2023, Vol. 35
2. 油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，武汉 430100;
3. 中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院, 天津 300452
2. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources, Ministry of Education (Yangtze University), Wuhan 430100, China;
3. Research Institute of Bohai Petroleum, Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin 300452, China
烃源岩是具有生烃潜力并能够生成油气的一类沉积岩，其中的有机质是形成油气的物质基础，在大中型油气田成藏过程中，优质烃源岩更是在油气供应中发挥重要作用。烃源岩的质量由初级生产力、有机质保存条件等因素控制，因此优质烃源岩形成条件及环境也成为近年来非常规油气领域研究的热点问题[1]。目前，有机地球化学以及元素地球化学方法在烃源岩特征、母质来源及沉积环境等方面的研究中应用广泛[2-4]，如利用生标参数（C27/C29规则甾烷）、微量元素比值等研究母质来源及古盐度之类的研究已较为成熟[5-6]。莱州湾凹陷位于渤海海域南部，其勘探历程复杂，早期的油气勘探主要集中在凹陷内部的北部陡坡带，发现了大中型油气田垦利10-1；中央构造带具备优越的油气成藏条件，先后发现了KL10-2和KL11-1等多个含油气构造带，但未形成规模型油气田[7-8]。凹陷内主力烃源岩层段为古近系沙三段和沙四段，且大部分已成熟并进入生烃高峰阶段，展示了较大的生烃潜力及良好的勘探前景[9-14]。学者们通过地震测井、地球化学、古生物及岩石学等方法对莱州湾凹陷烃源岩特征及沉积环境等进行了一系列研究，如周连德等[15]通过结合地震相、单井沉积相解剖等资料建立了莱州湾凹陷KL油田沙河街组的沉积演化模式，认为KL油田古近系沙河街组沉积体系主要以扇三角洲沉积为主；汤国民等[16]通过大量烃源岩样品生物标志物的分析，认为莱州湾凹陷烃源岩母质来源以低等藻类生源为主，但不同次洼烃源岩的沉积环境差异较大；潘文静等[2]、Zhao等[3]、Wang等[4]通过孢粉等古生物资料及有机地球化学参数及岩石学分析，认为沙三段烃源岩为好—优质烃源岩层系，有机质主要以Ⅰ—Ⅱ型为主，有机质来源主要以藻类为主，沙三段沉积时期莱州湾地区为温暖潮湿气候，水体为淡水—微咸水和弱氧化环境。随着勘探的深入，对凹陷资源潜力的研究不断增多，但由于区域内钻井少、取心少、岩屑样品易被污染等问题，针对莱州湾凹陷中部沙三段烃源岩地球化学特征及沉积环境的研究工作尚不够深入。
以莱州湾凹陷中部KL-a及KL-b等2口井的沙三段烃源岩为研究对象，在常规热解、TOC等测试基础上，结合分子地球化学数据及元素地球化学数据分析，开展该地区沙三段烃源岩地球化学特征、母质来源及沉积环境研究，以期为莱州湾凹陷中部地区的油气勘探提供支撑。
1 地质概况莱州湾凹陷是位于渤海南部海域的一个小型凹陷，面积约为1 100 km2，隶属于渤海湾盆地，毗邻济阳坳陷东营凹陷和沾化凹陷[12, 17]，其东西两侧为郯庐断裂的东支和西支，是一个在中生界基底之上的新生代凹陷，整体为北断南超的箕状凹陷构造格局。
研究区位于莱州湾凹陷中部的中央构造带内（图 1a），夹于北洼与南洼，主要包含KL10-2构造、KL10-3构造及KL11-1构造等。该区主要经历两大构造期次（图 1b），在古近系沉积时期凹陷处于裂陷期，主要经历4个阶段裂陷[16, 18-19]，该时期主要为湖相沉积，发育孔店组、沙河街组以及东营组3套地层。根据岩性特征可进一步将沙河街组划分为沙一段、沙二段、沙三段和沙四段，其中沙三段烃源岩是莱州湾凹陷内分布最广的主力生烃层系，岩性为厚层暗色泥岩及砂岩[16]。新近系沉积时期凹陷处于坳陷期，以河流相沉积为主，发育馆陶组、明化镇组和平原组等3套沉积地层[10-12]。
