塔北隆起雅克拉油氣田原油成因特征①

李洪波 王鐵冠 李美俊 陳金燕

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 102249;2.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;3.長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)系 湖北荊州 434023)

0 引言

塔北隆起北緣一直被認(rèn)為是南、北海陸相油氣的雙重匯聚的有利地區(qū)［1］，具有多油氣源、多含油氣層位的特點(diǎn)，目前已發(fā)現(xiàn)八個(gè)含油氣層位(Z、∈、O、J1、K1y、K1b、K1bs和 E3s)。以往研究認(rèn)為，塔北隆起北緣亞南斷裂一側(cè)的東段原油為煤成油，中—西段為湖相油［2，3］。雖然雅克拉油氣田原油的地球化學(xué)研究已有報(bào)道，但僅僅局限于白堊系原油［4］。因此，對(duì)于該地區(qū)八大主要含油氣層位原油的垂向成因分布特征鮮見(jiàn)報(bào)道。另外，已有研究指出，雅克拉油氣田臨近的牙哈構(gòu)造帶上，同一單井不同含油氣層位原油成因差異明顯，比如YH3井E原油具有陸相油特征，而J和O原油呈現(xiàn)海相油特征［5］，縱向上油氣分布的復(fù)雜性可見(jiàn)一斑?；诖?，本文選取塔北隆起北緣雅克拉油氣田五套含油氣層位(Z、∈、O、J1、K1y)原油進(jìn)行原油輕、中、重分子組合特征與碳同位素組成剖析，揭示五套油氣層中原油地球化學(xué)特征，進(jìn)行油—油對(duì)比，判識(shí)原油的成因類(lèi)型特征。雅克拉油氣田多層位、多物性特征原油成因特征的研究，可為認(rèn)識(shí)其垂向上原油分布規(guī)律與成藏特征提供有利的地質(zhì)—地球化學(xué)信息。

1 地質(zhì)概況

雅克拉油氣田位于雅克拉構(gòu)造帶上，南鄰輪臺(tái)斷裂呈近北東向展布(圖1)。雅克拉構(gòu)造帶為塔北隆起雅克拉斷凸上的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，是在前中生界背沖侵蝕斷塊殘丘基礎(chǔ)上，接受中、新生代沉積，進(jìn)而形成的一個(gè)復(fù)合型構(gòu)造單元。中生界背斜構(gòu)造走向與輪臺(tái)斷裂基本平行，北翼傾角平緩，南翼稍陡。1984年9月SC2井鉆至奧陶系，井深5 391.18 m時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈井噴，由此發(fā)現(xiàn)了奧陶系凝析油氣藏。雅克拉油氣田分別在下白堊統(tǒng)K1y亞格列木組、下侏羅統(tǒng)、奧陶系、寒武系及震旦系等層位試獲工業(yè)油氣流，主要為凝析油氣，原油密度主要位于0.780 1～0.822 9 g/cm3，從而證明雅克拉凝析油氣田為一多油氣層、多類(lèi)型的復(fù)合型凝析油氣田。

2 實(shí)驗(yàn)條件與方法

全油與飽和烴色譜分析:儀器為 Agilent 6890GC，色譜柱為 HP—5MS，30 m ×0.25 mm ×0.25 μm，載氣為高純氦氣(99.999%)。以 1ml/min的載氣流速，從100℃開(kāi)始程序升溫，以 4℃/min升至300℃，然后保持12 min，利用FID檢測(cè)。

飽和烴和芳烴色譜—質(zhì)譜分析:儀器為Agilent 6890GC/5975iMS，色譜柱為 HP—5MS，60 m × 0.25 mm ×0.25 μm，載氣為高純氦氣(99.999%)。以 1 ml/min的載氣流速，初始爐溫80℃保持1min，開(kāi)始程序升溫，以3℃/min升至310℃，恒定16 min。離子化方式為EI，70eV，數(shù)據(jù)采集方式為全掃描/多離子(SCAN/SIM)。

圖1 雅克拉油氣田平面位置示意圖Fig.1 Geographic location of Yakela oilfield

原油輕烴單體烴穩(wěn)定碳同位素分析:儀器為Agilent 6890N色譜與Finngen—MAT252質(zhì)譜儀，色譜柱為 HP—PONA，50 m ×0.20 mm ×0.5 μm;升溫程序?yàn)?5℃保持20 min，以1℃/min升至 60℃，保持5 min，然后以10℃/min升至300℃，保持2 min;全油進(jìn)樣，溶解分離樣品的試劑為 CCl4;進(jìn)樣口溫度為220℃，氧化爐溫850℃，分析精度在0.2‰以?xún)?nèi)，δ13C值輸出標(biāo)準(zhǔn)為V—PDB。

