陳玲玲 ，孟慶濤 ，劉招君，徐銀波 ，孫平昌，王克兵

（1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061；2.吉林省油頁(yè)巖與共生能源礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130061；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 油氣資源調(diào)查中心，北京 100083）

隨著能源需求日益增長(zhǎng)，尋找多能源共存盆地并 綜合研究利用越來(lái)越受到人們的重視[1]。許多沉積型盆地中發(fā)現(xiàn)了煤與油頁(yè)巖共生現(xiàn)象[2]，且油頁(yè)巖作為油氣的補(bǔ)充能源，其利用價(jià)值相對(duì)較高。煤和油頁(yè)巖都是地殼中存在的可燃有機(jī)巖，由復(fù)雜的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)混合組成[3-4]。而含煤地層油頁(yè)巖與單獨(dú)存在的油頁(yè)巖在形成環(huán)境上是有所差異的，含煤地層油頁(yè)巖的主要形成環(huán)境為淺水湖泊沼澤環(huán)境，原始有機(jī)質(zhì)以陸生高等植物為主，低等植物菌藻類次之；單獨(dú)存在的油頁(yè)巖則一般形成于半深湖—深湖環(huán)境，有機(jī)質(zhì)主要由藻類及低等水生生物遺骸或少量高等植物殘?bào)w組成[1，3]。研究發(fā)現(xiàn)，在煤與油頁(yè)巖共生組合中，靠近煤層的油頁(yè)巖中高等植物含量較高，同樣，靠近油頁(yè)巖的煤層中，低等植物的含量也較高，表現(xiàn)為富氫化，反映了煤與油頁(yè)巖之間的轉(zhuǎn)換過(guò)渡狀態(tài)[5]。因此，這兩種礦產(chǎn)在有機(jī)質(zhì)成因上既有差異，又有相同點(diǎn)，而在沉積環(huán)境上的差異較大。

柴達(dá)木盆地是中國(guó)西部大型含油氣盆地，中—新生界沉積了厚達(dá)上萬(wàn)米的陸相地層。盆地北緣侏羅系油頁(yè)巖與煤廣泛發(fā)育，生烴條件良好[6]。前人對(duì)柴達(dá)木盆地北緣?mèng)~卡、紅山和德令哈等地區(qū)油頁(yè)巖研究較多[2]，但對(duì)團(tuán)魚山地區(qū)的研究相對(duì)滯后，勘探程度較低。團(tuán)魚山地區(qū)中侏羅統(tǒng)石門溝組煤與油頁(yè)巖共生，因此本文以石門溝組含煤段為目的層，對(duì)比分析煤與油頁(yè)巖的有機(jī)地球化學(xué)特征，研究其有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源和沉積水體的差異，為今后對(duì)該地區(qū)油頁(yè)巖資源潛力評(píng)價(jià)和煤與油頁(yè)巖的綜合開發(fā)利用提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地位于青藏高原的東北部，是中國(guó)西部最大的內(nèi)陸盆地[6-9]。柴北緣位于柴達(dá)木盆地的東北部，屬于一級(jí)構(gòu)造單元，東西長(zhǎng)約440 km，南北寬約65 km，面積約34 000 km2，并由多個(gè)凹陷和構(gòu)造帶組成。柴北緣在祁連山、昆侖山和阿爾金山的共同作用下，發(fā)育了較復(fù)雜的凹陷和斷裂體系[7]；斷裂主要包括控制盆地演化發(fā)展的賽南斷裂和宗務(wù)隆南斷裂等一級(jí)斷裂；控制盆地內(nèi)隆坳格局及決定構(gòu)造帶展布方向的鄂東斷裂、冷北1斷裂、馬仙斷裂、陵間斷裂、埃北斷裂、埃南斷裂、歐北斷裂和歐南斷裂等二級(jí)斷裂；控制局部構(gòu)造和形態(tài)的冷七斷裂和葫南斷裂等三級(jí)斷裂（圖1）[8-9]。這些斷裂及凹陷共同控制了沉積相的展布及多種能源的共生組合與分布。

