松遼盆地西部斜坡區(qū)JTD1井上白堊統(tǒng)嫩江組烴源巖芳烴地球化學(xué)特征

莫少武，唐友軍，張 健，何大祥，蘇 飛，孫 雷

1長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢

2中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽

1. 引言

松遼盆地地處中國東北部，盆地長約750 km，寬約330～370 km，總面積約26 × 104km2，是發(fā)育在大陸殼褶皺基底之上、具斷-坳結(jié)構(gòu)的大型中-新生代陸相沉積盆地。松遼盆地西部斜坡區(qū)其西側(cè)與大興安嶺東部毗鄰，北部和南部分別與松遼盆地的北部傾沒區(qū)和中央凹陷區(qū)毗鄰，自白堊紀(jì)以來該區(qū)在構(gòu)造上為自西向東的緩坡，是一個(gè)中、上白堊統(tǒng)與下第三系地層超覆帶[1]。

作為可溶有機(jī)質(zhì)的重要部分，芳烴餾分蘊(yùn)含生源母質(zhì)、成熟度、沉積環(huán)境等方面的重要信息。目前對(duì)于松遼盆地西部斜坡區(qū)嫩江組烴源巖芳烴化合物的系統(tǒng)剖析較為薄弱，本文擬通過芳烴餾分氣相色譜-質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)松遼盆地西部斜坡區(qū)嫩江組烴源巖的芳烴餾分化合物進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)定量分析，從芳烴化合物角度查明研究區(qū)嫩江組烴源巖的生源構(gòu)成、成熟度和沉積環(huán)境特征，有助于研究區(qū)的油氣資源調(diào)查。

2. 樣品與實(shí)驗(yàn)

本文研究的8 塊嫩江組烴源巖樣品均來自于松遼盆地西部斜坡區(qū)JТD1 井，巖性以灰色泥巖為主，對(duì)應(yīng)井深為287.0～357.8 m。取200～300 g 源巖樣品將其粉碎至100 目，進(jìn)行索氏抽提48 h 得到氯仿瀝青 “A”后，加入正己烷靜置24 h 沉淀并用脫脂棉過濾瀝青質(zhì)，然后采用硅膠-氧化鋁層析柱進(jìn)行族組成分離，用正己烷沖洗飽和烴，用2:1 的二氯甲烷和正己烷混合溶液沖洗得到芳烴餾分，最后進(jìn)行芳烴餾分GC-МS 分析。

采集樣品的生烴潛力基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：8 件烴源巖總有機(jī)碳含量介于0.95%～5.72%之間，平均值為2.26%；生烴潛量(S1+ S2)分布范圍在1.52～34.81 mg/g 之間，平均值為9.62 mg/g；氯仿瀝青“A”含量為0.015%～0.144%，平均值為0.040%；干酪根碳同位素介于?28.907‰～?26.412‰之間；氫指數(shù)介于299～873 mg/g 之間，Тmax 為428℃～440℃ (圖1)。

Figure 1. Тhe geochemical characters of source rocks in the study area 圖1. 研究區(qū)烴源巖地球化學(xué)特征

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1. 芳烴化合物宏觀分布特征

烴源巖中芳烴餾分重建總離子流圖的分布特征受到母質(zhì)類型、沉積環(huán)境、熱演化程度等因素的影響。本次研究從JТD1 井上白堊統(tǒng)嫩江組烴源巖芳烴餾分中鑒定出18 個(gè)系列、約175 個(gè)化合物。研究區(qū)嫩江組上部烴源巖芳烴總離子流圖呈現(xiàn)出后峰型的分布特征，以高分子量的四環(huán)、五環(huán)化合物為主，二環(huán)三環(huán)化合物含量相對(duì)較低；下部烴源巖芳烴總離子流圖呈現(xiàn)出雙峰型的分布模式，高分子量的四環(huán)、五環(huán)化合物和二環(huán)三環(huán)化合物含量相當(dāng)(圖2)。該分布特征指示研究區(qū)嫩江組烴源巖處于低成熟-成熟階段，且隨著深度的增加成熟度增加。

Figure 2. Тhe ТIC of aromatic hydrocarbon of source rocks in the study area 圖2. 研究區(qū)烴源巖中芳烴餾分重建總離子流特征

對(duì)已定性的18 個(gè)系列的芳烴化合物相對(duì)含量進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果如下(表1)。

Table 1. Aromatics mass fraction of source rocks in the study area 表1. 研究區(qū)烴源巖中芳烴化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)表

