準噶爾盆地春光區(qū)塊沙灣組原油芳烴特征

尹琴，嚴永新，王勇，賈秀容，紀甜甜，馬榮芳

（中國石化河南油田分公司a.勘探開發(fā)研究院，鄭州450018；b.博士后工作站，河南南陽473132）

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準噶爾盆地春光區(qū)塊沙灣組原油芳烴特征

尹琴a，b，嚴永新a，王勇a，賈秀容a，紀甜甜a，馬榮芳a

（中國石化河南油田分公司a.勘探開發(fā)研究院，鄭州450018；b.博士后工作站，河南南陽473132）

摘要：為查明準噶爾盆地西北緣車排子地區(qū)的油氣來源，對春光區(qū)塊中新統(tǒng)沙灣組40個原油樣品進行GC-MS分析，全面系統(tǒng)地研究了芳烴類生物標志物的分布和組成特征，并探討了其地質地球化學意義。春光區(qū)塊沙灣組原油中檢測到了豐富的芳烴，為判斷有機質成熟度、母質類型、油氣充注和運移方向提供了依據(jù)。春光區(qū)塊沙灣組原油處于成熟階段，形成于陸相成油環(huán)境，其母質有一定高等植物輸入的貢獻，且不同類型原油的母質有所差異；根據(jù)五甲基萘指數(shù)與甲基二苯并噻吩指數(shù)比值，研究區(qū)沙灣組原油來源于西南和東南2個方向，輕質原油距離烴源區(qū)近，油源單一，而中質和重質油距離烴源區(qū)較遠，中質油為混源油，重質油則為高度降解油。

關鍵詞：準噶爾盆地；春光區(qū)塊；沙灣組；生物標志物；生物降解；芳烴；油氣運移

芳烴是烴源巖和原油中的重要組成部分，一般可占有機質總量或原油族組成的10%～45%，其組成和分布特征的差異，可以揭示有機質成熟度、母質來源、沉積環(huán)境、原油生物降解作用程度和油氣運移方向等信息[1-3]，并且芳烴成熟度參數(shù)比飽和烴甾萜烷異構化參數(shù)具有更寬的化學動力學范圍，在熱演化程度確定上具有指示范圍更寬的優(yōu)勢[3-4]。

準噶爾盆地西北緣車排子地區(qū)無論是由昌吉凹陷烴源巖供烴，還是由四棵樹凹陷烴源巖供烴，供烴距離都長達數(shù)十千米至上百千米（圖1），生成的油氣均需經過長距離運移才能推進到源外研究區(qū)。現(xiàn)今觀點普遍認為，車排子地區(qū)輕質油來自于四棵樹凹陷和昌吉凹陷[5-8]，但具體是來自于四棵樹凹陷，還是來自于昌吉凹陷，抑或兩個凹陷的烴源巖均有貢獻，認識并不統(tǒng)一。為了查明春光區(qū)塊的油氣來源，本文對春光區(qū)塊中新統(tǒng)沙灣組40個原油樣品進行GC-MS分析，全面研究輕質油、中質油和重質油中芳烴組成和分布特征，探討原油母質類型、沉積環(huán)境、成熟度和油氣充注運移方向，旨在為研究區(qū)的油源對比、油氣成藏分析等提供依據(jù)。

1　地質背景

春光區(qū)塊位于準噶爾盆地西部隆起車排子凸起東部，其西面和北面鄰近加依爾山，南面為四棵樹凹陷，向東以紅車斷裂帶與昌吉凹陷以及中拐凸起相接，勘探面積約1 023.245 km2（圖1）[9]。春光區(qū)塊總體表現(xiàn)為東南傾的單斜，自上而下發(fā)育新近系獨山子組、塔西河組、沙灣組，古近系，白堊系，侏羅系和石炭系。中新統(tǒng)沙灣組在全區(qū)皆有分布，是春光區(qū)塊的重要含油氣層。

