全 文 ：文章编号:1000-0747(2009)02-0156-10
鄂尔多斯盆地延长组葡萄藻的石油地质意义
吉利明1 , 2 , 李剑峰3 , 宋之光2
(1.中国科学院气体地球化学重点实验室;2.中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学
国家重点实验室;3.长庆油田公司勘探开发研究院)
基金项目:中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室基金(OGL-200709);
中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-114-3)
摘要:鄂尔多斯盆地西峰地区中 、上三叠统延长组发现极其丰富的葡萄藻化石 , 葡萄藻分布的高丰度层位恰好是本地区的
主要烃源岩层延长组长7 2 —长73 段。葡萄藻不仅是烃源岩中藻类体和无定形体的重要组成部分 , 而且其丰度与有机碳含
量成正比 ,表明葡萄藻是鄂尔多斯盆地三叠系延长组湖相优质烃源岩形成的重要母质。延长组原油和烃源岩中均检出特
征极为相似的以补身烷 、高补身烷为主的两环烷烃和以 3 位 、4 位甲基取代为特征的短链—长链单甲基支链烷烃 , 前一系
列碳数分布在 C12 —C16 ,后一系列碳数分布在 C15 —C34 。研究表明沉积物中这些生物标志物的出现与葡萄藻母质输入有
关 ,进一步证明鄂尔多斯盆地三叠系延长组烃源岩及原油的形成与古湖泊中葡萄藻的大量发育有密切关系。图 10 参 35
关键词:鄂尔多斯盆地;西峰油田;三叠系;延长组;葡萄藻;烃源岩
中图分类号:TE122.1　　　文献标识码:A
Petroleum geological significance of Botryococcus in Triassic
Yanchang Formation , Ordos Basin
Ji Liming
1 , 2 , Li Jianfeng3 , Song Zhiguang2
(1.Key Laboratory o f Gas Geochemistry , Institute o f Geology and Geophy sics , Chinese Academy o f Sciences , Lanzhou
730000 , China;2.State Key Laboratory o f Organic Geochemistry , Guangz hou Institute of Geochemistry , Chinese
Academy of S ciences , Guangz hou 510640 , China;3.Research Institute o f E xploration and Development ,
PetroChina Changqing Oil f ield Company , X i an 710054 , China)
Abstract:By microfo ssil analysis of the M iddle and Upper Triassic in the Xifeng area of O rdos Basin , very abundant Botryococcus
braunii have been found from the Yanchang Formation.The high-abundance strata of Botryococcus are members Chang 7-2 and
Chang 7-3 , which are the main source rock sections in the area.Botryococcus is an important component of the alginite and
amorphogen in source rocks , and its abundance is in direct ratio to TOC content.The Botryococcus is an impo rtant bio logical source
for the high quality terrestrial source rocks of the Triassic Yanchang Formation.C12-C16 bicyclic alkanes and C15-C34
monomethy lalkanes were detected from both crude oil and source rocks in the Fo rmation.These biomarkers from different samples
have similar characteristics.The bicyclic alkanes are mainly homodrimane and drimane , and the methy l substituent positions of
MMAs are 3 and 4.The studies show that these biomarkers in sediment are related to the parent material impo rt o f Botryococcus.
Consequently , the hydrocarbon generation and source rock formation in the Triassic Yanchang Formation are clo sely related to the
mass Botryococcus in the ancient lake of O rdos Basin area.
