松遼盆地中央凹陷青山口組一段頁巖生烴潛力及沉積環(huán)境研究

代 宇，譚靜強(qiáng)，謝文泉

(1.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083;2.有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，長沙 410083)

0 引言

頁巖油作為一種新興的非常規(guī)油氣資源，在全球范圍內(nèi)擁有巨大的資源儲量，其成功的商業(yè)化勘探開發(fā)，推動著新一輪的油氣資源革命；同時非常規(guī)油氣受到的社會關(guān)注度及其在石化能源行業(yè)中的重要性也與日俱增[1-3]。美國較早成功實現(xiàn)頁巖油商業(yè)化開發(fā)，通過對威利斯頓盆地、墨西哥灣盆地和二疊盆地等多地區(qū)的頁巖油的勘探開發(fā)，使其從石油進(jìn)口國變?yōu)槌隹趪瑫r也改變了全球能源供需格局[4-9]。北美地區(qū)主要發(fā)育海相沉積頁巖，具有有機(jī)質(zhì)豐度高，原油流動性強(qiáng)，頁巖儲層性能優(yōu)越，易于開采等優(yōu)點。而中國頁巖以陸相沉積為主，具有原油含蠟量高，流動性差，頁巖非均質(zhì)性強(qiáng)，地層復(fù)雜多變等不利因素，加大了頁巖油的勘探開發(fā)難度[10-11]。目前國內(nèi)對于頁巖油的研究集中于準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地以及松遼盆地等大型陸相湖盆[12-15]，均發(fā)現(xiàn)豐富的頁巖油資源，表明我陸相頁巖油資源潛力巨大。

松遼盆地作為目前陸相頁巖油勘探的熱點，盆內(nèi)發(fā)育厚層的暗色泥頁巖，具有分布范圍廣，儲量豐富，生烴潛力巨大等優(yōu)點[16]，但又不同于其他陸相沉積盆地，松遼盆地頁巖非均質(zhì)性強(qiáng)[17]，巖性巖相組合復(fù)雜多變[18-19]。前人針對松遼盆地的研究集中于青山口組下段，認(rèn)為整個青山口組頁巖發(fā)育于富營養(yǎng)化和缺氧的還原性底水環(huán)境中[20-21]。松遼盆地的陸相頁巖對于氣候變化敏感，盆內(nèi)頁巖黏土礦物含量高，其頁巖巖相類型、生烴潛力和沉積環(huán)境縱橫變化差異大等因素制約著松遼盆地頁巖油的進(jìn)一步勘探與開發(fā)[22-24]。該研究希望通過對松遼盆地青山口組一段的頁巖進(jìn)行巖相巖石學(xué)以及地球化學(xué)研究，劃分出青山口組一段頁巖的巖相類型并重建其沉積古環(huán)境，探討不同巖相類型生烴潛力及沉積環(huán)境間的差異。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地位于我國東北部，橫跨東北三省，整個盆地南北向長820 km，東西向?qū)?50 km，覆蓋面積約為26×104km2，既是中新生代的復(fù)合型盆地，也是中國最大的陸相含油氣盆地。根據(jù)盆地內(nèi)不同地區(qū)的構(gòu)造差異及特征，將整個盆地劃分成6個一級構(gòu)造帶，分別為中央凹陷區(qū)、北部傾沒區(qū)、西部斜坡區(qū)、西南隆起區(qū)、東北隆起區(qū)及東南隆起區(qū)(如圖1所示)[19,21,25]。

圖1 松遼盆地區(qū)域構(gòu)造背景圖和地層柱圖Fig.1 Structural background map and stratigraphic column map of Songliao Basin

中央凹陷區(qū)位于沉積盆地中央，分布范圍廣，發(fā)育地層連續(xù)完整，是油氣的重要生成和富集區(qū)，盆地內(nèi)發(fā)育多套沉積地層，自下而上分別為火石嶺組(J3h)、沙河子組(K1sh)、營城組(K1y)、登婁庫組(K1d)、泉頭組(K1q)、青山口組(K1qn)、姚家組(K2y)、嫩江組(K2n)、四方臺組(K2s)、明水組(K2m)等[26]。該文研究重點主要為青山口組沉積地層，其形成于中央凹陷湖盆發(fā)育的沉降期[27]，并且自下而上被劃分為K2qn1，K2qn2和K2qn3這3段。K2qn1沉積于深湖-半深湖環(huán)境中，此時盆地內(nèi)發(fā)生了快速大規(guī)模的湖侵，整個湖盆都沉積了大量的富有機(jī)質(zhì)暗色泥巖[28]。K2qn2和K2qn3沉積期間湖平面消退，湖泊面積減小，砂體發(fā)育較多，以濱淺湖和三角洲沉積為主[29]。因此相比于K2qn2和K2qn3，青一段具有更廣泛的深湖-半深湖擴(kuò)張和更穩(wěn)定的沉積環(huán)境，為其有機(jī)質(zhì)的保存和聚集提供了更好的地質(zhì)條件。

