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生物圈普遍存在四萜类(C40)类胡萝卜素种类的色素[1⁃2]。由于其高度不饱和的化学结构，大多数类胡萝卜素易被氧化，在沉积物中很难被检测出来[3]，因此沉积物中的类胡萝卜素通常是饱和的同系物，如β-胡萝卜烷[4]。β-胡萝卜烷最早在美国科罗拉多始新世绿河组页岩中被检测出来[5⁃6]，此外在克拉玛依原油的石炭系烃源岩[4]、准噶尔盆地二叠统湖相油页岩[7⁃8]、巴西含盐—高盐的局限性盆地地层[9]等均检测出丰富的β-胡萝卜烷。甚至在某些情况下，沉积物中β-胡萝卜烷含量比正构烷烃、类异戊二烯烷烃或其他饱和烃化合物更丰富，如中国准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组、风城组[10⁃12]。
β-胡萝卜烷是由类胡萝卜素结构的色素衍生而来的饱和烃，主要由β-胡萝卜素在成岩阶段通过共轭双键的还原形成β-胡萝卜烷[13]，具有很高的易变性和易氧化性[14]。β-胡萝卜素只有在弱光、碱性、还原以及低温的条件下才能转化为β-胡萝卜烷，同时该反应还需要大量氢原子的加入[15⁃16]。因其对氧化环境的敏感性和在沉积物中的低保存潜能，使得β-胡萝卜烷被广泛接受为指示缺氧、盐湖相[17⁃18]或高局限性海相环境[19]的指标。然而，南襄盆地泌阳凹陷烃源岩地球化学特征研究表明，有机质积累过程中β-胡萝卜烷浓度与沉积环境盐度不存在明确的相关性，认为β-胡萝卜烷可能指示沉积环境中有机质来源[20]。β-胡萝卜素广泛分布于藻类、细菌和高等植物中，母质来源十分广泛[21⁃22]。Jiang et al.[4]认为β-胡萝卜烷可以通过热降解转化为低分子量的同系物，其相对丰度可以作为热演化的有效指标。前人对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组烃源岩研究后认为β-胡萝卜烷的形成和聚集受其前身物和沉积环境的影响，而不是受热成熟度的控制，并提出以蓝藻而非陆源有机质作为β-胡萝卜烷的主要来源[14,23]。此外，沉积环境中热液活动也可以破坏β-胡萝卜素的保存，导致β-胡萝卜烷含量显著降低[15]。β-胡萝卜烷的相对丰度也可用于烃源岩地球化学特征及油源对比，且已有较为成功的应用[24⁃26]。
三塘湖盆地马朗凹陷二叠统芦草沟组烃源岩中检测到丰富的β-胡萝卜烷，虽已得到应用，但其分布的非均质性和富集主控因素并未得到重视。本研究基于烃源岩有机地球化学特征及微量元素组成等方法来探讨马朗凹陷芦草沟组二段高含量β-胡萝卜烷的主控因素，以期更好地辅助油源对比及油气勘探。
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三塘湖盆地是一个位于中国西北部呈北西—南东向展布的狭长盆地，东北部与蒙古国接壤，西部与准噶尔盆地相邻，南部与吐哈盆地隔山相望，面积约2.3×104 km2，是新疆维吾尔自治区重要的含油气盆地之一。可划分为三个构造单元：东北冲断隆起带、中央坳陷带和西南逆冲推覆带，中央坳陷带又可以继续划分为5个凹陷和4个凸起（图1a），盆地地层间存在多个区域性不整合[28⁃29]。研究区马朗凹陷位于三塘湖盆地中央坳陷带的中东南部，与岔哈泉凸起和方方梁凸起毗邻，面积约为1 400 km2[25]。芦草沟组自下至上可划分为芦一段、芦二段和芦三段，其中芦二段为火山灰与碳酸盐岩频繁的薄互层沉积，有机质丰度较高，既是良好的烃源岩，又是良好的储集层[30]（图1b）。受周缘火山活动的影响，三塘湖盆地芦草沟组沉积地层中的细粒沉积物以火山灰和碳酸盐岩为主[31]。
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本次研究样品取自马朗凹陷芦页1井（图1a），岩性为深灰色泥岩、泥质白云岩和深灰色凝灰质泥岩。对所有岩心样品进行了岩石热解（Rock-Eval）、总有机碳（TOC）和饱和烃气相色谱—质谱（GC-MS）分析，部分样品进行了微量元素含量检测。
TOC由碳硫分析仪测得，岩石热解实验参数S1、S2和Tmax由OGE-VI 油气评价工作站测定。经索氏抽提和硅胶/氧化铝柱层析得到饱和烃组分，GC-MS分析在 Agilent 6890/5975 BMSD色谱/质谱联用仪上进行，所用色谱柱为HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）石英毛细管柱；升温程序：50 °C恒温2 min，以20 °C/min从50 °C升至100 °C，后以3 °C/min从100 °C升至315 °C，315 °C恒温16 min。进样口和离子源温度分别为300 °C和230 °C，载气为氦气，流速为1.04 mL/min，扫描范围为50~580 amu。检测方式为全扫描加多离子检测（MID），电离能量为70 eV。以上实验均在长江大学资源与环境学院油气地球化学与环境湖北省重点实验室完成，且各项测试分析均按照国家标准进行操作。部分TOC和岩石热解参数资料来自中石油吐哈油田分公司。
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β-胡萝卜烷与γ-胡萝卜烷一般以共生状态存在，都具有C40类胡萝卜素结构和特征离子峰m/z125，不同的是β-胡萝卜烷有2个四烷基取代的环己烷，而γ-胡萝卜烷只有1个[32]。β-胡萝卜烷的前身物很可能是由藻类、光合细菌或高等植物合成的类胡萝卜素[21]，类胡萝卜素来源广泛，在自然界中广泛分布。β-胡萝卜素属于类胡萝卜素的类群，在成岩阶段通过共轭双键的还原形成β-胡萝卜烷[23]。在研究β-胡萝卜烷时，一般利用β-胡萝卜烷指数来判断其丰度，即β-胡萝卜烷/nCmax（nCmax为正构烷烃主峰碳）[14⁃15,23,26]。
