银额盆地在西北地区东部，地理位置属甘肃—内蒙古西部，是中国陆域油气勘探与调查工作程度较低的地区之一（康玉柱，2008；卢进才等，2011；余琪祥，2016；魏建设等，2020）。自2007年开始，自然资源部中国地质调查局在银额盆地开展了以石炭系—二叠系为主要目的层的油气基础地质调查，证实了盆地石炭系—二叠系中发育多套浅海陆棚相暗色泥页岩，其中，阿拉善右旗芒罕超克剖面为盆地周缘发现的最优质烃源岩之一，通过烃源岩正构烷烃、异构烷烃、萜烷类、藿烷类和甾烷类等生物标志化合物特征研究，进一步明确了烃源岩的原始沉积环境、有机质来源与热演化程度等地质意义，为银额盆地阿木山组石油地质条件研究提供了基础。

1.   区域地质背景

银额盆地是中生代和古生代叠合盆地（魏建设等，2018，2020；姜亭等，2022），在石炭纪—二叠纪经历了海陆演化阶段（任纪舜等，1999；卢进才等，2012；Xiao et al.，2015）。其中，晚石炭世阿木山期是银额盆地发育的鼎盛时期，沉积了厚度较大、以浅海陆棚相泥岩沉积为主的碎屑岩+碳酸盐岩（赵省民等，2010），阿木山组是烃源岩分布最广的层位之一（魏仙样等，2011）。芒罕超克剖面在银额盆地的巴丹吉林沙漠腹地，地理位置属阿拉善右旗塔木素布拉格苏木中部（图1），阿木山期构造单元属北山–巴丹吉林裂谷裂陷盆地的柳园–巴丹吉林坳陷带，是银额盆地石炭系阿木山组出露最全的剖面之一。且该剖面暗色泥岩发育，有机质丰度高、干酪根类型较好，是银额盆地优质烃源岩垂向分布最集中的剖面之一（魏仙样等，2011）。

图  1  芒罕超克剖面位置图（卢进才等，2011）

Figure  1.  Location map of Manghanchaoke section

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2.   烃源岩特征

芒罕超克剖面阿木山组为一个完整的沉积旋回，底部为滨海相沉积，中部为浅海–滨海相沉积，顶部为开阔台地相沉积，其中，第二岩性段（5～15层）代表了裂谷盆地的鼎盛时期，发育一套厚度较大的浅海陆棚相暗色泥岩（魏仙样等，2011），为银额盆地烃源岩发育的主要层段，灰黑色泥岩集中分布在第二岩性段，累计厚度180.83 m，占地层厚度的20.7%。

芒罕超克剖面阿木山组第二岩性段发育的浅海陆棚相暗色泥岩与粉砂质泥岩，有机碳含量中等–较高，泥岩垂向集中分布的特点，以II型干酪根为主，为该区优质烃源岩最发育的剖面之一。烃源岩的镜质组反射率（Ro）介于3.03%～3.49%，平均为3.26%，表明烃源岩处于过熟阶段，主要是热接触变质作用和的动力变质作用造成的（魏仙样等，2011）。

3.   样品采集与分析

样品均采自银额盆地腹地芒罕超克石炭系阿木山组剖面，岩性主要为灰黑色粉砂质泥岩、泥岩。为减少风化作用对烃源岩有机质的影响，采样时采用铁锹、镐等工具挖开表面风化层采集深度1 m左右的新鲜样品。采集的样品送到长江大学地球化学实验室进行系统的有机地球化学分析。

样品粉碎之前，先清理表面污染物，再用乙醇试剂清洗样品表面，最后将样品粉碎至100目。生物标志化合物数据来源于饱和烃气相色谱–质谱（GC-MS）和饱和烃气相色谱（GC）分析测试结果，具体测试方法如下（王炳凯等，2017）。

（1）饱和烃气相色谱（GC）：采用Agilent公司的7890A型气相色谱仪，配备氢火焰离子检测器（FID），色谱柱是HP-5型（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口和检测器的温度均是300 ℃；无分流进样法，氮气为载体气。进行饱和烃分析测试时，色谱柱箱开始温度80 ℃，2 min以后以4 ℃/min将温度升高至290 ℃，并维持25 min（王炳凯等，2017）。

（2）饱和烃气相色谱–质谱（GC-MS）：采用Agilent公司的6890-5975C型质谱仪，色谱分离柱是HP-5MS型（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；无分流进样法，进样室温度为310 ℃，色谱柱箱开始温度为50 ℃，1 min以后以20 ℃/min将温度升高至100 ℃，再以3 ℃/min将温度升高至315 ℃并保持16 min，载体气为氦气。质谱仪器的离子源是电子轰击源（70 eV），扫描区间为50～650 U（王炳凯等，2017）。

