劉海鈺,張敏 (長江大學地球環(huán)境與水資源學院,湖北 武漢430100)
重排藿烷類化合物在地質體中廣泛分布于烴源巖與原油中,是飽和烴生物標志化合物的重要組成部分。在烴源巖或原油中存在多種同系物,17α(H)-重排藿烷系列是其中之一,與正常藿烷相似,17α(H)-重排藿烷系列也通常以為主峰。迄今為止,國內外已有許多學者對重排藿烷的地球化學屬性進行了探討,主要集中在沉積環(huán)境、成巖條件、成熟度、母質來源等方面[1~11],但其來源與成因尚不清楚。借鑒前人的研究成果,筆者從成熟度、沉積環(huán)境的氧化還原性、生源構成等幾個方面探討梨樹斷陷下白堊統(tǒng)烴源巖的關鍵影響因素,對于梨樹斷陷下白堊統(tǒng)油-源的精細對比、主力油源巖的確定具有重要意義。
梨樹斷陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)西南部,發(fā)育于晚侏羅世至早白堊世早期,為一下斷上坳、西斷東超的箕狀斷陷。梨樹斷陷在縱向上發(fā)育多套烴源層系:自下而上包括火石嶺組 (T3h)、沙河子組(K1sh)、營城組 (K1yc)及登婁庫組 (K1d),巖性主要為泥巖和煤系地層 (煤、碳質泥巖和泥巖)。其中K1sh與K1y為區(qū)內主力烴源巖,主要為濱淺湖、三角洲沉積體系。
從K1y和K1sh共采集了18個烴源巖樣品 (深灰、灰黑色湖相泥巖),對樣品進行巖石熱解分析、抽提、族組分分離和GC-MS定量分析,其分析條件見文獻 [12]。樣品的總有機碳 (TOC)質量分數(shù)為0.55%~5.03%,平均值為1.86%;氯仿瀝青 “A”質量分數(shù)為0.03%~2.92%,平均值為0.76%;生烴潛量 (S1+S2)質量分數(shù)為0.13~10.03mg/g,平均值為3.87mg/g,反映出研究區(qū)烴源巖具有較高的生烴潛力。干酪根類型為Ⅱ-Ⅲ型。該層段烴源巖實測的鏡質體反射率Ro為0.66%~1.27%,說明其有機質現(xiàn)今尚處于生烴高峰演化階段。
梨樹斷陷烴源巖樣品姥植比Pr/Ph為0.29~2.43,大多數(shù)樣品具有明顯的植烷優(yōu)勢,反映出沉積環(huán)境的還原性較強。伽馬蠟烷含量較高,絕大部分樣品伽馬蠟烷/C30藿烷比值大于0.2,有的樣品中伽馬蠟烷甚至為m/z=191質量色譜圖的主峰,表明烴源巖樣品整體發(fā)育于微咸水-咸水的沉積環(huán)境[1]。烴源巖樣品的20R-C27/C29規(guī)則甾烷介于0.07~0.90之間,表現(xiàn)為C29規(guī)則甾烷優(yōu)勢,反映出梨樹斷陷烴源巖有機質類型主體為高等植物,存在明顯的水生生物輸入的特征。
從圖1可以看出,重排藿烷的含量在這些生油巖樣品中變化很大。來自SN65井、SN203井和SN92井等井的烴源巖樣品含有高-異常高的藿烷值達0.26~1.09)和C29Ts藿烷 (C29Ts/C29藿烷值達到0.23~1.75),其17α(H)-重排藿烷系列化合物碳數(shù)分布范圍為C27、C29~C35,分布模式與正常藿烷相似,其中含量最高,少數(shù)樣品含量要高于C30藿烷。而其余樣品 (如SN55井)的重排藿烷和C29Ts、Ts含量都較低,在m/z=191質量色譜圖中幾乎看不到重排藿烷。
圖1 梨樹斷陷典型烴源巖甾、萜烷質量色譜圖
烴源巖樣品的Ro為0.65%~1.27%,20S/ (20S+20R)-αααC29甾烷在0.4~0.6之間,說明樣品都已經進入成熟階段。將所有分析樣品的藿烷與對應的Ro、20S/ (20S+20R)-αααC29甾烷繪成相關圖 (圖2),結果顯示研究區(qū)內出現(xiàn)成熟度接近但內,相對豐度差異很大的現(xiàn)象,在Ro變化范圍藿烷沒有隨Ro增大而出現(xiàn)變大的趨勢 (圖2(a)),Ro在0.80%左右時即有低值又有高值出現(xiàn),甚至在Ro最大值處出現(xiàn)了低值,圖2(b)中也出現(xiàn)類似的現(xiàn)象,可見這類化合物的形成不完全取決于熱演化程度。但在圖2 (a)中也可注意到,在Ro大于0.80,20S/ (20S+20R)-αααC29甾烷大于0.45時,這個比值出現(xiàn)較多的高值,說明成熟度對重排藿烷的形成也起了一定的作用。