Key words:Ordo s Basin;Xifeng Oilfield;T riassic;Yanchang Forma tion;Botryococcus;sour ce r ock
0引言
葡萄藻是一种现生的单细胞 、群体微体浮游藻类 ,
因其胶群体形如成串的葡萄而得名。由于细胞呈丛状
排列 ,也称为丛粒藻 ,属于绿藻门 、绿球藻目的葡萄藻
科。葡萄藻形态非常接近 ,一般归于同一种 ———布氏
葡萄藻(Botryococcus brauni i)。化石葡萄藻的形态与
现生类型基本一致 ,也属于同一属种 。葡萄藻还因其
含油量高 ,又称为油藻。不同地区葡萄藻所产的烃类
在化学成分上有较大差异 ,被分为 3个不同的化学种
A 、B 和 L。Maxw ell等发现葡萄藻的胶群体充满了不
饱和碳氢化合物组成的脂类物质 ,并认为它们可能在
石油的形成过程中起重要作用[ 1] 。
中国最早报道的葡萄藻化石发现于北部湾盆地第
三系[ 2] ,之后在海拉尔盆地白垩系和孤东油田第三系
也发现了葡萄藻化石[ 3 , 4] 。近年来 ,中国各地中 、新生
界都相继发现了丰富的葡萄藻 ,如柴达木盆地第三
系[ 5] 、松辽盆地白垩系[ 6] 及准噶尔盆地 、塔里木盆地和
鄂尔多斯盆地的侏罗系与塔里木盆地上二叠统 、下三
叠统[ 7] 。这些不同时代的葡萄藻均出现于中国各地含
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石　油　勘　探　与　开　发
2009年 4月　　　　　 　　　PET ROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT　　　　　 　　Vol.36　No.2　
油气区 ,并且与烃源岩的发育有直接联系。例如:柴达
木盆地第三系烃源岩中的葡萄藻在低演化阶段为该地
区未熟—低熟油的形成提供了大量可溶有机质[ 5] ;茂
名油田第三系油页岩和胜利孤东油田新近系馆陶组泥
岩都含有大量葡萄藻 。前人研究表明葡萄藻有机物的
不完全矿化造成了上述地区石油的富集 。
葡萄藻不仅细胞内含有丰富的烃 、烯及脂肪酸等 ,
可直接成为烃源[ 8 , 9] ,而且由生物多聚物组成的细胞壁
也是良好的成烃母质 ,在成岩过程中能够生成烃类[ 10] 。
澳大利亚达尔文水库附近发现大量葡萄藻的现代沉积
物 ,含油量很高 ,可直接作为燃料[ 8] ;俄罗斯别洛耶湖
和巴尔喀什湖也发现了葡萄藻的可燃性沉积物[ 9] ,进
一步证明了葡萄藻作为沉积物中烃源的可能性。葡萄
藻热解生物标志物特征与胜利油田孤东地区含葡萄藻
化石烃源岩有机质非常相似[ 11] ;精细的油 、气源对比发
现济阳坳陷亿吨级大油田的形成与大范围分布的沙三
段下亚段油页岩有关 ,而该油页岩中葡萄藻等藻类是
其主要生物源[ 12] 。毫无疑问葡萄藻是中国中 、新生代
陆相石油形成的重要来源 ,大量葡萄藻化石的发现及
其与油气形成关系的研究 ,不仅在指导油气勘探中发
挥了作用 ,而且促进了中国陆相生油理论的发展 。本
文通过对鄂尔多斯盆地三叠系延长组葡萄藻分布特征
的详细研究 ,探讨葡萄藻分布与烃源岩发育的关系 。
1 样品选择与分析方法
鄂尔多斯盆地延长组依据岩电性和含油气特征自
上而下被划分为 10个油层组(长1 —长10),各油层组内
依据沉积旋回和岩性组合特点 ,可进一步细分为 2 ～ 3
个油层段[ 13] 。由于湖泊迁移和演化 ,盆地内不同地区
延长组的不同层段均可能成为储集层或烃源岩[ 13-15] 。
西峰油田的原油主要产自延长组长8 1 段 ,油源为延长
组长7段优质烃源岩[ 16] , 本文选择包括该层段在内的
长7 —长8段进行详细研究。
分析的岩心样品取自西峰油田不同部位的多口钻
井 ,包括西 17井 、西 30井 、西 36井 、西 41井 、西 44井
和宁 4井等(见图 1),经钻井剖面标定和地层对比 ,确
定了地层位置关系 。藻类化石提取采用孢粉分析方
法 ,得到的具有机壁的孢粉型微体化石除孢子花粉之
