柴達(dá)木盆地西部原油地球化學(xué)特征對(duì)比

包建平，朱翠山，汪立群

（1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊州434023；

2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司青海油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅敦煌736200）

柴達(dá)木盆地西部原油地球化學(xué)特征對(duì)比

包建平1，朱翠山1，汪立群2

（1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北荊州434023；

2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司青海油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅敦煌736200）

柴達(dá)木盆地西部地區(qū)各油田所產(chǎn)原油在成因上大多屬咸水湖相，因而具有咸水湖相成因原油某些共同的地球化學(xué)特征，如低的姥植比和正構(gòu)烷烴的偶碳優(yōu)勢(shì)等。對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，柴西南區(qū)所產(chǎn)原油在正構(gòu)烷烴系列分布特征上基本都具有n C37優(yōu)勢(shì)、姥植比相對(duì)較低且伽馬蠟烷含量豐富，而柴西北區(qū)所產(chǎn)原油則在正構(gòu)烷烴系列分布特征上大多沒(méi)有n C37優(yōu)勢(shì)、姥植比相對(duì)偏高且伽馬蠟烷含量明顯偏低，這表明柴西南區(qū)與北區(qū)的原油其烴源巖具有不同的地球化學(xué)特征。依據(jù)原油中的n C37優(yōu)勢(shì)與姥植比之間負(fù)相關(guān)、與伽馬蠟烷指數(shù)之間正相關(guān)這一現(xiàn)象，推測(cè)原油中正構(gòu)烷烴系列的n C37優(yōu)勢(shì)主要受控于沉積環(huán)境的性質(zhì)，高鹽度和強(qiáng)還原的沉積環(huán)境是導(dǎo)致原油中出現(xiàn)n C37優(yōu)勢(shì)的主要地球化學(xué)因素。

正構(gòu)烷烴；伽馬蠟烷；姥植比；沉積環(huán)境；原油；柴達(dá)木盆地西部

柴達(dá)木盆地位于青藏高原西北部，是在前震旦紀(jì)結(jié)晶基底上形成的由不同階段、不同類型盆地疊加起來(lái)的復(fù)合型盆地。柴達(dá)木盆地西部面積約40 000 km2，其第三紀(jì)屬于咸水湖相沉積，發(fā)育有優(yōu)質(zhì)咸水湖相烴源巖，在巖性上大多屬于灰質(zhì)泥巖或泥灰?guī)r，并生成了大量的油氣，目前它是柴達(dá)木盆地的主要產(chǎn)油氣區(qū)。經(jīng)過(guò)幾十年的勘探，目前在柴西地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了十多個(gè)油氣田，它們分布在尕斯庫(kù)勒、躍進(jìn)、砂西、花土溝、獅子溝、游園溝、油砂山、烏南、紅柳泉、七個(gè)泉、咸水泉、油泉子、南翼山、尖頂山和開(kāi)特米里克等地區(qū)。咸水湖相這一特定的沉積環(huán)境和在該環(huán)境條件下孕育的特殊烴源巖及由此烴源巖生成的油氣一直是有機(jī)地球化學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，并引起了國(guó)內(nèi)眾多研究者的興趣[1～10]。

鏈烷烴系列是原油和烴源巖飽和烴餾份中的優(yōu)勢(shì)組分，主要包括正構(gòu)烷烴系列、單甲基取代烷烴系列和類異戊二烯烷烴系列。其間隱含著豐富的地球化學(xué)信息，在油氣地球化學(xué)研究中具有特定意義[9～12]。本文在對(duì)柴西地區(qū)第三系咸水湖相原油的分析研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)不同構(gòu)造單元上的原油在鏈烷烴系列的分布與組成特征上存在某些特有的現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象的存在可能暗示著柴西地區(qū)第三紀(jì)沉積時(shí)期烴源巖形成環(huán)境的性質(zhì)包括古鹽度和氧化還原性是不同，而且不同構(gòu)造單元的原油可能來(lái)源于不同的烴源巖。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)

