李曉海，孫求實(shí)，李文博，丁秋紅，陳樹(shù)旺，張 健，何大祥

1.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；2.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100

0 前言

秀水盆地位于松遼盆地外圍南部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，盆地在中生代早白堊世—晚白堊世發(fā)育大面積火山巖，是前人油氣勘探空白區(qū).2015年以來(lái)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)施的“松遼盆地外圍油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目在秀水盆地開(kāi)展了油氣地質(zhì)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)下白堊統(tǒng)義縣組發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖［1-6］，具有較高的油氣勘探前景，是秀水盆地最有利的油氣勘探層位.

松遼盆地外圍南部中小型斷陷盆地油氣關(guān)注的勘探目的層系主要集中在下白堊統(tǒng)九佛堂組、沙海組.由于該地區(qū)義縣組埋藏深度大，火山巖發(fā)育，物探資料品質(zhì)較差，鉆遇該套層位的鉆孔極少，對(duì)于義縣組烴源巖分布特征、有機(jī)地化特征的研究薄弱，特別是生物標(biāo)記化合物特征的研究更加有限.近年來(lái)，項(xiàng)目組為了調(diào)查秀水盆地下白堊統(tǒng)義縣組沉積充填序列，分析烴源巖特征，進(jìn)而評(píng)價(jià)盆地油氣資源前景，在秀水盆地部署實(shí)施了全井取心地質(zhì)調(diào)查井秀D1井、遼法地1井，獲得了盆地較為完整的義縣組巖心資料，為該區(qū)義縣組烴源巖的研究奠定了基礎(chǔ).

本文擬采用氣相色譜、氣相色譜－質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)秀D1井早白堊世義縣組烴源巖進(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，為松遼盆地外圍斷陷盆地群油氣勘探提供理論支撐.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

遼寧省北部秀水盆地是在海西期褶皺基底和前寒武紀(jì)基底上發(fā)育起來(lái)的中生代斷陷型盆地，面積近710 km2（圖1）.盆地內(nèi)部發(fā)育3個(gè)次一級(jí)凹陷：西部臥牛石凹陷、中部登仕堡子凹陷、南部東蛇山子凹陷［7-10］.秀D1井位于南部東蛇山子凹陷，該井為全井取心的地質(zhì)調(diào)查井，完鉆深度1 161.43 m.其地層層序?yàn)榈谒南?～48.5 m，下白堊統(tǒng)九佛堂組（K1j）48.5～346 m，下白堊統(tǒng)義縣組（K1y）346～1 161.43 m（未鉆穿）.遼法地1井位于中部登仕堡子凹陷，該井為全井取心的地質(zhì)調(diào)查井，完鉆深度1 800 m，其地層層序?yàn)榈谒南?～29.16 m，下白堊統(tǒng)義縣組29.16～1 800 m（未鉆穿）.

圖1 秀水盆地地質(zhì)圖Fig.1 Geological sketch map of Xiushui Basin

秀水盆地義縣組沉積巖段巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，夾細(xì)砂巖、中砂巖.鉆孔資料揭示沉積巖段厚度114～380 m.義縣組沉積巖段具有分布范圍廣、沉積厚度大、暗色泥巖發(fā)育的特征，烴源巖綜合評(píng)價(jià)為中等—好烴源巖，是油氣勘探的主要目的層段.

2 樣品采集與測(cè)試方法

本文37件樣品采自于秀水盆地秀D1井400～1 100 m義縣組井段.樣品磨碎至100目，用索氏抽提法萃取烴源巖中的可溶有機(jī)組分后，用正己烷脫去氯仿瀝青“A”中的瀝青質(zhì)，再采用柱色層分離法，把脫瀝青質(zhì)瀝青分成飽和烴、芳烴和非烴.飽和烴氣相色譜用HP6890氣相色譜儀完成.進(jìn)樣溫度290℃，檢測(cè)器（FID）溫度300℃，HP－5石英彈性毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.32mm×0.25μm），載氣為氦氣.初溫60℃，恒溫5min，升溫速度為3℃/min，終溫290℃，恒溫20 min.飽和烴色譜－質(zhì)譜（GC－MS）由Agilent9575MSD色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀分析.實(shí)驗(yàn)條件：電子轟擊能量70 eV，離子源溫度230～250℃，傳輸線溫度250℃，光電倍增管電壓350 V，掃描方式為多離子檢測(cè).所有樣品分析均在長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.