外 ,包括多种藻类 。葡萄藻化石在双目生物显微镜下
分别用透射光和荧光鉴定统计和照相 。
2 延长组葡萄藻分布特征
2.1葡萄藻地层分布
西峰地区共分析延长组长7 —长8段藻类样品 98
个 ,47 个样品中发现了 Botryococcus brauni i 化石 ,其
中3 1个样品Botryococcus braunii化石较为丰富 ,主
图 1　研究区地理与采样位置图
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要产出于西 17井 、西 30井 、西 36井和西 44井。葡萄
藻化石相对丰度以一个盖片下出现的化石颗粒数表
示。统计显示 ,丰度一般在数十粒至一百粒之间 ,部分
样品含葡萄藻化石极为丰富 ,个别样品在一个盖片下
可达上千粒。葡萄藻在整个剖面上均有出现 ,但较集
中地出现于长7 2 —长8 1段 ,特别是长7 2 —长7 3段更为丰
富(见图 2)。
2.2葡萄藻形态特征
西峰地区长7 —长8 段发现的葡萄藻化石形态各
异 ,多为团块状群体 ,也有串珠状 、云朵状群体。团块
状化石可进一步分为球形 、心形 、三瓣形 、品字形 、垒字
形 、菊花形及脑纹形等多种形态(见图 3 、图 4)。
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159　2009 年 4 月　　　　　　　　　　　吉利明 等:鄂尔多斯盆地延长组葡萄藻的石油地质意义
　　葡萄藻化石群体大小一般为 30 μm ×40 μm ～
70 μm×100μm ,最大的可达 120 μm×200 μm 。透光
镜下多为桔黄 、棕红色 ,化石经常被泥质覆盖或包裹 。
反射荧光强烈 ,一般为黄色 、浅黄褐色。
3葡萄藻与烃源岩的关系
3.1 地层分布关系
西峰地区长7 —长8段葡萄藻化石主要分布在长7 3
段 ,其次是长7 2 段(见图 2),长7 1 段和长8段葡萄藻丰度
在多数钻井中都很低 。葡萄藻在纵向上的丰度变化与
烃源岩有机碳含量显示出比较一致的变化关系(见图
2),表明葡萄藻可能是烃源岩有机质的重要贡献者 。
西峰地区烃源岩的分层评价和油源精细对比显示 ,长7 3
段是本地区中生界的主要烃源岩 ,长7 2 段为次要烃源
岩[ 17] ,与葡萄藻分布的高丰度段完全一致 ,进一步表明
葡萄藻可能是该地区延长组优质烃源岩形成的主要母
质来源之一 。
3.2成烃显微组分特征
西峰地区主要烃源岩长7 3 段不仅含有丰富的葡萄
藻化石 ,而且出现大量腐泥无定形干酪根。在反射荧
光下 ,许多花絮状 、云朵状无定形体显示由葡萄藻组成
(见图 5),部分棱角状不规则干酪根内包裹有未降解或
降解不完全的葡萄藻(见图 6),一般具有黄色 、黄褐色
强荧光 ,表明烃源岩中存在大量由葡萄藻形成的富氢
无定形体和藻质体 ,它们是构成 Ⅰ型干酪根的主要有
机成分之一 ,而 Ⅰ型干酪根在该层段又占相当大的比
例[ 17] ,指示葡萄藻是该地区延长组烃源岩和原油形成
的重要母质 。
图 5　Botryococcus braunii 形成的腐泥无定形干酪根显微照片
160 石油勘探与开发·油气勘探　　　　　　　　　　　　　　　Vo l.36　No.2　
图 6　干酪根内 Botryococcus braunii 显微照片
4葡萄藻母质输入特征
现生葡萄藻含有 C13 —C35正构烷烃 ,碳数分布呈
双峰形 ,前峰群以 C15 、C17为主峰 ,后峰群以 C27 、C29为
主峰 ,因品种不同可以前峰群或后峰群为主[ 18] 。葡萄
藻甾烷类标志物含量很低 , 以生物构型 5α, 14α, 17α,
20R-胆甾烷(C27)和 24-乙基-5α,14α,17α, 20R-胆甾烷
(C29)为主[ 11] ;萜烷类生物标志物较丰富 ,有两环萜 、三
环二萜烷及五环三萜烷 ,五环三萜烷包括藿烷系列和
伽马蜡烷 ,碳数分布于 C27 —C35 。此外 ,在热模拟样品
