Natural Gas Geoscience >

2020 , Vol. 31 >Issue 2: 282 - 294

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2019.11.001

Organic geochemical characteristics of Qingtujing Formation coal⁃measure source rocks in the Chaoshui Basin and Minhe Basin, and their hydrocarbon⁃generation significances

  • Sen WANG , 1 ,
  • Ming-zhen ZHANG , 2 ,
  • Ai-jing LI 1 ,
  • Jing ZHANG 1 ,
  • Zhen DU 1 ,
  • Bao-xia DU 1 ,
  • Li-min JI 2 ,
  • Xian-wen ZHANG 3
Expand
  • 1. School of Earth Science, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
  • 2. Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province/Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
  • 3. No. 149 Team, Gansu Provincial Bureau of Coal Geology, Lanzhou 730020, China

Received date: 2019-06-26

  Revised date: 2019-11-16

  Online published: 2020-02-28

Supported by

the National Natural Science Foundation of China(41602023)

Fold

Highlights

With the advancement of exploration technology for unconventional oil and gas resources, the coal-measure source rocks are gradually being appreciated. Chaoshui Basin and Minhe Basin are representative of the Jurassic coal-measure sedimentary basins in the Hexi and Longzhong regions. There is a lack of research on hydrocarbon generation capacity and organic geochemical characteristics. This study contains the characteristics and comparison of organic geochemistry between the two basins. In terms of biomarkers, the source of organic matter of Chaoshui Basin may be mainly mixed input, which is at the low-mature-mature stage. The upper part of the sedimentary environment is weakly oxidized-weakly reduced, shallow lake, and the lower part is weakly salted and semi-deep. There is a high gamacerane advantage, indicating the stratification of the water. The upper part of Minhe Basin is dominated by lower hydrobiont input, and the lower is the dominant input of terrestrial higher plant. The organic matter is in the low-mature-mature stage, and the sedimentary environment is usually marsh-phase coal-sedimentation. According to the abundance and type of organic matter, Chaoshui Basin are dominated by Type II; Minhe Basin is dominated by Type I, Type II and even Type III. Comprehensive analysis shows that both basins have hydrocarbon generation potential. Minhe Basin, which is dominated by lower hydrobiont input, may have relatively large potential.

Cite this article

Sen WANG , Ming-zhen ZHANG , Ai-jing LI , Jing ZHANG , Zhen DU , Bao-xia DU , Li-min JI , Xian-wen ZHANG . Organic geochemical characteristics of Qingtujing Formation coal⁃measure source rocks in the Chaoshui Basin and Minhe Basin, and their hydrocarbon⁃generation significances[J]. Natural Gas Geoscience, 2020 , 31(2) : 282 -294 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2019.11.001

0 引言

随着经济和技术发展，寻找油气的勘探范围越来越广，煤系烃源岩的生油问题逐渐引起学者们的关注。吐鲁番盆地煤系沉积油气勘探的成功，揭示煤系烃源岩具有巨大资源潜力[1,2]。煤系烃源岩主要指含煤岩系中具有生烃能力的岩层[3]，能够形成具有工业价值的油藏[4,5]。甘肃省中侏罗统煤系地层主要分布于河西、陇中、陇东等地区，位于平凉、庆阳一带的陇东煤系沉积生烃特征及其沉积环境研究相对深入，并且西峰地区的侏罗系延安组（J2-3 y）已经被证实为是仅次于三叠系延长组（T3 y）的重要烃源岩[6,7]；位于陇中、河西地区的侏罗系煤系烃源岩生烃特征研究相对滞后。作为陇中、河西地区侏罗系煤系沉积的代表区域，甘肃潮水盆地和民和盆地中侏罗统发育大量煤系泥页岩，有机质类型为Ⅲ 型、Ⅱ型及Ⅰ型，镜质体反射率大多在0.5%~0.7%之间，进入了生烃门限并显示具有一定的生烃潜力[8,9,10]。前人对潮水盆地和民和盆地展开了许多深入的研究工作，张磊等[11]对潮水盆地油气储存构造研究，发现其生油层、储油层和沉积盖层发育完整，形成构造圈闭，属于良好的生油和储油盆地。在潮水盆地青土井地区的浅探井中发现油流存在，并在窖5等深井出现油气显示，指示潮水盆地具备小型油气成藏条件[12]。而在民和盆地，发现窑街组（J2 y）泥页岩具有一定的页岩气勘探潜力，窑街组泥页岩可作为气源生成常规天然气[13,14]。以上研究对潮水盆地和民和盆地侏罗系煤系烃源岩给予了初步评价，认为两地侏罗系都具有生烃潜力，但缺乏对比2个主要含煤地区的有机地球化学特征，论证两者有机质母质来源、热演化程度和沉积环境的异同，用以揭示两地生烃潜力差异。本研究选择潮水盆地和民和盆地中侏罗统青土井组煤系烃源岩进行有机地球化学特征对比研究。

