天然气地球科学 >

2025 , Vol. 36 >Issue 12: 2280 - 2293

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2025.09.004

天然气地质学

生物标志物特征综合评价指标的构建与地质应用——以鄂尔多斯盆地延长组为例

  • 苏恺明 , 1, 2 ,
  • 李景溢 1, 2 ,
  • 周游 3 ,
  • 徐旺林 4 ,
  • 徐耀辉 1, 2 ,
  • 李阳 1, 2 ,
  • 严刚 1, 2 ,
  • 何涛华 1, 2
展开
  • 1. 油气地球化学与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430100
  • 2. 长江大学资源与环境学院，湖北 武汉 430100
  • 3. 中国石油长庆油田分公司气田开发事业部，陕西 西安 710018
  • 4. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083

苏恺明（1994-），男，陕西宝鸡人，博士，特任副教授，主要从事油气地球化学与机器学习的学科交叉研究.E-mail：.

收稿日期: 2025-05-29

  修回日期: 2025-09-03

  网络出版日期: 2025-10-14

基金资助

油气地球化学与环境湖北省重点实验室开放基金课题(HKLPGE-202301)

中国博士后科学基金面上项目(2023M730365)

湖北省自然科学基金计划青年项目(2023AFB232)

收起

Construction and geological application of comprehensive evaluation indices for biomarker characteristics： A case study of the Yanchang Formation in the Ordos Basin

  • Kaiming SU , 1, 2 ,
  • Jingyi LI 1, 2 ,
  • You ZHOU 3 ,
  • Wanglin XU 4 ,
  • Yaohui XU 1, 2 ,
  • Yang LI 1, 2 ,
  • Gang YAN 1, 2 ,
  • Taohua HE 1, 2
Expand
  • 1. Hubei Key Laboratory of Petroleum Geochemistry and Environment，Wuhan 430100，China
  • 2. College of Resources and Environment，Yangtze University，Wuhan 430100，China
  • 3. Gas Field Development Division，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an 710018，China
  • 4. Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing 100083，China

Received date: 2025-05-29

  Revised date: 2025-09-03

  Online published: 2025-10-14

Supported by

The Open Fund Project of Hubei Key Laboratory of Petroleum Geochemistry and Environment, Yangtze University(HKLPGE-202301)

the China Postdoctoral Science Foundation(2023M730365)

the Natural Science Foundation of Hubei Province of China(2023AFB232)

Fold

摘要

针对分子地球化学领域中生物标志物参数繁多冗杂、解释复杂的问题，提出一种新的综合指标评价方法。以鄂尔多斯盆地延长组为探究对象，通过因子分析筛选出与有机质成熟度、母源类型和水体盐度最密切相关的生物标志物参数，以线性组合的形式构建了成熟度指数（MI）、母源类型指数（PMI）和水体盐度指数（WSI）3个综合指标。在盆地延长组不同层位、区块的应用表明，综合指标能够更简洁、清晰地表征有机质的分子地球化学特征，且相比单一参数具有更高的准确性和可靠性。通过综合指标的研究发现，延长组有机质成熟度随层位埋深增加而逐渐增加，长7油层组具有显著的水生生物有机质来源，深部长9、长10等油层组水体盐度相对较高；此外，平面上不同区块的成熟度、母源类型和水体盐度分布规律复杂，显示出地质特征的多样性。提出的综合指标方法为分子地球化学研究提供了新的视角，对于复杂地质条件下的油气勘探具有重要意义。

关键词： 生物标志物特征; 综合指标; 因子分析; 延长组

本文引用格式

苏恺明 , 李景溢 , 周游 , 徐旺林 , 徐耀辉 , 李阳 , 严刚 , 何涛华 . 生物标志物特征综合评价指标的构建与地质应用——以鄂尔多斯盆地延长组为例[J]. 天然气地球科学, 2025 , 36(12) : 2280 -2293 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2025.09.004