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高丰度的β-胡萝卜烷和γ-胡萝卜烷在三塘湖盆地马朗凹陷芦二段饱和烃馏分的总离子图（TIC）上清晰可见，β-胡萝卜烷指数变化范围很广，介于0.05~3.76，平均为1.34（图2，3、表1）。结合TOC含量，纵向上自下而上可分为3组。第一组埋深介于3 367.03~3 400.95 m，β-胡萝卜烷含量最低，β-胡萝卜烷指数介于0.09~0.77，平均为0.52（I组，图2a、图3、表1）；第二组样品埋深介于3 317.63~3 362.55 m，β-胡萝卜烷指数介于0.05~3.13，自下而上持续增加（Ⅱ组，图2b、图3、表1）；第三组埋深3 262.60~3 312.31 m，β-胡萝卜烷含量高且变化幅度大，β-胡萝卜烷指数在0.25~3.76之间波动（Ⅲ组，图2c、图3、表1）。γ-胡萝卜烷含量和β-胡萝卜烷含量之间具有非常好的正相关关系（图4a），表明这两种化合物的来源及演化途径可能相同。
图 2 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩饱和烃总面貌、胡萝卜烷、萜烷和甾烷类化合物质量色谱图
Figure 2. Mass chromatogram of total saturated hydrocarbons, carotanes, terpanes, and steranes in source rocks of the second member of the Permian Lucaogou Formation (P2l2) in Malang Sag
图 3 马朗凹陷芦页1井芦草沟组二段烃源岩胡萝卜烷指数、TOC值以及岩石热解参数分布特征
Figure 3. Distribution of carotane index, total organic carbon (TOC), and rock pyrolysis parameters of source rocks in P2l2 of well Luye1, Malang Sag
表 1 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩有机地球化学参数
Table 1. Organic geochemical parameters of source rocks from P2l2 in Malang Sag
β-胡萝卜烷/nCmax γ-胡萝卜烷/nCmax C30βαH/C30αβH C3122S/(22S+22R) C29ααα20S/(20S+20R) C29αββ/(ααα+αββ) (nC21+nC22)/(nC28+nC29) P2l2 Ⅲ 0.25~3.76 0.02~0.27 0.22~0.29 0.57~0.60 0.43~0.46 0.26~0.34 2.56~5.99 1.54(19) 0.12(19) 0.25(19) 0.58(19) 0.45(19) 0.30(19) 3.63(19) Ⅱ 0.05~3.13 0.01~0.19 0.17~0.25 0.57~0.61 0.44~0.49 0.29~0.38 2.55~6.53 1.42(17) 0.11(17) 0.21(17) 0.59(17) 0.46(17) 0.33(17) 3.70(17) Ⅰ 0.09~0.77 0.01~0.07 0.21~0.28 0.57~0.59 0.43~0.48 0.25~0.37 1.91~4.32 0.55(10) 0.05(10) 0.24(10) 0.58(10) 0.46(10) 0.31(10) 3.06(10) nC17/nC27 CPI(nC14-34) CPI(nC14-22) CPI(nC24-34) Σ(nC17-23)/nCmax S/H C27/C29 P2l2 Ⅲ 0.92~4.44 1.10~1.16 1.05~1.14 1.21~1.36 5.07~6.14 0.25~0.61 0.16~0.40 1.75(19) 1.12(19) 1.08(19) 1.29(19) 5.51(19) 0.43(19) 0.34(19) Ⅱ 0.75~3.34 1.10~1.18 1.03~1.09 1.34~1.62 4.78~6.49 0.38~0.72 0.24~0.36 1.79(17) 1.15(17) 1.07(17) 1.48(17) 5.64(17) 0.47(17) 0.29(17) Ⅰ 1.19~4.22 0.97~1.17 0.96~1.09 1.26~1.59 4.65~6.63 0.46~2.20 0.17~0.46 2.52(10) 1.07(10) 0.99(10) 1.35(10) 5.72(10) 1.24(10) 0.33(10) C28/C29 (Pr+Ph)/(nC17+nC18) TAR C24TeT/C26TT Pr/Ph C35H/C34H ETR P2l2 Ⅲ 0.66~1.00 0.45~0.86 0.12~0.71 0.64~1.25 0.59~0.94 0.50~0.78 0.72~0.94 0.86(19) 0.62(19) 0.47(19) 0.87(19) 0.72(19) 0.66(19) 0.87(19) Ⅱ 0.63~0.86 0.42~0.90 0.18~0.66 0.51~1.37 0.46~0.76 0.49~0.73 0.77~0.92 0.75(17) 0.69(17) 0.39(17) 0.85(17) 0.64(17) 0.65(17) 0.89(17) Ⅰ 0.51~0.72 0.35~1.02 0.12~0.80 0.34~1.29 0.50~1.05 0.52~0.56 0.55~0.82 0.64(10) 0.71(10) 0.43(10) 0.67(10) 0.70(10) 0.54(10) 0.72(10) 注： 
