银额盆地古生界过成熟烃源岩特征及其地球化学意义

近年来，银额盆地中生界油气勘探取得了很好的效果，但古生界（石炭系-二叠系）的勘探潜力尚不明朗［1-3］。卢进才等认为银额盆地古生界烃源岩的成熟度差异很大，烃源岩的热演化程度主要受控于埋藏史，成熟度以成熟-高成熟为主，局部受热变质和构造动力变质作用的影响达到过成熟［4］。前人对于盆地古生界烃源岩的研究聚焦于镜质体反射率（Ro）为0.70 %～1.70 %的成熟-高成熟烃源岩［4-7］，对于热演化程度极高的过成熟烃源岩尚未开展过研究，而过成熟烃源岩的研究对于揭示古生界油气成藏条件同样意义重大。

过成熟烃源岩是指Ro值大于2 %的一类烃源岩［8］，这类烃源岩在四川盆地、江汉盆地、青藏高原等很多地方都有发现［9-12］。由于具有极高的热演化程度，过成熟烃源岩具有特殊性。例如它们的生烃潜量S1+S2、氯仿沥青“A”含量、氢指数（HI）、氧指数（OI）等普遍较低［13-14］，评价结果显示烃源岩基本为有机质丰度较低、类型偏差的烃源岩，不能准确反映烃源岩的原始特征［13，15］。再如许多在“生油窗”范围内有较好应用效果的评价方法对于过成熟烃源岩往往不具适用性，最常见的一个例子是HI与OI交汇的范式图可以判别有机质类型，但过成熟烃源岩的HI和OI都极低，难以运用范式图识别出其有机质类型［16］。又如过成熟烃源岩的生物标志化合物特征具有很强的趋同性，很多参数都接近或达到演化终点，使得很多分子参数难以对烃源岩的生源、沉积环境、成熟度等做出正确的评价［17-22］。前人针对高-过成熟烃源岩的有机质类型评价方法［16］、原始有机质丰度恢复方法［23］、海相高过成熟烃源岩成熟度评价方法［24-25］、部分分子成熟度参数的适用性［18-20］、过成熟烃源岩的生物标志化合物分布特征［13，21，26］等开展了一些研究。整体来看，前人的研究以海相高-过成熟烃源岩为主，海-陆过渡相高-过成熟烃源岩涉及较少。对过成熟烃源岩的部分生物标志化合物特征进行了报道，但缺乏系统的总结。对于过成熟烃源岩所表现出的低有机碳含量及其成因、有机碳组成特征等问题，更需建立评价方法、深入探讨。

基于对银额盆地中部苏红图坳陷钻井和盆地西部野外露头的古生界烃源岩样品的测试分析资料，明确烃源岩的地球化学特征，总结过成熟烃源岩生物标志化合物特征并探讨其成因，建立有机碳构成定量评价方法并对过成熟烃源岩的有机碳构成进行研究，基于原始有机碳恢复和盆地模拟研究分析过成熟烃源岩的原始生烃潜力。研究不仅能够明确银额盆地古生界过成熟烃源岩的地球化学特征和原始生烃潜力，也是对过成熟烃源岩有机地球化学理论研究的有益补充。

1 样品与实验

银额盆地古生界主要为石炭系-二叠系，前人认为盆地石炭纪—二叠纪为裂谷-裂陷盆地，以海-陆过渡相和浅海陆棚相沉积为主，发育多套有机质丰度中等-高、以Ⅱ型干酪根为主的烃源岩［4］。但由于古生界沉积后经过了海西晚期、印支期、燕山期等多期剧烈构造运动，导致地层分布零碎、地层剥蚀程度差别大、地层变形变质程度差异大，这就增加了古生界的研究难度，古生界的地层划分及分布一直存在着很大的争议，古生界的油气地质条件更不明朗。

