遼西牛營(yíng)子凹陷北票組烴源巖生物標(biāo)志化合物特征
——以遼凌地1井為例

孫求實(shí)，李曉海，宗文明，石 蕾，李永飛，孫守亮，張 濤

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽(yáng) 110034

0 前言

東北地區(qū)是中國(guó)的主要能源基地，隨著勘探研究程度的逐年提高，松遼盆地、下遼河盆地等大型含油氣盆地勘探難度越來(lái)越大，亟需新的油氣接替區(qū)，為國(guó)家的能源安全和可持續(xù)發(fā)展提供能源資源保障.近些年隨著遼西地區(qū)油氣勘探的逐步深入，尤其是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在該區(qū)實(shí)施的多口地質(zhì)調(diào)查井都在下侏羅統(tǒng)北票組獲得了油氣新發(fā)現(xiàn)［1-5］，證實(shí)了下侏羅統(tǒng)北票組泥巖是遼西重要油氣勘探層系，亦可能成為保障能源安全的油氣接替區(qū)［6-10］.

2017年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心在牛營(yíng)子凹陷北緣組織實(shí)施遼凌地1（LLD1）井鉆探，首次在中元古界推覆體之下（井深1527.91～1722.78 m，未見(jiàn)底）鉆遇下侏羅統(tǒng)北票組厚層泥巖（圖1）［3］.筆者采用氣相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)［11-12］，對(duì)遼凌地1井中元古界推覆體下的北票組烴源巖進(jìn)行系統(tǒng)分析，開(kāi)展生物標(biāo)志化合物特征的研究，揭示其蘊(yùn)含的有機(jī)質(zhì)來(lái)源、形成環(huán)境、有機(jī)質(zhì)熱演化程度等地質(zhì)意義，為遼西地區(qū)下侏羅統(tǒng)北票組油氣地質(zhì)條件研究提供支撐［13-14］.

圖1 遼西牛營(yíng)子凹陷地質(zhì)略圖（據(jù)文獻(xiàn)［3］修改）Fig.1 Geological sketch map of Niuyingzi sag in western Liaoning（Modified from Reference［3］）

1 樣品采集與測(cè)試方法

遼凌地1井揭露的推覆體下北票組地層大于194.87 m，共發(fā)育暗色泥巖12層，累計(jì)厚度為102.58 m，單層厚度大于3 m的泥巖累計(jì)總厚度為33.69 m，砂巖累計(jì)厚度92.42 m，泥地比59.79%，并見(jiàn)多段氣測(cè)異常：該井段氣測(cè)錄井全烴值大于背景值2倍地層厚度為39 m；全烴最大值為10.78%［3，15］.本次共采集1527.91～1722.78 m井段12件暗色泥巖樣品，分別進(jìn)行熱解、氯仿抽提、族組成分離、飽和烴色譜、飽和烴色譜-質(zhì)譜等分析.上述實(shí)驗(yàn)分析均在長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試分析方法見(jiàn)文獻(xiàn)［16-17］，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

表1 遼西牛營(yíng)子凹陷遼凌地1井北票組烴源巖生物標(biāo)志物化合物參數(shù)表Table 1 Biomarker compound parameters of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well in Niuyingzi sag，western Liaoning

2 生物標(biāo)志化合物特征

2.1 正構(gòu)烷烴及無(wú)環(huán)類(lèi)異戊二烯烷烴

正構(gòu)烷烴有無(wú)奇偶優(yōu)勢(shì)通常用CPI（碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)）值或OEP（奇偶優(yōu)勢(shì)）值來(lái)表征［18-19］.本次研究的12件LLD1井北票組烴源巖樣品正構(gòu)烷烴OEP值主要為1.07～1.42之間，平均值為1.26；CPI值為1.35～1.71，平均為1.57，說(shuō)明奇偶優(yōu)勢(shì)不明顯.輕重比∑nC21-/∑nC22＋變化很大，主要為0.28～0.69，平均值為0.47，主峰碳多為nC23，部分為nC25（表1），多為后單峰型（圖2）.正構(gòu)烷烴相關(guān)參數(shù)間接表征烴源巖成熟度較低，多為未熟—低熟階段，有機(jī)質(zhì)輸入以陸源輸入為主，有部分低等生物輸入.

