利用煤岩可溶有机质生物标志化合物探讨塔里木盆地侏罗系沉积环境.pdf

文章编号 10045589 2007 02015206 利用煤岩可溶有机质生物标志化合物 探讨塔里木盆地侏罗系沉积环境 刘全有1,刘文汇2 11 中国石油 勘探开发研究院,北京100083 ; 21 中石化 石油勘探开发研究院,北京100083 摘要塔里木盆地满加尔凹陷低成熟煤岩可溶有机质研究表明,正构烷烃呈双峰分布,且 ∑n- C21- / ∑n- C22 510; Pr/ Ph值为3176 ,有明显的姥鲛烷优势;藿烷系列化合物丰富,且C30-α β藿烷为主 峰碳;检测出相对丰度不高的三环二萜烷系列化合物和C29～C32-β β生物构型藿烷;丰富甾烷系列化 合物的检出,包括C29相对丰度占优势、孕甾烷和重排甾烷的检出等。印证了塔里木盆地在侏罗纪为 典型陆相沉积,沉积环境偏氧化,且侏罗系煤岩成煤母质主要为陆源有机质输入为主的高等植物。 关键词塔里木盆地;煤岩;沉积环境;生物标志化合物 中图分类号 P534. 52 文献标识码 A 收稿日期 2006209201 ;改回日期 2007201222 Discussion of Jurassic coal2ing environments using fossil biomarkers in soluble organic matters from Tarim Basin LIU Quan2you1, LIU Wen2hui2 1.Research Institute of Exploration and Development , PetroChina , Beijing 100083 , China; 2.Research Institute of Exploration coal ; depositional paleao2environment ; fossil biomarkers 0 引言 沉积环境通过其特有的物质组成和能量特征控 制着表生带生物群的时空分布。生物群的新陈代谢 使一部分生物体进入沉积物中,它们经过环境的改 造大部分呈碎屑体保存下来,只有一小部分具有特 殊特质结构的生物体或其局部组织比较完整地保存 下来[1 ,2]。这些保存下来的沉积有机质通过分选作 第26卷 第2期 2007年6月 世 界 地 质 GLOBAL GEOLOGY Vol126 No12 Jun12007 用使得不同组份在不同的介质环境中发生分异聚 集。例如河流环境中煤炭和陆生结构的物质容易保 存下来,滨湖环境中煤炭异常富集,深湖2半深湖 中广泛存在无定形组份,而海相环境微生物活动频 繁,有机质易遭受强烈改造,而类脂组分得到有效 保留,且菌藻类发育[3 ,4]。有机质的形成环境决定 着母质来源、类型及其保存条件[5]。由于有部分 特殊结构的生物体或其局部组织比较完整地保存在 沉积有机质中,通过研究沉积有机质中生物标志化 合物分布特征可以反演沉积古环境与母质输入类 型。本文拟通过研究塔里木盆地低成熟煤岩可溶有 机质生物标志化合物特征来反演该盆地侏罗纪沉积 环境和该煤系母质来源。 1 地质背景 塔里木盆地侏罗系主要发育在盆地东部的库车 坳陷、满加尔凹陷、英吉苏凹陷以及塔西南坳陷的 山前地带。侏罗系下部以河流和滨湖相沉积为主, 中部以滨浅湖和半深湖相沉积为主,而上部在隆起 区以河流沉积为主,凹陷区有滨、浅湖相沉积[6]。 塔里木盆地侏罗系煤岩作为主要烃源岩在不同区域 经受的热演化史不同,库车坳陷热演化程度最高, 拜城凹陷镜质体反射率可达215 ,并形成了以克拉 2气田为代表的高成熟煤型气[7];满加尔凹陷和英 吉苏凹陷源岩热演化程度较低,一般Ro 80目并晒干,利用索氏 抽提法获得可溶有机质,再经硅胶二氧化铝 5 ∶ 1 柱色层分离为饱和烃、芳烃和非烃三个族组分,对 分离得到的饱和烃分别进行了气相色谱和色质谱分 析。气相色谱仪为美国PE公司SIGMA2000型, 弹性石英毛细柱 SE54 50 m012 mm ,气化 室温度 300℃,程序升温 80℃ 5℃/ mm 290℃ 恒 温30 min ,检测器FID。色谱2质谱联用分析仪为 美国HP公司5989四极矩质谱仪,质谱离子源 El源,离子源温度 250℃,离子源电离能 70 eV ,质谱联用仪气相色谱为美国HP公司5890型, 弹性石英毛细柱为SE54 50 m012 mm ,气化 室温度 300℃,程序升温 80℃ 4℃/ mm 300℃, 恒温015 h ,载气为纯氦气。 3 结果与讨论 通过对塔里木盆地侏罗系低成熟煤岩抽提物的 色谱/质谱分析,检测出有关判识煤岩沉积环境的 生物标志化合物,包括饱和烃正构烷烃的分布,类 异戊二稀烷烃的Pr/ Ph比,萜类化合物和甾族类 化合物等图 1 。质量总离子流图TIC中检测 出明显的去甲基2A环芳构2孕甾烷Demethylated A2ring aromatic pregnane steranes、西蒙内利稀 Simonellite和惹稀Retene等芳构化合物。 311 正构烷烃系列 在煤岩可溶有机质中,正构烷烃呈双峰分布, 且以前峰相对丰度大于后峰为特征∑C212/∑C22 51 74 。