婁鵬程，苗忠英，施立志，阮壯，汪彪，徐其輝

1)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京，100083;2)自然資源部鹽湖資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100037;3)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京，100037

內(nèi)容提要: 下二疊統(tǒng)壽山溝組被視為二連盆地及其外圍古生界重要的生烴層位，但是針對(duì)該套地層的有機(jī)地球化學(xué)研究程度較低，前期采集的樣品多出露地表受風(fēng)化作用影響嚴(yán)重，井下巖芯樣品的有機(jī)地球化學(xué)研究還鮮有報(bào)道。本文以西烏旗地區(qū)MXD-1井下二疊統(tǒng)壽山溝組巖芯樣品為主要研究對(duì)象，通過分析有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、有機(jī)質(zhì)類型并結(jié)合有機(jī)分子地球化學(xué)特征，深入探討了壽山溝組細(xì)碎屑巖油氣資源潛力和古環(huán)境意義。研究結(jié)果表明: ① MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖總有機(jī)碳含量(TOC)介于0.26%～0.63%之間，平均值為0.41%；生烴潛量(S1+S2)介于0～0.81‰之間，平均值為0.04‰；鏡質(zhì)體反射率( Ro)介于3.85%～4.36%之間，平均值為4.10%；腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的相對(duì)含量分別為66%、18%、16%；② m/z 217質(zhì)量色譜圖上規(guī)則甾烷相對(duì)峰高呈“L”型，甾烷C27—C28—C29判別圖中C27甾烷具有明顯優(yōu)勢(shì)；③ Pr/Ph值分布在0.49～1.23之間，平均值為0.61；伽馬蠟烷指數(shù)為0.11～1.22，平均值為0.37；C23-三環(huán)萜烷的相對(duì)含量為0.24～1.40，平均值為0.73。結(jié)合已有的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果分析后認(rèn)為：研究區(qū)壽山溝組細(xì)碎屑巖主體沉積于半深海環(huán)境，水體鹽度較高、還原性強(qiáng)；有機(jī)物源具有陸生和水生雙重補(bǔ)給，有機(jī)質(zhì)主體屬于Ⅱ1型；所分析的樣品有機(jī)質(zhì)豐度較低、成熟度較高，但是從沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)類型的角度判識(shí)，西烏旗地區(qū)壽山溝組細(xì)碎屑巖在油氣勘查工作中是不容忽視的烴源巖，下一步研究工作需重點(diǎn)關(guān)注優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)理和有利分布區(qū)。

內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)位于二連盆地東南部邊緣，區(qū)域內(nèi)發(fā)育的石炭系—二疊系長期以來被視為二連盆地中—新生界沉積盆地的變質(zhì)褶皺基底而被油氣勘探工作所忽視。本文根據(jù)MXD-1井巖芯樣品的鏡質(zhì)體反射率并結(jié)合前人的相關(guān)研究(韓春元等，2011；張永生等，2011；公繁浩等，2013a)認(rèn)為：該區(qū)域的細(xì)碎屑巖僅局部發(fā)生接觸變質(zhì)和熱變質(zhì)，并沒有遭受區(qū)域變質(zhì)作用；烴源巖現(xiàn)今主體熱演化至高成熟階段，烴類產(chǎn)物應(yīng)以凝析油氣為主。因此針對(duì)該層系開展油氣資源基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查具有重要意義。

此外，在天山—興蒙構(gòu)造帶上，準(zhǔn)噶爾盆地(鞏書華等，2013)、三塘湖(Liu Bo et al.，2017,2018)和銀額盆地(盧進(jìn)才等，2010)都在石炭系—二疊系獲得了油氣勘查工作的突破。二連盆地石炭紀(jì)—二疊紀(jì)與上述盆地具有類似的構(gòu)造背景、沉積演化與沉積建造特征及相似的構(gòu)造改造歷程(盧進(jìn)才等，2018a)，但是，與之相關(guān)的油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作還在爭議中艱難前行。所以，取得的每一點(diǎn)新認(rèn)識(shí)都是該區(qū)油氣地質(zhì)調(diào)查工作向前邁進(jìn)的一大進(jìn)步。

