鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組原油地球化學(xué)特征與油源探討

白玉彬，高振東，李忠鋒，張志升，朱 杰，鄭 卉

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065;2.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西延安 716000)

杏子川油田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部，主力勘探開(kāi)發(fā)區(qū)位于安塞縣以北，南部與長(zhǎng)慶安塞油田毗鄰，勘探開(kāi)發(fā)面積約1 000 km2(圖1)，主力產(chǎn)油層為長(zhǎng)6油層組，其次為長(zhǎng)2油層組。近年來(lái)，研究區(qū)延長(zhǎng)組深部石油勘探獲得突破，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)9和長(zhǎng)10油藏，但對(duì)其石油的來(lái)源以及延長(zhǎng)組深層是否發(fā)育有效烴源巖問(wèn)題沒(méi)有開(kāi)展過(guò)研究。長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為該區(qū)不存在有效烴源巖[1－3］，發(fā)現(xiàn)的延長(zhǎng)組油藏為湖盆中部長(zhǎng)7烴源巖生成的油氣長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移的結(jié)果[4－6］，油源認(rèn)識(shí)不清制約了該區(qū)下一步勘探。因此，筆者首先描述延長(zhǎng)組原油地球化學(xué)特征，并將其與研究區(qū)長(zhǎng)7和長(zhǎng)9暗色泥巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行對(duì)比，然后綜合地質(zhì)分析成果，研究延長(zhǎng)組石油來(lái)源。本次分析測(cè)試除原油物性數(shù)據(jù)外的其他原油和烴源巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)均由長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)系油氣地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。

圖1 鄂爾多斯盆地杏子川油田地理位置及樣品分布Fig.1 Location of Xingzichuan Oilfield and distribution of samples in Ordos Basin

1 原油物性與族組成特征

研究區(qū)延長(zhǎng)組不同層位原油物理性質(zhì)具有顯著的差別。長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油顏色為深褐色，長(zhǎng)9原油為黃綠色，長(zhǎng)10原油為淺黃綠色。長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)9和長(zhǎng)10的原油平均密度分別為0.842，0.854，0.835，0.817 g/cm3，均表現(xiàn)為輕質(zhì)原油特征，且隨著埋藏深度增加原油密度變小。長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)9和長(zhǎng)10的原油平均動(dòng)力粘度分別為7.14，6.25，5.95，3.03 mPa·s，與原油密度變化趨勢(shì)一致?？傮w上，長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油物理性質(zhì)接近，與長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油具有較大的差別，長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油自身物理性質(zhì)也具有一定的差異。

不同類型油源巖生成的石油具有不同的族組成，石油的族組成與母質(zhì)成因有關(guān)[7－8］。杏子川油田延長(zhǎng)組原油具有飽和烴含量最高、芳烴含量次之、非烴含量分布較寬、瀝青質(zhì)含量最低的特征(表1)。飽/芳值均較高，分布在 3.5 ～15.0，平均值為6.5，反映有機(jī)質(zhì)類型好，成熟度高(表1)。長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油性質(zhì)較為接近，而與長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油差別明顯。由原油族組成特征分析認(rèn)為，延長(zhǎng)組原油可能具有不同的物質(zhì)來(lái)源，并顯示出油氣在運(yùn)移過(guò)程中具有分餾效應(yīng)。

表1 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組原油族組分?jǐn)?shù)據(jù)Table 1 Group composition data of crude oil of Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

2 原油地球化學(xué)特征

2.1 鏈烷烴特征

杏子川油田延長(zhǎng)組原油Pr/Ph值除星28井長(zhǎng)9原油為2.02外(可能和成熟度較高有關(guān))，其余井分布在1.03～1.06之間(表2)，以姥鮫烷略占優(yōu)勢(shì)為特征，反映生油母質(zhì)處于還原的淡水—微咸水環(huán)境[8］。nC21－/nC22+為 0.88 ～ 1.04;(nC21+nC22)/(nC28+nC29)為1.38 ～1.69，輕/重比值表明長(zhǎng)4+5 和長(zhǎng)6 原油性質(zhì)一致，而長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油具有明顯差異。原油中Pr/nC17和Ph/nC18值常用來(lái)研究母質(zhì)類型、形成環(huán)境和成熟度[9］，延長(zhǎng)組原油Pr/nC17和Ph/nC18值均較低，分別為0.20 ～0.36 和0.13 ～0.33，比值分布在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)，但長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油具有明顯的差別，這反映它們可能具有不同的生物來(lái)源和成熟度差異。長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油飽和烴色譜均呈單峰正態(tài)分布，峰型完整，主峰碳均為C21，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型以低等水生生物為主(圖2)。CPI和OEP值均略大于1，說(shuō)明原油均處于成熟演化階段，但長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油大于長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油，說(shuō)明長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油成熟度高于長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油(表2)。