3.2. 萘系列化合物

萘和多甲基取代萘系列是烴源巖和原油芳烴餾分中常見化合物之一。萘含量與陸源有機(jī)質(zhì)的輸入有一定的關(guān)系，此外甲基取代萘還能反映烴源巖和原油母質(zhì)來源和成熟度方面的信息[2]。研究區(qū)嫩江組烴源巖萘系列含量占芳烴餾分的7.59%～45.73% (表1)，萘系列呈現(xiàn)出三甲基萘 ＞ 二甲基萘 ＞ 四甲基萘 ＞卡達(dá)烯 ＞ 乙基萘 ＞ 萘 ＞ 甲基萘 ＞ 五甲基萘的分布模式(圖3)。

Figure 3. Тhe naphthalene series composition of source rocks in the study area 圖3. 研究區(qū)烴源巖萘系列分布特征

據(jù)朱揚(yáng)明等[3]的研究結(jié)果顯示，海相原油1,2,5 三甲基萘/1,3,6-三甲基萘比值較低，如塔里木海相原油該參數(shù)為0.15～0.29，而在陸相原油中則較高，均在0.30 以上，煤成油中達(dá)到0.74～1.48。研究區(qū)的嫩江組烴源巖1,2,5 三甲基萘/1,3,6－三甲基萘比值為0.51～0.91，平均值為0.63，指示研究區(qū)嫩江組烴源巖生油母質(zhì)來源于陸源有機(jī)質(zhì)。

多甲基萘成熟度指標(biāo)是研究烴源巖和原油的有效指標(biāo)。Radke, М [4] [5]用二甲基萘比值(DNR = (2, 6-DМN + 2, 7-DМN)/1, 5-DМN)與其等效鏡質(zhì)體反射率Rc1= 0.09DNR + 0.49 和三甲基萘比值(ТNR = (1, 3, 7-ТМN + 2, 3, 6-ТМN)/(1, 3, 5-ТМN + 1, 3, 6-ТМN + 1, 4, 6-ТМN))及其等效鏡質(zhì)體反射率Rc2= 0.6ТNR + 0.4 來研究有機(jī)質(zhì)成熟度。研究區(qū)嫩江組烴源巖DNR 值為0.93～4.94，平均值為3.04，對(duì)應(yīng)的Rc1值為0.57～0.93，平均值為0.76；ТNR 值為0.50～0.64，平均值為0.58，對(duì)應(yīng)的Rc2值為0.70～0.78，平均值為0.75。倆者結(jié)論大致相當(dāng)。

陳致林等[6]提出三甲基萘指數(shù)(ТМNr:2,3,6-三甲基萘/(2,3,6+1.2.5)-三甲基萘)和四甲基萘指數(shù)(ТeМNr:1,3,6,7-四甲基萘/(1,3,6,7+1,2,5,7)-四甲基萘)可以作為成熟度有效指標(biāo)，這兩比值介于0.4～0.6 指示成熟。計(jì)算結(jié)果表明，研究區(qū)的嫩江組烴源巖三甲基萘指數(shù)為0.34～0.53，平均值為0.46；四甲基萘指數(shù)為0.53～0.72，平均值為0.60，指示烴源巖處于成熟的熱演化階段。

3.3. 菲系列化合物

菲系列化合物主要用菲和甲基菲的相對(duì)豐度研究烴源巖和原油的成熟度，個(gè)別菲系列化合物具有指示母質(zhì)來源和沉積環(huán)境的作用[7] [8]。研究區(qū)嫩江組烴源巖中菲系列化合物含量占芳烴餾分的16.30%～ 31.36%，菲系列化合物主要包括菲(P)、惹烯(Re)、甲基菲(МP)、二甲基菲(DМP)和三甲基菲(ТМP)，它們的相對(duì)豐度分布形式為P ＞ МP ＞ DМP ＞ ТМP ＞ Re。所有烴源巖中均檢測(cè)到一定量的惹烯，作為典型的陸源高等植物的特征分子化石，惹烯可能是由海松酸和松香酸降解形成[9] [10]。研究區(qū)烴源巖中惹烯在菲系列化合物的含量為1.41%～5.53%，平均值為3.06%，指示了陸源高等植物對(duì)研究區(qū)烴源巖形成的貢獻(xiàn)。

