Question

下古生界烃源岩有机质类型

Answer 1

1.干酪根镜鉴特征

干酪根镜鉴是一种简便直观地确定烃源岩母质类型的常用方法。根据干酪根镜鉴结果（图2-10），鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩烃源岩约83%样品属Ⅰ型和Ⅱ₁型干酪根，约17%样品属Ⅱ₂型和Ⅲ型干酪根。其中，马家沟组碳酸盐岩以Ⅰ型干酪根为主（占48.8%），Ⅱ₁型干酪根次之（占34.4%），Ⅱ₂型干酪根较少（占12.8%），Ⅲ型干酪根极少（占4%），反映出腐泥型母质为主的特征。

图2-10　鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩干酪根镜鉴结果频率分布图（据王可仁等，1993）

2.全岩有机显微组分组成

鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩中有机组分主要归并为三大组：藻质组、动物有机碎屑组和沥青组，它们的相对含量如图2-11所示。

图2-11　鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩有机显微组分组成三角图

藻质组：指主要由低等生物（如藻类和细菌）在厌氧细菌参与下经腐泥化作用或降解转化而成的显微组分组，常形成于水体缺氧的还原环境，由藻质体、藻屑体和基质腐泥体组成。①藻质体以密集群体或以单体藻类形式出现，有时保存较好的藻类生物结构，不过主要为层状藻碎片，大部分保存微孔状细胞结构残余，一般不显示非均质性，片径一般仅30～50μm。张爱云等对本区下奥陶统碳酸盐岩的镜下细致观察，识别出蓝藻、葛万藻和褐藻三种类型的藻。②藻屑体（即碎屑藻质体）为藻类在腐泥化作用过程中经生物降解或机械破碎而成的有机碎屑组分，在显微镜下呈碎屑状，常与藻质体、基质腐泥体和细粒粘土相伴生。③基质腐泥体（即无结构腐泥体）主要是藻类和细菌等低等生物及其代谢产物腐泥化作用或氧化分解而成，在显微镜下多呈基质状产出。张爱云等应用透射电镜在本区下奥陶统碳酸盐岩中观察到种类较多的细菌（球菌和杆菌）和藻类，进一步确认其生源主要是菌藻类低等水生生物。刘德汉等（2000）采用激光—荧光显微系统对本区下奥陶统碳酸盐岩的观察，发现了含有多种黄色荧光的有机显微组分，包括类似Gloeocapso—morpha prisca的粘球形藻、层状藻、结构藻、藻屑和荧光无定形等，也表明这类烃源岩的有机母质类型以藻类等低等生物输入为主。

动物有机碎屑组（又称动物皮层组）：推测主要为笔石动物皮层，板条状，两层或三层结构，通常显示强非均质性。形体细小，仅个别可长0.44mm。张爱云等在本区下奥陶统碳酸盐岩中观察到一些动物（如介形虫、三叶虫、棘皮动物、腕足类和海绵骨针等）的部分有机体和壳体，多数也已破碎成碎屑。这表明，本区奥陶系碳酸盐岩中分布有多种海洋动物（浮游动物和底栖动物）的原始生源。

沥青组：主要为碳沥青，是沉积有机质（藻类及动物皮层等）在热演化过程中生成的次生组分，是烃源岩生烃作用的重要证据。其基本产状有三类：①粒间或晶间孔隙充填。形成时间最早，在源岩成岩过程中颗粒和晶体间孔隙为液态烃所占据，液态烃经热裂解后，一部分分子量小的烃类向外运移，便在原地残留下分子量较大的固体沥青。②溶孔充填。成岩作用晚期和后生作用阶段，源岩溶蚀形成溶孔，液态烃充填于其间，处于封闭状态，也是在液态烃经热裂解后，分子量小的烃类向外运移而在原地残留下分子量较大的固体沥青。③裂隙充填。充填于裂隙中，形态随裂隙变化。裂隙开通的少，封闭的多，所以碳沥青一般不穿层。脉状沥青有不同的形成期次，早期形成的反射率高，晚期的反射率低，但从总体上而言比前两类沥青的生成时间晚。据统计，三类沥青的相对比例分别是：粒间或晶间孔隙充填沥青占11.2%，溶孔充填沥青占38.3%，裂隙充填沥青占50.5%。可见，沥青是以裂隙充填的为主，占沥青总量的一半。沥青反射率一般都达到2%以上，未见荧光，表明源岩普遍达到高—过成熟阶段。

3.干酪根元素组成

从图2-12可见，鄂尔多斯盆地奥陶系干酪根样品的H/C和O/C原子比都较低，在范氏图中数据点基本落在Ⅲ型干酪根演化轨迹上，这主要是由于奥陶系碳酸盐岩有机质演化程度高，已处于高成熟—过成熟阶段，H、O原子大量消耗所致，这时无法确定其原始母质类型。另外，奥陶系顶部风化壳的长期风化、溶蚀、暴露、氧化作用也会使有机质性质变差。值得注意的是，有一部分样品H/C值较低，但O/C值较高（＞0.10），表明其原始干酪根类型差的特征。