1 地质背景

甘肃省侏罗系陆相河湖相沉积分布广泛，面积达500 km2。分布范围主要在陇东、北山、潮水、民和和靖远地区，充填于中小型山间陆相盆地。在沉积序列上具有显著差别，下侏罗统以砾岩为主，厚度小、分布范围小；中侏罗统以泥质岩、炭质页岩和细碎屑岩为主，是重要的煤系地层，分布范围广泛，陇东地区延安组（J2-3 y）、陇中地区窑街组（J2 y）以及河西地区青土井组（J2 q）均为代表性含煤系沉积地层；上侏罗统多为红色沉积，主要分布于河西地区[15]。
处于河西地区中侏罗统含煤系沉积青土井组，在潮水盆地最为发育。该盆地呈东西走向，总面积约为2.2×104 km2。盆地位于阿拉善板块南部，处于天山—兴蒙造山带与祁连造山带之间[16]，属于断陷沉积盆地[17]。盆地盖层主要由中侏罗统青土井组（J2 q）、上侏罗统沙枣河组（J3 s）、下白垩统庙沟组（K1 m）、上白垩统金刚泉组（K3 j）等组成[11]。其中侏罗系发育最厚、沉积最为连续，自下而上可划分为下侏罗统芨芨沟组（J1 j）、中侏罗统青土井组（J2 q）和上侏罗统沙枣河组（J3 s）。芨芨沟组上段为灰白色中—粗粒砂岩，含砾砂岩；下段为紫红色、淡黄色砾岩，夹杂煤线，属冲积扇沉积；青土井组为灰色—深灰色泥岩、粉砂质泥岩和杂色含砾砂岩不等厚互层，含砾砂岩夹煤层，与芨芨沟组不整合接触，属湖泊—三角洲沉积；沙枣河组为湖侵体域和高位体系域的棕红色泥岩和浅棕红色砂岩互层，与青土井组不整合接触。侏罗系沉积是潮水盆地的主要烃源岩层，生油岩条件中等，目前已在青土井地区发现油气显示[18,19,20,21,22]（图1）。
图1 潮水盆地和民和盆地地理位置及岩性柱状图

(a) 潮水盆地中侏罗统青土井组岩性柱状图；(b) 潮水盆地和民和盆地地理位置图；(c) 民和盆地中侏罗统窑街组岩性柱状图

Fig.1 Geographic location and lithologic histograms of Chaoshui Basin and Minhe Basin

民和盆地属于断、坳山间型盆地，位于祁连山东部，面积约为1.1×104 km2。盆地基底由奥陶纪变质火山—沉积岩和加里东结晶岩构成，盖层主要有三叠系河湖相碎屑沉积，侏罗系沼泽相煤系沉积以及白垩系和古近系的巨厚红层沉积[23]。盆地内部侏罗系较为发育，主要为沼泽相煤层和湖相暗色油页岩，侏罗系可划分为下侏罗统碳洞沟组（J1 c）、中侏罗统窑街组（J2 y）和红沟组（J2 h）以及上侏罗统享堂组（J3 x）[24]。窑街组是民和盆地侏罗系主要的聚煤地层[25]。

