哈山地區(qū)烴源巖地球化學(xué)特征及油源對(duì)比

徐國(guó)盛，丁圣斌，劉文俊，劉 勇，張 震

（油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059）

準(zhǔn)噶爾盆地是目前最現(xiàn)實(shí)的油氣資源戰(zhàn)略接替基地，發(fā)展?jié)摿薮骩1]。哈拉阿拉特山地區(qū)（哈山地區(qū)）屬于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣前陸沖斷帶的一部分，是夾持于和什托洛蓋盆地與瑪湖凹陷之間的正向構(gòu)造單元，近東西走向，長(zhǎng)約80km，寬約16km，勘探面積1 000km2[2－4]（圖1）。哈山地區(qū)地表主要為戈壁，局部為山區(qū)，海拔高度350～600m，地表斷裂以東西向?yàn)橹?，部分?jǐn)嗔严嗷デ懈?。該區(qū)在構(gòu)造上屬于哈山逆沖推覆構(gòu)造的前緣斜坡帶，自晚古生代至第四紀(jì)以來(lái)，經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)多期構(gòu)造疊加的斷褶帶[5]。哈山地區(qū)處于盆緣斜坡構(gòu)造背景下，地層超覆、剝蝕關(guān)系復(fù)雜[6]，發(fā)育有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和新生界，石炭系、二疊系及白堊系在部分地區(qū)出露，其余均被第四系覆蓋[7]。

圖1 哈山地區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖Fig.1 Regional tectonic map of the Hassan area

哈山地區(qū)的勘探始于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的石油部和地礦部都開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)性研究工作[8，9]。2009年勝利油田接手以來(lái)，在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化了油氣勘探工作，發(fā)現(xiàn)了春暉、阿拉德等多個(gè)油氣田。鄰區(qū)中發(fā)現(xiàn)了百口泉、烏爾禾、風(fēng)城、夏子街4個(gè)油田，反映研究區(qū)具有較好的油氣地質(zhì)條件。目前中國(guó)石化探區(qū)內(nèi)共有16口探井，在二疊系共發(fā)現(xiàn)了4個(gè)油氣藏，有11口井在石炭系、侏羅系、白堊系有油氣顯示，而野外地質(zhì)調(diào)查在近山區(qū)帶發(fā)現(xiàn)了大量的瀝青以及重油聚集區(qū)。區(qū)內(nèi)發(fā)育有石炭系、二疊系、侏羅系等多套優(yōu)質(zhì)烴源巖，這使得確定各套含油層系原油的來(lái)源和研究區(qū)的油氣成藏模式存在一定困難。本文在對(duì)研究區(qū)烴源巖評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)烴源巖和原油樣品的生物標(biāo)志化合物特征進(jìn)行對(duì)比分析，確定主要的烴源層，為進(jìn)一步查明哈山地區(qū)有利的勘探區(qū)帶提供指導(dǎo)和借鑒。

1 烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)

由于哈山地區(qū)地層埋藏較淺，只取到二疊系烴源巖樣品，而侏羅系的烴源巖樣品取自相鄰的石西凹陷英1井。英1井完鉆井深2.8km，烴源巖地化分析樣品涵蓋了白堊系吐谷魯群至上三疊統(tǒng)白堿灘組，為烴源巖評(píng)價(jià)提供了較豐富的原始資料。

1.1 侏羅系烴源巖

從英1井鉆井揭露情況來(lái)看，下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組和中侏羅統(tǒng)西山窯組暗色泥巖相對(duì)較發(fā)育，暗色泥巖所占比例基本都在40%以上，而中侏羅統(tǒng)頭屯河組暗色泥巖不發(fā)育。煤層主要發(fā)育于下侏羅統(tǒng)八道灣組及中侏羅統(tǒng)西山窯組，以西山窯組發(fā)育厚度較大，累計(jì)達(dá)11m，八道灣組煤層累計(jì)厚度為5m（圖2）。

圖2 英1井侏羅系烴源巖地球化學(xué)剖面圖Fig.2 Geochemical section of the Jurassic source rocks of Well Ying 1

英1井西山窯組及三工河組暗色泥巖有機(jī)碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wTOC）一般在0.5%左右，巖石熱解生烴潛量（S1＋S2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wS1＋S2）一般都在2‰以下。西山窯組1 800～1 844m井段暗色泥巖平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.49%，熱解生烴潛量平均為1.78‰；三工河組1 896～2 007m井段暗色泥巖平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.42%，巖石熱解生烴潛量平均為1.21‰。這兩段暗色泥巖基本上為較差烴源巖，其余為非烴源巖。八道灣組2 318～2 423m井段暗色泥巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.5%以上，最高達(dá)3.47%，生烴潛量一般都在2‰～3.5‰之間，有機(jī)質(zhì)豐度基本達(dá)到了較好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為Ⅱ－Ⅲ型。