Abstract

In response to the issue of numerous， redundant， and complexly interpreted biomarker parameters in the field of molecular geochemistry， this paper proposes a novel comprehensive index evaluation method. Focusing on the Yanchang Formation in the Ordos Basin， the study employs factor analysis to screen out biomarker parameters most closely related to organic matter maturity， parent material type， and water salinity. Three comprehensive indices， namely Maturity Index （MI）， Parent Material Index （PMI）， and Water Salinity Index （WSI）， are constructed through linear combinations of these selected parameters. Applications of these comprehensive indices in different layers and blocks of the Yanchang Formation demonstrate their ability to represent the geochemical characteristics of organic matter more concisely and clearly， with higher accuracy and reliability compared to single parameters. Research findings based on these indices reveal that the maturity of organic matter in the Yanchang Formation gradually increases with depth， the Chang 7 oil group exhibits a significant aquatic origin of organic matter， and deeper oil groups such as Chang 9 and Chang 10 have relatively higher water salinity. Additionally， the distribution patterns of maturity， parent material type， and water salinity across different blocks on the plane are complex， indicating the diversity of geological features. The comprehensive index method proposed in this paper provides a new perspective for molecular geochemistry research and holds significant importance for oil and gas exploration under complex geological conditions.

Key words： Biomarker characteristics; Comprehensive evaluation indices; Factor analysis; Yanchang Formation

0 引言

以生物标志物（简称“生标”）为主要研究对象的分子地球化学方法在油气地质勘探中作用重大，为油气性质的判识，以及成因、来源和次生演化的研究提供了重要证据［1-2］。但生标的研究难度大、直接证据少、多解性强，同样的化合物在不同时代地层或不同盆地可能存在不同的地质含义，现有研究一般寄希望于多参数联用的方式，通过许多化合物或参数之间的相互印证以提高所得结论的准确性和可靠性［2-3］。
然而随着生标体系的日渐庞大，琐碎众多的生标参数已成为分子地球化学方法实际应用中的门槛和挑战。尤其是参数的选取往往依赖于前人认识、研究者的经验及主观判断，缺乏清晰的标准、规范，使研究认识极易受到人为因素的干扰。生标参数的多解性是产生这种困难的主要原因，例如目前多用作成熟度参数的正构烷烃碳优势指数（CPI）、奇偶优势指数（OEP）却被明确指出受到成因及环境因素的显著影响［2］；以往视为母源特征和沉积环境指标的C30重排藿烷指数（C30*/C30H）近些年也被认为更易受控于热演化作用［4-5］。可见生标参数所反映的地质信息往往是多维度的，如何对关键信息进行“提纯”“降噪”是分子地球化学研究值得探索的新角度。
基于统计学、计量学的降维方法不失为一种有效的解决途径［6-11］。降维是将高维数据转化为低维数据的过程，保留主要信息的同时简化数据结构，从而更容易地进行数据的分析、可视化和后续处理。本文受降维算法的启发，借鉴因子分析中因子得分的计算方法，构建了评价鄂尔多斯盆地延长组多种有机地球化学特征的综合指标，实现了对相关特征的定量表征，并对研究区存在的潜在现象进行了剖析。该综合指标方法相较于原始的生物标志物参数具有“化繁为简”的使用效果及更良好的准确性与可靠性，对于分子地球化学的后续发展具有一定探索意义。

1 区域地质概况与样品

鄂尔多斯盆地是我国最为重要的陆上含油气盆地之一，位于华北克拉通西段，内部构造稳定，断层不发育［12-14］。三叠系延长组是盆地最主要的产油层位，湖泊在整个延长组沉积时期经历了完整的湖进—湖退旋回［15］，以及多期的次级旋回，使得延长组具备了极佳的“生—储—盖”石油地质条件。
烃源岩方面以长7油层组的湖相烃源岩规模最大，其厚度多介于20~60 m之间，岩性主要为泥岩和页岩。这套烃源岩具有极高的有机质丰度，其中页岩有机质类型主要为I型、II1型，TOC值介于8%~16%之间，平均值达到了13.81%；泥岩有机质类型主要为II1型、II2型，TOC值介于2%~6%之间，平均值为3.75%［16］。二者的镜质体反射率（R O）均介于0.8%~1.0%之间［16］，处于生烃高峰期。除长7烃源岩外，其他时期或局部的次级湖进也形成过一定规模的烃源岩，其中以长9烃源岩的规模相对最大，但不及长7烃源岩的程度［17-19］。
储集层方面，紧邻长7烃源岩的长6、长8油层组发育的致密砂岩，以及垂向距离更远的长2、长3油层组厚层砂岩都为油气的富集提供了良好的储集场所，是延长组的勘探重点［20］。与此同时，近些年在盆地边部的平凉、环县西部、盐池及横山等地区的延长组也探遇了油藏或油气显示［21-23］，展示出了盆地外围勘探的积极信号，但这些油藏与主力烃源岩距离较远，成因尚不确切，可从地球化学角度开展深入研究。
本文在全盆地范围采集到延长组182块井下岩心样品作为研究素材开展生物标志物分析，其中包含长6及以上油层组样品16块、长7油层组样品42块、长8油层组样品46块、长9及长10油层组样品78块。采样井平面位置分布见图1。
图1 采样位置分布（a）及研究区区块划分（b）