图 4 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与γ⁃胡萝卜烷指数及有机质丰度相关性
Figure 4. Correlation between β⁃carotane and γ⁃carotane indices and organic matter abundance of the source rocks from P2l2 in Malang Sag
通过岩石热解、TOC等分析发现，以最低丰度β-胡萝卜烷为主要特征的Ⅰ组沉积物中TOC、生烃潜量（S1+S2）与可溶性有机质含量较Ⅱ组和Ⅲ组最低（图3）。Ⅱ组与Ⅲ组烃源岩有机质丰度整体上优于Ⅰ组烃源岩（图4b），Ⅱ组与Ⅲ组烃源岩TOC分布范围分别介于3.6%~8.1%（平均值为5.3%），1.5%~7.7%（平均值为4.5%）；生烃潜量介于23.2~56.2 mg/g（平均值为37.8 mg/g），9.8~53.3 mg/g（平均值为31.4 mg/g），烃源岩等级评价为好—优质；而Ⅰ组烃源岩TOC介于0.5%~3.6%，平均为1.7%，生烃潜量分布范围介于2.0~22.1 mg/g，平均为9.1 mg/g，烃源岩等级评价主要为较好，烃源岩品质较Ⅱ组和Ⅲ组稍差。研究区芦二段烃源岩β-胡萝卜烷指数与TOC和生烃潜量呈正相关性（图4c，d），可能表明β-胡萝卜烷的相对含量在研究区是反映烃源岩品质的有效指标。
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芦草沟组是三塘湖盆地主力烃源岩之一，主要分布于马朗凹陷和条湖凹陷，最大厚度位于马朗凹陷，该地层在盆地北部发育不全，向南厚度呈增加趋势。芦草沟组沉积早期及晚期湖盆范围和湖盆中心有所不同，纵向上分为三段，一段沉积期湖盆范围很广，湖泊呈一喇叭状向东开口。芦草沟组二、三段湖盆范围进一步扩大，条湖—马朗凹陷基本上全为湖泊相。研究表明，马朗凹陷芦二段烃源岩β-胡萝卜烷平面分布有两个高值中心，均靠近西南逆冲推覆带，研究区东北部β-胡萝卜烷指数较低，西南部较高；β-胡萝卜烷含量总体呈现出以两个高值区为中心向周围逐渐降低的趋势（图5）。
图 5 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数平面展布
Figure 5. Horizontal distribution of P2l2 source rock β⁃carotane index in Malang Sag
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成熟度是控制生物标志物形成和演化的重要因素之一[14]，明确研究区烃源岩成熟度对β-胡萝卜烷的富集是否产生影响则十分重要。研究层段内β-胡萝卜烷指数整体上随埋深增加有减小趋势，但相关性不强，且在Ⅲ组内β-胡萝卜烷指数变化较大（图6）。生物标志化合物中藿烷、甾烷异构化参数已广泛应用于原油和沉积有机质热成熟度的评价[33]，其中C3122S/（22S+22R）、C30βα藿烷/C30αβ藿烷、C29αββ/（ααα+αββ）和C29ααα20S/（20S+20R）等参数在判断成熟度时较为常见。研究区芦二段C3122S/（22S+22R）比值和C30βα藿烷/C30αβ藿烷比值分别介于0.57~0.61（平均为0.58）和0.17~0.29（平均为0.24）；C29αββ/（ααα+αββ）和C29ααα20S/（20S+20R）参数比值分别介于0.25~0.38（平均为0.31）和0.41~0.49（平均为0.46）（表1）。芦二段Ro和Tmax的分布范围分别介于0.58%~0.70%（平均为0.64 %），427 ℃~449 ℃（平均为440 ℃）（图6）。根据烃源岩有机质成烃演化阶段划分及判别指标[34]，上述热成熟度参数均表明马朗凹陷芦二段烃源岩处于低熟阶段（图7a），且反映芦二段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组烃源岩成熟度几乎没有差别（图6、图7b）。此外，研究层段本身埋深变化较小，烃源岩所经历的热演化程度差别较小，因此对其有机质组成的影响较弱，导致各成熟度参数在研究区芦二段纵向上没有太大变化。β-胡萝卜烷指数与上述成熟度参数之间均没有明显相关性，且β-胡萝卜烷丰度在有限的深度段内变化较大（图6），据此可基本排除热演化程度对研究区β-胡萝卜烷丰度的影响。
图 6 马朗凹陷芦页1井芦草沟组二段烃源岩有机地球化学参数分布特征
Figure 6. Distribution of organic geochemical characteristic parameters of P2l2 from well Luye1 in Malang Sag