本次研究的烃源岩样品来自于银额盆地中部苏红图坳陷哈日、乌兰等凹陷的钻井和盆地西部边缘大狐狸山地区的露头（图1）。烃源岩样品数为25个（表1），其中乌兰凹陷的Z1井13个（编号为Z1-1—Z1-13）、巴北凹陷的Y1井2个（编号为Y1-1，Y1-2）、哈日凹陷的X6井3个（编号为X6-1—X6-3）、大狐狸山地区的露头样品7个（编号为DHLS1-1—DHLS-7）。样品的岩性为深灰色-灰黑色泥岩、灰黑色粉砂质泥岩等，由于样品来源的泥岩岩层普遍呈现中-薄层、与砂岩（或粉砂岩）互层，具有海-陆过渡（三角洲相）沉积环境下形成的泥岩的典型特征（图1b）。同时，大多数样品见光滑的“境面”，表明烃源岩样品经历了强烈的构造运动，具有很高的热演化程度（图2）。

图1

图1   银额盆地取样点位置（a）与Z1井古生界综合柱状图（b）

Fig.1   Sampling points （a） in the Yingen⁃Ejinaqi Basin with composite stratigraphic column of the Palaeozoic in Well Z1 （b）

表1   银额盆地古生界过成熟烃源岩样品信息

Table 1  Statistics of the over‑mature source rock samples from the Paleozoic in the Yingen‑Ejinaqi Basin

注：—代表样品来自于地表露头。

图2

图2   银额盆地古生界过成熟烃源岩典型样品的岩心照片

a.样品X6-1，H6井，埋深3 771.48 m，深灰色泥岩； b.样品Z1-11，Z1井，埋深2 829.61 m，灰黑色粉砂质泥岩； c.样品Y1-2，Y1井，埋深2 457.07 m，深灰色泥岩

Fig.2   Core photos showing typical over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

对样品开展的测试分析项目有岩石热解分析、有机碳测定、氯仿沥青“A”含量测定、干酪根显微组分鉴定及类型划分、氯仿抽提物及其族组分分析、氯仿抽提物饱和烃色谱-质谱分析、芳烃色谱-质谱分析等，测试分析由中国石油大学（北京）地球科学学院石油地质实验室完成。饱和烃和芳烃色谱-质谱（GC-MS）分析中，首先将样品粉碎至150目，用索氏抽提法抽提24 h后获得抽提物，再用石油醚清除抽提物中的沥青质，然后用硅胶/氧化铝层析柱脱去抽提物中的沥青质，最后将得到的抽提物分成饱和烃、芳烃和非烃3个馏分，检测依据石油天然气行业标准SY/T5119—2008《岩石中可溶有机物及原油族组分分析》［27］。分别对饱和烃和芳烃馏分开展GC-MS分析，执行标准为GB/T 18606—2017《气相色谱质谱法测定沉积物和原油中生物标志物》［28］，测试仪器为美国Agilent 6890GC/5975iMS，色谱柱为HP-5 ms（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。初始温度设置为50 ℃，恒温1 min后以20 ℃/min升温到1 200 ℃，再以3 ℃/min升温到310 ℃，恒温10 min。载气为He，采用恒流模式，流量为1 mL/min，质谱检测方式为多离子检测。

2 烃源岩基础地球化学特征

2.1 有机质丰度

烃源岩残余总有机碳（TOC）含量为0.22 %～10.00 %，平均为1.30 %。其中1个样品的TOC含量极高，为10.00 %，其余样品均小于3.50 %，小于1.00 %的样品占64 %，如果按照残余有机碳评价，大多数烃源岩数样品为有机质丰度较低的差-中等烃源岩（表2，表3；图3a）。烃源岩的生烃潜量（S1+S2）为0.01～0.45 mg/g，平均为0.12 mg/g；氯仿沥青“A”含量为0.002 %～0.014 %，平均为0.003 %（表3）。如果依据S1+S2和氯仿沥青“A”含量这两个参数，参照陆相烃源岩有机质评价标准［8］，烃源岩应基本都为非烃源岩，评价出的有机质丰度级别明显低于依据TOC含量评价出的级别，图3a也可直观地反映出这一现象，这表明过成熟烃源岩中可热解的有机碳和可溶有机质含量极低，而不可热解的有机碳在总有机碳中可能有很大的占比。同时，测试结果显示出的低有机质丰度似乎与深色岩石所反映较高有机质丰度存在着一定的矛盾（图2），可能原因是烃源岩的原始有机碳含量较高，有机质在经过很高的热演化阶段后含量明显减少，而烃源岩的颜色并未发生实质性的变化，导致这种异常现象的发生。