4.   生物标志化合物特征

4.1   正构烷烃

正构烷烃是多数烃源岩抽提物中最丰富的烃类。正构烷烃系列分布与组成特征，可以很好反映烃源岩母源输入的差异性、沉积环境和成熟度等相关特征（姜乃煌等，1994；Peters et al.，2005；卢双舫等，2008；魏建设等，2019）。正构烷烃的轻重烃比（nC₂₁+nC₂₂）/（nC₂₈+nC₂₉）和ΣnC₂₁⁻/ΣnC₂₂⁺能够有效反应烃源岩的原始沉积环境，当ΣnC₂₁⁻/ΣnC₂₂⁺和（nC₂₁+nC₂₂）/（nC₂₈+nC₂₉）比值较大时，表明低碳数烃类占据优势，指示水体较深，以低等水生生物供给为主；比值较小时指示水体较浅，主要为陆源生物供给。OEP和CPI一般可以作为烃源岩演化程度的判别指标，OEP或CPI明显大于1.0（如大于1.2）时指示具有奇碳优势，一般表明样品未成熟，明显低于1.0（如小于0.8）时具有偶碳优势，指示样品处于成熟阶段（Peters et al.，2005）。

芒罕超克剖面的石炭系阿木山组烃源岩正构烷烃存在较宽的峰范围，碳数范围大致分布于nC₁₅～nC₃₇，为前峰单峰类型，主峰碳处于nC₁₇～nC₂₄（表1，图2、图3），说明了该套烃源岩物源以藻类等低等浮游生物供给为主。

表  1  芒罕超克剖面石炭系阿木山组烃源岩饱和烃色谱数据表

Table  1.  Saturated hydrocarbon chromatographic data table of Carboniferous Amushan Formation source rocks in Manhanchaoke section

样品编号	碳数范围	主峰碳	Pr（%）	Ph（%）	Pr/Ph	OEP	CPI	Pr/nC17	Ph/nC18	ΣnC21-/ΣnC22+	nC21+nC22/nC28+nC29	Ts/Ts+Tm
09YMH-S24	nC15～nC35	nC18	8.75	8.70	1.01	1.06	1.18	0.98	0.96	1.51	6.40	0.44
09YMH-S27	nC16～nC31	nC20	7.81	8.49	0.92	0.94	1.22	0.99	0.81	1.91	9.77	0.46
09YMH-S34	nC13～nC36	nC17	4.08	4.36	0.94	1.15	1.01	0.45	0.48	1.33	5.71	0.44
09YMH-S38	nC16～nC32	nC18	12.37	12.39	1.00	0.98	0.79	1.33	1.15	2.24	39.59	0.45
09YMH-S42	nC16～nC29	nC24	6.73	6.97	0.97	1.02	1.48	1.37	1.43	0.37	5.42	0.44
09YMH-S45	nC13～nC37	nC20	5.01	4.40	1.14	0.96	1.06	1.08	1.04	0.44	5.30	0.43
09YMH-S49	nC16～nC28	nC17	13.45	14.03	0.96	1.46	1.31	1.40	1.52	1.57	18.91	0.42
09YMH-S53	nC16～nC29	nC24	7.36	7.92	0.93	1.00	1.52	1.29	1.29	0.56	5.05	0.41
09YMH-S58	nC16～nC29	nC24	6.40	6.91	0.93	1.01	1.53	1.43	1.38	0.42	7.04	0.45
09YMH-S65	nC16～nC27	nC23	9.54	10.31	0.93	1.14	1.85	1.48	1.45	0.71	/	0.45
09YMH-S70	nC15～nC30	nC17	19.55	12.14	1.61	1.59	1.23	1.00	1.33	5.81	13.25	0.44
09YMH-S75	nC15～nC29	nC17	21.05	14.18	1.48	1.64	1.41	1.03	1.53	6.83	5.65	0.44
09YMH-S82	nC15～nC29	nC17	19.06	14.88	1.28	1.35	1.37	0.96	1.31	12.26	7.87	0.44
09YMH-S85	nC16～nC29	nC22	4.69	6.53	0.72	1.00	1.38	1.28	1.11	0.97	11.45	0.47
09YMH-S92	nC15～nC37	nC20	4.04	6.03	0.67	0.87	1.05	0.89	0.81	0.82	4.15	0.49
09YMH-S95	nC15～nC36	nC21	3.91	7.09	0.55	1.06	1.07	1.14	1.29	0.60	2.12	0.49
09YMH-S98	nC15～nC37	nC18	8.07	11.50	0.70	0.97	0.95	1.06	1.28	1.41	11.68	0.44
09YMH-S103	nC16～nC29	nC20	4.94	8.21	0.60	0.97	1.40	1.09	0.88	1.56	10.32	0.50
09YMH-S106	nC15～nC37	nC20	6.21	9.27	0.67	0.99	0.94	1.07	1.13	1.13	9.86	0.52