Fig.1 Sampling location distribution and study area block division

2 综合指标的构建

2.1　生标参数的筛选

首先基于所有的样品数据，对参数进行因子分析，从而将与特定生标特征强相关的参数筛选出来。
因子分析发展自主成分分析（PCA），是重要的多元统计分析方法，广泛运用在包括化学计量学在内的各个学科［24］。它根据变化规律将参数归类，并通过线性组合的方式将原始的多个参数的结果合并为一个综合结果（即因子得分），达到综合评价的目的。本文因子分析通过IBM SPSS Statistics软件完成，相关条件为：选择相关性矩阵进行分析，以特征值大于1为条件提取因子，旋转方法使用凯撒正态化最大方差法，因子得分通过回归法获得。此外，为了保证分析结果的稳健性，一般要求样本个数远多于变量个数，理想条件下前者应达到后者的5倍以上［25］。
因此，本文按照有机质的“成熟度”、“成因类型和形成环境”2个方面搜集参数并分别进行了因子分析。参数主要出自PETERS等［2］的专著，分别汇总了14个成熟度参数以及17个成因类型和形成环境参数（表1）。原著中“与有机质来源和地质年代相关的”和“与成熟度相关的”参数分别对应本文的“成因类型和形成环境”与“成熟度”参数分类。
表1 两次因子分析所涉及的生物标志物参数

Table 1 Biomarker parameters involved in the two factor analyses

类别 生物标志物参数
成熟度 CPI、OEP、萜烷Ts/（Ts+Tm）、萜烷Ts/C30αβ、萜烷C30*/C29Ts、萜烷C30*/C30αβ、萜烷C29βα/C29αβ、萜烷C30βα/C30αβ、萜烷C29Ts/（C29Ts+C29αβ）、萜烷C31αβ22S/（22S+22R）、萜烷C32αβ22S/（22S+22R）、甾烷C2920S/（20R+20S）、甾烷C29ββ/（αα+ββ）、重排甾烷C2720S/（20S+20R）、重排甾烷C2920S/（20S+20R）
成因类型和形成环境 Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18、甾烷C27/C27-29、甾烷C28/C27-29、甾烷C29/C27-29、重排甾烷/甾烷、ETR、萜烷ΣC19–26TT/C30αβ、三环萜烷/（三环萜烷+藿烷）、（孕甾烷+升孕甾烷）/甾烷、萜烷Ga/C30αβ、萜烷Ga/C31αβ、萜烷C24TET/C23TT、萜烷C24TET/C26TT、萜烷C23TT/C30αβ、萜烷C24TET/C30αβ

注：CPI = 正构烷烃碳优势指数（Carbon Preference Index）；OEP = 奇偶优势指数（Odd⁃even Predominance）；Pr = 姥鲛烷（Pristane）；Ph = 植烷（Phytane）；ETR = 长链三环烷烃指数；TT = 三环萜烷（Tricyclic terpane）；TET = 四环萜烷（Tetracyclic terpane）；Ga = 伽马蜡烷（Gammacerane）；C30* = C30重排藿烷

因子载荷是解读因子分析结果的关键指标（表2，表3），反映的是原始变量与主因子之间关系的密切程度，其绝对值越接近1，表明变量与主因子间的相关程度越高，正负号则反映相关性的正负。在成熟度参数的分析结果中（表2），与主因子F1密切相关的参数有萜烷Ts/（Ts+Tm）、Ts/C30αβ、C30*/C30αβ、甾烷C2920S/（20R+20S）、萜烷C31αβ22S/（22S+22R）等，其中甾烷C2920S/（20R+20S）、萜烷Ts/（Ts+Tm）均是目前最为常用且典型的成熟度参数［2］，因此可推断F1所代表的应为成熟度，而它所包含的则为与成熟度强相关的生标参数。
表2 成熟度参数组因子分析的因子载荷矩阵（旋转后）

