準(zhǔn)噶爾盆地中部地區(qū)油源差異的顯微傅里葉紅外光譜研究

阿布力孜·克里木 （中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依834000）

阿不都艾尼·阿布都熱依木 （中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依834000）

吐?tīng)栠d古麗·艾山 （中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依834000）

祖帕爾·卡斯木 （中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依834000）

熱合麥提·亞爾麥麥提 （中國(guó)石油阿克糾賓油氣股份公司，哈薩克斯坦 阿克糾賓030002）

疊合盆地油氣混源是一種普遍現(xiàn)象[1，2]，長(zhǎng)期以來(lái)，研究者主要通過(guò)油氣的同位素和生物標(biāo)志物組成等有機(jī)地球化學(xué)方法來(lái)開(kāi)展研究，然而，因這一工作的復(fù)雜性，使得其多解性和不確定性很大，影響因素包括混源油端元油性質(zhì)的相似性，以及原油混源比例的多變性等。

顯微傅里葉紅外光譜是鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的一種常見(jiàn)重要技術(shù)，在有機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是官能團(tuán)的分析鑒定方面具有重要作用，已廣泛應(yīng)用于油氣地質(zhì)研究中，分析對(duì)象包括干酪根、瀝青質(zhì)、包裹體等[3，4]，因此從理論上而言，應(yīng)可以反映混源油氣的差異。然而，迄今為止，相關(guān)工作仍很少，不清楚應(yīng)用的有效性和普適性。筆者以準(zhǔn)噶爾盆地中部莫索灣－莫北地區(qū)為例，開(kāi)展這一探索性研究，其目的一方面是開(kāi)拓混源油組成新方法研究，另一方面也為區(qū)域油氣成藏和勘探研究提供參考新信息。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地中部莫索灣－莫北地區(qū)（圖1）是盆地當(dāng)前油氣勘探的重要區(qū)域，目前發(fā)現(xiàn)的油氣主要聚集于下侏羅統(tǒng)三工河組 （J1s）[5]。大致以莫索灣凸起莫3井周緣為界，其南東側(cè)莫索灣中東部地區(qū)的原油密度多超過(guò)0.88g/cm3，而相比而言，其北西側(cè)盆1井西凹陷東環(huán)帶地區(qū)的原油性質(zhì)相對(duì)較輕，密度多小于0.87g/cm3，初步展示了油源的差異性。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地中部地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c油氣藏分布圖

對(duì)于這種差異，根據(jù)區(qū)域構(gòu)造演化特點(diǎn)[6]，推測(cè)是因?yàn)橛驮磪^(qū)不同所致，即盆1井西凹陷東環(huán)帶地區(qū)的原油主要來(lái)自于盆1井西凹陷，而莫索灣凸起中東部地區(qū)的原油主要來(lái)自于阜康凹陷[5，7]。然而，由于區(qū)域原油大都表現(xiàn)出混源特征，所以從分子地球化學(xué)組成上較難將這種差異區(qū)分開(kāi)來(lái)[5]。最近，Cao Jian等[8，9]先后分別應(yīng)用儲(chǔ)層成巖方解石中的Mn元素含量，以及儲(chǔ)層含油包裹體顆粒指數(shù)，通過(guò)研究油氣運(yùn)移方向，討論了油源區(qū)的差異。但仍需要從原油基礎(chǔ)地球化學(xué)性質(zhì)上進(jìn)行分析，這是研究油源差異的根本證據(jù)。

2 研究方法與原理

利用帶有顯微鏡的傅里葉變換紅外光譜 （Micro－FTIR）可對(duì)油氣地質(zhì)樣品中的有機(jī)質(zhì)和包裹體進(jìn)行微區(qū)分析，其主要原理是首先通過(guò)顯微鏡觀測(cè)樣品的外觀形態(tài)和物理微觀結(jié)構(gòu)，然后直接測(cè)試樣品某些特定部位的化學(xué)結(jié)構(gòu)，得到其紅外譜圖，不同紅外吸收峰強(qiáng)度代表不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的相對(duì)豐度，這些豐度比可以反映有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成特征[4]。