图 7 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩有机质成熟度对比
Figure 7. Comparison of organic matter maturity of source rocks from P2l2 in Malang Sag
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前人研究表明前身物的生物量（precursor biomass）对生物标志化合物的组成和分布有着很大的影响[13,35]。总离子流图反映Ⅰ组沉积物在烃类分布上以正构烷烃为主（图2a）；Ⅱ、Ⅲ组烃源岩饱和烃中正构烷烃含量相对较低，但保存完整，且检测出高丰度的β-胡萝卜烷，最高者可高于正构烷烃主峰碳（图2b，c）。蒋中发等[12]认为此现象可能是由于特殊生油母质所导致，同时期吉木萨尔凹陷西北缘风南地区风城组、芦草沟组烃源岩表现出同样的特征[11⁃12]。
正构烷烃主峰碳分布为前峰型（<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[36]；碳优势指数CPI明显高于1，表明奇碳优势，可指示高等植物源输入[37]。通过对短链、长链正构烷烃CPI值[CPI（nC14-22）、CPI（nC24-34）]与正构烷烃CPI值[CPI（nC14-34）]比较，表明可以利用低、高碳数正构烷烃优势判断有机质来源[13]。研究区芦二段烃源岩正构烷烃以短链正构烷烃同系物（nC17、nC18、nC21、nC23）为主，长链奇数正构烷烃比例相对较低，其nC17/nC27、（nC21+nC22）/（nC28+nC29）参数分别介于0.75~4.44（平均为1.95）、1.91~6.53（平均为3.53）（表1），显示出细菌或藻类的主要贡献[13]。芦二段所有样品中CPI（nC14-34）和CPI（nC14-22）都接近于1；CPI（nC24-34）范围介于1.21~1.62，明显大于1（表1）。CPI（nC14-34）与CPI（nC14-22）之间存在较大的相似性，表明高碳数正构烷烃贡献小，结合本层段低热演化程度，可知高等植物对芦二段有机质贡献小，藻类等水生生物贡献大。
C27甾烷主要来源于浮游生物和红藻类[38⁃39]。C28甾烷被认为是由特定的浮游生物转化而来，例如含有叶绿素a、b和c的藻类[40⁃41]。C29甾烷与维管植物和浮游藻类，如褐藻、绿藻、蓝藻等有很高的亲缘性。一般情况，高C29甾烷含量指示高等植物输入，但是在陆源有机质输入不足的前提下，C29甾烷的富集与火山活动引起的蓝藻水华有关[23]。芦二段中所有样品常规甾烷在质谱图中显示出阶梯升高，总体上更加富集C28、C29甾烷（图2）。研究区C27/C29甾烷与C28/C29甾烷呈较为明显正相关（图8a），说明C28甾烷主要来自藻类，以浮游植物为主要有机质来源。在C27、C28和C29甾烷三元图中显示的规则甾烷分布[42]（图8b），表明芦二段烃源岩有机质来源主要为浮游生物、细菌以及陆生植物的混源输入，但更偏浮游生物优势。I组C28/C29甾烷参数比值介于0.51~0.72，平均为0.64，明显低于Ⅱ组（0.63~0.86，平均为0.75）和Ⅲ组（0.66~1.00，平均为0.86）（图6、表1），可能指示含有叶绿素a、b和c的藻类对Ⅰ组有机质来源的贡献相对较少。
图 8 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩规则甾烷参数相关性
Figure 8. Correlation between β⁃carotane and geochemical parameters indicating the origin of organic matter in the P2l2 source rocks in Malang Sag
陆源水生比（TAR）和C24TeT/C26TT常被用作评估沉积物中陆源有机质输入，其值越大反映陆源有机质贡献越大[43⁃44]。芦二段中TAR值整体较低，介于0.12~0.80，平均为0.43（表1），说明高等植物贡献有限。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组中β-胡萝卜烷指数与高等植物输入参数TAR之间无明显相关性（图9a），表明高等植物有机质输入对研究区β-胡萝卜烷的来源贡献较小。三个层段中的C24TeT/C26TT参数比值无明显区别，总体介于0.34~1.37（平均为0.88）（表1）。但Ⅱ组和Ⅲ组中β-胡萝卜烷指数与C24TeT/C26TT具有较为明显的负相关关系（图9b），且高C24TeT/C26TT比值样品的β-胡萝卜烷指数均较低。C24四环萜烷主要来源于陆源有机质输入，而且一般在淡水环境中较为富集[45⁃46]，表明以陆源有机质为主的淡水环境不利于β-胡萝卜烷的富集。
图 9 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与指示有机质来源参数相关性
Figure 9. Correlation between β⁃carotane index and geochemical parameters indicating the origin of organic matter in the P2l2 source rocks in Malang Sag