盡管柴西地區(qū)油氣田的規(guī)模不是很大，但油氣田的數(shù)量眾多。圖1展示了該地區(qū)主要油氣田的平面分布特征。在長(zhǎng)期的勘探與研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)柴西地區(qū)原油在平面上是存在差異的，一般以英雄嶺為界（圖1中的虛線）把柴西地區(qū)分成柴西南區(qū)和柴西北區(qū)兩個(gè)單元。本文所研究的70余個(gè)原油樣品分別采自這兩個(gè)地區(qū)，其中柴西南區(qū)有40余個(gè)原油樣品，而柴西北區(qū)有30余個(gè)原油樣品，其平面分布特征涵蓋了兩個(gè)地區(qū)的所有油氣田，所以它們具有較好的代表性。

圖1 柴西地區(qū)油氣平面分布特征Fig.1 Planar distribution of oil and gas in the western Qaidam Basin

用正己烷沉淀原油中的瀝青質(zhì)，再采用硅膠/氧化鋁柱色層分離法，把脫瀝青質(zhì)原油分成飽和烴、芳烴和非烴。

飽和烴色譜質(zhì)譜分析：儀器為惠普公司5890臺(tái)式質(zhì)譜儀，色譜柱為HP-5ms石英彈性毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm×0.25μm），升溫程序：50℃恒溫2 min，從50℃至100℃的升溫速率為20℃/min，100℃至310℃的升溫速率為3℃/min，310℃恒溫15.5 min。進(jìn)樣器溫度300℃，載氣為氦氣，流速為1.04 mL/min，掃描范圍為50～550 u。檢測(cè)方式為全掃描：電離能量為70 eV，離子源溫度230℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 正構(gòu)烷烴系列分布與組成特征

在沒(méi)有遭受生物降解作用改造的情況下，正構(gòu)烷烷烴系列無(wú)疑是原油中的主要組成部分，而且其分布與組成特征可以提供有關(guān)有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度及烴源巖形成的沉積環(huán)境的性質(zhì)等地球化學(xué)信息。在一般的地質(zhì)樣品中，正構(gòu)烷烴系列主要有兩種分布模式：其一是奇碳數(shù)優(yōu)勢(shì)，一般指示著陸源有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)和低的成熟度[13]；其二是偶碳數(shù)優(yōu)勢(shì)，常出現(xiàn)在C20—C30范圍內(nèi)，與咸水沉積環(huán)境和碳酸鹽巖有關(guān)[14]。

柴西地區(qū)的原油，無(wú)論是產(chǎn)自南區(qū)還是北區(qū)，其正構(gòu)烷烴系列大多具有一定的偶碳優(yōu)勢(shì)，其CPI（正構(gòu)烷烴碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)）值基本都小于1.0，具偶碳優(yōu)勢(shì)的正構(gòu)烷烴主要介于n C20-n C28之間（圖2），顯示出咸水湖相的沉積特征。朱揚(yáng)明等[9]的研究發(fā)現(xiàn)柴西地區(qū)第三系咸水湖相沉積中，深湖相烴源巖在n C18—n C28之間具有明顯的偶碳優(yōu)勢(shì)，C28以上正構(gòu)烷烴系列則沒(méi)有碳數(shù)優(yōu)勢(shì)，而濱淺湖相的烴源巖在整個(gè)碳數(shù)范圍內(nèi)則具有明顯的奇碳優(yōu)勢(shì)，而介于兩者之間的過(guò)渡相帶的烴源巖則呈現(xiàn)出偶碳優(yōu)勢(shì)和奇碳優(yōu)勢(shì)并存的格局。柴西地區(qū)原油正構(gòu)烷烴系列中偶碳優(yōu)勢(shì)的普遍存在暗示著深湖相烴源巖是主力烴源巖。

