Question

烃源岩地球化学特征

Answer 1

一、有机质丰度

柴北缘存在三类烃源岩，即湖相泥岩（包括油页岩类）、沼泽相泥岩及煤（包括炭质泥岩）。由于泥岩有机质类型多为腐殖型，所以用含煤地层泥岩、炭质泥岩、煤有机质丰度评价标准评价有机质丰度（表4-3，表4-4）。

表4-3 含煤地层泥岩和炭质泥岩有机质丰度评价标准

表4-4 煤岩有机质丰度评价标准

柴北缘泥岩有机碳平均含量2.02%、生烃潜量4.83 mg/g，氯仿沥青 A和总烃含量较低，分别为0.062%和510×10^-6 ，总体上属中等—好生油岩（表4-5）。

油页岩有机质丰度较高，有机碳平均含量为12.06%、氯仿沥青A平均为1.474%、总烃含量平均为5542×10^-6、生烃潜力平均为45.17 mg/g、氢指数平均为204，属好生油层。

煤的有机质丰度较高，有机碳平均含量为55.79%、氯仿沥青A平均为0.6554%、总烃平均为2072×10^-6、氢指数平均为137，总体上属好—很好生油岩。

炭质泥岩有机质丰度较高，有机碳平均含量为13.40%、氯仿沥青A平均为0.16%、总烃含量平均为532×10^-6、生烃潜力平均为17.93 mg/g、氢指数平均为130，总体上属好—很好生油岩。

根据有机质丰度标准评价，冷湖地区无论是湖相泥岩或煤系泥岩均达到中—好的生油岩级别，如冷科1井侏罗系生油岩（3473～5200 m）有机质丰度2.78%～8.26%；赛什腾地区为差生油岩；马海-南八仙地区的仙3井为差—中生油岩；红山断陷为差—非生油岩；鱼卡为差—中生油岩。

表4-5 柴北缘不同地区侏罗系烃源岩有机质丰度

从下侏罗统烃源岩有机碳分布直方图看（图 4-3），下侏罗统烃源岩有机碳平均1.97%，其中好生油岩占23%、中等生油岩占29%、差生油岩占34%、非生油岩占14%。中等以上烃源岩占52%，表明下侏罗统烃源岩有机质丰度非常高。纵向上，以湖西山组三段有机质丰度最高。如冷科1井侏罗系，其有机碳较高丰度段基本在4300 m以上地层，有机碳在3%以上，达好烃源岩标准。

从生烃潜力分布直方图可以看出（图 4-4），下侏罗统生烃潜力平均值达 5.79 mg/g，其中生烃潜力在6 mg/g以上的好生油岩占 42.71%，2～6 mg/g的中等生油岩占 21.88%，2～0.5 mg/g的差生油岩占19.79%，小于0.5 mg/g的非生油岩仅占 14.58%，中等以上烃源岩占64.59%。从纵向上看，以湖西山组第三段泥岩生烃潜力较高（基本在 6 mg/g 以上），达到好烃源岩标准。如冷科1井，4300 m以上的侏罗系生烃潜力较高，大多在6 mg/g以上，达到好烃源岩标准；4750～5200 m生烃潜力相对较低，基本在 2%以下，属于差烃源岩；仅四分之一样品在2～6 mg/g之间，属于中等烃源岩。生烃潜力是衡量有机质丰度和生烃能力最实质的指标，因此生烃潜力评价结果较有机碳评价结果可靠。

图4-3 柴北缘下侏罗统暗色泥岩有机碳分布直方图

图4-4 下侏罗统暗色泥岩潜力分布直方图

中侏罗统有机碳平均1.84%，其中好生油岩占21%、中等生油岩占30%、差生油岩占28%、非生油岩占21%，中等以上烃源岩占51%（图4-5）。纵向上，以 J₂ d⁶、J₂ d⁷ 段有机质丰度最高。生烃潜力在6 mg/g以上的好生油岩占14.05%，2～6 mg/g的中等生油岩占 15.70%，2～0.5 mg/g 的差生油岩占 28.93%，而小于 0.5 mg/g 的非生油岩占40.50%，中等以上烃源岩仅占30%（图4-6）。评价结果相差较大，主要原因是中侏罗统样品多为地表露头样品。风化作用严重影响有机质丰度，风化作用对有机碳影响相对较小，而对生烃潜力、总烃和氯仿沥青影响甚大（赵长毅等，1999）。从纵向上看，以 J₂ d⁷段油页岩最高，J₂ d ⁶ 段泥岩生烃潜力次之，基本在2～6 mg/g以上，达到中等—好烃源岩标准。