2 樣品和測試分析

該研究共采集巖芯樣品24塊，分別來自位于中央凹陷區(qū)中部的XX1井和邊緣的XX2井(如圖1所示)。XX1井樣品主要取自青山口組一段頂部，取樣深度1 289.01～1 296.03 m，取樣間隔為0.5～1.5 m，部分層位加密取樣，樣品多以灰色、灰黑色泥巖和黑色頁巖為主。XX2井位于中央凹陷區(qū)的邊緣西側(cè)，取樣深度1 965.05～2 010.85 m，取樣間隔為0.5～2.0 m，部分層位加密取樣，樣品以灰色、灰黑色泥巖為主，少量的灰色、灰白色粉砂巖，部分泥巖夾粉砂質(zhì)條帶。圖2所示為XX1井與XX2井巖性剖面及取樣位置。

圖2 XX1井與XX2井巖性剖面及取樣位置Fig.2 Lithologic profile and sampling location of well XX1 and XX2

2.1 巖石礦物學(xué)分析

通過詳細(xì)的巖心觀察，甄選出總計15個典型樣品制作薄片，并在偏光顯微鏡下分析各個樣品的微觀構(gòu)造。同時樣品的礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)利用Bruker公司生產(chǎn)的型號為Advance D8 X(重復(fù)精度0.001°)射線全自動衍射儀進(jìn)行礦物成分測試(XRD)，設(shè)置掃描角度為3°≤2θ≤80°，掃描速度為2°/min，測試完成后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并完成半定量礦物成分分析。

2.2 TOC和巖石熱解

樣品的總有機(jī)碳含量主要使用Leco-CS744碳硫分析儀進(jìn)行測定。將樣品研磨至200目，隨后稱量約0.1 g，裝入陶瓷坩堝中，用5%的稀鹽酸淋洗去除樣品的無機(jī)碳，干燥后在坩堝中加入助燃劑和鐵屑在1 100 ℃的儀器中燃燒，獲取其TOC。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每測試10個樣品，用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)。巖石熱解分析使用Rock-Eval 6儀器依據(jù)Lafargue標(biāo)準(zhǔn)完成[30]。樣品的熱解程序開始時，讓樣品保持在氦氣氣流中加熱，樣品在儀器中被加熱到300 ℃時平衡3 min，這時可以得到樣品的游離烴(S1)，隨后繼續(xù)以25 ℃/min的升溫速率加熱到600 ℃平衡15 min，可以得到樣品的裂解烴(S2)，Tmax代表熱解過程中達(dá)到最大生烴量時所對應(yīng)的溫度。

2.3 生物標(biāo)志化合物

該研究通過YSC-全自動多功能抽提儀采用索氏抽提法進(jìn)行氯仿瀝青“A”的抽提。利用甲醇和二氯甲烷溶液(比例約7∶93)的混合液對樣品連續(xù)抽提72 h，隨后將抽提出來的溶液在抽真空的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中冷卻濃縮得到氯仿瀝青“A”。抽提后得到的氯仿瀝青“A”成分復(fù)雜(包含飽和烴、芳香烴、瀝青質(zhì)和非烴)，需要將其進(jìn)行族組分分離以獲取純凈的飽和烴。取少量抽提濃縮后的有機(jī)質(zhì)置于燒杯中，加入正己烷浸泡12 h使其充分溶解，然后將溶液使用脫脂棉過濾除去瀝青質(zhì)，剩下的溶液使用裝有硅膠和氧化鋁的層析柱分離，依次使用正己烷溶液、二氯甲烷和正己烷(比例為2∶1)混合溶液以及無水乙醇-二氯甲烷溶液淋洗層析柱，分別得到飽和烴、芳香烴和非烴。飽和烴生物標(biāo)志化合物分析通過島津 GCMS-QP2020 NX儀器進(jìn)行，載氣為氦氣，進(jìn)樣模式為分流進(jìn)樣(20∶1)，之后以280 ℃的進(jìn)樣溫度把樣品注射進(jìn)去，升溫程序為：初始溫度80 ℃維持3 min，隨后以3 ℃/min的升溫速率加熱到230 ℃，之后再以2 ℃/min的速率加熱到310 ℃。整個過程以全掃和定掃同時進(jìn)行，掃描范圍為50～550 m/z。