圖1 柴北緣斷裂分布及研究區(qū)位置（據(jù)參考文獻(xiàn)［8］）

團(tuán)魚山位于柴北緣西北部拗褶帶內(nèi)，賽什騰山南麓結(jié)綠素煤礦以北10 km處（圖1）。柴北緣中侏羅統(tǒng)石門溝組含煤段是煤與油頁(yè)巖共生的主要賦存層位，即本文研究目的層位。石門溝組分為下部含煤段和上部頁(yè)巖段。下部含煤段以灰白色中粗砂巖、細(xì)砂巖、灰色泥巖和灰黑色碳質(zhì)泥巖沉積為主，夾薄煤層，數(shù)層灰黑—深灰色薄層油頁(yè)巖多作為煤層的頂?shù)装?，其有機(jī)質(zhì)豐度較高，為三角洲—湖沼相沉積。上部頁(yè)巖段底部發(fā)育灰白色細(xì)砂巖和灰綠色泥巖，中部發(fā)育灰黑色含鈣質(zhì)條帶油頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)豐度中等，頂部主要發(fā)育深灰色泥巖和灰色粉砂巖，為一套淺湖—半深湖相沉積。研究區(qū)油頁(yè)巖整體呈灰黑色—深灰色，水平層理較為發(fā)育，部分發(fā)育塊狀構(gòu)造，且見鈣質(zhì)條帶及少量植物莖干化石；而煤呈灰黑—黑色，半暗—半亮煤為主，具有棱角狀、參差狀斷口，發(fā)育層狀或塊狀構(gòu)造。

2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)測(cè)試

研究區(qū)樣品取自柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)QD-2井石門溝組含煤段煤與油頁(yè)巖比較集中的上部和中部，取樣井段為30～270 m，其樣品主要巖性為黑色煤和深灰—灰黑色油頁(yè)巖，共取10個(gè)點(diǎn)樣進(jìn)行測(cè)試分析（圖2）。巖石熱解、總有機(jī)碳、工業(yè)分析、含油率和發(fā)熱量等測(cè)試在吉林大學(xué)吉林省油頁(yè)巖與共生能源礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。挑選5個(gè)具有代表性樣品開展了鏡質(zhì)體反射率和GC-MS測(cè)試，實(shí)驗(yàn)在奧地利萊奧本礦業(yè)大學(xué)有機(jī)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。其中樣品含油率測(cè)試采用低溫干餾法（SH/T 0508—1992），檢測(cè)方法主要依據(jù)ASTMD3904加溫模式實(shí)行。工業(yè)分析測(cè)試主要使用XL-2000馬弗爐和101-2E電熱鼓風(fēng)干燥箱，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》。發(fā)熱量測(cè)試使用SDC5015量熱儀，測(cè)試依據(jù)GB/T 213—2008《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》?？傆袡C(jī)碳測(cè)試使用Leco CS230碳硫儀完成該測(cè)試分析，CS230使用高頻感應(yīng)爐，經(jīng)紅外檢測(cè)器檢測(cè)出總有機(jī)碳含量，測(cè)試方法主要依據(jù)GB/T 19145—2003《沉積巖中總有機(jī)碳的測(cè)定方法》進(jìn)行。巖石熱解主要使用Rock-Eval6熱解儀完成該測(cè)試分析。生物標(biāo)志化合物測(cè)定較為復(fù)雜，主要分為有機(jī)質(zhì)抽提、有機(jī)質(zhì)分離及生物標(biāo)志化合物測(cè)定3個(gè)步驟，有機(jī)質(zhì)抽提使用D.ASE200加速溶解抽提儀，生物標(biāo)志化合物測(cè)定由Agilent7890GC等離子質(zhì)譜儀完成。

