天然气地球科学 >

2025 , Vol. 36 >Issue 2: 293 - 306

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2024.06.004

天然气地质学

鄂尔多斯盆地北缘长7段烃源岩生物标志物特征与沉积环境分析

  • 袁懿琳 , 1 ,
  • 荆振华 , 1 ,
  • 张斌 1 ,
  • 张忠义 2 ,
  • 袁铭 1
展开
  • 1. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083
  • 2. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018
荆振华（1990-），男，山西临汾人，博士，高级工程师，主要从事非常规油气地质学研究.E-mail：.

袁懿琳（1993-），女，北京人，硕士，工程师，主要从事油气地质有机地球化学研究.E-mail：.

收稿日期: 2024-02-23

  修回日期: 2024-06-07

  网络出版日期: 2024-06-29

收起

Biomarker characteristics and sedimentary paleoenvironment of Chang 7 source rocks in northern Ordos Basin

  • Yilin YUAN , 1 ,
  • Zhenhua JING , 1 ,
  • Bin ZHANG 1 ,
  • Zhongyi ZHANG 2 ,
  • Ming YUAN 1
Expand
  • 1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing 100083，China
  • 2. Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China

Received date: 2024-02-23

  Revised date: 2024-06-07

  Online published: 2024-06-29

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(U23B20155)

the Science and Technology Research Project for the China National Petroleum Corporation(2024DJ87)

Fold

摘要

以鄂尔多斯盆地北缘延长组7段富有机质页岩为研究对象，根据有机地球化学特征，对密集取心样品进行系统评价，分析烃源岩生烃潜力、沉积环境与有机质富集机理，为鄂尔多斯盆地延长组页岩油资源潜力评价提供依据。结果显示：鄂尔多斯盆地北缘长7段烃源岩有机质富集，TOC值平均为4.58%，S 1+S 2值平均为18.03 mg/g，整体属于优质烃源岩；有机质类型主要为II1型，成熟度较一致，属于低成熟阶段，部分未成熟。其中长73亚段，有机质丰度、成熟度和氢指数普遍较高，有机质类型好，生烃潜力较高。生物标志物显示长7段整体偏还原性淡水—微咸水沉积环境，C27—C28—C29甾烷分布显示长71和长72亚段样品有机质来源以低等浮游植物为主，而长73亚段以混源为主。通过对长73亚段的精细剖析，发现该亚段中部有机质来源和沉积环境发生显著变化，有机质以陆源高等植物为主且水体还原性减弱，反映了当时较高的陆源输入通量，可能与同沉积期温暖湿润环境造成的洪泛事件增强有关。对比盆地南缘和北缘烃源岩特征，发现盆地南缘伽马蜡烷指数值较高，C27甾烷含量较多，C29甾烷较少，认为页岩沉积时水体较稳定，盐度较高，分层现象较明显，烃源岩母质以浮游生物为主，同时南缘火山灰明显发育。因此，认为鄂尔多斯盆地南北缘沉积环境迥异造成有机质差异性富集，南缘强烈火山活动带来大量营养物质，藻类、浮游生物等初级生产力繁盛，造成异常高有机质富集，而盆地北缘陆源输入明显，稀释作用导致有机质含量偏低，高等植物对有机质贡献相对较大。

关键词： 鄂尔多斯盆地; 延长组; 烃源岩; 有机地球化学特征; 沉积环境

本文引用格式

袁懿琳 , 荆振华 , 张斌 , 张忠义 , 袁铭 . 鄂尔多斯盆地北缘长7段烃源岩生物标志物特征与沉积环境分析[J]. 天然气地球科学, 2025 , 36(2) : 293 -306 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2024.06.004

Abstract

Although the sedimentary environment of the Chang 7 shale of Yanchang Formation in the Ordos Basin has been extensively studied， it remains a topic of ongoing debate， especially in the northern margin of the basin. This is due to the highly heterogeneous nature of the lacustrine shales and the substantially different depositional environment. To address this issue， we collected shale cores from the Well F75 located in the northern part of the Ordos Basin， and systematically measured the biomarker proxies， aiming to provide new insights into this debate. The results show that the Chang 7 source rocks in the northern part of the basin have high organic carbon contents， with an average TOC of 4.58% and an average S 1+S 2 of 18.03 mg/g. The organic matter is primarily type II1， indicating that the studied samples can be categorized as the premium source rocks. The thermal history across the entire well shows that the samples are mostly in the low maturity stage， with some being immature. Among all the samples， those in the Chang 73 sub-member have relatively higher organic matter abundance， maturity and hydrogen index， allowing them to have better hydrocarbon potential. Biomarker compounds show that the Chang 7 Member was， in general， deposited in a reducing freshwater sedimentary environment. Additionally， the C27-C28-C29 sterane distribution indicated that the organic matter of Chang 71 and Chang 72 was mainly derived from phytoplankton， while that of Chang 73 instead mainly derived from mixed sources， particularly in a specific depth. In the middle section of Chang 73 sub-member， there is a significant shift in the organic matter source and sedimentary environment. The organic matter is unexpectedly dominated by terrigenous higher plants， and the reducibility of the water body is shown to be weakened. This change reflects a high influx of terrigenous material， which may be linked to enhanced flood events due to warm and humid climate. When comparing the shales from the southern and northern margins of the basin， it is clear that the gammacerane index value is higher in the southern， with higher C27 sterane content and lower C29 sterane content. In the southern margin， the water body was relatively stable with higher salinity， more pronounced stratification， and predominantly planktonic organic matter serving as the primary source for the organic-rich sediment. Additionally， widely deposited volcanic ash is evident along the southern margin. Hence， the varied sedimentary conditions along the northern and southern margins of the Ordos Basin account for the different organic matter enrichment. The pronounced volcanic events close to the southern margin introduced substantial nutrient influx， fostering prolific primary productivity， including algae and plankton， which led to relatively high organic matter accumulation. In contrast， the notable terrigenous influx along the northern margin diluted the organic matter content， with a relatively greater contribution from higher plants.