表2   银额盆地古生界过成熟烃源岩样品残余有机碳含量

Table 2  Residual TOC contents of over⁃mature source rock samples from the Paleozoic, Yingen⁃Ejinaqi Basin

表3   银额盆地古生界过成熟烃源岩样品地球化学测试数据

Table 3  Geochemical data of over⁃mature source rock samples from the Paleozoic, Yingen⁃Ejinaqi Basin

注：表中数据为最小值~最大值平均值/样品数$\frac{\mathrm{最}\mathrm{小}\mathrm{值}~\mathrm{最}\mathrm{大}\mathrm{值}}{\mathrm{平}\mathrm{均}\mathrm{值}/\mathrm{样}\mathrm{品}\mathrm{数}}$。

图3

图3   银额盆地古生界过成熟烃源岩样品有机质丰度和类型特征

a.TOC与S1+S2相关关系 ；b.HI-Tmax分类Ⅰ.腐泥型；Ⅱ1.腐殖-腐泥型；Ⅱ2.腐泥-腐殖型；Ⅲ.腐殖型（有机质丰度评价标准据文献［5］，有机质类型划分底图据文献［21］。）

Fig.3   Abundance and types of organic matter in over‑mature source rock samples from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

2.2 有机质类型

一般在生油窗内，利用岩石热解相关参数HI、OI、最高热解峰温（Tmax）等可对烃源岩的有机质类型进行有效判别［29-30］，但由于过成熟烃源岩的HI值极低，热解参数的有关判别图版很难对本研究烃源岩样品的有机质类型做出有效判别（表3；图3b）。烃源岩抽提物族组分的相对含量也可以反映泥页岩有机母质类型，Ⅰ型干酪根具有较高的饱和烃含量（相对含量通常为40 %～60 %）和较低的非烃+沥青质含量（相对含量通常为20 %～40 %），Ⅲ型干酪根具有较低的饱和烃含量（相对含量通常低于20 %）和较高的非烃+沥青质含量（相对含量通常为70 %～80 %），Ⅱ型干酪根介于Ⅰ型干酪根和Ⅲ型干酪根之间［7］。本次烃源岩样品的非烃+沥青质含量为69.77 %～97.25 %，饱和烃含量为1.72 %～16.28 %，芳烃含量为1.03 %～13.95 %，极高的非烃+沥青质含量、极低的饱和烃含量使得依据抽提物族组成对有机质类型也不能做出有效判断（图4）。烃源岩干酪根显微组分中腐泥组的相对含量平均为52.61 %，壳质组的相对含量平均为24.67 %，镜质组的相对含量平均为22.50 %，惰质组的相对含量平均为0.17 %，参照前人的计算方法和评价标准［15，31］，类型指数为-16.7～79.2，有机质类型主要为Ⅱ1-Ⅱ2型（表4），判别出的有机质类型与烃源岩的沉积环境相符，表明干酪根显微组分有机质类型判别法对于过成熟烃源岩仍然有效。

图4

图4   银额盆地古生界过成熟烃源岩抽提物族组成与有机质类型

Fig.4   Group compositions of EOM （extractable organic matter） and types of organic matter in over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

表4   银额盆地古生界过成熟烃源岩干酪根显微组分及其类型

Table 4  Macerals and the kerogen types of over‑mature source rocks from the Paleozoic, Yingen‑Ejinaqi Basin

2.3 有机质成熟度

烃源岩镜质体反射率Ro为2.55 %～4.52 %，平均为4.20 %（表3），其中大于4.00 %的占77.8 %，表明烃源岩成熟度极高。岩石热解参数Ｔmax为383～600 ℃，平均为527 ℃（表3），Ｔmax大于480 ℃的占77.85.0 %，表明Ｔmax存在着异常高的现象，图3b也能清楚地反映出这种异常。整体来看，虽然Ｔmax存在着异常而对成熟度不能做出有效评价，但Ro作为成熟度评价常用参数对于过成熟烃源岩仍然有效［13］，指示着本研究所采集的烃源岩样品具有极高的热演化程度，为过成熟烃源岩。