圖2 柴西南區(qū)與柴西北區(qū)原油中鏈烷烴系列分布特征Fig.2 Distribution of alkane series in crude samPles from the north and south Parts of the western Qaidam Basin

除了上述偶碳數(shù)優(yōu)勢(shì)的特征外，柴達(dá)木盆地西部不同地區(qū)所產(chǎn)原油在正構(gòu)烷烴系列的高碳數(shù)部分的分布特征上存在著明顯差異。正常情況下，原油或成熟烴源巖中C30以上的正構(gòu)烷烴其相對(duì)豐度呈現(xiàn)出隨碳數(shù)增加而逐漸下降的變化趨勢(shì)。但對(duì)于柴西地區(qū)的原油而言，柴西南區(qū)與柴西北區(qū)原油則呈現(xiàn)出不同的現(xiàn)象（圖2），產(chǎn)自柴西南區(qū)的原油在正構(gòu)烷烴的高碳部分呈現(xiàn)出n C37的優(yōu)勢(shì)，其相對(duì)豐度明顯高于相鄰的n C36和n C38，而產(chǎn)自柴西北區(qū)的原油則大多沒(méi)有這一特征，其相對(duì)豐度呈現(xiàn)出隨碳數(shù)增加而下降的現(xiàn)象。

為了考察柴西不同地區(qū)原油正構(gòu)烷烴系列中n C37優(yōu)勢(shì)程度，我們選擇了n C37/n C36比值作為衡量指標(biāo)來(lái)進(jìn)行對(duì)比，因?yàn)檎Ｇ闆r下原油中n C36的相對(duì)豐度應(yīng)該小于n C37，因此該比值會(huì)小于1.0。但統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，柴西南區(qū)除了個(gè)別遭受輕微生物降解作用的原油外，所有其他原油中n C37/n C36比值基本都大于1.0，且大多數(shù)原油中該比值大于1.2，最高者可達(dá)近1.8；而在柴西北區(qū)絕大多數(shù)原油中該比值小于1.0，只有南翼山和咸水泉油田的部分原油中該比值大于1.0，但都小于1.1，明顯低于柴西南區(qū)的原油（圖3），這一現(xiàn)象暗示著柴西南區(qū)與柴西北區(qū)的原油在成因與來(lái)源上可能是存在差異的，這可能與烴源巖形成的沉積環(huán)境的性質(zhì)有關(guān)。

在對(duì)柴西地區(qū)第三系咸水湖相烴源巖的分析研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，柴西南區(qū)古近系下干柴溝組部分烴源巖中的正構(gòu)烷烴系列在高碳數(shù)部分也呈現(xiàn)出明顯的n C37優(yōu)勢(shì)，在這些烴源巖中正構(gòu)烷烴系列的偶碳優(yōu)勢(shì)也較為明顯（圖4），而柴西北區(qū)相同層位的烴源巖中其正構(gòu)烷烴系列不但沒(méi)有明顯的偶碳優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在高碳數(shù)部分也沒(méi)有出現(xiàn)n C37的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象。不同地區(qū)相同層位烴源巖在正構(gòu)烷烴系列分布特征上的差異可能反映出同一沉積時(shí)期不同構(gòu)造單元的沉積環(huán)境的性質(zhì)如古鹽度和氧化還原性是存在差異的，那么在與此古沉積環(huán)境相關(guān)聯(lián)的古生態(tài)條件下可能發(fā)育有不同的古生物群落，可以預(yù)料由這些具有不同地球化學(xué)特征的烴源巖所生成的原油肯定也會(huì)繼承各自烴源巖的特征。