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下载原图 图 1 渤海莱州湾凹陷区域构造分布（a）及岩性地层综合柱状图（b）（据文献[10, 12, 16]修改） Fig. 1 Regional structure distribution(a)and stratigraphic column(b)of Laizhouwan Sag, Bohai Sea |
实验研究的所有岩心样品均取自莱州湾凹陷KL-a和KL-b等2口典型井，共计28块。其中KL-a井岩心17块，取心深度为2 308~2 740 m（图 2）；KL-b井岩心11块，取心深度为2 477~2 765 m，均为古近系沙河街组沙三段的暗灰色泥岩或砂质泥岩。为了保证研究结果的准确性与可靠性，结合油田收集到的KL-a，KL10-c和KL11-d井等3口实际钻井的沙三段烃源岩岩屑资料，共37个岩屑样品数据进行分析。
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下载原图 图 2 莱州湾凹陷KL-a井古近系沙三段烃源岩TOC值与岩石热解参数分布特征 Fig. 2 Distribution characteristics of TOC and rock pyrolysis parameters of source rocks of E2s3 of well KL-a in Laizhouwan Sag |
对所有28块岩心样品进行岩石热解、总有机碳分析，并对其中有机碳含量高、生烃潜力高的20块岩心样品进行氯仿沥青“A”、族组分、饱和烃色谱-质谱等基础有机地球化学实验分析，对其中14块岩心样品进行主、微量元素分析。实验开始前须清洗所有岩心样品，以洗去表面泥浆，然后自然晾干，利用研钵或碎样机将样品粉碎至颗粒粒径约为150 μm，以确保实验结果的准确性。
岩石热解实验采用的是OGE-Ⅵ油气评价工作站，在非等温条件下，将每份粉末样品（80~100 mg）利用开放式的热解体系进行加热分析，以测得单位质量样品中的游离烃（S1）和热解烃（S2）的含量及测量S2时对应的最大热解产率温度（Tmax）。使用碳硫分析仪进行总有机碳测定，将样品（80~120 mg）放置在透水坩埚中，并用稀盐酸（盐酸∶水为1∶7）对其进行预处理，目的是去除无机碳。待样品停止冒气泡后，再用去离子水将其冲洗至中性，放置在50 ℃环境下干燥处理12 h。预处理之后，将放置样品的坩埚置于碳硫分析仪中进行测试以得到总有机碳含量（TOC）。
氯仿沥青“A”采用索氏抽提法获取，将岩心粉末样品用滤纸包裹放置于索氏抽提管并加入二氯甲烷抽提48 h，得到氯仿沥青“A”。对抽提物采用氧化铝柱分馏柱层析法进行族组分分离，取20~30 mg氯仿沥青“A”，加入正己烷至1 mL并放入超声波中震荡，震荡后静置12 h。出现分层现象后进行初次分离，上部清液为饱和烃、芳烃及非烃的混合溶液，沉淀物为沥青质。将饱芳非混合溶液浓缩至1 mL左右进行饱和烃、芳烃以及非烃的分离，分别使用正己烷、正己烷∶二氯甲烷（2∶1）、二氯甲烷∶甲醇（93∶7）等3种试剂分离饱和烃、芳烃及非烃。饱和烃色谱-质谱分析遵循中国国家标准GB/T 18606-2017[20]，根据分离出的饱和烃质量多少，加入对应质量的二氯甲烷及标准物质（30 μL 5α-雄甾烷），采用Agilent7890 B-5977 BMSD色谱/质谱仪完成测试。色谱柱为HP-5 MS（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm），以氦气为载气，流速为1.00 mL/min，进样方式为脉冲不分流，进样口温度为300 ℃，传输线温度为250 ℃。升温程序为初始温度50 ℃恒温1 min，以速率20 ℃/min升温至100 ℃，再以3 ℃/min升温至315 ℃，保持16 min，扫描范围为50~550 amu。检测方法是全扫描+ 多离子检测，电离能为70 eV。以上实验过程均在油气地球化学与环境湖北省重点实验室（长江大学资源与环境学院）完成。
