典型海相油和煤成油飽和烴生物標(biāo)志化合物特征研究

張文俊，張 敏 （長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)系）油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023

典型海相油和煤成油飽和烴生物標(biāo)志化合物特征研究

張文俊，張 敏 （長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)系）油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)江大學(xué)），湖北荊州434023

通過對(duì)塔里木盆地塔中隆起典型海相原油和吐哈盆地典型煤成油的飽和烴生物標(biāo)志化合物系統(tǒng)剖析，對(duì)比分析了海相油與煤成油在飽和烴生標(biāo)組合上的差異。海相油中Pr／Ph小于1，補(bǔ)身烷含量遠(yuǎn)高于升補(bǔ)身烷含量，三環(huán)萜烷含量豐富、富含C23、C24三萜化合物且C24四環(huán)萜烷含量較低，Ts／Tm較高、且伽馬蠟烷含量明顯高于煤成油，C27規(guī)則甾烷含量較高，而重排化合物含量較低。煤成油中Pr／Ph大于2.5，升補(bǔ)身烷含量高于補(bǔ)身烷含量，三環(huán)萜烷含量很低、富含C19、C20三萜化合物且C24四環(huán)萜烷含量較高，Ts／Tm很低、基本不含伽馬蠟烷，C29規(guī)則甾烷含量相對(duì)較高；富含重排化合物。2類原油飽和烴生物標(biāo)志化合物分布模式與組成特征揭示了其有機(jī)質(zhì)的來源、類型、成熟度與沉積環(huán)境的差異。

海相油；煤成油；飽和烴；塔里木盆地；吐哈盆地

飽和烴是原油的重要組成部分，其生物標(biāo)志化合物蘊(yùn)藏著豐富的地質(zhì)－地化信息，是研究不同沉積環(huán)境烴源巖與原油中原始有機(jī)質(zhì)的來源、成熟度與沉積水介質(zhì)條件的重要資料之一。

塔里木盆地面積56×104km2，是一個(gè)古生界克拉通盆地和中新生界前陸盆地組成的大型疊合復(fù)合盆地，而塔中地區(qū)是指塔里木盆地中央隆起中段的塔中隆起，油氣勘探實(shí)踐業(yè)已證明該區(qū)是典型的海相油氣的富集區(qū)［1～3］。吐哈盆地位于我國新疆維吾爾自治區(qū)的東疆域內(nèi)，盆地東西長(zhǎng)約60～130km，面積52800km2，是天山山脈中的一個(gè)含煤、含油氣盆地。研究成果表明，吐哈盆地是我國典型煤成油富集帶［3，4］。隨著石油勘探的不斷拓展，就某一個(gè)沉積盆地原油的地球化學(xué)特征研究已較深入，但對(duì)不同地區(qū)不同沉積環(huán)境和不同母質(zhì)來源的原油對(duì)比性研究成果相對(duì)較少。筆者以塔里木盆地塔中隆起典型海相原油和吐哈盆地典型煤成油的飽和烴作為研究對(duì)象，通過系統(tǒng)剖析2種不同沉積環(huán)境的原油飽和烴生物標(biāo)志化合物組合特征，旨在進(jìn)一步探討海相油與煤成油飽和烴地球化學(xué)特征的差異。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)

此次研究的典型海相油樣品分別取自塔中地區(qū)石炭系和奧陶系儲(chǔ)層，共12個(gè)樣品，以正常油為主；而典型煤成油樣品都取自吐哈盆地侏羅系儲(chǔ)層，共11個(gè)樣品，以凝析油為主。

飽和烴GC－MS分析在6890N／5975I色譜質(zhì)譜儀上進(jìn)行。色譜柱為HP－5MS石英彈性毛細(xì)柱（30m ×0.25mm×0.25μm）。升溫程序?yàn)?0℃恒溫1min，從50～100℃的升溫速率為20℃／min，100～315℃的升溫速率為3℃／min，315℃恒溫16.83min。進(jìn)樣器溫度300℃，載氣為He，流速1.0ml／min，掃描范圍為50～550amu。

2 結(jié)果與討論

2.1 正構(gòu)烷烴和類異戊二烯烷烴

正構(gòu)烷烴的奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)（CPI）常用來作為指示原油成熟度的指標(biāo)。塔中地區(qū)海相油CPI值為1.02～1.13，平均值為1.06，已經(jīng)趨近于平衡值1，這可能與塔中地區(qū)原油較高的成熟度有關(guān)［3，5］。吐哈盆地煤成油樣品CPI值則較高，為1.15～1.39，平均值為1.22，為明顯的奇碳優(yōu)勢(shì)，說明吐哈盆地煤成油的成熟度要明顯低于塔中地區(qū)原油成熟度（表1）。

表1 塔里木盆地海相油和吐哈盆地煤成油飽和烴生標(biāo)參數(shù)

