羌塘盆地羌資2井布曲組碳酸鹽巖生物標志物特征及意義

李忠雄，何江林，杜佰偉，汪正江

(1.中國地質(zhì)大學 資源學院，武漢 430074；2.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，成都 610082； 3.中國地質(zhì)科學院 研究生院，北京 100037)

1 地質(zhì)概況

羌塘盆地位于西藏自治區(qū)的北部，面積約16×104km2。盆地南、北分別以班公湖—怒江縫合帶和拉竹龍—金沙江縫合帶為界，盆地東、西以中生界地層逐漸尖滅線為界[1-2]。根據(jù)航磁異常和大地電磁(MT)基底測深資料，可以將羌塘盆地劃分為3個次級構(gòu)造單元，即北羌塘坳陷、中央隆起和南羌塘坳陷[3](圖1)。盆地內(nèi)主要發(fā)育3套地層：泥盆系—中三疊統(tǒng)為海相碳酸鹽巖、砂泥巖夾火山巖、硅質(zhì)巖組合；上三疊統(tǒng)—白堊系為濱淺海碎屑巖、碳酸鹽巖臺地、三角洲相碎屑巖夾膏鹽組合；古近系—新近系為陸相碎屑巖組合。此外，盆地底部可能還存在未變質(zhì)的下古生界地層。目前，中上侏羅統(tǒng)為盆地油氣勘探主要目的層，自下而上，中統(tǒng)由雀莫錯組(色洼組)、布曲組、夏里組碎屑巖、碳酸鹽巖組成，上統(tǒng)自下而上由索瓦組、雪山組碳酸鹽巖、碎屑巖組成[4]。

羌塘盆地目前處于石油地質(zhì)普查——盆地評價的前期階段，大量資料主要來源于野外地表地質(zhì)剖面[5-6]，缺乏井下資料，但地表資料本身存在的局限性嚴重影響了對羌塘盆地乃至整個青藏高原油氣資源的評價工作[7-8]。針對此問題，在北、南羌塘坳陷分別鉆探羌資1井和羌資2井，以獲取寶貴的地下石油地質(zhì)資料。

羌資2井位于西藏雙湖多瑪鄉(xiāng)桑嘎爾塘布背斜北翼，井口坐標大致為N：32°47′,E：89°14′，開孔層位是中侏羅統(tǒng)布曲組白云質(zhì)泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r[9]，終孔層位是中侏羅統(tǒng)色洼組粉細砂巖、泥巖，終孔井深為812 m。

色洼組地層位于井深611 m以下(未鉆穿底部)，為一套紫紅、紫灰色細碎屑巖，除偶見少量深灰色泥巖具有一定的生油能力外，其它巖類均不具有生油能力。

圖1 羌塘盆地區(qū)域構(gòu)造及鉆井位置Fig.1 Tectonic settings of the Qiangtang Basin and the well positions in the northern Tibet

布曲組碳酸鹽巖位于井深5～611 m之間(已鉆穿底部，中下部夾少量細碎屑巖)，主要為灰色、深灰色鮞粒灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、生屑灰?guī)r、泥微晶灰?guī)r、泥微晶白云巖等，均具有一定的生油能力，是本次生物標志化合物研究的重點。

筆者從布曲組碳酸鹽巖中選擇了30件泥微晶灰?guī)r樣品(其中有2件樣品含瀝青脈)到中石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院地質(zhì)實驗室作色—質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)測試分析，以便探討樣品中生物標志化合物的來源、分布特征及地質(zhì)意義。采樣位置、樣品編號及生物標志化合物特征見圖2,表1。

2 生物標志化合物分布特征

GC-MS分析結(jié)果表明，樣品中檢出了豐富的正烷烴、類異戊二烯烴、萜類化合物和甾類化合物(圖3)。

2.1 正烷烴

從表1中可以發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖飽和烴含量大多數(shù)明顯高于芳香烴含量，并且具有較高的飽和烴/芳香烴比值，其比值最小值為0.18，最大值為3.62，平均值為1.63，有機質(zhì)類型明顯與低等水生生物的輸入有關(guān)[10]。

