江汉盆地盐湖相烃源岩中有机质性质

2025年03月14日 00:33

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一、主要成烃母质

1.藻类体是未熟油形成的主要成烃母质

就江汉盐湖盆地烃源岩中有机显微组分组成特征而言，有形态显微组分的含量并不高，一般介于2%～6%之间，其中又以藻类体占优势，在全岩中约占1%～3%，是一种占绝对优势的富氢组分。由于藻类体是一类富氢的具有很强生烃能力的有机显微组分，是一种公认的最佳成烃母质，其含量的高低直接影响烃源岩生烃潜力和所生烃的性质。藻类体来源于藻类，生物化学组成上富含蛋白质、纤维素和脂肪酸、醇、酮类甚至烃类。一般的藻类体都含有C₁₂～C₂₀偶碳数的直链饱和和不饱和脂肪酸以及含量相对较低的长链脂肪酸，但很少芳香结构(Tissot等，1984；Allan等，1980)，氢含量达10%～12%。藻类体干酪根结构中所含的长链饱和烃几乎没有分支或很少分支，含氧量也较少(Durand等，1980)。值得注意的是藻类生物类脂物，如甾醇(酮)、长链烯酮和烯烃并没有进入藻类体干酪根的结构中，它们在沉积-早期成岩阶段以非烃的形式存在于死亡的生物体或沉积物中，或自溶于卤水中。这类生物类脂物具有较低的活化能，它们在低演化阶段即能发生脱官能团作用转变成相应的烃类。

江汉盆地盐湖相烃源岩中藻类体含量与其他衡量烃源岩有机质丰度参数间存在良好相关性，藻类体含量较高的烃源岩，其有机碳含量、热解烃含量、生烃潜量以及氯仿沥青A含量均较高，且它们之间存在良好的正相关关系(图7-3)，从而表明藻类体是江汉盆地盐湖相烃源岩中最重要的成烃母质。此外，藻类体含量与反映烃源岩有机质类型的I_H之间也存在很好的正相关性(图7-4)，这一现象揭示出藻类体对江汉盆地烃源岩的有机质类型也起了决定性作用。

实际上，明钾1井潜一至潜四段烃源岩地球变化剖面上展示出的现象更能说明藻类体在江汉盆地盐湖相烃源岩中所起的作用。如图7-4所示，在明钾1井地质剖面上出现了四个盐度由小变大的沉积旋回。值得注意的是每个沉积旋回中，烃源岩中有机质丰度随之出现了由小到大的规律性变化，如有机碳、热解烃、生烃潜量和氢指数的高值都对应于烃源岩中氯离子含量的高值，反映出盐湖沉积中高的盐度往往对应于高的有机质丰度。令人感到惊奇的是在每个旋回中烃源岩其藻类体的含量也出现了由小到大的规律性变化，而且四个旋回之间具有良好对应关系。由此不难得出这样的认识：江汉盆地盐湖相烃源岩中高的有机质丰度与藻类体含量直接相关，而藻类发育的程度又直接与沉积水体的盐度具有正相关性。但是，盐度高不一定代表整个沉积水体盐度都高，而可能与水体分层有关，即上部水体盐度相对较低而有利于藻类的生长发育，而下部高盐度水体则抑制了厌氧微生物的活动，有利于有机质的保存。

图7-3 江汉盆地盐湖相烃源岩中藻类体含量与有机质丰度和性质参数间的关系图

2.矿物沥青基质的成烃贡献不可低估

在江汉盆地盐湖相烃源岩中形态有机显微组含量不高，但由超显微或亚显微有机碎屑与无机矿物构成的矿物沥青基质的含量则较高，大多介于50%～75%之间。由于这部分有机组分颗粒细小，在常规条件下难以直接观察到其形态，但在荧光下可观察到它们发荧光，在电子显微镜下常能观察到一些由有机碎屑和矿物基质构成的超微纹层。由此可以判断这部分有机组分是烃源岩中原始有机质的重要组成部分。它们与烃源岩有机质丰度参数之间良好的正相关性，表明其生烃贡献不可低估(图7-5)。

图7-4 明钾1井潜江组烃源岩中氯离子含量、有机质丰度参数及藻类体含量变化特征

图7-5 江汉盆地盐湖相烃源岩中矿物沥青基质含量与有机质丰度和性质参数间的关系

在极端的盐湖环境中，一些耐盐和喜盐的光合和光营养细菌相当繁盛，这在烃源岩生物标志物的分布与组成上得到了充分的体现，如异常强的植烷优势与盐湖环境中嗜盐细菌有关，因为这类古细菌的类脂物中富含 C₂₀和 C₂₅结构单元的醚类(De.Rssa等，1982；1983；Grant等，1985；Moith和Tindall，1985a)，高含量的iC₂₁-iC₂₅类异戊二烯烷烃和iC₃₀角鲨烷的存在则指示了古细菌中甲烷生成菌的贡献(Kramer等，1972；Tornabene，1978；Tornabene等，1979；Grant等，1985)，而1-烷基-2，3，4-三甲基苯和1-烷基-2，3，6-三甲基苯则分别来自于光合的绿硫细菌中的 Chromatiaceae 和 Chlorobiaceae(Liaaen-Jenen等，1964；Liaaen-Jenen，1978a、1978b；Summons和Powell，1986)。这些低等生物的个体形态在经历了盐湖环境的沉积和成岩作用以后，因自溶等作用和或厌氧细菌改造的影响，一般难以保存下来，而常常与无机矿物一起以矿物沥青基质的形式的存在。换言之，对于盐湖相烃源岩而言，其矿物沥青基质中有机组分与干酪根中的无定形相当，具有较高的生烃潜力。