2.2 萜烷類化合物特征

杏子川油田長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)9和10原油各類五環(huán)三萜烷含量較高，以C30藿烷和C29降藿烷峰型最為突出，其次含有較多的C27－三降藿烷，伽馬蠟烷含量總體較低，長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油伽馬蠟烷含量高于長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油(圖3，表3)。長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油中三環(huán)萜烷含量很少，而長(zhǎng)9和長(zhǎng)10中含量很高;長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6 原油的Ts/Tm 分布于0.41 ～0.42，平均為0.418，說(shuō)明原油成熟度很低;星28井長(zhǎng)9原油Ts/Tm為2.58，杏6009井長(zhǎng)10原油Ts/Tm高達(dá)4.19，說(shuō)明長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油成熟度很高。C31升藿烷22S/(22R+22S)異構(gòu)化參數(shù)主要用來(lái)研究生油早期的成熟度，其平衡值為 0.57 ～0.62[10］。研究區(qū)長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油該值平均為0.57，說(shuō)明其為成熟原油;長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油該值低于平衡點(diǎn)，說(shuō)明其與長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油可能具有不同的物質(zhì)來(lái)源。

2.3 甾烷類化合物特征

研究表明，有機(jī)質(zhì)在地質(zhì)演化過(guò)程中隨成熟度的增加，甾烷和萜烷由生物構(gòu)型(R構(gòu)型)向地質(zhì)構(gòu)型(S構(gòu)型)轉(zhuǎn)化[8］。常用來(lái)反映有機(jī)質(zhì)熱成熟度的甾烷異構(gòu)化參數(shù)主要有αααC2920S/(20S+20R)、C29ββ/(ββ + αα)等。αααC2920S/(20S+20R)和 C29ββ/(ββ+αα)隨成熟度增加均增大，其平衡值分別為0.52 ～0.55 和0.67 ～0.71[11］，并具有以下關(guān)系:未熟油，αααC2920S/(20S+20R)＜ 0.20，C29ββ/(ββ +αα)＜0.25;低熟油，αααC2920S/(20S+20R)在0.20 ～0.35，C29ββ/(ββ +αα)在0.25 ～0.42;成熟油，αααC2920S/(20S+20R)在0.35 ～0.50，C29ββ/(ββ + αα)＞0.42[12－13］。延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油αααC2920S/(20S+20R)為0.52 ～0.59，該值已超過(guò)平衡點(diǎn)，失去成熟度指示意義。C29ββ/(ββ +αα)為0.53 ～0.61，指示成熟原油特征，但長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油成熟度明顯低于長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油(表3)。

表2 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組原油全烴氣相色譜數(shù)據(jù)Table 2 Gas chromatography data of crude oil in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

圖2 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5—長(zhǎng)10原油飽和烴氣相色譜特征Fig.2 Gas chromatograms of alkanes in Chang4+5 － Chang10 oils of Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

圖3 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組原油m/z191和m/z217質(zhì)量色譜特征Fig.3 Mass chromatograms of m/z 191 and m/z 217 of crude oils in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

表3 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組原油地球化學(xué)參數(shù)Table 3 Geochemical parameters of crude oils in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油規(guī)則甾烷相對(duì)含量差異較大，總體上以C28和C29占優(yōu)勢(shì)為特征，C27含量相對(duì)較少，其形態(tài)呈偏V字形，反映了原油主要為低等生物和高等植物共同貢獻(xiàn);長(zhǎng)9原油規(guī)則甾烷呈反L字形分布，以C28和C29甾烷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)為特征;長(zhǎng)10原油規(guī)則甾烷基本呈V字形分布，反映原油母質(zhì)主要以低等水生生物為主，以及少部分高等植物的混合成因(圖3)。長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油規(guī)則甾烷差異主要與生油母質(zhì)沉積環(huán)境有關(guān)。孕甾烷和升孕甾烷含量隨原油成熟度增加而增大[14］，長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油孕甾烷和升孕甾烷含量較低，說(shuō)明原油成熟度較低;長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油孕甾烷和升孕甾烷含量較高，反映原油成熟度較高。