3 研究結(jié)果

3.1 巖相

青一段巖性主要為黑色富有機(jī)質(zhì)頁巖、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖。綜合巖心觀察和薄片分析，將松遼盆地青山口組一段XX1和XX2兩口井的富有機(jī)質(zhì)頁巖巖相劃分為黑色頁巖相、塊狀泥巖相、紋層狀泥巖相和粉砂質(zhì)泥巖相，圖3所示為松遼盆地青山口組一段頁巖巖相及微觀沉積構(gòu)造特征。

黑色頁巖相顏色均一，頁理十分發(fā)育，顯示出暗黑色油亮光澤(如圖3a所示)，泥質(zhì)含量高，石英、長石等脆性礦物顆粒較細(xì)與泥質(zhì)混合，水平層理發(fā)育，有機(jī)質(zhì)與黏土顆粒伴生呈長條狀沿水平層理順層分布，薄片觀察到較多古生物化石也隨泥質(zhì)層水平沉積(如圖3b和圖3c所示)。

塊狀泥巖相顏色為黑色，相比黑色頁巖相，整體呈塊狀構(gòu)造，礦物顆粒結(jié)構(gòu)較致密(如圖3d所示)，薄片觀察顯示，碎屑顆粒粒級增大，含量明顯增多，與泥質(zhì)混合均勻分布(如圖3e和圖3f所示)。

圖3 松遼盆地青山口組一段頁巖巖相及微觀沉積構(gòu)造特征Fig.3 Characteristics of shale lithofacies and micro sedimentary structure of the first member of Qingshankou Formation in Songliao Basin

紋層狀泥巖相，顏色以深灰-灰黑色為主，砂質(zhì)含量增多，夾較多薄砂質(zhì)紋層(如圖3g所示)。薄片觀察顯示，砂質(zhì)紋層與泥質(zhì)紋層呈明暗相間互層狀分布，有機(jī)質(zhì)主要分布在泥質(zhì)紋層，部分巖層含介形蟲生物化石(如圖3h和圖3i所示)。

粉砂質(zhì)泥巖相，顏色以灰色為主，砂質(zhì)含量高，夾泥質(zhì)有機(jī)質(zhì)紋層(如圖3j所示)。薄片觀察顯示，砂質(zhì)含量增多，發(fā)育層狀或塊狀層理，碎屑顆粒粒徑更大，呈條帶狀順層堆積，表明水動力較強(qiáng)(如圖3k和圖3l所示)。

3.2 巖相礦物組成

據(jù)X射線衍射實驗得出青一段頁巖總體礦物組成以脆性礦物(石英和長石含量為29.1%～68.5%,平均含量為46.2%)和黏土礦物(含量為27.8%～58.1%，平均含量為44.8%)為主，含少量的黃鐵礦、菱鐵礦和碳酸鹽礦物。在不同的巖相類型下，黑色頁巖的黏土礦物含量最高(含量為38.6%～58.1%，平均含量為51.3%)，其次為塊狀泥巖(含量為41.7%～47.4%,平均含量為44.6%)和紋層狀泥巖(含量為30.1%～47.9%,平均含量為40.6%)，粉砂質(zhì)泥巖黏土礦物含量最低(含量為27.8%～35.3%，平均含量為32.1%)。相對的粉砂質(zhì)泥巖的碎屑礦物含量最高(含量為60.3%～68.5%,平均含量為63.5%)，其次為紋層狀泥巖(含量為43.6%～63.0%，平均含量為51.3%)和塊狀泥巖(含量為44.4%～50.3%，平均含量為47.0%)，黑色頁巖碎屑礦物含量最低(含量為29.1%～46.2%,平均含量為37.6%)。圖4所示為青山口組一段不同巖相頁巖礦物組成。

圖4 青山口組一段不同巖相頁巖礦物組成Fig.4 Mineral composition of shale of different lithofacies in the first member of Qingshankou Formation

3.3 有機(jī)地球化學(xué)特征

表1所示為松遼盆地青山口組頁巖地球化學(xué)特征。青一段頁巖總有機(jī)碳的含量變化比較大，為0.69%～7.34%，平均為3.30%。其中黑色頁巖TOC平均含量最高，為5.03%(介于2.41%～7.34%)；其次塊狀泥巖TOC平均含量為2.27%(介于1.71%～3.03%)，紋層狀泥巖TOC平均含量為2.38%(介于1.09%～3.32%)，二者TOC含量接近；粉砂質(zhì)泥巖TOC平均含量最低，為0.81%(介于0.69%～1.00%)。所有樣品的氯仿瀝青“A”含量基本都大于0.10%。黑色頁巖的氯仿瀝青“A”的平均含量為0.61%，塊狀泥巖平均含量為0.45%，紋層狀泥巖平均含量為0.64%，粉砂質(zhì)泥巖含量最低，平均為0.18%。

表1 松遼盆地青山口組頁巖地球化學(xué)特征Table1 Geochemical characteristics of Qingshankou Formation shale in Songliao Basin