二、盐湖相烃源岩干酪根的元素组成

对于盐湖相烃源岩而言，硫可能在有机质早期成烃转化过程中起了重要作用，这是因为S—S和S—C 键(250kJ/mol)较C—C 键(350kJ/mol)具有较低的键能(Sinninghe Damste，1989)。因此，在有机质的早期热演化阶段，S—S和S—C键易于降解断裂，而C—C键则只能在较高演化阶段才能发生降解断裂。由此可见，有机硫的含量可能是影响盐湖相烃源岩中有机质早期成烃转化生成未低熟油的重要因素。

生物体中硫并不富集，也基本不存在地质体中常见的那些有机硫化物如噻吩化合物。现代萨巴哈尽管也是一种高盐环境，在这一环境中发育的现代微生物藻席的元素分析结果表明其含硫量并不高，且S/C原子比相对较低。但值得注意的是在同一环境下形成的具有一定埋藏深度的微生物藻类中，其含硫量和S/C原子比较上述现代沉积的微生物藻席高1～3倍(表7-1)。它们之间的唯一差别是前者没有经历成岩作用的改造，而后者则经历了一定成岩作用的改造，而且这一成岩作用是在相同的温压条件下进行的。这一现象揭示出硫与有机质的结合并不像人们想像的那么复杂，在沉积作用的同时或早期成岩阶段，这一过程就能轻易地进行，而不需额外的苛刻条件。

表7-1 Abu Dhabi沉积体系中现代和浅埋藏微生物藻有机元素组成

续表

(修改自Kenig和Huc，1990)

基于有机硫在烃源岩有机质成烃转化过程中的特殊意义，Orr(1992)提出了Ⅱ型富硫干酪根的概念，并认为有机硫含量介于8%～14%(质量)或S/C原子比＞0.04 可作为确定这类干酪根的依据。美国加利福尼亚沿岸San Maria盆地中的Monterey页岩中的干酪根都是典型的富硫干酪根，其S/C比均大于0.04(表7-2)，且由此干酪根生成了富硫的重质原油(Orr和Sinninghe 1990；Eglinton等，1991)。

表7-2 江汉盆地盐湖相烃源岩与世界其他地区生油干酪根元素组成对比表

江汉盆地盐湖相烃源岩干酪根中的有机硫含量变化较大，其质量分数介于4%～12%之间，S/C原子比介于0.02～0.08之间(见表7-2)，表明部分烃源岩中干酪根中的有机硫含量和S/C原子比达到富硫干酪根标准，但仍有一部分烃源岩中干酪根并非富硫干酪根。由此可见，在江汉盐湖盆地的潜江组烃源岩既有富硫干酪根，又有正常含硫量的干酪根，这也可能是该盆地产出的原油含硫量变化大(2%～10%)的内在因素。与Monterey页岩中干酪根的含硫量相比，江汉盆地烃源岩干酪根中的含硫量仍属较低的，这也可能是江汉盆地真正重质富硫原油并不常见的一个重要原因。但是与我国其他一些非盐湖环境的烃源岩相比，如苏北盆地金湖凹陷烃源岩干酪根的S/C原子比仅为0.009，江汉盆地烃源岩中硫含量则是偏高的，显示出了盐湖环境的本质特征。由此可以推测硫在江汉盆地盐湖相烃源岩有机质成烃演化过程中起了重要作用。

值得注意的另一方面是江汉盆地盐湖相烃源岩中干酪根的 H/C 原子比较高，介于1.32～1.56之间，属于典型的Ⅱ₁-Ⅰ型干酪根，表明这些有机质具有很强的生烃能力。另一方面，由于所研究的烃源岩都属于未成熟—低成熟的烃源岩，但这部分烃源岩中有相当数量的可溶有机质，有机质转化率在30%～40%左右(尽管有排烃不畅的影响，但其中的可溶有机质应该是原生的)。因此，如果把烃源岩中已经存在的可溶有机质的量和残余干酪根仍具有较高的H/C原子比这一事实两者结合起来考察，盐湖盆地烃源岩的生烃潜力，可能要超过一般的非盐湖相烃源岩，这与前述的有关盐湖环境发育的生物大多是那些微生物如古细菌、蓝绿藻、绿藻、硅藻以及一些光营养细菌的结果是一致的。换言之，对盐湖盆地烃源岩中有机质的生烃能力应该引起重视。

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