2 样品与实验条件

分析测试样品均取自井下岩心样品，岩心样品均来自于甘肃煤田地质局在进行煤炭地质勘探过程钻取的多口岩心，钻井一般采用绳索取心工艺，取心率较高，一般大于90%。其中民和盆地钻深约1 300 m，样品采自1 080~1 200 m钻深层段，潮水盆地钻深约3 000 m，样品采自2 400~2 730 m，均属青土井期沉积。其中潮水盆地样品岩性以页岩和粉砂质泥岩为主，含厚砾岩、砂岩层，夹杂煤线；民和盆地研究样品岩性主要为页岩，含砂岩和砾岩层，夹杂煤线。本文主要进行了总有机碳测量、岩石热解实验和气相色谱—质谱分析项目。
样品总有机碳（TOC）和岩石热解测试工作，分别依据岩石样品有机碳（TOC）测定标准GB/T 19145—2003和岩石热解执行标准GB/T18602—2012，在中国科学院兰州油气资源中心实验室完成。
气相色谱—质谱（GC-MS）分析14个烃源岩样品。首先取10 g烃源岩样品磨碎至100目，采用索氏抽提萃取烃源岩可溶有机组分，用正已烷脱去氯仿沥青“A”中的沥青质，再进行柱色层分离法，分离出饱和烃、芳烃和非烃。饱和烃气相色谱(GC)分析后，用脲素络合方法从饱和烃中分离出正构烷烃。质谱分析采用Agilent 6890N—GC/5973N—MSD气相色谱—质谱联用仪，进样口温度为280 ℃，高纯氦载气流量1.2 mL/min，美国J&W.HP—5弹性石英毛细管柱30 m×0.25 mm×0.25 μm。升温程序从80 ℃起始，以4 ℃/分钟升至300 ℃，恒温30 min。质谱离子源为EI源，离子源温度为230 ℃，四极杆温度为150 ℃，电离能量为70 eV，质谱与色谱接口温度为280 ℃。所有样品分析均在中国科学院兰州油气资源中心实验室完成。

3 有机地球化学特征

3.1　有机质丰度

有机质丰度指示烃源岩中有机质富集程度，是衡量烃源岩好坏的直接标志，可判别盆地是否生成油气并计算其生成油气的量[26]。煤系烃源岩内有机碳（TOC）含量均较高，因此TOC不能作为煤生液态烃能力指标，煤的生液态烃能力主要取决于煤中富氢显微组分[27]。一般对煤系烃源岩定义：TOC<6%的泥岩和页岩为含煤泥岩，6%~40%为炭质泥岩，TOC>40%为煤[28,29,30,31]。
潮水盆地青土井组有机碳含量为0.65%~7.8%，均值为2.36%；生烃潜量为0.22~80.37 mg/g，均值为8.11 mg/g；氯仿沥青“A”含量为0.002%~0.380%，均值为0.094%；氢指数为20.50~470.12 mg/g，均值为182.94 mg/g。民和盆地窑街组有机碳含量为0.25%~37.55%，均值为7.39%；生烃潜量为0.20~121.01 mg/g，均值为27.83 mg/g；氢指数为20.09~485.95 mg/g，均值为243.24 mg/g（表1），揭示两地具有一定的生烃潜力，且民和盆地有机质丰度明显高于潮水盆地。
表1 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩有机质丰度分布特征

Table 1 The characteristics of organic matter abundance on Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

区域 层位

总有机碳

/%

生烃潜量(S 1+S 2）

/(mg/g)

氯仿沥青“A”

/%

氢指数(I H)

/(mg/g)
潮水盆地 J2 q 0.65 ~ 7.8 2.36 ( 51 ) 0.22 ~ 80.37 8.11 ( 31 ) 0.002 ~ 0.380 0.094 ( 31 ) 20.50 ~ 470.12 182.94 ( 30 )
民和盆地 J2 y 0.25 ~ 37.55 7.39 ( 41 ) 0.20 ~ 121.01 27.83 ( 16 ) / 20.09 ~ 485.95 243.24 ( 16 )

注： 0.65 ~ 7.8 2.36 ( 51 )= 最 小 值 - 最 大 值 平 均 值 ( 样 品 数 )