圖2 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)QD-2井石門溝組取樣位置及測(cè)試分析結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 工業(yè)品質(zhì)特征

3.1.1 灰分和有機(jī)碳

灰分含量是區(qū)別油頁(yè)巖和煤的關(guān)鍵指標(biāo)，煤的灰分含量一般小于40%，油頁(yè)巖灰分含量一般大于40%[10].研究區(qū)樣品灰分含量為15.79%～81.88%，總有機(jī)碳含量（CTOC）較高，為9.01%～54.5%.本文依據(jù)以上兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)研究區(qū)煤與油頁(yè)巖進(jìn)行了劃分，即低灰分含量（15.79%～33.91%）和高總有機(jī)碳含量（48.94%～54.50%）的巖石稱為煤；而高灰分含量（52.08%～81.88%）和低總有機(jī)碳含量（9.01%～29.29%），且含油率大于3.5%的巖石稱為油頁(yè)巖?；曳趾渴呛饬坑晚?yè)巖品質(zhì)的重要參數(shù)，灰分含量越低，總有機(jī)碳含量越高。研究區(qū)油頁(yè)巖灰分含量與總有機(jī)碳含量具有極好的負(fù)相關(guān)性；而煤的總有機(jī)碳含量很高，但灰分含量與總有機(jī)碳含量相關(guān)性較差（圖3a）。研究區(qū)油頁(yè)巖和煤的平均灰分含量分別為66.59%和24.45%，因此油頁(yè)巖為高灰分含量油頁(yè)巖，而煤的灰分含量較低，品質(zhì)較好。

3.1.2 揮發(fā)分和水分

研究區(qū)煤的揮發(fā)分含量為28.20%～35.64%，平均為30.67%.油頁(yè)巖揮發(fā)分含量為14.12%～23.29%，平均為18.33%.從圖3a，圖3b可看出樣品總有機(jī)碳含量越高、灰分含量越低，其揮發(fā)分含量就越高，揮發(fā)分含量與總有機(jī)碳含量呈正相關(guān)。因此，揮發(fā)分含量也可作為間接評(píng)價(jià)煤與油頁(yè)巖工業(yè)品質(zhì)的指標(biāo)。揮發(fā)分含量隨煤化程度升高而降低的規(guī)律性十分明顯，可以初步估計(jì)煤的種類和化學(xué)性質(zhì)[11]。研究區(qū)油頁(yè)巖揮發(fā)分含量較高，品質(zhì)中等，而煤的揮發(fā)分含量比油頁(yè)巖高，屬于煤化程度較低的褐煤。

水分對(duì)煤與油頁(yè)巖的加工利用有較大影響，水分含量越高，則加工時(shí)蒸發(fā)水分消耗的熱量越大，因而降低油頁(yè)巖與煤的發(fā)熱量[12]，且隨煤變質(zhì)程度的降低，水分對(duì)發(fā)熱量的影響逐漸增大[13]。研究區(qū)油頁(yè)巖水分含量為1.37%～4.39%，平均為2.89%；煤的水分含量為4.29%～6.68%，平均為5.12%.煤的水分含量高于油頁(yè)巖，因而在工業(yè)加工時(shí)煤受水分的影響高于油頁(yè)巖。

圖3 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖樣品工業(yè)品質(zhì)參數(shù)與總有機(jī)碳含量關(guān)系