英1井西山窯組、八道灣組煤及暗色泥巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）在0.480%～0.585%之間變化，一般在0.5%左右，表明該井所揭露的侏羅系暗色泥巖有機(jī)質(zhì)均處于未熟－低熟演化階段，烴源巖還沒(méi)有達(dá)到生烴高峰期。由于英1井處于盆地邊緣凸起上，因而侏羅系暗色泥巖的絕對(duì)厚度比盆地中部?。ì敽枷莅说罏辰M暗色泥巖最大厚度在400m左右），推測(cè)向凹陷中部，由于沉積環(huán)境較為有利，烴源巖的厚度及有機(jī)質(zhì)豐度應(yīng)該更好。相應(yīng)地，隨著埋深的增加，對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)向烴類(lèi)的轉(zhuǎn)化也較為有利。

1.2 二疊系烴源巖

二疊系烴源巖，尤其是中二疊統(tǒng)烴源巖是一套以陸相暗色泥巖為主的烴源巖。該套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高、沉積厚度大、分布范圍廣，生烴潛力極大。該套烴源巖主要形成于咸水－微咸水的滯留還原環(huán)境，是準(zhǔn)噶爾盆地研究程度最高和最重要的烴源巖層系。

哈淺6井二疊系烴源巖地球化學(xué)分析結(jié)果表明（表1），有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為1.076%，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wA）平均為0.112 5%，熱解生烴潛量平均為3.55‰。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主，反映了低等水生生物為母源的特征；干酪根顯微組分以腐泥組為主，占85%以上。鏡質(zhì)體反射率Ro值在0.82%～0.93% 之間，平均值為0.88%；熱解峰溫（tmax）在431～441℃之間，烴源巖處于生油窗內(nèi)。

1.3 石炭系烴源巖

就鉆井而言，受沖斷推覆構(gòu)造帶影響，哈淺6、哈淺4、哈山1井均鉆穿石炭系殘余地層。石炭系主要巖性為褐色、灰色凝灰?guī)r及火山角礫巖，未發(fā)現(xiàn)烴源巖。而在石炭系露頭（哈山剖面、布爾津南剖面、托斯特東南剖面、白楊鎮(zhèn)北剖面）均發(fā)現(xiàn)了石炭系泥巖，巖性主要是灰－灰黑色粉砂質(zhì)泥巖。哈山地區(qū)烴源巖暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度中等，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要以混合型為主，烴源巖既有偏腐泥型也有偏腐殖型，并處于高－過(guò)成熟階段（表2）。據(jù)哈山地區(qū)地表巖石包裹體以及周邊地區(qū)甾萜生物標(biāo)志化合物資料分析結(jié)果[10，11]，石炭系烴源巖在二疊紀(jì)應(yīng)處于大量生油階段，已發(fā)生過(guò)油氣生成及運(yùn)聚過(guò)程；但由于該時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)比較劇烈，油氣聚集保存條件較差，油氣難以富集成藏。并且石炭系與二疊系烴源巖存在較大的成熟度差異，說(shuō)明在二疊系沉積前石炭系烴源巖已經(jīng)達(dá)到了高－過(guò)成熟階段，這對(duì)于石炭系生成油氣的聚集成藏是不利的。

表1 哈淺6井二疊系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度及類(lèi)型Table1 Abundance and type of organic matter in the Permian source rocks from Well HQ 6

2 烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征

2.1 侏羅系烴源巖

八道灣組煤系泥巖正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍為nC11～nC32，主峰碳偏后，主要為nC23、nC25，奇偶優(yōu)勢(shì)明顯，OEP普遍大于1.50，表明其生烴母質(zhì)以陸生高等植物為主，wPr／wPh介于3～11之間，缺乏胡蘿卜烷，這與成煤早期環(huán)境的偏氧化性有關(guān)[12－14]。

三環(huán)萜烷豐度較低，碳數(shù)呈C20＞C21＞C23的下降型分布，Ts相對(duì)豐度明顯低于Tm，伽馬蠟烷含量較低，表明母源的沉積水體鹽度較低。規(guī)則甾烷ααα20RC27，C28，C29指紋為 C27＜C28?C29的反“L”形，或呈“V”形分布，ααα20RC29甾烷略占優(yōu)勢(shì)，有機(jī)質(zhì)輸入以陸源高等植物為主[15]（圖3）。