样品中主量和微量元素分析在北京核工业地质研究所分析实验室完成。主量元素分析遵循国标GB/T14506.28-2010[21]，使用Axios-mAX波长色散X射线荧光光谱仪进行岩石样品中主要氧化物含量的测定。在样品中加入氧化剂硝酸铵，加入氟化锂及少量溴化锂作为助熔剂和脱模剂，混合后用无水四硼酸锂对样品进行熔融，样品与熔剂质量比为0.125。在1 150~1 250 ℃温度下于熔样机熔融后，制成玻璃样片，利用X射线荧光光谱仪进行元素含量测定。微量元素分析遵循国标GB/T14506.30-2010[22]，采用ELEMENT XR等离子体质谱仪进行含量测定。在对样品进行微量元素测量之前，需要对粉碎后的实验样品进行消解处理，处理过程大致如下：每份样品中加入氢氟酸（质量分数为30%）和硝酸（质量分数为68%）的混合溶液进行溶解，加热到190 ℃并保持24 h。然后加入超纯水并加热溶液蒸发至近干，再加入2 mL摩尔浓度为6 mol/L的硝酸溶液，加热到150 ℃并恒温8 h，干燥后继续加入1 mL摩尔浓度为6 mol/L的硝酸溶液，最后在测定前用水稀释样品，定容至25 mL并摇匀后进行含量测定。
3 地球化学特征 3.1 有机质丰度有机质是烃源岩中形成油气的物质基础，有机质丰度可以反映有机质在烃源岩中的富集程度[23]。常见有机质丰度指标包括总有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”含量、生烃潜量（S1+ S2）等。本次研究采用我国“烃源岩地球化学评价方法”[24]作为评价标准，利用生烃潜量（S1+S2）及总有机碳含量（TOC）对研究区沙三段烃源岩进行有机质丰度评价。研究结果显示，莱州湾凹陷中部沙三段烃源岩中差—优质烃源岩均有分布（图 3a），有机碳含量差异较大，TOC为0.21%~7.66%，平均值为1.82%；生烃潜量为0.39~40.64 mg/g，平均值为8.32 mg/g。沙三段烃源岩总体为好—优质烃源岩，有机碳含量整体偏高，可作为有效供烃源岩，且沙三下段有机碳含量及生烃潜量明显高于沙三上段。
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下载原图 图 3 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩评价（据文献[25-26]修改） Fig. 3 Evaluation of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
有机质类型是衡量烃源岩生烃潜力的重要指标之一[25, 27]。烃源岩有机质类型不同，其生油、生气能力存在很大差异。采用氢指数与Tmax关系图[28]对研究区沙三段烃源岩类型进行综合评价，认为沙三段烃源岩整体以Ⅰ—Ⅱ型干酪根为主，部分为Ⅲ型干酪根（图 3b）。
3.3 有机质成熟度成熟度表示沉积有机质向油气转化的热演化程度，可以衡量有机质的实际生烃能力，热演化程度也是决定油气勘探的关键[23, 25]。目前用于衡量有机质热演化程度的参数有很多，例如镜质体反射率（Ro）、岩石热解参数（Tmax）以及生物标志物参数[甾烷中的C29 αββ/（C29 ααα + C29 αββ）、C29 20S/（C29 20S+ C29 20R）、Ts/Tm等]。应用岩石热解参数（Tmax）、甾类化合物的C29αββ/（C29ααα+C29αββ）值和C29 20S/（C29 20S+C29 20R）值对莱州湾凹陷沙三段烃源岩进行成熟度评价。依据邬立言等[28]的成熟度划分标准进行成熟度划分，结合沙三段烃源岩岩心样品Tmax与深度的关系（图 3c）可知，大部分烃源岩样品的Tmax为435~442 ℃，少部分样品Tmax低于435 ℃，总体上，沙三段烃源岩总体处于低熟—成熟阶段。