3 过成熟烃源岩生物标志化合物特征

3.1 正构烷烃

烃源岩正构烷烃分布范围主要为nC11—nC35，其中nC16—nC29中等分子量正构烷烃含量占据优势（图5）。∑nC21-/∑nC22+为0.24～1.78，平均为0.89；nC21+22/nC28+29为1.24～14.18，平均为3.61。∑nC21-/∑nC22+和nC21+22/nC28+29值变化范围较大，可能是由于部分样品的有机质丰度过低而导致的参数失真，剔除Z1-5，Z1-6，X6-1，Y1-1，DHLS-4和DHLS-5等6个低有机质丰度（TOC<0.5 %）样品后，∑nC21-/∑nC22+为0.66~1.43（平均为0.89），nC21+22/nC28+29为1.37～4.25（平均为3.61），表明烃源岩正构烷烃具有较为明显的重碳优势。

图5

图5   银额盆地古生界典型过成熟烃源岩样品饱和烃色谱

Pr.姥鲛烷； Ph.植烷； nC18.正18烷； C20.C20三环萜烷； Ts.18α（H）-22，29，30-三降藿烷； Tm.17α（H）-22，29，30-三降藿烷

Fig.5   Saturated hydrocarbon chromatograms of typical over‑mature source rock samples from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

烃源岩正构烷烃的分布具有明显的“双峰型”的特征，前峰群的主峰碳数基本为nC18，而后峰群的主峰碳数主要为nC22或nC25，前、后两个峰群之间的波谷所对应的碳数为nC19或nC21。参照包建平等［26］建立的表征前、后两个峰群优势特征的参数FCPR（前峰群中的主峰碳与波谷碳峰面积的比值）和LCPR（后峰群中的主峰碳与波谷碳峰面积的比值），本研究中烃源岩正构烷烃的分布主要呈现“势均型”或“后峰型”的双峰型特征（图6）。在前人的相关研究中，也发现过成熟烃源岩和古油藏储层沥青正构烷烃的分布具有“双峰型”这一现象［26］，表明过成熟烃源岩正构烷烃“双峰型”分布特征是一个普遍现象。

图6

图6   银额盆地古生界过成熟烃源岩正构烷烃参数FCPR和LCPR特征（底图据文献［26］）

Fig.6   FCPR vs.LCPR for the normal alkanes in over⁃mature source rocks from the Paleozoic， Yingen⁃Ejinaqi Basin（basemap from reference ［26］）

一般认为，正构烷烃的双峰型常出现于中-低成熟度阶段的烃源岩或原油中，nC15—nC21中、低分子量正构烷烃来源于水生生物，而nC23—nC35高分子量正构烷烃来源于高等植物［32-33］，正构烷烃的双峰型是混合母源输入的一个重要标志［26，32］。但伴随热演化程度的增加，正构烷烃发生裂解，长链正构烷烃发生C-C键断裂而变成中、短链正构烷烃，正构烷烃的峰型前移、双峰型变得不明显或者消失［32-33］。对于过成熟烃源岩存在正构烷烃双峰型异常现象的成因，前人认为海相古老地层过成熟烃源岩的正构烷烃双峰型源于富氢的菌藻类和富含长链脂族结构的混合母源输入、复杂的有机质赋存形式、有机质差异成熟作用、不同分布特征正构烷烃的叠置作用等［26］。海-陆过渡相烃源岩的母质主要来源于高等植物和藻类等水生生物，混源特征更为明显，有机质赋存形式更为复杂性，有机质差异成熟作用更为强烈，过成熟烃源岩正构烷烃的双峰型应该也是源于复杂混源有机质正构烷烃的叠置作用。

3.2 类异戊二烯烷烃

姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）为最常见的类异戊二烯烷烃，尽管它们的丰度受成熟度、沉积环境等方面的影响，但这种影响并不显著，其依然是指示氧化还原环境的有效指标［34-36］。一般认为，Pr/Ph<0.5代表着强还原环境，Pr/Ph为0.5～1.0指示为还原环境，Pr/Ph为1.0～2.0代表着弱还原-弱氧化环境，Pr/Ph>2.0指示为氧化环境［32，37］。本次研究的烃源岩样品的Pr/Ph值为0.35～0.60，平均0.52，指示着烃源岩的具较强的还原沉积古环境（表2）。Ph/nC18值为0.41～1.01，平均0.73；Pr/nC17值为0.34～0.75，平均0.55；指示着烃源岩具有较好的有机质类型、较高的成熟度（图7）。