本文擬重點(diǎn)分析西烏旗地區(qū)MXD-1井下二疊統(tǒng)壽山溝組巖芯樣品的有機(jī)地球化學(xué)特征，從中解析有機(jī)質(zhì)來源、保存環(huán)境以及油氣資源潛力等基礎(chǔ)油氣地質(zhì)問題，以期為實(shí)現(xiàn)二連盆地“新區(qū)新層系”的油氣勘探突破提供有益的參考，同時(shí)也為二疊系古環(huán)境重建提供新的資料。

圖1 二連盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?漆家福等，2015)Fig.1 The distribution of tectonic units in Erlian basin (from Qi Jiafu et al., 2015&)D1—馬尼特坳陷；D2—烏蘭察布坳陷；D3—烏尼特坳陷；D4—騰格爾坳陷；D5—川井坳陷；U1—巴音寶利格隆起；U2—東烏珠穆沁旗隆起；U3—蘇尼特隆起；U4—溫都爾廟隆起D1—Manite depression; D2—Wulanchabu depression; D3—Wunite depression; D4—Tengger depression; D5—Chuanjing depression; U1—Bayinbaolige uplif; U2—Dong Ujimqin uplift; U3—Sunite uplift; U4—Wenduer Temple uplift

1 地質(zhì)背景

二連盆地是由許多具有相似構(gòu)造發(fā)育史、分散的小型湖盆組成的中—新生代盆地群，盆地北部以巴音寶力格隆起為界，東界為大興安嶺隆起，南部邊界近陰山隆起區(qū)(費(fèi)寶生，2002；漆家福等，2015)。漆家福等(2015)按照我國石油天然氣行業(yè)的含油氣盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)(SY/T 5978-94)將二連盆地劃分為馬尼特、烏蘭察布、川井、烏尼特、騰格爾5個(gè)坳陷和巴音寶力格、東烏珠穆沁、蘇尼特、溫都爾廟4個(gè)隆起共計(jì)9個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。

二連盆地在內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)發(fā)育的二級(jí)構(gòu)造單元主要為烏尼特坳陷，區(qū)域構(gòu)造上位于華北板塊和西伯利亞板塊所夾持的興蒙造山帶(中亞構(gòu)造帶)東段(黃汲清等，1977；張興洲等，2008；李錦軼等，2009)。該區(qū)域晚古生代沉積地層主要為石炭系—二疊系的格根敖包組、本巴圖組、阿木山組、壽山溝組、大石寨組和哲斯組(表1)。

表1 內(nèi)蒙古二連盆地及其外圍石炭系—二疊系地層簡表Table 1 Carboniferous—Permian stratigraphic division in the Erlian basin and its surronding areas

其中，壽山溝組是本文重點(diǎn)的研究對(duì)象。它是由陶南生等(1975)創(chuàng)名，創(chuàng)名地點(diǎn)在吉林省樺甸縣榆木橋鄉(xiāng)東約3 km的壽山溝。主要根據(jù)壽山溝兩側(cè)石灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)的棲霞期珊瑚化石和蜓類化石不同于茅口期的范家屯組，因此稱壽山溝組。鄭月娟等(2013)通過研究西烏旗地區(qū)的碎屑鋯石認(rèn)為該區(qū)壽山溝組屬于大石寨組的同時(shí)異相沉積，因時(shí)代歸屬問題并非本文研究重點(diǎn)，故本文仍沿用壽山溝組。1∶25萬西烏珠穆沁旗幅區(qū)調(diào)報(bào)告?中指出測(cè)區(qū)東南部、西烏旗西北部和測(cè)區(qū)東部的哈日根臺(tái)地區(qū)廣泛出露有黃灰色、灰色、黑色礫巖，含礫砂巖，粉砂巖夾灰?guī)r薄層或透鏡體等粗碎屑巖，以及灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)泥巖夾長石石英砂巖、礫巖或瘤狀灰?guī)r。

關(guān)于研究區(qū)壽山溝組沉積環(huán)境的認(rèn)識(shí)還未統(tǒng)一：有學(xué)者認(rèn)為它沉積于半深海環(huán)境，具有復(fù)理石相沉積的特征，并推斷其為海底扇沉積(公繁浩等，2013b)；也有研究認(rèn)為壽山溝組主要出露于錫林浩特—西烏旗一帶，在出露區(qū)西南部為濱?！獪\海環(huán)境，東北部為半深?！詈－h(huán)境(韓春元等，2011)。周成林等(2019)通過暗色泥巖的主微量元素等地球化學(xué)特征綜合分析認(rèn)為古亞洲洋在早二疊世可能并未閉合，洋殼俯沖作用導(dǎo)致該區(qū)下二疊統(tǒng)壽山溝組泥巖的沉積?？梢?，盡管對(duì)于壽山溝組沉積環(huán)境的認(rèn)識(shí)存在爭議，但是它主體受海相環(huán)境的影響是各家的共識(shí)。