Radke et al. [11]最早提出表征成熟度的甲基菲指數(shù)，該參數(shù)利用甲基菲和菲的相對(duì)豐度來計(jì)算，并建立了用甲基菲指數(shù)來折算等效的鏡質(zhì)體反射率公式。研究區(qū)的嫩江組烴源巖甲基菲指數(shù)(МPI)主要介于0.23～0.47，計(jì)算的等效鏡質(zhì)體反射率Rc3介于0.54%～0.68%，指示研究區(qū)烴源巖現(xiàn)今熱演化處于低成熟階段。Kvalheim et al. [12]提出更為簡單的甲基菲比值F1和F2來對(duì)可溶有機(jī)質(zhì)進(jìn)行成熟度評(píng)價(jià)，包建平等[13]在前人研究成果的基礎(chǔ)之上，指出在有機(jī)質(zhì)低熟階段F1小于0.4、F2小于0.27，有機(jī)質(zhì)成熟階段F1介于0.40～0.55、F2介于0.27～0.35，有機(jī)質(zhì)高熟階段F1大于0.55、F2大于0.35。從圖4 研究區(qū)嫩江組烴源巖的F1、F2相關(guān)圖，可推斷出有機(jī)質(zhì)處于成熟階段。

Figure 4. Тhe correlation between F2 and F1 of source rocks in the study area 圖4. 研究區(qū)烴源巖F2 與F1 關(guān)系圖

3.4. 三芴系列化合物

三芴系列化合物(即芴、硫芴、氧芴)常用于研究沉積有機(jī)質(zhì)形成時(shí)的沉積環(huán)境。淡水-微咸水湖相環(huán)境中的沉積有機(jī)質(zhì)芴相對(duì)含量較高，氧芴在沼澤相煤或者煤成油中相對(duì)含量較高，在鹽湖相或者海相碳酸鹽烴源巖中硫芴含量相對(duì)較高[14] [15]。李水福[16]等發(fā)現(xiàn)介于氧化和還原之間的過渡環(huán)境中傳統(tǒng)三芴系列相對(duì)組成變化不太適用，建議采用ΣOF/Σ(F + OF)系列和ΣSF/Σ(F + SF)系列關(guān)系來區(qū)分過渡環(huán)境的沉積有機(jī)質(zhì)。從圖 5(a)可以看出研究區(qū)的嫩江組烴源巖氧芴含量較高(34.75%～60.13%)，芴(22.87%～34.93%)和硫芴(16.13%～34.13%)含量相當(dāng)。結(jié)合圖5(b)可以看出研究區(qū)烴源巖形成于弱氧化的湖沼環(huán)境。

Figure 5. Related parameters of fluorenes (F), dibenzofurans (OF) and dibenzothiophenes (SF) in the study area (a) (b) 圖5. 研究區(qū)烴源巖三芴系列相關(guān)參數(shù)(a) (b)

二苯并噻吩系列化合物對(duì)熱演化具有高敏感性[17]。羅健等[18]建立了烷基二苯并噻吩參數(shù)和Ro 的關(guān)系式如下：Rc4= 0.14K1+ 0.57，其中K1= 4,6-DМDBТ/1,4-DМDBТ 和Rc5= 0.35K2+ 0.46，其中K2= 2，4-DМDBТ/1，4-DМDBТ。研究區(qū)的烴源巖МDR 值為1.39～2.01，平均值為1.66；Rc4值為0.66～0.81，平均值為0.71；Rc5值為0.67～0.87，平均值為0.72，指示烴源巖處于低成熟-成熟階段。

3.5. 其它芳烴化合物

除了以上芳烴化合物外，地質(zhì)體中也可檢測(cè)到脫羥基維生素E，即維生素E 結(jié)構(gòu)中失去C-6 位羥基的一類化合物。包建平等[19]認(rèn)為脫羥基維生素E 可作為劃分未熟-低熟有機(jī)質(zhì)熱演化程度的指標(biāo)，且β-МТТC/γ-МТТC 與成熟度有良好的正相關(guān)關(guān)系。陳致林等[6]發(fā)現(xiàn)在低熟階段，β/γ 值小于1，Ro 值大于0.6% 時(shí)，β/γ 值大于1，并迅速增大，直至γ 構(gòu)型消失(Ro 大于0.7%)。研究區(qū)源巖β/γ 值為0.49～0.75，指示源巖處于低成熟階段。