姥鲛烷和植烷通常被认为来源于具有植醇侧链的叶绿素a、b和c[47⁃48]，存在于所有的光合生物中。此外，来源于某些藻类、蓝细菌和产甲烷菌的生育酚也可能是姥鲛烷的潜在前身物[49]。因此，姥鲛烷与植烷不仅可以指示沉积环境，还可以用于判断有机质来源。Ⅰ组β-胡萝卜烷指数与（Pr+Ph）/（nC17+nC18）呈现出较为离散的相关性（图6、图9c），表明Ⅰ组沉积物中β-胡萝卜烷与叶绿素a、b和c或生育酚的亲缘性较差，但是Ⅱ、Ⅲ组中β-胡萝卜烷指数与（Pr+Ph）/（nC17+nC18）却表现出明显的正相关关系，尤其是II组相关性明显（图6、图9c），指示Ⅱ、Ⅲ组沉积物中β-胡萝卜烷与具有叶绿素a、b和c的藻类具有较好的亲缘性，与C28/C29甾烷参数指示意义相吻合。
甾烷类化合物主要来源于真核生物中的甾醇[50]，藿烷来源于细菌细胞膜中的前身物[51]，因此甾烷/藿烷比值（S/H）可以用来区分真核生物和原核生物对有机质来源的贡献。其中Ⅰ组沉积物中S/H比值介于0.46~2.20（平均为1.24）；明显高于Ⅱ、Ⅲ的0.38~0.72（平均为0.47）和0.25~0.61（平均为0.43）（图5、表1），表明Ⅰ组有机质来源以真核生物为主；而Ⅱ组和Ⅲ组有机质来源中细菌的贡献较大。
不同有机质来源所形成的短链和中链正构烷烃分布特征不同，海洋藻类可以合成nC17-23的正构烷烃，nC17丰度最高；蓝藻与海洋藻类合成的正构烷烃碳数分布范围相同，但nC17或nC19在蓝藻中丰度最高；光合细菌则对nC17-23贡献较大[52]，Σ（nC17-23）/nCmax可以指示低等水生生物与光合细菌对有机质的贡献[13]。综上，研究区芦二段有机质来源主要为低等水生生物，陆源有机质输入不足，且Ⅰ组烃源岩中细菌对有机质来源的贡献较低。因此，Ⅰ组β-胡萝卜烷指数与Σ（nC17-23）/nCmax之间的离散关系（图9d）表明不是低等水生生物的影响，而反映出Ⅰ组烃源岩中β-胡萝卜烷与光合细菌的亲缘性较差。Ⅱ、Ⅲ组烃源岩有机质中细菌的贡献较Ⅰ组大，且Ⅱ、Ⅲ组的β-胡萝卜烷指数与Σ（nC17-23）/nCmax呈现出较为明显的正相关关系（图9d），指示光合细菌和低等水生生物对于Ⅱ、Ⅲ组中β-胡萝卜烷较高的生源贡献。
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β-胡萝卜烷是经过β-胡萝卜素氢化合成而来。氢化过程对于缺氧环境中有机质的保存和生物分子形成生物标志物化合物至关重要，但该过程至今未被完全探明[13]。烃类骨架对氧化环境敏感，在还原性湖相沉积环境中更有利于保存[53⁃54]。
一般来说，Pr/Ph小于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大于1代表氧化环境[36]。研究区芦二段沉积物Pr/Ph整体小于1（0.46~1.05，平均为0.68）（表1），表明芦二段沉积时期整体为还原环境。但是在其底部，Pr/Ph有较大的波动，分布范围介于0.50~1.05（表1），表明Ⅰ组古沉积环境在还原环境与弱氧化—弱还原环境波动。Ⅱ、Ⅲ组沉积物中Pr/Ph介于0.46~0.94，平均为0.68，指示Ⅱ、Ⅲ组古沉积环境主要为还原环境。Shanmugan[55]在1985年提出的利用Pr/nC17和Ph/nC18来评价烃源岩沉积环境的图版得到了广泛的应用。研究区芦二段Ⅱ、Ⅲ组数据点在该图版中主要位于藻类、还原环境区域（图10），指示其沉积环境处于还原环境；Ⅰ组少数数据点位于弱氧化—弱还原区域，大部分在还原区域（图10），指示其古沉积环境的波动性。
高丰度的C35升藿烷通常被解释为沉积时期强还原（低Eh）环境的一般性指标[56]，因此C35藿烷/C34藿烷可以用来指示烃源岩沉积时的氧化还原程度，高比值通常代表缺氧环境[36]。研究区芦二段C35藿烷/C34藿烷比值，在Ⅰ组经历了一段稳定低值的过程，均值为0.54；Ⅱ组高于Ⅰ组，分布范围介于0.49~0.73，均值为0.65；Ⅲ组整体高于Ⅰ组，平均为0.65，但是在该层段C35藿烷/C34藿烷波动较大，有多个升降过程（图6、表1），说明Ⅲ组烃源岩沉积时水体环境发生过一定程度的变化。从C35藿烷/C34藿烷变化趋势来看，Ⅱ、Ⅲ组为C35藿烷富集区，表明其沉积期还原性强；而Ⅰ组C35藿烷/C34藿烷比值低，指示沉积环境还原性较Ⅱ、Ⅲ组低，氧化程度相对较高。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组β-胡萝卜烷指数与C35藿烷/C34藿烷均呈现出明显的正相关关系（图11a），说明还原的沉积环境有利于β-胡萝卜烷的积累。
图 11 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与指示沉积环境地化参数之间相关性
Figure 11. Correlation between β⁃carotane index and geochemical parameters indicating depositional environment of the P2l2 source rocks in Malang Sag
