鄂尔多斯盆地黄陵—铜川地区延安组煤矿原油成因.pdf

第45卷 第1期 新 疆 石 油 地 质Vol.45，No.1 2024年2月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYFeb.2024 文章编号：1001-3873（2024）01-035-12 DOI：10.7657/XJPG20240105引用：孔令印，李剑锋，吴凯，等.鄂尔多斯盆地黄陵铜川地区延安组煤矿原油成因 J.新疆石油地质，2024，45（1）：35-46.KONG Lingyin，LI Jianfeng，WU Kai，et al.Origin of Crude Oil From Coal Mine of Yan an Formation in Huangling-Tongchuan Area，Ordos Basin J.Xinjiang Petroleum Geology，2024，45（1）：35-46.鄂尔多斯盆地黄陵铜川地区延安组煤矿原油成因孔令印，李剑锋，吴凯，马军（中国石油 长庆油田分公司 a.勘探开发研究院；b.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018）摘 要：为明确鄂尔多斯盆地东南部黄陵铜川地区延安组煤矿原油的地球化学特征及其成因，利用气相色谱、色谱质谱和同位素质谱技术，对研究区原油、煤岩和泥岩抽提物进行了生物标志化合物组成以及正构烷烃单体碳同位素分布特征的对比研究。煤矿原油姥鲛烷和植烷均势，倍半萜含量丰富，Ts/Tm、C29Ts/C29降藿烷相对较高，C30莫烷/C30藿烷、C29降藿烷/C30藿烷、C31升藿烷及C32升藿烷的22S/（22S+22R）相对较低，-20R规则甾烷呈“V”字形分布，碳同位素及正构烷烃单体碳同位素偏轻；侏罗系煤系烃源岩抽提物中Pr/Ph高，倍半萜含量较低、Ts/Tm、C29Ts/C29降藿烷低，C30莫烷/C30藿烷、C29降藿烷/C30藿烷、C31升藿烷及C32升藿烷的22S/（22S+22R）高，-20R规则甾烷呈倒“L”字形分布，碳同位素及正构烷烃单体碳同位素偏重。原油特征与煤系潜在烃源岩存在明显的差异，与盆地内长7段深湖亚相烃源岩及其生成烃一致。侏罗系延安组煤处于低成熟阶段，所生成的液态烃不能完全满足自身吸附的需要，不具备排出液态烃的能力，铜川崔家沟煤矿和黄陵店头煤矿原油均来源于下伏的长7段烃源岩。关键词：鄂尔多斯盆地；黄陵铜川地区；侏罗系；延安组；煤矿；原油；成因中图分类号：TE122.1 文献标识码：AOrigin of Crude Oil From Coal Mine of Yan an Formation in Huangling-Tongchuan Area，Ordos BasinKONG Lingyin，LI Jianfeng，WU Kai，MA Jun（PetroChina Changqing Oilfield Company，a.Research Institute of Exploration and Development；b.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas Fields，Xi an，Shaanxi 710018，China）Abstract：To clarify the geochemical characteristics and origin of the crude oil from the coal mine in Yan an formation in Huangling-Tongchuan area，southeastern Ordos basin，a comparative study was conducted on the biomarker compositions and carbon isotope distribution of nalkane monomers in extracts from crude oil，coal，and mudstone in the study area using gas chromatography，chromatographymass spectrometry，and isotope mass spectrometry techniques.The oil from