鄂尔多斯盆地西南部奥陶系与石炭系油源对比：多元统计方法的应用意义 中文标题

《ACS Omega》：Oil-Source Correlation in the Ordovician and Carboniferous Strata from the Southwestern Ordos Basin (China): Implications for a Multivariate Statistical Approach

　　

近年来，在鄂尔多斯盆地西南部的石炭系羊虎沟组和中奥陶统乌拉力克组均发现了油气显示。然而，该区域的油源对比具有挑战性，因为传统的生物标志物参数存在固有的局限性，且两套烃源岩体系表现出显著的成熟度差异。因此，传统的基于生物标志物的方法往往存在模糊性和可靠性低的问题。为克服这些限制，本研究引入了多元统计方法，包括层次聚类分析（HCA）以及Q型和R型因子分析（FA）。研究系统整合了取自YT1、YT2和YT3井的47个烃源岩和原油样品中的31个生物标志物参数。在此基础上，建立了四个综合指数：成熟度指数（MI）、有机质来源指数（OMOI）、水体盐度指数（WSI）和有机质类型指数（OMSI）。这些指数被用于构建油源对比图，从而减少了单参数局限性和成熟度差异对油源识别的影响。结果表明，羊虎沟组烃源岩具有高有机质丰度（总有机碳（TOC）平均为4.29%）、低成熟度以及形成于海陆过渡相环境的II₂型干酪根的特征；而乌拉力克组烃源岩的TOC值较低（平均0.31%），代表了高成熟度的I型海相烃源岩。多元统计分析显示，羊虎沟油砂的生物标志物特征介于两套烃源岩体系之间。MI-OMOI图进一步证明，羊虎沟油砂具有混合来源，同时接受了羊虎沟组和乌拉力克组的贡献，而乌拉力克原油主要为自生自储型。总体而言，本研究所建立的综合指数方法有效提高了在强烈成熟度差异条件下的油源识别精度，并为构造复杂区的油气勘探提供了新的见解。

**论文解读：鄂尔多斯盆地西南部奥陶系与石炭系油源对比研究**

**一、 研究背景与意义**
鄂尔多斯盆地作为中国第二大沉积盆地，其油气勘探与开发已进入准成熟阶段。为满足国家日益增长的能源需求并实现长期稳产，勘探重点已逐步转向盆地边缘。近年来，中国长庆油田在鄂尔多斯盆地西南部的持续勘探取得了一系列突破，特别是在上石炭统羊虎沟组和中奥陶统乌拉力克组发现了油气显示，证实了该区古生界原油的勘探潜力。然而，该区域位于盆地西南缘，远离沉积中心，处于东西向构造汇聚带，构造活动频繁、断裂发育、构造变形复杂，勘探难度大。此外，该区研究程度相对较低，原油有机地球化学特征不清，烃源岩来源不明。因此，明确羊虎沟组与乌拉力克组原油的来源，对于该区油气勘探方向具有重要的指导意义。本研究聚焦于这两套地层，旨在通过系统地球化学分析厘清其原油来源，相关成果发表在《ACS Omega》期刊上。

**二、 研究方法概述**
研究人员从鄂尔多斯盆地西南部的YT1、YT2和YT3三口井中采集了47个井下岩心和原油样品，包括羊虎沟组的14个泥岩、3个煤样、4个油砂样，以及乌拉力克组的22个泥岩烃源岩样和4个原油样。研究采用了系统的地球化学分析流程。首先，对39个烃源岩样品进行了总有机碳（TOC）分析、Rock-Eval热解、镜质体/笔石反射率测定及显微组分鉴定，以获取其基本地球化学特征。其次，针对油源对比，选取了羊虎沟组的8个烃源岩样和4个油砂抽提物，以及乌拉力克组的2个烃源岩样和4个原油，进行了气相色谱-质谱（GC-MS）分析，以表征其分子地球化学特征。最后，为克服传统单参数生物标志物分析的局限性，研究创新性地引入了多元统计分析方法，包括层次聚类分析（HCA）、Q型因子分析（Q-FA）和R型因子分析（R-FA），对31个生物标志物参数进行综合分析，并构建了综合指数用于油源判别。

**三、 研究结果分析**
**1. 烃源岩基本地球化学特征**
* **有机质丰度**：羊虎沟组泥岩烃源岩TOC含量高（平均4.29%），生烃潜量（S₁+S₂）平均为17.02 mg/g，评价为优质烃源岩；煤样也显示出较高的生烃潜力。乌拉力克组泥岩TOC含量低（平均0.31%），生烃潜量低（平均0.85 mg/g），为非烃源岩。
* **有机质类型**：羊虎沟组烃源岩干酪根类型指数（TI）平均为34.41，主要为II₂型干酪根，有机质来源以腐泥/镜质组分为主。乌拉力克组烃源岩TI值高（平均80.93），为典型的I型干酪根，指示藻类等水生生物来源。
* **有机质成熟度**：羊虎沟组烃源岩镜质体反射率（Ro）为0.55–0.68%（平均0.61%），处于低成熟阶段。乌拉力克组烃源岩Ro值为1.05–2.09%（平均1.44%），处于成熟-高成熟阶段，两者成熟度差异显著。