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图  2  芒罕超克剖面石炭系阿木山组烃源岩正构烷烃分布图

Figure  2.  Distribution map of n-alkanes of Carboniferous Amushan formation source rocks in Manghanchaoke section

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图  3  烃源岩总离子流（TIC）图

Figure  3.  Total ion current diagram (TIC) of the source rocks

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ΣnC₂₁⁻/ΣnC₂₂⁺正构烷烃主要分布在0.37～12.26，且其中57.9%的样品ΣnC₂₁⁻/ΣnC₂₂⁺大于1（图4），（nC₂₁+nC₂₂）/（nC₂₈+nC₂₉）介于2.12～39.59，正构烷烃轻重比表明烃源岩饱和烃轻质组分含量高于重质烃类，低碳数烃类占优势，反应烃源岩沉积时期水体较深，有机质大部分来自低等水生生物。烃源岩OEP为0.87～1.64（表1），平均为1.11，78%的样品OEP小于1.2；CPI为0.79～1.85（表1），平均为1.25，57%的样品CPI值大于1.2，指示烃源岩具有奇偶均势–奇碳优势的特点，表明烃源岩处于成熟–低成熟阶段（图5）。烃源岩的镜质体反射率表明该套烃源岩处于过成熟阶段（魏仙样等，2011），镜质体反射率与生物标志化合物指示烃源岩演化程度的差异是由于镜质体反射率受构造活动影响较大，生物标志化合物的碳骨架较稳定，能够有效反应烃源岩的原始有机质成熟度，综合正构烷烃分布特征、镜质组反射率及区域地质背景特征分析认为，银额盆地构造活动较弱地区阿木山组烃源岩以处于成熟阶段为主。

图  4  烃源岩ΣnC₂₁⁻/ΣnC₂₂⁺—（nC₂₁+nC₂₂）/（nC₂₈+nC₂₉）相关图

Figure  4.  Correlogram of ΣnC₂₁⁻/ΣnC₂₂⁺—（nC₂₁+nC₂₂）/（nC₂₈+nC₂₉）of the source rocks

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图  5  烃源岩OEP与CPI判断烃源岩成熟度

Figure  5.  Judgement of the maturity of the source rocks by OEP&CPI

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4.2   异构烷烃姥鲛烷与植烷

姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）的分布特征有效指示烃源岩的原始沉积环境条件，强还原性膏盐沉积环境Pr/Ph＜0.5，还原环境Pr/Ph处于0.5～1.0，弱还原–弱氧化环境Pr/Ph处于1.0～2.0，Pr/Ph＞2.0指向偏氧化沉积环境条件（Chen et al.，1996；Hao et al.，2009；董君妍等，2017；魏建设等，2019）。芒罕超克阿木山组烃源岩Pr/Ph大多处于0.55～1.61，平均为0.95，其中68.4%的样品Pr/Ph处于0.5～1.0（表1），指示其处于还原–氧化环境，并以还原环境为主。Pr/nC₁₇与Ph/nC₁₈关系，也反映出烃源岩的原始沉积环境为氧化–还原环境（图6）。

图  6  烃源岩Pr/nC₁₇与Ph/nC₁₈关系图

Figure  6.  Relation diagram of Pr/nC₁₇&Ph/nC₁₈ of the source rocks

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4.3   萜藿烷类化合物特征

水生生物有机质中三环萜烷丰富。在沉积有机质中，三环萜烷的含量一般呈现出C₁₉＜C₂₀＜C₂₁的特征，C₂₁和C₂₃基本均势或者其中一个稍高的特征。四环萜烷与陆源有机质的输入有很强的相关性，四环萜烷也是提供陆源有机质的重要标志（姜乃煌等，1994；卢双舫等，2008）。Ts和Tm是相对比较稳定的藿烷类化合物，二者与热演化具有相关性，随着热演化程度的升高，Ts/（Ts+Tm）值也随之增大，一般在生油阶段晚期达到0.5。因此，藿烷系列化合物中的Ts/（Ts+Tm）通常可作为烃源岩成熟度的判别参数（翟光明等，1993）。芒罕超克剖面石炭系阿木山组烃源岩萜类化合物以三环萜烷居多，未检出四环萜烷，表明陆源有机质对烃源岩的供给较少。烃源岩C₁₉三环萜烷浓度较低，C₂₃三环萜烷浓度则较高，C₁₉/C₂₁＜0.2，C₁₉/C₂₃＜0.2（图7），C₁₉、C₂₁、C₂₃三环萜烷的分布类型呈现明显“上升”的趋势（图8）。