图4-5 中侏罗统暗色泥岩有机碳分布直方图

图4-6 中侏罗统暗色泥岩生烃潜力分布直方图

二、有机质类型

有机质丰度是烃源岩生烃的物质基础，有机质类型则决定了烃源岩生烃能力和烃类性质。一般讲Ⅰ型干酪根生油量最大，而Ⅲ型干酪根则以生气为主。这里，参考已有三类五分法评价标准（表4-6）对柴北缘烃源岩进行有机质类型评价。

表4-6 干酪根类型划分标准

1.干酪根元素组成特征

元素分析表明，干酪根分子结构中主要由 C、H、O元素组成，N 与 S 元素也是其中常见元素。研究证明，相近演化程度的不同类型干酪根，其C、H、O元素组成比例不同，这是应用干酪根元素组成确定有机质类型的基础。目前，应用元素组成评价干酪根类型普遍采用的是范氏图（Van Krevelen）。图4-7 表明泥岩干酪根类型大多为Ⅲ2 型，少数为Ⅲ1型。仅冷湖地区少数样品为Ⅱ型，柴北缘侏罗系暗色泥岩有机质类型较差。煤干酪根类型多为Ⅲ1—Ⅲ2 型（图 4-8）。炭质泥岩有机质类型多为Ⅲ1—Ⅲ2 型。油页岩有机质类型最好，H/C原子比为1.34。从图中可见，下侏罗统干酪根 H/C 原子比一般在 0.9～0.7 之间，O/C原子比在0.05～0.1之间，有机质类型基本在Ⅱ—Ⅲ2 之间。其中，湖西山组第三段地层有机质类型偏好，基本为Ⅱ—Ⅲ1 型；湖西山组一、二段地层烃源岩类型偏差，基本为Ⅲ2 型有机质。这主要与烃源岩沉积环境相关。中侏罗统J₂ d ⁶ 与 J₂ d ⁷ 有机质类型偏好，属于混合型母质，部分油页岩可以达到Ⅰ型。

图4-7 柴北缘泥岩干酪根元素组成

图4-8 柴北缘煤干酪根元素组成

2.干酪根碳同位素分布特征

由于碳同位素热力学和动力学效应作用的影响，使得干酪根碳同位素组成可以反映其生物性质、沉积环境及其在热演化过程中同位素分异效应。脂族类中的碳贫¹³ C，而羧基、羰基等含氧基团中的碳则相对富集¹³ C。Redding 等研究成果表明，Ⅰ型干酪根的δ¹³ C 值为-28.1‰～-31.9‰，Ⅱ型干酪根δ¹³C值为-27.9‰～-28.6‰，Ⅲ型干酪根δ¹³C值为-25.4‰～-26.6‰；黄第藩等（1983）认为，Ⅰ型干酪根的δ¹³ C 值为-27‰～-30‰，Ⅱ型干酪根δ¹³ C值为-26‰～-27‰，Ⅲ型干酪根δ¹³ C值为-22.5‰～-26‰。柴北缘侏罗系泥岩干酪根δ¹³ C值分布范围较广，为-21‰～-27‰（图4-9），有50%的样品为Ⅲ1 型干酪根，有30%的样品为Ⅱ型干酪根，有 20%的样品为Ⅲ2 型干酪根。煤干酪根δ¹³ C较重，样品分布于-21‰～-25‰之间（图4-10），绝大多数样品为Ⅲ1 型干酪根。油页岩干酪根δ¹³ C值最轻，为-31.4‰，是Ⅰ型干酪根。由干酪根碳同位素分布可见，油页岩干酪根类型最好，煤和暗色泥岩有机质类型主要为Ⅲ1 型。

图4-9 泥岩干酪根碳同位素值分布

图4-10 煤干酪根碳同位素值分布

3.热解参数特征

从图4-11可见泥岩有机质类型主要为Ⅲ和Ⅱ型，部分为Ⅰ型；煤和炭质泥岩有机质类型为Ⅱ2 型（图4-12、图4-13）。

图4-11 柴北缘泥岩热解参数特征

图4-12 柴北缘煤热解参数特征

图4-13 柴北缘炭质泥岩热解参数特征

4.烃源岩显微组分组成与分布特征

不同的有机组分有其特殊的生烃属性。从生烃意义来说，源岩中那些富氢的组分（如壳质组、腐泥组组分）才具有良好的生油潜力，而主要由高等植物木质素及纤维素形成的镜质组只有当其中含有较多的富氢镜质体（具有荧光特性）时才具有一定的生油能力，因此，源岩中有机显微组分组成特征能够较好地反映源岩的性质。