表2 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)壽山溝組有機(jī)地球化學(xué)研究現(xiàn)狀Table 2 Organic geochemical status in Shoushangou Formation, Xi Ujimqin Banner of Inner Mongolia

關(guān)于壽山溝組細(xì)碎屑巖有機(jī)地球化學(xué)特征的研究目前公開報(bào)道還比較少(表2)。韓春元等(2011)研究認(rèn)為：①西烏旗地區(qū)(貴欽坤兌剖面)下二疊統(tǒng)壽山溝組有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)；②有機(jī)質(zhì)類型屬于Ⅱ2～Ⅲ型；③熱演化程度總體處于成熟—凝析油濕氣階段，具有較大的油氣資源潛力。公繁浩等(2013a)研究認(rèn)為：①西烏旗地區(qū)(塔賓廟林場剖面)下二疊統(tǒng)壽山溝組暗色泥頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到了中等—好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)；②有機(jī)質(zhì)來源以高等植物為主，干酪根類型以Ⅲ型為主；③有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)入高—過成熟階段，是潛在的氣源巖；施立志等(2020)的研究進(jìn)展報(bào)道了蒙西地1井烴源巖的一些基礎(chǔ)有機(jī)地球化學(xué)信息：①有效烴源巖的TOC為0.40%～1.05%；②干酪根有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2和Ⅲ型；③Ro值為2.06%～3.67%。

圖2 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井的位置及地質(zhì)簡圖(據(jù)中國地質(zhì)科學(xué)院沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所?修改)Fig. 2 Location and geological map of MXD-1 Well in Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia(after Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences ?)

圖3 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井取樣位置及巖性柱狀圖Fig. 3 Lithological column and sampling point in MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner of Inner Mongolia

2 樣品來源

2018年中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所在西烏旗地區(qū)依托《二連盆地及外圍石炭系—二疊系油氣地質(zhì)調(diào)查》項(xiàng)目部署了MXD-1井，其地理位置為東經(jīng)117°39′43″，北緯44°38′46″，完鉆井深1500 m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果?顯示井口周圍出露地層主要為第四系和壽山溝組，壽山溝組巖性穩(wěn)定，與上覆地層大石寨組和下伏地層阿木山組、本巴圖組均為不整合接觸，區(qū)域內(nèi)褶皺和斷層較發(fā)育(圖2)。

MXD-1井鉆遇地層為第四系和下二疊統(tǒng)壽山溝組，主巖性為灰黑色泥巖、含粉砂泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，壽山溝組未鉆穿。筆者根據(jù)地層巖性特征，選取了36件細(xì)碎屑巖巖芯樣品進(jìn)行有機(jī)地球化學(xué)分析測(cè)試，取樣位置分布在291.40～1224.05 m之間(圖3)。

3 分析測(cè)試結(jié)果

樣品在中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了相關(guān)分析和測(cè)試。主要測(cè)試結(jié)果見表3。

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為總有機(jī)碳含量(TOC)、生烴潛量(S1+S2)等(黃第藩等，1982；陳建平等，1997；邱文波，2019)。MXD-1井采取的36塊細(xì)碎屑巖的TOC在0.26%～0.63%，平均值為0.41%(圖4)；S1+S2為0～0.81‰，平均值為0.04‰。

3.2 有機(jī)質(zhì)成熟度

鏡質(zhì)體反射率(Ro)隨烴源巖熱演化程度增加而增長且具有不可逆性，是評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟度較可靠的指標(biāo)(Tissot et al.，1984；郝芳等，1988；任戰(zhàn)利等，1994；程頂勝，1998)。MXD-1井的36塊細(xì)碎屑巖樣品Ro值分布在3.85%～4.36%之間，平均值為4.10%，明顯處于過成熟的熱演化階段。但是，隨著深度的增加，Ro整體依然有增大的趨勢(shì)(圖5)，反映了鏡質(zhì)體反射率還未熱演化至終點(diǎn)。

