高福紅,樊 馥,高紅梅

(吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130061)

孫吳 嘉蔭盆地太平林場(chǎng)組烴源巖生物標(biāo)志化合物地球化學(xué)特征

高福紅,樊 馥,高紅梅

(吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130061)

應(yīng)用氣相色譜和色譜 -質(zhì)譜等分析方法,對(duì)孫吳 -嘉蔭盆地太平林場(chǎng)組湖相暗色泥巖樣品的地球化學(xué)特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明:太平林場(chǎng)組烴源巖可溶烴含量已達(dá)到烴源巖標(biāo)準(zhǔn),族組分中可溶烴類含量高,飽/芳比值高,有機(jī)質(zhì)類型好;正構(gòu)烷烴及生物標(biāo)志化合物特征均反映了烴源巖具有未熟 -低熟特點(diǎn);烴源巖有機(jī)質(zhì)具有混合型母質(zhì)的特點(diǎn),菌藻類低等生物在成烴母質(zhì)中含量豐富;烴源巖沉積和保存于鹽度較高的還原 -弱還原環(huán)境,水體存在著化學(xué)成分分層,有利于有機(jī)質(zhì)的埋藏保存,可以為孫吳 -嘉蔭盆地的油氣生成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

孫吳 -嘉蔭盆地;早白堊世;烴源巖;生物標(biāo)志化合物

孫吳 -嘉蔭盆地位于黑龍江省北部孫吳、遜克和嘉蔭三縣境內(nèi),北隔黑龍江與俄羅斯的結(jié)雅 -布列雅為同一盆地,總面積為 55 000 km2,呈東西向展布,向南與松遼盆地相接,沉積地層以白堊系為主。該盆地在俄羅斯境內(nèi)石油地質(zhì)研究程度較高,并獲得工業(yè)油流,而在我國(guó)境內(nèi)目前僅開(kāi)展了古生物、地層、重磁和局部的地震勘探工作[1-4],對(duì)于石油地質(zhì)方面烴源巖的研究十分薄弱。大慶油田在上白堊統(tǒng)太平林場(chǎng)組野外暗色泥巖所夾砂巖中首次發(fā)現(xiàn)含油[5],說(shuō)明有機(jī)質(zhì)已成熟,并且發(fā)生過(guò)油氣的生成和運(yùn)移。太平林場(chǎng)組野外露頭的泥巖中,有機(jī)碳含量平均為 0.648%,干酪根類型為Ⅱ2型和Ⅲ型,鏡質(zhì)體反射率(Ro)平均值為 0.78%,為中—好級(jí)別烴源巖[6]。筆者對(duì)太平林場(chǎng)組野外露頭泥巖進(jìn)行氯仿瀝青“A”、族組分、飽和烴氣相色譜和生物標(biāo)志化合物進(jìn)行色譜 -質(zhì)譜分析,結(jié)合嘉D2井暗色泥巖樣品分析數(shù)據(jù),討論烴源巖可溶烴類的有機(jī)地球化學(xué)特征,為下一步油氣勘探提供依據(jù)。

1 樣品特征及分析條件

太平林場(chǎng)組剖面位于黑龍江省嘉蔭 -籮北公路4公里處,發(fā)育的巖石類型包括砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖和泥巖,并以暗色泥巖為主。泥巖累積厚度為 65 m,零星夾有砂巖透鏡體和菱鐵礦結(jié)核。剖面未見(jiàn)該層位頂?shù)?。在剖面中選取了 6個(gè)樣品進(jìn)行分析測(cè)試(圖 1)。嘉D2井分析資料由大慶研究院提供。

圖 1 太平林場(chǎng)組剖面柱狀圖及采樣位置Fig.1 Column of Taipingli ncang formation profile and sample location

樣品測(cè)試單位為北京中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院。飽和烴氣相色譜 GC分析儀器為美國(guó)HP-5890GC;色譜柱為彈性石英毛細(xì)柱OV-1,規(guī)格 30 m×0.22 mm;檢測(cè)器為氫火焰離子化檢測(cè)器,330℃。色譜 -質(zhì)譜(GC-MS)分析在英國(guó) FISONSMD800上進(jìn)行,色譜柱為HP-5MS色譜柱;進(jìn)樣口及接口溫度均為300℃。