图7

图7   银额盆地古生界过成熟烃源岩Ph/nC18与Pr/nC17相关关系（底图据文献［35］）

Fig.7   Ph/nC18 vs.Pr/nC17 in over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin （basemap from reference ［35］）

3.3 甾类化合物

鉴定出来的甾类化合物主要有孕甾烷、升孕甾烷、C27规则甾烷、C28规则甾烷、C29规则甾烷和C27重排甾烷，还有少量的C29重排甾烷和C30甾烷（图5）。烃源岩C27—C29规则甾烷基本以ααα20R异构体的含量为最高，绝大多数样品的ααα20R-C27、ααα20R-C28和ααα20R-C29规则甾烷的分布呈现不对称“L”字形，C27甾烷/C29甾烷比值平均为2.95，反应出母质来源以水生生物为主。重排甾烷/规则甾烷为0.08～0.20，平均为0.17，较高的重排甾烷相对含量指示烃源岩具有较高的成熟度。

规则甾烷异构化成熟度参数C29甾烷αββ/（ααα+αββ）值为0.27～0.67，平均0.38，其中大于0.52的样品数仅为1；C29甾烷ααα20S/（20R+20S）值为0.18～0.56，平均0.35，其中大于等于0.67的样品数也仅为1（表5）。烃源岩样品的C29规则甾烷成熟度参数并不高，这与烃源岩样品的高成熟度相矛盾。为了探其原因，去除低丰度样品后重新统计，结果C29甾烷αββ/（ααα+αββ）值平均为0.40，C29甾烷ααα20S/（20R+20S）值平均为0.38，C29规则甾烷成熟度参数仍然并不高（表5）。前人认为C29甾烷αββ/（ααα+αββ）在0.67～0.71达到“平衡状态”、C29甾烷ααα20S/（20R+20S）在0.52～0.55达到“平衡状态”［18，38］。本研究中只有少数过成熟烃源岩样品达到或接近异构化终点，大多数样品的C29规则甾烷成熟度参数值并不是太高，表明参数C29甾烷ααα20S/（20R+20S）和C29甾烷αββ/（ααα+αββ）在过成熟阶段可能会出现“逆转”，前人的研究也发现了类似的现象［18］。

表5   银额盆地古生界过成熟烃源岩部分甾、萜类相关地球化学参数

Table 5  Selected geochemical parameters relative to the steroids and terpenoids for over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

注：C29αββ/（ααα+αββ）和C2920S/（20S+20R）为C29规则甾烷异构化参数比；Ts为18α（H）-22，29，30-三降藿烷；Tm为17α（H）-22，29，30-三降藿烷；伽马蜡烷指数为伽马蜡烷/C30霍烷。

表中数据为最小值~最大值平均值/样品数$\frac{\mathrm{最}\mathrm{小}\mathrm{值}~\mathrm{最}\mathrm{大}\mathrm{值}}{\mathrm{平}\mathrm{均}\mathrm{值}/\mathrm{样}\mathrm{品}\mathrm{数}}$。

需要注意的是，本次研究的烃源岩普遍具有异常高的孕甾烷和升孕甾烷相对含量（图5），（孕甾烷+升孕甾烷）/规则甾烷为0.04～0.39，平均为0.24（表5）；（孕甾烷+升孕甾烷）/ααα20R-C29规则甾烷为0.46～41.98，平均为3.39。类似的现象在前人的研究中也有报道，赵孟军等［21］的研究揭示南江盆地中、下泥盆统过成熟烃源岩具有较高的孕甾烷相对含量，梁狄刚等［17］也发现中国南方高-过成熟海相烃源岩普遍具有异常高的孕甾烷相对含量，表明异常高孕甾烷和升孕甾烷相对含量是高-过成熟烃源岩在生物标志化合物方面呈现的又一特性。一般认为，孕甾烷主要来自生物激素孕甾醇和孕甾酮、热演化中规则甾烷的侧链断裂等［39］，黄第藩等认为原始沉积输入的孕甾烷仅占10 %～20 %，而热解生成的孕甾烷占80 %～90 %，在成熟阶段热降解孕甾烷将掩盖其原始输入量的差别［39］。过成熟烃源岩经历了漫长的高温演化过程，热降解作用持续而彻底，规则甾烷发生侧链断裂形成的大量的孕甾烷，其结果是规则甾烷的相对含量降低，而孕甾烷呈现出异常高的相对含量。