3 烴源巖基礎(chǔ)地球化學(xué)特征

秀D1井義縣組井深346.00～1 161.43 m，沉積地層厚度380 m，其中暗色泥巖厚度170 m，最大單層厚度22 m，泥地比為44.74%.遼法地1井義縣組沉積地層厚度280 m，其中暗色泥巖厚度128 m，最大單層厚度12 m，泥地比為45.71%.

秀D1井早白堊世義縣組烴源巖按照埋深變化可以分為3段，自上而下：義縣組上部烴源巖埋深為400～550 m，義縣組中部烴源巖埋深為650～830 m，義縣組下部烴源巖段埋深為1 000～1 100 m.

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

秀D1井義縣組烴源巖TOC為0.27%～2.8%，平均為1.36%.遼法地1井義縣組烴源巖TOC為1.37%～8.61%，平均為3.7%［8-9］.參照SY/T5735—1995烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)［11］，說(shuō)明秀水盆地義縣組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，主要為中等—好烴源巖.

3.2 有機(jī)質(zhì)成熟度

鏡質(zhì)組反射率（Ro）隨熱演化程度的升高而增大，具有相對(duì)廣泛、穩(wěn)定的可比性，是烴源巖評(píng)價(jià)應(yīng)用最廣泛、最權(quán)威的指標(biāo).

秀D1井早白堊世義縣組烴源巖鏡質(zhì)組反射率為0.57%～1.47%，平均為0.87%；遼法地1井早白堊世義縣組烴源巖鏡質(zhì)組反射率為1.08%～1.20%，平均為1.12%［8-9］，指示義縣組烴源巖處于成熟的熱演化階段.

4 生物標(biāo)志物特征

4.1 類異戊二烯烴特征

類異戊二烯烷烴是一類能指示有機(jī)質(zhì)生源和沉積成巖環(huán)境的生物標(biāo)志化合物［12-13］，其中姥鮫烷（Pr-Pristane）和植烷（Ph-Phytane）具有結(jié)構(gòu)上的相對(duì)穩(wěn)定性和較高的含量，因此常用來(lái)作為指示沉積環(huán)境的標(biāo)志化合物［14］.一般在強(qiáng)還原環(huán)境下以形成植烷為主，在弱氧化環(huán)境下以形成姥鮫烷為主.Pr/Ph小于0.5指示強(qiáng)還原性膏鹽沉積環(huán)境，0.5～1.0指示還原環(huán)境，1.0～2.0指示弱還原—弱氧化環(huán)境，大于2.0者見(jiàn)于偏氧化性環(huán)境［15］.

從秀D1井烴源巖樣品Pr/Ph隨深度變化圖（圖2）可以看出，義縣組3層烴源巖均體現(xiàn)出Pr/Ph介于0.5～1.0之間的特征，指示還原環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)的保存.烴源巖中Pr/nC17與Ph/nC18的相互關(guān)系可以用來(lái)判斷生油母質(zhì)的原始類型和沉積環(huán)境的氧化還原性［16］.由Pr/nC17與Ph/nC18關(guān)系（圖3）可知，秀D1井義縣組3層烴源巖主體分布在Ⅱ1型的范圍.

圖2 秀D1井義縣組烴源巖Pr/Ph隨深度變化圖Fig.2 Variation diagram of Pr/Ph with depth for source rocks of Yixian Formation in XD1 well

圖3 秀D1井義縣組烴源巖Pr/n C17－Ph/n C18相關(guān)關(guān)系圖Fig.3 The Pr/n C17-Ph/n C18 correlation diagram of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

4.2 三環(huán)萜烷和四環(huán)三萜烷特征

三環(huán)萜烷廣泛分布于石油和沉積有機(jī)質(zhì)中，可能來(lái)源于原生動(dòng)物的細(xì)胞膜，同時(shí)藻類也可能是其來(lái)源.此外，也有證據(jù)表明C19和C20三環(huán)萜烷可能來(lái)自高等植物.一般而言，來(lái)自海相烴源巖有機(jī)質(zhì)的原油，以C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢(shì)，而陸源有機(jī)質(zhì)成因原油的C19和C20三環(huán)萜烷更豐富些.來(lái)自碳酸鹽巖的石油和沉積有機(jī)質(zhì)，C26以上三環(huán)萜烷豐度較低，而來(lái)自其他環(huán)境的原油和沉積有機(jī)質(zhì)中C26～C30與C19～C25豐度大致相近.C24四環(huán)萜烷與三環(huán)萜烷的相對(duì)含量與源巖沉積環(huán)境相關(guān)，一般而言，來(lái)自陸源有機(jī)質(zhì)的源巖和相關(guān)原油的原油中，具有相對(duì)較高的C24四環(huán)萜烷［17］.