3.1.3 發(fā)熱量和含油率

發(fā)熱量是評(píng)價(jià)油頁(yè)巖與煤作為工業(yè)燃料價(jià)值的重要參數(shù)[10]。從圖2和圖3看出，油頁(yè)巖總有機(jī)碳含量越高、灰分含量越低，其發(fā)熱量越高、含油率也較高。由于煤與油頁(yè)巖的灰分主要為礦物質(zhì)分解后的產(chǎn)物，灰分含量越高，說(shuō)明礦物質(zhì)含量越高，隨之有機(jī)物含量就低，而可燃物質(zhì)中絕大部分為有機(jī)質(zhì)，所以有機(jī)質(zhì)含量越高，發(fā)熱量越高[14]。研究區(qū)TY2-9和TY2-28油頁(yè)巖樣品含油率較高，平均為7.51%，其余3個(gè)樣品含油率均低于5.00%（圖2），說(shuō)明研究區(qū)油頁(yè)巖總體上屬于低—中含油率油頁(yè)巖。油頁(yè)巖平均發(fā)熱量為6.96 MJ/kg，煤平均發(fā)熱量為22.78 MJ/kg，可知煤發(fā)熱量遠(yuǎn)高于油頁(yè)巖，因此，煤作為工業(yè)燃料價(jià)值較高，而油頁(yè)巖的價(jià)值相對(duì)較低，但可以考慮共同開發(fā)利用。

3.2 有機(jī)地球化學(xué)特征

3.2.1 總有機(jī)碳含量和巖石熱解特征

總有機(jī)碳含量分析（表1）表明，油頁(yè)巖的總有機(jī)碳含量變化范圍較大，為9.01%～29.29%，平均為18.59%.煤的總有機(jī)碳含量變化較小，為48.94%～54.50%，平均為51.78%，按中國(guó)西北地區(qū)煤系烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[3]，這些樣品均達(dá)到了中等—較好質(zhì)量的烴源巖。研究區(qū)油頁(yè)巖多作為煤層的頂?shù)装澹蚨拷簩拥挠晚?yè)巖的總有機(jī)碳含量也較高，這可能與高等植物的貢獻(xiàn)較多有關(guān)。

巖石熱解結(jié)果（表1）表明，研究區(qū)油頁(yè)巖生烴潛量（S1+S2）為12.73～40.90 mg/g，平均為30.79 mg/g，煤的生烴潛量（S1+S2）為53.31～109.73 mg/g，平均85.39 mg/g，煤的生烴潛量明顯高于油頁(yè)巖，且煤與油頁(yè)巖均表現(xiàn)出生烴潛量隨總有機(jī)碳含量升高而增大的趨勢(shì)（圖2）。研究區(qū)油頁(yè)巖氫指數(shù)（IH）為128.41～288.38 mg/g，平均為174.90 mg/g.煤的氫指數(shù)（IH）為106.39～209.76 mg/g，平均為163.06 mg/g.熱解峰溫（Tmax）較為集中，煤與油頁(yè)巖熱解峰溫均為419.0～429.5℃，平均為422.4℃，表明石門溝組煤與油頁(yè)巖樣品均處于未成熟熱演化階段[15]。本文利用 IH—Tmax和S2—CTOC關(guān)系圖（圖4）來(lái)判別有機(jī)質(zhì)類型，可以看出研究區(qū)煤與油頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)類型較一致，均為Ⅲ型。

表1 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖總有機(jī)碳與巖石熱解數(shù)據(jù)

圖4 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)IH—Tmax和S2—CTOC有機(jī)質(zhì)類型判別（底圖據(jù)文獻(xiàn)［29］修改）

3.2.2 生物標(biāo)志化合物特征

生物標(biāo)志化合物是指沉積有機(jī)質(zhì)或礦物燃料（如原油和煤）中那些來(lái)源于生物體，在有機(jī)質(zhì)的演化過(guò)程中具有一定的穩(wěn)定性，沒(méi)有或較少發(fā)生變化，基本保存了原始生化組分的碳骨架，記載了原始生物母質(zhì)的特殊分子結(jié)構(gòu)信息的有機(jī)化合物[10，15-16]。具有特殊的標(biāo)志作用[17]，主要用于判斷有機(jī)質(zhì)的生物來(lái)源和類型、熱演化程度及沉積環(huán)境[18]。

