(huán)境水體具有一定的鹽度。

4.3.3 甾類化合物

許多研究表明，不同生物體內(nèi)甾醇的分布是不同的，陸生植物主要含C29，而動物主要含C27膽甾醇，水生浮游動植物也以C27為主，其次是C28甾醇。因此，C27、C28、C29甾烷的相對含量可以確定有機(jī)質(zhì)的類型[14]。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，C27>C28

表2 中倉盆地丁青湖組生物標(biāo)志化合物參數(shù)Table 2 Parameters of biomarker compound of the Dingqinghu Formation in Zhongcang Basin

Pr.姥鮫烷; Ph.植烷; CPI.碳優(yōu)勢指數(shù); OEP.奇偶優(yōu)勢; Max-peak.主峰碳。

圖4 中倉盆地丁青湖組部分烴源巖色譜圖Fig.4 Chromatogram of some source rocks in the Dingqinghu Formation of the Zhongcang Basin

圖5 Pr/nC17 與Ph/nC18關(guān)系圖Fig.5 Relationship between Pr/nC17 and Ph/nC18

4.3.4 升藿烷指數(shù)

藿烷類化合物主要來源于原核生物或細(xì)菌，是細(xì)菌在成巖作用最早期改造藿四醇的產(chǎn)物，升藿烷分布可以反映沉積環(huán)境[15]。升藿烷指數(shù)定義為C35/C31～35[17α(H),21β(H),22S+22R]。由表3可以看出，10件烴源巖樣品升藿烷指數(shù)介于0.01～0.08，其中6件樣品升藿烷指數(shù)小于0.06，指示沉積環(huán)境為氧化環(huán)境；其余5件樣品值均小于0.08，表明形成于氧化-還原過渡環(huán)境。

4.4 有機(jī)質(zhì)成熟度

4.4.1 Ts/(Ts+Tm)

17α-三降藿烷(Tm)和18α-三降藿烷(Ts)分別是三降藿烷的一種異構(gòu)體，在后生作用階段，由于Tm的穩(wěn)定性要比Ts差，隨著成熟度升高，Ts的相對含量也會增加，因此可以通過Ts/(Ts+Tm)值來判斷成熟度[16]。此次研究10件樣品的Ts/(Ts+Tm)值介于0.2～0.43(表3)，平均為0.35，未達(dá)到0.5的平衡值，表明其未成熟或成熟度較低。

4.4.2 甾類化合物

在低成熟度的沉積物中的甾類，屬于熱穩(wěn)定性低的構(gòu)型，它們隨著埋藏深度增加和成熟程度提高向熱動力性質(zhì)更穩(wěn)定的構(gòu)型轉(zhuǎn)化。即鏈狀烴由“生物構(gòu)型R”向“地質(zhì)構(gòu)型S”轉(zhuǎn)化，環(huán)狀烴由“生物構(gòu)型α”向“地質(zhì)構(gòu)型β”轉(zhuǎn)化。因此，C29S/20(S+R)和C29甾烷αββ/(αββ+ααα)在描述源巖成熟度方面比較有效。樣品測試結(jié)果(表3)顯示，中倉盆地丁青湖組甾烷C29S/20(S+R)指標(biāo)僅有1件樣品為0.17，其余的介于0.35～0.40，雖然成熟度較低，但也跨入生油門限0.25[17]。C29αββ/(αββ+ααα)介于0.3～0.4之間，也表明其成熟度較低。

圖6 中倉盆地丁青湖組部分烴源巖質(zhì)量色譜圖Fig.6 Mass chromatogram of some source rocks in the Dingqinghu Formation of the Zhongcang Basin

樣品號γ蠟烷指數(shù)w/%C27C28C29升藿烷指數(shù)Ts/(Ts+Tm)C29S/20(S+R)C29αββ/(αββ+ααα)C3122S/(22S+22R)PZ1501-9S10.2529.4022.1648.440.010.200.170.300.42PZ1501-13S10.2635.5026.6837.820.030.340.360.360.48PZ1501-15S10.4036.9924.0139.000.080.320.350.390.50PZ1501-17S10.3937.1423.9638.900.080.300.370.400.50PZ1501-19S10.3037.4526.7935.770.050.370.390.380.52PZ1501-19S20.3836.9725.8837.150.050.310.370.370.51PZ1501-22S10.3936.4225.7237.860.060.360.400.390.53PZ1501-22S20.2838.0526.6235.330.050.380.400.380.53PZ1501-35S10.2837.9125.8336.260.070.430.390.400.55PZ1501-35S20.2441.6223.4334.940.060.400.400.400.56