甾类化合物的C29αββ/（C29ααα+C29αββ）值和C29 20S/（C29 20S+C29 20R）值也可作为判断有机质成熟度的重要依据，随着成熟度的升高，比值逐渐增大直至到达平衡值[23, 29]。此次研究测得的C29αββ/（C29ααα+C29αββ）值为0.22~0.44，平均值为0.30；C29 20S/（C29 20S + C29 20R）值为0.08~0.35，平均值为0.22，揭示研究区沙三段烃源岩整体处于低熟—成熟阶段，可作为供烃源岩。
3.4 分子地球化学特征生物标志化合物是指在沉积物中的有机质热演化过程中表现出一定程度的稳定性，很少或几乎没有发生变化，具有稳定的基本分子骨架，且保留原始生物体中特殊分子碳骨架结构的有机化合物，能够提供物源输入、沉积环境以及成熟度等多方面的信息[30-32]。通过分析岩心样品正构烷烃、类异戊二烯烷烃、甾烷和萜烷等生物标志物的分布特点，探讨莱州湾凹陷中部沙三段烃源岩母质来源及沉积环境。由于样品大部分生标参数在沙三段深部和浅部均存在明显差异，基于本文分析数据及岩性变化将沙三段划分为沙三上段（深度 < 2 525 m）和沙三下段（深度>2 700 m）。
3.4.1 正构烷烃、类异戊二烯烷烃正构烷烃主要分布于nC12—nC38，主峰碳主要为nC16或nC23，呈单峰分布。短链碳和长链碳比值（∑nC21-/∑nC22+）的平均值为2.80，沙三段碳优势指数CPI值为1.51~3.79（表 1）。
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下载CSV 表 1 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩有机地球化学参数 Table 1 Organic geochemical parameters of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
常见无环类异戊二烯烷烃以姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）为主，其含量低于相邻正构烷烃含量。研究区沙三段的Pr/Ph值为0.59~2.83，平均值为1.65，沙三上段与沙三下段Pr/Ph值明显不同，沙三段Pr/nC17与Ph/nC18值分别为0.59~1.58和0.23~1.98。
3.4.2 甾、萜烷在m/z217质谱分析中检测出研究区样品含有甾烷化合物（图 4），且烃源岩所处深度不同，其C27，C28和C29规则甾烷的含量不同。在沙三上段烃源岩样品中的C27，C28和C29规则甾烷的质量分数分别为20.73%~31.10%，17.03%~23.17% 和46.74%~ 60.43%，C27规则甾烷/C29规则甾烷的平均值为0.49；在沙三下段，烃源岩样品中的C27，C28和C29规则甾烷的质量分数分别为37.04%~45.85%，18.63%~ 25.37% 和33.38%~40.99%，C27规则甾烷/C29规则甾烷的平均值为1.13。此外在KL-b井的沙三下段，4-甲基甾烷相较其他样品丰度高。
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下载原图 图 4 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩质量色谱 Fig. 4 Gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
在m/z191质谱分析中检测出研究区样品含有三环萜烷（TT）、四环萜烷（TeT）和藿烷（图 4）。沙三段烃源岩的C19 TT/C23 TT值为0.14~2.62，平均值为1.16；C24TeT/C26TT值波动较大，为0.86~6.21。烃源岩埋藏深度不同，参数比值差别较大，沙三上段的C24TeT/C26TT平均值为4.47，沙三下段的C24TeT/C26 TT平均值为1.35。
奥利烷在研究区KL-a井、KL-b井沙三上段含量极高，部分超过C30藿烷的含量（图 4）。沙三段烃源岩的奥利烷指数[奥利烷/（奥利烷+ C30藿烷）] 为0.02~0.73，其中沙三上段的奥利烷指数为0.56~ 0.73，平均值为0.62，沙三下段的奥利烷指数为0.02~ 0.15，平均值为0.08。伽马蜡烷丰度整体较低，伽马蜡烷指数（伽马蜡烷/C30藿烷）为0.03~0.08，平均值为0.05。