coal mine is characterized by equilibration of pristane and phytane，high sesquiterpene content，relatively high Ts/Tm and C29Ts/C29 norhopane ratios，relatively low ratios of C30 moretane/C30 hopance，C30 norhopane/C30 hopance，and 22S/(22S+22R)for C31 homohopane and C32 homohopane，“V”shaped distribution of 20R regular sterane，and relatively light carbon isotopic values of crude oil and nalkane monomers.The extracts from the Jurassic coalbearing source rocks exhibit high Pr/Ph ratio，low sesquiterpene content，low Ts/Tm and C29Ts/C29 norhopane ratios，relatively high ratios of C30 moretane/C30 hopance，C30 norhopane/C30 hopance，and high 22S/(22S+22R)values for C31 homohopane and C32 homohopane，inverted“L”shaped distribution of 20R regular sterane，and relatively heavy carbon isotopic values of crude oil and nalkane monomers.The characteristics of crude oil significantly differ from those of the potential coalbearing source rocks，which is consistent with the deep lacustrine source rocks and the generated hydrocarbons of Chang 7 member in the basin.The coal of the Jurassic Yan an formation is at a low maturity stage，and it is incapable of expelling liquid hydrocarbons，since the generated liquid hydrocarbons cannot even fully meet its adsorption needs.The crude oils in the Cuijiagou Coal Mine in Tongchuan and the Diantou Coal Mine in Huangling are both originated from the source rocks of the underlying Chang 7 member.Keywords：Ordos basin；Huangling-Tongchuan area；Jurassic；Yan an formation；coal mine；crude oil；origin2018 Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期：2023-08-17 修订日期：2023-10-12基金项目：国家科技重大专项（2016ZX05046-005）第一作者：孔令印（1993-），男，河南新乡人，工程师，硕士，油气地质与地球化学，（Tel）13156854308（Email）kongly_鄂尔多斯盆地具有丰富的煤炭资源，煤炭在古生界主要分布在石炭系本溪组、二叠系太原组和山西组，在中生界主要分布在侏罗系延安组，三叠系延长组1段“瓦窑堡煤”分布范围相对较小，主要在延安市管辖区1-2。盆地东南部黄陵铜川地区店头煤矿、崔家沟煤矿、焦坪矿区、陈家山煤矿、下石节煤矿等主要2024年新 疆 石 油 地 质开采侏罗系延安组煤，在开采的侏罗系延安组煤矿井下掘进巷道和采煤工作面上发现大量逸散的原油和油苗，所逸散的原油（以下简称煤矿原油）累计产量可达到吨级3。