類異戊二烯烷烴具有較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過程中，一般不受熱演化作用的影響，或者受到的影響很小，特別是在成熟階段以后成熟度影響可忽略不計(jì)［6～8］，因此Pr／Ph的指相意義相當(dāng)重要。在所研究樣品中海相油的Pr／Ph值為0.66～0.84，都小于1，而煤成油的Pr／Ph值則高達(dá)2.75～ 4.95，絕大多數(shù)都超過了3（表1）。一般認(rèn)為，Pr／Ph值小于1為較強(qiáng)還原環(huán)境的標(biāo)志，而Pr／Ph值大于3則為氧化環(huán)境的標(biāo)志。這是由于埋藏的陸源植物中的腐植酸使得沉積環(huán)境偏酸性，氧化作用加強(qiáng)，植醇較多地轉(zhuǎn)化為姥鮫烷［6～8］。海相油的Pr／nC17為0.10～0.22，Ph／nC18為0.15～0.34；煤成油Pr／nC17為0.24～0.85，Ph／nC18為0.08～0.22?？梢钥闯龊Ｏ嘤偷腜r／nC17相對(duì)較低、Pr／nC18較高，而煤成油的Pr／nC17則較高、Ph／nC18較低，兩者存在顯著差異（表1、圖1）。

圖1 塔里木盆地海相油和吐哈盆地煤成油Pr／n C17和Pr／n C18相關(guān)圖

2.2 萜類化合物

2.2.1 二環(huán)倍半萜

原油中都檢出了豐富的萜類化合物，其中二環(huán)倍半萜類化合物含量豐富，但2類原油差異較大。海相原油以補(bǔ)身烷為主，其C15／C16升補(bǔ)身烷比值高達(dá)1.23～5.52，均值為2.75；相反煤成油以升補(bǔ)身烷為主，其C15／C16升補(bǔ)身烷比值為0.37～1.72，均值為0.95（表1）。實(shí)際上，這2個(gè)碳數(shù)化合物均來自相同的藿烷先質(zhì)物，形成哪個(gè)碳數(shù)化合物主要取決于碳環(huán)中哪個(gè)碳鍵發(fā)生斷裂，而這種斷裂的發(fā)生和斷裂方式與礦物基質(zhì)的催化性質(zhì)有關(guān)，因而C15／C16升補(bǔ)身烷比值能較好地反映有機(jī)母質(zhì)沉積環(huán)境的差異［9］。

2.2.2 三環(huán)萜烷

2類原油的三環(huán)萜烷含量差異亦較大，海相油三環(huán)萜烷的含量高，三環(huán)萜烷／C30藿烷值為0.58～3.03，平均值為1.26；而煤成油的三環(huán)萜烷的含量低，三環(huán)萜烷／C30藿烷值為0.04～0.28，平均值為0.14（表1）。三環(huán)萜烷是三環(huán)己烷異戊二烯的降解產(chǎn)物，其前身是古細(xì)菌的脂類［10］，暗示海相油比煤成油具有更高的三環(huán)萜烷含量。此外三環(huán)萜烷的內(nèi)部組成差異也較大，煤成油更加富集C19、C20三環(huán)萜類化合物（圖2），這些化合物可能來源于高等植物中的二萜類先質(zhì)，因而在陸源有機(jī)質(zhì)為主要生源的陸相油中較豐富［9］。澳大利亞某些以高等植物為母質(zhì)輸入的原油含有豐富的C24四環(huán)萜烷［9］，在圖2中可看到在海相油的C24四環(huán)萜烷／C26三環(huán)萜烷比值要遠(yuǎn)低于煤成油，這可能和陸相油的成油母質(zhì)的沉積環(huán)境中細(xì)菌作用較活躍有關(guān)［9～11］。

2.2.3 五環(huán)三萜烷

在五環(huán)三萜化合物的分布中（圖3），煤成油的Ts含量明顯低于Tm，煤成油Ts／Tm為0.13～0.56，平均值為0.36；而海相油的Ts和Tm的含量則相當(dāng)，海相油的Ts／Tm比值高達(dá)0.51～1.42，平均值1.03。Ts／Tm比值常用來作為成熟度指標(biāo)，但其含量同樣受到相帶的控制，一般認(rèn)為來源于陸源高等植物生源的原油Tm明顯偏高，而在鹽湖等沉積環(huán)境中的原油Ts含量要相對(duì)較高［10］。

圖2 塔里木盆地海相油和吐哈盆地煤成油C19＋C20／C23＋C24三環(huán)萜烷與C24四環(huán)萜烷／C26三環(huán)萜烷相關(guān)圖