Key words： Ordos Basin; Yanchang Formation; Source rock; Organic geochemical characteristics; Sedimentary environment

0 引言

烃源岩是油气生成的物质基础，优质烃源岩大面积连续分布是非常规油气资源形成的前提［1-2］，研究优质烃源岩的沉积环境与有机质富集对油气勘探意义重大。近年来，我国页岩油产业发展迅速，勘探开发成果显著。其中，鄂尔多斯盆地三叠系延长组优质烃源岩发育，总有机碳（TOC）含量高、生排烃潜力大，为陆相页岩油的大量生成奠定了基础。中国石油长庆油田分公司在陇东地区发现10亿吨级的庆城大油田，在延长组7段（长7段）新增致密油和页岩油探明地质储量3.58×108 t，成为我国原油产量重要增长极［3-4］。
鄂尔多斯盆地三叠系延长组富有机质泥页岩广泛发育，其中长7段烃源岩沉积期，湖水深度大，分布范围广，形成北西—南东向生烃中心［4］。前人［4-8］对鄂尔多斯盆地烃源岩的广泛研究主要集中在盆地南部，针对沉积坳陷西北缘的烃源岩研究较少。鄂尔多斯盆地南缘与西北缘在古地理面貌上存在诸多差异，如烃源岩发育厚度［9］、有机质丰度［10］、陆源输入［11］、凝灰岩层分布［12］等，因此聚焦盆地西北缘烃源岩有机质特征，分析其沉积环境和有机质富集机理，对盆地烃源岩发育的整体把握具有重要意义。同时，以往针对鄂尔多斯盆地长7段烃源岩沉积环境和有机质富集机理的研究，常基于无机地球化学手段和矿物学分析等［13-14］，以生物标志物为切入点，将会对相关研究提供补充与拓展。此外，前人研究大多基于多口井的少量样品、侧重于平面特征对比，而针对一口井进行密集取心，特别是长7段页岩分布的北缘地区，纵向上系统对比整个长7段烃源岩发育特征的研究需要加强。
因此，本文通过对鄂尔多斯盆地北缘冯75井进行密集取心，开展有机碳、岩石热解、氯仿沥青“A”抽提、族组分分离及气相色谱—质谱（GC-MS）等有机地球化学分析，纵向上研究整个长7段烃源岩有机质含量（TOC）、类型、成熟度等特征，根据生物标志物分析其母质来源与沉积环境的演化过程，系统对比了盆地北缘和南缘烃源岩有机质差异富集过程。研究团队前期已通过无机地球化学和有机碳同位素等手段对该井样品进行了系统分析［15］，当前研究是对前期工作的重要补充和深入拓展，为进一步深化鄂尔多斯盆地北缘长7段烃源岩的油气勘探提供支撑。

1 区域地质概况

中—晚三叠世，在华北板块与华南板块碰撞造山作用下，华北地区海水退出，逐步形成鄂尔多斯大型内陆湖盆，最终沉积了厚达千余米的延长组湖相碎屑岩层系（图1）［3］。延长组整体北薄南厚，北部厚100~600 m，南部厚1 000~1 300 m，边缘沉降坳陷带最大厚度达3 200 m。盆地内延长组沉积经历了湖盆发生—发展—消亡的完整演化阶段，自下至上分为10个层系，依次为长10段—长1段［16-17］，其中长7段富有机质页岩最为发育，为盆内重要烃源岩，是油气勘探开发重点层系，也是本文研究对象。
图1 鄂尔多斯盆地长7段烃源岩展布与研究井位［20］

Fig.1 Chang 7 source rock distribution and the studied well location in Ordos Basin［20］

长7段沉积期，盆地周缘区域构造较活跃，盆地受西南方向强烈挤压和东北方向垂向隆升影响，发生了南北不均衡、不对称的快速拗陷过程，湖盆基底格局呈“南陡北缓”展布［18-19］。长7段最大湖侵期为湖泊发展鼎盛阶段（包含长73、长72和长71小层），湖水深、水域广，形成了面积占据盆地面积80%的半深湖—深湖区，水深可达70~120 m［18］，沉积了一套以暗色泥岩、黑色页岩为主的生油岩系［17］。