长链三环萜烷比值（ETR）是反映烃源岩沉积过程中水体盐度变化的有效指标，高ETR值指示咸水、强还原的沉积环境[44,57]。芦二段ETR比值的分布特征在纵向上与C35藿烷/C34藿烷相似（图6）。同样在Ⅰ组呈现出整体较低的特征，起伏波动较大，参数介于0.55~0.82，平均为0.72；Ⅱ组ETR值高于Ⅰ组且稳定，介于0.77~0.92，平均为0.89；Ⅲ组整体较高，但起伏较大，平均值0.87与Ⅱ组接近（表1）。根据ETR值的分布范围以及其变化规律，可以推测出芦二段沉积时期，其水体盐度普遍较高。相比于Ⅰ组，Ⅱ、Ⅲ组有着更高的盐度，但是Ⅲ组沉积水体盐度波动较大。芦二段β-胡萝卜烷指数与ETR之间有着较为明显的正相关关系（图10b），由于Ⅱ、Ⅲ组盐度整体较高，使得ETR集中于0.90附近，指示盐度较高的沉积环境有利于β-胡萝卜烷的积累。伽马蜡烷与水体底部厌氧环境中的纤毛虫有关，也是水体分层的标志[36]。芦二段伽马蜡烷指数整体较高，平均为0.32，说明芦二段水体分层现象明显。
热液活动可以破坏β-胡萝卜素的保存，特别是在咸水/微咸水湖泊环境中，β-胡萝卜烷的缺失可能意味着沉积过程中热液活动的影响[15]。Cr/Zr是指示热液输入强度的一个可靠指标[58⁃59]。Ⅲ组β-胡萝卜烷指数的起伏变化与Cr/Zr有着明显的对应关系（图6），马朗凹陷芦二段烃源岩β-胡萝卜烷指数与Cr/Zr呈明显的负相关性（图12），说明热液活动的影响可能是Ⅲ组中β-胡萝卜烷含量起伏变化的主要原因。
图 12 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与Cr/Zr比值之间相关性
Figure 12. Correlation between β⁃carotane index and Cr/Zr of the P2l2 source rocks in Malang Sag
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芦草沟组沉积期为三塘湖盆地二叠纪最大湖侵时期，古水体盐度较高，对现今残余地层未见陆源碎屑供给，湖盆整体较为封闭[60⁃61]，芦二段岩性以泥灰岩、泥质云岩等碳酸盐岩为主，夹少量碳质泥岩、凝灰质泥岩等，咸化湖相富碳酸盐岩段分布稳定[28]。咸化水体使得芦二段β-胡萝卜烷的保存具有良好的外在条件，即使β-胡萝卜烷含量最低的Ⅰ组，与其他盆地比较也具有相对较高的含量。
缺少陆源供给的封闭盐湖形成了分层的水体，火山喷发的气体和火山灰等细粒物质落入水中后，一方面形成了凝灰质沉积，另一方面大量的营养元素和微量金属元素使耐盐藻类浮游生物和细菌勃发，为β-胡萝卜烷的富集提供前提条件。藻类勃发快速消耗水体中的氧，引起湖中生物的大量死亡，形成富有机质沉积物。同时，由于浮游植物的光合作用消耗表层水体中大量的CO2气体，诱发白云石等碳酸盐岩矿物的沉淀，在偏碱性水体的还原环境中，由于硫酸盐还原菌的作用，可使水体中SO42-还原生成 H2S[60]，H2S的生成可能为β-胡萝卜素向β-胡萝卜烷的转化提供氢[62]。因此，三塘湖盆地马朗凹陷芦二段β-胡萝卜烷的富集主要受到有机质来源与沉积环境的双重控制。
结合前文三塘湖盆地马朗凹陷芦二段β-胡萝卜烷平面分布特征（图5），推测高值区烃源岩沉积时藻类、细菌等有机质供给充足且保存于还原、高盐度的环境使得烃源岩品质较好，这一观点可为研究区后续的油气勘探提供一定参考。
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（1） 根据β-胡萝卜烷的含量，纵向上将马朗凹陷芦二段烃源岩自下而上分为三组，其中Ⅰ组β-胡萝卜烷含量相对较少，Ⅱ组β-胡萝卜烷含量自下而上逐渐升高，而Ⅲ组中β-胡萝卜烷含量波动大。平面上马朗凹陷芦二段烃源岩β-胡萝卜烷含量在东北部较低，西南部较高；靠近西南逆冲推覆带有两个高值中心。
（2） Ⅱ和Ⅲ组烃源岩中细菌和含有叶绿素a、b和c的藻类对β-胡萝卜烷的贡献较大；Ⅱ、Ⅲ组主要形成于高盐、还原的沉积环境；Ⅰ组沉积时期水体盐度相对较低，在还原环境与弱氧化—弱还原环境之间波动，这些条件使得Ⅰ组与Ⅱ、Ⅲ组中β-胡萝卜素的前身物和/或类胡萝卜素结构的保存出现差异。Ⅲ组沉积期有着较为明显的热液活动，使得β-胡萝卜烷丰度出现较大的波动。因此，马朗凹陷芦二段β-胡萝卜烷的形成和聚集受其前身物和沉积环境的双重控制，未受热成熟度的影响，且β-胡萝卜烷的相对含量可以作为反映研究区烃源岩品质的有效指标。
Main Controlling Factors for Lucaogou Formation β-Carotane Enrichment in the Malang Sag, Santanghu Basin
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摘要: 目的 二叠系芦草沟组二段系三塘湖盆地马朗凹陷主力烃源岩，具有高丰度的β-胡萝卜烷，但其含量在段内表现出较大的差异性。为进一步明确马朗凹陷芦二段β-胡萝卜烷的变化特征，进而探讨其富集的主控因素。 方法 基于气相色谱—质谱、总有机碳、岩石热解、镜质体反射率及微量元素分析等技术，对三塘湖盆地马朗凹陷芦页1井芦草沟组二段46件烃源岩样品进行分析，详细表征其地球化学特征。 结果 根据β-胡萝卜烷指数，纵向上将所考察的烃源岩自下而上分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组，其中β-胡萝卜烷指数在Ⅰ组中相对最低，在Ⅱ组自下而上逐渐上升，而Ⅲ组中β-胡萝卜烷指数起伏较大；平面上靠近西南逆冲推覆带有两个高值中心。