3 油源對(duì)比

3.1 地質(zhì)綜合分析

杏子川油田長(zhǎng)7烴源巖(張家灘頁(yè)巖)厚度分布在3.0 ～10.5 m 之間，平均厚度為 5.3 m，具備為長(zhǎng)6和長(zhǎng)4+5油藏提供油源的物質(zhì)基礎(chǔ)。地質(zhì)分析認(rèn)為，長(zhǎng)7烴源巖并非是本區(qū)長(zhǎng)9、長(zhǎng)10油藏油源，主要是因?yàn)?長(zhǎng)7烴源巖距離長(zhǎng)91頂部地層平均厚度為104 m，砂巖/地層厚度平均為0.43，單層砂體厚度最大約10 m，主要是以薄層的砂巖與泥巖頻繁互層為特征;本區(qū)不存在斷層和垂向長(zhǎng)裂縫，油氣向下長(zhǎng)距離運(yùn)移沒(méi)有通道;在錄井過(guò)程中，長(zhǎng)73和長(zhǎng)81砂組未發(fā)現(xiàn)任何油氣顯示，說(shuō)明沒(méi)有油氣運(yùn)移發(fā)生;由于烴源巖厚度較小，油氣排烴動(dòng)力較弱，向下運(yùn)移要克服毛細(xì)管力和浮力作用，不具備向下長(zhǎng)距離運(yùn)移條件。

杏子川油田長(zhǎng)9油層組頂部的李家畔頁(yè)巖較發(fā)育，一般具有3～4套有效烴源巖，單層厚度較小(0.9 ～6.8 m，平均為2.4 m)，累計(jì)厚度較大(1.9 ～13.9 m，平均為8.6 m)。目前發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)9油藏主要分布在長(zhǎng)91多套烴源巖之間的砂巖體中，互層式生儲(chǔ)蓋組合有利于烴源巖的排烴，長(zhǎng)92砂層組鉆井、錄井和測(cè)井解釋均未發(fā)現(xiàn)油層(圖4a)。杏6009井長(zhǎng)10原油取自杏子川油田南部的樓坪區(qū)，距離北部長(zhǎng)9油藏分布地區(qū)直線距離約65 km，在8口長(zhǎng)101試油井中，僅1口產(chǎn)出工業(yè)油流，2口低產(chǎn)油流井，2口井產(chǎn)油花，3口井產(chǎn)純水。樓坪區(qū)長(zhǎng)9主要發(fā)育一套烴源巖(李家畔)，電性特征明顯，厚度分布在15～25 m。李家畔頁(yè)巖與長(zhǎng)101儲(chǔ)層垂向距離約100 m，且以厚層泥巖夾薄層砂巖為主，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景初步分析認(rèn)為，長(zhǎng)10油藏原油可能為長(zhǎng)92底部有效烴源巖貢獻(xiàn)，李家畔頁(yè)巖生成的油氣不具備向長(zhǎng)10儲(chǔ)層運(yùn)移的源儲(chǔ)條件(圖4b)。

3.2 生物標(biāo)志化合物對(duì)比

圖4 鄂爾多斯盆地杏子川油田長(zhǎng)9和長(zhǎng)10油藏柱狀圖Fig.4 Histogram of Chang 9 and Chang 10 reservoirs in Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

圖5 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組原油和烴源巖規(guī)則甾烷含量對(duì)比Fig.5 Regular steranes comparison of crude oil and source rock in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

油氣運(yùn)移貫穿于烴類生成的全過(guò)程，不同階段生成的油氣具有不同的成熟度，由此導(dǎo)致油藏內(nèi)的原油與某一地質(zhì)時(shí)期烴源巖生成的烴類在組成上并不完全一致[15］。Mackenzie 等[16］認(rèn)為聚集成藏的油氣是不同成熟度有機(jī)流體的混合物。正相關(guān)不是樣品有成因聯(lián)系的必要證據(jù)，因?yàn)椴煌瑹N源巖可以表現(xiàn)出相似的地球化學(xué)特征;而負(fù)相關(guān)卻是樣品之間沒(méi)有成因聯(lián)系的有效證據(jù)[17］。