秀D1井義縣組烴源巖樣品中的三環(huán)萜烷含量普遍較低，該系列化合物主峰高度不足C30藿烷峰高的三分之一.對(duì)比發(fā)現(xiàn)3層烴源巖略有差異，義縣組中部、義縣組下部烴源巖呈現(xiàn)出C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢(shì)且具有較高的三環(huán)萜烷/藿烷的特征（圖4）.義縣組上部烴源巖（C20＋C21）/（C23＋C24）三環(huán)萜烷為0.85～5.06，平均為1.73，C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷0.51～2.25，平均為0.88.義縣組中部烴源巖（C20＋C21）/（C23＋C24）三環(huán)萜烷為0.66～4.76，平均為1.78，C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷0.38～0.96，平均為0.56.義縣組下部烴源巖（C20＋C21）/（C23＋C24）三環(huán)萜烷為0.83～1.37，平均為1.06，C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷0.41～0.7，平均為0.54.以上特征表現(xiàn)出烴源巖為湖相沉積環(huán)境.

圖4 秀D1井義縣組烴源巖三環(huán)萜烷和四環(huán)三萜烷參數(shù)關(guān)系圖Fig.4 Characteristics of tricyclic terpane and tetracyclic triterpene in source rocks from Yixian Formation in XD1 well

4.3 五環(huán)三萜烷特征

五環(huán)三萜烷系列分為藿烷系列與非藿烷系列兩大類.藿烷類化合物主要來(lái)源于原核生物或細(xì)菌，細(xì)菌藿四醇是藿烷類化合物的前身，在原油和烴源巖中普遍存在，通常具完整系列，是一種分布廣泛且對(duì)地球化學(xué)影響重大的生物標(biāo)志化合物，其分布和組成特征不僅可指示烴源巖形成的沉積環(huán)境的性質(zhì)，還可指示有機(jī)質(zhì)的來(lái)源和成熟度；非藿烷系列以伽馬蠟烷為主，伽馬蠟烷是異常鹽度或穩(wěn)定水體分層的標(biāo)志，也被認(rèn)為是咸水還原環(huán)境的標(biāo)志物［16，18-19］.

秀D1井義縣組烴源巖樣品都含有豐富的藿烷系列化合物，在相對(duì)含量上顯著高于三環(huán)萜烷和甾烷系列，但藿烷的碳數(shù)分布在這些烴源巖中有較大的變化.義縣組烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷為0.05～0.41，上層烴源巖比值較低，中、下層烴源巖比值波動(dòng)較大，呈現(xiàn)高低交替變化特點(diǎn).義縣組上層烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷為0.07～0.23，平均為0.14.義縣組中層烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.05～0.4，平均為0.23.義縣組下層烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷為0.05～0.41，平均為0.19.以上特征指示了強(qiáng)還原性沉積環(huán)境，并且烴源巖沉積時(shí)水體的鹽度較低以及可能存在水體鹽度分層的特征.

Ts/Tm（18αH－22，29，30－三降藿烷/17αH－22，29，30－三降藿烷）隨成熟度增加而增加，Ts/Tm與生源有關(guān)，因而常用于相同沉積環(huán)境條件下成熟度的評(píng)判.義縣組上層烴源巖Ts/Tm為0.45～1，平均為0.70.義縣組中層烴源巖Ts/Tm為0.66～1.82，平均為1.08.義縣組下層烴源巖Ts/Tm為0.75～1.59，平均為0.97（圖5）（表1）.以上特征表明烴源巖均處于低成熟—成熟演化階段，并且義縣組中、下部烴源巖成熟度較義縣組上部高.

圖5 秀D1井義縣組烴源巖Ts/Tm－G/C30H相關(guān)關(guān)系圖Fig.5 The Ts/Tm-G/C30H correlation diagram of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

C31αβ22S/（22S＋22R）比值為藿烷中應(yīng)用最廣泛的評(píng)價(jià)成熟度的參數(shù)，義縣組上層烴源巖該比值為0.55～0.58，平均為0.56；義縣組中層烴源巖該比值為0.41～0.62，平均為0.57；義縣組下層烴源巖該比值為0.56～0.6，平均為0.58（表1）.3層烴源巖比值，也指示義縣組烴源巖成熟度相對(duì)較高，這與烴源巖樣品鏡質(zhì)體反射率測(cè)定結(jié)果處于成熟階段一致［8-9］.