3.4 萜类化合物

检测出的萜类化合物较为丰富，主要有三环萜烷、五环三萜烷（主要包括藿烷系列化合物和伽马蜡烷）、二环倍半萜烷等，其中低碳数的三环萜烷的相对含量占绝对优势，五环三萜烷含量中等，二环倍半萜烷含量极少（图5）。

三环萜烷较为完整，C19—C30三环萜烷均有发现，三环萜烷以C21或C23为主峰。C23三环萜烷/C30藿烷为0.20～1.57，平均为0.88（表5）；（C19三环萜烷+C20三环萜烷）/藿烷为0.04～0.55，平均为0.23。前人认为，三环萜烷的分布受沉积环境的影响较大，如肖洪等［40］建立了利用C19—C23三环萜烷系列化合物来区分海相/咸水湖相、淡水湖相、河流/三角洲以及沼泽相等4种不同沉积环境的图版。但三环萜烷高相对含量的特征在其他地区的过成熟烃源岩中也有发现，特别是中国南方古生界海相烃源岩［17］，表明成熟度对萜类化合物的分布也有明显的影响，高三环萜烷相对含量是过成熟烃源岩的一个普遍现象。这种现象的成因未见报道，可能在有机质热演化过程中存在着热降解作用使得萜烷类的高碳环数化合物向同系物中的低碳环数化合物转化，这种机制使得过成熟烃源岩的萜类中低碳环数化合物占据优势。

藿烷系列化合物的碳数分布范围为C29—C35，以17α（H），21β（H）-C30藿烷为主峰，C31—C35升藿烷含量依次降低。藿烷化合物中的Ts和Tm是常用的成熟度指标，因为Ts是比较稳定的化合物，而Tm则与热演化有关，随着热演化程度的增加，Ts/Tm值逐渐增大［32，34］。本次样品的Ts/Tm值0.36～1.96，平均为1.05。剔除低丰度样品后Ts/Tm值0.67～1.96，平均为1.21（表5），较高的Ts/Tm值指示着烃源岩具有较高的成熟度。伽马蜡烷是有效的沉积环境指标，高伽马蜡烷含量常被作为强还原超盐度环境的指示，而且与水体的分层有关［37，41-42］。本次烃源岩样品的伽马蜡烷指数为0.12～0.23，平均0.17（表5）。无论是所有样品的统计，还是剔除低丰度样品后的统计，烃源岩伽马蜡烷含量并不高（表5），而Pr/Ph值指示烃源岩的沉积环境为较强的还原环境，可能预示本研究过成熟烃源岩具有不明显的沉积水体分层。

3.5 芳烃化合物

烃源岩中的芳烃具有含量较高、热稳定性较高、分布较为广泛等特征，对有机质的母质来源、沉积环境、成熟度等均有很好的指示作用［41，43-45］。本次烃源岩样品共检测出16个系列、169种芳烃化合物，这16个系列分别是萘系列、蒽系列、菲系列、苯并蒽系列、䓛系列、苯并萤蒽系列、苯并芘系列、苝系列、二苯并噻吩系列、联苯系列、二苯并呋喃系列、芴系列、萤蒽系列、苯并芴系列、芘系列和三芳甾烷系列。从各系列化合物相对含量来看，三环菲系列化合物的相对含量最高。芳烃化合物的宏观组成也对成熟度也有一定的指示作用，未成熟-低成熟度的原油/烃源岩，芳烃化合物中四环、五环化合物含量较高；中-高成熟度的原油/烃源岩，芳烃化合物中二环或三环化合物占优势［46-47］。本次烃源岩样品芳烃中低环的菲系列的相对含量占据绝对优势，也指示着烃源岩具有很高的热演化程度（图8）。过成熟烃源岩芳烃化合物中低碳环数化合物占据优势的成因未见报道，可能在芳烃化合物热演化过程中也存在着同样的机制，热降解作用使得芳烃类化合物中的高碳环数化合物向同系物中低碳环数化合物转化，使得过成熟烃源岩芳烃化合物中低碳环数化合物占据优势。