原油在常温下为黑色黏稠状液体，有较明显的硫化氢气味，20 时密度为 0.859 8 g/cm3，50 时运动黏度为12.80 mm2/s，凝点为11.0，油质相对较轻。鄂尔多斯盆地侏罗系煤系烃源岩显微组分主要为镜质组和丝质组，富氢类脂组分含量相对较低，一般小于10%4-6。但煤矿原油与煤共存，侏罗系煤系烃源岩是否具有生成液态烃的能力，是否对煤矿原油的生成具有一定贡献，值得进一步讨论。在勘探初期，普遍认为煤矿中赋存的油气来源于侏罗系煤系，近年来，虽有学者指出煤矿原油与三叠系延长组烃源岩相似，或通过侏罗系煤层气来源推断黄陵店头煤矿原油的来源3，7，但由于盆地不同区块延长组湖相烃源岩有机质组成及成熟度具有一定差异，利用远离盆地东南部的华池地区样品或综合全盆地延长组湖相烃源岩特征进行油源对比，具有一定的不确定性。因此，本文在前人研究的基础上，针对盆地东南部侏罗系煤矿原油、煤系烃源岩及延长组烃源岩等，开展有机地球化学分析，并根据煤矿原油碳同位素的组成及其成熟度对比，明确煤矿原油的成因，为该地区侏罗系油气勘探提供依据。1 地质概况鄂尔多斯盆地在三叠系延长组沉积期随构造运动经历了从湖泊形成、发展、稳定、退缩和消亡全过程。延长组长7段长4+5段沉积期，处于湖盆发展全盛期，利于藻类繁盛发育；长2段长1段沉积期，由于湖盆的消亡，以河流三角洲和河流沼泽沉积为主。侏罗系富县组沉积期，在三叠系延长组顶面侵蚀起伏不平的古地貌背景上，充填了厚度不均的杂色岩系，以洪积或洼地冲积为主，岩性主要为紫色、棕褐色、灰绿色和灰黑色块状泥岩及粉砂质泥岩，泥岩中富含植物化石8-10。侏罗系延安组沉积期，鄂尔多斯盆地大面积沼泽化，底部为充填式河流沉积，向上为以网状平原河流为主的湖沼相沉积，沉积多层煤线、煤层、碳质泥岩及灰黑色泥岩，富含植物化石11。沉积环境的差异造成鄂尔多斯盆地中生界2套烃源岩生烃特征的差异，三叠系延长组长7段富含藻类的暗色泥岩和泥页岩为盆地中生界的优质烃源岩，对盆地油气生成、聚集和成藏起主导作用12-13；而侏罗系延安组煤系烃源岩形成于氧化环境，生烃母质类型相对较差，液态烃生成能力较低6。黄陵地区店头煤矿位于陕西省黄陵县双龙镇，崔家沟煤矿位于陕西省铜川市印台区杏树坪，均位于鄂尔多斯盆地渭北隆起，所开采的侏罗系延安组煤以暗煤为主，亮煤次之，丝炭少量；顶板为灰灰黑色细粒砂岩；底板为黑色碳质泥岩，富含炭屑及植物化石碎片，中夹镜煤条带。渭北隆起与华北板块具有统一的结晶基底，其上发育中元古界长城系和蓟县系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系，中生界三叠系、侏罗系及下白垩统。该区经历早白垩世晚期（107102 Ma）及始新世晚期（40 Ma）以来的 2期强烈抬升剥蚀，中生界在铜川地区大多已出露地表，并向北西方向倾伏，断裂相对发育14-15。2 油源对比研究所用原油样品来自黄陵煤矿、崔家沟煤矿顶板渗入坑道的煤矿原油及正宁宁县、庆城地区不同产层的原油，岩石样品为黄陵煤矿、崔家沟煤矿所开采的侏罗系延安组2号煤及正宁宁县、庆城地区的不同层段烃源岩，共采集原油样品9件、油砂样品1件和烃源岩样品14件（表1）。鄂尔多斯盆地中生界不同产层原油具有姥鲛烷和植烷均势、-20RC27、C28、C29规则甾烷呈“V”字形分布、原油及正构烷烃单体碳同位素偏轻的特征，来源于半深湖深湖沉积的延长组长6段长7段黑色泥岩和泥页岩16-18。煤成油一般在低成熟阶段密度较大，在高过成熟阶段呈凝析油状态，密度较小，由于有陆源有机物参与成烃，原油饱和烃与芳烃比值较低，姥植比较高（Pr/Ph大于2.0），碳同位素在成熟阶段相对偏重（13C大于-27），C29甾烷含量相对较高，C27甾烷含量相对较低，一般呈倒“L”字形分布，Ts/Tm偏低19-22。除生物降解因素影响外，长途运移的原油中Ts/Tm受成熟度及运移距离的影响，成熟度越高的原油中，Ts/Tm一般也越高；随着运移距离的增加，Ts/Tm一般表现为逐渐降低，Pr/Ph、碳同位素比值及甾烷组成则相对稳定，不发生显著变化，因此，上述参数可充分应用在原油对比和油源认识上23-25。2.1 类异戊二烯烷烃特征煤矿原油组分主要分布在C6C34，轻烃组分已发生一定的散失（图1a）。