表1 秀水盆地秀D1井下白堊統(tǒng)義縣組烴源巖生物標(biāo)志物化合物參數(shù)表Table1 Biomarker compound parametersof sourcerocksfrom the Lower Cretaceous Yixian Formation in XD1 well，Xiushui Basin

4.4 甾類化合物特征

甾烷是廣泛分布于真核生物細(xì)胞壁中的甾醇、甾酮以及甾酸等前身物經(jīng)過(guò)成巖作用形成的四環(huán)化合物.甾烷化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且抗生物降解能力強(qiáng)，在沉積物中能較好地保存，蘊(yùn)含較豐富的有機(jī)質(zhì)來(lái)源、沉積環(huán)境以及成熟度等信息.一般認(rèn)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［20］.

根據(jù)C27αααR甾烷、C28αααR甾烷、C29αααR甾烷三角圖（圖6）可以看出義縣組上部烴源巖樣品都是C29αααR甾烷占據(jù)優(yōu)勢(shì)，表明以陸源高等植物輸入為主同時(shí)也伴有水生生物的貢獻(xiàn)，而義縣組中部及下部烴源巖則是C27αααR甾烷占據(jù)優(yōu)勢(shì)，指示水生生物貢獻(xiàn)大，同時(shí)也伴有高等植物的輸入.判斷義縣組烴源巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源應(yīng)為低等水生生物和陸生高等植物的混合來(lái)源，對(duì)應(yīng)有機(jī)質(zhì)類型為II型.

圖6 秀D1井義縣組烴源巖C27－C28－C29規(guī)則甾烷系列化合物三角圖Fig.6 The C27-C28-C29 ternary diagram of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

規(guī)則甾烷在成巖演化過(guò)程中存在由不穩(wěn)定的生物構(gòu)型向穩(wěn)定的熱力學(xué)構(gòu)型轉(zhuǎn)化的趨勢(shì).如20R構(gòu)型向20S構(gòu)型轉(zhuǎn)化，14α、17α構(gòu)型向14β、17β轉(zhuǎn)化等，因此利用各對(duì)異構(gòu)體比值可以獲得原油和烴源巖成巖成熟度的信息.Mackenzie等最早提出用C2920S/（20S＋20R）和C29ββ/（ββ＋αα）兩個(gè)參數(shù)來(lái)計(jì)算烴源巖和原油的成熟度.從圖7可以看出義縣組3層烴源巖樣品主要落在成熟的范圍內(nèi).

圖7 秀D1井義縣組烴源巖甾烷成熟度參數(shù)相關(guān)圖Fig.7 Correlation diagram for sterane maturity parameters of source rocks from Yixian Formation in XD1 well

5 結(jié)論

（1）秀水盆地下白堊統(tǒng)義縣組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，主要為中等—好烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為II型，處于成熟演化階段，具有較好的油氣潛力.

（2）秀水盆地秀D1井義縣組烴源巖Pr/Ph主要介于0.5～1.0之間的特征，指示還原環(huán)境；3層烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.05～0.41，上層烴源巖比值較低，中、下層烴源巖比值波動(dòng)較大，呈現(xiàn)高低交替變化特點(diǎn)，指示了強(qiáng)還原性沉積環(huán)境，并且烴源巖沉積時(shí)水體的鹽度較低以及可能存在的水體鹽度分層的特征；Ts/Tm比值為0.45～1.82，C31αβ22S/（22S＋22R）比值為0.41～0.62，表明烴源巖均處于低成熟—成熟演化階段，并且義縣組中、下部烴源巖成熟度較義縣組上部高.

（3）Pr/nC17、Ph/nC18關(guān)系表明有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型；（C20＋C21）/（C23＋C24）三環(huán)萜烷為0.66～5.06，C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷為0.38～2.25，指示烴源巖為湖相沉積環(huán)境；C27、C28和C29ααα20R規(guī)則甾烷關(guān)系反映有機(jī)質(zhì)來(lái)源應(yīng)為低等水生生物和陸生高等植物的混合來(lái)源.