續(xù)表1

3.4 生物標(biāo)志化合物

3.4.1 正構(gòu)烷烴和類異戊二烯烷烴

青一段樣品的碳優(yōu)勢指數(shù)CPI均大于1，其中黑色頁巖的CPI平均值為1.31，塊狀泥巖的CPI平均值為1.07，紋層狀泥巖CPI平均值為1.12，粉砂質(zhì)泥巖CPI平均值為1.18。黑色頁巖以中鏈正構(gòu)烷烴(C21-C25)為主,塊狀泥巖以短鏈正構(gòu)烷烴(C15-C21)和中鏈正構(gòu)烷烴(C21-C25)為主,紋層狀泥巖以中鏈正構(gòu)烷烴(C15-C21)為主，粉砂質(zhì)泥巖則主要以中鏈正構(gòu)烷烴為主(C15-C21)和短鏈正構(gòu)烷烴(C15-C21)為主。圖5所示為不同巖相類型質(zhì)譜圖(m/z=57)。

圖5 不同巖相類型質(zhì)譜圖(m/z=57)Fig.5 Mass spectra of different lithofacies types(m/z=57)

青一段頁巖的類異戊二烯烴的姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph)比值都在1附近(見表2)，其中黑色頁巖的Pr/(n-C17)的比值為0.60～0.99(平均值為0.84)，Ph/(n-C18)比值為0.56～0.94(平均值為0.74)，Pr/Ph的比值為1.03～1.34(平均值為1.16)。其余3種巖相比值都相近且低于黑色泥巖。塊狀泥巖Pr/(n-C17)的比值為0.14～0.21(平均值為0.17)，Ph/(n-C18)的比值為0.11～0.15(平均值為0.12)，Pr/Ph的比值為0.99～1.14(平均值為1.08)；紋層狀泥巖Pr/(n-C17)的比值為0.23～0.36(平均值為0.30)，Ph/n-C18比值為0.19～0.26(平均值為0.23)，Pr/Ph的比值為0.63～1.37(平均值為1.08)；粉砂質(zhì)泥巖Pr/(n-C17)的比值為0.29～0.52(平均值為0.40)，Ph/(n-C18)的比值為0.21～0.32(平均值為0.26)，Pr/Ph的比值為1.03～1.23(平均值為1.10)。

3.4.2 萜烷

如圖6所示，塊狀泥巖和紋層狀泥巖的三環(huán)萜烷含量相比于黑色頁巖更高，塊狀泥巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖的C19三環(huán)萜烷/C23三環(huán)萜烷和C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷比值也較高(見表2)。塊狀泥巖的C19/C23的含量為0.15～0.31(平均值為0.25)，C24/C26的含量為0.27～0.41(平均值為0.32)；紋層狀泥巖C19/C23的含量為0.10～0.24(平均值為0.17)，C24/C26的含量為0.20～0.43(平均值為0.33)；粉砂質(zhì)泥巖的C19/C23和C24/C26比值則分別為0.15～0.18(平均值為0.17)和0.34～0.42(平均值為0.38)；相比之下黑色頁巖C19/C23和C24/C26比值則最低，分別為0.02～0.11(平均值為0.05)和0.21～0.44(平均值為0.29)。

如圖6所示，伽馬蠟烷指數(shù)(GI=伽馬蠟烷/C30藿烷)在不同巖相中也存在差異，在黑色頁巖中GI最低，為0.07～0.37，平均值為0.22；塊狀泥巖的GI則為0.23～0.48，平均值為0.32；紋層狀泥巖的GI最大，為0.49～0.97，平均值為0.76；粉砂質(zhì)泥巖則為0.16～0.42，平均值為0.33(見表2)。青一段所有樣品三降藿烷Ts/(Ts+Tm)的比值也有所不同，黑色頁巖的Ts/(Ts+Tm)比值(為0.27～0.39，平均值為0.32)相對較小,塊狀泥巖(為0.67～0.81,平均值為0.72)、紋層狀泥巖(為0.53～0.75,平均值為0.65)和粉砂質(zhì)泥巖(為0.70～0.79,平均值為0.74)的比值更大。

圖6 不同巖相類型質(zhì)譜圖(m/z=191)Fig.6 Mass spectra of different lithofacies types(m/z=191)

表2 松遼盆地青山口組一段生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)Table 2 Biomarker data of the first member of Qingshankou Formation in Songliao Basin