图8

图8   银额盆地古生界过成熟烃源岩样品芳烃系列相对含量

Fig.8   Relative content of aromatic series in over‑mature source rock samples from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

芳烃中“二苯并呋喃、二苯并噻吩与芴”系列化合物的相对含量对烃源岩的沉积环境有很好的指示作用，二苯并噻吩的高相对含量指示着强还原环境，二苯并呋喃的较高相对含量则意味着较强的氧化性沉积环境［42，48-50］。从这3类系列化合物的相对含量来看，绝大多数烃源岩样品中二苯并噻吩的相对含量占据优势，表明烃源岩的沉积古环境为强还原环境（图9）。

图9

图9   银额盆地古生界过成熟烃源岩芳烃二苯并呋喃、二苯并噻吩与芴系列含量分布特征

Fig.9   Distribution of fluorine， dibenzothiophene and dibenzofuran in over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

4 过成熟烃源岩原始生烃潜力

4.1 有机碳构成特征

过成熟烃源岩基础地球化学特征表明其有机碳中可热解的有机碳含量极低，为了定量分析可热解的有机碳在总有机碳中的占比，本研究提出了“有机碳构成”的概念，即根据有机碳能否热解定义有机碳构成包括有效碳和无效碳。有效碳是在足够的温度和时间作用下可热解、参与生烃反应、可转化为油气的有机碳，其绝对含量随着烃源岩热演化程度的增加而递减［51-53］。无效碳也叫“死碳”，是在烃源岩热演化过程中不参与生烃反应、不能转化为烃类，即使烃源岩经历了很高的热演化阶段，其绝对含量在烃源岩热演化过程中也是不变的［54］。同时，本研究还建立了一种低成本、快速有效的计算有机碳构成的方法，即基于岩石热解资料定量计算烃源岩的残余有效碳相对含量、残余无效碳相对含量、原始有效碳相对含量和原始无效碳相对含量。

岩石热解分析的基本原理是将烃源岩岩石样品粉碎后置于热解炉中，以一定的升温速率（如20 ℃/min）加热到一定的温度（如600 ℃），使得岩石中的烃类、沥青质、干酪根在不同温度下挥发、裂解，并从岩石中脱离出来，产物由载气携带进入检测器检测，由此得到S0，S1，S2，S4和Ｔmax等参数用于评价烃源岩［55］。参数S0代表生油岩中吸附的C7以前气态烃，也就是生成的气态烃在生油岩中的残留量。参数S1表示生油岩已生成未运移的C8—C33液态烃残留量，也就是生成的油在生油岩中的残留量。参数S2代表生油岩中干酪根热解烃的总量。参数S4表示生油岩中残余烃的总量，也就是不可热解烃的量。S0，S1，S2和S4的单位为mg/g或kg/t。根据热解参数的含义，对其进行派生运算便可计算烃源岩的有机碳构成。如有效碳含量PC的计算公式为（S0+S1+S2） × 0.083，单位为%；无效碳含量STOC的计算公式为S4 × 0.083，单位为%；如果用Cot表示基于热解参数计算出的总有机碳含量，它的计算公式为（S0+S1+S2+S4） × 0.083，单位为%。用STOC/Cot来表征烃源岩残余有机碳（现今有机碳）中无效碳的含量，用PC/Cot来表征残余有机碳中有效碳的含量。本次研究的25个烃源岩样品的残余有机碳构成计算结果见表6，STOC/Cot为92.64 %～10.00 %，平均高达98.06 %，PC/Cot为0～7.36 %，平均仅为1.94 %，表明过成熟烃源岩的有机碳几乎都为不可热解的“死碳”，而有效碳仅占极小的一部分（图10a）。

表6   银额盆地古生界过成熟烃源岩岩石热解参数与有机碳构成

Table 6  Rock pyrolysis parameters and organic carbon composition of over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

注：1为S0，mg/g； 2为S1，mg/g； 3为S2，mg/g； 4为S4，mg/g； 5为PC/Cot，%； 6为STOC/Cot，%； 7为PC原始/Cot原始，%； 8为STOC原始/Cot原始，%。