2 实验样品与分析测试

冯75井位于天环凹陷内部，岩性以灰黑色、黑色泥页岩为主（图2），具有西北缘长7段烃源岩分布区的典型特征。该井长7段总厚115.2 m，本文研究共采集长7段烃源岩样品74件，其中长73亚段厚44.2 m，样品45件；长72亚段厚29.9 m，样品12件；长71亚段厚41.1 m，样品17件，分析测试工作在中国石油勘探开发研究院石油地质实验中心完成，测试内容包括烃源岩样品有机碳含量（TOC）测试、岩石热解分析、氯仿沥青“A”抽提、族组分分离定量及生物标志物分析等。
图2 冯75井典型岩心照片

（a）2 670.5 m，长71亚段，黑色页岩；（b）2 737.4 m，长73亚段，凝灰岩；（c）2 757.2 m，长73亚段，页岩与粉砂岩互层；（d）2 777.0 m，长73亚段，泥岩中的液化砂脉

Fig.2 Typical core photos of Well Feng 75

有机碳含量通过高温下燃烧岩样，生成CO2含量进行换算得到。岩石热解参数通过ROCK-EVAL 6热解仪进行测试。氯仿沥青“A”基于索氏抽提器进行萃取，其抽提产物通过正己烷沉淀沥青质，随后分别使用不同极性溶剂通过硅胶—氧化铝色谱柱淋洗出饱和烃、芳烃、非烃组分。饱和烃通过Thermo fisher公司Trace 1310-ISQ 7000型GC-MS分析系统进行分析［21］。分析条件为：载气为99.9999%的氦气，进样口温度300 ℃，传输线温度300 ℃，色谱柱为HP-5MSUI弹性石英毛细柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；升温程序为初温60 ℃（恒温1 min），以4 ℃/min速率升温至260 ℃，再以1.5 ℃/min速率升温至320 ℃，保持20 min；载气流速为1 mL/min，采用EI（70 eV）电子轰击方式，灯丝电流为100 μA，倍增器电压为1 200 eV，选择离子扫描模式。

3 长73亚段烃源岩有机地球化学特征

有机质是烃源岩油气生成的物质基础［22］。根据行业标准《烃源岩地球化学评价方法》（SY/T 5735—2019）［23］，综合利用TOC、可溶有机质（氯仿沥青“A”）含量和S 1+S 2含量对研究区烃源岩有机质进行评价。由于成熟度和有机质类型对页岩有机质生烃演化进程至关重要，控制着油气的化学组成与含量，因此本文同时基于岩石热解参数开展有机质成熟度和有机质类型的综合对比分析。
长71亚段烃源岩TOC含量介于0.9%~8.1%之间，平均为3.5%；S 1+S 2值为5.1~26.14 mg/g，平均为12.8 mg/g；氯仿沥青“A”值为0.31%~1.44%，平均为0.65%（图3），整体属于好—优质烃源岩（图4）。最高热解温度（T max）值介于405~444 ℃之间，平均为431.2 ℃（图3），指示长71亚段整体处于未成熟—低成熟阶段；氢指数（I H）值为217~650 mg/gTOC（平均为293 mg/gTOC）；氧指数（I O）值为6.4~92.8 mg/gTOC（平均为34.4 mg/gTOC）；图5显示长71亚段饱和烃为26.9%~76.1%（平均为54.4%），芳烃为6.8%~19.5%（平均为12.2%），非烃+沥青质为33.6%~38.0%（平均为33.4%），根据氢指数和T max数据，有机质类型总体为II1型，部分样品为II2型（图6）。
图3 鄂尔多斯盆地冯75井延长组7段烃源岩评价参数与深度关系

Fig.3 Relationship between evaluation parameters of source rocks and depth in Well Feng 75，the seventh member of Yanchang Formation， Ordos Basin

图4 鄂尔多斯盆地延长组7段冯75井烃源岩TOC与S 1+S 2关系

Fig.4 Relationship between TOC and S 1+S 2 in source rocks of Well Feng 75，the seventh member of Yanchang Formation， Ordos Basin

图5 鄂尔多斯盆地冯75井延长组7段烃源岩抽提物组分分布

Fig.5 Extract composition distribution in source rocks of Well Feng 75，the seventh member of Yanchang Formation， Ordos Basin

图6 鄂尔多斯盆地冯75井长7段烃源岩有机质类型划分

Fig.6 Classification of organic matter types of source rocks in Well Feng 75， Chang 7 Member， Ordos Basin