3.2　生物标志物特征

3.2.1　正构烷烃

正构烷烃指示烃源岩原始生烃母质沉积环境和性质，同时也反映烃源岩有机质的热演化程度[32,33]。潮水和民和盆地GC谱图基线均较为平直，无UCM峰出现。潮水盆地主峰碳多为nC20、nC21，碳数分布范围为nC13—nC35，呈现前高后低的单峰型[图2(a),图2(c),图2(e)]；其正构烷烃参数在深度范围内变化较小（图3），∑C21 －/∑C22 +=0.96~1.51，均值为1.23，（nC21+nC22）/（nC28+nC29）=2.84~5.29，均值为3.92；OEP=1.00~1.23，均值为1.11，出现微弱的低碳数和奇偶碳优势（表2）。
图2 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩m/z 85质量色谱

Fig.2 Mass chromatogram (m/z 85) in Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

图3 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩饱和烃相关参数与深度关系

Fig.3 Relationship between saturated hydrocarbon parameters and depth in Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

表2 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩生物标志物参数

Table 2 Biomarker parameters of Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

样品号 层位 正构烷烃 类异戊二烯烷烃 萜烷 甾烷
主峰碳 OEP ∑C21 －/∑C22 + (C21+C22)/(C28+C29) Pr/Ph Pr/nC17 Ph/nC18 Ts/(Ts+Tm)

C31αβ22S/

(22S+22R)

伽马蜡烷/

αβC30藿烷

 C27/C29 C29ααα20S/(20S+20R)

C29ββ/

(ββ+αα)
CS-1 J2 q nC21 1.23 1.13 5.29 1.00 4.24 3.79 0.39 0.57 1.01 0.71 0.33 0.32
CS-2 J2 q nC20 1.00 1.18 2.84 1.09 1.72 1.41 0.24 0.57 1.52 0.58 0.40 0.32
CS-3 J2 q nC21 1.12 0.96 3.93 1.36 5.08 3.20 0.30 0.59 0.63 0.70 0.38 0.30
CS-4 J2 q nC21 1.16 1.37 4.78 0.91 6.97 7.61 0.44 0.59 0.63 0.50 0.41 0.30
CS-5 J2 q nC16 1.07 1.51 3.65 1.00 5.19 5.67 0.48 0.58 0.21 1.07 0.54 0.35
CS-6 J2 q nC21 1.08 1.25 3.05 0.85 5.24 6.95 0.49 0.58 0.17 0.99 0.54 0.36
MH-1 J2 y nC19 1.03 2.09 6.71 2.13 5.32 2.55 0.68 0.58 0.29 1.44 0.41 0.39
MH-2 J2 y nC17 1.05 4.23 26.74 1.95 3.28 1.87 0.68 0.58 0.27 1.34 0.46 0.42
MH-3 J2 y nC19 1.03 1.48 3.98 2.45 4.40 1.81 0.50 0.59 0.31 1.10 0.41 0.46
MH-4 J2 y nC21 1.02 1.39 5.08 3.35 2.87 2.23 0.59 0.57 0.15 1.33 0.36 0.21
MH-5 J2 y nC23 1.44 0.80 4.55 3.82 1.60 0.33 0.87 0.57 0.04 0.66 0.44 0.39
MH-6 J2 y nC25 1.20 0.42 1.08 3.18 1.86 0.41 0.90 0.58 0.08 0.98 0.48 0.38
MH-7 J2 y nC23 1.25 0.46 1.02 3.11 1.81 0.47 0.13 0.58 0.11 0.55 0.43 0.39
MH-8 J2 y nC23 1.45 0.65 4.06 3.62 1.04 0.21 0.08 0.58 0.09 0.55 0.44 0.30
民和盆地碳数分布范围多为nC13~nC34，OEP=1.02~1.45，均值为1.18，出现微弱的奇偶碳优势，通过正构烷烃参数与深度关系对比（图3），可划分出特征不同的上下段：①上段（深度范围为1 080~1 130 m）为前高后低的单峰型[图2(b),图2(d)]，主峰碳多为nC19，∑C21 －/∑C22 +=1.39~4.23，均值为2.30，（nC21+nC22）/（nC28+nC29）=3.98~26.74，均值为10.63，呈现较强的低碳数优势；②下段（深度范围为1 131~1 200 m）为前低后高的单峰型[图2(f)]，主峰碳多为nC23，∑C21 －/∑C22 +=0.42~0.80，均值为0.57，（nC21+nC22）/(nC28+nC29）=1.02~4.55，均值为2.67，出现高碳数优势。

