柴达木盆地咸水湖相烃源岩和原油中甾烷类化合物特征研究

发布时间：2020-08-06 18:03

【摘要】：柴达木盆地位于青海省西部,面积约12×10~4 km~2,其西部南区是盆地第三系咸化湖相烃源岩最为发育的地区。随着在咸化环境中检测到越来越多异常高丰度ββ甾烷类化合物和完整短链甾烷类化合物的现象,咸化环境下甾烷类化合物的分布特征、成因机制以及地球化学属性越来越到地球化学家们的关注。本文以柴达木盆地咸水湖相烃源岩和原油为研究对象,旨在研究咸水湖相烃源岩和原油的地球化学特征,深入探讨了咸水湖相烃源岩和原油中甾烷类化合物的组成特征,利用色谱-质谱(GC-MS)技术系统鉴定和识别了短链甾烷、4-甲基甾烷和羊毛甾烷,重点探讨了咸水湖相中ββ甾烷类化合物和短链甾烷化合物分布特征和形成机理。对柴达木盆地咸水湖相不同地区不同层位烃源岩进行了系统的评价,其中烃源岩有机碳含量(TOC)分布于0.02-2.24%,平均值为0.53%;生烃潜量(S_1+S_2)介于0.02-8.79mg/g,平均值为1.38mg/g;氯仿沥青“A”介于0.001-1.431%,平均值为0.109%,表明大部分烃源岩丰度为中等-好。有机质类型指数降解率(D)介于1.28-64.09%之间,H/C原子比介于0.61-2.35,O/C原子比介于0.01-0.38之间,总体上显示烃源岩有机质类型为混合型或腐泥型。烃源岩镜质体反射率的分布范围为0.404-1.12%之间,大部分烃源岩Ro分布在0.5-1.3%之间,表明研究区烃源岩总体上为低成熟-成熟阶段,部分样品处于未成熟阶段。系统刻画了柴达木盆地咸水湖相烃源岩和原油地球化学特征,两者地球化学特征基本相似。柴达木盆地咸水湖相烃源岩和原油正构烷烃均呈明显的偶奇优势,Pr/Ph分别分布在0.09-0.66和0.23-0.40之间,平均值分别为0.32和0.40;伽马蜡烷/C_(30)藿烷比值分别介于0.07-1.88和0.40-1.88之间,平均值分别为0.52和0.86;升藿烷系列化合物均呈“翘尾巴”的分布模式,三芴系列化合物中硫芴和芴的含量较高,氧芴较低,表明研究区主体沉积于半咸水-咸水条件下的偏还原的沉积环境。规则甾烷C_(27)、C_(28)、C_(29)主要呈以C_(27)略占优势的不对称“V”分布,三环萜烷化合物中检测到一定含量的C_(28)、C_(29)长链三环萜烷,芳烃化合物中以菲系列化合物为主,表明柴达木盆地烃源岩和原油有机质输入以藻类等水生生物为主,陆源输入为次。通过对烃源岩和原油中规则甾烷化合物异构化组成特征的详细分析,全面分析了柴达木盆地咸水湖相ββ甾烷类化合物的形成机理。研究发现柴达木盆地咸水湖相不同碳数ββ甾烷类化合物丰度具有一定的差别,不同碳数ββ甾烷类化合物化合物之间具有较好的相关性。在柴达木盆地低Pr/Ph、高伽马蜡烷/C_(30)藿烷、高SF/(SF+OF+F)的条件下没有检测到异常高丰度的ββ甾烷化合物,相反,在这种情况下ββ甾烷化合物的相对丰度是最低的,且在Pr/Ph中等、伽马蜡烷/C_(30)藿烷中等、SF/(SF+OF+F)中等条件下检测到较高丰度的ββ甾烷化合物,但其对应烃源岩样品成熟度较高。烃源岩和原油中沉积环和成熟度参数表明研究区ββ甾烷化合物的形成与富集仍主要与热演化程度有关,与咸化环境没有较大的相关性。在前人的研究基础上,通过GC-MS技术在柴达木盆地咸水湖相除了检测到较为常见的规则甾烷,还检测到较不常见的短链甾烷、4-甲基甾烷、羊毛甾烷和长链烷基甾烷等。短链甾烷化合物中以C_(26)短链甾烷和C_(21)孕甾烷化合物含量最高,C_(22)升孕甾烷和C_(25)短链甾烷次之,C_(19)、C_(20)、C_(23)和C_(24)短链甾烷化合物相对含量较低;4-甲基甾烷的分布模式主要有两种,分别为C_(28)㩳C_(30)≤C_(29)和C_(28)㩳C_(29)㩳C_(30),总体上以C_(29)和C_(30)甲基甾烷为主;羊毛甾烷化合物表现为C_(30)㧐C_(31)㧐C_(32)的分布模式。虽在研究区烃源岩和原油中检测到这些特殊的甾烷类化合物,但甾烷类化合物仍以规则甾烷为主,短链甾烷、4-甲基甾烷的相对含量均较低。柴达木盆地咸水湖相烃源岩和原油中短链甾烷化合物内组成关系表现出均一性,相连碳数之间具有较好的线性相关性,不相连碳数之间也呈现出较好的相关性。总体而言,C_(21)孕甾烷和C_(22)升孕甾烷与其他短链甾烷之间的相关性最好,C_(25)短链甾烷次之,C_(26)短链甾烷与其他短链甾烷化合物之间相关最差。生物标志化合物分析表明短链甾烷化合物的形成与富集受多种因素影响。沉积环境参数(Pr/Ph、伽马蜡烷/C_(30)藿烷、SF/(SF+OF+F))表明强还原、高盐的沉积环境是短链甾烷化合物形成的基本因素,半咸水-咸水的环境条件下有利于短链甾烷类化合物的形成与富集;母质来源参数(C_(24)TeT/C_(26)TT、C_(24)TeT/C_(23)TT、(C_(28)TT+C_(29)TT)/C_(30)藿烷和C_(27)/C_(29)规则甾烷)表明短链甾烷类化合物的母质来源主要与藻类等低等水生生物有关;成熟度参数(C_(29)-20S/(20S+20R)、C_(29)-ββ/(ββ+αα)、C_(29)重排藿烷/C_(29)藿烷、C_(30)重排藿烷/C_(30)藿烷、2,3,6-TMN/(1,4,6+1,3,5-TMN)和4-MDBT/(4-MDBT+1-MDBT))表明成熟度的增加有利于短链甾烷类化合物的形成与富集。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.13
【图文】：