與研究區(qū)相鄰的四棵樹凹陷和昌吉凹陷為春光區(qū)塊的2大供烴凹陷。研究區(qū)東側的昌吉凹陷，二疊系和侏羅系是其最有利的烴源巖發(fā)育層位；南側的四棵樹凹陷主要發(fā)育侏羅系、白堊系及古近系3套烴源巖，其中侏羅系烴源巖對四棵樹凹陷貢獻最大，而白堊系及古近系僅在局部地區(qū)有貢獻[10]。

春光區(qū)塊沙灣組原油分為3大類4小類。Ⅰ類原油為未發(fā)生生物降解的原油，Ⅰ類又分為2小類：ⅠA類原油和ⅠB類原油，ⅠA類原油分布于研究區(qū)的西南部，ⅠB類原油分布于研究區(qū)的東部。Ⅱ類原油為混合來源油，為未降解原油與嚴重生物降解原油的混源油，分布于研究區(qū)的西北部。Ⅲ類原油為嚴重降解原油，分布于研究區(qū)的北部稍偏東區(qū)域（圖1，表1）。

圖1　春光區(qū)塊沙灣組各類原油分布及區(qū)域位置

表1　春光區(qū)塊原油及生物標志物特征

2　原油芳烴特征

2.1原油芳烴系列組成總體特征

未成熟—低成熟原油中芳烴總離子流（TIC）圖為后峰型或雙峰型，四環(huán)或五環(huán)芳烴占優(yōu)勢，而高成熟原油的芳烴餾分以二環(huán)或三環(huán)芳烴為主，具有前峰型分布特征[11]。春光區(qū)塊沙灣組原油中二環(huán)和三環(huán)芳烴占優(yōu)勢，具有高成熟原油的特征（圖2）。原油中檢測出豐富的萘系列、菲系列、三芴系列、三芳甾烷系列和聯(lián)苯系列化合物，而典型高等植物來源的多環(huán)芳烴，如卡達烯、蒽、惹烯、苯并熒蒽、熒蒽、、芘、苝等也均有檢測到[12]（圖3），反映生油母質中有高等植物的輸入。原油芳烴的特征屬于生物降解和運移分餾共同作用的結果，生物降解作用產生的“鼓包”造成了芳烴分布的差異性，隨著生物降解作用的增強，常規(guī)芳烴的質量分數(shù)降低，三芳甾烷系列化合物的質量分數(shù)增加[13]，TIC基線隆起程度增加。

Ⅰ類原油和Ⅱ類原油的芳烴組成與Ⅲ類原油的芳烴組成有較大不同（圖3）。Ⅰ類原油和Ⅱ類原油芳烴中萘系列、菲系列、三芴系列、聯(lián)苯系列化合物為主要成分，萘系列化合物質量分數(shù)最高達到了55%，菲系列化合物質量分數(shù)最高可達45%，而和三芳甾烷系列化合物的質量分數(shù)較低，系列化合物質量分數(shù)低于5%；卡達烯、蒽、惹烯、苯并熒蒽、熒蒽、芘、苝等高等植物生源輸入的化合物質量分數(shù)很低，均低于1%；三芴系列化合物中醫(yī)藥氧芴系列化合物質量分數(shù)高達10%.這些特征說明，Ⅰ類原油和Ⅱ類原油母質以低等水生生物來源為主，高等植物輸入相對較少，沉積環(huán)境偏氧化。