圖7 C27-C28-C29甾烷三角分布圖Fig.7 C27-C28-C29 gonane triangle distribution mapⅠ.陸生植物; Ⅱ.浮游植物; Ⅲ.藻類; Ⅳ.混合來源; Ⅴ.陸生植物為主; Ⅵ.浮游植物為主; Ⅶ.藻類為主

4.4.3 萜類化合物

萜烷是廣泛存在于植物和動植物體內(nèi)的天然有機(jī)物，實(shí)際上是一種環(huán)狀的異戊二烯類化合物[18]。由于萜類化合物的熱穩(wěn)定性和抵抗微生物降解的能力比較強(qiáng)，因此C31藿烷22S/(22S+22R)的值也可以作為判斷成熟度的參數(shù)[19]。此次10件樣品的22S/(22S+22R)值介于0.42～0.56，十分接近0.57～0.62的平衡值[16]，說明即將進(jìn)入生油門限或成熟度低。

4.4.4 熱解峰溫

此次丁青湖組25件樣品的熱解峰溫介于316～516℃。16件泥巖樣品中，有2件樣品tmax低于435℃，處于未成熟階段；4件樣品tmax為435～440℃，為低成熟階段；10件樣品tmax為440～460℃，為成熟階段。9件泥灰?guī)r、灰?guī)r樣品中，6件樣品tmax為440～460℃，處于成熟階段；1件樣品tmax為470℃，為高成熟階段；2件樣品熱解峰溫>500℃，進(jìn)入過成熟階段。

由于鏡質(zhì)體組分很少，沒有找到可用的顆粒測定反射率，因此沒有獲得有效的Ro值。

總的來說，藿烷、甾類、萜類化合物的相關(guān)參數(shù)均表明中倉盆地丁青湖組烴源巖成熟度較低。而根據(jù)熱解峰溫來看，其成熟度較高；但由于沒有獲得可用的Ro值，單純使用熱解峰溫來判斷成熟度有較大的局限性，生標(biāo)物更加穩(wěn)定可靠。陳慶等[20]對中倉盆地丁青湖組研究也認(rèn)為，其烴源巖總體處于未成熟—低成熟階段。因此綜合看來，研究區(qū)烴源巖成熟度較低，未進(jìn)入或即將進(jìn)入生油門限。

5 古環(huán)境意義

丁青湖組主要分布在中倉盆地西北部，在丁青湖組沉積時(shí)期，該區(qū)主要為扇三角洲前緣和湖泊沉積環(huán)境。通過對比前人研究[7,20-21]，發(fā)現(xiàn)倫坡拉盆地、尼瑪盆地和洞錯(cuò)盆地內(nèi)丁青湖組的沉積環(huán)境均為扇三角洲—湖泊，但在各個(gè)盆地內(nèi)扇三角洲和湖泊相的規(guī)模有所不同，說明當(dāng)時(shí)的環(huán)境在東西方向的展布上存在一定的差異。

杜佰偉等[21]對倫坡拉盆地丁青湖組的研究認(rèn)為，丁青湖組形成于缺氧、還原、具一定鹽度的沉積環(huán)境。陳珊等[17]認(rèn)為倫坡拉盆地丁青湖組烴源巖沉積環(huán)境為強(qiáng)還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)母質(zhì)主要來自于水生浮游植物。本次對中倉盆地丁青湖組的研究中，異戊二烯烴數(shù)據(jù)指示沉積環(huán)境為還原性環(huán)境，而升藿烷指數(shù)偏低，指示沉積環(huán)境偏氧化，這可能與樣品暴露地表，藿烷被微生物降解有關(guān)。生物標(biāo)志化合物相關(guān)參數(shù)顯示有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主，母質(zhì)為混合來源，這與倫坡拉盆地丁青湖組有機(jī)質(zhì)類型和母質(zhì)有所不同，可能與丁青湖組沉積時(shí)環(huán)境在東西方向上的差異展布有關(guān)。

6 結(jié) 論

a．中倉盆地內(nèi)丁青湖組沉積體系為扇三角洲與湖泊沉積體系，發(fā)育于湖泊體系中的泥巖、泥灰?guī)r和灰?guī)r為潛在的烴源巖。

b．丁青湖組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度總體較低，碳酸鹽巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.0448%，泥質(zhì)巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.048%，均為較差烴源巖。有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ型，總體上處于未成熟—低成熟階段。

c．生物標(biāo)志化合物分析表明，中倉盆地丁青湖組烴源巖有機(jī)質(zhì)主要來源于陸生高等植物與水生生物，沉積時(shí)主要為缺氧的湖泊相還原環(huán)境，水體環(huán)境較為穩(wěn)定，存在一定的鹽度。在丁青湖組沉積時(shí)，其環(huán)境在東西方向的展布上存在一定差異。