準噶爾盆地烏夏斷裂帶稠油類型及成因機理

李秀鵬，于潔

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249；3.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東 青島 266555）

準噶爾盆地烏夏斷裂帶稠油類型及成因機理

李秀鵬1，2，于潔3

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249；3.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東 青島 266555）

烏夏斷裂帶稠油主要分布在風城油田和烏爾禾油田北部，稠油的密度和黏度很高。其中：正異構(gòu)烷烴和無環(huán)類異戊二烯烷烴基本完全降解；藿烷、規(guī)則甾烷和重排甾烷嚴重降解，部分被完全降解；部分樣品25-降藿烷也被完全降解；稠油三環(huán)萜烷質(zhì)量分數(shù)特別高，孕甾烷和升孕甾烷質(zhì)量分數(shù)也較高。分析對比稠油生物降解特征，將烏夏斷裂帶稠油分為6種類型。風城油田西部和北部稠油生物降解程度在烏夏斷裂帶最高，烏夏斷裂帶西部和西北部稠油生物降解程度在烏夏斷裂帶相對較低，風城油田東部下烏爾禾組稠油生物降解程度最低。對烏夏斷裂帶稠油地化特征和區(qū)域構(gòu)造特征分析認為，烏夏斷裂帶稠油的成因主要包括生物降解作用、水洗作用、氧化作用和擴散作用。

稠油；生物降解；生物標志化合物；成因機理；烏夏斷裂帶

20世紀30年代地質(zhì)學家就證實油氣藏中活躍微生物的存在，Roadifer指出世界上大部分原油是生物降解原油［1］。生物降解作用在地質(zhì)歷史上是持續(xù)發(fā)生的，油氣在油氣藏中會發(fā)生生物降解，微生物破壞烴類和其他組分，形成性質(zhì)不同、密度較大的稠油［2］，從而影響了原油的生產(chǎn)和開發(fā)。國際能源機構(gòu)統(tǒng)計全世界稠油及瀝青儲量約 9.6×1011m3［3］，是全世界常規(guī)原油和天然氣儲量總和的3倍，逐漸吸引了越來越多的關(guān)注。稠油是準噶爾盆地烏夏斷裂帶的一種重要資源，隨著常規(guī)油氣資源緊張，已逐漸引起廣泛重視，王嶼濤曾對準噶爾盆地西北緣稠油次生作用進行過分析［4-5］。筆者對烏夏斷裂帶稠油進行了較詳細的地球化學研究，細致分析了稠油生物降解作用及不同降解程度稠油的分布，并建立了烏夏斷裂帶稠油生物降解模式，旨在為稠油勘探開發(fā)提供有利方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

烏夏斷裂帶位于準噶爾盆地西北緣北東部、哈拉阿拉特山前，是一個受多期構(gòu)造疊加影響的斷褶帶，勘探面積約1 000 km2。在構(gòu)造上，烏夏斷裂帶位于準噶爾盆地西部隆起東北部，西接黃羊泉斷裂轉(zhuǎn)換帶，東臨陸梁凸起，南面是瑪湖凹陷，斷裂非常發(fā)育，褶皺形態(tài)復(fù)雜［6］。烏夏斷裂帶上盤風城油田八道灣組和齊古組有大量的稠油油藏和瀝青礦分布，稠油探明儲量占烏夏斷裂帶石油探明儲量的21%［7］。

2 烏夏斷裂帶稠油分類

2.1 分類標準

淺層油氣藏中，各種烴類和其他化合物有規(guī)律的損耗，個別化合物中特殊異構(gòu)體選擇性的降解，以及酸類化合物的形成引起的油氣組分變化，這些與地表油苗和實驗室生物降解實驗結(jié)果相似。這些變化與水洗作用、運移分餾作用等物理過程引起的油氣性質(zhì)變化截然不同，油氣組分的變化說明油氣在自然條件下發(fā)生了生物降解作用［8-10］。生物降解作用對原油物性影響明顯，正構(gòu)烷烴的優(yōu)先降解與異構(gòu)烷烴相對質(zhì)量分數(shù)的提高可以導致凝固點和蠟質(zhì)量分數(shù)的降低，而低密度飽和烴的優(yōu)先降解可以增加原油的密度。烏夏斷裂帶稠油密度和黏度都非常高，密度為0.916 3～0.977 9 g/cm3，平均 0.948 4 g/cm3；黏度為 700.00～7 491.70 mPa·s，平均2 981.34 mPa·s；蠟質(zhì)量分數(shù)低于3.50%，平均1.91%；平均凝固點為12.5℃。對烏夏斷裂帶稠油主要選用飽和烴、萜烷、甾烷及25-降藿烷等生物標志化合物特征進行分類。