Table 2 Factor load matrix for factor analysis of the maturity parameter group (after rotation)

生物标志物参数

F1

（成熟度）

F2

（不明确）

F3

（不明确）
萜烷 Ts/（Ts+Tm） 0.85 0.22 0.19
萜烷 C30*/C29Ts 0.80 -0.21 0.32
萜烷 Ts/C30αβ 0.78 -0.23 0.43
萜烷 C30*/C30αβ 0.77 -0.21 0.46
甾烷 C2920S/（20R+20S） 0.73 -0.45 -0.16
萜烷 C31αβ22S/（22S+22R） -0.63 0.31 -0.01
重排甾烷 C2720S/（20S+20R） -0.33 0.24 -0.07
CPI -0.01 0.94 0.06
OEP -0.01 0.91 -0.09
甾烷 C29ββ/（αα+ββ） 0.33 -0.85 -0.21
萜烷 C30βα/C30αβ -0.40 0.53 -0.01
萜烷 C32αβ22S/（22S+22R） 0.32 -0.43 -0.40
萜烷 C29βα/C29αβ 0.06 -0.12 0.90
萜烷 C29Ts/（C29Ts+C29αβ） 0.36 0.21 0.81
重排甾烷 C2920S/（20S+20R） -0.42 -0.14 -0.44
表3 成因类型和形成环境参数组因子分析的因子载荷矩阵（旋转后）

Table 3 Factor load matrix for factor analysis of the formation and environmental parameter group (after rotation)

生物标志物参数

F1

（母源类型）

F2

（水体盐度）

F3

（不明确）

F4

（不明确）
甾烷 C27/C27-29 -0.94 0.02 0.00 -0.14
重排甾烷/甾烷 -0.85 -0.11 0.14 -0.02
甾烷 C28/C27-29 0.72 0.10 -0.43 0.08
甾烷 C29/C27-29 0.70 -0.11 0.36 0.13
萜烷 ΣC19，26TT/C30αβ 0.05 0.92 -0.19 -0.07
三环萜烷/（三环萜烷+藿烷） 0.01 0.91 -0.23 -0.12
萜烷 C23TT/C30αβ 0.20 0.88 -0.13 -0.04
萜烷 C24TET/C30αβ 0.21 0.84 -0.03 -0.09
萜烷 Ga/C30αβ -0.15 0.80 -0.16 -0.02

（孕甾烷+升孕甾烷）

/甾烷

 0.33 0.69 -0.02 0.03
萜烷 Ga/C31αβ -0.23 0.65 -0.08 -0.05
ETR 0.55 0.56 -0.17 0.12
萜烷 C24TET/C23TT 0.08 -0.29 0.91 -0.03
萜烷 C24TET/C26TT -0.01 -0.18 0.88 -0.09
Pr/Ph -0.39 0.03 0.69 0.09
Pr/nC17 0.09 -0.06 0.00 0.98
Ph/nC18 0.14 -0.05 -0.04 0.96
CPI、OEP等参数在主因子F1中相关性弱，因其受母源类型干扰，其值与陆源有机质输入程度正相关［2］，因此F2可能反映有机质类型特征。主因子F3主要与藿烷异构化参数有关，但它们对成熟度敏感性相对较低，可能指示热演化的次要路径。
在成因类型和形成环境参数的分析结果中（表3），主因子F1包含甾烷C27/C27-29、C28/C27-29及C29/C27-29等标志性的反映有机质母源来源类型的参数，非常易于判断F1所指示的是有机质的母源类型；与主因子F2密切相关的参数包括萜烷ΣC19–26TT/C30αβ、C24TET/C30αβ及Ga/C30αβ等，其中ΣC19–26TT/C30αβ一般用于反映三环萜烷系列与五环萜烷系列化合物的相对比值，它是一个涵盖面较为广泛的参数，如成熟度［26］、水体盐度［27-28］及生物降解［29］等，但综合考虑其与C24TET/C30αβ、Ga/C30αβ已知意义的重叠［30-31］，以及各个主因子之间的独立性，水体盐度是相对合理的解释。
据此，本文从上述参数中确定了3种较为确切的生物标志物特征，若以因子载荷的绝对值大于0.6为界，则与成熟度强相关的参数包括萜烷C30*/C30αβ、C30*/C29Ts、Ts/C30αβ、Ts/（Ts+Tm）、C31αβ22S/（22S+22R）和甾烷C2920S/（20R+20S）；与母源类型强相关的参数包括甾烷C27/C27-29、C28/C27-29、C29/C27-29、重排甾烷/甾烷；与水体盐度强相关的参数包括三环萜烷/（三环萜烷+藿烷）、萜烷ΣC19-26TT/C30αβ、C24TET/C30αβ、Ga/C30αβ、Ga/C31αβ、C23TT/C30αβ、（孕甾烷+升孕甾烷）/甾烷。