紅外光譜圖通常以波數(shù)1500cm－1處為界，可分為高頻區(qū)和低頻區(qū)，前者是化學(xué)鍵和官能團(tuán)的特征頻率區(qū)，而后者則反映了整個(gè)分子由于振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的特征吸收峰，這些吸收峰根據(jù)紅外光譜學(xué)和有機(jī)化學(xué)原理可分為3類(lèi)[10]：①脂肪族結(jié)構(gòu)吸收峰，主要包括720、1380、1460、2800～3000cm－1；②芳香結(jié)構(gòu)吸收峰，主要包括750、810、870、1500、1600、3035cm－1；③雜原子基團(tuán)吸收峰，主要包括950、1084、1112、1182、1243、1321、1680、1700、1745、3400cm－1。相對(duì)而言，波數(shù)1500cm－1之前的高頻區(qū)較1500cm－1之后的低頻區(qū)特征吸收峰少，所以有機(jī)質(zhì)的紅外光譜特征吸收峰主要分布在低頻區(qū)。

在低頻區(qū)，有機(jī)烴類(lèi)分子脂肪烴結(jié)構(gòu)的吸收峰主要集中在3000～2800cm－1之間，包括脂肪烴CH3不對(duì)稱伸縮振動(dòng) （νCH3a）在2956cm－1附近的吸收峰、CH2不對(duì)稱伸縮振動(dòng) （νCH2a）在2923cm－1附近的吸收峰、CH3對(duì)稱伸縮振動(dòng) （νCH3s）在2870cm－1附近的吸收峰、CH2對(duì)稱伸縮振動(dòng) （νCH2s）在2850cm－1附近的吸收峰。這4個(gè)基團(tuán)吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度代表了它們的相對(duì)豐度，對(duì)應(yīng)的吸收峰強(qiáng)度或面積之比可以定量表征有機(jī)質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)特征，如常見(jiàn)的X系數(shù)法，即Xinc＝ （ΣCH2/ΣCH3－0.8）/0.09，代表有機(jī)質(zhì)烷基鏈碳原子數(shù)，Xstd＝ （ΣCH2/ΣCH3＋0.1）/0.27，代表有機(jī)質(zhì)正烷烴直鏈碳原子數(shù)[4]。此外，有機(jī)質(zhì)在熱演化過(guò)程中，CH2和CH3的釋放比例是不同的，通常而言，烷基鏈的消去是由長(zhǎng)鏈到短鏈，而長(zhǎng)鏈也不斷縮短形成短鏈，所以有機(jī)質(zhì)隨熱演化程度的增加，CH3基團(tuán)吸收峰強(qiáng)度的降低程度要比CH2基團(tuán)小，從而導(dǎo)致ΣCH2/ΣCH3比值隨成熟度的增加而逐漸減小[4，10]。

以上可見(jiàn)，若ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd的值越小，則表明有機(jī)質(zhì)或有機(jī)包裹體的碳鏈越短，相應(yīng)成熟度越高。

Micro－FTIR分析條件見(jiàn)文獻(xiàn) [3]，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地中部地區(qū)樣品中的儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)和有機(jī)包裹體進(jìn)行了研究。由于2800～3000cm－1區(qū)間各峰相距很近，常常相互重疊干擾，所以首先應(yīng)用Peakfit分峰軟件對(duì)曲線進(jìn)行了擬合，確定了有機(jī)質(zhì) （有機(jī)包裹體）紅外光譜圖在3000～2800cm－1區(qū)間的4個(gè)甲基、亞甲基團(tuán)的伸縮振動(dòng)吸收峰 （見(jiàn)圖2）。