油页岩显微组分组成显著特点是腐泥组极其发育（表 4-7），含量 21.59%～97.22%，平均值为 70.21%，占全岩的5.18%～23.72%，其中以结构藻类体为主，层状藻类体次之，沥青质体含量最少。镜质组含量0.28%～58.5%，平均 13.23%，占全岩的0.05%～17.86%。壳质组含量0～42.87%，平均10.08%，占全岩的0～8.33%。壳质组与腐泥组之和平均达到 80%以上。惰质组在油页岩中含量最低，0.17%～14.87%，平均为6.48%，占全岩的 0.03%～4.53%。矿物-沥青基质在全岩中占 15.9%～89.63%，平均52.06%。油页岩显微组分组成特征说明该岩类有机质类型非常好，藻类体及其降解产物为成烃主要母质。

表4-7 柴北缘侏罗系烃源岩显微组分

暗色泥岩中的有机显微组分以镜质组为主（表4-7），而且主要是碎屑镜质体，其含量一般小于5%。惰质组在泥岩中含量极少，一般小于 0.2%，主要为惰屑体。壳质组在泥岩中含量变化较大（0.2%～2.1%）。腐泥组含量一般小于 0.2%，其中以层状藻类体为主，其次是受降解的结构藻类体。泥岩中的矿物沥青基质含量较高，可达 12.3%～45.5%。从形态有机质来说，矿物沥青基质不是有机显微组分，它是无机矿物与有机物质的混合体。一般来说，在煤系源岩（尤其是煤）中矿物沥青基质贫乏，湖相泥岩中较多，但在湖相中又以深湖相比浅湖和沼泽相泥岩更富集。暗色泥岩显微组分构成表明，柴北缘湖相泥岩以陆源有机质输入为主，水生生物不发育，反映其有机质类型以腐殖型为特征（图4-14）。

柴北缘侏罗系煤以镜质组占优势，其次为惰性组，类脂组含量较低，属典型的腐殖型有机质。镜质组中均质镜质体极其丰富，含量为8.18%～88.79%，平均59.6%；无结构半镜质体次之，含量为1.08%～9.03%，平均4.65%；基质镜质体含量为0～7.15%，平均2.90%；结构镜质体含量甚微。惰质组中以丝质体含量最高，为0～30%，平均为13.39%；半丝质体含量为0～38.73%，平均为9.53%；含少量粗粒体。壳质组中以角质体为主，含量为0～9.72%，平均为5.55%；孢子体含量在0～4.23%之间，平均1.32%；树脂体及壳屑体含量极少。腐泥组中仅见极微量结构藻类体。次生组中发现少量微粒体，含量为0～2.18%，平均0.53%。煤显微组分组成表明，柴北缘的煤不能与吐哈盆地煤相比，只能是气源岩而非油源岩。

图4-14 柴北缘侏罗系烃源岩显微组分组成分布

炭质泥岩各显微组分基本格局与煤相似，镜质组中均质镜质体含量最丰，含量为4.67%～75.9%，平均27.12%；有少量无结构半镜质体，含量为0～6.02%，平均2.55%；结构镜质体、基质镜质体和结构半镜质体含量极低。惰质组中丝质体含量为侏罗系各种源岩之最，含量为0～61.97%，平均34.81%；半丝质体次之，含量在1.73%～13.67%之间，平均6.57%；偶见粗粒体与惰屑体。壳质组中角质体含量最高，为0～49.36%，平均19.64%；孢子体含量较少（与煤相当），壳屑体极少。腐泥组中以结构藻类体为主，含量为0～9.26%，平均3.59%；层状藻类体偶见。炭质泥岩显微组分组成表明，该类源岩为腐殖型母质，是良好的气源岩。

综合干酪根元素组成、碳同位素特征、热解特征及有机显微组分特征，柴北缘中、下侏罗统烃源岩有机质类型为Ⅱ—Ⅲ2 型。昆特依凹陷除鄂博梁次凹、冷西次凹有机质类型为Ⅱ型外，其他地区为Ⅲ1 型（图4-15，图4-16）。中侏罗统烃源岩多为Ⅲ2—Ⅲ1 型，鱼卡断陷烃源岩有机质类型较好，为Ⅲ1—Ⅱ型。从柴北缘中、下侏罗统烃源岩有机质类型看，这套地层应以生气为主、生油为辅。