3.2.2　类异戊二烯烷烃

类异戊二烯烷烃中，姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）常用于指示源岩有机质母源输入和沉积环境[32,33]。潮水盆地和民和盆地均检测出姥鲛烷和植烷。潮水盆地类异戊二烯参数在深度范围内变化较大，可分为两段（图3）：①上段（深度范围为2 400~2 475 m）Pr/Ph=1.00~1.36，均值为1.15，出现姥鲛烷优势，Pr/nC17=1.72~5.08，Ph/nC18=1.41~3.79；②下段（深度范围为2 476~2 730 m）Pr/Ph=0.85~1.00，均值为0.92，出现植烷优势；Pr/nC17=5.19~6.97，Ph/nC18=5.67~7.61（表2）。
民和盆地所有样品Pr/Ph值均大于1，范围为1.95~3.82，均值为2.95，呈现较强的姥鲛烷优势；Pr/nC17=0.31~0.50，Ph/nC18=0.18~0.25，指示民和盆地处于氧化的沉积环境。

3.2.3　萜类化合物

萜类化合物存在于所有的活体生物中[32]。潮水盆地和民和盆地萜类化合物检测中仅发现五环三萜类化合物，未检测出三环和四环萜烷。两地的五环三萜烷为C29—C3317β(H), 21α(H)—藿烷系列，Ts（18α-22, 29, 30三降藿烷）、Tm（17α-22, 29, 30三降藿烷）相对丰度较低，存在有伽马蜡烷，同时样品中发现具有典型陆相高等植物输入标志的芒柄花根烷[图4(a),图4(c),图4(e),图4(g),图4(i)]。
图4 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩萜—甾烷质量色谱

Fig.4 Mass chromatogram of Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

潮水盆地Ts/(Ts+Tm)=0.24~0.49，均值为0.39；C31αβ22S/(22S+22R)=0.57~0.59，均值为0.58，接近平衡值为0.6；伽马蜡烷/αβC30藿烷为0.17~1.52，均值为0.69，出现伽马蜡烷高优势。民和盆地Ts/(Ts+Tm)范围在0.08~0.90之间，均值为0.55，分布范围较大；C31αβ22S/(22S+22R)=0.57~0.59，均值为0.58，接近平衡值0.6；伽马蜡烷/αβC30藿烷为0.04~0.31，均值为0.19，存在少量的伽马蜡烷（图3）。

3.2.4　甾类化合物

地质体中甾烷是由真核生物细胞壁中甾醇、甾酮和甾酸演化而成，不同生物体C27，C28和C29甾醇分布不同。常见的规则甾烷是C27、C28、C29甾烷，它们的相对含量可用于指示源岩有机质的母源输入。目前多数学者认为，C27甾烷来源于低等水生生物和藻类，C29甾烷来源于藻类和陆源高等植物[26]。
潮水盆地甾类化合物主要以C27、C28和C29规则甾烷为主，多呈“V”型分布[图4(b),图4(d),图4(f)]，C27/C19=0.50~1.07（表2），均值为0.76；C29ββ/(ββ＋αα)=0.30~0.36，C29ααα-20S/(20S＋20R)=0.33~0.54。民和盆地发现有规则甾烷（C27—C29）和重排甾烷存在，C29ββ/(ββ＋αα)=0.21~0.60，C29ααα-20S/(20S＋20R)=0.36~0.78；C27/C19值在深度范围与正构烷烃参数变化一致，可分为2段：上段C27/C29=1.10~1.44，均值为1.29，C27规则甾烷占到相对优势；下段C27/C29=0.55~0.98，均值为0.68，C29规则甾烷占到相对优势（图3）。