3.4.3 甾烷

不同類型巖相的規(guī)則甾烷相對分布差異較大(如圖7所示)。黑色頁巖的C27甾烷含量最高(含量為29%～53%,平均值為47%)，其次為C29甾烷(含量為29%～40%，平均值為32%)，C28甾烷(含量為17%～31%,平均值21%)最低,；塊狀泥巖的C27甾烷則較低(含量為25%～37%,平均值為29%)，C28甾烷(含量為16%～19%,平均值為18%)，C29甾烷最高(含量為47%～56%，平均值為52%)；紋層狀泥巖的C27甾烷(含量為35%～44%,平均值為37%)，C28甾烷則較低(含量為13%～18%,平均值為15%)，主要含C29甾烷(含量為42%～52%，平均值為48%)；粉砂質(zhì)泥巖也與塊狀泥巖和紋層狀泥巖類似，其C27甾烷(含量為34%～38%,平均值為36%)與C28甾烷(含量為16%～18%,平均值為17%)都較低，主要含C29甾烷(含量為45%～48%，平均值為47%)。C29甾烷的20S/(20S+20R)異構(gòu)體比值與成熟度有關(guān)，黑色頁巖的20S/(20S+20R)比值較低，平均為0.28，塊狀泥巖平均為0.58，紋層狀泥巖平值均為0.53，粉砂質(zhì)泥巖平均值為0.54。C29甾烷的異構(gòu)化ββ/(αα+ββ)的比值中黑色頁巖平均值為0.27，塊狀泥巖平均值為0.37，紋層狀泥巖平均值為0.44，而粉砂質(zhì)泥巖平均值為0.36(見表2)。

圖7 不同巖相類型質(zhì)譜圖(m/z=217)Fig.7 Mass spectra of different lithofacies types(m/z=217)

4 討論

4.1 烴源巖評價

4.1.1 有機(jī)質(zhì)豐度與生烴潛力

圖8所示為青山口組一段不同巖相頁巖TOC與S1+S2關(guān)系圖[33]。有機(jī)質(zhì)作為烴源巖的物質(zhì)基礎(chǔ)，是控制著烴源巖生烴能力的重要因素。其中TOC、氯仿瀝青“A”和生烴潛量(S1+S2)等參數(shù)都是評價有機(jī)質(zhì)豐度的常用指標(biāo)[31-32]。青一段樣品整體而言都具有較高的TOC(平均值為3.3%)、氯仿瀝青“A”及生烴潛量(S1+S2)，表明總體生烴潛力較高。黑色頁巖有機(jī)質(zhì)豐度最高，具有高的TOC(平均值為5.03%)、氯仿瀝青“A”(平均值為0.61%)及生烴潛量(平均值為36.25 mg/g)，為生烴潛力極強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)烴源巖。塊狀泥巖具有較高的TOC(平均值為2.27%)、氯仿瀝青“A”(平均值為0.37%)及生烴潛量(平均15.62 mg/g)，可作為生烴潛力很好的烴源巖。紋層狀泥巖同樣具有較高的TOC(平均值為2.38%)、氯仿瀝青“A”(平均值為0.64%)及生烴潛量(平均值為14.77 mg/g)，為生烴潛力很好的烴源巖。相較之下粉砂質(zhì)泥巖的TOC(平均值為0.81%)、氯仿瀝青“A”(平均值為0.18%)及生烴潛量(平均值為2.03 mg/g)都較低，是生烴潛力一般或差的烴源巖。

圖8 青山口組一段不同巖相頁巖TOC與S1+S2關(guān)系圖Fig.8 Relationship between TOC and S1+S2 of shale of different lithofacies in the first member of Qingshankou Formation

4.1.2 有機(jī)質(zhì)類型

圖9所示為不同巖相的干酪根類型圖[33]。不同類型的有機(jī)質(zhì)生烴能力存在很大的差別，它們決定了烴源巖的生油氣能力[34]。該研究主要使用HI和Tmax交會圖判斷有機(jī)質(zhì)類型，所有樣品的Tmax的數(shù)值處于430～451 ℃，說明熱成熟度相近，此時HI可以在一定程度上比較準(zhǔn)確地反映有機(jī)質(zhì)的類型[35]。相比而言黑色頁巖氫指數(shù)最高(274～915 mg/g，平均值為693.1 mg/g)，表明有機(jī)質(zhì)類型基本上以Ⅰ型為主，部分為Ⅱ1型。塊狀泥巖和紋層狀泥巖氫指數(shù)相差不大，二者有機(jī)質(zhì)類型均以Ⅰ型和 Ⅱ1型為主。而粉砂質(zhì)泥巖的氫指數(shù)最低(150～276 mg/g，平均值為204.1 mg/g)，其有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型為主。