2 氯仿瀝青“A”及族組分特征

樣品中氯仿瀝青“A”含量為0.0085%～0.0244%, 12個(gè)樣品平均值為0.014%。結(jié)合嘉 D2井測(cè)試數(shù)據(jù), 52個(gè)樣品平均值為 0.015%,已經(jīng)達(dá)到烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。飽和烴 +芳烴含量為 22.21%～59.19%,飽芳比值為 0.92～2.7,一般都大于 1,反映較好的有機(jī)質(zhì)類型。根據(jù)氯仿瀝青“A”含量及族組分特征可以看出太平林場(chǎng)組烴源巖較好,有機(jī)質(zhì)類型好,并具有低成熟的特點(diǎn)。

3 飽和烴氣相色譜特征

3.1 正構(gòu)烷烴分布特征

暗色泥巖樣品可溶烴中正構(gòu)烷烴表現(xiàn)為后高雙峰型(圖 2),碳數(shù)分布范圍較寬,從 C12到 C37,主峰碳為 C29,成熟度指標(biāo)奇偶優(yōu)勢(shì) (OEP)和碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI)分別為 1.48～3.82和 1.19～2.87,反映未熟 -低熟特征;w(C21-)/w(C22+)值為 0.39～0.59, w(C21+22)/w(C28+29)為 0.13～0.96,反映生源以陸生高等植物為主,又有低等水生生源貢獻(xiàn)的混合型母質(zhì)。嘉D2井太平林場(chǎng)組暗色泥巖樣品的OEP多在 1～1.2,對(duì)應(yīng) w(C21+22)/w(C28+29)>1,反映低碳數(shù)同系物的明顯優(yōu)勢(shì),說(shuō)明成烴母質(zhì)中以低等水生生物為主(表 1)。

表 1 烴源巖飽和烴分析數(shù)據(jù)Table 1 Analytical data of saturated hydrocarbon in source rocks

3.2 異戊二烯烴類分布特征

Peters K E等[7-8]認(rèn)為,w(Pr)/w(Ph)小于 0.8為強(qiáng)還原環(huán)境,0.8～3為還原環(huán)境,大于 3為氧化環(huán)境下陸源有機(jī)質(zhì)輸入。研究區(qū)露頭樣品 w(Pr)/ w(Ph)為 1.64～2,反應(yīng)暗色泥巖沉積和早成巖期是一般開(kāi)放的弱還原環(huán)境,可能接近沼澤環(huán)境;w (Pr)/w(nC17)和 w(Ph)/w(nC18)分別為 0.79～ 1.22和 0.46～1.27,說(shuō)明部分樣品發(fā)生了一定程度的降解。嘉D2井樣品w(Pr)/w(Ph)均小于 0.8,反應(yīng)了高鹽度強(qiáng)還原的環(huán)境特征。

4 生物標(biāo)志化合物特征

4.1 萜烷分布特征

太平林場(chǎng)組暗色泥巖生物標(biāo)志物色譜 -質(zhì)譜(GC-MS)分析檢測(cè)出明顯的藿烷系列 (五環(huán)三萜化合物)、三環(huán)萜烷和少量四環(huán)萜烷。其含量分布具有四環(huán)萜烷 <三環(huán)萜烷 <五環(huán)三萜烷的變化趨勢(shì)(圖 3)。

圖 2 烴源巖正構(gòu)烷烴分布Fig.2 D istribution ofn-pentane of source rocks

五環(huán)三萜烷多存在于陸相高等植物中,其中藿烷系列存在于細(xì)菌、蕨、苔蘚和藍(lán)綠藻中[9]。五環(huán)三萜烷含量豐富,碳數(shù)分布范圍為 27～36。樣品譜峰特征多表現(xiàn) C30藿烷優(yōu)勢(shì),個(gè)別 C30β β藿烷占優(yōu)勢(shì)。多數(shù)樣品檢測(cè)出含量較高的 C29β β,C30β β,C31β β,C32β β藿烷系列。大量沉積物和原油分析結(jié)果顯示,隨著溫度升高,分子構(gòu)型由β β向α β和β α型轉(zhuǎn)化,因此β β型生物藿烷被認(rèn)為只存在于未成熟烴源巖中[10]。上述檢測(cè)結(jié)果顯示測(cè)試烴源巖樣品大都為未熟烴源巖。