圖2 遼凌地1井北票組烴源巖質(zhì)量色譜圖（m/z 85）Fig.2 Gas chromatogram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph）是常用的表征古環(huán)境的生物標(biāo)志化合物［20-21］.一般而言，Pr/Ph＜0.5為強(qiáng)還原性膏鹽沉積環(huán)境；Pr/Ph＝0.5～1.0為還原環(huán)境；Pr/Ph＝1～2為弱還原—弱氧化環(huán)境；Pr/Ph＞2者見(jiàn)于偏氧化性環(huán)境，如河湖及濱海沼澤或淺湖-海沉積；典型煤系地層有機(jī)質(zhì)以Pr/Ph＞2.5為特征，高者可達(dá)8以上.LLD1井北票組烴源巖Pr/Ph值為0.94～5.01，平均3.40，具有典型煤系地層有機(jī)質(zhì)特征，形成于偏氧化性環(huán)境（表2）.LLD1井北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅲ型為主，且主要集中在偏氧化的沉積環(huán)境中（圖3）.

表2 遼凌地1井北票組烴源巖氣相色譜參數(shù)表Table 2 Gas chromatographic parameters of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

圖3 遼凌地1井北票組烴源巖姥植比Pr/nC17-Ph/nC18關(guān)系圖Fig.3 The Pr/nC17-Ph/nC18 diagram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

2.2 萜類(lèi)化合物分布特征

2.2.1 三環(huán)萜烷與四環(huán)萜烷

三環(huán)萜烷和四環(huán)萜烷系列是一類(lèi)重要的生物標(biāo)志化合物，它們?cè)诓煌再|(zhì)烴源巖中的分布和組成特征及濃度變化存在著顯著差異［18］.三環(huán)萜烷主要由微生物細(xì)胞膜中三環(huán)類(lèi)異戊二烯醇形成，可能與某些菌藻類(lèi)有一定的成因聯(lián)系，四環(huán)萜烷一般與陸源有機(jī)輸入有關(guān).

牛營(yíng)子地區(qū)侏羅系烴源巖飽和烴質(zhì)量色譜圖m/z 191中，三環(huán)萜烷呈C20或C23為主峰的正態(tài)分布，不同深度樣品中化合物的分布存在一定的差異，三環(huán)萜烷含量普遍偏低（圖4）.從C24TeT/C26TT-（C20＋C21）TT/（C23＋C24）TT關(guān)系圖可以看出，兩者呈明顯線性關(guān)系.LLD1井北票組烴源巖中的C24TeT/C26TT-（C20＋C21）TT/（C23＋C24）TT值整體偏高，指示一種高等植物來(lái)源，部分為低等生物來(lái)源，C24-四環(huán)二萜/C26三環(huán)萜烷比值介于1.15～5.28，平均值為2.76，表明北票組陸源高等植物貢獻(xiàn)較為充足（圖5）.

圖4 遼凌地1井北票組烴源巖質(zhì)量色譜圖（m/z 191）Fig.4 Gas chromatogram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

圖5 遼凌地1井北票組烴源巖三環(huán)萜烷與四環(huán)萜烷關(guān)系圖Fig.5 The C24TeT/C26TT-（C20＋C21）TT/（C23＋C24）TT diagram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

2.2.2 五環(huán)三萜烷系列

本次研究的LLD1井北票組12件烴源巖中藿烷系列化合物總體上以C30藿烷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，C31以上化合物較低，且隨碳數(shù)增高呈遞減型分布，是碎屑巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源的典型特征（圖4）.伽馬蠟烷指數(shù)（Ga/C30H）與姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）關(guān)系圖中，伽馬蠟烷指數(shù)分布在0～0.04，平均值為0.02（圖6），反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為淡水環(huán)境.Ts/Tm（18αH-22，29，30-三降藿烷/17αH-22，29，30-三降藿烷）整體低于0.5，表征樣品成熟度整體偏低.