长72亚段烃源岩TOC值高于长71亚段，介于1.2%~6.7%之间，平均为4.28%；S 1+S 2值为5.3~23.62 mg/g，平均为16.1 mg/g；氯仿沥青“A”值为0.38%~1.00%，平均为0.70%（图3），整体属于好—优质烃源岩（图4）。T max值介于427~444 ℃之间，平均为439.3 ℃，指示长72亚段整体处于低成熟阶段；氢指数为258~332 mg/gTOC（平均为294 mg/gTOC）；氧指数为3.6~32.1 mg/gTOC（平均为10.4 mg/gTOC）；图5显示饱和烃为34.1%~67.7%（平均为50.9%），芳烃为8.4%~18.6%（平均为12.4%），非烃+沥青质为20.9%~57.5%（平均为36.8%），有机质类型总体为II1型（图6）。
长73亚段烃源岩TOC含量明显增高，特别是中部层位，整个TOC含量介于1.2%~8.8%之间，平均为5.15%，S 1+S 2均值在3个亚段中最高，介于2.8~37.1 mg/g之间，平均为20.8 mg/g，氯仿沥青“A”值为0.21%~2.00%，平均为0.83%（图3），整体属于好—优质烃源岩（图4）。T max值介于424~448 ℃之间，平均为441 ℃（图3），指示长73亚段虽然成熟度在3个亚段中最高，与其埋藏最深和时间最久相一致，但是整体也仍处于低成熟阶段。氢指数为157~409 mg/gTOC（平均为331 mg/gTOC）；氧指数为1.4~36.5 mg/gTOC（平均为6.2 mg/gTOC）；图5显示饱和烃为11.8%~71.2%（平均为46.4%），芳烃为4.9%~29.7%（平均为15.6%），非烃+沥青质为11.8%~64.8%（平均为38.0%）。I H—T max交会图指示有机质类型大部分为II1型，个别样品为II2型（图6）。

4 生物标志物组合特征

4.1　正构烷烃

正构烷烃分布特征可指示沉积环境及母质来源，其中藻类等低等水生生物来源主要表现为低碳数（<C20）的前峰型分布特征，而陆源高等植物来源主要体现为具奇偶优势的高碳数（>C23）后峰型分布特征［24-25］。较小的轻烃与重烃比值 Σ C 21 - / Σ C 22 +通常指示沼泽或滨浅湖中以陆生高等植物来源为主，而较大的 Σ C 21 - / Σ C 22 +值则指示藻类等以低等水生生物为主的深湖沉积有机质为主［21，24］。图7为不同亚段典型烃源岩样品正构烷烃分布特征。其中长71亚段正构烷烃呈单峰型分布，主峰碳数主要为nC17、nC19， Σ C 21 - / Σ C 22 +值介于0.7~1.97之间，平均为1.16；CPI值为1.07~1.16，平均为1.13；OEP值介于1.03~1.13之间，平均为1.10，呈弱奇偶优势（图8），表明长71亚段烃源岩母质来源以低等水生生物为主，成熟度较低。长72亚段与长71亚段类似，正构烷烃分布均呈单峰型，主峰碳数以nC19、nC21为主， Σ C 21 - / Σ C 22 +值介于0.84~1.73之间，平均为1.30；CPI值为1.04~1.17，平均为1.11；OEP值介于1.06~1.13之间，平均为1.09，具有弱奇偶优势，表明长72亚段烃源岩母质来源同样以低等水生生物为主、成熟度较低。长73亚段烃源岩正构烷烃分布呈单峰型，主峰碳数以nC15、nC17、nC19为主，比长71亚段和长72亚段更靠前， Σ C 21 - / Σ C 22 +值介于0.69~2.61之间，平均为1.39；CPI值为1.01~1.20，平均为1.07；OEP值介于0.98~1.07之间，平均为1.03，奇偶优势不明显，表明长73亚段烃源岩母质来源主要为藻类等低等水生生物，成熟度略高于长71、长72亚段，与T max揭示的成熟度趋势相似。
图7 鄂尔多斯盆地冯75井长7段烃源岩正构烷烃和甾烷组合特征

Fig.7 The n-alkane and sterane assemblage characteristics of source rocks in Well Feng 75， Chang 7 Member， Ordos Basin

图8 鄂尔多斯盆地冯75井长7段烃源岩正构烷烃和Pr/Ph与深度关系

注： C P I = 1 2 ∑ C 25 — C 33 奇数 ∑ C 24 — C 32 偶数 + ∑ C 25 — C 33 奇数 ∑ C 26 — C 34 偶数； O E P = C i + 6 C i + 2 + C i + 4 4 C i + 1 + 4 C i + 3 - 1 i + 1，i+2为主峰碳数

Fig.8 The relationship between n-alkanes and depth as well as Pr/Ph and depth of source rocks in Well Feng 75， Chang 7 Member， Ordos Basin