原油與族組分碳同位素組成分析:檢測(cè)儀器Finngen—MAT252質(zhì)譜儀。溶解分離樣品的試劑為CCl4，置于800℃條件下燃燒，然后在250℃條件下還原后，液氮冷卻。測(cè)定的穩(wěn)定碳同位素組成誤差范圍為±0.1‰。δ13C值輸出標(biāo)準(zhǔn)為V—PDB。

3 結(jié)果與討論

3.1 輕烴組成

雅克拉油氣田原油主要以凝析油與輕質(zhì)油為主，輕烴為其重要組成部分。因此，輕烴組成研究對(duì)于雅克拉構(gòu)造原油地球化學(xué)研究尤為重要，筆者試從輕烴化合物組成與單體烴碳同位素兩方面進(jìn)行研究。

Thompson提出的原油輕烴庚烷值(H)和異庚烷值(I)在國(guó)內(nèi)外研究中取得了良好的應(yīng)用效果［6，7］。雅克拉構(gòu)造原油H和I分布如圖2所示，下白堊統(tǒng)K1y亞格列木組原油與Z、∈、O、J1原油均位于脂肪線(xiàn)之上，與庫(kù)車(chē)陸相原油差異明顯［8］，表現(xiàn)出海相原油的特征，且不同層位原油具有非常一致的分布特征。

圖2 雅克拉油氣田原油輕烴H和I值變化趨勢(shì)圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)［7］)Fig.2 Trend chart of H and I index of light hydrocarbons in crude oils from Yakela oilfield(after Thompson，1979)

原油輕烴化合物中，甲基環(huán)己烷具有明顯的生源意義，胡惕麟等提出了甲基環(huán)己烷指數(shù)IMCYC6，作為區(qū)分不同母質(zhì)類(lèi)型原油的標(biāo)志［9］。在對(duì)塔里木盆地不同成因類(lèi)型原油的統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)之上，張敏等認(rèn)為［5］，一般海相油IMCYC6值15%～35% ±2%，湖相油35%～65% ±2%，煤成油＞65%。雅克拉各層位原油IMCYC6主要位于31%～38%(表1)，同樣指示其為典型海相原油，且數(shù)值大小分布與層位分布無(wú)明顯規(guī)律。圖3顯示了雅克拉油氣田輕烴部分單體烴碳同位素變化特征，可以發(fā)現(xiàn)，位于淺層 K1y的原油(YK9X井、YK5H井、YK6H井、YK10井和 S8井原油)單體烴碳同位素組成較重，主要位于－29.5‰～－28.0‰，深層 J1、O、∈和 Z 的原油(S15 井、YK12井、YK7井、S4井和YK11原油)單體烴碳同位素組成較輕，主要位于－31.0‰～－29.5‰。為了探討雅克拉油氣田原油上述差異的原因，筆者選取了最具代表性的MCYC6碳同位素組成繪制了圖4，可以看出碳同位素值同成熟度參數(shù)Ts/(Ts+Tm)具有較好的相關(guān)性。另外，如果存在蒸發(fā)分餾過(guò)程，根據(jù)Dzou已有的研究來(lái)看［11］，淺層K1y較深層J1、O、∈和Z油藏應(yīng)該具有更輕的輕烴單體烴碳同位素組成。顯然，在圖3的碳同位素變化中并不存在這種特征。因此，推測(cè)雅克拉構(gòu)造原油之間的輕烴單體烴碳同位素組成差異可能主要受到成熟度的控制。

表1 雅克拉油氣田原油地球化學(xué)參數(shù)Table 1 Geochemical parameters of Crude oils in Yakela oilfield

圖3 雅克拉油氣田原油輕烴單體烴碳同位素組成變化Fig.3 Variation diagram of specific compound δ13C of light hydrocarbons in Yakela oilfield

張文正等對(duì)我國(guó)主要含油氣盆地原油輕烴單體烴碳同位素組成對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，雅克拉構(gòu)造SC2井奧陶系原油主要輕烴單體烴碳同位素位于－32.0‰～－29.0‰之間［12］，與本次雅克拉油氣田原油數(shù)據(jù)一致，暗示其非煤系、非混合成因的特點(diǎn)。結(jié)合張文正等人研究的我國(guó)其他盆地湖相油與煤成油輕烴單體烴碳同位素組成的分布特征［12］，可進(jìn)一步佐證雅克拉油氣田各層位原油為海相原油。