β-胡萝卜烷的相对含量在研究区是反映烃源岩品质的有效指标；马朗凹陷芦二段烃源岩有机质来源整体上以低等水生生物为主，但与Ⅰ组相比，Ⅱ和Ⅲ组有着更加丰富的原核生物供应，甾烷/藿烷、C28甾烷/C29甾烷和（Pr+Ph）/（nC17+nC18）等参数表明Ⅱ和Ⅲ组中β-胡萝卜烷与细菌以及具有植醇侧链的叶绿素a、b、c的藻类具有较强的亲缘性；通过Pr/Ph、C35藿烷/C34藿烷、长链三环萜烷比值（ETR）等参数判断出Ⅱ和Ⅲ组烃源岩沉积期水体盐度高，主要为还原环境，相较于Ⅰ组沉积时的还原至弱氧化—弱还原的环境以及水体盐度相对较低的条件更有利于β-胡萝卜烷的保存；同时Ⅲ组烃源岩沉积时期经历过一定强度的热液活动，导致β-胡萝卜烷含量波动较大。 结论 马朗凹陷芦二段β-胡萝卜烷的富集主要受到有机质来源与沉积环境的双重控制。Abstract: Objective The Second member of the Permian Lucaogou Formation （P2l2） is the main source rock in the Malang Sag of the Santanghu Basin， with a high abundance of β-carotane. However， there is significant variation in its contents across the section. To further clarify the variation characteristics of β-carotane in P2l2 and explore the main controlling factors of its enrichment. Methods Organic geochemical analysis was conducted， and the investigated source rocks were divided into groups I， II and III from bottom to top based on the β-carotane index. The β-carotane index was low in group I and gradually increased from bottom to top in group II， whereas the β-carotane index in group III fluctuated greatly. There are two high-value centers in the plane near the Southwest Thrust Nappe. Results The results show that the relative content of β-carotane effectively reflects the quality of source rocks in the study area. The organic matter of the P2l2 source rocks in Malang Sag is composed of lower aquatic organisms. However， compared with the group I， groups II and III have a richer supply of prokaryote organic matter. The values of steranes/hopanes， C28 steranes/C29 steranes， and （Pr+Ph）/（nC17+nC18） indicated that the precursors of β-carotane in groups II and III may be algae with phytol side chains of chlorophyll a， b， and c and bacteri. Based on the parameters of Pr/Ph， C35 hopanes/C34 hopanes， and extended tricyclic terpane ratio （ETR）， that the water salinity of source rocks in groups II and III is found to be high and primarily in a reducing environment. Compared with the fluctuating environment of weak oxidation-weak reduction during the deposition of group I and the relatively low salinity， this is more conducive to the preservation of β-carotane. A certain intensity of hydrothermal activity occurred during the deposition of group III source rocks， resulting in a large fluctuation of β-carotane content. Conclusions Therefore， the enrichment of P2l2 β-carotane in Malang Sag is controlled by the source of organic matter and sedimentary environment.