4 讨论

4.1　有机质来源

正构烷烃的碳数分布形式（图2）一般指示有机质母质输入的差异[33,34,35]。研究发现低碳数（≤21）正构烷烃主要来源于浮游生物、藻类和细菌等，高碳数（≥22）正构烷烃的主要来源为陆地高等植物的输入[32]。潮水盆地主峰碳多为nC20、nC21，出现微弱的低碳数优势，反映其生源母质可能为低等水生生物和陆相高等植物的双重输入。
民和盆地上、下段（图3）有机质来源不同，上段主峰碳多为nC19，呈现出较强的低碳数优势，指示有机质来源为低等水生生物的相对优势输入；下段主峰碳多为nC23，出现高碳数优势，说明陆相高等植物的相对优势输入。然而，有学者发现，由正构烷烃分布形式而确定的有机质母质来源具有多解性[36]。因此，本文结合镜下有机岩石鉴定（图5）分析发现，潮水盆地样品中均有发现藻质体、孢粉体和角质体等存在，揭示其有机质来源为陆相高等植物和低等藻类的双重输入。民和盆地上段主要是藻质体等低等水生生物，下段以孢粉体和角质体等为主，揭示民和盆地上下段明显为不同有机质来源输入。
图5 潮水盆地[(a),(b),(c),(d)] 和民和盆地[上段(e),(f)；下段(g),(h),(i)]青土井组煤系烃源岩有机显微组分特征

(a)含藻类体无定形有机质；(b)含藻类体无定形有机质，蓝光激发荧光；(c)以镜质体和惰质体为主的III型干酪根；(d)无定形有机质和孢粉体；(e)含藻类体无定形有机质；(f)含藻类体无定形有机质，蓝光激发荧光；(g)角质体；(h)角质体，蓝光激发荧光；(i)孢粉体

Fig.5 Characteristics of organic microscopic components for Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

三环萜烷的存在指示陆相高等植物输入[37,38]；C19—C20三环萜烷的前身可能为高等植物的二萜类先质，源岩中丰富的四环萜烷可指示陆源母质输入[39]。芒柄花根烷是典型的高等植物输入的生物标志物特征[32]。潮水盆地和民和盆地中三环萜烷和四环萜烷几乎不发育，但又检测出芒柄花根烷[图4(a),图4(c),图4(e),图4(g),图4(i)]，指示潮水盆地有机质来源的双重性，而民和盆地上段则可能存在少量陆相高等植物混入。
规则甾烷是辨别母质输入的重要指标[40]。潮水盆地ααα20R-C27 /C29甾烷均值为0.76，民和盆地上段ααα20R-C27/C29均值为1.29，下段ααα20R-C27/C29均值为0.68，结合C27—C28—C29规则甾烷（图6）分析，发现潮水盆地主要落于混合相区域，民和盆地上段相对偏向浮游植物优势输入，下段主要为混合源输入。
图6 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩C27—C29规则甾烷相对组成

Fig.6 Relative composition of C27-C29 steranes in Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

有机质类型是有机显微组分组成的复合体，指示有机质的生物来源构成[18]。本文通过氢指数（I H）与岩石热解峰温（T max）关系辨别烃源岩有机质类型（图7），用以对比生物标志参数结果。从图7中，可看出潮水盆地有机质类型主要为Ⅱ型，指示潮水盆地有机质来源的双重性。民和盆地有机质类型丰富，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型均有出现，揭示民和盆地有机质来源在深度关系上存在上下段差异。
图7 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩T max—I H关系

Fig.7 Relationship between T max and I H in Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

陈中红等[41]对柴达木盆地东部侏罗系煤系烃源岩有机质来源分析，指出西北侏罗系煤系烃源岩有机质来源以陆源高等植物和低等水生生物的双重输入为主。丁安娜等[26]于准噶尔盆地侏罗系烃源岩检测出来自高等植物的芒柄花根烷，指出其可能存在于多数西北侏罗系煤系烃源岩中。综上而言，潮水盆地青土井组煤系烃源岩有机质来源为藻类和陆相高等植物双重输入；民和盆地窑街组煤系烃源岩有机质来源根据深度关系，上段为低等水生生物相对优势输入，下段为陆相高等植物优势输入。