中发现长链烷基三环萜烷 ,碳数分布于 C19 —C30 [ 18] 。
虽然葡萄藻在细胞形态上难以区别 ,但可以产生明
显不同的烃类 ,据此葡萄藻被区分为 A 、B和 L 共 3个化
学种 ,地质体中不同类型葡萄藻的信息可以利用其残余
的指纹特征进行追索[ 19] 。化学种A 能产生正构烷烃 、类
异戊二烯烃 、环烷烃[ 20]和丰富的 C23 —C31为主的直链正
构二烯烃和三烯烃[ 11 , 21] 。化学种 B主要产生C30 —C37三
萜烯类葡萄藻烯 ,如澳大利亚达尔文水库和我国云南抚
仙湖的葡萄藻[ 22 , 23] ,印度尼西亚苏门答腊盆地第三系陆
相原油也含有丰富的葡萄藻烯类生物标志化合物[ 24] 。化
学种 L 则产生被称为 Lycopadiene的四萜烯。此外 ,葡萄
藻烷是化学种 B独有的代谢产物———葡萄藻烯完全还原
的衍生物 ,已在茂名油页岩等沉积物中被发现[ 25] 。
尽管世界各地普遍发现含葡萄藻的沉积 ,但只有
苏门答腊原油 、澳大利亚沿海沥青和茂名油页岩中检
测到葡萄藻烷。澳大利亚悉尼盆地二叠系藻烛煤沉积
中葡萄藻残余物含量高达 90%以上 ,但其中没有发现
葡萄藻烷等葡萄藻起源的生物标志化合物 ,可能是由
于不饱和的葡萄藻先驱物被微生物活动所降解 ,或经
历强烈的转化反应[ 26] ,也可能是有机质来自不产葡萄
藻烯的 A种葡萄藻。因此 ,不含葡萄藻烯和葡萄藻烷
并不能说明原油或烃源岩中没有葡萄藻的贡献。
　　西峰地区大量出现葡萄藻化石的延长组烃源岩
中 ,同样没有出现葡萄藻烯和葡萄藻烷等特征葡萄藻
标志物 ,但检出了可能与葡萄藻母质有关的两环萜和
单甲基支链烷烃生物标志化合物 ,它们在本地区原油
中也大量存在 ,证实西峰地区延长组原油的形成与葡
萄藻有密切关系 。
4.1两环萜类
西峰油田不同井位的原油显示出一致的两环萜分
布特征 ,碳数分布在 C12 —C16 ,均以 C15(4 , 4 , 8 , 9 , 9-五
甲基十氢化萘)为主峰 ,补身烷及高补身烷丰度都比较
高(见图 7)。对比研究发现 ,原油与长7 2 —长7 3 段腐泥
型烃源岩两环萜分布极为相似 ,不仅含有丰富的高补
身烷 ,而且含有包括补身烷在内的大量 C14和 C1 5两环
萜烷 ,在一定程度上指示了它们之间的母源关系 。图 8
是原油及烃源岩中部分两环萜烷鉴定的质谱图 。
图 7　原油两环萜烷 m/ z 123 质量色谱图
　　一般认为两环萜烷是成岩作用初期细菌藿烷在微
生物参与下 ,降解开环形成带官能团 、具两环结构的产
物 ,在成岩作用后期经脱官能团 、重排演化而形成的多
种异构体化合物[ 27] 。近年来的研究表明 ,藻类生物母
质也可以提供两环倍半萜类生物标志化合物。特别是
对现代葡萄藻生物标志物的研究发现 ,葡萄藻能够产
生 C14 —C16的各种两环萜 ,其中补身烷丰度最高 ,其次
是高补身烷[ 21] 。
161　2009 年 4 月　　　　　　　　　　　吉利明 等:鄂尔多斯盆地延长组葡萄藻的石油地质意义
图 8　两环萜烷系列化合物质谱图
　　中国柴达木盆地第三系原油中也曾检出丰富的两
环萜烷 ,除较高丰度的 C16高补身烷外 ,同样显示 C15补
身烷的优势[ 28] 。近年来 ,该层系也发现与低熟—未熟
油形成有关的葡萄藻[ 5] 。因此 ,根据西峰地区原油及
烃源岩两环萜分布特征以及本地区烃源岩层大量葡萄
藻化石的发现可以推测 ,延长组原油及烃源岩中以 C15
补身烷为优势的大量 C14 —C16两环萜烷可能指示葡萄
藻母质输入特征 。
4.2单甲基支链烷烃
西峰油田延长组原油饱和烃色谱-质谱分析检测出
一系列短链 —长链的单甲基支链烷烃(MMAs),其中
以 3位和 4位甲基取代为主 ,碳数分布在C15 —C34 。同
碳数单甲基支链烷烃由于取代基位置不同 ,色谱出峰
位置及质谱特征离子均不同(见图 9),在色谱图上一般
分布在同碳数正构烷烃之前(见图 10)。甲基链烷烃在
延长组烃源岩中也普遍存在 ,特别是在富含葡萄藻化
图 9　单甲基支链烷烃系列化合物质谱图