2.2 二疊系烴源巖

二疊系烴源巖正構(gòu)烷烴的主峰碳主要為nC17或nC24，植烷含量明顯高于姥鮫烷、wPr／wPh＜0.60，指示咸化的還原環(huán)境。較高含量的β胡蘿卜烷則表明烴源巖有機(jī)質(zhì)輸入與光合細(xì)菌的色素生源有關(guān)，其主要形成于還原環(huán)境[12－14]，沉積速率相對(duì)較快，有利于有機(jī)質(zhì)的保存。

三環(huán)萜烷較發(fā)育，三環(huán)萜烷／C30藿烷為0.13～0.29，均以C23為主峰。伽馬蠟烷豐度較高，伽馬蠟烷／C30藿烷平均為0.23～0.36，指示較咸化的沉積環(huán)境。wTs＜wTm，wTs／wTm在0.15～0.40之 間。 規(guī) 則 甾 烷 ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29豐度以 C28和 C29占優(yōu)勢(shì)，C28略低于C29，ααα20RC27相對(duì)豐度低。重排甾烷豐度較低，4－甲基甾烷和甲藻甾烷幾乎檢測(cè)不到（圖4）。

2.3 石炭系烴源巖

石炭系烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征可分為2種類(lèi)型。

第Ⅰ類(lèi)烴源巖生物標(biāo)志化合物特征與二疊系烴源巖相似，含有豐富的β胡蘿卜烷；wTs＜wTm，三環(huán)萜烷和伽馬蠟烷含量較高；規(guī)則甾烷ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29豐度以 C28和C29占優(yōu)勢(shì)，C28略低于C29，C27相對(duì)豐度很低（圖5－A）。

第Ⅱ類(lèi)烴源巖飽和烴中不含β胡蘿卜烷系列化合物，正構(gòu)烷烴大部分以C23以前的低碳數(shù)為主。wPr／wPh值在0.41～0.63之間，有明顯的植烷優(yōu)勢(shì)。含有較豐富的長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷，伽馬蠟烷豐度變化較大，伽馬蠟烷／C30藿烷分布在0.17～0.50之間，說(shuō)明水體鹽度是動(dòng)蕩變化的。規(guī)則甾烷ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29呈“V”字形分布，C29＞C27＞C28，反映出原始母質(zhì)為混合型有機(jī)質(zhì)的特征[15]，具有一定含量的4－甲基甾烷，甲藻甾烷也普遍存在（圖5－B）。

圖4 二疊系烴源巖生物標(biāo)志化合物特征圖譜Fig.4 Characteristic pattern of biomarker compounds in the Permian hydrocarbon source rocks

圖5 石炭系兩類(lèi)烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征圖譜Fig.5 Characteristic pattern of biomarker compounds in two categories of the Carboniferous hydrocarbon source rocks

3 原油生物標(biāo)志化合物特征及油源分析

3.1 侏羅系原油

侏羅系原油遭受生物降解嚴(yán)重，正構(gòu)烷烴損失嚴(yán)重，根據(jù)原油萜烷和甾烷的生物標(biāo)志化合物特征的差異可以將侏羅系原油分為兩種類(lèi)型，油源對(duì)比表明，它們來(lái)源于不同的烴源層。

第Ⅰ類(lèi)原油甾烷／藿烷比值較高，為0.83～1.34；wTs／wTm值偏低，低于0.30；三環(huán)萜烷C19、C20、C23呈上升型分布。重排甾烷、4－甲基甾烷不發(fā)育，伽馬蠟烷十分豐富，伽馬蠟烷／C30藿烷＞0.40，指示半咸化－咸化的沉積環(huán)境。規(guī)則甾烷ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29以 C28和 C29甾烷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，C27甾烷含量很低，相對(duì)含量在10%以下（表3、圖6－A）。油源對(duì)比表明，該類(lèi)原油來(lái)源于二疊系烴源巖。

第Ⅱ類(lèi)原油甾烷／藿烷比值偏低，為0.28；wTs／wTm較高，為0.81。含有少量的重排甾烷，C29＞C28＞C27，呈反“L”形分布，但C27質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21%（表3、圖6－B）。以上特征表明其主要來(lái)源于侏羅系暗色泥巖，可能混有少量來(lái)自二疊系的烴源。