圖9 不同巖相的干酪根類型圖Fig.9 Kerogen types of different lithofacies

4.1.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

巖石熱解Tmax參數(shù)代表S2最大熱解峰的溫度，隨有機(jī)質(zhì)的熱演化程度升高，其剩余有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化需要的能量越高，即Tmax隨有機(jī)質(zhì)熱成熟度的升高而升高，因此可將Tmax作為判別有機(jī)質(zhì)成熟度的指標(biāo)，通常Tmax越大，則有機(jī)質(zhì)的熱演化程度也越高[36-37]。其中紋層狀泥巖Tmax(平均值為445 ℃)、粉砂質(zhì)泥巖Tmax(平均值為442 ℃)和塊狀泥巖Tmax(平均值為449 ℃)均大于440 ℃，表明三者有機(jī)質(zhì)熱演化均已達(dá)到成熟階段，并處于生油高峰期。相較之下，黑色頁巖的Tmax平均值(439 ℃)略低于前者，說明其有機(jī)質(zhì)成熟度相對較低，有機(jī)質(zhì)成熟度處于低熟-成熟階段，屬于生油高峰期早期。

此外，生物標(biāo)志化合物諸多參數(shù)也是指示烴源巖成熟度的重要指標(biāo)[38-42]。青一段黑色頁巖較高的CPI(平均值為1.31)和較低的Ts/(Ts+Tm)(平均值為0.32)均表明其有機(jī)質(zhì)熱演化程度低于塊狀泥巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖。圖10所示為C29甾烷20S/(20S+20R)與C29甾烷ββ/(αα+ββ)的交會圖[42]。C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)異構(gòu)體比值也顯示出同樣的結(jié)果，黑色頁巖的C29甾烷20S/(20S+20R)與C29甾烷ββ/(αα+ββ)比值較低，而塊狀泥巖，紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖的C29甾烷20S/(20S+20R)與C29甾烷ββ/(αα+ββ)的比值均高于黑色頁巖，表明三者有機(jī)質(zhì)熱演化程度均大于黑色頁巖且達(dá)到成熟階段。

圖10 C29甾烷20S/(20S+20R)與C29甾烷ββ/(αα+ββ)的交會圖Fig.10 C29 sterane 20S / (20S + 20R) and C29 sterane ββ/(αα+ββ) cross plot

因此綜合以上多種實驗數(shù)據(jù)分析表明青一段的有機(jī)質(zhì)成熟度以低熟到成熟為主，同時不同巖相下的頁巖熱演化程度也有差異。黑色頁巖有機(jī)質(zhì)處于低熟-成熟早期階段，而塊狀泥巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖則均達(dá)到成熟階段。

4.2 有機(jī)質(zhì)來源

一般而言正構(gòu)烷烴的分布被認(rèn)為與有機(jī)質(zhì)的輸入相關(guān)，其中短鏈正構(gòu)烷烴(nC26)指示有機(jī)質(zhì)來源以高等陸生植物為主，中鏈正構(gòu)烷烴(C21-C26)則以二者混合來源為主[39,43]。黑色頁巖具有明顯的前峰碳特征，總體以短鏈和少量中鏈為主，其有機(jī)質(zhì)來源應(yīng)以藻類、細(xì)菌等低等水生生物為主。塊狀泥巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖雖然也以短鏈或中鏈為主，但其高碳數(shù)正構(gòu)烷烴奇碳優(yōu)勢消失，表明有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高，對正構(gòu)烷烴的原始構(gòu)型產(chǎn)生影響[44]，僅靠正構(gòu)烷烴數(shù)據(jù)無法還原其真正的生烴母質(zhì)來源。規(guī)則甾烷作為用來判別有機(jī)質(zhì)來源的生標(biāo)參數(shù)具有更好的熱穩(wěn)定性。規(guī)則甾烷主要來源于甾醇，甾醇是所有真核生物細(xì)胞膜的組成部分，因此可以用不同的規(guī)則甾烷所占比例來確定低等水生生物或陸地高等植物的相對貢獻(xiàn)。其中C27甾烷主要來源于湖相藻類低等水生生物，C28甾烷主要來源為真菌或部分硅藻類生物，C29甾烷來源于陸源高等植物[45-47]。圖11所示為松遼盆地青山口組一段不同巖相頁巖C27-C28-C29規(guī)則甾烷三角圖[48]。通過計算不同巖相的C27-C28-C29的甾烷含量發(fā)現(xiàn)，黑色頁巖C27甾烷含量最高(平均值為47%)，其次為C29甾烷(平均值為32%)，C28甾烷最低(平均值為21%)，表明其有機(jī)質(zhì)來源以浮游生物、細(xì)菌、藻類等低等水生生物為主。塊狀泥巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖的C29甾烷含量相比于黑色頁巖均有較大程度的升高，表明三者的陸源輸入量明顯增多，有機(jī)質(zhì)來源以浮游生物和陸源高等植物混合為主。萜烷系列中三環(huán)萜烷和四環(huán)萜烷也可以指示母質(zhì)來源。其中C19三環(huán)萜烷和C24四環(huán)萜烷的含量通常與陸源高等植物的輸入有關(guān)[45,47]。黑色頁巖較低的C19三環(huán)萜烷/C23三環(huán)萜烷(平均值為0.05)和C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷(平均值為0.29)也說明其陸源輸入較少，而C24/C26的比值從塊狀泥巖(平均值為0.32)到紋層狀泥巖(平均值為0.33)再到粉砂質(zhì)泥巖(平均值為0.38)的過程中逐漸增大，表明其陸源輸入增多。