煤矿原油中类异戊二烯烷烃姥鲛烷（Pr）与植烷（Ph）的比值（Pr/Ph）为 1.021.06，Pr/nC17为0.280.33，Ph/nC18为0.200.34，Pr/Ph分布范围较为集中，趋于 1.00，具有姥鲛烷、植烷均势的特征，最高峰为nC15，正构烷烃碳数奇偶优势比（OEP）为1.07，（nC21+nC22）/（nC28+nC29）为2.04。除轻烃组分外，煤矿原油组成与盆地陇东地区三叠系延长组原油较36第45卷 第1期孔令印，等：鄂尔多斯盆地黄陵铜川地区延安组煤矿原油成因为相近16。侏罗系延安组暗色泥岩干酪根和煤岩显微组分中惰质组含量较高，大于20%，沉积水体环境相对开放，为氧化环境，暗色泥岩和煤岩饱和烃中Pr/Ph相对较高，为2.008.00，具有姥鲛烷优势的特征，且Pr/nC17相对较大，如店头煤矿侏罗系延安组煤岩饱和烃Pr/Ph 为 7.57，Pr/nC17为 2.59，Ph/nC18为 0.26（图 1b）。正宁地区长7段烃源岩饱和烃Pr/Ph、Pr/nC17特征与煤矿原油及中生界原油一致。由于沉积过程中陆源物质的参与，长 6段和长 8段烃源岩 Pr/Ph、Pr/nC17及Ph/nC18均较高，其中，长 6 段烃源岩 Pr/Ph 为 1.441.78，Pr/nC17为0.700.94，Ph/nC18为0.420.59；长8段烃源岩Pr/Ph为1.802.00，Pr/nC17为0.390.40，Ph/nC18为0.200.21（图2）。根据Pr/nC17和Ph/nC18图版26，研究区延安组煤矿原油及鄂尔多斯盆地中生界原油的类异戊二烯烃组成，与富含藻类体的深湖还原环境沉积相长7段烃源岩一致（图2b），与延安组泥岩和煤岩及长6段和长8段烃源岩的饱和烃，均具有一定差别，也不同于吐哈盆地侏罗系典型煤成油类异戊二烯烃的组成27。2.2 生物标志化合物特征烃源岩抽提物及原油中甾烷与萜烷的组成与分布，可以反映有机烷烃组合特征、母质来源、沉积环境、热演化程度及生物降解等，是原油类型划分及油表1 煤矿原油及中生界烃源岩萜类化合物组成特征Table 1.Compositions of terpenoid in the oils from coal mine and Mesozoic source rocks煤矿和井名崔家沟煤矿焦坪煤矿店头煤矿H63井He63井N228井N228井LY6井LY7井Xi270井崔家沟煤矿店头煤矿Qing69-9井ZH5井Liu109井Qing69-7井N10井ZH42井ZH5井ZH9井ZH126井ZH156井N12井N36井层位延安组延安组延安组延安组延安组长7段长7段长7段长7段长7段延安组延安组延安组延安组延安组延安组长6段长6段长7段长7段长7段长7段长8段长8段样品类型原油原油原油原油原油原油油砂原油原油原油煤煤煤暗色泥岩暗色泥岩暗色泥岩黑色泥岩黑色泥岩黑色泥岩泥页岩泥页岩泥页岩黑色泥岩黑色泥岩补身烷/升补身烷0.821.210.651.241.070.640.611.231.190.820.280.180.320.380.160.421.000.730.560.780.591.110.320.46（补身烷+升补身烷）/C30H0.690.631.590.790.920.360.334.459.201.010.030.170.030.150.070.021.111.781.200.890.400.490.620.83Ts/Tm0.700.830.830.941.160.550.623.464.481.560.020.020.060.030.070.140.990.700.790.780.280.570.590.54C29M/C29H0.100.110.090.100.090.200.590.360.260.280.520.290.070.1100.040.110.20C30M/C30H0.100.110.020.090.100.080.080.140.150.090.470.570.320.380.440.250.110.260.250.120.050.100.180.12C29H（Ts）/C29H0.240.250.230.330.300.160.180.840.940.400.010.010.010.010.080.100.560.270.160.130.371.111.37C29H/C30H0.530.530.520.460.450.500.520.410.480.460.660.820.830.790