关键词：
杂原子地球化学
红外地球化学
元素地球化学
有机质演化
碱湖
咸化湖盆
风城组
准噶尔盆地
摘要：
咸化湖盆烃源岩有机质演化特征对于认识其大分子有机质的生物地球化学过程和生烃机制及规律,进而指导油气及相关矿产资源勘探开发至关重要,是有机地球化学领域长期关注的一个热点与前沿问题,但相关研究因大分子有机质组成的复杂性而非常困难。但当前随咸化湖盆资源开发和油气勘探不断推进,这一问题亟需解决。本文以最近勘探取得重大突破的准噶尔盆地下二叠统风城组碱湖相油气系统为例,开展了基于分子尺度的有机–无机地球化学综合探索研究,目的一方面是为咸化湖盆大分子有机质演化这一前沿科学研究提供新的实例,并探索研究技术方法,另一方面也为研究区烃源岩生烃机制不清的难题提供新的参考消息,以加深对碱湖相烃源岩生烃规律和理论的认识,为生产部署提供依据,因此本文可望兼具基础理论与实践应用意义。首先,通过对风城组及相邻晚古生代冰期（LPIA）沉积有机质的杂原子地球化学组成开展负离子傅里叶变换离子回旋共振质谱(（-）ESI FT-ICR MS)分析,对比了不同环境有机质的演化途径,以初步明确极端碱湖环境对有机质演化的影响。结果发现,对比于石炭系（C）—下二叠统佳木河组（P1j）与下二叠统风城组风一段（P1f1）和风三段（P1f3）有机质的低盐度沉积古环境,风城组风二段（P1f2）碱类矿物富集的高盐度环境在成熟到高熟阶段对有机大分子化合物的聚合或芳香化过程起抑制作用,结果使得其在高成熟演化阶段依然存在大量的烷基化支链,为高成熟阶段原油生成奠定了物质基础。在初步明确烃源岩生烃特征的基础上,考虑到原油能记录地史时期烃源岩不同阶段有机质的演化特征,进一步通过原油全组分地球化学分析以揭示其原油组成特征。结果显示碱湖相原油包含三个端元,分别对应于低熟油、成熟油和高熟油。碱湖相沉积有机质进入生油窗早（Ro≈0.7%）,尔后随热成熟度增加进入成熟油生成阶段（Ro≈1.0%）,当Ro>1.3%时,碱湖相烃源岩中的大量碱类矿物对原油的吸附作用及耐盐藻类（比如疑似杜氏藻）生烃使得其生油窗进一步延长,从而即使在高演化阶段也能生成原油,提高了生油效率。在与硫酸盐型咸化湖相（准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组）有机质含氮杂原子化合物的对比分析中发现（准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组）,风城组碱湖相有机质因缺乏生物氮的前驱物,尤其是高等植物碎片,使得其氮循环效率降低,进而使得所生原油中杂原子含量相对降低,而以饱和烃和芳香烃为主的轻质组分相对增加,这使得碱湖相原油具有更高的品质,并更为清洁环保,这可能是这类烃源岩生烃的重要属性。在以上基于杂原子地球化学分析进而刻画碱湖相有机质演化特征的基础上,进一步通过傅里叶红外官能团结构参数对有机质演化的相变特征进行了研究。结果表明,根据本文定义的13组傅里叶变换红外光谱（FTIR）结构参数,揭示了碱湖系统主要由中心碱湖相、过渡盐湖相和边缘咸水–淡水湖相组成。红外结构参数显示碱湖系统原油主要分为三类,端元第一类以高盐、缺氧和水生有机质输入为特征,来源于中心碱湖相富有机质泥质白云岩或白云质泥岩,端元第三类以低盐、缺氧和陆源有机质输入增加为特征,来源于咸水–淡水湖相富有机质泥岩,相比而言,端元第二类过渡相特征介于两者之间,来源于盐湖相富有机质的混积岩。烃源岩和原油元素地球化学分析揭示了碱湖相系统烃源岩生排烃过程中无机元素的继承与差异性富集规律。结果表明,无机元素丰度由源到油急剧下降,这主要受元素分异效应和有机质热演化的影响。相比而言,稀土元素与非氧化还原敏感元素主要受元素分异效应的影响,由源到油呈现规律性、系统性变化。氧化还原敏感元素相关参数揭示油与源的变化区间与趋势一致,其差异富集主要受有机质热演化的影响,相对而言沉积古环境的影响较小。由于碱性环境对有机大分子聚合的抑制,使得处于碱湖中心的原油样品在高成熟演化阶段的微量元素丰度依旧较高。综合上述,碱湖系统有机质的演化除了受生烃母质和成熟度影响外,发现有机相变化大且能影响有机质的演化,主要体现在碱性环境可抑制大分子化合物聚合而延长其生油窗,使其呈“多阶段长时间生油”特征。（-）ESI FT-ICR MS、FTIR和无机（微量和稀土）元素地球化学相结合为有机质演化提供了新的分析思路与方法。咸化湖盆,特别是碱性的咸化湖盆,其高演化阶段和深层,依然可能存在丰富的原油资源,改变了依经典Tissot模式认为以天然气赋存与聚集为主的认识,资源量也大为提高,具有重要的勘探指导意义。
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