碳酸鹽巖樣品中均檢出具有相似分布特征的正烷烴系列，在GC圖譜上具有以下特點：1)碳數(shù)分布比較完整，從nC10—nC35均有分布。2)主峰碳數(shù)以C17和C10為主，其次為C15,C16和C18。3)分布以單峰形態(tài)占優(yōu)勢；單峰型又分為前峰型和后峰型2種，并以前峰型為主；前峰型主峰碳數(shù)為C16或C17。4)奇偶優(yōu)勢比OEP值介于0.37～1.14之間，平均值為0.89，大多數(shù)接近平衡值1.00，無明顯的奇偶碳數(shù)優(yōu)勢分布。5)具有較高的∑C21-/∑C22+比，比值范圍為0.48～4.18，均值為2.28，除一件樣品為0.48外，絕大多數(shù)大于1.0，說明輕烴組分占有絕對優(yōu)勢，有機質(zhì)顯然與低等水生生物的大量參與有關(guān)[11-12]。

2.2 類異戊二烯烴

所有的樣品均檢出豐富的類異戊二烯烴，其中最豐富、最重要的是姥鮫烷(Pr)和植烷(Ph), Pr/Ph值介于0.56～1.03之間，平均值為0.75，其中，絕大多數(shù)樣品Pr/Ph值小于1.0，具有較為明顯的植烷優(yōu)勢，僅在井深160 m和550 m處出現(xiàn)姥鮫烷、植烷平衡，其Pr/Ph值均為1.03。

姥鮫烷、植烷以及姥植比( Pr /Ph)可作為沉積環(huán)境及介質(zhì)酸堿度的重要標志[13-17]。研究區(qū)樣品的Pr/Ph平均值為0.75，可能說明有機質(zhì)形成于較強的還原環(huán)境和一定的鹽度條件中。Pr/nC17和Ph/nC18分別為0.13～0.72和0.13～1.07，均值分別為0.39和0.58，表現(xiàn)出熱演化程度較高的特征。另外，Pr/nC17和Ph/nC18在剖面上具有非常明顯的同步分布規(guī)律(圖4)，說明兩者之間具有非常好的相關(guān)關(guān)系。

圖2 羌塘盆地羌資2井布曲組地層特征及有機地化樣品采樣位置Fig.2 Stratigraphic characteristics of the Buqu Fm and organic geochemical sample position from Well QZ2 in the Qiangtang Basin

表1 羌塘盆地羌資2井碳酸鹽巖有機地化及生物標志物參數(shù)Table 1 Comprehensive organic geochemical types and biomarker parameters of the Buqu Formation carbonate rocks from Well QZ2 in the Qiangtang Basin

續(xù)表1

注：Ⅰ=ΣnC21-/ΣnC22+；Ⅱ=三環(huán)萜烷/C30藿烷；Ⅲ=莫烷/C30藿烷；Ⅳ= C31升藿烷22S/(22S+22R)；Ⅴ=γ-蠟烷/C30藿烷；Ⅵ=孕甾烷/C29-ααα-20R甾烷；Ⅶ= C29ββ/(ββ+αα)；Ⅷ= C2920S/(20S+20R)；Ⅸ=ααα-20R甾烷∑C27/∑C29。

圖3 羌塘盆地羌資2井碳酸鹽巖飽和烴色譜和萜、甾烷質(zhì)量色譜圖Fig.3 Saturated hydrocarbon chromatogram, terpane and sterane mass chromatogram of carbonate rocks from Well QZ2 in the Qiangtang Basin

2.3 萜類化合物

所有的樣品均檢出豐富的五環(huán)三萜類化合物(藿烷系列)和三環(huán)萜烷，以及少量四環(huán)萜烷，其相對豐度五環(huán)三萜烷>三環(huán)萜烷>四環(huán)萜烷。五環(huán)三萜烷碳數(shù)分布范圍C27—C35，均以C30藿烷成分占優(yōu)勢；三環(huán)萜烷碳數(shù)分布范圍為C19—C30，以C21或 C23為主碳峰；在樣品中均檢出有γ-蠟烷的存在，但含量較小，剖面上其最大值出現(xiàn)在580 m處，315 m處出現(xiàn)第二大值；未檢出代表典型陸源輸入的奧利烷和羽扇烷[11]。