.830.760.410.370.560.500.380.150.380.36蜡烷/C30H0.040.040.080.070.060.070.090.230.310.130.020.050.010.030.050.010.030.140.120.130.020.090.09C31S/（R+S）0.540.550.530.530.510.520.540.520.350.540.560.590.590.590.570.580.500.500.420.560.500.530.500.50C32S/（R+S）0.520.530.550.440.520.570.570.540.520.510.700.700.650.660.740.640.600.600.590.480.600.380.600.60注：C30H为C30藿烷；C29M/C29H为C29莫烷/C29降藿烷。PrnC17PhnC18nC15nC27PrPhnC17nC18nC7nC30a?b?图1 店头煤矿侏罗系延安组煤饱和烃及煤矿原油色谱Fig.1.Chromatograms of saturated hydrocarbons and oil fromthe coal of Jurassic Yan an formation in the Diantou Coal Mine372024年新 疆 石 油 地 质源对比的重要依据3，17，27-29。煤矿原油具有丰富的生物标志化合物，与侏罗系延安组煤岩和暗色泥岩饱和烃生物标志化合物组成特征不同，而与相邻正宁地区中生界原油及其长7段烃源岩抽提物的生物标志化合物组成特征一致（图3）。（1）萜烷化合物组成特征 黄陵铜川地区侏罗系煤矿原油C14、C15、C16二环倍半萜中，C14二环倍半萜含量最低，C15、C16二环倍半萜含量相近或C15二环倍半萜含量略高。在C15二环倍半萜中，补身烷含量最高；C16二环倍半萜中，升补身烷含量最高。补身烷与升补身烷含量基本相近，其比值为0.821.21；补身烷与升补身烷之和与C30藿烷的比值为1.161.92。煤矿原油中二环倍半萜含量丰富，生成煤矿原油的有机质应富含藻类体30。侏罗系延安组煤及暗色泥岩抽提物饱和烃中，补身烷含量低于升补身烷，二者比值仅为0.160.42，补身烷与升补身烷之和与C30藿烷的比值仅为 0.020.17，二环倍半萜含量较低。侏罗系煤矿原油补身烷与升补身烷比值、补身烷与升补身烷之和与C30藿烷的比值均高于侏罗系延安组烃源岩，与盆地中生界原油、长6段长7段烃源岩具有相似的二环倍半萜组成特征（图4a），补身烷与升补身烷比值则高于长8段烃源岩。二环倍半萜组成不仅受到生烃母质类型的影响，还受到有机质热演化程度的影响，补身烷与升补身烷之和与C30藿烷的比值呈随热演化程度增大而升高的趋势，如有机质热演化程度较高的店头煤矿原油，其比值高于铜川地区焦坪崔家沟煤矿原油，庆城地区为盆地中生界热演化程度最高地区，该区长7段原油的该比值也高，为4.459.20。煤矿原油五环萜烷在C29C35有一定的分布，C29降藿烷与C30藿烷的比值为0.500.60，C30莫烷与C30藿烷的比值相对较低，仅为0.020.10（图4b），Ts/Tm为0.700.83；C29Ts/C29降藿烷为 0.200.24，C31升藿烷22S/（22S+22R）为 0.530.55，C32升 藿 烷 22S/（22S+22R）为 0.520.55，升藿烷的异构化程度已达到均衡状态，煤矿原油应来源于成熟烃源岩。侏罗系延安组煤及泥岩Ts/Tm、C29Ts/C29降藿烷比煤矿原油低，C30莫烷/C30藿烷、C29降莫烷/C30藿烷较高，C31升藿烷 22S/（22S+22R）为 0.520.60、C32升藿烷 22S/（22S+22R）为0.640.70，升藿烷中 S型向 R型转化程度相对较弱，其有机质成熟度小于生成煤矿原油的烃源岩31-32。受沉积环境和有机质热演化程度的影响28，33，有机质处于高演化阶段的庆城区长 7 段原油 Ts/Tm 最大为4.48，最小为1.56；C29Ts/C29降藿烷最大为0.94，最小为0.51，Ts/Tm和C29Ts/C29降藿烷高于正宁地区原油。正宁地区长8段烃源岩C29Ts/C29藿烷也高于同区块长7段原油和煤矿原油，而煤矿原油与正宁地区中生界原油及长6段长8段烃源岩抽提物中五环萜烷各项参数的分布范围一致或相近（图4c图4f），和正宁地区中生界原油应具同源性。