結(jié)合其他學(xué)者(公繁浩等，2013a；施立志等，2020)的研究結(jié)果可知，壽山溝組烴源巖Ro值分布在1.67%～4.36%之間。因此，我們認(rèn)為壽山溝組烴源巖整體熱演化至高—過成熟階段，其生烴產(chǎn)物應(yīng)以凝析氣、干氣、原油裂解氣為主，還應(yīng)含有少量原油裂解后形成的稠油。

表3 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖有機(jī)地球化學(xué)特征Table 3 Organic geochemical characteristics of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

圖4 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖有機(jī)碳含量分布Fig. 4 Distribution of organic carbon of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

圖5 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組鏡質(zhì)體反射率( Ro)隨深度關(guān)系圖Fig. 5 The Vitrinite reflectance ( Ro) relative to depth of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

3.3 有機(jī)質(zhì)類型

劃分有機(jī)質(zhì)類型常用的方法包括干酪根元素法、烴源巖熱解分析、干酪根碳同位素分析(黃第藩等，1982；Mukhopadhyay et al.，1985；劉洛夫等，1997；王萬春等，1997；熊永強(qiáng)等，2004)、有機(jī)顯微組分和生物標(biāo)志化合物分析等(李賢慶等，2002；李志明等，2010)。受烴源巖演化至高—過成熟階段的影響，有些方法較難有效區(qū)分有機(jī)質(zhì)類型。例如：干酪根元素中，隨著成熟度增加，H和O元素逐漸消耗，H/C和O/C原子比逐漸減小并聚集在類型判識(shí)圖的坐標(biāo)原點(diǎn)附近，因此不同類型有機(jī)質(zhì)之間的H/C和O/C原子比很難區(qū)分(唐友軍等，2013；李春鵬等，2017)。本文所分析的MXD-1井干酪根元素?cái)?shù)據(jù)主體聚集在范式圖的角點(diǎn)附近，不能有效區(qū)分有機(jī)質(zhì)類型(圖6)。

圖6 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖干酪根組成范式圖Fig. 6 The source rock kerogen composition of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

圖7 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖IH—tmax圖Fig. 7 IH—tmax of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

同樣，受烴源巖演化至過成熟階段的影響，熱解參數(shù)也很難區(qū)分有機(jī)質(zhì)的類型。因?yàn)樵谏鸁N演化史中，高—過成熟的烴源巖已經(jīng)通過干酪根熱降解從烴源巖中大量排烴，導(dǎo)致生烴之后的巖芯樣品在實(shí)驗(yàn)中再次熱解的生烴量(S2)非常低，進(jìn)而不同類型的有機(jī)質(zhì)樣品的氫指數(shù)也會(huì)較低，不能有效區(qū)分。本文所分析的樣品即存在這種情況，在IH—tmax有機(jī)質(zhì)類型判識(shí)圖中幾乎所有的數(shù)據(jù)都緊鄰X坐標(biāo)軸，因而不能有效區(qū)分有機(jī)質(zhì)類型(圖7)。

圖8 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖有機(jī)質(zhì)顯微組分Fig. 8 Micro composition of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

黃第藩(1984)提出了干酪根碳同位素(δ13CPDB)劃分有機(jī)質(zhì)類型的標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)腐殖型(Ⅱ2)-22.5‰～-24.5‰；含腐泥的腐殖型(Ⅱ1)-24.5‰～-26.0‰；混合型(Ⅱ)-26.0‰～-27.0‰；含腐殖的腐泥型(Ⅰ2)-27.0‰～-28.0‰；標(biāo)準(zhǔn)腐泥型(Ⅰ1)-28.0‰～-29.0‰。MXD-1井樣品的干酪根碳同位素分布范圍在-22.4‰～-22.6‰之間，平均值為-23.1‰，按上述分類方法屬于Ⅱ2型。但是這種劃分結(jié)果仍然受烴源巖熱演化程度較高的影響，誤差較大。而且古沉積環(huán)境、古大氣、CO2分壓、古有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力等因素對(duì)碳同位素的影響還未加考慮。

圖9 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖TI指數(shù)分布Fig. 9 Distribution of TI of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

圖10 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖飽和烴氣相色譜(m/z 85)Fig. 10 GC of saturated hydrocarbon of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia (m/z 85)