**2. 分子地球化学特征**
* **正构烷烃与类异戊二烯烃**：羊虎沟组烃源岩的碳优势指数（CPI）和奇偶优势（OEP）值显示奇碳优势，指示显著的陆源输入和低成熟度。羊虎沟油砂和乌拉力克样品的CPI和OEP值接近1，无奇偶优势，反映了海源输入和/或高成熟度特征。姥植比（Pr/Ph）等参数表明羊虎沟组烃源岩形成于氧化环境，而羊虎沟油砂可能形成于高盐度环境，乌拉力克样品则指示中等还原环境。
* **甾烷与萜烷**：规则甾烷（C₂₇–C₂₉）三元图显示所有样品均落在混合来源区。C₂₉甾烷ββ/(ββ+αα)与20S/(20S+20R)关系图显示乌拉力克样品位于成熟区，部分羊虎沟油砂成熟度高于羊虎沟烃源岩。三环萜烷（TT）与藿烷比值、伽马蜡烷指数等参数进一步揭示，羊虎沟烃源岩具有陆源-海陆过渡特征，乌拉力克样品显示海相来源特征，而羊虎沟油砂则位于海陆过渡边界，暗示混合来源。

**3. 多元统计分析在油源对比中的应用**
* **层次聚类分析（HCA）**：将31个生物标志物参数对20个样品（包括邻区延长组油砂作为对比）进行聚类分析。结果显示，所有乌拉力克和羊虎沟样品聚为一类（Cluster I），而延长组油砂单独成类（Cluster II）。羊虎沟油砂在遗传关系上与乌拉力克样品更近，且位于两个烃源岩端元之间，暗示其混合来源。
* **Q型因子分析（Q-FA）**：分析结果将样品分为三类：第一类为羊虎沟烃源岩；第二类包括羊虎沟油砂、乌拉力克烃源岩和原油，表明乌拉力克原油为自生自储，且羊虎沟油砂与乌拉力克烃源岩存在一定相关性；第三类为延长组油砂及一个羊虎沟油砂，但该油砂与第二类样品在因子F2上存在相关性。
* **R型因子分析（R-FA）与综合指数构建**：通过对31个变量进行R型因子分析，提取出7个主因子。研究人员根据高载荷参数的已知地球化学意义，将前四个因子解释为代表了四个关键的地球化学维度：F1（成熟度）、F2（有机质来源）、F3（水体盐度）和F4（有机质类型）。基于因子得分系数，计算并构建了四个综合指数：成熟度指数（MI）、有机质来源指数（OMOI）、水体盐度指数（WSI）和有机质类型指数（OMSI）。
* **综合指数图解与油源判别**：绘制MI-OMOI和WSI-OMSI综合指数图。在MI-OMOI图中，羊虎沟烃源岩集中在左下区域（低MI、低OMOI），代表低成熟度、陆源有机质为主的过渡相环境；乌拉力克烃源岩和原油集中在右上区域（高MI、高OMOI），代表高成熟度、海相有机质来源。**羊虎沟油砂的投影点跨越了两个烃源岩体系的分布区域，明确指示其为混合来源**。乌拉力克原油与其自身烃源岩紧密重叠，支持自生自储模式。WSI-OMSI图进一步佐证了上述认识，羊虎沟油砂同样位于两套烃源岩的过渡区域。

**四、 讨论与结论**
**讨论部分**指出，传统生物标志物参数（如Pr/Ph、甾烷成熟度参数C₂₉ 20S/(20S+20R)等）受多种因素控制，且在特定成熟度窗口外可能失效或产生多解性。研究区羊虎沟组与乌拉力克组之间显著的成熟度差异，使得基于单一参数或传统交会图的油源对比结果模糊甚至矛盾。例如，甾烷三元图显示混合来源特征，而正构烷烃分布却指示单一油源。这些不一致性凸显了传统方法的不足。本研究通过多元统计方法，将代表同一地球化学维度的多个参数进行综合评估，并集成到综合判别方案中，有效降低了单参数的局限性和成熟度非均质性的影响，为未知油样的表征提供了更稳健的方法。

**研究结论**总结如下：
1. 烃源岩基础地球化学特征表明，羊虎沟组烃源岩（泥岩和煤）有机质丰度高，成熟度低，具有良好的生烃潜力；乌拉力克组烃源岩有机质丰度中等，有机质类型好，主体处于生油窗，局部（YT1井）演化程度高，进入湿气生成窗。
2. 综合生物标志物分析表明，羊虎沟组烃源岩有机质主要来源于陆源高等植物，沉积于氧化环境，成熟度较低；羊虎沟油砂具有混合成因，包含海相/盐湖相和陆相有机质输入，沉积于高盐度环境，且经历了比其烃源岩更高的热演化；乌拉力克组烃源岩和原油样品显示典型的海相有机质来源，沉积于相对还原环境，成熟度最高。
3. 多元统计分析证实，羊虎沟油砂不仅与其自身烃源岩具有亲缘性，也与乌拉力克烃源岩具有强亲缘性。其生物标志物特征介于羊虎沟烃源岩（低成熟度、陆源有机质为主）和乌拉力克烃源岩（高成熟度、海相来源）之间，证实其为混合来源的产物。乌拉力克原油与其自身烃源岩特征高度一致，符合自生自储模式。
4. 通过综合指数构建的图解进一步确认了上述关系：羊虎沟油砂的投影点跨越了代表羊虎沟组（过渡相）和乌拉力克组（海相）来源的区域，证明了双源贡献。而乌拉力克样品则集中分布在高成熟度海相来源区域，显示了明确无误的油源关系。总体而言，本研究建立的综合指数方法有效克服了单参数生物标志物方法的局限，最大程度减少了成熟度差异的影响。