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Key words:
- β-carotane /
- prokaryotes /
- brackish water deposition /
- hydrothermal activity /
- Lucaogou Formation /
- Malang Sag
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图 2 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩饱和烃总面貌、胡萝卜烷、萜烷和甾烷类化合物质量色谱图
Figure 2. Mass chromatogram of total saturated hydrocarbons, carotanes, terpanes, and steranes in source rocks of the second member of the Permian Lucaogou Formation (P2l2) in Malang Sag
图 3 马朗凹陷芦页1井芦草沟组二段烃源岩胡萝卜烷指数、TOC值以及岩石热解参数分布特征
Figure 3. Distribution of carotane index, total organic carbon (TOC), and rock pyrolysis parameters of source rocks in P2l2 of well Luye1, Malang Sag
图 4 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与γ⁃胡萝卜烷指数及有机质丰度相关性
Figure 4. Correlation between β⁃carotane and γ⁃carotane indices and organic matter abundance of the source rocks from P2l2 in Malang Sag
图 5 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数平面展布
Figure 5. Horizontal distribution of P2l2 source rock β⁃carotane index in Malang Sag
图 6 马朗凹陷芦页1井芦草沟组二段烃源岩有机地球化学参数分布特征
Figure 6. Distribution of organic geochemical characteristic parameters of P2l2 from well Luye1 in Malang Sag
图 7 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩有机质成熟度对比
Figure 7. Comparison of organic matter maturity of source rocks from P2l2 in Malang Sag
图 8 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩规则甾烷参数相关性
Figure 8. Correlation between β⁃carotane and geochemical parameters indicating the origin of organic matter in the P2l2 source rocks in Malang Sag
图 9 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与指示有机质来源参数相关性
Figure 9. Correlation between β⁃carotane index and geochemical parameters indicating the origin of organic matter in the P2l2 source rocks in Malang Sag
图 11 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与指示沉积环境地化参数之间相关性
Figure 11. Correlation between β⁃carotane index and geochemical parameters indicating depositional environment of the P2l2 source rocks in Malang Sag
图 12 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩β⁃胡萝卜烷指数与Cr/Zr比值之间相关性
Figure 12. Correlation between β⁃carotane index and Cr/Zr of the P2l2 source rocks in Malang Sag
表 1 马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩有机地球化学参数
Table 1. Organic geochemical parameters of source rocks from P2l2 in Malang Sag
β-胡萝卜烷/nCmax γ-胡萝卜烷/nCmax C30βαH/C30αβH C3122S/(22S+22R) C29ααα20S/(20S+20R) C29αββ/(ααα+αββ) (nC21+nC22)/(nC28+nC29) P2l2 Ⅲ 0.25~3.76 0.02~0.27 0.22~0.29 0.57~0.60 0.43~0.46 0.26~0.34 2.56~5.99 1.54(19) 0.12(19) 0.25(19) 0.58(19) 0.45(19) 0.30(19) 3.63(19) Ⅱ 0.05~3.13 0.01~0.19 0.17~0.25 0.57~0.61 0.44~0.49 0.29~0.38 2.55~6.53 1.42(17) 0.11(17) 0.21(17) 0.59(17) 0.46(17) 0.33(17) 3.70(17) Ⅰ 0.09~0.77 0.01~0.07 0.21~0.28 0.57~0.59 0.43~0.48 0.25~0.37 1.91~4.32 0.55(10) 0.05(10) 0.24(10) 0.58(10) 0.46(10) 0.31(10) 3.06(10) nC17/nC27 CPI(nC14-34) CPI(nC14-22) CPI(nC24-34) Σ(nC17-23)/nCmax S/H C27/C29 P2l2 Ⅲ 0.92~4.44 1.10~1.16 1.05~1.14 1.21~1.36 5.07~6.14 0.25~0.61 0.16~0.40 1.75(19) 1.12(19) 1.08(19) 1.29(19) 5.51(19) 0.43(19) 0.34(19) Ⅱ 0.75~3.34 1.10~1.18 1.03~1.09 1.34~1.62 4.78~6.49 0.38~0.72 0.24~0.36 1.79(17) 1.15(17) 1.07(17) 1.48(17) 5.64(17) 0.47(17) 0.29(17) Ⅰ 1.19~4.22 0.97~1.17 0.96~1.09 1.26~1.59 4.65~6.63 0.46~2.20 0.17~0.46 2.52(10) 1.07(10) 0.99(10) 1.35(10) 5.72(10) 1.24(10) 0.33(10) C28/C29 (Pr+Ph)/(nC17+nC18) TAR C24TeT/C26TT Pr/Ph C35H/C34H ETR P2l2 Ⅲ 0.66~1.00 0.45~0.86 0.12~0.71 0.64~1.25 0.59~0.94 0.50~0.78 0.72~0.94 0.86(19) 0.62(19) 0.47(19) 0.87(19) 0.72(19) 0.66(19) 0.87(19) Ⅱ 0.63~0.86 0.42~0.90 0.18~0.66 0.51~1.37 0.46~0.76 0.49~0.73 0.77~0.92 0.75(17) 0.69(17) 0.39(17) 0.85(17) 0.64(17) 0.65(17) 0.89(17) Ⅰ 0.51~0.72 0.35~1.02 0.12~0.80 0.34~1.29 0.50~1.05 0.52~0.56 0.55~0.82 0.64(10) 0.71(10) 0.43(10) 0.67(10) 0.70(10) 0.54(10) 0.72(10) 注： 
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