圖2　春光區(qū)塊沙灣組原油芳烴總離子流（TIC）

圖3　春光區(qū)塊沙灣組原油芳烴各系列化合物組成分布

2.2萘系列化合物特征

3類原油萘系列化合物的分布特征表明，萘系列質量分數(shù)與降解程度明顯相關。Ⅰ類原油和Ⅱ類原油芳烴中，二甲基萘（DMN）、三甲基萘（TMN）和四甲基萘（TeMN）豐富，萘（N）、甲基萘（MN）和五甲基萘（PMN）質量分數(shù)相對較低，總體上具有m（TMN）> m（DMN）>m（TeMN）>m（MN）>m（PMN）>m（N）的分布規(guī)律（圖4）。Ⅲ類原油芳烴中，萘系列化合物組成與Ⅰ類原油和Ⅱ類原油明顯不同，四甲基萘和五甲基萘豐富，萘、甲基萘、二甲基萘質量分數(shù)很低，總體上具有m（TeMN）>m（PMN）>m（TMN）>m（DMN）> m（MN）>m（N）的分布規(guī)律。在沒有遭受生物降解作用改造的情況下，萘系列和菲系列豐度分布規(guī)律為m（C0）>m（C1）>m（C2）>m（C3）>m（C4）[14]。春光區(qū)塊Ⅰ類原油為輕質油，并沒有遭受生物降解，卻不符合該規(guī)律，主要原因可能是由于運移分餾所致。因此，春光區(qū)塊萘系列化合物的分布受運移和生物降解作用的雙重控制。

基于文獻［15］建立的油藏充注模式，依據(jù)油藏內部原油成熟度的細微變化，可以表征原油運移與油藏充注的途徑，即在一個油藏范圍內，先期充注的原油成熟度較低，而期充注的原油成熟度相對偏高，成熟度相對最高的原油分布在最接近油藏充注點的地帶，原油成熟度顯著降低的軌跡可以示蹤原油運移充注的途徑。

較少甲基取代萘系列化合物成熟度參數(shù)（如MNR，DNR和TNR）不適宜成熟度較高、生物降解原油成熟度研究[16]。五甲基萘分布較穩(wěn)定，受生物降解作用影響較小。因此，可以用m（1，2，4，6，7-PMN）/ m（1，2，4，6，7-PMN+1，2，3，5，6-PMN）的值（五甲基萘指數(shù)，RPN）作為油氣運移指標[13]。春光區(qū)塊沙灣組ⅠA類原油的RPN為0.24～0.27，平均為0.26；ⅠB類原油RPN為0.35～0.40，平均為0.38；Ⅱ類原油RPN為0.31～ 0.35，平均為0.33；Ⅲ類原油RPN為0.17～0.24，平均為0.20，其RPN表現(xiàn)趨勢為Ⅲ類＜ⅠA類＜Ⅱ類＜ⅠB類。隨著運移距離的增加，成熟度降低，即相應的RPN降低。如果ⅠB類原油和ⅠA類原油均來自于四棵樹凹陷，那么根據(jù)二者的區(qū)域分布，應該表現(xiàn)為ⅠB類原油RPN小于ⅠA類原油RPN，而事實上恰好相反。結合4類原油的區(qū)域分布與烴源巖凹陷的分布（圖1），認為ⅠA類原油和ⅠB類原油來源不同，ⅠA類原油來自于四棵樹凹陷，ⅠB類原油來自于昌吉凹陷。進一步表明春光區(qū)塊油氣充注方向有2個：一個是西南方向往北充注，一個是東南方向往北充注。ⅠA類原油和ⅠB類原油分布距離供烴區(qū)較近，Ⅱ類原油和Ⅲ類原油距離供烴區(qū)較遠。Ⅱ類原油和Ⅲ類原油可能有2個來源，應該從多方面考慮，作進一步分析。

文獻［17］認為1，2，5-三甲基萘來源于高等植物生源五環(huán)三萜香樹素和雙環(huán)二萜刺柏酸，由此認為高質量分數(shù)的1，2，5-三甲基萘可以作為高等植物生源輸入的標志。m（1，2，5-TMN）/m（1，3，6-TMN）在海相原油中較低，而在陸相原油中則較高，如塔里木盆地海相原油此參數(shù)為0.15～0.29，陸相原油在0.30以上，煤成油達到0.74～1.48[18]。春光區(qū)塊沙灣組原油此參數(shù)為0.28～0.79，平均為0.41，顯示原油形成于陸相成油環(huán)境。