圖3 塔里木盆地典型海相油和吐哈盆地典型煤成油飽和烴生標(biāo)質(zhì)量色譜圖

伽馬蠟烷的富集與高鹽度的沉積環(huán)境有密切的關(guān)系［10，12］。不同沉積環(huán)境原油中伽馬蠟烷指數(shù)（伽馬蠟烷／C30藿烷）差異也較明顯，海相油的伽馬蠟烷指數(shù)為0.08～0.31，均值0.16；煤成油的指數(shù)則極低，為0.02～0.05，均值0.03。在圖4中，伽馬蠟烷指數(shù)與Pr／Ph比值相關(guān)性良好，這2個(gè)指標(biāo)可作為區(qū)分海相油和煤成油的有效參數(shù)。

2.3 甾類化合物

2類原油樣品中的ααα－20R－C27～C29甾烷相對(duì)含量存在一定差異，煤成油的C29甾烷豐度較高，而海相油相對(duì)煤成油C27甾烷更多。一般認(rèn)為水生生物富含C27（和C28）甾醇，而高等植物富含C29甾醇，缺少C27甾烷而相對(duì)富集C29甾烷是煤系烴源巖的重要特征［6，7，10］。C27～C29規(guī)則甾烷中海相油普遍具有“V”字型的甾烷分布，而煤成油則多呈反“L”型分布（見圖3）。此外，海相原油重排甾烷含量低，重排甾烷／規(guī)則甾烷比值為0.07～0.44，均值0.23；相反煤成油中重排甾烷豐富，重排甾烷／規(guī)則甾烷比值為0.44～0.89，均值0.55。這是因?yàn)橹嘏喷尥槭晴薮荚诔蓭r作用期間經(jīng)粘土酸性催化作用的結(jié)果，故此原油中低的重排甾烷／甾烷比值指示著缺氧，貧粘土的碳酸鹽巖抑或泥質(zhì)烴源巖，而高的重排甾烷／甾烷比值則表示原油來源于富含粘土的烴源巖［6，7，10］。

圖4 塔里木盆地典型海相油和吐哈盆地典型煤成油Pr／Ph和伽馬蠟烷指數(shù)相關(guān)圖

3 結(jié) 論

1）海相油與煤成油中類異戊二烯烷烴分布特征差異明顯。海相油中Pr／Ph、Pr／nC17比值低，Ph／nC18比值高；相反煤成油中Pr／Ph、Pr／nC17比值高，Ph／nC18比值低。

2）海相油與煤成油中萜烷相對(duì)含量與組合特征也存在顯著的區(qū)別。海相油中二萜類化合物以補(bǔ)身烷化合物為主，升補(bǔ)身烷含量較低，三環(huán)萜烷中C23化合物為主峰，高碳數(shù)的三環(huán)萜烷化合物相對(duì)豐富，而五環(huán)三萜烷中Ts化合物與伽馬蠟烷含量較高；煤成油中二萜類化合物以升補(bǔ)身烷化合物為主，補(bǔ)身烷含量較低，三環(huán)萜烷中C19或C20化合物為主峰，低碳數(shù)的三環(huán)萜烷化合物相對(duì)豐富，而五環(huán)三萜烷中Ts化合物與伽馬蠟烷含量較低。

3）海相油與煤成油中甾烷分布模式明顯不同。海相油中C27甾烷較煤成油高，但煤成油具有更高C29甾烷含量，因此，在ααα－20R－C27～C29規(guī)則甾烷中海相油具有“V”字型的甾烷分布模式，而煤成油則呈現(xiàn)出反“L”型分布模式。

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［編輯］ 宋換新

25 Biomarker Characteristics of Saturated Hydrocarbon in Typical Marine Oils and Typical Coal－formed Oils

ZHANG Wen－jun，ZHANG Min

（First Authors Address：Department of Geochemistry；Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources（Yangtze University），Ministry of Education，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

By GC／MS analysis，the geochemical characteristics of typical marine oils from the Tazhong Area in Tarim Basin and typical coal－formed oils from the Tuha Basin indicated that there existed differences of compositional characteristics of saturated hydrocarbon biomarkers between two oil categories to deepen understanding of their origin.Pr／Ph of marine oils was less than 1，they contained higher drimane relative to homodrimane，riched in tricyclic terpanes，and they had abundant C23，C24tricyclic terpanes but less C24tetracyclic terpanes，Ts／Tm was higher，the gammacerane values were more greater than that in coal－formed oils.The content of C27sterane was not greater；low rearranged compounds were contained.Pr／Ph of coal－formed oils is greater than 2.5；homodrimane is riched than drimane，less tricyclic terpanes contained，they have abundant C19，C20tricyclic terpanes and major C24tetracyclic terpanes，Ts／Tm and gammacerane values are very low，the content of C29sterane is greater，rearranged compounds are abundant.The distribution pattern and compositional characteristics of the two categories of oils reveal that there exist differences of origins，organic types，maturies and depositional environment.

marine oil；coal－formed oil；saturated hydrocarbon；Tarim Basin；Tuha Basin

book=320,ebook=320

TE122.1

A

1000－9752（2012）06－0025－04

2012－03－23

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40973041）。

張文?。?988－），男，2010年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)方面的學(xué)習(xí)與研究工作。