圖4 羌塘盆地羌資2井布曲組碳酸鹽巖生物標志化合物參數(shù)綜合柱狀圖圖中羅馬數(shù)字意義為：Ⅰ=∑nC21-/∑nC22+; Ⅱ=三環(huán)萜烷/C30藿烷; Ⅲ=莫烷/C30藿烷；Ⅳ= C31升藿烷22S/(22S+22R)；Ⅴ=γ-蠟烷/C30藿烷；Ⅵ=孕甾烷/C29-ααα-20R甾烷；Ⅶ= C29ββ/(ββ+αα)；Ⅷ= C2920S/(20S+20R)Fig. 4 Comprehensive biomarker parameters columns of the Buqu Fm carbonate rocks from Well QZ2 in the Qiangtang Basin

長側(cè)鏈三環(huán)萜烷來源于細菌類或藻類等低等水生生物,海相烴源巖含有較高的三環(huán)萜烷，三環(huán)萜烷/五環(huán)三萜烷比值可達0.1～1.0,一般為0.35～0.50[18]。四環(huán)萜烷一般被認為是陸源輸入標志物,但在華北薊縣震旦系和塔里木盆地寒武、奧陶系碳酸鹽巖海相烴源層中也相繼發(fā)現(xiàn)了C24四環(huán)萜烷，因此低等生物同樣也可能是C24四環(huán)萜烷的重要來源[19]。因此，上述萜類化合物特征總體反映了樣品的原始有機母質(zhì)具有菌藻類等低等水生生物輸入的特征。

γ-蠟烷是一種C30的三萜烷，主要通過還原原生動物和光合作用細菌的四膜蟲醇形成[20]，通常被作為鹽湖相和海相沉積環(huán)境及水體分層的標志[21]。羌資2井碳酸鹽巖中γ-蠟烷普遍存在，但相對含量較低，γ-蠟烷/αβC30藿烷值均小于0.3，介于0.04～0.25之間，比林金輝[11]研究的藏北中侏羅統(tǒng)海相油頁巖的γ-蠟烷/C30藿烷值(均在0. 2以下，水體鹽度正常)稍高，反映了碳酸鹽巖沉積時水體有一定鹽度，但鹽度并不是很高。在剖面上(圖4)γ-蠟烷/αβC30藿烷值分布除在130 m和380 m出現(xiàn)明顯低值點外，其余位置分布較為平穩(wěn)，波動不大，說明水體鹽度相對較為穩(wěn)定，而明顯低值點的出現(xiàn)說明鹽度可能受到某種外來影響。

2.4 甾類化合物

碳酸鹽巖中檢出的甾烷類化合物主要成分為規(guī)則甾烷(C27—C29)，次為孕甾烷(C21—C22)，重排甾烷(C27—C29)量少未檢出。除一件樣品(含瀝青脈泥晶灰?guī)r)外，其余樣品規(guī)則甾烷C27—C28—C29呈“V”字型分布，∑(C27+C28)>∑C29，∑C27/∑C29介于0.67～1.22之間，該比值在剖面上呈無規(guī)律的波狀分布，即C27優(yōu)勢或 C29優(yōu)勢在剖面上間隔出現(xiàn)。

地質(zhì)體中的甾烷主要是在成巖過程中，由藻類、浮游動植物及高等植物的甾酸衍生而來，甾烷一旦形成，不同碳數(shù)之間的甾烷不可能發(fā)生明顯的相互轉(zhuǎn)化，因此，甾烷是研究烴源巖母質(zhì)類型的重要參數(shù)。一般來講，C27和C28甾烷通常來源于低等水生生物和藻類[22]，而C29甾烷則不總是來源于陸源高等植物[23]，單體碳同位素的研究結(jié)果也支持這種認識[24]。分析表明，樣品干酪根主要由來源于低等水生生物的顯微組分組成。因此，本文認為羌資2井碳酸鹽巖的生物母質(zhì)主要來源于低等水生生物，是否有陸源高等植物參與仍需作進一步研究。