2.3菲系列化合物特征

春光區(qū)塊沙灣組Ⅰ類原油和Ⅱ類原油芳烴中，甲基菲（MP）和二甲基菲（DMP）質量分數(shù)較高，菲（P）和三甲基菲（TMP）質量分數(shù)相對較低。Ⅲ類原油芳烴中菲系列化合物隨著甲基取代基的增多，質量分數(shù)增加（圖4），表明菲系列化合物也受到生物降解作用的影響。

菲系列化合物目前主要用于研究原油和烴源巖的成熟度，甲基菲指數(shù)是常用的成熟度參數(shù)，由文獻［19］最先提出并引入到烴源巖的成熟度研究中。此后，國內外學者做了大量深入的研究工作，成功地將此參數(shù)用于不同環(huán)境下的烴源巖和原油成熟度研究[18，20-22]。但是，菲系列化合物受生物降解作用影響較大，所示的成熟度參數(shù)不適用于生物降解原油。春光區(qū)塊沙灣組Ⅱ類原油和Ⅲ類原油都發(fā)生了生物降解作用，Ⅲ類原油更是遭受了強烈的生物降解作用。因此，甲基菲指數(shù)等成熟度參數(shù)都不適用于春光區(qū)塊沙灣組原油。

m（惹烯）/m（菲）常用于反映母質中陸源高等植物的輸入情況[3]，在沼澤、內陸湖泊等環(huán)境中，高等植物輸入較多，原油中m（惹烯）/m（菲）較大；在鹽湖、海相環(huán)境中的原油，其惹烯質量分數(shù)就很小。春光區(qū)塊沙灣組原油中，ⅠA類原油m（惹烯）/m（菲）為0.03～ 0.06，平均為0.04；ⅠB類原油為0.07～1.15，平均為0.25；Ⅱ類原油為0.08～0.13，平均為0.11；Ⅲ類原油為0.13～ 1.05，平均為0.72.ⅠB類原油與Ⅲ類原油其m（惹烯）/ m（菲）較大，表明其來源相似，成油母質中高等植物輸入明顯。ⅠA類原油和Ⅱ類原油來源相似，成油母質中高等植物輸入較低。結合各類原油分布區(qū)域及烴源巖凹陷位置，認為ⅠA類原油和Ⅱ類原油來源以四棵樹凹陷烴源巖為主，ⅠB類原油與Ⅲ類原油來源以昌吉凹陷烴源巖為主。

2.4三芴系列化合物特征

三芴系列是芳烴地球化學特征研究中涉及較多的芳烴之一[4，22-23]，其相對質量分數(shù)是烴源巖及原油芳烴中最常用的指示沉積環(huán)境的指標，常用來進行油源對比[24]。陸相淡水、微咸水湖相烴源巖和原油中芴（F）質量分數(shù)較高，沼澤相煤和煤成油中氧芴（OF）質量分數(shù)高，鹽湖相、海相碳酸鹽巖烴源巖及原油硫芴（SF）質量分數(shù)高[4]，但對于過渡環(huán)境其應用效果卻不太顯著。而采用m（∑SF）/m［∑（F+SF）］系列和m（∑OF）/ m［∑（F+OF）］系列的相關關系，可以較好地區(qū)分一些過渡性環(huán)境[23]。春光區(qū)塊原油樣品中，Ⅰ類原油和Ⅱ類原油芳烴中二苯并噻吩（DBT）和二苯并呋喃（DBF）的比值m（DBT）/m（DBF）均小于1，說明Ⅰ類原油和Ⅱ類原油所處環(huán)境偏氧化。Ⅲ類原油m（DBT）/ m（DBF）大于1，表明Ⅲ類原油所處環(huán)境偏還原。用m（∑SF）/m［∑（F+SF）］和m（∑OF）/m［∑（F+OF）］的相關關系得出的結論與其相吻合，表征總體還是陸相成油環(huán)境（圖5）。