2.1.1 飽和烴特征

原油C6＋在生物降解過程中發(fā)生的氧化作用可以降低飽和烴類組分質(zhì)量分數(shù)［10］，烏夏斷裂帶正構(gòu)烷烴降解較嚴重，大部分正構(gòu)烷烴被降解。γ和β胡蘿卜烷比類異戊二烯烷烴更穩(wěn)定［11］，但在烏夏斷裂帶生物稠油中也消耗殆盡，可以說明生物降解作用在烏夏斷裂帶淺層非常強烈。烷基環(huán)己烷和甲基烷基環(huán)己烷在烏夏斷裂帶稠油中也已不存在（見圖1）。

圖1 烏夏斷裂帶稠油全烴氣相色譜

2.1.2 萜烷特征

萜烷是抗生物降解能力較強的一類生物標志物，尤以三環(huán)萜烷和伽馬蠟烷抗生物降解能力最強［12-15］。烏夏斷裂帶稠油三環(huán)萜烷系列化合物保存相對較好，藿烷系列化合物發(fā)生了不同程度的降解。重26井下烏爾禾組稠油在烏夏斷裂帶稠油中藿烷降解最弱（見圖2a），三環(huán)萜烷、C29藿烷、C30藿烷和伽馬蠟烷保存較好。其他油藏的稠油，如重14井八道灣組、重30井齊古組和重15井齊古組稠油藿烷系列化合物均遭到強烈的生物降解（見圖2b，2c，2d），重3井齊古組和重25井齊古組等稠油藿烷已基本被降解（見圖2e，2f）。

2.1.3 甾烷特征

孕甾烷和升孕甾烷的抗降解能力比規(guī)則甾烷和重排甾烷強［14］，發(fā)生生物降解的稠油中，孕甾烷和升孕甾烷的質(zhì)量分數(shù)比規(guī)則甾烷和重排甾烷高（見圖2）。烏夏斷裂帶重26井齊古組等稠油規(guī)則甾烷和重排甾烷降解最弱（見圖2a）；重14井八道灣組、重15井齊古組和重3井齊古組稠油規(guī)則甾烷和重排甾烷則遭受較嚴重的生物降解（見圖2b，2d，2e）；重30井齊古組稠油規(guī)則甾烷和重排甾烷發(fā)生了嚴重的生物降解（見圖2c），重25井齊古組等稠油孕甾烷和升孕甾烷也發(fā)生了嚴重的生物降解（見圖2f）。

2.1.4 25-降藿烷系列化合物特征

25-降藿烷系列化合物的成因一直有爭議［12］，至今還沒有發(fā)現(xiàn)能夠合成25-降藿烷系列化合物及其前驅(qū)物的微生物。Volkman等發(fā)現(xiàn)生物降解原油中的25-降藿烷質(zhì)量分數(shù)與未受生物降解作用原油中的相當，可認為25-降藿烷是藿烷發(fā)生生物降解的產(chǎn)物（見圖3）［15］。

圖2 烏夏斷裂帶生物降解稠油m/z191和m/z217萜烷質(zhì)量色譜

圖3 烏夏斷裂帶稠油m／z177 25-降藿烷質(zhì)量色譜

2.2 稠油類型

Wenger等［16］將藿烷和甾烷發(fā)生降解的原油定為超重度生物降解原油，烏夏斷裂帶稠油飽和烴基本被降解，只有部分痕量保留，烷基環(huán)己烷也完全降解，甾烷和藿烷都發(fā)生了降解，部分被嚴重降解，因此烏夏斷裂帶稠油屬于超重度生物降解油。

Peters等［17］對生物降解程度進行過詳細分類（見圖4），按照此標準，將烏夏斷裂帶稠油生物降解程度細分為6級，依此將烏夏斷裂帶稠油分為6種類型。

2.2.1 Ⅰ類

此類原油以重26井下烏爾禾組稠油為代表，全烴色譜圖中正異構(gòu)烷烴被全部降解（見圖1a），烷基環(huán)己烷被全部降解，藿烷和甾烷發(fā)生部分降解（見圖2a），三環(huán)萜烷質(zhì)量分數(shù)小于45%，孕甾烷質(zhì)量分數(shù)小于10%，25-降藿烷系列化合物發(fā)育較完整（見圖3a），生物降解程度為5級，主要分布于風城油田靠近斷裂帶的東部。