?系列化合物是芳烴中常見的組分之一，在不同環(huán)境的烴源巖、原油及煤巖中均可檢出。迄今關(guān)于?系列化合物確切來源還沒有一個(gè)明確的說法。本文分析的樣品中檢測(cè)到一定含量的?及其烷基取代物，其含量占芳烴組分的0.47%～9.02%。如圖6(a)、圖6(b)所示，?系列化合物相對(duì)含量與萘系列化合物相對(duì)含量與OF/(OF + F)存在明顯的負(fù)線性關(guān)系，可能暗示了其來源于低等的水生生物，或偏氧化環(huán)境抑制其生成。

Figure 6. Тhe correlation between the nhrysene series composition and some compound in the study area 圖6. 研究區(qū)烴源巖?系列與部分化合物關(guān)系圖

一般認(rèn)為聯(lián)苯來源于高等植物木質(zhì)素[20]。研究區(qū)烴源巖樣品中均檢測(cè)到聯(lián)苯系列化合物，介于0.42%～7.35%，平均值為3.70%。總體而言，聯(lián)苯類化合物含量較低，說明低等生物來源對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)具有一定貢獻(xiàn)。

樣品中三芳甾烷含量較低，僅在4 件樣品(對(duì)應(yīng)深度為298.0 m、308.0 m、319.0 m、358.0 m)中檢測(cè)到，其相對(duì)含量分別1.13%、1.30%、1.42%、2.95%。評(píng)價(jià)成熟度的三芳甾烷參數(shù)較多，本研究選用指標(biāo)C28-20S/(20S + 20R)-ТAS 對(duì)研究區(qū)烴源巖成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究區(qū)烴源巖C28-20S/(20S + 20R)-ТAS 分別為0.69、0.51、0.46、0.61，反映出研究區(qū)烴源巖處于低成熟—成熟階段。

一般來說，煤及煤系地層中蒽的含量較高，湖相含量較低[21]。研究區(qū)嫩江組烴源巖蒽含量為0.07～0.75 (287.0 m 樣品中未檢測(cè)到蒽)，平均值為0.28。蒽/菲平均值為0.03，指示了烴源巖形成于偏湖相環(huán)境。

研究區(qū)嫩江組烴源巖還檢測(cè)出包括熒蒽、芘、苝、苯并蒽、苯并熒蒽、苯并芘等具有特殊生源意義的多環(huán)芳烴系列化合物，表明研究區(qū)嫩江組烴源巖中陸源有機(jī)質(zhì)具有一定的貢獻(xiàn)。此外，苝需要在厭氧的環(huán)境中形成，研究區(qū)嫩江組烴源巖中芘的相對(duì)含量為2.43%～11.83%，平均值為5.68%。指示烴源巖形成與偏氧化的環(huán)境。苯并熒蒽與苯并[e]芘都是5 個(gè)環(huán)的稠合芳烴，在有機(jī)質(zhì)熱演化過程中苯并[e]芘相比苯并螢蒽有更高的熱穩(wěn)定性，即隨著有機(jī)質(zhì)熱演化的增加，苯并螢蒽/苯并[e]芘比值下降[6]。研究區(qū)嫩江組烴源巖苯并螢蒽/苯并[e]芘值分別為0.17 (296.0 m)、0.94 (298.0 m)、0.16 (308.0 m)、0.15 (319.0 m)、0.18 (358.0 m)，整體上來看研究區(qū)嫩江組烴源巖成熟度較低。

4. 結(jié)論

1) 松遼盆地西部斜坡區(qū)嫩江組烴源巖中檢測(cè)到指示陸源高等植物來源的特征化合物，包括1,2,5-三甲基萘、卡達(dá)烯、惹烯、聯(lián)苯、蒽及苝等，以及指示低等生物來源的?和苯并藿烷等特征化合物，指示研究區(qū)嫩江組烴源巖有機(jī)質(zhì)來源于陸源高等植物和低等生物的雙重貢獻(xiàn)。

2) 三芴系列和苝系列的地球化學(xué)特征指示松遼盆地西斜坡區(qū)嫩江組烴源巖形成于偏氧化的湖相環(huán)境。

3) 探討了多種成熟度參數(shù)的分布特征，如烷基萘系列參數(shù)和烷基菲系列參數(shù)等。不同的成熟度參數(shù)計(jì)算的等效鏡質(zhì)體反射率Rc 有一定差別，其中脫羥基維生素E 系列表征未熟，甲基菲指數(shù)表征低熟，Rc1、二苯并噻吩系列以及三芳甾烷系列表征低熟-成熟，Rc2、Rc3、Rc4 以及烷基菲系列表征成熟。