一般而言，烴源巖顯微組分中，腐泥組和殼質(zhì)組是主要的富氫組分，含量越高，生烴能力越強(qiáng)(王鐵冠等，1994)。本文所分析的36件干酪根樣品有機(jī)顯微組分相對(duì)含量為：腐泥組為66%；殼質(zhì)組為18%；鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為16%(圖8)。這一結(jié)論既是對(duì)有機(jī)質(zhì)原始特征的客觀反映，也是對(duì)該區(qū)壽山溝組細(xì)碎屑巖歷史生烴能力的一種肯定。

此外，有機(jī)顯微組分相對(duì)含量衍生出了TI指數(shù)，TI=[腐泥組含量×100+殼質(zhì)組含量×50+鏡質(zhì)組含量×(-75)+惰質(zhì)組含量×(-100)]/100。通過TI指數(shù)劃分的結(jié)果顯示：MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖有機(jī)質(zhì)主體為Ⅱ1型(圖9)。

3.4 分子有機(jī)地球化學(xué)特征3.4.1 飽和烴

本文所分析的樣品中均檢測(cè)出具有相似分布特征的正構(gòu)烷烴系列，碳數(shù)分布范圍為C14～C31，主峰為C18，整體呈前峰型(圖10)。OEP(奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù))為0.55～1.25，平均值為0.97；CPI(碳優(yōu)勢(shì)指數(shù))為0.82～2.09，平均值為1.50，跨度較大且跨越界限嚴(yán)重，推測(cè)可能是受成熟度影響所致。

3.4.2萜烷類

樣品中檢測(cè)出較完整的萜烷類分布，包括三環(huán)萜烷、四環(huán)萜烷、藿烷和伽馬蠟烷(圖11)。其中，三環(huán)萜烷碳數(shù)分布范圍為C19～C29，以C21和C23三環(huán)萜烷為主峰呈雙峰形態(tài)；四環(huán)萜烷的含量較低；藿烷碳數(shù)分布范圍為C27～C35，以C30藿烷為主峰；Ts和Tm峰高幾乎相同；C31～C35升藿烷峰高依次降低，且“S”構(gòu)型的峰高相對(duì)高于“R”構(gòu)型，C35升藿烷含量極低，升藿烷指數(shù)平均值為0.04；此外，還檢測(cè)出伽馬蠟烷的存在。

圖11 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖萜烷質(zhì)量色譜圖(m/z191)Fig. 11 Terpane mass chromatogram (m/z 191) of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia 1—C19βα-三環(huán)萜烷；2—C20βα-三環(huán)萜烷；3—C21βα-三環(huán)萜烷；4—C22βα-三環(huán)萜烷；5—C23βα-三環(huán)萜烷；6—C24βα-三環(huán)萜烷；7—C25βα-三環(huán)萜烷(R)+C25βα-三環(huán)萜烷(S)；8—C26βα-三環(huán)萜烷(R)+C24βα-四環(huán)萜烷+C26βα-三環(huán)萜烷(S)；9—C28βα-三環(huán)萜烷(R)+C28βα-三環(huán)萜烷(S)；10—C29βα-三環(huán)萜烷(R)+C29βα-三環(huán)萜烷(S)；11—Ts；12—Tm；13—C29降藿烷；H—C30藿烷；M—C30莫烷；14—C31升藿烷(22S)+(22R)；15—C32二升藿烷(22S)+(22R)；16—C33三升藿烷(22S)+(22R)；17—C34四升藿烷(22S)+(22R)1—C19βα-tricyclic terpane;2—C20βα-tricyclic terpane; 3—C21βα-tricyclic terpane; 4—C22βα-tricyclic terpane; 5—C23βα-tricyclic terpane; 6—C24βα-tricyclic terpane; 7—C25βα-tricyclic terpane(R)+C25βα-tricyclic terpane(S); 8—C26βα-tricyclic terpane(R)+C24-tetracyclic terpane+C26βα-tricyclic terpane(S); 9—C28βα-tricyclic terpane(R)+ C28βα-tricyclic terpane(S); 10—C29βα-tricyclic terpane(R)+C29βα-tricyclic terpane(S);11—Ts;12—Tm;13—C29 norhopane;H—C30 hopane;M—C30moretane;14—C31homohopane(22S)+(22R); 15—C32 homohopane(22S)+(22R); 16—C33 homohopane(22S)+(22R) ; 17—C34 homohopane(22S)+(22R)

圖12 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖甾烷質(zhì)量色譜圖(m/z 217)Fig. 12 Sterane mass chromatogram (m/z 217) of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation,MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

