遼西牛營子凹陷北票組烴源巖生物標志化合物特征
——以遼凌地1井為例

孫求實，李曉海，宗文明，石 蕾，李永飛，孫守亮，張 濤

中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽 110034

0 前言

東北地區是中國的主要能源基地，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越大，亟需新的油氣接替區，為國家的能源安全和可持續發展提供能源資源保障.近些年隨著遼西地區油氣勘探的逐步深入，尤其是中國地質調查局在該區實施的多口地質調查井都在下侏羅統北票組獲得了油氣新發現［1-5］，證實了下侏羅統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［6-10］.

2017年中國地質調查局沈陽地質調查中心在牛營子凹陷北緣組織實施遼凌地1（LLD1）井鉆探，首次在中元古界推覆體之下（井深1527.91～1722.78 m，未見底）鉆遇下侏羅統北票組厚層泥巖（圖1）［3］.筆者采用氣相色譜、氣相色譜-質譜技術［11-12］，對遼凌地1井中元古界推覆體下的北票組烴源巖進行系統分析，開展生物標志化合物特征的研究，揭示其蘊含的有機質來源、形成環境、有機質熱演化程度等地質意義，為遼西地區下侏羅統北票組油氣地質條件研究提供支撐［13-14］.

圖1 遼西牛營子凹陷地質略圖（據文獻［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，共發育暗色泥巖12層，累計厚度為102.58 m，單層厚度大于3 m的泥巖累計總厚度為33.69 m，砂巖累計厚度92.42 m，泥地比59.79%，并見多段氣測異常：該井段氣測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，分別進行熱解、氯仿抽提、族組成分離、飽和烴色譜、飽和烴色譜-質譜等分析.上述實驗分析均在長江大學地球化學教育部重點實驗室完成，測試分析方法見文獻［16-17］，詳細數據見表1.

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

2 生物標志化合物特征

2.1 正構烷烴及無環類異戊二烯烷烴

正構烷烴有無奇偶優勢通常用CPI（碳優勢指數）值或OEP（奇偶優勢）值來表征［18-19］.本次研究的12件LLD1井北票組烴源巖樣品正構烷烴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，說明奇偶優勢不明顯.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）.正構烷烴相關參數間接表征烴源巖成熟度較低，多為未熟—低熟階段，有機質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）是常用的表征古環境的生物標志化合物［20-21］.一般而言，Pr/Ph＜0.5為強還原性膏鹽沉積環境；Pr/Ph＝0.5～1.0為還原環境；Pr/Ph＝1～2為弱還原—弱氧化環境；Pr/Ph＞2者見于偏氧化性環境，如河湖及濱海沼澤或淺湖-海沉積；典型煤系地層有機質以Pr/Ph＞2.5為特征，高者可達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質特征，形成于偏氧化性環境（表2）.LLD1井北票組烴源巖有機質類型以Ⅲ型為主，且主要集中在偏氧化的沉積環境中（圖3）.

表2 遼凌地1井北票組烴源巖氣相色譜參數表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關系圖Fig.3 The Pr/nC17-Ph/nC18 diagram of Beipiao Formation source rocks from LLD1 well

2.2 萜類化合物分布特征

2.2.1 三環萜烷與四環萜烷

三環萜烷和四環萜烷系列是一類重要的生物標志化合物，它們在不同性質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］.三環萜烷主要由微生物細胞膜中三環類異戊二烯醇形成，可能與某些菌藻類有一定的成因聯系，四環萜烷一般與陸源有機輸入有關.

牛營子地區侏羅系烴源巖飽和烴質量色譜圖m/z 191中，三環萜烷呈C20或C23為主峰的正態分布，不同深度樣品中化合物的分布存在一定的差異，三環萜烷含量普遍偏低（圖4）.從C24TeT/C26TT-（C20＋C21）TT/（C23＋C24）TT關系圖可以看出，兩者呈明顯線性關系.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源，部分為低等生物來源，C24-四環二萜/C26三環萜烷比值介于1.15～5.28，平均值為2.76，表明北票組陸源高等植物貢獻較為充足（圖5）.

圖4 遼凌地1井北票組烴源巖質量色譜圖（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萜烷與四環萜烷關系圖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藿烷占絕對優勢，C31以上化合物較低，且隨碳數增高呈遞減型分布，是碎屑巖有機質來源的典型特征（圖4）.伽馬蠟烷指數（Ga/C30H）與姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）關系圖中，伽馬蠟烷指數分布在0～0.04，平均值為0.02（圖6），反映當時的沉積環境為淡水環境.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 甾類化合物分布特征

從ααα（R）構型甾烷的C27-C28-C29分布三角圖（圖7）可以看出，LLD1井北票組烴源巖有機質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質的熱演化階段，尤其是甾烷化合物的立體異構化比值是有效的成熟度指標［13-14］.隨著成熟度的增加，甾烷的α構型向β構型轉化和生物構型R向地質構型S轉化，表現為甾烷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質量色譜圖中，樣品甾烷呈現C29甾烷占優勢的反“L”型，表示為高等植物輸入占絕對優勢（圖9）.

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

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

3 結論

（1）牛營子凹陷遼凌地1井北票組烴源巖正構烷烴相關參數間接表征烴源巖成熟度較低，多為未熟—低熟階段，有機質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質特征，形成于偏氧化性環境.

（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源，部分為低等生物來源.C24-四環二萜/C26三環萜烷比值分布于1.15～5.28，平均值為2.76，表明其陸源高等植物貢獻較為充足.

（3）烴源巖中的藿烷系列化合物以C30藿烷占絕對優勢，C31以上化合物較低，且隨碳數增高呈遞減型分布，是碎屑巖有機質來源的典型特征.伽馬蠟烷指數分布于0～0.04，平均值0.02，反映當時的沉積環境為淡水環境.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質量色譜圖中，樣品甾烷呈現C29甾烷占優勢的反“L”型，表示為高等植物輸入占絕對優勢.