由此可見(jiàn)，柴西南區(qū)和柴西北區(qū)原油中正構(gòu)烷烴系列所呈現(xiàn)出的不同分布特征不是一個(gè)偶然現(xiàn)象，而是由不同地區(qū)發(fā)育的烴源巖的地球化學(xué)特征決定的。烴源巖的地球化學(xué)特征無(wú)疑受控于沉積環(huán)境，據(jù)此可以認(rèn)為柴西南區(qū)和柴西北區(qū)的原油來(lái)源于不同的烴源巖，而這些不同的烴源巖可能形成于不同的沉積凹陷，且這些不同的沉積凹陷發(fā)育的烴源巖是在不同的沉積條件下形成的。換言之，烴源巖的性質(zhì)是控制柴西地區(qū)原油中正構(gòu)烷烴系列分布特征的內(nèi)在地質(zhì)-地球化學(xué)因素。

圖4 柴達(dá)木盆地西部不同地區(qū)下干柴溝組烴源巖中鏈烷烴系列分布特征Fig.4 Distribution of alkane series in source rocks of the Lower Ganchaigou Formation in different Parts of the western Qaidam Basin

2.2 類異戊二烯烷烴系列組成特征

在咸水湖相環(huán)境沉積的烴源巖和由此烴源巖生成的原油中，植烷系列在相對(duì)豐度上是僅次于正構(gòu)烷烴系列的優(yōu)勢(shì)組成，?？梢蕴峁┰S多特定的地球化學(xué)信息。如姥植比（Pr/Ph）可以反映沉積環(huán)境的氧化還原性[15]，而在咸水這一特定的古環(huán)境條件下，強(qiáng)的植烷優(yōu)勢(shì)可能指示著某些古細(xì)菌如噬鹽菌等的貢獻(xiàn)[16]。

分析結(jié)果表明，柴西南區(qū)與柴西北區(qū)的原油在植烷系列組成特征上存在明顯差異。柴西南區(qū)原油呈現(xiàn)出強(qiáng)的植烷優(yōu)勢(shì)，其姥植比不但低，而且數(shù)值的分布較為集中，介于0.2～0.4；柴西北區(qū)原油盡管也呈現(xiàn)出植烷優(yōu)勢(shì)，但強(qiáng)度相對(duì)較低，其姥植比明顯高于柴西南區(qū)原油，且數(shù)值較為分散，分布范圍介于0.2～0.8。兩地區(qū)原油在姥植比組成特征上的差異是顯而易見(jiàn)的。由于姥植比不但受控于沉積環(huán)境的還原性，而且在咸水環(huán)境中還與某些特殊的古細(xì)菌或微生物有關(guān)，那么柴西南區(qū)與柴西北區(qū)所產(chǎn)原油在姥植比上的差異一方面反映前者的烴源巖沉積時(shí)古環(huán)境的鹽度更高，還原性更強(qiáng)，適宜在該條件下發(fā)育的古細(xì)菌的貢獻(xiàn)更大，而后者的烴源巖則可能形成于古鹽度相對(duì)較低，還原性相對(duì)較弱，且古細(xì)菌不甚發(fā)育的沉積環(huán)境?？梢?jiàn)，烴源巖形成的沉積環(huán)境的性質(zhì)和由該環(huán)境決定的古生態(tài)條件是影響原油姥植比大小的主要控制因素，即它是沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)生源構(gòu)成綜合作用的結(jié)果。

2.3 伽馬蠟烷含量

伽馬蠟烷是一類來(lái)源于原生動(dòng)物[17]，相對(duì)豐度可以指示沉積環(huán)境古鹽度高低的生物標(biāo)志物[18]。伽馬蠟烷指數(shù)（指伽馬蠟烷與C30藿烷的比值）是反映地質(zhì)樣品中伽馬蠟烷的相對(duì)含量，同時(shí)也是目前最常用的反映沉積環(huán)境古鹽度的分子地球化學(xué)參數(shù)。