4.2　类异戊二烯烃

姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）是原油中重要的无环类异戊二烯类烷烃，姥植比（Pr/Ph）是恢复古氧化还原条件［24-26］、判别有机质来源［27］的重要指标，而Pr/nC17和Ph/nC18值可指示还原古水体特征［28-29］。
研究区长71亚段Pr/Ph值介于0.54~0.89之间（平均为0.73），显示沉积环境主要为微咸水湖相（图8）；Pr/nC17、Ph/nC18值分别为0.27~0.41（平均为0.33）、0.38~0.59（平均为0.46），交会图显示总体为还原环境，有机质类型为II1型（图9）。长72亚段Pr/Ph值介于0.68~0.99之间（平均为0.85），沉积环境主要为微咸水—淡水湖相（图8）；Pr/nC17、Ph/nC18值分别为0.28~0.50（平均为0.41）、0.36~0.67（平均为0.52），指示长72亚段总体为还原环境，与长71亚段沉积环境相似，有机质类型为II1型。长73亚段Pr/Ph值分布在0.74~1.43之间（平均为1.10），沉积环境主要为淡水—微咸水深湖相（图8）；Pr/nC17、Ph/nC18值分别为0.17~0.30（平均为0.27）、0.14~0.38（平均为0.26），总体上沉积于还原环境，但部分样品位于弱氧化—弱还原环境（图9）。长73亚段埋深介于2 745~2 755 m之间的样品较为特殊，在图8中Pr/Ph值明显增高，在图9投点位于弱氧化弱还原环境。
图9 鄂尔多斯盆地冯75井长7段烃源岩Ph/n -C18与Pr/n -C17相关性

Fig.9 The correlation between Ph/n -C18 and Pr/n -C17 for the source rocks of Well Feng 75， Chang 7 Member， Ordos Basin

4.3　甾类化合物

甾类化合物广泛存在于烃源岩中，可用于指示母质来源与沉积环境［21，28］。通常认为，C29和C27甾烷分别来源于高等植物和藻类等低等水生生物［21，25］。如图7所示，研究区页岩样品中存在着丰富的甾烷类化合物。长71亚段C27、C28、C29 -αα20R规则甾烷相对含量分别为36%~56%、24%~46%和21%~58%，其在C27—C28—C29甾烷三角图中主要投点于母源以浮游植物为主的区域，个别点分布于混合来源区域，表明长71亚段有机质来源可能主要为浮游植物（图10）。长72亚段C27、C28、C29-αα20R规则甾烷平均相对含量分别为24%~46%、20%~30%和32%~46%，多数样品落在以浮游植物为主的生源范围内，个别样品位于混源范围内，表明长72亚段有机质来源可能以浮游植物为主、含少量陆源高等植物（图10）。长73亚段C27、C28、C29-αα20R规则甾烷平均相对含量分别为21%~58%、14%~31%和27%~54%，其在C27—C28—C29甾烷相对组成关系图投点较分散，有机质母源虽以浮游植物为主，但落入混源及陆源高等植物区域的散点明显增加（图10），特别是埋深介于2 745~2 755 m之间的样品尤为明显，指示该层位沉积环境发生变化。
图10 鄂尔多斯盆地冯75井长7段烃源岩C27—C28—C29规则甾烷分布三角图

Fig.10 Triangulation diagram of regular C27 -C28 -C29 steranes distribution for source rocks of Well Feng 75， Chang 7 Member， Ordos Basin

4.4　萜类化合物

本文研究样品中五环三萜烷系列含量丰富，主要为C27—C33的藿烷系列和伽马蜡烷。在热演化过程中，藿烷系列化合物C31αβ-22S/（22S+22R）值可从0升至0.6左右（0.57~0.62为平衡值），可作为反映有机质的热演化程度的指标［24-25］。长71亚段样品C31αβ-22S/（22S+22R）值介于0.52~0.55之间（平均为0.53），长72亚段样品介于0.48~0.53之间（平均为0.51），长73亚段样品介于0.45~0.51之间（平均为0.49），根据C31αβ-22S/（22S+22R）对成熟度的指示作用，各段样品成熟度由浅到深变化较小（图11）。
图11 鄂尔多斯盆地冯75井长7段烃源岩萜类化合物组合特征

注：C24/（C24+C26）=C24四环萜烷/（C24四环萜烷+C26三环萜烷）

Fig.11 Characteristics of terpenoid assemblages in source rocks of Well Feng 75， Chang 7 Member， Ordos Basin