162 石油勘探与开发·油气勘探　　　　　　　　　　　　　　　Vo l.36　No.2　
图 10　烃源岩单甲基支链烷烃特征离子质量色谱图
石的长7 2 —长7 3 段丰度更高 。前人研究表明 ,单甲基支
链烷烃可直接来源于生物烃类有机质[ 29 , 30] ,也可由功
能性类脂前身物成岩作用转化形成[ 31] 。此外 ,某些异
构体在长期化学平衡作用下及饱和烃在黏土等酸性催
化作用下的裂解也能够形成单甲基支链烷烃[ 32 , 33] 。南
非和东澳大利亚石炭系 —二叠系藻烛煤及其热解产物
中曾检出不同奇数位系列单甲基烷烃(C23 —C31),单体
烃碳同位素和分子结构研究表明 ,这类异常的 MMAs
系列化合物来源于可通过生物化学合成相似结构的葡
萄藻种 A[ 34] 。现代葡萄藻体中也曾分离出带甲基支链
的脂肪类化合物[ 35] ,它们可能是葡萄藻来源单甲基烷
烃的先质 。
西峰油田原油和烃源岩中单甲基烷烃的丰度不
高 ,但质谱特征明显 , 且以 3位和 4位甲基取代为特
征 ,在一定程度上显示了其特殊的母质来源 。本文研
究表明 ,主要烃源岩层富含葡萄藻化石及藻类无定形
有机质。因此这些 MMA s可能主要来源于葡萄藻母
质的输入 ,且指示西峰地区三叠系分布的葡萄藻可能
主要是化学种 A 。
5 结论
西峰地区三叠系延长组藻类化石分析发现丰富的
葡萄藻 ,葡萄藻化石分布的高丰度地层为长7 2 —长7 3
段 ,恰好与烃源岩评价和油源对比所指示的该地区中
生界主要烃源岩层位完全一致 ,表明葡萄藻可能是三
叠系延长组优质烃源岩形成的重要母质来源。葡萄藻
的丰度变化与烃源岩有机碳含量显示正比关系 ,指示
葡萄藻可能是烃源岩有机质的重要贡献者 。
西峰地区三叠系延长组长7段不仅含有丰富的葡
萄藻化石 ,而且出现大量由未降解或降解不完全的葡
萄藻形成的腐泥无定形干酪根 ,显示黄色 、黄褐色强荧
光 ,进一步表明葡萄藻是该地区延长组烃源岩和原油
形成的重要母质 。
西峰油田延长组原油和烃源岩中 ,检出特征极为
163　2009 年 4 月　　　　　　　　　　　吉利明 等:鄂尔多斯盆地延长组葡萄藻的石油地质意义
相似的两类特殊生物标志化合物 。一类是以 C15补身
烷为主的两环烷烃和两环倍半萜 ,碳数分布在 C12 —
C16 ;另一类是以 3位和 4 位甲基取代为特征的短链 —
长链单甲基支链烷烃 ,碳数分布在 C15 —C34 。从这些
标志物的结构特征以及烃源岩层大量葡萄藻化石和藻
类无定形有机质的出现推测 ,延长组原油及烃源岩中
这些特殊标志物可能来源于葡萄藻母质输入 ,再次证
实鄂尔多斯盆地三叠系延长组烃源岩及原油的形成与
古湖泊中葡萄藻的大量发育有密切关系 。
致谢:本文中的微体化石鉴定得到胜利油田地质
科学研究院徐金鲤高级工程师的帮助 ,中国科学院地
质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心王有效研
究员在有关生物标志化合物问题的讨论中给予有益启
发 ,在此致以诚挚的感谢 。
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第一作者简介:吉利明(1963-),男 ,陕西咸阳人 ,博士 ,中国科学院
地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心副研究员 ,主要从事微体
古生物学与油气地球化学研究。地址:甘肃省兰州市东岗西路 382 号 ,
中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心气体地球化
学重点实验室 ,邮政编码:730000。 E-mail:ji limin@lzb.ac.cn
收稿日期:2007-11-21　　修回日期:2008-12-15
(编辑　王大锐　　绘图　付改荣)
165　2009 年 4 月　　　　　　　　　　　吉利明 等:鄂尔多斯盆地延长组葡萄藻的石油地质意义