3.4.3甾烷類

鈦合金樣品尺寸：高25～40 mm,直徑12～30 mm。用砂帶機(jī)對(duì)鈦合金樣品表面打磨，待表面平整光滑備用。

甾烷是真核生物(包括藻、植物、動(dòng)物)的沉積標(biāo)志物，可以作為很強(qiáng)的生源指標(biāo)，因而常用來判識(shí)有機(jī)質(zhì)的生源環(huán)境(張水昌等，2002；任軍虎等，2006)。在m/z217質(zhì)量色譜圖上(圖12)，MXD-1井細(xì)碎屑巖C27—C28—C29規(guī)則甾烷質(zhì)量色譜圖峰高呈“L”字型。

圖13 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖有機(jī)顯微組分鏡下照片F(xiàn)ig. 13 Microscopic photos of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation,MXD-1 Well,Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia(a)MXD1-C-8，712.93 m，深灰黑色含粉砂質(zhì)泥巖；(b)MXD1-C-12，809.87 m，黑色含鈣粉砂質(zhì)泥巖；(c)MXD1-C-16，948.38 m，灰色含鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖；(d)MXD1-C-18，979.59 m，黑色泥質(zhì)粉砂巖(a)MXD1-C-8，712.93 m，dark grey black of silty mudstone；(b)MXD1-C-12，809.87 m，black calcium of bearing silty mudstone；(c)MXD1-C-16，948.38 m，gray of calcareous argillaceous siltstone；(d)MXD1-C-18，979.59 m，black of argillaceous siltstone

4 討論

4.1 細(xì)碎屑巖中有機(jī)質(zhì)的物源

有機(jī)質(zhì)在烴源巖中主體以干酪根的形式存在。它現(xiàn)今的類型特征是物源和沉積環(huán)境綜合作用后的體現(xiàn)，也是生烴能力和產(chǎn)烴類型的直觀反映。例如，菌藻類有機(jī)物源形成的烴源巖多為Ⅰ～Ⅱ1型，形成于海相或深湖相環(huán)境，傾油性強(qiáng)；高等植物類有機(jī)物源形成的烴源巖通常為Ⅲ型，多形成于沼澤環(huán)境，生烴產(chǎn)物主體為天然氣。

確定細(xì)碎屑巖中有機(jī)質(zhì)物源的方法主要有烴源巖熱解參數(shù)、干酪根元素分析、干酪根同位素分析、有機(jī)顯微組分鏡鑒和分子有機(jī)地球化學(xué)分析等方法(陳建渝，1995；吳敬祿等，1996；何江林等，2010；魏志福等，2015)。由于有機(jī)顯微組分鏡鑒的方法直觀、受有機(jī)質(zhì)豐度和熱成熟度的影響相對(duì)較小，因此是本項(xiàng)研究中區(qū)分有機(jī)質(zhì)物源的主要方法。同時(shí)，部分標(biāo)志物在過成熟階段具有較強(qiáng)的保持自身結(jié)構(gòu)的能力(王崇敬等，2018)，可作為確定細(xì)碎屑巖中有機(jī)質(zhì)物源的輔助參數(shù)。

4.1.1干酪根有機(jī)顯微組分

有機(jī)顯微組分主要包括鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組、殼質(zhì)組、腐泥組四大類(李賢慶等，2000；倪春華等，2009；王永建等，2010；范文斐等，2016；Hackley et al.，2016)。其中高等植物的木質(zhì)纖維經(jīng)凝膠化作用形成鏡質(zhì)組，在絲炭化作用下轉(zhuǎn)為惰質(zhì)組，其膜質(zhì)物質(zhì)和分泌物是殼質(zhì)組的主要來源；低等水生生物及其降解產(chǎn)物為腐泥組(侯讀杰等，2003；朱俊章等，2007；Hackley et al.，2016)。

MXD-1井細(xì)碎屑巖干酪根中檢測(cè)到的有機(jī)顯微組分主要包括腐泥組、鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組、惰質(zhì)組。其中相對(duì)含量最多的是腐泥組(相對(duì)含量為66%)，鏡質(zhì)組含量很少；幾乎不含惰質(zhì)組(圖13)。因此推斷有機(jī)質(zhì)物源受陸源和水生生物的雙重補(bǔ)給，水生生物的貢獻(xiàn)較大。