碳数分布为nC14～nC33,主峰碳为 nC16,峰形呈双峰型,前驼峰主峰为nC16,后驼 峰主峰为nC33。煤岩OEP指数 C17 6C19 C21 4 C 18 C20 和C25 6C27 C29 4 C 26 C28 分别为0. 66和1100 ,未显示 低成熟特征。OEP指数明显高于11 0 奇碳优势 时,表明原油或抽提物为未熟,该比值为110时并 不能证明原油或抽提物为成熟[1]。Powell等[9]指 出,在某些情况下,有机质类型可能比热成熟度对 链烷烃分布和OEP指数有更强的影响。 312 类异戊二稀烷烃系列 在类异戊二稀烷烃中,由于姥鲛烷和植烷形成 的沉积环境不同,利用姥/值比Pr/ Ph在一定程 度上反映了古沉积环境的氧化还原状态和有机质的 演化程度[1]。当Pr/ Ph 1为偏氧化环境[1 ,3]。塔里木盆地煤岩类异戊 二稀烷烃中Pr/ Ph值为3176 ,有明显的姥鲛烷优 势。中国以陆源物质为主要输入母质类型的侏罗系 煤岩 一 般 均 有 较 高 的 姥 鲛 烷 优 势。Peters和 351第2期 刘全有 刘文汇利用煤岩可溶有机质生物标志化合物探讨塔里木盆地侏罗系沉积环境 Moldowan[1]认为对生油窗内的样品,高Pr/ Ph 3指示氧化条件,陆源有机质输入[10 ,11];低 Pr/ Ph , C34 C33 C32 C31 C30 C29 C27 和22R 22S;所以22R构型要优先被微生物降 解,形成22S/ 22 S R值偏高[1]。C29～C32 2 β β 藿烷作为生物构型藿烷的检出,反映了该样品成熟 度确实低,与成熟Ro为014 相一致。在m/ z191 质量色谱图未检测出C32～C35苯并藿烷。 314 甾烷系列 甾烷作为油源对比、沉积环境鉴别和原油成熟 度的判识指标,在油气勘探中已得到广泛应 用[14219]。本次煤岩样品中较丰富甾族系列化合物 551第2期 刘全有 刘文汇利用煤岩可溶有机质生物标志化合物探讨塔里木盆地侏罗系沉积环境 的检出,包括孕甾烷、重排甾烷和常规甾烷,以 C29相对丰度占优势为特征,反映了它们的生源主 要来自高等植物图 3 。C29α α α甾烷20S/20S 20R 比值为014。Mackenzie等[20]认为在原油中 20S/20S 20R比值应为014 ,但多数原油的该 比值要偏低 0 123～01 29 。另外,规格甾烷的 20R构型的选择性降解在原油中可使20S/20S 20R 比值增加到015[21]。5α, 14α, 17α20R 20S 与5α, 14β, 17β20R 20S甾烷在原油判 识等方面已广泛应用[18 ,20]。在该煤岩样品中,β β/ β βα α比值为0159 ,表现为成熟特征。Seifert 和Moldowan[22]认为,如果在古沉积环境中存在生 物作用,那么在低熟未熟原油中β β/β βα α比 值会高于015 ,甚至达到平衡值 0 167～01 71 。 通过对塔里木盆地满加尔凹陷低成熟煤岩进行 索氏抽提,并对抽提物生物标志化合物分析与检 测,在煤系有机质中检测出部分典型代表陆源有机 质输入的生物标志化物表 1 。表明该盆地在侏 罗纪为典型的陆相沉积,且形成煤岩的母质主要为 高等植物;沉积环境偏氧化环境,水体较浅且呈淡 2弱咸水。 表1 塔里木盆地侏罗系煤岩沉积环境中一些典型生物标 志化合物 Table 1 Typical biomarkers from Jurassic ingredient sedi2 mental environment in Tarim Basin 生物标志化合物名称典型特征 正构烷烃双峰,nC23以后出现主峰 类异戊二稀烷烃姥鲛烷优势,高Pr/ Ph 3指示 氧化条件和陆源有机质输入 萜烷三环二萜烷相对丰度较低且碳数分 布较窄,可明显地检测出C24～C28 四环二萜烷化合物 ∑C27 C29/∑31藿烷≥210 甾烷可检测出孕甾烷、重排甾烷和常规 甾烷,且以C29相对丰度占优势 其他化合物可检出西蒙内利稀、惹稀、高等植 物树脂为母质和去甲基2A环化合物 4 结论 通过对塔里木盆地满加尔凹陷低成熟煤岩可溶 有机质饱和烃色质分析研究,可溶有机物具有以下 特征 1正构烷烃呈双峰分布,且以前峰相对丰度 大于后峰为特征,类异戊二稀烷烃Pr/ Ph值为 3176 ,具有明显的姥鲛烷优势; 2检测出相对丰度不高、碳数较窄的三环二 萜烷系列化合物;藿烷系列化合物主峰碳为C30 2 α β 藿烷,藿烷 ∑C29 C27/∑C31比值为21175 ,检 测到C29～C322 β β生物构型藿烷; 3检测出孕甾烷、重排甾烷和常规甾烷,且 以C29甾烷相对丰度占优势; 4根据以上生物标志物化合物分布特征印证 了塔里木盆地侏罗系煤岩成煤母质主要为陆源有机 质输入为主的高等植物,该盆地沉积环境在侏罗纪 为典型的陆相沉积,且为偏氧化环境。 参考文献 [1]Peters K E , Moldowan J M. 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