二苯并噻吩與菲的質量比m（DBT）/m（P）是一個沉積環(huán)境參數(shù)，可以表征生油母質的沉積環(huán)境，在強還原環(huán)境尤其是海相碳酸鹽地層中，此參數(shù)大于1.0，湖相沉積此參數(shù)小于1.0[11，25]。春光區(qū)塊沙灣組原油此參數(shù)小于1.0，因此，其原油母質處于湖相沉積環(huán)境。

二苯并噻吩隨著埋深增大，熱穩(wěn)定性高的4-MD?BT質量分數(shù)相對增加，而穩(wěn)定性較差的1-MDBT質量分數(shù)相對降低，因此，m（4-MDBT）/m（1-MDBT）的值隨著成熟度的增加而增大[13，22]。常用的二苯并噻吩類成熟度參數(shù)有m（4-MDBT）/m（1-MDBT）和m（4，6-DMDBT）/m（1，4-DMDBT）。文獻［26］認為，烷基二苯并噻吩類參數(shù)兼具表征有機質成熟度及油氣運移的屬性，可以作為示蹤油藏充注方向與途徑的有效參數(shù)。春光區(qū)塊沙灣組原油中，ⅠA類原油m（4-MDBT）/m （1-MDBT）為4.19～4.94，ⅠB類原油為6.90～8.26，Ⅱ類原油為2.11～5.53，Ⅲ類原油為0.35～2.62，隨著運移距離的增加，m（4-MDBT）/m（1-MDBT）應減小。ⅠA類原油與ⅠB類原油其值趨勢與RPN的趨勢相同，再一次證實ⅠA類原油和ⅠB類原油來源不同。

圖5　春光區(qū)塊沙灣組原油芳烴中化合物相關關系

2.5三芳甾烷系列化合物特征

三芳甾烷（TAS）是單芳甾烷（AS）受熱后再次芳構化的產物[13，22]。三芳甾烷比單芳甾烷指數(shù)更靈敏，三芳甾烷參數(shù)適用于烴源巖和原油的成熟高峰到晚成熟階段[2]。三芳甾烷的形成與沉積環(huán)境關系密切，富含鈣質的高鹽強還原環(huán)境有利于三芳甾烷的形成[12，25]。沉積物中的三芳甾烷都是由生物中甾烯醇和甾烷醇轉化而來的，因此，三芳甾烷的成油母質為菌藻類。三芳甾烷抗生物降解能力強，隨著原油生物降解程度的增加，三芳甾烷相對質量分數(shù)增大。

從各類原油三芳甾烷的分布，再次說明ⅠA類原油與ⅠB類原油來源不同，表明ⅠA類原油成油環(huán)境相對于ⅠB類原油較還原，成油母質中菌藻類質量分數(shù)相對較高。m（C2720R-TAS）/m（C2820R-TAS）可以用于反映烴源巖有機母質的參數(shù)[22]，因此，可以用m（C2720R-TAS）/m（C2820R-TAS）與m（C2620S-TAS）/ m（C2820S-TAS）的相關性來進行原油分類和油源對比，較好地區(qū)分春光區(qū)塊沙灣組原油（圖6）。

圖6　春光區(qū)塊沙灣組原油三芳甾烷的分布

三芳甾烷研究有機質熱演化程度的指標較多，本文采用m（C2820S-TAS）/m［C28（20S+20R）-TAS］反映原油的成熟度變化。春光區(qū)塊沙灣組原油中，ⅠA類原油m（C2820S-TAS）/m［C28（20S+20R）-TAS］為0.52～ 0.54，ⅠB類原油為0.51～0.53，Ⅱ類原油為0.55～0.62，Ⅲ類原油為0.55～0.58，表明研究區(qū)原油的熱演化程度差別不大，處于成熟階段。ⅠA類原油與ⅠB類原油成熟度相近，Ⅱ類原油和Ⅲ類原油成熟度相對Ⅰ類原油較高。