侏罗系煤矿原油与近距离的侏罗系延安组煤、暗色泥岩相对应的萜烷参数的分布范围差异较为明显，生成煤矿原油的烃源岩应不同于侏罗系延安组煤及暗色泥岩，且热演化程度高于侏罗系延安组煤及暗色泥岩有机质，也无煤成液态烃参与的痕迹。由此可见，煤矿原油并非来自侏罗系煤或暗色泥岩，根据萜烷各项参数比较，应与长6段长7段深湖亚相优质烃源岩具有一定的亲缘性。（2）甾烷化合物组成特征 研究区延安组煤矿原油与延安组煤岩和暗色泥岩饱和烃中-20R规则甾烷分布特征不同，也与延长组长6段和长8段黑色图2 煤矿原油及不同层段烃源岩、原油类异戊二烯烃特征对比Fig.2.Comparison of isoprenoid characteristics of coalmine oil，and source rocks and oils in different layers?68?7?、?ab10-1100100101Pr Ph/10-1101?Ph/nC18?Pr/nC17Pr/nC1710-110010110110010-138第45卷 第1期孔令印，等：鄂尔多斯盆地黄陵铜川地区延安组煤矿原油成因泥岩不同（图5）。煤矿原油-20R构型的规则甾烷中，C27平均相对含量为37.82%，C28为24.64%，C29为37.54%，C27和C29相对含量相近且较高；C28相对含量较低，三者相对含量呈“V”字形分布，与盆地中生界原油和长7段深湖亚相烃源岩特征相近。侏罗系延安组煤岩饱和烃-20R规则甾烷中C27平均相对含量为20.51%，C28为20.19%，C29为59.30%，C27和C28相对含量相近，C29相对含量较高。延安组暗色泥岩饱和烃则具有C27相对含量最低，C28相对含量较高，C29相对含量最高的特征。虽然m/z 217甾烷色谱质谱显示长6段和长8段黑色泥岩C27相对含量较高，但通过面积计算，仍是C29相对含量较高，C28相对含量次之，C27相对含量最低，与延安组煤和泥岩特征相似，呈倒“L”字形分布，而 C27相对含量稍高于延安组煤和泥岩，C29相对含量稍低于延安组煤和泥岩。C29规则甾烷S/（S+R）及/（+）受有机质热演化程度的影响34-36。煤矿原油C29规则甾烷/（+）为0.520.60，平均为0.56，C29规则甾烷S/（S+R）为0.410.46，平均为0.46，与中生界原油和长7段烃源岩抽提物的相近（图6a），C29规则甾烷S构型和构型与R构型和构型的比值趋于稳定，有机质已处于成熟阶段。侏罗系延安组煤及暗色泥岩抽提物中，C29甾烷/（+）平均为0.33和0.35；C29甾烷S/（S+R）平均为0.40和0.38，均小于煤矿原油，成熟度偏低（图6a）。煤矿原油中孕甾烷与升孕甾烷含量比值为2.303.20，孕甾烷含量高于升孕甾烷含量，略高于延安组煤岩和暗色泥岩（图6b）。综上所述，煤矿原油应来源于延长组长7段烃源岩。图3 煤矿原油与中生界不同层段烃源岩色谱质谱Fig.3.GC-MS of coalmine oil and Mesozoic source rocks in different layers D ocumenD ocutunD ocmuPnr ocessClrs:C ocessClrseyca tPMsCara gsntYlcwBkg6t P-M ClrsnYsCmPCm8CmtCmtCm8Cm8CmPCmPCm8CmtCmtCm8CmP?C e0C mtTsTDC e0C mtTDTsC mtC e0TsTDC mtC e0Ce0?Ce0?C?e0Ceu?C?e0Ceu?C TsmtCeu?TsTDC Tsmt?Cu4Cu5Cu6dca 4m6MsCara gsnYfcNe68MsCara gsnY?C e0C?e0C?euTsTDC mtC TsmtTsTDC e0C mtC TsmtC?e0CmPCm8CmtCmtCm8CmP392024年新 疆 石 油 地 质2.3 原油碳同位素特征从全油碳同位素特征来看，煤矿原油 13C 为-32.60-30.20，盆地中生界原油13C为-32.70-30.90，长6段长7段具有强生排烃能力的暗色泥岩、泥页岩抽提物13C为-33.07-29.40，侏罗系延安组煤岩和暗色泥岩抽提物 13C 为-25.66-21.70，侏罗系延安组煤热模拟所生成的轻质油13C 为-24.88-23.30。