3.5 元素地球化学分布研究区14个岩心样品的主量元素、微量元素及稀土元素实验结果如表 2所列。主量元素测试结果显示，莱州湾凹陷沙三段烃源岩SiO2，Al2O3和Fe2O3含量较高，三者质量分数之和可达85.50%，其中SiO2的质量分数平均值为56.22%，Al2O3的质量分数平均值为16.21%，Fe2O3的质量分数平均值为6.15%；MgO，CaO，Na2O和K2O含量较低，平均质量分数分别为1.96%，1.91%，1.49% 和2.83%；MnO，TiO2和P2O5的质量分数均小于1.00%。
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下载CSV 表 2 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩元素地球化学参数 Table 2 Element geochemical parameters of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
样品中的微量元素主要包括Li，Be，Sc，V，Cr，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Rb，Sr，Y，Mo，Cd，In，Sb，Cs，Ba及稀土元素等。测试结果表明，样品中常见微量元素Li的质量分数为（40.50~60.90）×10-6，V的质量分数为（55.10~133.00）×10-6，Cr的质量分数为（90.50~248.00）×10-6，Ni的质量分数为（25.80~ 49.90）×10-6，Cu的质量分数为（21.70~76.10）× 10-6，不同样品中微量元素丰度差异不大。此外还计算了用于古气候、古盐度和氧化还原条件评价的常用（主量或微量）元素比值（表 2、图 5）。古气候常用指标CIAcorr，Ga/Rb和K2O/Al2O3值分别为69.84~ 75.43，0.16~0.29和0.11~0.22；古盐度常用指标Sr/Ba与B/Ga值分别为0.25~1.04和1.38~1.90；氧化还原条件常用指标V/（V+ Ni）和U/Th值分别为0.61~0.82和0.14~0.33。
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下载原图 图 5 莱州湾凹陷中部古近系沙三段古环境地球化学参数 Fig. 5 Paleoenvironmental geochemical parameters of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
烃源岩的母质来源决定了有机质类型和生烃潜力[32]。常用指示母质来源的生物标志物参数包括正构烷烃主峰碳数分布、CPI值、C19TT/C23TT值、C24TeT/C26TT值、奥利烷指数、C27-C29规则甾烷和4-甲基甾烷等。
正构烷烃主峰碳数分布为前峰型（< nC20）表示有机质来源以低等水生生物为主，后峰型（>nC23）指示有机质以陆源高等植物输入为主[33]；碳优势指数CPI明显高于1具有奇碳优势，可指示高等植物源输入[34]。莱州湾凹陷中部沙三段烃源岩样品正构烷烃主峰碳主要为nC16或nC23，呈单峰分布（参见图 4）；短链碳和长链碳比值（∑nC21-/∑nC22+）平均值为2.80，整体较高（参见表 2），但在KL-b井的沙三下段该比值较低，平均值为0.88；CPI值平均值为2.47，远大于1，具有明显的奇碳优势。综合分析，可推断沙三段烃源岩有机质来源为低等水生生物与陆源高等植物的混源输入。