2.2　方程系数的确定

在确认各生物标志物特征的强相关参数后，可仅以这些强相关参数为变量再次进行因子分析，以获得更准确的结果。本文基于相同的样本，分别对成熟度相关的6个参数、母源类型相关的4个参数、水体盐度相关的7个参数开展了因子分析。由于此时导入的生物标志物参数已是数学意义上的高度相关，故这里的主因子提取方式变为只提取1个主因子。
借助这3组因子分析给出的因子得分系数（表4），可将相关的生标参数以线性组合的形式构建为评价相应生标特征的综合指标［25］：
F = ∑ i = 1 n ∝ i x i
式中： F是因子得分（即构建而成的综合指标）； n是相应生物标志物特征强相关参数的数量； ∝ i是第 i个参数的因子得分系数（表4）； x i是参数的数值。
表4 各生物标志物特征的因子得分系数

Table 4 Factor score coefficient matrix of biomarker characteristics

成熟度 母源类型 水体盐度
参数 因子得分 参数 因子得分 参数 因子得分
C30*/C29Ts 0.22 C27/C27-29 0.38 三环萜烷/（三环萜烷+藿烷） 0.18
C30*/C30αβ 0.22 C28/C27-29 -0.27 ΣC19-26TT/C30αβ 0.19
C29S/（R+S） 0.19 C29/C27-29 -0.23 C24TET/C30αβ 0.17
Ts/C30αβ 0.23 重排甾烷/甾烷 0.35 Ga/C30αβ 0.15
Ts/（Ts+Tm） 0.21 — — （孕甾烷+升孕甾烷）/规则甾烷 0.12
C31αβ22S/（22S+22R） -0.19 — — Ga/C31αβ 0.16
— — — — C23TT/C30αβ 0.19

注：“—”代表无数据

据此本文构建出了3种生物标志物特征的综合指标，将其分别命名为成熟度指数（MI）、母源类型指数（PMI）及水体盐度指数（WSI），它们计算公式如下：
成熟度指数（MI）＝0.22×C30*/C30αβ＋0.22×C30*/C29Ts＋0.23×Ts/C30αβ＋0.21×Ts/（Ts+Tm）－ 0.19×C31αβ22S/（22S+22R）＋0.19×C2920S/（20R+ 20S）
母源类型指数（PMI）＝0.38×C27/C27⁃29－0.27× C28/C27⁃29－0.23×C29/C27⁃29＋0.35×重排甾烷/甾烷
水体盐度指数（WSI）＝0.18×三环萜烷/（三环萜烷+藿烷）＋0.19×ΣC19⁃26TT/C30αβ＋0.17×C24TET/C30αβ＋0.15×Ga/C30αβ＋0.16×Ga/C31αβ＋ 0.19×C23TT/C30αβ＋0.12×（孕甾烷+升孕甾烷）/甾烷
上式中，MI所涉经典成熟度参数［如C30*/C29Ts、C29S/（R+S）、Ts/C30αβ等］的系数均为正，表明MI与成熟度呈正相关；PMI中C27/C27-29系数为正，C28/C27-29和C29/C27-29系数为负，指示PMI与非水生生物输入负相关，与水生生物有机质贡献正相关；WSI中所有参数系数均为正，表明其与盐度正相关。图2展示了本文所有样品计算后的结果。需要说明的是，这些综合指标仅适用于本文研究区，且由于不同生标参数间的量纲差异，代入公式的样品参数数值以标准化后的结果为宜。
图2 成熟度、母源类型主因子的因子得分散点交会图

Fig.2 Scatter plot of the factor scores of maturity and parent material type main factors

3 地质应用

生物标志物特征的综合指标可使分子地球化学研究变得更加简洁清晰。后文以鄂尔多斯盆地延长组为讨论对象，运用综合指标分析了有机质成熟度、母源类型及水体盐度特征在垂向上及平面上的差异性及变化规律，以展示这种方法的应用效果。