（1）族組成 團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖樣品進(jìn)行有機(jī)質(zhì)抽提，其油頁(yè)巖樣品有機(jī)質(zhì)含量為10.0～11.0 mg/g，平均為10.5 mg/g；而煤樣品有機(jī)質(zhì)含量為19.0～31.0 mg/g，平均為24.0 mg/g，可知煤的抽提有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)大于油頁(yè)巖。油頁(yè)巖與煤抽提有機(jī)質(zhì)組成主要為飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，飽和烴+芳烴含量相對(duì)較低，為20%～33%，遠(yuǎn)低于非烴+瀝青質(zhì)（67%～80%）（表2），飽和烴與芳烴比，除TY2-9煤樣品為1.30外，其余樣品均為0.33～0.62，平均為0.47，芳烴相對(duì)含量占優(yōu)勢(shì)，可能與有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為陸生高等植物有關(guān)，但也不能排除氧化條件下細(xì)菌對(duì)有機(jī)質(zhì)的改造作用[19]。除此之外均檢測(cè)出較高含量的瀝青質(zhì)組分，是未成熟有機(jī)質(zhì)的特征[18]。

表2 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖抽提有機(jī)質(zhì)各組分含量 %

（2）正構(gòu)烷烴及類異戊二烯烷烴 飽和烴氣相色譜顯示，研究區(qū)煤與油頁(yè)巖樣品均檢測(cè)出較完整的正構(gòu)烷烴nC15—nC31和類異戊二烯烷烴姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph）。正構(gòu)烷烴氣相色譜為單峰型，以后峰型為主，主峰碳為C25（圖5），以nC21—nC25中鏈和nC27—nC31長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴為主，nC15—nC19短鏈含量較少。煤的碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)（CPI）為3.37～3.92，油頁(yè)巖碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)為2.82～4.30，具明顯的奇碳優(yōu)勢(shì)，重?zé)N優(yōu)勢(shì)較大（表3）。

圖5 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖氣相色譜、質(zhì)量色譜圖

表3 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖正構(gòu)烷烴及類異戊二烯烴參數(shù)

油頁(yè)巖樣品Pr/Ph為2.67～2.76，平均為2.72；煤樣品Pr/Ph為4.38～7.21，平均為5.30，明顯高于油頁(yè)巖。煤的Pr/C17（2.76～2.91）明顯大于油頁(yè)巖（0.99～1.20）。

（3）甾類化合物 研究區(qū)含煤段煤與油頁(yè)巖樣品中甾類化合物保存較完整，主要檢測(cè)出規(guī)則甾烷（C27—C29）及相對(duì)較多的重排甾烷（C27—C29）。其中C27，C28和C29規(guī)則甾烷的相對(duì)含量分別為12%～22%，16%～22%和56%～71%（表4），特征表現(xiàn)為C29＞＞C28＞C27.在m/z217質(zhì)量色譜上均呈反“L”形分布（圖5）。重排甾烷/規(guī)則甾烷為0.30～1.10，平均為0.58.

表4 柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖甾類、萜類及芳烴類主要參數(shù)

（4）萜類化合物 萜類化合物也是沉積物中較常出現(xiàn)的生物標(biāo)志化合物。團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖中檢出了較豐富的藿烷和少量的二萜類及倍半萜類化合物。煤中藿烷含量為45.04～148.95 μg/g，而油頁(yè)巖中藿烷含量為17.14～55.18 μg/g，表明石門溝組有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境遭受過(guò)少量細(xì)菌的影響[15]，而煤受影響的程度高于油頁(yè)巖。二萜類及倍半萜類化合物指示有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源中有松柏類的貢獻(xiàn)[16]。