3　結論

（1）春光區(qū)塊沙灣組原油芳烴TIC圖為前峰型，表明原油具有高成熟特征。m（C2820S-TAS）/m［C28（20S+20R）-TAS］為生物降解原油成熟度參數(shù)，其值反映春光區(qū)塊沙灣組原油處于成熟階段。具體為ⅠA類原油與ⅠB類原油成熟度相近，Ⅱ類原油和Ⅲ類原油成熟度相對Ⅰ類原油較高。

等典型高等植物生源化合物的檢測，表明其成油母質有高等植物輸入的貢獻，但3大類4小類原油的成油母質有所差別，Ⅲ類原油母質中高等植物輸入的貢獻相較于Ⅰ類原油和Ⅱ類原油較高，ⅠA類原油相對于ⅠB類原油成油母質中菌藻類含量相對較高。ⅠA類原油和Ⅱ類原油來源以四棵樹凹陷烴源巖為主，ⅠB類原油與Ⅲ類原油來源以昌吉凹陷烴源巖為主。

（3）m（1，2，5-TMN）/m（1，3，6，-TMN），m（惹烯）/ m（菲），m（DBT）/m（P），三芴系列及三芳甾烷系列化合物結果表明春光區(qū)塊原油形成于陸相成油環(huán)境。ⅠA類原油成油環(huán)境相對于ⅠB類原油較還原，Ⅲ類原油相較于Ⅰ類原油和Ⅱ類原油沉積環(huán)境偏還原。

（4）五甲基萘指數(shù)與m（4-MDBT）/m（1-MDBT）2個參數(shù)可以很好地反映春光區(qū)塊沙灣組原油充注運移方向，并進一步說明ⅠA類原油和ⅠB類原油來源不同。春光區(qū)塊沙灣組油氣充注方向有2個，即西南方向和東南方向。ⅠA類原油和ⅠB類原油分布距離供烴區(qū)較近；Ⅱ類原油和Ⅲ類原油距離供烴區(qū)較遠，為2個來源，屬混源油。

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（編輯顧新元）

Geochemical Characteristics of Aromatic Hydrocarbons in Crude Oil of Shawan Formation in Chunguang Block,Northwestern Margin of Junggar Basin

YIN Qina,b,YAN Yongxina,WANG Yonga,JIA Xiuronga,JI Tiantiana,MA Rongfanga
(Sinopec Henan Oilfield Company,a.Research Institute of Exploration and Development,Zhengzhou,Henan 450018,China;b.Postdoctoral Work Station,Nanyang,Henan 473132,China)

Abstract:In order to ascertain the oil?gas origin in Chepaizi area in northwestern margin of Junggar basin,this paper studied the 40 crude oil samples from the Miocene Shawan formation in Chunguang block of this basin using GC?MS analysis,and presented the distributions and compositions of aromatic hydrocarbons biomarker,as well as their geological and geochemical implications.There are abundant aromat?ic hydrocarbons detected in Shawan crude oil,which can be regarded as important basis for judgement of the organic matter maturity,kero?gen type,hydrocarbon charge and migration direction.The study shows that the Shawan crude oil is in mature stage,formed in continental oil environment,and its kerogen contains a certain extent of imput higher plants,and there exist some defferences among them for different types of crude oils.According to the ratio index and m(4?MDBT)/m(1?MDBT),the Shawan crude oil in this area is originated from WS to ES directions,and characterized by that the light crude is close to hydrocarbon source area,with single oil source;the intermediate and heavy oils are relatively far from it,the former is mixed oil,the latter is highly degraded one.

Keywords:Junggar basin;Chunguangblock;Shawan formation;biomarker;biodegradation;aromatic hydrocarbon;hydrocarbon migration

作者簡介：尹琴（1985-），女，四川仁壽人，博士，油氣和有機地球化學，（Tel）0371-56530530（E-mail）yinqin8505@126.com

收稿日期：2015-10-28

修訂日期：2016-01-03

文章編號：1001-3873（2016）02-0138-07

DOI：10.7657/XJPG20160203

中圖分類號：TE112.113

文獻標識碼：A