圖6 遼凌地1井北票組烴源巖Ga/C30H-Pr/Ph及Ga/C30H-Ts/Tm關(guān)系圖Fig.6 The Ga/C30H-Pr/Ph and Ga/C30H-Ts/Tm diagrams of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

2.3 甾類(lèi)化合物分布特征

從ααα（R）構(gòu)型甾烷的C27-C28-C29分布三角圖（圖7）可以看出，LLD1井北票組烴源巖有機(jī)質(zhì)以陸源高等植物為主，有少量低等生物輸入.

圖7 遼凌地1井北票組烴源巖C27-C28-C29-ααα（R）甾烷分布三角圖Fig.7 The C27-C28-C29-ααα（R）diagram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

甾烷演化特征可以判斷和劃分有機(jī)質(zhì)的熱演化階段，尤其是甾烷化合物的立體異構(gòu)化比值是有效的成熟度指標(biāo)［13-14］.隨著成熟度的增加，甾烷的α構(gòu)型向β構(gòu)型轉(zhuǎn)化和生物構(gòu)型R向地質(zhì)構(gòu)型S轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)為甾烷C29-αββ/（αββ＋ααα）和C29甾烷ααα20S/（20S＋20R）的比值逐漸增加.Peters等［21］將C29甾烷ααα20S/（20S＋20R）比值為0.25和0.42分別定義為未成熟與低成熟以及低成熟和成熟的界限.LLD1井北票組樣品甾烷C29-αββ/（αββ＋ααα）分布于0.25～0.33，平均值0.29，C29-ααα20S/（20S＋20R）分布于0.26～0.40，平均值0.34（圖8），總體反映出牛營(yíng)子凹陷北票組烴源巖處于低成熟階段，部分為未成熟.在m/z 217質(zhì)量色譜圖中，樣品甾烷呈現(xiàn)C29甾烷占優(yōu)勢(shì)的反“L”型，表示為高等植物輸入占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（圖9）.

圖8 遼凌地1井北票組烴源巖甾烷成熟度參數(shù)相關(guān)圖Fig.8 The sterane maturity parameter correlation diagram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

圖9 遼凌地1井北票組烴源巖質(zhì)量色譜圖（m/z 217）Fig.9 Gas chromatogram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

3 結(jié)論

（1）牛營(yíng)子凹陷遼凌地1井北票組烴源巖正構(gòu)烷烴相關(guān)參數(shù)間接表征烴源巖成熟度較低，多為未熟—低熟階段，有機(jī)質(zhì)輸入以陸源輸入為主，有部分低等生物輸入.姥植比分布于0.94～5.01，平均為3.40，具有典型煤系地層有機(jī)質(zhì)特征，形成于偏氧化性環(huán)境.

（2）烴源巖中的C24TeT/C26TT-（C20＋C21）TT/（C23＋C24）TT值整體偏高，指示一種高等植物來(lái)源，部分為低等生物來(lái)源.C24-四環(huán)二萜/C26三環(huán)萜烷比值分布于1.15～5.28，平均值為2.76，表明其陸源高等植物貢獻(xiàn)較為充足.

（3）烴源巖中的藿烷系列化合物以C30藿烷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，C31以上化合物較低，且隨碳數(shù)增高呈遞減型分布，是碎屑巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源的典型特征.伽馬蠟烷指數(shù)分布于0～0.04，平均值0.02，反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為淡水環(huán)境.甾烷C29-αββ/（αββ＋ααα）分布于0.25～0.33，平均值0.29，C29-ααα20S/（20S＋20R）分布于0.26～0.40，平均值0.34，總體反映出牛營(yíng)子凹陷北票組烴源巖處于低成熟階段，部分為未成熟.在m/z 217質(zhì)量色譜圖中，樣品甾烷呈現(xiàn)C29甾烷占優(yōu)勢(shì)的反“L”型，表示為高等植物輸入占絕對(duì)優(yōu)勢(shì).