吉林市上二疊統楊家溝組烴源巖地球化學特征

朱志立，程宏崗，張 敏，王德海，仲泉城，李 謹,，李佳陽

(1.長江大學 油氣資源與勘查技術教育部重點實驗室，湖北 武漢430100；2.長江大學 地球環境與水資源學院，湖北 武漢430100；3.中國石油勘探開發研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；4.吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130061；5.西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都 610500)

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吉林市上二疊統楊家溝組烴源巖地球化學特征

朱志立1,2，程宏崗3，張 敏1,2，王德海4，仲泉城5，李 謹1,2,3，李佳陽1,2

(1.長江大學 油氣資源與勘查技術教育部重點實驗室，湖北 武漢430100；2.長江大學 地球環境與水資源學院，湖北 武漢430100；3.中國石油勘探開發研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；4.吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130061；5.西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都 610500)

通過對吉林市上二疊統楊家溝組烴源巖野外露頭的系統采樣，剖析烴源巖的地球化學特征，探討烴源巖有機質的母質來源、沉積環境和熱演化程度。研究表明，有機質母質來源既有高等植物的來源，還有細菌和藻類等低等水生生物的混入；具有典型湖相烴源巖的分布特征；烴源巖形成于半咸水還原的沉積環境，熱演化程度為成熟-高成熟階段。

吉林市；上二疊統；楊家溝組；烴源巖；地球化學特征

松遼盆地及外圍地區油氣資源豐富，但對上古生界油氣地質研究和勘探程度均較低，資源前景廣闊[1-4]。近年來，在開展“松遼盆地及外圍上古生界油氣資源戰略選區”國家油氣資源選區項目研究中發現，晚古生代地層在東北地區廣泛分布且未發生區域變質作用，自下而上發育了多套烴源巖層，具有較好的油氣前景，吉中地區的上二疊統楊家溝組發育的黑色泥巖厚度較大，為其中一套烴源巖層[5-8]。然而，前人對楊家溝組的研究較少，研究內容也主要集中在沉積環境方面，張興洲等認為楊家溝組為海陸交互相磨拉石建造及碳酸鹽巖建造[9]；王德海等認為楊家溝組以陸相沉積為主，局部有海侵環境沉積[10]；而對楊家溝組烴源巖的有機質豐度、類型和成熟度的烴源巖地球化學特征研究較少，從生物標志化合物的角度探討楊家溝組烴源巖的性質更是鮮有報道。鑒于此，本文對吉林市上二疊統楊家溝組烴源巖系統的取樣，揭示其中包含的有機質生源、沉積環境和成熟度等地質及地球化學特征，為松遼盆地及外圍地區油氣基礎地質研究提供借鑒意義。

1　樣品與實驗分析

在吉中地區，楊家溝組出露較好。吉林市楊家溝組剖面位于新開的環城公路二道溝附近，剖面起點坐標為北緯43°52′29.8″，東經126°41′37.1″；剖面終點坐標為北緯43°50′3.7″，東經126°39′56.8″，剖面長度3.1km，泥巖厚度1666.7 m，出露良好，為人工露頭。楊家溝組按照巖性分為上下兩段，底部為構造角礫巖；下段主要為礫巖，礫石為近源的碳酸鹽巖；上段主要為黑色灰黑色泥板巖、泥巖和頁巖，夾有粉砂巖薄層[10]。樣品采于吉林市楊家溝組剖面，巖性主要為黑色泥巖，共采集了13個樣品，全部樣品進行有機碳含量、全巖顯微組分、鏡質體反射率等分析之后，從中選取4個樣品進行飽和烴色譜-質譜分析。

將樣品清洗風干后碎至100目，然后以三氯甲烷作溶劑采用索氏抽提法提取樣品中的可溶有機質，并用正己烷沉淀瀝青A中的瀝青質，而后采用硅膠/氧化鋁柱色層法把脫瀝青質瀝青分離成飽和烴、芳香烴和非烴。然后對飽和烴餾分進行色譜質譜分析。

飽和烴色譜-質譜分析條件：儀器為惠普公司5890臺式質譜儀，色譜柱為HP-5ms石英彈性毛細柱(30 m×0.25mm×0.25m)。升溫程序：50℃恒溫2min，從50℃至100℃的升溫速率為20℃/min，100℃至310℃的升溫速率3℃/min，310℃恒溫15.5min。進樣室溫度300℃，載氣為氦氣，流速為1.04mL/min，掃描范圍為50～550 amu。檢測方式為全掃描：電離能量為70 eV，離子源溫度230℃。

2　烴源巖基礎地球化學特征

吉林市上二疊統楊家溝組烴源巖有機碳含量較高，TOC分布范圍為0.52%～1.66%(表1)，依據烴源巖中有機質豐度的評價標準，它們均可歸入烴源巖的范疇，有機質Ro為4.62%～5.37%，處于高-過成熟階段。依據干酪根有機顯微組分類型指數，烴源巖有機質類型為Ⅲ。但是，與較高的有機碳含量形成鮮明對照的是這些烴源巖中有機質的熱解烴量(S2)、生烴潛量(S1+S2)和氫指數(HI)及瀝青A含量都異常偏低，這一現象與這些烴源巖所經歷的高熱演化程度是分不開的，同時也與露頭樣品受風化作用有關，生烴潛力較低[11]。有研究表明[12]，對于高-過成熟演化階段的烴源巖有機質豐度的評價，瀝青A、總烴含量(HC)、S1+S2等評價指標已經失去了原有效果，而TOC對于有機質豐度的判別依然是可靠的。