图  7  烃源岩三环萜烷比值关系图

Figure  7.  Tricyclic terpene ratio diagram of the source rocks

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图  8  烃源岩三环萜烷分布折线图

Figure  8.  Line diagram of tricyclic terpane distribution in the source rocks

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芒罕超克剖面石炭系阿木山组烃源岩藿烷类生物标志化合物特征较为相似（图9），均以C₃₀藿烷占优势，均具有较高的C₂₉降藿烷，均检测出Ts、Tm、C₂₉Ts、C₃₀莫烷和伽玛蜡烷等化合物，且呈现出Tm略大于Ts特征，Ts/（Ts+Tm）为0.41～0.52，平均值为0.45（表1），反映了该套烃源岩达到成熟阶段，且原始沉积环境为还原环境。

图  9  烃源岩饱和烃色谱质谱图

Figure  9.  Saturated hydrocarbon chromatography-mass spectrometry of the source rocks

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4.4   甾烷类化合物特征

甾烷类化合物是判别有机质母质来源和成熟度的关键生物标志化合物（Peter et al.，2005；卢双舫等，2008）。规则甾烷（C₂₇、C₂₈和C₂₉）相对含量可以有效指示有机质的物源构成。以往研究结果表明，C₂₇甾烷（和C₂₈甾烷）通常来自低等水生生物的贡献，C₂₉甾烷主要来自高等植物和藻类的贡献（Peters et al.，2005；卢双舫等，2008）。芒罕超克剖面石炭系阿木山组19件烃源岩的甾烷类化合物分布形态类似，呈现出孕甾烷显著大于升孕甾烷，规则甾烷以C₂₇甾烷略占优势，呈正“L”形态分布为主的特征（图9），表明有机质大部分来自于浮游生物和藻类，并且有一定的高等植物贡献（图10）。

图  10  烃源岩甾烷三角图

Figure  10.  Sterane triangular graph of the source rocks

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5.   有机质富集模式

有机质富集是一项复杂的物理化学系统过程，根据不同的影响机制，可分为“生产力模式型”和“保存模式型”（林晓慧等，2019）。生产力模式型表现为富集主要因素是其有机质输入，即古生产力和古气候等因素（Tyson，2005）；保存模式型表现为决定有机质保存的主要因素是沉积的水化学条件、沉积速率等，沉积速率大、高盐度和缺氧的水体环境会促成有机质的富集（Holfmann et al.，2000）。阿木山组沉积时期是巴丹吉林裂谷盆地发育的鼎盛时期，沉积了厚度巨大的浅海陆棚亚相的暗色泥岩，该套暗色泥岩有机质富集是氧化–还原条件、古气候和古生产力等诸多因素共同作用的结果（图11），表明该套有机质富集属“生产力模式型”。

图  11  芒罕超克阿木山组暗色泥岩有机质富集模式图

Figure  11.  Organic matter enrichment model in the dark mudstone of Amushan Formation in Manghanchaoke

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由于芒罕超克剖面阿木山期属柳园–巴丹吉林坳陷带构造单元，阿木山组沉积时期为浅海陆棚相沉积环境，有利于有机质的富集。阿木山期是银额盆地沉积范围最大的时期，且浅海陆棚相沉积范围较大，烃源岩分布广泛，有机质较富集，烃源岩生烃潜力较大，指示了银额盆地油气资源前景较好。

6.   结论

（1）芒罕超克地区石炭系阿木山组烃源岩原始沉积环境为还原–氧化环境，且以还原环境为主，属“生产力模式型”有机质富集模式。

（2）正构烷烃轻重比、甾烷系列化合物特征等反映了该套烃源岩原始沉积时期水体较深，且有机质主要来自藻类和浮游生物等低等水生生物的贡献，高等植物的贡献较少。

（3）OEP、CPI及萜类化合物特征，表明芒罕超克阿木山组烃源岩处于成熟–低成熟阶段，结合区域地质特征认为，银额盆地石炭系阿木山组烃源岩以成熟为主。

（4）烃源岩地球化学及生物标志化合物特征综合表明，芒罕超克地区阿木山组烃源岩还原–氧化（以还原为主）的原始沉积环境有利于有机质的富集，烃源岩有机质丰度较高、干酪根类型好，演化程度适中，烃源岩生烃潜力大，指示银额盆地石炭系阿木山组具有较好的油气资源潜力。

致谢：感谢审稿专家们为本文提出的修改意见，同时项目组同志参与了烃源岩样品采集、整理与送样工作，长江大学地球化学实验室完成了烃源岩样品分析测试工作，在此对相关人员的辛勤付出一并致以诚挚的谢意。