柴西地區(qū)第三系屬于典型的咸水湖相沉積，所形成的烴源巖在巖性上大多屬于灰質(zhì)泥巖或泥灰?guī)r，表明它們屬于咸水條件下的產(chǎn)物，因而所產(chǎn)原油大多打上這一烙印。柴西地區(qū)飽和烴餾分色譜質(zhì)譜分析結(jié)果表明，伽馬蠟烷是這些原油中重要的特征性生物標(biāo)志物，含量相對(duì)較高，這與其咸水湖相的沉積背景是一致的。但統(tǒng)計(jì)分析以后發(fā)現(xiàn)，柴西南區(qū)所產(chǎn)原油中伽馬蠟烷的含量明顯偏高，其伽馬蠟烷指數(shù)基本都大于0.6，大多數(shù)原油樣品中該比值為0.6～1.2，部分原油樣品大于1.5，顯示出高伽馬蠟烷的特征，這與江漢鹽湖盆地所產(chǎn)原油的地球化學(xué)特征較為相似[6]。而柴西北區(qū)原油的伽馬蠟烷含量明顯偏低，伽馬蠟烷指數(shù)基本都小于0.6，只有少數(shù)大于0.6，但均小于1.0，顯示出中伽馬蠟烷的特征。如果說(shuō)原油中伽馬蠟烷含量的高低是受烴源巖沉積時(shí)期古環(huán)境鹽度決定的，可以認(rèn)為柴西南區(qū)烴源巖沉積時(shí)的古鹽度明顯高于柴西北區(qū)烴源巖沉積時(shí)的古鹽度。換言之，柴西南區(qū)和柴西北區(qū)原油在伽馬蠟烷含量上的差異反映了各自的烴源巖沉積時(shí)古環(huán)境鹽度的不同，沉積環(huán)境的古鹽度是控制原油中伽馬蠟烷含量的內(nèi)在因素。

2.4 正構(gòu)烷烴中n C37優(yōu)勢(shì)與沉積環(huán)境的關(guān)系

柴達(dá)木盆地西部不同地區(qū)原油在正構(gòu)烷烴系列分布特征上呈現(xiàn)出明顯的區(qū)別，那么導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是什么呢？

如果把柴西南區(qū)與柴西北區(qū)原油中正構(gòu)烷烴系列n C37的優(yōu)勢(shì)與姥植比和伽馬蠟烷指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，n C37優(yōu)勢(shì)與姥植比之間存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與伽馬蠟烷指數(shù)間則存在明顯的正相關(guān)性（圖5），即具有明顯n C37優(yōu)勢(shì)的柴西南區(qū)原油中，植烷優(yōu)勢(shì)十分強(qiáng)烈，伽馬蠟烷含量高，結(jié)果導(dǎo)致了低姥植比和高伽馬蠟烷指數(shù)。而在幾乎沒(méi)有n C37優(yōu)勢(shì)的柴西北區(qū)原油中，植烷優(yōu)勢(shì)相對(duì)較弱，伽馬蠟烷含量明顯偏低，因而具有相對(duì)偏高的姥植比和較低的伽馬蠟烷指數(shù)。這一現(xiàn)象揭示出原油中n C37優(yōu)勢(shì)可能與相應(yīng)烴源巖沉積時(shí)沉積環(huán)境的還原性和古鹽度有關(guān)，即古鹽度高和還原性強(qiáng)的沉積環(huán)境有利于某些特定的、能適宜這一沉積環(huán)境并能提供異常豐富n C37的生物先質(zhì)的特殊生物的生長(zhǎng)發(fā)育，那么在這樣的沉積環(huán)境中形成的烴源巖就具備形成n C37優(yōu)勢(shì)的先決條件，這樣的烴源巖所生成的原油就烙上了n C37優(yōu)勢(shì)的印記；而在古鹽度偏低和還原性相對(duì)偏弱的沉積環(huán)境中，可能不利于那些能提供異常豐富n C37的生物先質(zhì)的特殊生物的生長(zhǎng)發(fā)育，那么此時(shí)形成的烴源巖就不具備產(chǎn)生n C37優(yōu)勢(shì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，顯然這樣的烴源巖所生成的原油也就不可能出現(xiàn)n C37優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象。