3　飽和烴生物標志化合物特征

3.1正構烷烴和類異戊二烯烷烴

正構烷烴是飽和烴餾分中的主要成份，蘊含著豐富的地球化學信息，其分布模式、奇偶優勢以及輕重比可用于指示生烴母質、熱演化特征和生物降解等信息[13]。烴源巖中正構烷烴含量較低，其分布模式大體相同，正構烷烴呈單峰前峰型分布(圖1(a))。正構烷烴的碳數分布范圍為C15～C32，主峰碳為C18，輕重比∑nC21-/∑nC22+高，為2.08～6.45，nC21+nC23/nC28+nC29比值高，為2.67～7.60(表2)，低碳數的正構烷烴含量相對較高，可能因為高過成熟階段碳-碳鍵的斷裂占據主導地位，此時高分子量正構烷烴會轉變成低分子量化合物，結果導致低分子量成員占優勢的單峰態分布[14]。CPI和OEP的分布范圍分別為1.13～1.33和0.75～0.88，均接近于1，無明顯的奇偶優勢，表明烴源巖的熱演化程度較高。姥鮫烷與植烷是類異戊二烯烷烴中常用表征源巖沉積環境的標志化合物[15]，楊家溝組烴源巖Pr/Ph較低，為0.44～0.49，有明顯的植烷優勢，表明烴源巖中有機質沉積于還原環境，有利于有機質的保存。

3.2三環萜烷和四環萜烷系列

C19-C20低碳數三環萜烷主要來源于高等植物，而C26+長鏈三環萜烷可能來源于菌藻類等低等水生生物[16]；豐富的四環萜烷表征陸源母質的輸入[13]。三環萜烷在不同沉積環境中分布不同，一般湖相和海相來源呈正態分布，而煤系地層中則表現為C19-C26階梯狀遞減[17-18]。楊家溝組烴源巖中三環萜烷系類含量與藿烷的含量大體相當，三環萜烷/藿烷的比值介于0.57～1.38之間，絕大部分均大于1。三環萜烷的分布特征基本相同，呈以C23為主峰碳的似正態分布(圖1(b))，樣品中還檢測到C24四環萜烷，其豐度略低于C26三環萜烷，表現出湖相的分布模式。上述參數研究表明上二疊統楊家溝組烴源巖中有機質既有高等植物的來源，還有細菌和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質。

3.3五環三萜系列

五環三萜系列化合物包括藿烷類化合物、伽馬蠟烷、和其他如羽扇烷等非藿烷系類化合物，其分布形式蘊含許多地質及地球化學信息。楊家溝組烴源巖中的五環三萜類化合物分布特征大體相似，以C30藿烷為主峰，C31-C35升藿烷系類列化合物含量較低，且呈階梯狀依次遞減(圖1(c))，具有典型湖相烴源巖的分布特征。伽馬蠟烷常出現在高鹽度的海相和非海相沉積物中，一般認為是高鹽度的指標，同時也代表了沉積水體的分層現象[19]，C35/C34升藿烷為有機質沉積期間及以后氧化還原電位的指標[13]。楊家溝組烴源巖伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.32～0.38，表明有機質沉積水體鹽度較高，為半咸水的沉積環境。烴源巖C35升藿烷/C34升藿烷較高，為0.53～0.63(表2)，暗示有機質為還原的沉積環境。烴源巖中重排藿烷的含量低，C30重排藿烷/C30藿烷比值為0.04～0.06，一般認為高含量的重排藿烷指示著氧化條件下黏土礦物催化作用[18]，楊家溝組烴源巖低含量的重排藿烷與還原的沉積環境相關。C31αβ22S/(22S+22R)比值為藿烷中應用最廣泛的評價成熟度的參數[13]，楊家溝組烴源巖中該比值為0.60～0.61，已經達到平衡值0.6，顯示烴源巖已進入生油門限，成熟作用導致的異構化已達到平衡。