圖4 雅克拉油氣田原油MCYC6碳同位素值與Ts/(Ts+Tm)相關(guān)圖Fig.4 Correlation diagram of δ13CMCYC6and Ts/(Ts+Tm)of crude oils among Yakela oilfield

3.2 飽和烴與芳烴分子組成

正烷烴與類(lèi)異戊二烯烷烴分布可以較為宏觀地反映原油的分子組成特征。雅克拉油氣田各含油氣層位典型原油樣品正烷烴組成特征如圖5，正烷烴都呈現(xiàn)前峰型分布，輕重比 nC21－/nC22+介于3.0～5.0之間(表1)，淺層K1y與深層J1、O、∈和Z原油輕重比無(wú)明顯差異，僅僅淺層K1y正烷烴前峰型更偏向低碳數(shù)一些，這種特征可能正如前文所述，反映了原油成熟度的差異。雅克拉構(gòu)造原油姥植比(Pr/Ph)分布也較為接近，位于0.93～1.15之間(表1)。圖6雅克拉原油Ph/nC18與Pr/nC17變化圖揭示了雅克拉油氣田原油來(lái)源于Ⅰ或Ⅱ型有機(jī)質(zhì)且偏還原沉積環(huán)境的烴源巖，結(jié)合輕烴組成特征更進(jìn)一步暗示雅克拉原油可能為海相油。

圖5中雅克拉油氣田不同層位原油的萜烷分布特征揭示了淺層與深層原油非常一致的萜烷化合物分布特征。王鐵冠等將C21和C23三環(huán)萜烷的分布作為塔里木盆地來(lái)源于上奧陶統(tǒng)烴源層原油的典型特征②王鐵冠，何發(fā)岐，王春江，等.塔河油田奧陶系油氣成茂地球化學(xué)研究.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，2003。圖5呈現(xiàn)出雅克拉原油C23三環(huán)萜烷明顯高于C21三環(huán)萜烷的特征，C21/C23三環(huán)萜烷位于0.46～0.56之間(表1)。另外，C28甾烷在 C27、C28和 C29甾烷的相對(duì)含量也是可靠區(qū)分塔里木盆地海相原油的指標(biāo)［13］。雅克拉原油C28甾烷相對(duì)百分含量主要位于21%～25%之間(表1)。綜合上述甾萜化合物分布特征，結(jié)合以往研究認(rèn)為的上奧陶統(tǒng)來(lái)源油特征［13，14］，可以初步推測(cè)雅克拉油氣田原油為典型上奧陶統(tǒng)來(lái)源的海相原油。

三芳甾烷和甲基三芳甾烷是芳烴餾分中一類(lèi)重要的化合物。梁狄剛等在研究南方海相高—過(guò)成熟原油油源時(shí)，發(fā)現(xiàn)三芳甾烷和甲基三芳甾烷組成并不受烴源巖成熟度控制，而是反映了不同生源組成特征，并將其良好的運(yùn)用到了油源對(duì)比之中［15］。從前人的研究來(lái)看［13，14］，塔里木盆地海相原油也是如此，運(yùn)用三芳甾烷和甲基三芳甾烷的組成分布較易區(qū)分塔里木盆地寒武—下奧陶統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)烴源層來(lái)源油。雅克拉油氣田不同層位原油的甲基三芳甾烷(m/z 245)組成分布特征如圖5所示，基于其分布特征，本文采用甲基三芳甾烷參數(shù)1=三芳甲藻甾烷/(4-甲基-24-乙基三芳甾烷 +3-甲基-24-乙基三芳甾烷+三芳甲藻甾烷)和參數(shù)2=4-甲基-24-乙基三芳甾烷/3-甲基-24-乙基三芳甾烷，來(lái)區(qū)分兩者的特征。

圖5 雅克拉油氣田原油氣相色譜圖與典型質(zhì)量色譜圖Fig.5 Gas chromatograms and typical mass chromatograms of crude oils among Yakela oilfield

圖6 雅克拉油氣田原油Ph/nC18與Pr/nC17變化圖Fig.6 The cross plot of Ph/nC18and Pr/nC17 of crude oils among Yakela oilfield