（5）芳烴類化合物 團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖芳烴含量極為豐富，并檢測(cè)出豐富的芳構(gòu)化倍半萜類和芳構(gòu)化二萜類化合物，以及少量的多環(huán)芳烴（PAHs）苯藿烷。煤樣品芳構(gòu)化倍半萜類化合物含量（123.27～180.16 μg/g）高于油頁(yè)巖樣品（121.22～131.94 μg/g）；而煤樣品芳構(gòu)化二萜類化合物含量（404.34～753.45 μg/g）也遠(yuǎn)高于油頁(yè)巖樣品（131.08～428.52 μg/g）。

4 討論

4.1 有機(jī)質(zhì)成熟度及煤品階

鏡質(zhì)體反射率（Ro）是判別煤與油頁(yè)巖成熟度最常用的指標(biāo)之一，也是判別煤階的最有效的方法[20]。團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖樣品鏡質(zhì)體反射率均小于0.5%，可知研究區(qū)煤處在未成熟階段，為低變質(zhì)作用的褐煤[3]。

熱解峰溫（Tmax）是指烴源巖中有機(jī)質(zhì)熱解烴（S2）的峰頂溫度，其數(shù)值的高低與有機(jī)質(zhì)熱演化程度密切相關(guān)[21]。故可作為評(píng)價(jià)樣品成熟度的有效指標(biāo)之一[22]。根據(jù)有機(jī)質(zhì)類型和熱解峰溫劃分有機(jī)質(zhì)成熟度[15]，研究區(qū)油頁(yè)巖與煤樣品有機(jī)質(zhì)類型均屬于Ⅲ型（圖4），熱解峰溫均小于430℃，處于未成熟熱演化階段，與鏡質(zhì)體反射率分析結(jié)果一致。

碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)可作為判斷有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)之一[17]，通常，有機(jī)質(zhì)成熟度越高，較高碳數(shù)的正烷烴裂解為低碳數(shù)正烷烴，奇偶優(yōu)勢(shì)便會(huì)逐漸消失[23]。因此，碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)越大，有機(jī)質(zhì)成熟度越低，碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)越接近1.0，有機(jī)質(zhì)成熟度越高。一般認(rèn)為，碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)大于1.2時(shí)，表明樣品處于未成熟度階段[15]。團(tuán)魚山煤與油頁(yè)巖樣品碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)為2.82～4.30，表明研究區(qū)樣品均處在未成熟階段。

藿烷系列中的C31αβ22S/C31αβ（22S+22R）也常作為研究母質(zhì)成熟度的指標(biāo)[24]。研究區(qū)煤與油頁(yè)巖樣品C31αβ22S/C31αβ（22S+22R）為0.14～0.22，平均為0.19（表4），遠(yuǎn)低于藿烷C31成熟作用導(dǎo)致的異構(gòu)化平衡值（0.60），表明研究區(qū)樣品均處在未成熟階段。上述研究結(jié)果顯示一致，均表明研究區(qū)煤與油頁(yè)巖處在未成熟階段。

4.2 有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源

正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布與組成特征能有效表征有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源信息[24]。一般認(rèn)為，低碳數(shù)正構(gòu)烷烴主要與細(xì)菌、藻類及低等浮游生物有關(guān)；而高碳數(shù)正構(gòu)烷烴則與高等植物有關(guān)；混合型有機(jī)質(zhì)則介于兩者之間[25]。研究區(qū)油頁(yè)巖和煤的正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布、峰型及主峰表征油頁(yè)巖和煤的母質(zhì)來(lái)源以陸生高等植物為主。