2.2.2 Ⅱ類

此類原油以重14井八道灣組稠油為代表，正異構(gòu)烷烴也被全部降解，在全烴色譜圖中檢測不出（見圖1b），藿烷和甾烷發(fā)生較嚴重降解，但其C29和C30藿烷還保存較好（見圖2b），三環(huán)萜烷質(zhì)量分數(shù)為 45%～70%，孕甾烷質(zhì)量分數(shù)為15%～25%，25-降藿烷系列化合物發(fā)育較完整（見圖3b），生物降解程度為6級，主要位于烏夏斷裂帶的西部。

2.2.3 Ⅲ類

此類原油以重30井齊古組稠油為代表，全烴色譜圖中正構(gòu)、異構(gòu)烷烴全部被降解（見圖1c），藿烷、規(guī)則甾烷和重排甾烷降解都很嚴重（見圖2c），三環(huán)萜烷質(zhì)量分數(shù)大于80%，孕甾烷質(zhì)量分數(shù)為35%～40%，25-降藿烷系列化合物發(fā)育較完整（見圖3c），生物降解程度定為7級（見圖4），主要位于烏夏斷裂帶的西北部。

圖4 原油生物降解程度分級

2.2.4 Ⅳ類

此類原油以重15井齊古組稠油為代表，正構(gòu)、異構(gòu)烷烴基本全部降解（見圖1d），藿烷、規(guī)則甾烷和重排甾烷嚴重降解（見圖2d），三環(huán)萜烷質(zhì)量分數(shù)為75%～90%，孕甾烷質(zhì)量分數(shù)為15%～25%，25-降藿烷系列化合物損失殆盡（見圖3d），生物降解程度定為8級，主要分布在斷裂帶上盤風城油田靠近斷裂帶的區(qū)域及風城油田東北部。

2.2.5 Ⅴ類

此類原油以重3井齊古組稠油為代表，原油正異構(gòu)烷烴基本全部降解，有痕量殘留（見圖1e），藿烷基本完全降解，規(guī)則甾烷和重排甾烷發(fā)生嚴重降解（見圖2e），三環(huán)萜烷質(zhì)量分數(shù)大于90%，孕甾烷質(zhì)量分數(shù)為30%～70%，25-降藿烷被完全降解（見圖3e），生物降解程度定為9級，主要位于斷裂帶上盤風城油田靠近烏爾禾油田的中間區(qū)域。

2.2.6 Ⅵ類

此類原油以重25井齊古組稠油為代表，正異構(gòu)烷烴基本全部降解，部分痕量保留（見圖1f），藿烷、規(guī)則甾烷和重排甾烷都已經(jīng)降解殆盡，孕甾烷也發(fā)生嚴重降解（見圖2f），25-降藿烷系列化合物也被全部降解（見圖3f），三環(huán)萜烷質(zhì)量分數(shù)大于95%，生物降解程度為10級，主要位于烏夏斷裂帶最北部油藏埋藏最淺的部位，并在斷裂帶附近有零星分布。

通過上述分析，烏夏斷裂帶上盤稠油整體生物降解程度較高，其西部和西北部稠油生物降解程度在烏夏斷裂帶較低，主要分布Ⅱ和Ⅲ類稠油。風城油田稠油生物降解程度普遍較高，生物降解油在風城油田西部和北部生物降解程度最高，主要分布Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ類稠油。Ⅰ類稠油主要分布在風城油田東部淺層下烏爾禾組，生物降解程度最低。明確烏夏斷裂帶稠油生物降解程度的分布規(guī)律，對下一步稠油勘探開發(fā)可以起到一定的指導作用。

3 稠油成因

3.1 生物降解作用

原油發(fā)生稠化的各種因素中，生物降解作用被認為是最主要的因素。據(jù)前所述，烏夏斷裂帶稠油發(fā)生過強烈的生物降解作用，飽和烴和烷基環(huán)己烷被降解，甾烷和藿烷也都發(fā)生了降解，部分被嚴重降解，因此，生物降解作用是原油發(fā)生蝕變的主要原因。