表1　吉林市上二疊統楊家溝組烴源巖基礎地球化學數據

表2　吉林市上二疊統楊家溝組烴源巖生物標志化合物參數表

3.4甾類化合物

烴源巖中甾烷化合物的分布蘊含著較豐富的有機質來源、沉積環境以及成熟度等信息。一般認為，陸生高等植物富含C29甾烷，低等水生生物富含C27和C28甾烷[13]。楊家溝組烴源巖中甾烷類化合物分布模式大體相同，C27規則甾烷含量最高，C29規則甾烷次之，C28規則甾烷含量相對較低，C27/C29規則甾烷為1.12～1.18，C27、C28和C29ααα20R甾烷總體呈近“V”字形分布(圖1(d))，表明烴源巖生烴母質陸源高等植物的輸入，同時也有以低等水生生物貢獻。C29ααα20S/(20S+20R)和C29αββ/(ααα+αββ)是應用最廣泛的評價成熟度的生物標志化合物[13]，楊家溝組烴源巖C29ααα20S/(20S+20R)為0.55～0.57，C29αββ/(ααα+αββ)為0.62～0.63，C29ααα20S/(20S+20R)均大于0.55，均已達平衡值終點值，根據黃第藩劃分標準[20]，楊家溝組烴源巖處于高成熟-過成熟階段。研究表明，孕甾烷和升孕甾烷與成熟度關系密切，后生孕甾烷和升孕甾烷是規則甾烷熱降解的產物，富含黏土礦物、酸性氧化的環境有助于重排甾烷的形成[13]。楊家溝組烴源巖中孕甾烷和升孕甾烷含量較高，(孕甾烷+升孕甾烷)/規則甾烷為0.16～0.20，是由于烴源巖處于高演化階段所致，而重排甾烷的含量較低，C27重排甾烷/C27規則甾烷為0.27～0.29，可能與還原的沉積環境不利于重排甾烷的形成有關。甾烷與藿烷的比值可指示真核生物(主要是藻類和高等植物)與原核生物(細菌)對源巖的貢獻[13]，楊家溝組烴源巖中甾烷/藿烷的比值為1.15～1.17，表明藻類和細菌對有機質的貢獻大致相當。

4　結論

1)楊家溝組烴源巖中正構烷烴為單峰前峰型，低碳數的正構烷烴較高，為烴源巖處于高成熟-過成熟階段所致；三環萜烷呈以C23為主峰碳似正態分布，富含C24四環萜烷，C27、C28和C29ααα20R甾烷呈近“V”字形分布，有機質既有高等植物的來源，還有細菌和藻類等低等水生生物的混入，為混合型母質。

2)烴源巖中三環萜烷呈以C23為主峰碳的似正態分布，藿烷以C30藿烷為主峰，C31-C35升藿烷系類列化合物含且呈階梯狀依次遞減，三環萜烷/藿烷比值較高，為0.57～1.38，具有典型湖相烴源巖的分布特征；Pr/Ph和C35升藿烷/C34升藿烷分別為0.44～0.49和0.53～0.63，暗示沉積水體較深，環境較還原，為半深湖-深湖沉積環境；伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.32～0.38，烴源巖為半咸水的沉積環境。

3)烴源巖中CPI和OEP分別為1.13～1.33和0.75～0.88，具有較明顯成熟特征，Ts/Tm和C29Ts/C2917α(H)-藿烷比值較高，C29ααα20S/(20S+20R)、C29αββ/(ααα+αββ)和C31αβ22S/(22S+22R)均到達異構化終點的平衡值，說明烴源巖熱演化程度為成熟-高成熟階段。

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(責任編輯王利君)

Geochemical characteristics of source rocks from Upper Permian Yangjiagou Formation in Jilin City

ZHU Zhili1,2,CHENG Honggang3,ZHANG Min1,2,WANG Dehai4,ZHONG Quancheng5,LI Jin1,2,3,LI Jiayang1,2

(1.Key Laboratory of Exploration Technology for Oil and Gas Research, Yangtze University, Hubei Wuhan, 430100, China;2.School of Earth Environment and Water Resources, Yangtze University, Hubei Wuhan, 430100, China;3.Langfang Branch,PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Hebei Langfang, 065007, China;4.College of Earth Science, Jilin University, Jilin Changchun, 130061,China;5.School of Geosciences and Technology, Southwest Petroleum University, Sichuang Chengdu, 610500, China)

Based on the GC-MS, the variation of organic matter origin, deposition environment and thermal maturity of hydrocarbon source rocks were systematically discussed. The distribution of tricyclic terpane is normal distribution with the main peak of C23, high content C24tetracyclic terpane and a predominance of C27ααα20R sterane over C29ααα20R sterane with asymmetry “V” distribution indicates that the organic material of source rocks are higher terrigenous plants mixed with lower aquatic organisms. The main peak of hopanes is C30hopane with the distribution of C31-C35hopane decline as a ladder and the tricyclic terpane/hopane ratio is high shows the lacustrine facies characteristics. The Pr/Ph value (0.44～0.49) and gammacerane/C30hopane value (0.32～0.38) indicate that source rocks are developed in brackish water reductive semideep-deep lake environment. The maturity parameters of C29ααα20S/(20S+20R), C29αββ/(ααα+αββ) and C31αβ22S/(22S+22R) have reached the balanced endpoint value of isomerization, indicating the source rocks stay in mature-high mature stage during the thermal evolution.

the Upper Permian；Yangjiagou Formation；source rocks；geochemical characteristics

2016-04-02

國家科技重大專項(2011ZX05007)

朱志立(1991-)，男，湖北黃岡人，碩士，研究方向為油氣地球化學。

1673-9469(2016)03-0094-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2016.03.020

P596

A