姥鮫烷與相鄰正構(gòu)烷烴之比Pr/nC17及植烷與其鄰正構(gòu)烷烴之比Ph/nC18，能較好地反映樣品的有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型、水體氧化還原性和有未遭受細(xì)菌改造等方面的信息[26]。一般遭受過(guò)細(xì)菌改造作用的樣品其姥鮫烷或植烷的相對(duì)豐度會(huì)高于其相鄰的正構(gòu)烷烴[26]。沼澤環(huán)境中，富氧的水體更容易發(fā)生高等植物纖維素和木質(zhì)素的細(xì)菌改造作用，出現(xiàn)較高的Pr/nC17[19].團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤樣品Pr/nC17為2.76～2.91，而油頁(yè)巖樣品為0.99～1.20，煤樣品顯示有機(jī)質(zhì)遭受較多的細(xì)菌改造作用。從Pr/nC17與Ph/nC18關(guān)系圖（圖6）可知，煤的陸生高等植物輸入十分豐富，是中國(guó)較典型的侏羅系陸源植物為主要來(lái)源的成煤環(huán)境樣品。油頁(yè)巖母質(zhì)同樣以陸生植物為主，含有少量水生生物。

圖6 研究區(qū)Pr/nC17與Ph/nC18關(guān)系（底圖據(jù)文獻(xiàn)［24］）

甾烷主要源于藻類、浮游動(dòng)植物和高等植物中的甾醇，但是在原核生物中罕見或不存在[24]。一般情況下，甾烷分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，不同碳數(shù)的甾烷之間很難發(fā)生相互轉(zhuǎn)化[27]。因此，甾類化合物常作為研究有機(jī)質(zhì)母源重要參數(shù)，不同生物來(lái)源有機(jī)質(zhì)中的規(guī)則甾烷含量不同[28]。一般以高等植物為有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源時(shí)C29規(guī)則甾烷占優(yōu)勢(shì)；以硅藻類和苔蘚植物為主要來(lái)源時(shí)C28規(guī)則甾烷占優(yōu)勢(shì)；而以水生浮游植物及海藻類為主要來(lái)源時(shí)C27規(guī)則甾烷占優(yōu)勢(shì)[21-25]。從圖7看出，研究區(qū)煤與油頁(yè)巖樣品均落在陸生植物為主的范圍內(nèi)，表明有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源主要為陸生植物。

圖7 研究區(qū)煤與油頁(yè)巖C27，C28，C29規(guī)則甾烷相對(duì)含量三角圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)［24］修改）

芳烴餾分的生物標(biāo)志化合物主要以倍半萜類（卡達(dá)烯）和二萜類（松香烷、西蒙內(nèi)莉烯及惹烯等）為主，其中卡達(dá)烯、惹烯和西蒙內(nèi)莉烯均為陸源高等植物的生物標(biāo)志化合物，而且主要為裸子植物中的松柏類[29]。因此石門溝組煤與油頁(yè)巖樣品有機(jī)質(zhì)主要以陸生高等植物中的松柏類為來(lái)源。綜上分析結(jié)果均一致。

4.3 沉積水體氧化還原性

氧化還原條件是判別沉積古環(huán)境的常用指標(biāo)之一。Pr/Ph能有效的指示沉積成巖古環(huán)境的水體氧化還原性及鹽度。高Pr/Ph（大于3.0）反映氧化條件下的陸源有機(jī)質(zhì)的輸入，而低Pr/Ph（小于1.0）反映強(qiáng)還原條件下的藻類及細(xì)菌等的輸入[16]。Pr/Ph在一定程度上受成熟度影響，早期隨成熟度而升高，因研究區(qū)樣品均處于未成熟階段，故成熟度影響可忽略不計(jì)[15]。研究區(qū)煤Pr/Ph平均值為5.30，表明成煤原始沉積環(huán)境氧化程度較高，水體較淺，為沼澤和湖泊交互相環(huán)境；油頁(yè)巖Pr/Ph平均值為2.72，屬于弱氧化的淺湖沉積。

重排甾烷的形成主要取決于沉積環(huán)境的氧化還原性。在強(qiáng)還原環(huán)境中不利于重排甾烷的形成，相反，當(dāng)沉積環(huán)境變?yōu)槿跹趸趸瘯r(shí)這些化合物容易形成[30]，因此，重排甾烷/規(guī)則甾烷也能反映古水體氧化還原性。研究區(qū)樣品重排甾烷/規(guī)則甾烷平均為0.58，表明水體為弱氧化—氧化環(huán)境。而且樣品中均未檢測(cè)出典型指示水體鹽度的伽馬蠟烷，表明煤與油頁(yè)巖沉積時(shí)，古水體均為淡水環(huán)境。