4.2　有机质成熟度

有机质成熟度是指示烃源岩是否有效的参数，反映烃源岩热演化程度[26]。通过I H—T max关系（图7），潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩R O值主要落于0.5%~1.0%区间，揭示两地烃源岩有机质为低熟—成熟阶段，达到生烃门限。
OEP表示正构烷烃奇偶碳优势，可用以识别有机质成熟度[32]。参照OEP标准划分，OEP值在1.0~1.2之间为成熟有机质，在1.2~1.4之间为低熟有机质[42,43]，潮水盆地OEP=1.00~1.23，民和盆地OEP=1.02~1.45，两地都处于低熟—成熟阶段。
Ts/(Ts+Tm)同样指示有机质成熟度，并与热演化程度呈正相关[44,45,46]，在生油阶段晚期达到0.5[47]。但Ts/(Ts+Tm)参数应用具有局限性，会受到有机相影响[48]，对黏土介质反应也很敏感[49,50]。潮水盆地Ts/(Ts+Tm)=0.24~0.49，处在低熟—成熟阶段。民和盆地样品Ts/(Ts+Tm)均值为0.55，大于0.5，这与演化程度矛盾，笔者推测可能是黏土矿物催化反应导致Ts过高引起，同时有机相也制约Ts/(Ts+Tm)的应用。C31藿烷对有机质成熟度也有指示意义。潮水和民和盆地C31αβ22S/(22S+22R)介于0.57~0.59之间，均接近平衡值为0.6，显示两地烃源岩已进入生油门限，成熟作用导致的异构化已达到平衡。
甾烷C29ααα-20S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)同样是判别成熟度的参数指标。结合C29ααα-20S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)关系（图8），显示潮水和民和盆地有机质成熟度处于低熟—成熟阶段。
图8 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩甾烷C29ββ/(ββ+αα)与C29ααα-20S/(20S+20R)关系

Fig. 8 Relationship between C29ββ/(ββ+αα)and C29ααα20S/(20S+20R) in Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

前人研究认为潮水盆地青土井组烃源岩热演化程度适中（R O=0.6%~0.8%），烃源岩处于低熟—成熟阶段[18,19,20,21,22]。民和盆地窑街组烃源岩R O值为0.6%~0.86%[51]，同样处于低熟—成熟阶段。陈建平等[2]在对西北地区侏罗系煤系烃源岩成熟度研究中，指出西北多数地区烃源岩成熟度为低熟—成熟阶段，R O=0.5%~1.3%。综上而言，潮水和民和盆地青土井期煤系烃源岩已进入生烃门限，有机质成熟度相近，处于低熟—成熟阶段。

4.3　沉积环境

姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)常用于判断原始沉积环境，姥鲛烷是植（烯）醇在氧化环境下的产物，植烷则是在还原环境下的产物，姥植比Pr/Ph反映成烃古环境的氧化还原程度[32]。Pr/Ph值（<0.5）反映成烃古环境为强还原沉积环境[52,53]，Pr/Ph值位于0.5~1.0时，指示还原环境，Pr/Ph=1.0~2.0指示弱还原—弱氧化环境，Pr/Ph（>2.0）指示氧化环境[54,55]。典型沼泽环境下煤系地层的Pr/Ph值大于2，滨、浅湖环境的Pr/Ph值在2以下[41]。
潮水盆地Pr/Ph值据深度关系分段（图3）：上段出现姥鲛烷优势，2.0>Pr/Ph>1.0，显示为弱还原—弱氧化环境；下段出现植烷优势，1.0>Pr/Ph>0.5，显示为还原环境。结合Pr/nC17—Ph/nC18关系（图9）分析，潮水盆地上段落于弱氧化—弱还原的混合相，下段落于还原的盐湖相。
图9 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩Pr/nC17—Ph/nC18关系

Fig. 9 Relationship between Pr/nC17 and Ph/nC18 of Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