圖11 松遼盆地青山口組一段不同巖相頁巖C27-C28-C29規(guī)則甾烷三角圖Fig.11 Regular sterane triangle of different lithofacies shale C27-C28-C29 in the first member of Qingshankou Formation,Songliao Basin

綜合以上生物標(biāo)志化合物的分析，青一段頁巖有機(jī)質(zhì)來源復(fù)雜，不同巖相的有機(jī)質(zhì)來源存在差異。黑色頁巖有機(jī)質(zhì)來源以藻類、細(xì)菌等低等水生生物為主，而塊狀泥巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖有機(jī)質(zhì)來源主要以低等浮游生物和陸源高等植物混合為主。

4.3 沉積環(huán)境

青一段的頁巖古沉積環(huán)境與當(dāng)時的水動力條件、水體鹽度和氧化還原條件密切相關(guān)。不同巖相的差異也能在一定條件上反映當(dāng)時沉積環(huán)境的變化[49]。黑色頁巖主要發(fā)育于松遼盆地中央凹陷區(qū)東部靠近沉積盆地中心的XX1井，具有黏土礦物含量高、碎屑礦物細(xì)膩的特征，層間水平層理發(fā)育，表明其主要沉積于水動力條件較弱的穩(wěn)定深湖-半深湖環(huán)境。而XX2井中自下而上發(fā)育的粉砂質(zhì)泥巖、紋層狀泥巖和塊狀泥巖具有黏土礦物含量逐漸升高，碎屑礦物減少變細(xì)的特征，顯示其水動力條件及陸源輸入減弱的特征。據(jù)此分析粉砂質(zhì)泥巖主要沉積于水動力較強(qiáng)的濱淺湖相沉積環(huán)境，而隨著湖盆擴(kuò)張[23]，水體逐漸加深，水動力減弱，形成了紋層狀泥巖和塊狀泥巖。因此紋層狀泥巖和塊狀泥巖應(yīng)該主要沉積于濱淺湖-半深湖的過渡區(qū)。

4.3.1 古水體氧化還原性

類異戊二烯中的姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph)通?？梢宰鳛榕袛嘌趸€原的標(biāo)志。一般Pr/Ph<1時指示還原環(huán)境，1<(Pr/Ph)<2時為弱氧化-弱還原環(huán)境，Pr/Ph>2時則指示氧化環(huán)境[39]。青一段所有樣品的Pr/Ph為0.63～1.37(平均值為1.11)，表明青一段頁巖整體形成于缺氧-還原性沉積環(huán)境中。同時結(jié)合Pr/(n-C17)和Ph/(n-C18)交會圖也顯示出相同的結(jié)果，所有樣品均處于弱還原的沉積環(huán)境中。黑色頁巖整體更偏向于還原環(huán)境，表明其當(dāng)時沉積環(huán)境還原性更強(qiáng)；塊狀泥巖、紋層狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖則主要沉積于弱還原環(huán)境。相比之下粉砂質(zhì)泥巖更偏向于弱氧化的沉積環(huán)境，這與其水體較淺陸源輸入較多相對應(yīng)(如圖12所示)[54]。

圖12 Pr/(n-C17)和Ph/(n-C18)交會圖Fig.12 Cross plot of Pr/(n-C17) and pH/(n-C18 )

4.3.2 古水體鹽度

伽馬蠟烷作為指示水體鹽度的主要依據(jù)，主要來源于硫細(xì)菌原生動物體和其他生物體中存在的四膜蟲醇在古環(huán)境中演化后的產(chǎn)物，含量越高說明鹽度越高，并且伽馬蠟烷也可以做為水體分層的標(biāo)志[50-51]。伽馬蠟烷(伽馬蠟烷指數(shù)GI為0.07～0.97)在青一段所有的樣品中均檢測到，表明當(dāng)時可能出現(xiàn)了普遍的水體分層現(xiàn)象，并且青一段整體水體為咸水環(huán)境，水體鹽度變化較大可能與青山口組沉積時期發(fā)生的大規(guī)模湖侵海侵事件有關(guān)[52-53]。黑色頁巖中的伽馬蠟烷指數(shù)含量較低(平均值為0.22)，說明其形成于較低鹽度的沉積環(huán)境；塊狀泥巖和粉砂質(zhì)泥巖的伽馬蠟烷指數(shù)(平均值分別為0.32和0.33)略高于黑色頁巖，水體鹽度與黑色頁巖相似，同為較低鹽度的咸水環(huán)境；紋層狀泥巖的伽馬蠟烷指數(shù)(0.49～0.97，平均值為0.76)變化較大且含量偏高，推測是由于當(dāng)時的海侵作用劇烈導(dǎo)致水體深度和鹽度陡增所致，其較低的Pr/Ph也對應(yīng)由此引發(fā)的水體含氧量降低，還原性增強(qiáng)(如圖13所示)[54]。