圖2 梨樹斷陷生油巖樣品中/C30藿烷與Ro 、20S/ (20S+20R)-αααC29甾烷相關圖
從沉積學角度來看,研究區(qū)K1sh與K1yc烴源巖主要發(fā)育于三角洲前緣和濱淺湖沉積環(huán)境,沉積水體表現(xiàn)為微咸水-咸水性質。梨樹斷陷含量較高的烴源巖都分布在濱淺湖環(huán)境,而含量較低的烴源巖分布在三角洲相沉積環(huán)境。Pr/Ph是目前判別環(huán)境較為有效的指標。從烴源巖樣品Pr/Ph與藿烷關系圖 (圖3 (a))中可以看出,低值在 Pr/Ph值為0~4.5之間都有分布,高值對應的Pr/Ph分布在0.8~1.3之間,而文獻 [11]報道的庫車凹陷陸相烴源巖中高對應 的 Pr/Ph 為 1.70~3.00,表明高的不一定出現(xiàn)在有著高Pr/Ph的烴源巖中。除此之外,來自SN65井、SN203井、SN92井的烴源巖沉積環(huán)境氧化還原性相似,且都發(fā)育在濱淺湖環(huán)境,但相對豐度相差較大,甚至還出現(xiàn)隨氧化性增強而減小的現(xiàn)象。不像一般所認為的那樣,氧化性越強重排藿烷越多,如發(fā)育于辮狀河三角洲前緣氧化性較強的SN22井和SN55井烴源巖樣品中含量就極低??梢娭嘏呸酵榈男纬刹煌耆沙练e環(huán)境的氧化還原性所控制。
圖3 梨樹斷陷烴源巖樣品Pr/Ph、伽馬蠟烷/C30藿烷與/C30藿烷關系圖
重排藿烷和伽馬蠟烷在生源和成因上并無直接的關系。伽馬蠟烷含量主要反映沉積水體的鹽度,但在一定程度上也能指示沉積環(huán)境的氧化還原性。圖3(b)中,伽馬蠟烷/C30藿烷與藿烷呈現(xiàn)一定的正相關關系,即出現(xiàn)還原性增強,含量反倒增加的現(xiàn)象,而形成機理表明強還原環(huán)境是不利于其形成的,再次表明環(huán)境的氧化還原性可能并不完全控制著的形成,而相對豐度隨伽馬蠟烷的這種變化可能是受水體鹽度的影響。
關于重排藿烷的生源,有的學者認為所有重排類藿烷與17α(H)-藿烷都來源于細菌藿烷前身物[1],有的學者認為相對豐度可能與陸源生物[3]、紅藻等生物有關[9]。
上面已經提到過,研究區(qū)烴源巖規(guī)則甾烷分布特征表明有機質類型主體為高等植物輸入,存在明顯的水生生物輸入的特征,結合研究區(qū)內烴源巖Pr/Ph 普 遍 較 低 (Pr/Ph 小 于1.50)的特征,故認為 20R-aaaC29甾烷優(yōu)勢可能與菌藻類低等生 物 輸 入 有 關[12]。圖 4 為SN203井不同深度烴源巖樣品的m/z=191的質量色譜圖,值得注意的是,含較高的SN203井2037.5m處烴源巖樣品中還有著較豐富的長鏈三環(huán)萜烷,而含量低的樣品中長鏈三環(huán)萜烷的含量也低,其余樣品也存在這一現(xiàn)象。三環(huán)萜烷系列尤其是其中的長鏈三環(huán)萜烷一般指示了低等生物藻類的貢獻[13]。研究中檢測出的三環(huán)萜烷分布特征,表明這些烴源巖形成與咸化環(huán)境下藻類貢獻有關。
圖4 梨樹斷陷SN203井不同深度烴源巖萜烷組成分布圖
為了探討長鏈三環(huán)萜烷與重排藿烷類化合物之間的聯(lián)系,將所有分析樣品的藿烷與對應的(C28+C29)三環(huán)萜烷/C29藿烷繪成相關圖 (圖5),可以看到,藿烷與 (C28+C29)三環(huán)萜烷/C29藿烷呈現(xiàn)很好的正相關關系,表明與長鏈三環(huán)萜烷可能有著相同的生源,它的形成與咸化環(huán)境下藻類貢獻有關。
1)梨樹斷陷烴源巖樣品Ro分布在0.66%~1.27%之間,都已經達到成熟階段。樣品的相對豐度并未隨著Ro的增加而增加,甚至成熟度相似的樣品含量差異顯著,表明這類化合物的形成不完全取決于熱演化程度。
圖5 梨樹斷陷烴源巖樣品 (C28+C29)三環(huán)萜烷/C29藿烷與/C30藿烷相關圖
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