C19TT/C23TT和C24 TeT/C26TT值可用于指示陆源高等有机质输入程度，其值越大反映陆源高等有机质输入贡献越大[35-36]。莱州湾凹陷中部沙三段C19TT/C23TT的平均值为1.16，表明研究区烃源岩的高等陆源有机质贡献较大。但该参数值在KL-a井与KL-b井中显示出不同的分布特征，KL-a井沙三下段的比值较沙三上段的高，而KL-b井沙三下段的比值低于沙三上段。出现上述结果的原因可能为在沙三下段沉积时期，由垦东凸起发育形成的小型辫状河三角洲沉积体系为KL-a井提供了部分陆源有机质，而KL-b井沙三下段依旧位于滨浅湖相，陆源有机质贡献较小[7, 37]。从C24 TeT/C26TT值看，研究区2口井均显示沙三上段和沙三下段差异较明显（图 6），沙三上段的C24 TeT/C26TT值相对较高，反映其生源以陆源高等植物输入为主；沙三下段C24 TeT/C26TT比值相对较低，陆源高等植物贡献相对较小。
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下载原图 图 6 莱州湾凹陷中部古近系沙三段有机地球化学特征参数分布 Fig. 6 Distribution diagram of organic geochemical characteristic parameters of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
Moldowan等[38]构建了奥利烷指数，以奥利烷指数0.20为界限，该指数的高低可指示烃源岩有机质是否存在陆源高等植物输入[39]。研究区沙三上段奥利烷指数高，平均值为0.62（大于0.20），表明该段有机质生源中存在陆源高等植物输入；而沙三下段奥利烷指数很低，平均值为0.08（小于0.20），指示该段陆源高等植物输入较少。
根据C27和C29规则甾烷的丰度可判断有机质来源，C27甾烷主要来源于低等水生生物，C29甾烷主要是陆源高等植物来源[40-41]。从研究区沙三段代表性烃源岩质量色谱图中可以看出，沙三上段C29规则甾烷丰度相较于C27规则甾烷丰度高，呈反“L”形分布，表明其母质来源主要为陆源高等植物；而沙三下段的C27规则甾烷丰度较高，呈“L”形或“V”字形分布，表明其母源以低等水生生物输入为主（参见图 4）。且在KL-b井的沙三下段，检测出较高丰度的4-甲基甾烷，指示该段烃源岩有机质中包含低等水生生物沟鞭藻、甲藻的贡献[40, 42]。
综上所述，可以判断莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩母质来源为低等水生生物和陆源高等植物的混合输入，有机质供给充足，具有较高的初始生产力，有利于沙三段烃源岩有机质富集。此次研究发现莱州湾凹陷中部沙三段烃源岩纵向上母质来源存在差异，同一层位不同深度的母质来源主导不同（图 6），其中沙三下段烃源岩母质来源主要为低等水生生物，且包含沟鞭藻、甲藻的贡献；沙三上段烃源岩有机质来源则以陆源高等植物为主。
4.2 古气候古气候条件极大影响着烃源岩的沉积发育，气候的变化控制着温度和降水量等，进而影响沉积岩的化学风化程度。炎热潮湿的气候会促进岩石的化学风化作用；寒冷干燥的环境会减弱化学风化作用，此时物理风化作用占主导。研究区泥页岩样品中某些主量元素和微量元素含量可以很好地指示母岩遭受化学风化的强度，进而推测出古气候条件。在上地壳岩石接受化学风化时，母岩中的钠（Na）、钾（K）、钙（Ca）等碱性金属元素易以离子形式随地表径流流失，而化学成分最稳定的氧化铝（Al2O3）相对丰度逐渐增大，因此，化学蚀变指数（CIA）可以反映沉积岩物源区化学风化作用强度及古气候条件。CIA的计算公式为
| $ C I A=\frac{x\left(\mathrm{Al}_2 \mathrm{O}_3\right)}{x\left(\mathrm{Al}_2 \mathrm{O}_3+\mathrm{CaO}^*+\mathrm{Na}_2 \mathrm{O}+\mathrm{K}_2 \mathrm{O}\right)} \times 100 $ | (1) |
式中氧化物均为摩尔分数，x（CaO*）= x（CaO）-10/3x（P2O5）。