3.1　不同层位生标综合特征

3.1.1　成熟度

成熟度方面，随着深度由浅至深，样品的成熟度指数（MI）呈现规律性的增加［图3（a）］。而在GC-MS谱图上，浅部长2、长6油层组的样品谱图［图4（a）］的基线相对平滑美观，萜烷谱图以C30藿烷（C30αβ）为主峰、C29藿烷（C29αβ）次之，Ts低于Tm，C30重排藿烷（C30*）则基本不可见。中部长7、长8油层组的样品谱图［图4（b）］的基线则逐渐杂乱，萜烷谱图仍以C30藿烷（C30αβ）为主峰，但Ts则高于Tm甚至有代替C29藿烷（C29αβ）成为次主峰的趋势，C30重排藿烷（C30*）也清晰可见。深部长9油层组的样品谱图［图4（c）］的基线则十分杂乱，萜烷谱图以Ts、C30重排藿烷（C30*）为主峰。
图3 鄂尔多斯盆地延长组不同油层组生物标志物特征综合指标统计（平均值）直方图

Fig.3 Average histogram of comprehensive indices of biomarker characteristics of different oil groups in Yanchang Formation， Ordos Basin

图4 鄂尔多斯盆地延长组不同油层组的色谱—质谱（GC-MS）谱图

Fig.4 Chromatography-mass spectrometry （GC-MS） spectra of different oil groups in Yanchang Formation， Ordos Basin

可见随着层位的由浅至深，谱图呈现明显的规律性变化（图5）：萜烷谱图的主峰由C30藿烷（C30αβ）转变为Ts和C30重排藿烷（C30*）、谱图基线由平缓变为杂乱，实际上这些变化都是成熟度增加的结果。不同萜烷化合物的抗热解能力不同，即热稳定性Ts>C30*>C29Ts>Tm>C29αβ>C30αβ［32］，作为热稳定性最强的Ts及C30*热解速率最低，自然在较高成熟时相对于C30αβ会有更高的丰度；图谱基线的杂乱趋势则是由于各生标物在成熟作用下逐渐热解消失，检测过程中的有效信号减弱，信噪比降低。
图5 成熟度升高过程中萜烷系列化合物GC-MS谱图（m/z=191）的变化趋势

Fig.5 Trend of GC-MS spectra （m/z=191） of terpenes during maturity increase

不难看出，相较于原始的生标参数（图6），成熟度指数（MI）［图3（a）］随层位的变化更符合地质规律。例如甾烷C2920S/（20R+20S）对于长7、长9油层组的成熟度表征可能偏低［图6（a）］；萜烷Ts/（Ts+Tm）则未能将长7、长9油层组的成熟度差距客观表现出来［图6（b）］，与T max等非生标的成熟度指标差异较大［图7（a）］。单一的生标参数受到诸多难以预料的因素影响，其在实际地质情况下的表现往往与理论层面存在一定差距，而综合指标的形式则能够弥合不同参数间的偏差，使呈现的结果更加合理。例如在典型井的地球化学剖面中，成熟度指数（MI）与镜质体反射率、T max等指标的特征高度一致［图7（c）］。
图6 鄂尔多斯盆地延长组不同油层组典型成熟度参数统计（平均值）直方图

Fig.6 Average histogram of typical maturity parameters of different oil groups in Yanchang Formation， Ordos Basin

图7 鄂尔多斯盆地延长组长7、长9烃源岩特征（a，b）以及平凉地区M53井地球化学剖面（c）

Fig.7 The characteristics of the Chang 7 and Chang 9 source rocks in the Yanchang Formation of the Ordos Basin（a，b） and the geochemical profile of Well M53 in Pingliang area（c）

3.1.2　母源类型

有机质母源类型方面，延长组中只有长7油层组的母源类型指数（PMI）较高［图3（b）］，表明其具有较高的水生生物来源，符合长7段泥岩I型、II1型为主的干酪根类型特征［图7（b）］。这方面的特征主要体现在甾烷（m/z=217）谱图上，以长7油层组为主的具有较高水生生物来源的样品一方面以C27规则甾烷为优势，另一方面则具有较高的重排甾烷丰度［图8（a）］；而多发育在其他油层组的水生生物来源较低的样品则具有更明显的C29规则甾烷优势及较低丰度的重排甾烷［图8（b）］。
图8 鄂尔多斯盆地延长组不同油层组的甾烷GC-MS谱图（m/z=191）