莫烷/藿烷值参数也可以用来判断有机质成熟度。研究表明，C30βα-莫烷/C30αβ-藿烷值随成熟度的增加而降低，从未熟沥青的0.8到成熟烃源岩的小于0.15［24］。长71、长72、长73亚段其比值分别介于0.07~0.17、0.08~0.11、0.08~0.15之间，平均值分别为0.11、0.09、0.11。根据C30βα-莫烷/C30αβ-藿烷值对成熟度的指示作用，由浅至深，样品成熟度在小范围内波动，整体基本保持一致（图11）。
伽马蜡烷通常可指示沉积环境的盐度与水体分层情况，伽马蜡烷指数（伽马蜡烷/C30藿烷）随着水体盐度的增加而增加［30］。样品伽马蜡烷指数整体偏低，介于0.03~0.11之间，反映沉积水体为典型的淡水—微咸水环境。其中长71亚段样品伽马蜡烷指数介于0.03~0.11之间（平均为0.06），长72亚段样品介于0.03~0.07之间（平均为0.05），长73亚段样品介于0.04~0.10之间（平均为0.07）。在长73亚段中部（埋深2 745~2 755 m），伽马蜡烷指数显著降低，显示沉积水体咸度降低，之后又缓慢增加至正常平均水平（图11）。
三环萜烷和四环萜烷的含量与母源性质密切相关，其中三环萜烷的C19/C23和C24四环萜烷/（C24四环萜烷+C26三环萜烷）值可用于判识生油母质类型，该值含量越高，说明陆相高等植物供给越丰富［29-30］。长73亚段三环萜烷的C19/C23的平均值高于上覆2个亚段，而C24四环萜烷/（C24四环萜烷+C26三环萜烷）值在长73亚段中部（埋深为2 745~2 765 m）出现明显升高，证明在长73亚段沉积时期，至少在其中部，陆源有机质的供给存在显著增加的特征（图11）。
升藿烷指数，即C31升藿烷在C31至C35所有升藿烷中的相对丰度，可用于反映沉积环境，缺氧条件有利于形成C35升藿烷［31-32］。该研究段升藿烷指数变化趋势与伽马蜡烷、莫烷/藿烷相似。长71亚段升藿烷指数介于0.012~0.044之间，平均值为0.029，为3个亚段中最高；长72与长73亚段升藿烷指数平均值均在0.023附近，其中长72亚段介于0.015~0.032之间，相对稳定，长73亚段介于0.006~0.049之间，变化幅度相对较大（图11）。

5 讨论

5.1　冯75井长7段烃源岩有机质特征

综合分析冯75井长7段烃源岩TOC含量和S 1+S 2值特征，认为其整体属于优质烃源岩；T max值显示，长7段成熟度纵向上相差不大，属于未熟—低熟。3个亚段中，长73亚段烃源岩最优，具有平均最高的TOC含量和S 1+S 2值，同时I O值最低，I H值最高，氯仿沥青“A”含量整体最高，生烃潜力相对最好（图3）。
TOC含量是衡量岩石有机质丰度的重要指标，能够产生经济可采价值页岩油气的烃源岩TOC一般大于2.0%［3］。冯75井长7段自下而上有机质丰度逐渐降低，长73、长72、长71亚段TOC含量平均值分别为5.15%、4.28%和3.5%。同时生烃潜力指标S 1+S 2值自下而上也逐渐降低，长73亚段亚段为20.8 mg/g，而长71亚段则为12.8 mg/g。
有机质类型反映有机质质量，不同成油母质类型具有不同的生烃品质，其影响着生烃潜力和烃类产物［33］。冯75井长7段烃源岩正构烷烃分布总体呈中低碳数的单峰型特征，高碳数烃峰微弱，表明有机质可能以水生低等动植物为主［25］。该套样品中藿烷系列含量丰富，而藿烷类的前身物与细菌有关［34］，说明有机质可能存在低等生物的贡献。岩石热解参数表明，长7全段有机质类型基本一致，主要为II1型，长71亚段个别样品为II2型（图6），说明有机质主要来源浮游动植物，且可能存在少量陆生植物贡献。然而，长7段沉积期的有机质输入类型可能也存在波动，如长73亚段氢指数平均为331 mg/gTOC，优于上覆2个层段（平均为293 mg/gTOC）；三环萜烷C19/C23值、C24四环萜烷/（C24四环萜烷+C26三环萜烷）值在长73亚段存在升高，表明陆源有机质供给可能存在短暂增加。
有机质成熟度决定有机质向烃类转化的程度［33］。T max中离散的异常低值可能与烃类运移等因素有关［35］，在指示成熟度时不具有统计学意义。在剔除T max小于430 ℃的异常低值后，冯75井长73、长72、长71亚段T max平均值分别为441.9 ℃、440.5 ℃、438.5 ℃，随深度变浅趋于降低。因此认为，冯75井长7段烃源岩整体位于低熟阶段；长73亚段样品成熟度相对较高。此外，其他成熟度相关的分子指标也指示，长73亚段烃源岩具有相对较高的成熟度。如长73亚段样品CPI和OEP值更接近于1（图8），Pr/nC17—Ph/nC18图版中长73亚段投点更靠左（图9）。
综上所述，根据行业标准《烃源岩地球化学评价方法》（SY/T 5735—2019），冯75井长7段烃源岩整体属于优质烃源岩。有机质丰度高，类型好，整体属于低成熟阶段，抽提产物以饱和烃为主（图5），其中长73亚段可能具有相对更好的生烃潜力。