图10

图10   银额盆地古生界过成熟烃源岩残余和原始有机碳构成饼状图

a.残余有机碳构成； b.原始有机碳构成

Fig.10   Pie diagrams showing the residual and primary organic carbon composition of over‑mature source rocks from the Paleozoic， Yingen‑Ejinaqi Basin

4.2 原始生烃潜力

过成熟烃源岩的有效碳占比极小，可能并不代表烃源岩品质差，而是绝大多数有效碳在经历了热解过程后以油气的形式被排出［14，56-59］。对本次样品进行有机碳恢复，原始有机碳恢复系数参照庞雄奇等［14］的研究成果，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型母质的高-过成熟泥质岩烃源岩TOC含量的恢复系数分别为3.0，2.0和1.4。由于本次研究的烃源岩样品为泥岩，有机质类型为Ⅱ型，取恢复系数2.0，Cot乘以系数2.0即可推算出原始总有机碳含量Cot原始。结果显示，25个过成熟样品的Cot原始为0.16 %～19.99 %，平均为2.07 %，表明银额盆地古生界烃源岩原始有机质丰度较高，以好-极好的烃源岩为主，具有较高的生烃潜力。生烃模拟显示：Z1井古生界下部烃源岩生油高峰期从二叠纪末期一直持续到早白垩世，最高生油速率为420 mg/g；生气高峰期为早白垩世至晚白垩世，最高生气速率为290 mg/g；古生界上部烃源岩的生油高峰期为早白垩世至晚白垩世，最高生油速率亦为420 mg/g；上部烃源岩大规模生气从晚白垩世开始，目前尚未达到生气高峰，最高生气速率为90 mg/g。因此，古生界过界烃源岩具有较高、持续时间较长的生油气潜力（图11）。

图11

图11   银额盆地 Z1井古生界烃源岩生烃速率演化历史

Fig.11   Evolution of hydrocarbon generation rate of the Paleozoic source rocks in Well Z1， Yingen⁃Ejinaqi Basin

在烃源岩生排烃过程中，无效碳不参与生烃反应，也就是STOC没有损失，原始有机碳中的无效碳STOC原始等于STOC，原始有机碳中的有效碳PC原始等于Cot原始减去STOC原始。因此，STOC原始/Cot原始就可以表征过成熟烃源岩原始总有机碳中无效碳的含量，PC原始/Cot原始就可以表征过成熟烃源岩原始总有机碳中有效碳的含量。本研究25个过成熟烃源岩样品的STOC原始/Cot原始为46.32 %～50.00 %，平均为49.03 %；而PC原始/Cot原始为50.00 %～53.68 %，平均为50.97 %（表7）。表明原始有机碳中有效碳有很大的占比，有效碳甚至多于无效碳（图10b），这表明烃源岩类型较好。

5 结论与认识

1） 银额盆地中部苏红图坳陷钻井和盆地西部野外露头的古生界过成熟烃源岩地球化学特征显示，烃源岩TOC含量平均为1.31 %，有机质类型为Ⅱ1-Ⅱ2型，Ro平均为4.20 %，烃源岩为残余有机碳含量较低、混合型干酪根的过成熟烃源岩。

2） 过成熟烃源岩普遍存在的一些生物标志化合物特征及其成因如下：正构烷烃普遍具有双峰型特征，这种现象可能源于复杂混源有机质正构烷烃的叠置作用；甾类化合物中孕甾烷（含升孕甾烷）具有异常高的相对含量，这是由于热降解作用导致规则甾烷发生侧链断裂形成大量的孕甾烷所致；另外一些生物标志化合物特征如萜类化合物中三环萜烷的相对含量较高、芳烃化合物中低碳环数化合物占据优势等，可能源于热降解作用使得萜烷类和芳烃类化合物中的高碳环数化合物向低碳环数化合物转化。

3） 提出了“有机碳构成”的概念，建立了基于岩石热解资料计算有机碳构成的方法，研究结果表明本研究中过成熟烃源岩可热解的有效碳仅占极小的一部分。但过成熟烃源岩原始总有机碳含量平均为2.07 %，且该套烃源岩具有持续时间长、产率较高的生烃特征，具有较高的生烃潜力。