杏子川油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油C27－C28－C29規(guī)則甾烷含量非常接近，暗示長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油具有相同的母源屬性;其與長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油相比具有明顯的區(qū)別，說(shuō)明長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油具有不同的成因。長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油規(guī)則甾烷C28含量比較接近，而C27含量長(zhǎng)9原油小于長(zhǎng)10原油，C29含量長(zhǎng)9原油大于長(zhǎng)10原油，暗示其可能具有不同的母質(zhì)來(lái)源(表3，圖5)。長(zhǎng)7烴源巖(張家灘頁(yè)巖)與長(zhǎng)4+5和長(zhǎng)6原油C27－C28－C29規(guī)則甾烷含量接近，而與長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油具有明顯的差別，說(shuō)明長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油主要來(lái)源于長(zhǎng)7烴源巖貢獻(xiàn)，長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油與長(zhǎng)7烴源巖沒(méi)有親緣關(guān)系。長(zhǎng)9烴源巖(李家畔頁(yè)巖)與長(zhǎng)9原油具有很好的親緣性，說(shuō)明長(zhǎng)9原油主要來(lái)源于本區(qū)長(zhǎng)9烴源巖的貢獻(xiàn)。長(zhǎng)10原油與長(zhǎng)9烴源巖可比性較差，主要原因是長(zhǎng)10原油取自杏子川油田南部地區(qū)，距離長(zhǎng)9烴源巖取樣地區(qū)直線距離約65 km，而該油田未取到長(zhǎng)9有效烴源巖之故。

圖6 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組Ts/Tm與 αααC2920S/(20S+20R)對(duì)比關(guān)系Fig.6 Correlation of Ts/Tm and αααC2920S/(20S+20R)in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

圖7 鄂爾多斯盆地杏子川油田延長(zhǎng)組C29ββ/(ββ+αα)與 αααC2920S/(20S+20R)對(duì)比關(guān)系Fig.7 Correlation of C29ββ/(ββ + αα)and αααC2920S/(20S+20R)in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

在Ts/Tm與αααC2920S/(20S+20R)的交匯圖上(圖6)，長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)7烴源巖分布位置較一致。長(zhǎng)9烴源巖Ts/Tm值變化較大，分布于3.08～11.07之間，其高值樣品與熱演化程度無(wú)關(guān)，可能主要與巖性和沉積環(huán)境有關(guān)，因?yàn)門s/Tm高值者其樣品均含有粉砂巖，樣品顏色為深灰色。Ts/Tm值主要分布區(qū)域(生油主要貢獻(xiàn)者)與長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油位置接近，具有親緣屬性。在C29ββ/(ββ+αα)與 αααC2920S/(20S+20R)的交匯圖上(圖7)，長(zhǎng)7源巖與長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油分布區(qū)域一致;長(zhǎng)9源巖與長(zhǎng)9、長(zhǎng)10原油分布區(qū)域一致。

4 結(jié)論

1)杏子川油田延長(zhǎng)組原油物理性質(zhì)和族組成特征具有明顯的區(qū)別:總體上，隨著含油層位埋藏深度增加，長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油密度和粘度逐漸減小，均屬輕質(zhì)原油;族組成中烴類含量長(zhǎng)10＜長(zhǎng)4+5＜長(zhǎng)6＜長(zhǎng)9，瀝青質(zhì)含量長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6最高且比較接近，長(zhǎng)9次之，長(zhǎng)10最低。

2)杏子川油田延長(zhǎng)組原油均為成熟原油;長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6原油地化特征一致，反映具有相同的母源屬性;長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油地化特征與長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6具有顯著的差異，反映具有不同的母源屬性;長(zhǎng)9和長(zhǎng)10原油地化特征亦反映其可能具有不同的成因。

3)杏子川油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6油藏原油主要為本地長(zhǎng)7烴源巖貢獻(xiàn);長(zhǎng)9油藏原油主要為本地長(zhǎng)9頂部李家畔頁(yè)巖貢獻(xiàn);長(zhǎng)10油藏原油可能為長(zhǎng)9底部烴源巖向下運(yùn)聚的結(jié)果，尚需做進(jìn)一步的研究。

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