5.2　有机质沉积环境分析

沉积环境控制烃源岩有机质的保存和富集，而缺氧还原条件是富有机质页岩发育的有利环境。冯75井地球化学特征显示，整个长7段沉积环境区别不大、变化幅度较小，总体为湖相淡水还原环境。伽马蜡烷等指数在一些层段存在小范围波动，但整体仍保持在相近水平（图11）。该结论与前人研究一致，例如张文正等［36］研究发现，长7段底部烃源岩中常含有丰富的黄铁矿，而且多为草莓状黄铁矿，这些黄铁矿与其沉积时期湖泊底层水和沉积物孔隙水中含有的大量硫化氢有关，硫化氢气体可直接造成缺氧环境的形成。
根据C27—C28—C29甾烷三角图（图10）和正构烷烃 Σ C 21 - / Σ C 22 +值变化趋势（图8），认为冯75井长7段有机质来源以浮游植物为主，这与鄂尔多斯盆地在长7段为半深湖—深湖相的地质背景一致。同时数据表明，长73亚段相比于上覆2个亚段，混合物源特征明显，特别是中部埋深2 745~2 755 m范围内，甾烷和萜烷数据指示有机质来源中陆源高等植物含量增加，其可能与长73亚段中部沉积环境发生阶段性变化有关。在该层段内，萜烷C24/（C24+C26）值增高，指明在该埋深范围内，陆源有机质输入增加。同时，伽马蜡烷指数变小，水体分层现象降低，与此前研究中反映古盐度的Th/U值在长73亚段中部突然升高而后迅速降低相吻合［37］；Pr/Ph阶段性变大、升藿烷指数阶段性变小，可能指示水体氧化性短暂性增加，与此前研究中指示水体氧化—还原环境的U、Mo元素在长73亚段中部突然降低而后迅速增加相对应［15］。此外，长73亚段中部部分样品，其S 1、I H值均有所降低，而I O值出现明显增加，呈现的以高等植物为主的干酪根“富氧少氢”的典型特征，也指示了当时陆源有机质含量增加。录井资料和岩心特征显示，该段样品颜色相对较浅，泥质粉砂岩含量相对增加（图2），且发育重力流。此前研究显示，无机地球化学和碳同位素证据也指示长73亚段中部陆源碎屑增多，其变化范围被界定于2 753~2 777 m范围内［15］；本文研究基于系统有机化学数据认为，2 745~2 755 m范围内各项指标能更好耦合。由于不同测试方法的局限性及其适用性，可能存在一定偏差，但综合表明在长73亚段中部，存在陆源有机质输入增多的现象。
然而在上述层段中，发现个别样品 Σ C 21 - / Σ C 22 +值明显增大，反映湖相浮游植物贡献的增加，似乎与上述结论相矛盾。通过岩心和岩石薄片观察发现，该层段夹杂灰褐色粉砂岩，有机质热解S 1+S 2值明显增大，因此认为该层段较高的 Σ C 21 - / Σ C 22 +值，可能并非由有机质类型控制，而是由于烃类运移造成。尽管整个长73亚段岩性相对致密，但前人［38-39］研究已表明油气存在源内运移，导致较轻的烃类相对富集于孔隙更发育的粉/细砂岩中。此外，埋深2 753 m烃源岩地球化学特征，也同样表明该层段 Σ C 21 - / Σ C 22 +值无法有效反映母质类型（图8）。该样品 Σ C 21 - / Σ C 22 +值明显较高，正构烷烃呈明显单峰型（图7），但其C29甾烷明显高于C27（图10），反映了典型的陆源高等植物特征。因此认为，长73亚段中部可能记录了河流流量增大或洪泛事件增强造成的陆源输入增多现象，造成水体还原性减弱、导致该层段TOC值发生较大波动（1.1%~8.7%）。此后，沉积环境恢复至先前水平，并在长72和长71亚段沉积期保持相对稳定。
长73亚段中部沉积环境发生阶段性变化的原因，本文研究认为可能存在两方面的影响因素。一方面是温暖湿润的气候环境导致了地表洪流的增加；另一方面是火山活动频率的增加，同时二者之间可能存在一定的内在联系。鄂尔多斯盆地发育演化的整个周期经历了干旱到湿润，再到干旱的环境变化，前人［9，40］通过野外观察、地球化学分析等发现，长7段烃源岩沉积期，是气候从干旱变为潮湿温暖的关键转折期，降雨量充沛，可能伴随着大量的洪泛事件，河流具有较强的陆源碎屑搬运能力、能够携带大量陆源有机质进入湖泊。虽然具体时间仍存在争议，但是有学者［41-43］认为，长7段的沉积期可能与三叠纪卡尼期洪泛事件（CPE）相耦合，而CPE的典型特征即为全球经历了1~2 Ma的大范围降水，洪泛事件频发，十分有可能扰乱较安静的湖泊水体环境，造成水体氧化还原条件发生变化。长7烃源岩发育时期，具有来自盆地西南和东北两大物源水系形成的长7段浊积岩等事件沉积砂体［44］，而本文研究井位处于烃源岩展布的西北缘方向，与陆源距离较近，水体较浅，更易受到陆源输入的影响。冯75井长73亚段细粒沉积中夹杂粉砂岩和细砂岩（图2），可能与河流搬运作用增强有关。
长73亚段发育多套凝灰岩（图2），厚度从数毫米至数厘米不等，反映了沉积期频繁的火山喷发事件。火山活动是影响生物种群演化和环境变迁的一种潜在地质营力，其对有机质生成和保存均具有较大影响［45］。火山灰中存在大量微生物生存所必需的营养元素，随着火山灰大气沉降或河流输入等进入湖泊水体，对初级生产力具有“施肥”作用，造成初级生产力勃发。例如，火山灰中重要的生命元素磷能够促进生物快速生长；磷元素可伴随着生命活动所必须的其他营养元素（如Cu、Zn、Fe等）进入水体，被生物体所吸收、代谢，促进初级生产力勃发。同时，火山活动会向湖泊水体输入硫酸盐，虽然触发微生物硫酸盐还原作用（BSR），消耗部分有机质，但也可以释放H2S，产生强的硫化环境，反而有利于有机质的保存［46］。此外，火山灰堆积可将湖泊底部有机质快速埋藏，形成还原环境、减缓有机质氧化分解，同时将有机质和自养型微生物隔绝、降低有机质被生物分解的概率，同样有利于有机质的埋藏保存。火山活动释放的可溶性气体，如CO2、SO2、H2S等，以酸雨的形式进入水体中，造成水体底部缺氧，也可以提高有机质保存效率。前人［45，47-48］研究表明，在鄂尔多斯盆地，凝灰岩的分布与富有机质烃源岩分布具有良好的正相关关系，虽然火山活动对有机质富集的作用机理比较复杂，但总体仍促进了富有机质烃源岩的发育，与本文研究中长73亚段有机质含量高，同时凝灰岩较发育的地质现象一致。