当CIA >80时，表明沉积古气候炎热潮湿，化学风化强度较大；当CIA为60~80时，表明沉积期间气候温暖湿润，化学风化作用中等；当CIA < 60时反映了在寒冷干燥的气候条件下相对较弱的风化程度[43-44]。沙三段烃源岩CIA值为65.73~76.81，平均值为70.60，据此可推断古气候为温暖湿润气候。但由于在成岩作用过程中会发生不同程度的钾交代作用，导致样品中K2O富集，进而偏离了风化趋势，因此需要对已经计算的CIA值进行校正，通常可运用A-CN-K三角图进行校正[44]（图 7a），校正后研究区沙三段CIAcorr值为69.84~76.27，平均值为73.30，沙三上段和沙三下段的CIAcorr值无明显差异，据此可推断整个沙三段烃源岩沉积时的气候条件为温暖湿润气候，经历中等化学风化作用。这一结果与利用Ga/Rb值和K2O/Al2O3值[45]判断出的研究区古气候结果一致（图 7b），均显示该区在古近系沙三段沉积时期处于温暖湿润气候条件，降水丰富，高等植物茂盛，湖盆中存在较多的陆源有机质输入，为富有机质泥岩的沉积奠定物质基础。这一结论与以往学者们对渤海湾盆地古近系沙三段古气候的研究结果一致[46-47]。
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下载原图 图 7 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩A-CN-K校正图（a）及Ga/Rb-K2O/Al2O3关系图（b）（据文献[44-45]修改） Fig. 7 A-CN-K correction(a)and Ga/Rb-K2O/Al2O3 relationship(b)of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
古盐度对古湖泊底部水体分层现象产生直接影响，使得有机质保存条件发生变化[48]。生物标志化合物研究中常用伽马蜡烷指数（伽马蜡烷/C30藿烷）判别烃源岩形成时的水体盐度[26, 49]。从伽马蜡烷指数和姥植比（Pr/Ph）的交会图（图 8）中可以看出，研究区沙三段烃源岩的伽马蜡烷指数很低，且在沙三上段与沙三下段无明显差异，为0.03~0.08，均小于0.10，指示莱州湾凹陷中部沙三段烃沉积时期水体为淡水—微咸水。
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下载原图 图 8 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩伽马蜡烷指数与姥植比交会图 Fig. 8 Cross plot of gammacerane index and Pr/Ph of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
锶（Sr）元素和钡（Ba）元素的化学性质相似，其富集程度均受水体盐度的控制，当湖水不断咸化时，钡（Ba）会率先析出，而锶（Sr）溶解度较钡（Ba）高，只有当湖水到达一定盐度后才会以沉淀物的形式析出，因此Sr/Ba值可指示古盐度[50]。研究区沙三段大部分烃源岩样品的Sr/Ba值均小于0.50，为0.25~1.04，平均值为0.38，指示沙三段沉积时期湖水盐度较低，为淡水—微咸水环境（图 9a）。沙三上段的Sr/Ba值为0.25~0.29，沙三下段Sr/Ba值为0.31~1.04，沙三下段沉积时期水体盐度高于沙三上段。B/Ga值也可有效指示古盐度[31]，研究区烃源岩样品的B/Ga值均小于3（图 9b），说明莱州湾凹陷中部在沙三段沉积时期水体主要为淡水—微咸水，与生物标志化合物反映的结果基本一致，该盐度特征也与其古气候特征相吻合。
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下载原图 图 9 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩Sr-Ba交会图（a）和B-Ga交会图（b）（据文献[29, 47]修改） Fig. 9 Cross plots of Sr and Ba(a)and B and Ga(b)of source rocks of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