中國(guó)油頁(yè)巖以陸相沉積為主，從油頁(yè)巖的沉積環(huán)境角度，可分為坳陷湖成油頁(yè)巖、斷陷湖成油頁(yè)巖和斷陷湖泊—沼澤油頁(yè)巖；從油頁(yè)巖形成的水體性質(zhì)角度，可以劃分為淡水油頁(yè)巖和半咸水油頁(yè)巖[31]。石門溝組含煤段油頁(yè)巖形成于湖泊—沼澤環(huán)境，其單層厚度最大為1 m，累計(jì)厚度可達(dá)4 m，平均含油率為5.7%，具有低—中品質(zhì)、厚度較薄的特點(diǎn)。而通過(guò)前人研究可知，石門溝組頁(yè)巖段油頁(yè)巖是中國(guó)典型的斷陷盆地湖成油頁(yè)巖，其單層厚度最大為16 m，平均含油率為4.7%，具有低—中品質(zhì)、厚層、單獨(dú)存在的特征，水體為淡水的還原環(huán)境，油頁(yè)巖形成于淺湖—半深湖環(huán)境[32]。

文獻(xiàn)［10］研究表明，油頁(yè)巖的形成往往與盆地底層的缺氧環(huán)境與水體分層有關(guān)，而靜止、缺氧的分層深湖往往有利于有機(jī)質(zhì)的保存，形成厚層優(yōu)質(zhì)油頁(yè)巖。團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組頁(yè)巖段半深湖環(huán)境有利于優(yōu)質(zhì)油頁(yè)巖的沉積，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ型，有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為代表湖泊自身生產(chǎn)力的水生生物，且以水生藻類占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，生烴潛力較大[32]。而含煤段沉積水體較淺，變化頻繁，不利于有機(jī)質(zhì)的保存，且有機(jī)質(zhì)類型以陸生高等植物為主。這種沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)來(lái)源、類型上的差異導(dǎo)致柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組頁(yè)巖段油頁(yè)巖類型較好，生烴潛力較大；而含煤段油頁(yè)巖類型較差，生烴潛力一般，因此單獨(dú)開采的價(jià)值不高，可以考慮與煤共同開采利用。

5 結(jié)論

（1）柴北緣團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組含煤段煤與油頁(yè)巖共生，其油頁(yè)巖屬于低—中含油率、中發(fā)熱量和高灰分含量油頁(yè)巖；而煤屬于高發(fā)熱量、低灰分含量、低變質(zhì)的褐煤。煤與油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型均屬于Ⅲ型，處在未成熟熱演化階段。

（2）煤與油頁(yè)巖正構(gòu)烷烴呈前低后高單峰式分布；CPI均大于1；甾類化合物中C27，C28和C29規(guī)則甾烷的相對(duì)含量為 C29＞＞C28＞C27，重排甾烷/規(guī)則甾烷為0.30～1.10；萜類化合物主要為藿烷，未檢測(cè)出伽馬蠟烷；芳烴類化合物中檢測(cè)出大量的芳構(gòu)化倍半萜類和二萜類化合物。

（3）生物標(biāo)志化合物特征表明，團(tuán)魚山地區(qū)石門溝組煤與油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為陸生高等植物（裸子植物）。油頁(yè)巖形成于弱氧化的淡水淺湖環(huán)境，煤則形成于強(qiáng)氧化的淡水沼澤環(huán)境，研究區(qū)煤與油頁(yè)巖在有機(jī)質(zhì)類型及來(lái)源上差異較小，而在形成環(huán)境上有較大差異。