w(Ts)/w(Tm)小于 1是低熟烴源巖特征[7]。隨著成熟度增高,該比值升高。太平林場(chǎng)組烴源巖w(Ts)/w(Tm)大都小于 1,顯示未熟特點(diǎn),與β β藿烷分布相吻合。反映烴源巖成熟度的指標(biāo) C31w (22S)/w(22(S+R))隨著成熟度增加,萜烷 R結(jié)構(gòu)向 S型轉(zhuǎn)化,該比值變大[11]。太平林場(chǎng)組烴源巖該比值分布范圍為 0.23～0.53,反映樣品未熟—低熟特征(表 2)。

伽馬蠟烷的存在更多地反應(yīng)湖泊水體的化學(xué)分層情況[12]。樣品的 w(G)/w(C30H)為 0.1～0.12,個(gè)別極低,反映了太平林場(chǎng)組泥巖沉積時(shí)水體較為強(qiáng)烈的化學(xué)分層情況。

太平林場(chǎng)組暗色泥巖中 C24四環(huán)萜烷含量較低,為 0.13%～0.31%,它主要是五環(huán)三萜烷的生物降解或熱降解的產(chǎn)物,與藿烷類化合物共生[13],該標(biāo)志物的含量特征反映了成烴母質(zhì)中微生物生源的貢獻(xiàn)。研究表明,三環(huán)萜烷生源母質(zhì)的微生物不僅包含細(xì)菌,也包含藻類,可統(tǒng)稱為菌藻生源[14]。太平林場(chǎng)烴源巖三環(huán)萜烷含量較低,碳數(shù)分布較寬 (C19～C30),以 C21和 C23為主峰碳。大部分樣品檢測(cè)出C19,C20,C21且呈上升階梯狀分布。w(三環(huán) +四環(huán)萜烷)/w(C30H)變化范圍為 0.23～0.70,說(shuō)明菌藻類低等生物在成烴母質(zhì)中含量豐富(表 2)。

暗色泥巖中檢出的甾類化合物主要成分為規(guī)則甾烷,重排甾烷,其次為孕甾烷和升孕甾烷。其中規(guī) 則甾烷含量最高。

表 2 生物標(biāo)志化合物參數(shù)Table 2 Geochem ical parameters of biomarkers

圖 3 甾、萜烷質(zhì)量色譜圖Fig.3 Triterpane(m/z191)and sterane(m/z 217)chromatogram

C29w(α αS)/w(S+R)被認(rèn)為是受沉積環(huán)境和母源輸入影響很小的定量指標(biāo)[15]。太平林場(chǎng)組暗色泥巖該值為 0.15～0.38。C29w(β β)/w(α α+β β)為0.03～0.43。二者均反映有機(jī)質(zhì)為未熟—低熟。

孕甾烷和升孕甾烷含量代表水體的咸化程度,一般在咸化湖中含量豐富,也可以來(lái)源于甾烷類的水解[15]。該區(qū) w(孕 +升孕)/w(C27甾烷)為 0.04～0.15。重排甾烷的形成與黏土礦物的酸性催化作用有關(guān),并且它在高鹽環(huán)境的烴源巖和原油中含量少而在煤系地層中含量豐富[16]。在 w(Pr)/w(Ph) <0.5的強(qiáng)還原環(huán)境中,重排甾烷的形成受到抑制[17]。該區(qū) w(C27重排)/w(C27甾烷)為 0.27～0.44,重排甾烷含量較低,反映了鹽度較高的還原水體環(huán)境。該區(qū) w(孕 +升孕)/w(C27甾烷)及 w(C27重排)/w(C27甾烷)在剖面的變化情況來(lái)看,頂?shù)撞康柠}度稍低。

w(甾)/w(藿)在該區(qū)為 0.29～0.35,陸源類脂體具藿烷優(yōu)勢(shì),w(甾)/w(藿)反映生源母質(zhì)以陸源為主的混合母質(zhì)情況。規(guī)則甾烷α αRw(C27)/w (C29)為 0.34～0.857,α αRw(C28)/w(C29)為 0.37～0.745。樣品中規(guī)則甾烷 C27,C28,C29含量具有不對(duì)稱 V型 (w(C27)>w(C28)