圖14 內(nèi)蒙古西烏旗地區(qū)MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖甾烷相對(duì)含量干酪根類型劃分Fig. 14 Kerogen type division diagram based on relative content of sterane of fine-grained clastic sedimentary rocks in Shoushangou Formation, MXD-1 Well, Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia

4.1.2甾烷的相對(duì)含量

甾烷類來源于真核生物中的甾醇。具有較高的熱穩(wěn)定性和抗微生物侵蝕的能力，是識(shí)別有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來源的“指紋信息”(Huang Wen-Yen et al.，1976)。浮游生物中C27甾醇占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而在高等植物中C28、C29甾醇占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(姚丹姝等，1998)。MXD-1井樣品的甾烷C27—C28—C29判別圖顯示C27甾烷優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯，在m/z271質(zhì)量色譜圖中規(guī)則甾烷峰高呈“L”型，這也說明水生生物對(duì)樣品中有機(jī)質(zhì)富集的貢獻(xiàn)相對(duì)較大，與有機(jī)顯微組分特征得出的結(jié)論可相互印證(圖14)。

4.2 沉積環(huán)境分析

西烏旗周邊壽山溝組主要發(fā)育細(xì)碎屑巖，從巖相學(xué)的角度屬于半深?！詈－h(huán)境。有機(jī)顯微組分中鑒定出鏡質(zhì)組，說明有機(jī)質(zhì)補(bǔ)給有來自于大陸的成分，故沉積環(huán)境距離陸地不應(yīng)太遠(yuǎn)，屬于半深海環(huán)境的概率較大。除此之外，生物標(biāo)志化合物參數(shù)是確認(rèn)古沉積環(huán)境的有利指標(biāo)(Fu Jiamo et al.，1991；傅家謨等，1996)。

4.2.1三環(huán)萜烷

C19～C23—三環(huán)萜烷廣泛存在于烴源巖和原油中(De Grande et al.，1993)。其中，C19和C20—三環(huán)萜烷在陸相原油中的豐度很高，來源于海相烴源巖的原油中C23—三環(huán)萜烷的豐度較高(Tao Shizhen et al.，2015)。MXD-1井壽山溝組細(xì)碎屑巖中，三環(huán)萜烷的碳數(shù)范圍為C19～C29，C19、C29—三環(huán)萜烷的相對(duì)含量很低，分別為0.02～0.19(平均值為0.10)和0.08～0.19(平均值為0.12)；C23—三環(huán)萜烷的相對(duì)含量為0.24～1.40，平均值為0.73，指示有機(jī)質(zhì)主要沉積于海相環(huán)境。

4.2.2姥植比(Pr/Ph)

姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph)是葉綠素分別在氧化環(huán)境和還原環(huán)境下形成的一種類異戊二烯烷烴(Brooks et al.，1969)，其比值(Pr/Ph)是判識(shí)環(huán)境的指標(biāo)之一(王鐵冠，1990)。盡管Pr/Ph值受成熟度的影響(Clayton et al.，1986; Hill et al.，2007)，但是成熟的過程不能從根本上影響Pr/Ph值，以致于掩蓋其原始的沉積環(huán)境信息(Didyk et al.，1978)。Didyk等(1978)指出，Pr/Ph <1說明沉積環(huán)境為缺氧還原型，Pr/Ph的值在1左右，說明氧化與還原環(huán)境交替，Pr/Ph >1指示氧化型沉積環(huán)境。

MXD-1井36塊樣品的Pr/Ph分布在0.49～1.23，平均值為0.63。剔除唯一異常高值1.23，其余值均小于1，且平均值為0.61。反映有機(jī)質(zhì)沉積古體環(huán)境相對(duì)閉塞，是還原—強(qiáng)還原環(huán)境的產(chǎn)物。

4.2.3伽馬蠟烷指數(shù)

伽馬蠟烷是一種碳數(shù)為30的五環(huán)三萜類，因其經(jīng)常出現(xiàn)在高鹽度的沉積物中，所以一般認(rèn)為伽馬蠟烷是高鹽度的指標(biāo)(張立平等，1999；李任偉，1988)。沉積物中伽馬蠟烷的相對(duì)含量與沉積水體的鹽度具有一定的相關(guān)性。在高鹽度的沉積環(huán)境中，沉積物的伽馬蠟烷指數(shù)為0.2～0.7 (Mello et al.，1988)。在淡水湖相環(huán)境，伽馬蠟烷的濃度很低(Fu Jiamo et al.，1991)。例如，F(xiàn)ulin盆地來源于淡水湖相的原油和烴源巖的伽馬蠟烷指數(shù)均小于0.2 (Chen Jianyu et al.，1996)。