3.2 二疊系原油

二疊系原油飽和烴正烷烴主峰碳為C17、C23，以C28以前的低碳數(shù)為主，說(shuō)明生源中高等植物的貢獻(xiàn)較小。Pr／C17和Ph／C18均大于1，且wPr／wPh＜1，含有豐富的β胡蘿卜烷，表明其源巖沉積于較為還原的環(huán)境。

二疊系原油含有較多的三環(huán)萜烷，三環(huán)萜烷／藿烷在0.11～0.41之間，并且C23含量大于C21含量，伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷／C30藿烷大于0.21，wTs＜wTm。規(guī)則甾烷以低C27甾烷、高C28甾烷和高C29甾烷近“廠”字形分布為顯著特征，C27含量很低，相對(duì)含量在10%以下（表3，圖6－C）。重排甾烷和4－甲基甾烷不發(fā)育，αααC29甾烷20S／（20S＋20R）、C29甾烷ββ／（αα＋ββ）成熟度分別介于0.18～0.29、0.17～0.27之間，成熟度不高，處于低成熟階段。油源對(duì)比表明，該類(lèi)原油來(lái)源于二疊系烴源巖。

圖6 哈山地區(qū)原油／油砂總離子流（TIC）、萜烷（m／z191）、甾烷（m／z217）特征譜圖Fig.6 Characteristic pattern of the crude oil／oil sands total ion current（TIC），terpane（m／z191），gonane（m／z217）from the Hassan area

表3 哈山地區(qū)原油生物標(biāo)志化合物參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table3 Parameter statistics of the crude oil biomarker in Hassan area

3.3 石炭系原油

石炭系儲(chǔ)層原油正構(gòu)烷烴已被細(xì)菌等微生物消耗殆盡，類(lèi)異戊二烯烷烴也明顯降低。而甾烷、萜烷、伽馬蠟烷和β胡蘿卜烷等較耐降解的化合物豐度升高，但沒(méi)有檢測(cè)出25－降藿烷系列，降解的級(jí)別屬于輕微到中等。

含有一定量的三環(huán)萜烷，三環(huán)萜烷／藿烷在0.26～0.34之間，并且C23含量大于C21含量，伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷／C30藿烷在0.34～0.83之間。規(guī)則甾烷 ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29呈近“廠”字形分布為顯著特征，C27含量很低，相對(duì)含量在10%以下。αααC29甾烷20S／（20S＋20R）、C29甾烷ββ／（αα＋ββ）成熟度分別介于0.27～0.39、0.32～0.36之間，處于成熟階段（表3，圖6－D）。油源對(duì)比表明，該類(lèi)原油來(lái)源于二疊系烴源巖。

4 結(jié)論

a.侏羅系暗色泥巖有機(jī)質(zhì)成熟度處于未熟－低熟演化階段，烴源巖沒(méi)有達(dá)到生烴高峰期，其厚度較大、有機(jī)質(zhì)豐度較高。二疊系烴源巖是一套以陸相暗色泥巖為主的烴源巖，其有機(jī)質(zhì)豐度高、沉積厚度大、分布范圍廣，生烴潛力大。石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度中等，類(lèi)型以混合型為主，并在二疊系沉積前已達(dá)到高－過(guò)成熟階段，不利于聚集成藏。生烴潛力方面二疊系烴源巖＞侏羅系烴源巖＞石炭系烴源巖。

b.侏羅系烴源巖生烴母質(zhì)以陸生高等植物為主，wPr／wPh介于3～11之間，缺乏胡蘿卜烷，指示氧化環(huán)境。二疊系烴源巖wPr／wPh＜0.60，指示咸化的還原環(huán)境，沉積速率相對(duì)較快，有利于有機(jī)質(zhì)的保存。石炭系烴源巖生物標(biāo)志化合物特征分為2類(lèi)：第Ⅰ類(lèi)與二疊系烴源巖相似，含有豐富的β胡蘿卜烷；第Ⅱ類(lèi)飽和烴中不含β胡蘿卜烷系列化合物，C29＞C27＞C28，反映原始母質(zhì)為混合型有機(jī)質(zhì)。

c.根據(jù)油源對(duì)比分析，侏羅系儲(chǔ)層中原油來(lái)源分為2類(lèi)：第Ⅰ類(lèi)原油來(lái)源于二疊系烴源巖；第Ⅱ類(lèi)原油主要來(lái)源于侏羅系暗色泥巖，可能混有少量來(lái)自二疊系的原油。二疊系儲(chǔ)層中原油來(lái)源于二疊系本身的烴源巖；石炭系儲(chǔ)層中原油來(lái)源于二疊系烴源巖。

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