5.3　鄂尔多斯盆地南缘和北缘烃源岩发育特征对比

鄂尔多斯盆地属于典型的后陆盆地，具有临山一侧深而陡、向陆一侧浅而缓的特征［39］：盆地南部靠近秦岭造山带，盆地水体较深，而北面向陆一侧，盆地水体较浅。这一特征奠定了鄂尔多斯盆地基本格局，造成坳陷内沉积南厚北薄［49］。前人［50］研究认为，盆地南部为长7段时期沉积—沉降中心，水体较深；凝灰岩发育，呈北西—南东向展布，由南西向北东逐渐减薄，与延长组优质烃源岩发育、富烃凹陷形成存在密切联系。水体深度影响有机质的沉积环境，火山作用影响有机质的生成和保存，因此盆地南北缘不同的沉积构造背景和地质事件导致烃源岩发育特征存在差异。
鄂尔多斯盆地南缘烃源岩研究较广泛，整体表现为有机质丰度高，部分样品TOC含量大于30%，生烃潜力好。如铜川地区张家滩页岩S 1+S 2值平均为36.67 mg/g， 最高可达92.61 mg/g；TOC值平均为11.96%，大于4%的占样品总数的86.8%，明显高于本文研究中盆地北缘样品［51］。在整个盆地内，长7段页岩有机质类型较均一，主要为II型干酪根［51-52］。盆地南部长7段富有机质页岩伽马蜡烷指数值高于北缘，说明南缘富有机质页岩沉积时水体较稳定，盐度较高，分层现象较明显。同时，盆地南缘富有机质页岩与北缘相比，C27甾烷含量较多，而C29甾烷含量较少，特别是长73亚段，显示南缘母质来源主要为浮游生物［52］，而本文研究中长73亚段样品的沉积母质主要为混源，其中段明显含有一定量的高等植物、陆源有机质输入明显较多。综上所述认为，鄂尔多斯盆地南部火山喷发带来大量营养元素，有利于藻类勃发，提高初级生产力，且南部水体较深，有利于有机质的保存，而盆地北缘距离火山较远，受到火山灰的影响较小，且水体较浅，盆地相对狭窄，更易受到陆源碎屑的影响，造成盆地南北烃源岩的差异发育。

6 结论

（1）鄂尔多斯盆地北缘冯75井长7段烃源岩有机碳含量高，有机质类型好，成熟度适中，有利于页岩油的形成。冯75井长7段烃源岩整体属于优质烃源岩，其中长73亚段有机质丰度、成熟度和氢指数较高，有机质类型为II1型，具有相对较好的生烃潜力。
（2）生物标志物数据显示，长7段烃源岩有机质类型以低等水生生物为主，部分层段夹杂高等陆源有机质，沉积环境主体偏还原性微咸水—淡水湖相。
（3）长73亚段中部沉积环境发生阶段性变化，由底部的微咸水还原性沉积环境过渡为淡水弱氧化沉积环境，母质来源从浮游植物为主转变为混合来源甚至以陆相高等植物为主。该层段内由于火山喷发和温暖潮湿气候，引起河流流量增多、地表洪流增强等现象，造成陆源有机质输入增加。
（4）对比分析鄂尔多斯盆地南缘和西北缘沉积特征，认为沉积构造作用和火山作用共同决定了南缘烃源岩中有机质更加富集，西北缘更易受陆源碎屑影响，造成南北缘有机质富集和烃源岩发育存在差异。

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