3.2 水洗作用

在地下溫度大于80℃時，原油的生物降解作用受到抑制［18］，水洗作用成為影響原油成分的主要因素。烏夏斷裂帶水洗作用明顯存在，侏羅系稠油分布特征與地層水分布范圍有密切關(guān)系，原油密度最高的地帶和地層水富集帶吻合，這說明地層水對原油進行了沖刷、溶解，進而加劇了蝕變作用強度。參照風城油田稠油油層水分析資料，認為齊古組稠油可能是遭水洗作用較明顯的層系，風城油田重29井和重14井侏羅系八道灣組油藏斷層成為地表水下滲的通道，從而引起原油的水洗作用而發(fā)生稠變，使原油密度加大。

3.3 氧化作用

原油氧化作用是熱催化作用的逆過程，它是由于儲層上升、圈閉開啟和地下水溝通等因素引起的［19］。斷裂帶稠油紅外光譜中1 710 cm-1吸收峰有顯著吸收，這些吸收峰主要為羧基和羥基的伸縮振動，可以看出稠油中和極性物中存在羧酸類或酚類，這充分說明氧化作用的存在。

3.4 擴散作用

擴散作用是分子發(fā)生揮發(fā)和逸散的物理作用。烏夏斷裂帶特別是風城地區(qū)發(fā)育大量瀝青脈，王嶼濤認為風城瀝青脈遭受生物降解作用并不強烈［4］。當原油沿開啟的斷裂向上發(fā)生大規(guī)模運移時，烴類會發(fā)生逸散和揮發(fā)，從而形成瀝青脈。

4 結(jié)論

1）根據(jù)稠油的飽和烴、甾烷、藿烷和25-降藿烷系列化合物的降解程度及三環(huán)萜烷和孕甾烷質(zhì)量分數(shù)，將烏夏斷裂帶稠油細分為6種類型。

2）烏夏斷裂帶西部和西北部稠油生物降解程度相對較低，風城油田稠油生物降解程度普遍較高，風城油田西部和北部生物降解程度最高。Ⅰ類稠油主要分布在風城油田東部淺層下烏爾禾組，其生物降解程度在烏夏斷裂帶最低。

3）烏夏斷裂帶稠油地化特征和構(gòu)造沉積等特征分析認為，生物降解作用、水洗作用、氧化作用和擴散作用是烏夏斷裂帶稠油的主要成因。

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（編輯楊會朋）

Classification and genetic mechanism of heavy oil in Wuerhe-Xiazijie fault belt, Junggar Basin

Li Xiupeng1，2,Yu Jie3
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Production,SINOPEC,Beijing 100083,China;2.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.College of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China)

Heavy oil is mainly distributed in Fengcheng Oilfield and in the northern part of Wuerhe Oilfield in Wuerhe-Xiazijie fault belt.Density and viscosity of heavy oil are high.Normal isoalkanes and acyclic isoprenoid alkanes have been mostly degraded totally. Hopanes,regular steranes and diasteranes have been seriously degraded,in which some have been completely degraded.25-norhopanes are totally degraded in some samples.Content of tricyclic terpanes is extremely high and the content of pregnanes is high in heavy oil.In terms of the biodegradation characteristics,the heavy oil can be classified into six types in Wuerhe-Xiazijie fault belt, Junggar Basin.The biodegradation degree of heavy oil is the highest in the western area and in the northern area of Fengcheng Oilfield in Wuerhe-Xiazijie fault belt.The biodegradation degree of heavy oil is relatively low in the western area and in the northwestern area of Wuerhe-Xiazijie fault belt.The biodegradation degree of heavy oil is the lowest in Lower Wuerhe Formation in the eastern part of Fengcheng Oilfield.Through the analysis of geochemical characteristics and regional structural characteristics of heavy oil,it is believed that the genesis of heavy oil mainly includes biodegradation,water washing,oxidation and diffusion in Wuerhe-Xiazijie fault belt,Junggar Basin.

heavy oil;biodegradation;biomarker;genetic mechanism;Wuerhe-Xiazijie fault belt

TE122.1+11

：A

1005-8907（2012）02-0182-05

2011-09-01；改回日期：2012-01-13。

李秀鵬，男，1983年生，博士，現(xiàn)從事油氣藏描述與儲層預(yù)測研究。E-mail：xiupgli@gmail.com。

李秀鵬，于潔.準噶爾盆地烏夏斷裂帶稠油類型及成因機理［J］.斷塊油氣田，2012，19（2）：182-186. Li Xiupeng，Yu Jie.Classification and genetic mechanism of heavy oil in Wuerhe-Xiazijie fault belt，Junggar Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（2）：182-186.