5 結(jié) 論

(1)太平林場(chǎng)組烴源巖可溶烴含量已達(dá)到烴源巖標(biāo)準(zhǔn),族組分中可溶烴類含量高,飽/芳比值高,有機(jī)質(zhì)類型好。正構(gòu)烷烴及生物標(biāo)志化合物特征均反映了該區(qū)烴源巖具有未熟—低熟特點(diǎn)。

(2)太平林場(chǎng)組烴源巖具混合型母質(zhì)的特點(diǎn),菌藻類低等生物在成烴母質(zhì)中含量豐富。烴源巖沉積和保存于鹽度較高的還原 -弱還原的環(huán)境。水體存在著化學(xué)成分分層,有利于有機(jī)質(zhì)的埋藏保存。

(3)太平林場(chǎng)組烴源巖生源母質(zhì)具有生成未熟-低熟油的潛力,可以為孫吳 -嘉蔭盆地的油氣生成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

WAN Chuan-biao,L I U Ben-pei,Q I AO Xiu-yun,et al. The discovery of Balmeisporites and its significance of Taipinglinchang formation in Jiayin Basin,Heilongjiang [J].Acta Geologica Sinica,2004,78(1):1-6.

[6] 樊馥,高福紅,劉立,等.孫吳 -嘉蔭盆地上白堊統(tǒng)太平林場(chǎng)組烴源巖特征及評(píng)價(jià)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2007,37(5):919-923.

FAN Fu,GAO Fu-hong,L I U Li,et al.The characters and evaluation of source rocks of the Late Cretaceous in the Sunwu-Jiayin Basin,NE China[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2007,37(5):919-923.

[7] PETERS K E,MOLDOWAN J M.The biomarker guide: interpreting molecular fossils in petroleum and ancient sediments[M].New Jersey:Prentice Hall,1993.

[8] 苗建宇,周立發(fā),鄧?yán)?等.新疆北部中二疊統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)與沉積環(huán)境的關(guān)系 [J].地球化學(xué),2004,33 (6):551-660.

M I AO Jian-yu,ZHOU Li-fa,DENG Kun,et al.Organic matters from Middle Permian source rocks of northern Xinjiang and their relationshipswith sedimentary environments[J].Geochimica,2004,33(6):551-660.

[9] 徐偉民.石油地球化學(xué)在油氣勘探中的應(yīng)用 [M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社,1993:73-74.

[10] 任軍虎,王萬(wàn)春,康晏.有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)分析[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),2006,25(3):266-271.

REN Jun-hu,WANG Wan-chun,KANG Yan.The analysis of organic geochemistry indexes[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2006,25(3): 266-271.

[11] 許懷先,陳麗華,萬(wàn)玉金,等.石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:91-92.

[12] 張立平,黃第藩,廖志勤.伽馬蠟烷——水體分層的地球化學(xué)標(biāo)志[J].沉積學(xué)報(bào),1999,17(1):136-140.

ZHANGLi-ping,HUANGDi-fan,L I AO Zhi-qin.Gammacerane—geochemical indicator ofwater column stratification[J].Acta Sedimentologica Sinca,1999,17(1): 136-140.

[13] 王起琮,李文厚,趙靖舟,等.陜北地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)一段烴源巖生物標(biāo)志化合物特征[J].中國(guó)西部油氣地質(zhì),2006,2(2):194-198.

WANG Qi-cong,L IWen-hou,ZHAO Jing-zhou,et al. Characteristics of saturated hydrocarbon biomarkers of the source rocks in the member 1 of Yanchang formation,upper Triassic in Shanbei,China[J].West China Petroleum Geosciences,2006,2(2):194-198.

[1] 趙海濱,尹志剛,汪巖,等.黑龍江北部嘉蔭盆地中南部原劃新近系時(shí)代的重新厘定[J].地質(zhì)通報(bào),2006, 25(4):460-464.

ZHAO Hai-bin,YI N Zhi-gang,WANG Yan,et al.Redefinition of the original Neogene strata in the south-central Jiayin Basin,northern Heilongjiang,China[J].GeologicalBulletin of China,2006,25(4):460-464.