民和盆地Pr/Ph均值为2.95，Pr/Ph＞2，出现强的姥鲛烷优势，指示为氧化环境，属于典型的沼泽煤系沉积。从图9中，显示民和盆地成烃古环境主要为氧化环境。
伽马蜡烷是C30-三萜烷，常被用来指示咸水湖相和非海相沉积环境，也有被提出是水体分层的标志[56,57,58]。潮水盆地上下段明显不同的沉积环境，却同时显示出较高的伽马蜡烷优势。
笔者认为，这种结果支持了伽马蜡烷与咸水或高盐度环境可能并没有绝对的对应关系，上下段的伽马蜡烷高优势可能表明出现过湖海沟通引起的水体分层。民和盆地存在少量的伽马蜡烷，伽马蜡烷/αβC30藿烷<0.2，并没有指示其高盐度，显示民和盆地主要处在氧化环境。
西北地区侏罗系烃源岩沉积环境水体较浅，多为滨、浅湖相和沼泽相沉积，部分地区出现水体较咸化的半深湖—深湖相沉积，具有异常高的姥鲛烷优势[41]。杨少勇等[36]发现柴北缘地区侏罗系烃源岩中检测中发现多数样品具有伽马蜡烷高优势，指出西北地区侏罗系烃源岩沉积中出现过咸化的半深湖—深湖相。综上而言，潮水盆地青土井组煤系烃源岩沉积环境发生过转变，上段为弱氧化—弱还原滨、浅湖相，下段为弱咸化的半深湖—深湖环境；民和盆地窑街组煤系烃源岩沉积环境为典型沼泽煤系沉积。

4.4　生烃潜力对比

烃源岩的生烃潜力决定其质量的好坏，同时有机质丰度、类型和成熟度等往往也制约着烃源岩的生烃潜力。前文提到，潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩都已进入生烃门限，现对比TOC—(S 1+S 2)关系，对两地煤系烃源岩进行质量评价（图10），结果显示潮水盆地主要为差—优等含煤泥岩；民和盆地以差—优等炭质泥岩为主，2个盆地之间存在明显的生烃差异。
图10 潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩质量评价

Fig.10 Quality evaluation of Qingtujing Formation coal-measure source rocks in Chaoshui Basin and Minhe Basin

优质烃源岩的形成往往指示高的古生产力和缺氧环境[59]。潮水盆地相比民和盆地在生烃潜力方面明显不如，但沉积环境上，潮水盆地的还原程度比民和盆地更高，更利于有机质保存。因此，产生两地生烃差异主要方面可能是古生产力的影响，潮水盆地有机质来源为藻类和陆相高等植物混合输入，民和盆地则存在明显低等水生生物优势输入的上段烃源岩层，这可能导致两地烃源岩有机质丰度产生差异，从而影响到两地烃源岩生烃潜力，最终产生生烃潜力差异。

5 结论

（1）潮水盆地和民和盆地青土井组煤系烃源岩中发育正构烷烃、类异戊二烯烷烃、萜类化合物和甾类化合物等，生物降解影响弱，均呈现微弱的奇偶碳优势，三环和四环萜烷均不发育，甾类化合物均以规则甾烷(C27—C29)为主，发育有重排甾烷。潮水盆地正构烷烃为前高后低单峰型，民和盆地则前高后低和前低后高的单峰型均有出现。
（2）有机地球化学特征指示，潮水盆地青土井组煤系烃源岩有机质来源为混合输入，上段沉积环境为弱氧化—弱还原滨、浅湖相，下段为弱咸化半深湖—深湖相，且两段存在过水体分层现象。民和盆地窑街组煤系烃源岩有机质来源上段以低等水生生物生源为主，下段以陆相高等植物为主，沉积环境为典型沼泽相煤系沉积。
（3）综合分析，潮水和民和盆地青土井期煤系烃源岩处于低熟—成熟阶段，进入生烃门限，民和盆地生烃潜力明显大于潮水盆地，民和盆地的低等水生生物高输入可能是导致两地生烃潜力差异的重要因素。

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