Fig.8 GC-MS spectra （m/z=191） of steranes of different oil groups in Yanchang Formation， Ordos Basin

3.1.3　水体盐度

水体盐度指数（WSI）较高的样品［图3（c）］有着高丰度的三环萜烷和相对较高的伽马蜡烷（Ga）［图9（a），图9（b）］，而一般的延长组样品则多贫三环萜烷和伽马蜡烷［图9（c）］。纵向上，水体盐度更高的样品多出现在深部的长8、长9及长10油层组，即成熟度相近的情况下深层的长9、长10油层组样品往往有着更高的三环萜烷丰度以及略微增高的伽马蜡烷（Ga）（图10）。
图9 鄂尔多斯盆地延长组不同油层组的色谱—质谱（GC-MS）谱图

Fig.9 Chromatography-mass spectrometry （GC-MS） spectra of different oil groups in Yanchang Formation， Ordos Basin

图10 成熟度（MI指数）相近的长7（a）、长10（b）油层组样品的GC-MS谱图

Fig.10 GC-MS spectra of Chang 7 and Chang 10 oil group samples with similar maturity （MI index）

另外较为特殊的是，长8油层组中WSI指数高的样品［图9（a），图9（b）］均为盆地中部华池地区长8油层组的砂岩抽提物，这些砂岩样品的孔隙中存在早期充注的低熟油遭受次生破坏后形成的重质油，镜下薄片可见绿泥石膜吸附重质油形成的围绕孔隙的棕色环边［33］（图11）。而同样来自于B429井长8油层组的原油样品则呈现正常的谱图特征［图9（d）］，这表明上述相对较高盐度的特征来自于图11中不可流动的重质成分，而非储层中可流动的原油，是否意味着该区块长8储层前期受到相对较高盐度的油源充注？
图11 鄂尔多斯盆地中部华池地区长8油层组含重质油砂岩的铸体薄片

（a）B429井，2 285 m；（b）W61井，2 155 m；（c）W70井，1 895 m；（d）B253井，2 229 m

Fig.11 Cast thin sections of heavy oil-bearing sandstone in Chang 8 oil group， Huachi area， central Ordos Basin

3.2　不同区块生标综合特征

3.2.1　成熟度

成熟度指数（MI）方面［图12（a）］，全盆地的延长组以中部华池—吴起—志丹地区、西部环县地区、东部甘泉地区的成熟度相对较高；西南部平凉地区、西北部盐池地区、南部正宁地区的成熟度相对较低；而东北部远离盆地沉积中心的横山地区成熟度最低。
图12 鄂尔多斯盆地不同区块延长组生物标志物特征综合指标统计（平均值）直方图

Fig.12 Average histogram of comprehensive indices of biomarker characteristics of Yanchang Formation in different blocks of Ordos Basin

这样的结果与现有的依据镜质体反射率（R O）刻画而来的长7烃源岩成熟度平面分布基本吻合（图13），尤其是平凉、盐池及正宁等成熟度较低的区块几乎完全一致。这可能缘于本文对MI的统计包含了砂岩和原油样品，从而引入了运移成藏的影响。低成熟阶段烃源岩生烃量较小、油质较重，受运移作用影响较弱，故原油成熟度与烃源岩成熟度分布叠合性好；而中—高成熟阶段烃源岩生烃量增大、油质变轻，运移能力显著提高，故增加了原油成熟度分布的不确定性。
图13 延长组单井成熟度指数平均值与长7烃源岩镜质体反射率（R O）等值线分布的叠合对比图

注：长7烃源岩镜质体反射率等值线分布图据自中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院①，内部资料

Fig.13 The superposition comparison diagram of the average MI index of Yanchang Formation and the isoline distribution of vitrinite reflectance （R O） of Chang 7 source rock

3.2.2　母源类型

母源类型指数（PMI）方面［图12（b）］，盆地西部环县地区、西北部盐池地区母源类型指数最高，意味着较高比例的水生生物的有机质来源；盆地中部的华池—吴起—志丹地区、西南部平凉地区、东北部横山地区及东部甘泉地区母源类型指数适中；而盆地南部正宁地区母源类型指数最低，指示水生生物的有机质来源在盆地范围最低。