[2] 李罡.黑龍江省嘉蔭地區(qū)晚白堊世太平林場(chǎng)組的俞式鏈葉肢介[J].古生物學(xué)報(bào),2005,44(2):322-324.

L I Gang.Halysestheria yui from the nenjiangian taipinglinchang formation of Heilangjiang Province,China[J]. Acta Palaeontologica Sinica,2005,44(2):322-324.

[3] 喬秀云,孫躍武,萬(wàn)傳彪,等.孫吳 -嘉蔭盆地嘉 D1井孢粉地層學(xué)研究[J].世界地質(zhì),2005,24(1):11-17.

Q I AO Xiu-yun,SUN Yue-wu,WAN Chuan-biao,et al. Palynological stratigraphy of Jia D1well in Sunwu-Jiayin Basin[J].Global Geology,2005,24(1):11-17.

[4] 鄭玉龍,劉文龍,喬秀云.黑龍江孫吳 -嘉蔭盆地白堊紀(jì)孢粉組合及地層劃分對(duì)比 [J].地層學(xué)雜志,2005, 29(4):342-346.

ZHENG Yu-long,L I U Wen-long,Q I AO Xiu-yun.Cretaceous sporo-pollen assemblages in Sunwu-Jiayin Basin and their stratigraphic significance[J].Journal of Stratigraphy,2005,29(4):342-346.

[5] 萬(wàn)傳彪,劉本培,喬秀云,等.嘉蔭盆地太平林場(chǎng)組巴爾姆孢的發(fā)現(xiàn)及意義 [J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2004,78(1):1-6.

[14] 王鐵冠.生物標(biāo)志物地球化學(xué)研究 [M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1990.

[15] 王玉華,侯啟軍,孫德君,等.柴達(dá)木盆地北緣地區(qū)中新生代地層油氣生成與資源評(píng)價(jià)[M].北京:科學(xué)出版社,2004:257-267.

[16] DELEEUW JM,COX H C,YAN Grass G,et al.Limited double bond isomerisation and selective hydrogenation of steranes during early diagenesis[J].Geochimica et Cosmochi mica Acta,1989,53:903-909.

[17] 朱揚(yáng)明,張春明,張敏,等.沉積環(huán)境的氧化還原性對(duì)重排甾烷形成的作用 [J].沉積學(xué)報(bào),1997,15 (4):104-108.

ZHU Yang-ming,ZHANG Chun-ming,ZHANGMin,et al.The effect of oxidation-reduction nature of depositional enbironments on the formation of diasteranes[J]. Acta Sedimentologica Sinca,1997,15(4):104-108.

(編輯:徐會(huì)永)

Geochem ical characteristics of biomarkers of source rocks from Ta ipinglinchang formation in Sunwu-Jiayin Basin

GAO Fu-hong,FAN Fu,GAO Hong-mei
(College of Earth Science in Jilin University,Changchun130061,China)

The geochemical characteristicsof blackmudstone from the lacustrine facies in Taipinglinchang formation,Sunwu-Jiayin Basin were researched by gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometer.The results indicate that the content of soluble hydrocarbon in the black mudstone from Taipinglinchang formation has reached the source rocks standard, with high contentof soluble hydrocarbon in the group composition,high ratio of saturated/aromatic hydrocarbons and good organic type.The both properties of the n-pentane and the biomarkers demonstrate the characteristic of prematurity-low maturation of source rocks.The organic material of source rock possesses character of the mixed parentmaterial,with the rich content of thallophyte in the organic sources.The source rocks deposited and preserved in the reductive-weakly reductive circumstance with high salinity.Thewaterwith chemistry stratify is better for burial and preservation of organicmaterial,which can provide material foundation for the oil and gas forming in Sunwu-Jiayin Basin.

Sunwu-Jiayin Basin;Early Cretaceous;source rocks;biomarkers

TE 121.1

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.04.006

1673-5005(2010)04-0033-05

2010-01-08

國(guó)家油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)專項(xiàng)課題(XZ-2004-7)

高福紅(1963-),女(滿族),遼寧朝陽(yáng)人,副教授,博士,從事巖石學(xué)和油氣地球化學(xué)研究。