煤矿原油 13C 轻于侏罗系延安组煤和暗色泥岩抽提物，与盆地中生界原油及长6段长7段烃源岩抽提物13C一致，具有腐泥型干酪根生成物的碳同位素特征37。煤矿原油与盆地中生界原油及长7段深湖亚相暗色泥岩、泥页岩正构烷烃单体碳同位素分布特征一致（图 7），单体碳同位素比值均小于-30，分布于-34-3016，38，表明煤矿原油和盆地中生界原油来自深湖亚相烃源岩，煤矿原油应来源于长7段烃源岩。煤矿原油正构烷烃单体碳同位素分布特征与延安组暗色泥岩和煤抽提物具有一定的差别，延安组暗色泥岩抽提物正构烷烃单体碳同位素主要为-30-27，煤岩抽提物中饱和烃正构烷烃碳同位素主要为-28-20，均重于煤矿原油和中生界原油。鄂尔多斯盆地延安组泥岩饱和烃单体碳同位素相对煤DocouomoeoomouocoDoeoooontProcesClnocesCl:yaocesClPrMgYgwB kPr MgYgwB ky?a?B kPr?r?ocePrC/Dm%C/D%C/D9%BB k?aumk?eooomouocoDo图4 煤矿原油与不同层段烃源岩萜烷化合物参数对比Fig.4.Terpene parameters of coalmine oil and source rocks in different layers图5 煤矿原油-C27、C28、C29（20R）分布三角图（吐哈盆地资料来源于文献 27 和 34）Fig.5.Triangle plot of C27，C28 and C29(20R)distribution for coalmine oil(data of Tuha basin are sourced from Ref.27 and 34)DocumentPrDmentPrsCl:mentPrcu yayMtgrcu yayMg Yw:Bk?g Ycu gg YBw:68Y?10100.51.01.52.000.20.40.60.80.20.40.60.81.0(?+?)/?C30?/?C?/C?3030CC2930?/?ab10010-110-210-30.20.40.60.81.01.02.03.04.05.0Ts/TmC?/C?303001.02.03.04.05.0Ts/Tm0.20.40.60.80CC2930?/?dc00.40.50.60.0.80.30.40.50.60.CC2930?/?C Ts/C?2929C?/(+)31S R SC?/(+)32S R S0.30.60.91.20.20.40.60.81.0f0e40第45卷 第1期孔令印，等：鄂尔多斯盆地黄陵铜川地区延安组煤矿原油成因岩较为偏负，主要受无机矿物的催化作用、泥岩及煤不同显微组分生排烃特征、对可溶有机质保存特征的差别等因素影响29，39。3 侏罗系煤及泥岩生烃能力根据煤矿原油地球化学特征，黄陵铜川地区延安组煤矿原油虽然产自煤层顶板，但其生物标志化合物及碳同位素组成特征与延安组煤、暗色泥岩具有较大差别，与中生界原油和长7段烃源岩有机地球化学特征一致，应来自于延长组深湖沉积的有机质，具油型油的特征，进而证实延安组煤和暗色泥岩没有参与煤矿原油的生成。鄂尔多斯盆地陇东延安地区侏罗系延安组暗色泥岩平均总有机碳含量约为2.50%，平均氯仿沥青“A”含量为0.07%；碳质泥岩平均总有机碳含量约为20.00%，平均氯仿沥青“A”含量为0.10%；煤岩平均总有机碳含量为 67.00%，平均氯仿沥青“A”含量为0.82%，延安组煤和暗色泥岩具有较高的有机质丰度。延安组泥岩干酪根、煤岩中镜质组及惰质组含量相对较高，镜质组相对含量高达70%，惰质组相对含量约为20%，稳定组分含量低于10%，泥岩干酪根、煤岩显微组分中高的惰质组含量、低的稳定组分含量及稳定组分发褐色荧光反映该层段沉积环境为相对氧化40-41；泥岩干酪根和煤13C为-25-21，有机质性质较差。研究区延安组煤和泥岩干酪根镜质体反射率为0.5%0.7%，有机质处于低成熟阶段。鄂尔多斯盆地侏罗系延安组暗色泥岩和煤虽然具有较高的有机质丰度，但受沉积环境和盆地构造活动影响，其有机质类型相对较差，有机质热演化程度也相对较低，影响了油气生成。彬县亭南煤矿侏罗系延安组煤岩镜质体反射率为 0.57%，对其进行 300、350、400 及 600 恒温72 h热模拟实验。在400 模拟温度下，煤岩镜质体反射率为1.25%时，液态烃产率最强，每吨煤有5.30 kg轻质油析出，吨煤总液态烃产量仅为21.30 kg。崔家沟煤矿延安组煤稳定组分含量相对较低，在热模拟温度为400 时，吨煤最大液态烃产量为8.56 kg42。