3 試驗(yàn)結(jié)果

利用紅外光譜的ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd等參數(shù)，并結(jié)合儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)和有機(jī)包裹體的顯微鏡下鑒定，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)整體大致存在3次烴類(lèi)成分差異較大的油氣運(yùn)移事件 （表1）：①長(zhǎng)鏈烴的運(yùn)移事件，其ΣCH2/ΣCH3值大于5.0，Xinc、Xstd值分別大于40和20，表明原油脂肪鏈較長(zhǎng)，烷基鏈碳數(shù)較大，支鏈化程度高，形成的油氣往往表現(xiàn)為重質(zhì)油的特征。從烴類(lèi)演化角度看，這次運(yùn)移事件所記錄的烴類(lèi)成熟度較低，可能為相對(duì)低成熟烴源巖演化的產(chǎn)物。②中等長(zhǎng)度鏈烴的運(yùn) 移 事 件，其 ΣCH2/ΣCH3值分布在2.5～5.0之間，Xinc、Xstd值分別介于20～40和10～20之間，表明甲基相對(duì)豐富，烴鏈較短，成熟度中等。③短鏈烴的運(yùn)移 事 件， 其 ΣCH2/ΣCH3值分布在1.0～2.5之間，Xinc、Xstd值分別介于4～20和2～10之間，表明含有較豐富的甲基，烷基鏈碳原子數(shù)在20以下，油質(zhì)較輕，成熟度相對(duì)較高。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地中部地區(qū)典型儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì) （有機(jī)包裹體）紅外光譜在3000～2800cm－1區(qū)間的分峰效果 （樣品來(lái)自莫北8井，4064m，J1s，圖中數(shù)字代表波數(shù)）

表1 噶爾盆地中部地區(qū)儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)和有機(jī)包裹體的紅外光譜參數(shù)

這些油氣運(yùn)移事件在不同地區(qū)具有不同特征。首先，在莫索灣凸起中東部地區(qū)，根據(jù)紅外光譜參數(shù)特征，反映出3次油氣運(yùn)移事件，并且主要表現(xiàn)出以低碳數(shù)、相對(duì)短鏈烴的區(qū)間占優(yōu)勢(shì)為特征，ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd值分別介于1.0～2.5、4～20和2～10之間，這個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)占整個(gè)檢測(cè)樣品數(shù)據(jù)的60%左右。相比而言，高碳數(shù)的、相對(duì)長(zhǎng)鏈烴的儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)和有機(jī)包裹體較少（ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd值分別大于5、40和20），只占到樣品檢測(cè)數(shù)的10%左右。其余為中等長(zhǎng)度鏈烴的分布。

相比而言，在盆1井西凹陷東環(huán)帶地區(qū)，檢測(cè)到的儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)和有機(jī)包裹體紅外光譜參數(shù)僅分布于兩個(gè)區(qū)間段，ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd值分別介于1.0～2.5、4～20、2～10之間和2.5～5.0、20～40、10～20之間，分別相當(dāng)于高熟和成熟演化階段的油氣。較之莫索灣凸起中東部地區(qū)，相似之處在于高熟油氣占優(yōu)勢(shì) （約占70%），不同之處在于缺少高碳數(shù)的低成熟烴類(lèi)。

4 油源及其差異性分析

準(zhǔn)噶爾盆地中部研究區(qū)在東、西、南3個(gè)方向上存在4個(gè)沉積凹陷 （見(jiàn)圖1），加之垂向上可能存在石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系等多套烴源巖[11～13]，故油源關(guān)系理應(yīng)比較復(fù)雜。目前普遍認(rèn)為，區(qū)內(nèi)原油以來(lái)自下二疊統(tǒng)風(fēng)城組 （P1f）和中二疊統(tǒng)下烏爾禾組 （P2w）烴源巖為主，并且多具有混源特征[11]；而近年來(lái)，在東道海子－阜康凹陷地區(qū)，于成1井、東道2井、董1井中新發(fā)現(xiàn)了一些原油，其生物標(biāo)志物組成與區(qū)內(nèi)侏羅系烴源巖比較相似[12]，表明可能存在來(lái)自侏羅系的原油，并且原油也具有一定的混源特征[13]。