图2-12　奥陶系碳酸盐岩干酪根的元素组成范氏图（据夏新宇，2000，修改）

4.干酪根碳同位素组成

干酪根稳定碳同位素组成主要取决于有机质来源（Tissot等，1984）。热模拟实验及自然演化研究结果均表明，原始生烃母质在热演化过程中，干酪根碳同位素组成仅发生微小的变化，因此它是区分高—过成熟碳酸盐岩源岩母质类型的重要指标。黄第藩等（1984）根据不同类型干酪根具有不同的碳同位素值，提出δ¹³C值小于－27.5‰的为I型干酪根，δ¹³C值介于－27.5‰～－26.0‰的为Ⅱ型干酪根，δ¹³C值大于－26.0‰的为Ⅲ型干酪根。鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩干酪根δ¹³C值主峰位于－28‰～－30‰之间，93%的样品分布在－26‰～－33‰范围内，约7%样品分布在－24‰～－26‰之间，总体平均值为－28.98‰（王可仁等，1993），说明奥陶系碳酸盐岩干酪根主要为Ⅰ型和Ⅱ型，反映出原始生烃母质以菌藻类、水生浮游生物占优势的海相有机质特征。

5.生物标志物特征

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐烃源岩中含有丰富的正烷烃、类异戊二烯烷烃、甾烷、萜烷等生物标志化合物。色质总离子流图（图2-13）显示，奥陶系碳酸盐烃源岩正烷烃以低碳数烃为主（＜C₂₁），主峰碳数多分布在C₁₇、C₁₈和C₁₉，色谱峰主要为前单峰型或前高双峰型，

均大于1，表现出典型高演化阶段海相母质输入的特征。

图2-13　奥陶系碳酸盐烃源岩色质总离子流图（以林1井为例，据李振西等，2000）

通过m/z183质量色谱图的分析，奥陶系碳酸盐烃源岩样品中含有较丰富的类异戊二烯烷烃，其碳数分布为iC₁₈（降姥鲛烷）至iC₃₅。据研究，碳数在C₂₀以上的规则和不规则的类异戊二烯烷烃化合物一般属于细菌和古细菌生源。

在规则类异戊二烯烷烃中，姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）总是重要的成分。鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐烃源岩具有高植烷的特征，Pr/Ph值都小于1（多为0.6～0.9），反映了烃源岩沉积时处于还原的环境。

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐烃源岩样品的甾、萜烷分布面貌基本相似。本区样品中普遍检测出三环萜烷、四环萜烷、五环三萜烷和伽马蜡烷等萜类化合物（图2-14）。萜类化合物中以五环三萜烷含量最高，占萜烷含量的62.2%～72.1%，其次为三环、四环萜烷，占22.7%～33.0%，伽马蜡烷含量占4.8%～5.2%。藿烷类化合物碳数分布范围为C₂₇-C₃₅，地质构型藿烷（αβ型）相对于莫烷（βα型）丰度高得多。通常认为，藿烷类化合物主要来源于细菌微生物。萜烷/甾烷比值平均为2.2～3.0，表明萜烷较甾烷丰富。值得指出的是，氯仿沥青“A”和氯仿沥青“C”中都表现出较富含三环萜烷（尤其长侧链三环萜烷）的基本面貌，四环萜烷含量很低。一般认为，长侧链三环萜烷化合物主要来源于细菌微生物和藻类（Aquino Neto等，1983；王铁冠等，1990,1995）。由此可见，奥陶系碳酸盐烃源岩中有机质主要来源于菌藻类母质。

本区样品中普遍出现正常甾烷、重排甾烷、孕甾烷和升孕甾烷（图2-14）。正常甾烷中以C₂₉甾烷含量最高，占42.9%～46.6%,C₂₇、C₂₈甾烷含量相当，分别占26.3%～29.6%和27.2%～28.5%，孕甾烷＋升孕甾烷占甾烷总量的2.4%～6.0%。较高含量的C₂₉甾烷来源于低等生物，即藻类和浮游生物（Grantham等，1986;Palacas,1984;Volkman等，1989;Peters等，1993；王涛，1997）。孕甾烷和升孕甾烷的成因目前尚无定论：有人认为由规则甾烷主链断裂生成，亦有人主张来自孕甾烷酮。鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩中孕甾烷和升孕甾烷的普遍检出，说明它们很可能与某些低等水生生物的输入有关。

图2-14　城川1井奥陶系碳酸盐岩氯仿沥青“A”与“C”的甾、萜烷分布（据王涛，1997）

氯仿沥青“C”与氯仿沥青“A”在甾、萜烷组成也具有一定的差别。氯仿沥青“C”较少受外界影响，比氯仿沥青“A”更能反映有机质的母质来源。氯仿沥青“C”表现出高三环＋四环萜烷（平均占萜烷总量的87.8%）、高C₂₇－ααα－20R甾烷（在甾烷组成中占45.2%）、高萜烷/甾烷值（平均3.9）、低伽马蜡烷（占萜烷的0.8%）、低五环萜烷（占萜烷的11.4%）的特征。这表明奥陶系碳酸盐岩母质以腐泥型为主，生源主要是菌藻类和浮游类的水生生物。

总之，奥陶系碳酸盐岩有机质类型主要为I型和Ⅱ型，表现出腐泥型母质特征，其原始生源主要来自菌藻类低等水生生物。