圖7(a)為甲基三芳甾烷參數(shù)1與參數(shù)2分布變化圖，圖7(b)甲基三芳甾烷參數(shù)1與(C26+C27)TAS/C28TAS參數(shù)分布變化圖。雅克拉構(gòu)造原油落入兩參數(shù)的低值區(qū)，與典型的上奧陶統(tǒng)來(lái)源的塔河油田原油分布特征極其一致③王鐵冠，王春江，李美俊，等.塔河—塔中—塔西南地區(qū)成藏地球化學(xué)與油源對(duì)比研究.中國(guó)石油大學(xué)(北京).2003。為了研究對(duì)比的需要，特意引入了典型寒武—下奧陶統(tǒng)來(lái)源油的塔東原油的參數(shù)數(shù)據(jù)，圖中塔東原油無(wú)一例外的落入了兩參數(shù)的高值區(qū)。與以往研究認(rèn)為的上奧陶統(tǒng)來(lái)源油的相似性及其與典型寒武—下奧陶統(tǒng)來(lái)源油的顯著差異性［13，14，16］，揭示雅克拉油氣田各層位原油應(yīng)該來(lái)源于上奧陶統(tǒng)烴源層。

3.3 原油與族組分碳同位素組成

原油與族組分碳同位素組成繼承其母源有機(jī)質(zhì)的組成，一定程度上也受熱成熟過(guò)程中的同位素分餾效應(yīng)影響。一般來(lái)說(shuō)，同源原油因成熟度不同而產(chǎn)生的穩(wěn)定碳同位素組成δ13C差異不超過(guò)2‰～3‰［17］。因此，對(duì)于成熟度相近的原油，若穩(wěn)定碳同位素δ13C值相差2‰～3‰以上，則一般認(rèn)為是非同源的。圖8展示了雅克拉油氣田原油、塔東2井與塔河?xùn)|部T904井寒武系原油及族組分碳同位素組成分布。雅克拉油氣田原油與族組分δ13C值基本位于－33.0‰～－31.0‰之間，不同層位原油之間分布較為相似，整體上與上奧陶統(tǒng)油源的塔北隆起塔河油田原油與族組分碳同位素組成一致［16］。與前人研究的典型寒武—下奧陶統(tǒng)油源的塔東地區(qū)TD2井與塔河油田東區(qū)T904井原油與族組分碳同位素存在明顯的差異。原油與餾分的碳同位素組成特征更加證實(shí)雅克拉原油來(lái)源于上奧陶統(tǒng)烴源層的判斷。

3.4 原油成熟度特征

甾烷異構(gòu)化成熟度適用的成熟度范疇已不能較好的評(píng)價(jià)雅克拉油氣田原油的成熟度特征。筆者主要利用成熟—高成熟原油應(yīng)用越來(lái)越廣泛的18α(H)-新藿烷成熟度參數(shù)Ts/(Ts+Tm)和C29Ts/(C29Ts+C29H)［18］評(píng)價(jià)原油成熟度。在圖9中，雅克拉原油新藿烷參數(shù)Ts/(Ts+Tm)與C29Ts/(C29Ts+C29H)展現(xiàn)出良好的線(xiàn)性相關(guān)，雅克拉油氣田原油Ts/(Ts+Tm)基本位于 0.37～0.80，C29Ts/(C29Ts+C29H)位于0.20～0.54(表1)，已達(dá)到了成熟的范圍。

對(duì)比圖9中深淺層不同層位原油樣品可發(fā)現(xiàn)，不同層位原油成熟度呈現(xiàn)出不同的特征，淺層下白堊統(tǒng)K1y亞格列木組原油成熟度整體偏高，應(yīng)該處于高成熟度階段，而深層J1、O、∈和Z原油成熟度相對(duì)偏低，應(yīng)該位于成熟—高成熟階段。

4 結(jié)論

(1)雅克拉油氣田淺層K1y和深層J1、O、∈和Z原油具有相似的分子組成與原油及族組分碳同位素組成特征，應(yīng)該為同一來(lái)源油，只是深層原油成熟度相對(duì)較低，且無(wú)明顯證據(jù)證明深淺層原油存在蒸發(fā)分餾作用。

(2)雅克拉油氣田原油的C23與C21三環(huán)萜烷相對(duì)組成、C28甾烷相對(duì)百分含量、三芳甾烷、甲基三芳甾烷與原油和族組分碳同位素組成無(wú)一例外的表明其具有非常典型的上奧陶統(tǒng)海相油特征，與塔東和塔北地區(qū)典型寒武—下奧陶統(tǒng)來(lái)源油具有明顯差異性。

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