根據(jù)對(duì)儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)和有機(jī)包裹體進(jìn)行的Micro－FTIR分析，發(fā)現(xiàn)在研究的準(zhǔn)噶爾盆地中部地區(qū)，大致存在3種不同碳鏈組成及成熟度的烴類(lèi)，分別代表著低成熟、中等成熟、較高成熟的原油 （見(jiàn)表1）。根據(jù)烴源巖的演化特點(diǎn)，P1f和P2w烴源巖在生油高峰期排出的原油分別具有中等成熟和較高成熟的特征[11]。所以對(duì)比表1可見(jiàn)，中等鏈和短鏈的烴類(lèi)很分別可能對(duì)應(yīng)著P1f和P2w的原油。而對(duì)于長(zhǎng)鏈的低成熟烴類(lèi)，鑒于其目前主要發(fā)現(xiàn)于東道2井等莫索灣凸起中東部地區(qū)的鉆井中，因此推測(cè)其應(yīng)代表侏羅系來(lái)源的原油。

根據(jù)不同類(lèi)型烴類(lèi)的組成比例，可以認(rèn)為，無(wú)論是在盆1井西凹陷東環(huán)帶地區(qū)，還是在莫索灣凸起中東部地區(qū)，目前儲(chǔ)層中的有機(jī)質(zhì)均以來(lái)自P2w的原油為主，相比而言，P1f和侏羅系來(lái)源的原油雖也有發(fā)現(xiàn)，但不占優(yōu)勢(shì)。據(jù)此，可以進(jìn)一步推斷盆1井西凹陷東環(huán)帶地區(qū)和莫索灣凸起中東部地區(qū)在原油性質(zhì) （如原油密度）上的差異主要是緣于油源的不同。即在盆1井西凹陷東環(huán)帶地區(qū)，原油主要來(lái)源于盆1井西凹陷的二疊系烴源巖，而莫索灣凸起中東部地區(qū)的原油主要來(lái)源于阜康凹陷的二疊系 （包括侏羅系）烴源巖，體現(xiàn)了油源的差異性。該認(rèn)識(shí)較之過(guò)去，深化了對(duì)原油混合比例的掌握，從地球化學(xué)性質(zhì)和組成上剖析了油源的差異性。

5 結(jié)論

1）準(zhǔn)噶爾盆地中部地區(qū)總體大致有過(guò)3次烴類(lèi)成分差異較大的油氣運(yùn)移，占優(yōu)勢(shì)的類(lèi)型是相對(duì)高成熟的短鏈輕質(zhì)油 （ΣCH2/ΣCH3＞5.0、Xinc＞40、Xstd＞20），對(duì)應(yīng)著P2w原油；其次是具中等成熟度的中等鏈長(zhǎng)中質(zhì)油 （ΣCH2/ΣCH3＝2.5～5.0、Xinc＝20～40、Xstd＝10～20），對(duì)應(yīng)著P1f原油；而規(guī)模相對(duì)最小的是成熟度較低的高碳數(shù)重質(zhì)油 （ΣCH2/ΣCH3＝1.0～2.5、Xinc＝4～20、Xstd＝2～10），可能是侏羅系原油的記錄。

2）3次油氣運(yùn)移事件在不同地區(qū)具有不同特征，反映了油源的差異性。在盆1井西凹陷東環(huán)帶地區(qū)，原油主要來(lái)源于盆1井西凹陷的二疊系烴源巖，而莫索灣凸起中東部地區(qū)的原油主要來(lái)源于阜康凹陷的二疊系 （侏羅系）烴源巖。

3）通過(guò)顯微傅里葉紅外光譜技術(shù)，為區(qū)域油源差異研究提供了新的地球化學(xué)證據(jù)。

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