圖13 伽馬蠟烷與Pr/Ph交會圖Fig.13 Cross plot of gamma wax and Pr /Ph

4.4 頁巖有機(jī)質(zhì)富集模式

黑色頁巖主要發(fā)育于湖盆中央凹陷區(qū)域，形成于半深湖-深湖相沉積環(huán)境中，整個青山口組頁巖沉積過程中發(fā)生了大規(guī)模湖盆擴(kuò)張，耦合海水侵入造成水體加深，同時海水?dāng)y帶大量營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入湖盆，使水體富營養(yǎng)化造成藻類勃發(fā)現(xiàn)象，形成巨大的初始生產(chǎn)力，為有機(jī)質(zhì)的富集提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[55-56]。也由于大量海水涌入導(dǎo)致湖平面的擴(kuò)張水體加深并造成水體分層，使湖盆底部變?yōu)槿毖醯母啕}度還原環(huán)境，為有機(jī)質(zhì)的保存提供了有利條件。最終形成了以高有機(jī)質(zhì)、高黏土礦物為特征，有機(jī)質(zhì)來源以藻類、細(xì)菌等低等水生生物為主的黑色頁巖。粉砂質(zhì)泥巖主要形成于淺湖-濱淺湖的沉積環(huán)境中，此時為湖盆擴(kuò)張初期，具有初始生產(chǎn)力不高，水深較淺，水動力強(qiáng)等因素，有機(jī)質(zhì)保存條件差，因此形成了有機(jī)質(zhì)含量低、長英質(zhì)礦物含量高的粉砂質(zhì)泥巖。紋層狀泥巖則主要形成于半深湖的沉積環(huán)境中，此時隨著海侵作用的發(fā)生，湖盆開始不斷擴(kuò)張，沉積水體開始加深，同時因為湖海相通帶來的豐富營養(yǎng)物質(zhì)讓湖中的水生生物大量繁殖而提高初始生產(chǎn)力，湖水的加深和海水的涌入，湖盆底部水體開始變?yōu)檫m合有機(jī)質(zhì)保存的高鹽度及缺氧環(huán)境，又由于湖面的擴(kuò)張使得陸源輸入量變大，最終形成有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)來源以藻類、浮游植物和陸源高等植物混源為主的紋層狀泥巖。塊狀泥巖主要形成于深湖和半深湖的沉積環(huán)境中，隨著海侵作用進(jìn)入晚期，湖盆到達(dá)最大湖泛面，湖泊整體廣泛形成深湖-半深湖的沉積環(huán)境，這時水動力條件減弱，陸源輸入減少，整個沉積環(huán)境變?yōu)榉€(wěn)定的適合有機(jī)質(zhì)保存的深湖相缺氧沉積環(huán)境，最終形成高有機(jī)質(zhì)含量且含少量碎屑礦物的塊狀泥巖。

5 結(jié)論

1)依據(jù)巖心觀察、顯微薄片以及沉積構(gòu)造等特征將青一段頁巖劃分為黑色頁巖巖相、塊狀泥巖巖相、紋層狀泥巖巖相和粉砂質(zhì)泥巖巖相。黑色頁巖巖相有機(jī)質(zhì)豐度最高，生烴潛力最大，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，處于生油高峰早期；塊狀泥巖的和紋層狀泥巖有機(jī)質(zhì)豐度和生烴潛力均較高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，處于生油高峰期；而粉砂質(zhì)泥巖有機(jī)質(zhì)含量及生烴潛力都較低，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，屬于生烴潛力最差的烴源巖。

2)生物標(biāo)志化合物的分析表明，黑色頁巖主要形成于深湖-半深湖的低鹽度還原環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)主要來源于藻類、細(xì)菌等低等水生生物；塊狀泥巖形成于半深湖-深湖的中鹽度還原環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)來源為水生浮游生物和少量陸生植物；紋層狀泥巖形成于濱淺湖-半深湖的高鹽度還原環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)以陸源高等植物與低等水生生物二者混合生源為特征；粉砂質(zhì)泥巖主要形成于以濱淺湖為主的淺水環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)來源與紋層狀泥巖相似，但其沉積環(huán)境水動力較強(qiáng)，不利于有機(jī)質(zhì)保存。