构造分区,柴达木盆地

三大山脉包围，位于青藏高原以北，面积约为 12×104km[57-59]。盆地内十分发育规模较大、活动时间较长的断裂，这些断裂活动控制着盆地构造沉积各阶段的沉积充填。根据盆地的构造演化特征，可以将盆地划分 3 个一级构造构造单元，分别为东部坳陷区、西部坳陷区和北部断块区，其内部又可进一步划分为 11 个二级构造单元，包括塞昆断陷、茫崖凹陷、昆北断阶等（图 2-1）。本文研究范围主要为柴达木盆地西南区，是该盆地油气最为富集的区域。目前，柴西南区已探明的石油地质储量占柴达木盆地的 90%以上，该区域第三系烃源岩在盆地中最为发育。但值得注意的是，柴达木盆地西部地区主要发育一套特征显著沉积于咸化湖泊相的第三系烃源岩，烃源岩的有机质丰度高，生烃母质也较为特殊，并且具有较高含量的碳酸盐和盐，既不同于海相泻湖或盐湖相烃源岩，也不同于一般的淡水湖泊相生油岩。然而时至今日，针对这套在国内乃至世界上并不多见的、在特殊环境下形成的烃源岩，其烃源因素和评价方法等研究尚欠深入。况且，该区受特殊地理、地质等条件的限制，总体勘探程度并不高，其烃源岩地球化学系统研究一直是油气勘探中的薄弱环节。

柱状图,柴达木盆地,柱状图,砂山

10图 2-2 柴达木盆地第三系地层柱状图Fig 2-2 Stratigraphic column of the Qaidam Basin狮子沟组（N23）：该组地层发育的厚度最大可达 1300m，与上油砂山组的区膏盐层增多。其他情况基本相似。目前，该组地层发育的生物气源岩和生物集岩是盆地第三系中唯一的一套。上油砂山组（N22）：该组地层与下油砂山组发育的地层岩性基本相似，只是更粗，发育的地层厚度为 150-2000m。在盆地边缘主要发育一套灰色厚层状砾浅绿黄色砂岩及浅棕红色泥质岩的地层，而在盆地中心地层的岩性逐渐变细

直方图,咸水湖相,有机碳含量,柴达木盆地

）参数等对其进行有机质丰度的评价，烃源岩样品取自柴达木盆地七个泉、阿拉尔-红柳泉、狮子沟-跃进、乌南和切克里克-扎哈泉地区。图3-1和图3-2分别为柴达木盆地第三系咸水湖相不同层位烃源岩的有机碳含量和生烃潜量含量分布直方图。从图中可以明显地看出，柴达木盆地咸水湖相烃源岩有机碳和生烃潜量存在较大的差别。油砂山组有机碳含量分布范围相对集中，但其值较低，均小于 0.60%，分布范围介于 0.02%-0.55%之间，平均值为 0.19%，53 个样品中有 35 个样品的有机碳含量小于 0.2%，占样品总数的 66%

【参考文献】