亭南煤矿延安组煤液态烃产率相对崔家沟煤矿延安组煤液态烃产率较高，但其也仅是长7段深湖亚相烃源岩液态烃生成能力的二十分之一。延安组暗色泥岩在热模拟实验过程中没有液态烃排出，模拟残渣中，每吨总有机碳最大产氯仿沥青“A”量为0.4 kg，泥图6 煤矿原油与烃源岩甾烷化合物参数对比Fig.6.Sterane parameters of coalmine oil and source rocksnC17nC15nC13nC11nC9nC19nC21nC23nC25nC27nC29nC31?7?13C/-36-34-32-30-28-26-24-22-20nC32nC10nC12nC14nC16nC18nC20nC22nC24nC26nC28nC30图7 正构烷烃单体碳同位素分布特征（部分数据来自文献 16 和 38）Fig.7.Carbon isotope distribution of nalkane monomers(partial data are sourced from Ref.16 and 38)DDocDouDomDoeDonDouDotDomPrcssCC sss sCCl:Prl C:csy y a Magent YloMnt YlowBcknt Yloge?7?ge?c?k7?ge7?kme?DDonDomDos1oc1otDcoDuoDmoD?r?P rPlcD:c7cssssab412024年新 疆 石 油 地 质岩液态烃产率相对煤岩更低。对延安组煤孔隙度进行统计，主要为 4.8%12.4%，平均为 8.5%，若取延安组地层原油密度为0.8103 kg/m3，吨油含气30 m3，可推算出煤孔隙中含油40%时，氯仿沥青“A”含量应为2.30%，全充满时，氯仿沥青“A”含量应达到5.70%。根据上述结论，结合研究区煤热模拟实验结果与原样测定结果（图8），可认为在低成熟阶段延安组煤所生成的液态烃不能完全满足自身吸附，不具有排液态烃的能力。4 煤岩中液态石油赋存的地质意义鄂尔多斯盆地东南部长7段深湖亚相烃源岩有机质丰度高，如铜川剖面烃源岩平均总有机碳含量为10.52%，个别样品可高达22.80%；干酪根中富含无定型组分，模拟油碳同位素为-32-31，有机质类型较好。侏罗纪末期，受燕山运动中期构造运动和地热事件的控制，盆地东南部地层发生不同程度抬升与剥蚀14，铜川崔家沟煤矿所处区块长6段长7段烃源岩埋藏相对较浅，烃源岩中有机质热演化程度较低，如铜川地区长 7 段黑色页岩镜质体反射率为0.54%0.58%，相邻的旬邑探区镜质体反射率仅为0.46%0.60%43，庙湾油田长 7段镜质体反射率仅为0.64%，有机质处于低成熟阶段或刚进入生油门限。黄陵店头煤矿所处区块长7段烃源岩镜质体反射率高于0.80%，趋于0.90%，有机质处于成熟阶段，具有强的生、排烃能力。烃源岩排烃能力主要受其岩性、成岩作用程度、有机质性质、有机质丰度和有机质热演化程度等因素的影响44，只有在烃源岩生成量超过烃源岩本身的吸附要求时才能发生脱附运移。延长组长7段烃源岩为黑色泥岩和泥页岩，以石英、长石和黏土矿物为主，含一定量的方解石、白云石、黄铁矿及磷灰石等矿物，黏土矿物以伊利石、高岭石及绿泥石为主，岩性相对统一，成岩作用程度与有机质演化程度相对应，烃源岩有机质以型1型为主。对盆地长7段烃源岩氯仿沥青“A”含量与总有机碳含量比值随有机质热演化程度变化特征进行统计，比较原油与烃源岩饱和烃组分的差异，恢复滞留烃量，结合长7段烃源岩热模拟试验的结果，镜质体反射率在0.60%左右时，有机质处于低成熟阶段，烃源岩生烃能力与烃源岩氯仿沥青“A”含量与总有机碳含量比值基本相近，烃源岩生烃量基本与其吸附量相近（图 9），不具有排烃能力。随着演化程度的增加，在镜质体反射率为0.70%时，氯仿沥青“A”含量与总有机碳含量比值与镜质体反射率的关系具有一个拐点，说明烃源岩此时具有排烃能力；镜质体反射率为0.70%0.90%时，有机质生烃量增强所形成的有机质孔隙和岩石微孔隙增多45-46，岩石吸附能力随热演化程度增高略有增大；在镜质体反射率高于0.90%时，氯仿沥青“A”含量与总有机碳含量比值急剧下降，具有强生、排烃能力。铜川地区长7段有机质热演化程度较低，处于烃源岩生烃量基本与其吸附量相近阶段，不具有排烃能力。生物标志化合物组成也充分说明了这一点，铜川地区长7段黑色页岩饱和烃生物标志化合物中-20