氧化还原条件与有机质的保存有着密切关系，其中类异戊二烯烷烃中以植烷系列姥鲛烷（Pr）和植烷（Ph）为代表[23]。植醇在缺氧条件下被还原为双氢植醇，进而加氢被还原生成植烷；在含氧条件下先被氧化生成植烷酸，接着脱羧基生成姥鲛烷，因此根据姥植比可以判断沉积环境中氧化还原条件。一般来说，Pr/Ph < 1指示强还原环境，比值越低指示沉积环境还原性越强；Pr/Ph > 1代表氧化环境[30]。研究区沙三上段和沙三下段氧化还原条件不同，沙三上段的Pr/Ph值为1.79~2.83，平均值为2.36，表现为弱氧化弱还原环境；而沙三下段的Pr/Ph值为0.59~1.67，平均值为1.18，表现为弱还原弱氧化环境；整体沙三段的Pr/Ph值为0.59~2.83，平均值为1.65，表现为贫氧的弱氧化弱还原环境。Pr/nC17与Ph/nC1两参数之间的关系也可有效指示烃源岩的沉积环境。分析认为研究区沙三上段烃源岩沉积环境为偏氧化环境，沙三下段烃源岩沉积环境为弱还原弱氧化环境（图 10a）。结合以上2个参数值，认为沙三上段烃源岩处于弱氧化弱还原环境，沙三下段烃源岩处于弱还原弱氧化环境，整体沙三段烃源岩处于贫氧的弱氧化弱还原环境。
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下载原图 图 10 莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩Pr/nC17-Ph/nC18交会图（a）与V/（V+Ni）-U/Th交会图（b）（据文献[52]修改） Fig. 10 Cross plots of Pr/nC17 -Ph/nC18(a)and V/(V+Ni)-U/Th(b)of E2s3 in central Laizhouwan Sag |
沉积岩中微量元素的富集程度与沉积过程中水体的氧化还原条件密切相关，其中变价元素V和Ni等受氧化还原条件影响显著，在还原条件下，V更易以低价富集，因此V/（V + Ni）值可用于判断氧化还原程度[51]。当V/（V+ Ni）≥ 0.60时指示缺氧还原环境，当V/（V + Ni） < 0.46时指示氧化环境[52]。氧化还原敏感元素U和Th亦受氧化还原状态影响显著，因此U/Th值也可作为古氧化还原条件的判识指标[51]。当U/Th>0.25时指示还原环境，反之则指示氧化环境。根据研究区样品的上述2项比值可推断沙三上段烃源岩与沙三下段烃源岩虽然均处于弱氧化弱还原环境但二者略有差异，与上述生标参数所指示的沉积环境特征基本一致（图 10b）。
5 结论（1）渤海莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩有机质丰度差异较大，但整体偏高，TOC平均值为1.82%，总体为好—优质烃源岩；有机质类型主要为Ⅰ—Ⅱ型，部分为Ⅲ型；有机质成熟度整体处于低熟—成熟阶段。
（2）莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩整体有机质来源为低等藻类和高等植物的混源输入，在沙三上段有机质来源以陆源输入为主，沙三下段以低等水生生物输入为主。产生这一差异的原因可能是在沙三下段到沙三上段沉积时期莱州湾凹陷中部沉积相由滨湖相向三角洲相转变，沉积环境由弱还原弱氧化环境转向偏氧化环境，陆源物质输入增多，使得沙三上段与沙三下段烃源岩有机质来源构成不同。
（3）莱州湾凹陷中部古近系沙三段烃源岩沉积时期整体处于温暖湿润气候，降水丰富，伴有较强陆源输入，具有较高的初始生产力，水体为淡水—微咸水，沉积时期水体环境表现为贫氧的弱氧化弱还原环境。纵向上沙三下段—沙三上段沉积环境变化不大，古气候、古水体盐度基本保持不变，但陆源输入及水体氧化条件随沉积的进程呈逐渐增加的趋势。
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