3.2.3　水体盐度

值得注意的是，水体盐度指数（WSI）与MI在平面分布上表现出较好的一致性［图12（c）］，同样是盆地中部华池—吴起—志丹地区、西部环县地区、东部的甘泉地区的水体盐度指数相对较高，这种空间分布的一致性可能反映沉积环境与热演化历史的内在联系；而盆地西南部平凉地区、西北部盐池地区及东北部横山地区则与成熟度指数相反，成熟度指数适中的前二者水体盐度指数最低，成熟度指数最低的横山地区水体盐度指数却较前二者高些。

3.3　启发与讨论

上述综合指标表明生标特征在平面上的分布情况远比纵向上的复杂，尤其缺少规律性的变化。诸如成熟度方面，地理位置上靠近盆地边部的环县、甘泉地区依然存在较高成熟度的烃源岩和原油；而母源类型方面，盆地西南部平凉地区的长7泥岩则显得较为特殊。由于图12的统计未区分层位，因此本文对长7泥岩的样品进行了单独统计，在这一结果中平凉地区长7泥岩的母源类型指数仍然显著地高于盆地中部（图14），意味着处于盆地边部的长7泥岩却具有更高的水生生物有机质贡献？相似的信息同样出现在热解数据中（图15，盆地中部长7泥岩热解数据引自文献［34-35］），在与多位学者的长7泥岩热解数据的对比中，平凉地区的长7泥岩在类型、丰度方面均不差，甚至更优。
图14 鄂尔多斯盆地不同区块长7泥岩生物标志物特征综合指标统计（平均值）直方图

注：环县、甘泉地区因长7泥岩样品过少无法统计

Fig.14 Average histogram of comprehensive indices of biomarker characteristics of Yanchang Formation in different blocks of Ordos Basin

图15 烃源岩热解评价图版

（a） I H—T max图版；（b） S 2—TOC图版

Fig.15 Source rock pyrolysis evaluation chart

笔者认为，盆地西部环县、西北部盐池地区较高的水生生物有机质输入可能与长7烃源岩的沉积中心有关，本文结果可与部分烃源岩平面分布图中环县—姬塬地区长7泥岩厚度规模最大的特征相互吻合［34，37］（图16），也与部分学者提出姬塬—华池等盆地西北侧是长7油层组沉积期沉积中心的观点［36］相互佐证。在这种情况下，盆地的地理中心与沉积中心相距甚远，位于地理中心的合水—正宁—黄陵等地区的长7泥岩可能并非是整个长7泥岩中的最优者。
图16 不同研究刻画的长7油层组泥岩平面分布特征

（a）长7油层组泥岩平面分布特征（据文献［34］）；（b）长7油层组泥岩平面分布特征（据文献［37］）

Fig.16 The plane distribution of mudstone in Chang 7 oil group described by different studies

由此可见，以延长组长7烃源岩为代表的湖相烃源岩在平面上的有机相发育规律具有一定复杂性，应当意识到有机质来源、演化等特征在盆地平面上的分布很难呈现理想的均匀变化。诸如前文提及平凉地区长7泥岩可能包含着许多未被揭示的成因信息，有待于后续的研究予以详细剖析。

4 结论

（1）本研究创新性地将因子分析降维方法应用于生物标志物研究，成功筛选出与成熟度、母源类型和水体盐度最相关的核心参数群，并构建了对应的综合指标（MI、PMI和WSI）。该方法有效整合了多参数信息，显著降低了单一参数的多解性和主观解释偏差，实现了对复杂生物标志物数据的高效表征。
（2）应用综合指标清晰揭示了鄂尔多斯盆地延长组有机质特征的垂向系统性变化。有机质成熟度随层位埋深增加呈现稳定递增趋势；长7油层组具有显著的水生生物母源输入特征；而深部的长8、长9及长10油层组则表现出相对较高的水体盐度环境。这一发现不仅验证了成熟度随埋深增加的基本规律，更重要的是明确了长7油层组水生母源优势以及深部层段相对较高盐度沉积环境的客观存在，丰富了延长组烃源岩地球化学演化的认识。
（3）综合指标还刻画出了延长组生物标志物特征在平面上的复杂非均质性。成熟度高值区并非局限于盆地沉积中心，在环县、甘泉等边缘区块同样发育；母源类型方面，盆地边缘的平凉地区长7泥岩显示出较高的水生有机质输入信号。表明盆地内有机质的成熟演化、母质来源及沉积环境在空间上具有高度多样性。

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