图4-15 柴北缘下侏罗统烃源岩有机质类型平面分布图

图4-16 柴北缘中侏罗统烃源岩有机质类型平面分布图

三、烃源岩生物标志化合物特征

1.正构烷烃

正构烷烃是源岩饱和烃馏分中分布最为广泛、含量最丰富的一个化合物系列，一般占整个饱和烃馏分组成的50%～80%。正构烷烃主要由生物体中的脂肪酸和酯类化合物转化而来。不同生物来源的正构烷烃碳数分布具有显著差异，以藻类、低等浮游生物为主要来源的正构烷烃以低碳数占优，主峰碳数较低，常以nC₁₅、nC₁₇为主峰；而陆生植物来源的正构烷烃主要源于生物蜡，因此常常以高碳数峰群为特征。冷湖地区生油岩正构烷烃分布多呈双峰群分布，根据峰型特征可分为两种类型：第一种类型是前峰群小、后峰群高大，如石地22井的J₂d⁶、石深1井、石地10井、石深3井、冷湖地区生油岩多以这一类型为主，其[和（n C₂₁+n C₂₂）/（n C₂₈+n C₂₉）]比值小于1.0，表明物源中高等植物较为丰富，有机质类型多属Ⅲ型有机质；第二种前峰群高大、后峰群小，呈现低碳数的 C₁₇、C₁₆为主峰的双峰群分布，低碳数部分明显超过高碳数部分，比值大于1.0，最高可达2.79。（n C₂₁+n C₂₂）/（n C₂₈+n C₂₉）比值一般大于1.0，表明物源中低等水生生物和菌藻类较为丰富。生油岩有机质类型多属Ⅰ和Ⅱ型有机质，如深85井 J₂ d ⁵、石地22井 J₂ d ⁶ 部分泥岩。冷湖地区生油岩 CPI 和OEP 值多数在1.0左右，表明生油岩已进入成熟阶段。德令哈和旺尕秀侏罗系生油岩的比值在0.7 左右，也说明生油岩有机质类型以Ⅲ型为主，这些地区生油岩奇碳优势明显，表明成熟度不高（图4-17）。

图4-17 柴北缘侏罗系烃源岩正构烷烃碳数分布类型

2.类异戊二烯烷烃

尽管生油岩抽提物和原油中已检测出三种类型的类异戊二烯烷烃化合物（Philp，1985），但分布最多并且应用最广的依然是规则的、头尾连接的类异戊二烯烷烃。姥鲛烷和植烷几乎存在于所有的生油岩和原油中，是类异戊二烯烷烃中非常重要的化合物。通常认为，姥鲛烷和植烷的前驱物是叶绿素。在氧化环境下，叶绿素植烷侧链开裂经氧化脱羧后形成姥鲛烷；在还原环境下，植烷侧链植醇经加氢还原脱水形成植烷（Brooks，1969）。但在低成熟样品中，高姥植比［（Pr/Ph）＞3］并不完全反映沉积环境，而代表了陆源有机质的输入（Peters等，1978）。再有，古细菌中C₄₀二植烷基丙三醇二醚的选择性降解，也可以生成包括植烷在内的C₁₅至C₄₀的类异戊二烯烷烃（Chappe等，1982）。

下侏罗统主要为以陆生植物为主的煤沼沉积，煤及炭质泥岩的类异戊二烯烷烃中姥鲛烷丰度较高，具姥鲛烷优势。Pr/Ph比值在3以上，反映了较为氧化的成煤环境，为典型陆生高等植物叶绿素输入成因特征。中侏罗统基本上是以藻类、低等浮游生物为主的湖相沉积，植烷含量相对较高，具有低的姥植比，Pr/Ph一般小于2，反映较为还原的较深水沉积环境。

3.甾烷系列

甾烷广泛存在于源岩和原油中。甾烷，是生物体中的甾醇在还原环境下经甾烯（甾二烯）等中间产物转化而来的。在成岩作用过程中，生物甾醇在热力等作用下形成各种生物甾烷。生物甾烷对热不稳定，进一步受热或经过催化作用，形成地质构型甾烷。不同生物来源各碳数甾烷的相对含量不尽相同，因而地质体中规则甾烷的内分布特征是确定有机母质来源较为可靠的参数之一。一般情况下，规则甾烷内组成以C₂₇甾烷为主，则表征以低等水生生物和藻类为主的有机质输入；而C₂₉甾烷占优势，说明陆生高等植物的输入占主导地位。同时，高含量的甾烷以及高的甾/藿比值（≥1）似乎主要来源于浮游或底栖的藻类生物，为海相有机质的特征（Moldowan等，1985）；相反，低含量的甾烷和低的甾/藿比值主要指示陆源和/或微生物改造过的有机质输入特征（Tissot和Welte，1984）。