由此可見(jiàn)，柴西南區(qū)與柴西北區(qū)原油在正構(gòu)烷烴系列分布與組成特征上的差異是由烴源巖形成的沉積環(huán)境性質(zhì)決定的，而沉積環(huán)境的古鹽度和還原性是導(dǎo)致這一差異的直接原因。因此，根據(jù)柴西地區(qū)原油正構(gòu)烷烴系列是否存在n C37優(yōu)勢(shì)及其程度可以判斷相應(yīng)烴源巖沉積時(shí)環(huán)境古鹽度的高低和還原性的強(qiáng)弱。

3 結(jié)論

盡管柴達(dá)木盆地西部地區(qū)各油田所產(chǎn)原油基本都屬咸水湖相成因，且具有咸水湖相成因原油某些共同的地球化學(xué)特征，如低的姥植比和正構(gòu)烷烴的偶碳優(yōu)勢(shì)等。但通過(guò)系統(tǒng)的分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)油田所產(chǎn)原油在生物標(biāo)志物分布與組成特征上還是存在明顯的差異。主要表現(xiàn)為：柴西南區(qū)所產(chǎn)原油在正構(gòu)烷烴系列分布特征上基本都具有n C37的優(yōu)勢(shì)、姥植比相對(duì)較低，且伽馬蠟烷豐富，而柴西北區(qū)所產(chǎn)原油則在正構(gòu)烷烴系列分布特征上大多沒(méi)有n C37的優(yōu)勢(shì)、姥植比相對(duì)偏高和伽馬蠟烷含量明顯偏低。由此表明柴西南區(qū)與北區(qū)的原油其烴源巖具有不同的地球化學(xué)特征。

依據(jù)原油中正構(gòu)烷烴系列中n C37的優(yōu)勢(shì)與表征沉積環(huán)境還原性強(qiáng)弱的姥植比之間負(fù)相關(guān)，而與表征沉積環(huán)境水體古高低的伽馬蠟烷指數(shù)之間正相關(guān)這一現(xiàn)象，推測(cè)原油中正構(gòu)烷烴系列的n C37優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象主要受控于沉積環(huán)境的性質(zhì)，高鹽度和強(qiáng)還原的沉積環(huán)境是導(dǎo)致原油中出現(xiàn)n C37優(yōu)勢(shì)的主要地球化學(xué)因素。

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（編輯 高 巖）

Geochem ical characteristic com parison of crude oil sam ples from the western Qaidam Basin

Bao JianPing1，Zhu Cuishan1and Wang Liqun2

（1.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，Yangtze University，Jingzhou，Hubei434023，China； 2.Petroleum Exploration＆Development Research Institute，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang，Gansu 736202，China）

Crude oils Produced from the oilfields in western Qaidam Basin are sourced from saline lacustrine facies，thus they share certain geochemical characteristics such as lower Pr/Ph ratio and Predominance of even carbon in normal alkanes.However，a comParison of the samPles from the south and north Parts of the western basin reveals that crude samPles from the south Part feature in an obvious n C37Predominance in normal alkanes，lower Pr/Ph ratio and high gammarcerane index，while those from the north Part has no n C37Predominance in normal alkanes，but higher Pr/Ph ratio and lower gammacerane index，indicating differences in geochemical characteristics of the source rocks between the two Parts of the basin.It is noted that a negative correlation between n C37Predominance and Pr/Ph ratio，and a Positive correlation between n C37Predominance and gammacerance index could mean that the n C37Predominance be related to the nature of dePositional environmentand that a strongly reduced and highly saline environment is themain factor causing an obvious n C37Predominance in the crude samPles.

normal alkane，gammacerane，Pr/Ph ratio，dePositional environment，crude oil，western Qaidam Basin

TE122.1

A

0253-9985（2010）03-0353-07

2010-04-19。

包建平（1962—），男，博士、教授，油氣地質(zhì)與油氣地球化學(xué)。

國(guó)家“十五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（2004BA616A02-04-01-01）。