3 生標物與有機質(zhì)成熟度的關(guān)系

羌資2井碳酸鹽巖鏡質(zhì)體反射率Ro值介于0.99%～1.29%之間，平均值1.14%(圖2)，有機質(zhì)熱演化進入成熟階段；在剖面上Ro值的分布也非常平穩(wěn)(僅在瀝青脈發(fā)育的位置有微小波動)，并隨深度增加，Ro值也有增加的趨勢，反映了有機質(zhì)的正常熱演化過程。

生物標志化合物在成巖作用和有機質(zhì)演化過程中，巖石中的甾烷、萜烷分子會發(fā)生 “異構(gòu)化反應(yīng)”，如甾烷的ααα型向αββ型、藿烷的ββ型向βα型和αβ型轉(zhuǎn)換，側(cè)鏈上R型向R+S型的差向異構(gòu)化等。因此，這些不同構(gòu)型化合物的相對豐度就能用作判斷有機質(zhì)成熟度的參數(shù)，常用的有C31αβ22S/(22S+22R)、甾烷的C29ααα20S/(20S+20R)和C29αββ/(αββ+ααα)等[25]。通常認為，生油門限C29ααα20S/(20S+20R)和C29αββ/(αββ+ααα)兩參數(shù)值約為0.25，到生油高峰達到平衡，前一比值為0.52～0.55，后一比值為0.7左右[26]。但在碳酸鹽巖等缺乏粘土礦物的巖石中，該比值一般偏低[27]。

羌資2井碳酸鹽巖剖面中(圖4)，甾烷C29ααα20S/(20S+20R)和C29αββ/(αββ+ααα)兩比值的分布特征較為近似，數(shù)值線條平穩(wěn)且波動不大，說明整個剖面具有一致或相似的熱演化程度；兩比值分別介于0.27～0.45和0.31～0.43之間，平均值分別為0.41和0.38，均已大大高于生油門限值，但未達到熱演化平衡值0.52～0.55?？傮w上說明有機質(zhì)已達成熟階段但未到過成熟階段，與鏡質(zhì)體反射率Ro值反映的結(jié)果非常相似。

上述研究結(jié)果不支持地表地質(zhì)剖面研究中得到的有機質(zhì)已經(jīng)達到高成熟或過成熟階段的認識[28-29]。

4 結(jié)論

1)羌資2井碳酸鹽巖中富含正烷烴、類異戊二烯烷烴、萜類化合物和甾類化合物。正烷烴具有低碳數(shù)優(yōu)勢，輕烴組分占有絕對優(yōu)勢；植烷優(yōu)勢較為明顯；γ-蠟烷普遍存在，但相對含量較低；甾烷主要為規(guī)則甾烷，并顯示微弱C27優(yōu)勢或 微弱C29優(yōu)勢。

2)碳酸鹽巖有機母質(zhì)主要來源于菌、藻類等低等水生生物，不能確定是否有陸源高等植物參與其中。

3)碳酸鹽巖沉積環(huán)境總體為還原—弱還原的微咸水海相環(huán)境，海水鹽度基本正常。

4)鏡質(zhì)體反射率和生物標志化合物均顯示井下碳酸鹽巖有機質(zhì)處于成熟階段，該結(jié)論不支持地表樣品研究中得出的有機質(zhì)處于高成熟或過成熟階段的認識。

致謝：本文是國家油氣專項“青藏高原油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價”子課題“羌塘盆地石油地質(zhì)資料淺鉆施工及測試分析”的部分研究成果，是課題全體人員辛勤勞動的集體成果。課題在實施過程中得到了“羌塘盆地扎仁區(qū)塊1∶5萬石油地質(zhì)構(gòu)造填圖”項目組全體成員的大力幫助，西藏地勘局第二地質(zhì)大隊也為課題的順利完成提供了有力支持。在此，謹向為本課題順利實施、本文順利完成給予幫助和支持的同志和相關(guān)單位致以衷心的感謝。

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