MXD-1井巖芯樣品伽馬蠟烷指數(shù)為0.11～1.22，平均值為0.37，高于塔里木盆地奧陶系已知的海相烴源巖(郭建軍等，2007)，所以推測(cè)沉積水體應(yīng)該具有較高的鹽度。結(jié)合有機(jī)顯微組分特征判斷西烏旗地區(qū)MXD-1井所控制的范圍內(nèi)壽山溝組為半深海環(huán)境。

4.3 壽山溝組油氣資源潛力

二連盆地及外圍壽山溝組油氣資源潛力的研究程度比較薄弱。近期，二連盆地馬尼特坳陷伊和勘查區(qū)的YH-3井于二疊系獲低產(chǎn)天然氣流，YH8-1井于白堊系所產(chǎn)原油可能來自于二疊系(盧進(jìn)才等，2018b)；二連盆地西烏旗探區(qū)的MXD-1井于下二疊統(tǒng)壽山溝組有明顯的氣測(cè)異常(主要為甲烷氣體；施立志等，2020)。這些客觀事實(shí)都揭示二疊系是二連盆地及外圍油氣資源勘查不容忽視的目的層位，壽山溝組應(yīng)是其中重點(diǎn)關(guān)注的層位。

盡管本文所分析的樣品中有機(jī)質(zhì)豐度、熱解參數(shù)、成熟度等地球化學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)不甚理想，但是從有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)保存條件的角度分析，研究區(qū)具備形成優(yōu)質(zhì)烴源巖的基礎(chǔ)地質(zhì)條件，即烴源巖形成時(shí)古水體主要以咸水—超咸水為主，水體局限性較強(qiáng)，處于還原—強(qiáng)還原的缺氧環(huán)境，有利于富氫有機(jī)質(zhì)的保存；古生產(chǎn)力水平較高，有機(jī)質(zhì)物源主要以水生生物貢獻(xiàn)為主。針對(duì)區(qū)域內(nèi)烴源巖熱演化程度的分析結(jié)果可知，烴源巖主體熱演化至高—過成熟階段，生烴產(chǎn)物主要為高—過成熟階段的天然氣，可能含有少量裂解后的稠油。針對(duì)壽山溝組，下一步油氣地質(zhì)調(diào)查工作的重點(diǎn)應(yīng)向優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育條件和有利分布區(qū)方向傾斜。

5 結(jié)論

通過對(duì)MXD-1井下二疊統(tǒng)壽山溝組細(xì)碎屑巖的有機(jī)地球化學(xué)、有機(jī)巖石學(xué)特征分析，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)地質(zhì)和石油地質(zhì)的研究成果，本項(xiàng)研究得到的主要結(jié)論如下：

(1)MXD-1井壽山溝組烴源巖樣品的有機(jī)質(zhì)豐度較低，有機(jī)質(zhì)類型主體為Ⅱ1型，熱演化至過成熟階段。研究區(qū)內(nèi)壽山溝組烴源巖發(fā)育有機(jī)質(zhì)富集層，主體熱演化至高—過成熟階段，生烴產(chǎn)物主要為天然氣。

(2)研究區(qū)烴源巖的有機(jī)物源具有陸地高等植物和水生生物雙重來源的特征，其中水生生物對(duì)有機(jī)質(zhì)富集的貢獻(xiàn)相對(duì)較大。

(3)MXD-1井及其周緣壽山溝組有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境具有較高鹽度、較強(qiáng)還原性、可同時(shí)接受陸海雙物源補(bǔ)給的特征，應(yīng)屬于半深海環(huán)境。

(4)優(yōu)質(zhì)的有機(jī)質(zhì)類型和良好的保存條件以及相臨坳陷針對(duì)二疊系油氣資源勘查的實(shí)踐表明，二疊系是二連盆地及外圍油氣勘查工作實(shí)現(xiàn)突破的現(xiàn)實(shí)層系，針對(duì)壽山溝組需加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成機(jī)理研究和分布規(guī)律方面的調(diào)查評(píng)價(jià)工作。

注 釋 /Note

? 中國地質(zhì)科學(xué)院沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所. 2005. 1∶25萬西烏珠穆沁幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.