图4-18 不同地区烃源岩甾烷组成三角图

根据甾烷的相对组成，可分析生油岩有机质母质来源。冷湖地区生油岩 C₂₇含量为 18.06%～22.76%（平均为 20.99%），C₂₉甾烷含量为 54.91%～65.18%（平均为58.06%），C₂₈ 甾 烷 含 量 为 15.76%～25.09%（平均为 20.95%）。C₂₉含量比 C₂₇含量高约 34%～49%（在百分含量相对组成的三角图中多分布于偏 C₂₉一侧），表明生油岩的母质类型多属腐殖型。鱼卡油页岩 C₂₇含量高达 73.3%，C₂₉含量为 15.91%（在三角图上分布于偏 C₂₇一侧），表明鱼卡油页岩中生源中以低等水生生物占绝对优势。大煤沟泥岩 C₂₇含量为 24.78%～27.81%（平均为 26.47%），C₂₉含量为 43.85%～57.48%（平均为 48.42%），C₂₉含量远高于 C₂₇。大煤沟煤中 C₂₇含量相当低（仅为8.19%），C₂₉含量较高，表明煤中以陆源高等植物输入占绝对优势。红山断陷红参 1 井泥岩甾烷相对组成也以 C₂₉甾烷占优势，具 C₂₉＞C₂₈＞C₂₇分布（图4-18）特征。

尽管与吐哈盆地煤高含量重排甾烷相比，柴北缘侏罗系煤重排甾烷含量相对较低，但下侏罗统源岩重排甾烷含量依然较高：（重排甾烷/正常甾烷）＞0.4，特别是C₂₉重排甾烷13 β、17 α20 R和20 S的峰值常常可以与5 αC₂₇20 R等高。煤与炭质泥岩中甾烷含量相对较低，甾烷/萜烷比值在0.1以下；而湖相泥岩甾烷/萜烷比值大于0.1，多在0.15以上。

四、柴北缘侏罗系烃源岩与西北其他侏罗系比较

与西北其他主要侏罗系含煤层系相比，柴北缘煤有机碳含量、生烃潜力、氯仿沥青 A含量和总烃含量都小于吐哈盆地、塔里木盆地库车坳陷和准噶尔盆地（图4-19、4-20、4-21、4-22）。这说明，柴北缘煤有机质丰度不如吐哈盆地、塔里木盆地库车坳陷和准噶尔盆地。柴北缘煤氢指数、H/C原子比也都小于吐哈盆地、塔里木盆地库车坳陷和准噶尔盆

图4-19 西北主要侏罗系煤系煤有机碳含量比较

图4-20 西北主要侏罗系煤系煤生烃潜力比较

地（图4-23、4-24）。与其他主要侏罗系煤系相比，柴北缘煤镜质组含量最低，惰性组含量较高，壳质组含量虽与吐哈盆地煤相差不大但其基质镜质体含量非常低（图 4-25、4-26、4-27、4-28），表明柴北缘煤的有机质类型比其他盆地煤差。

图4-21 西北主要侏罗系煤系煤氯仿沥青A含量比较

图4-22 西北主要侏罗系煤系煤总烃含量比较

图4-23 西北主要侏罗系煤系煤氢指数比较

图4-24 西北主要侏罗系煤系煤 H/C比较

图4-25 西北主要侏罗系煤系煤镜质组分含量比较

图4-26 西北主要侏罗系煤系煤惰性组分含量比较

图4-27 西北主要侏罗系煤系煤壳质组分含量比较

图4-28 西北主要侏罗系煤系煤基质镜质组分含量比较

与西北其他主要侏罗系含煤层系相比，柴北缘泥岩生烃潜力和总烃含量最高，有机碳含量和氯仿沥青A含量也比较高（图4-29、4-30、4-31、4-32），说明柴北缘泥岩有机质丰度较高。

图4-29 西北主要侏罗系泥岩有机碳含量比较

图4-30 西北主要侏罗系泥岩生烃潜力比较

图4-31 西北主要侏罗系泥岩氯仿沥青A含量比较

图4-32 西北主要侏罗系煤系泥岩总烃含量比较