準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)稠油成因及成藏過(guò)程

2014-09-21 19:18:56張枝煥劉洪軍李偉費(fèi)佳佳向奎秦黎

地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào) 2014年2期

張枝煥+劉洪軍+李偉+費(fèi)佳佳+向奎+秦黎明+席偉軍+朱雷

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2011ZX05002)

摘要：準(zhǔn)噶爾盆地西緣車排子凸起侏羅系、白堊系和第三系均發(fā)現(xiàn)了稠油。運(yùn)用油藏地球化學(xué)及分子地球化學(xué)方法，在對(duì)稠油地球化學(xué)特征精細(xì)剖析的基礎(chǔ)上，根據(jù)原油的正構(gòu)烷烴、類異戊間二烯烷烴、甾萜烷烴類生物標(biāo)志物特征和穩(wěn)定碳同位素組成特征，討論車排子地區(qū)稠油的成因及生物降解程度，分析稠油的油源；根據(jù)流體包裹體資料并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造和烴源巖資料，分析研究區(qū)稠油的成藏期次和運(yùn)移途徑，建立稠油油藏的成藏模式。結(jié)果表明：準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)稠油主要來(lái)源于昌吉凹陷二疊系烴源巖，部分有侏羅系烴源巖生成原油的混源，均受到不同程度的生物降解；稠油油藏為后期調(diào)整形成的次生油藏，存在兩期成藏過(guò)程，第1期為白堊紀(jì)到古近紀(jì)，主要存在于侏羅系和白堊系儲(chǔ)層中，第2期為新近紀(jì)以來(lái)，主要存在于新近系沙灣組儲(chǔ)層中；稠油主要通過(guò)紅車斷裂帶和不整合面運(yùn)移，而且運(yùn)移時(shí)伴隨著生物降解，在聚集成藏前或運(yùn)移前已經(jīng)遭受了輕微生物降解作用，聚集成藏后又遭受了較為嚴(yán)重的生物降解作用。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；稠油；生物降解；油源；運(yùn)移；成藏過(guò)程；車排子凸起；準(zhǔn)噶爾盆地

中圖分類號(hào)：P618.130.2；TE122.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Origin and Accumulation Process of Heavy Oil

in Chepaizi Area of Junggar Basin

ZHANG Zhihuan1，2, LIU Hongjun3, LI Wei1,4, FEI Jiajia1, XIANG Kui5,

QIN Liming1,6, XI Weijun1,5 , ZHU Lei1

(1. School of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. State Key Laboratory of

Petroleum Source and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 3. School of Earth

Sciences and Engineering, Xian Shiyou University, Xian 710065, Shaanxi, China; 4. SINOPEC International

Petroleum Exploration and Production Corporation, Beijing 100029, China; 5. Department of Xinjiang

Exploration Project Management of SINOPEC Shengli Oilfield, Dongying 257001, Shandong, China;

6. SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100101, China)

Abstract: Heavy oils are discovered in Jurassic, Cretaceous and Neogene reservoirs of Chepaizi uplift in the western margin of Junggar Basin. Based on the detailed analysis of geochemical characteristics of heavy oil, according to the characteristics of nalkanes, isoprenoids, steroids and triterpenes biomarkers and stable carbon isotope compositions, the sources, origin and biodegradation of heavy oil in Chepaizi area were discussed by the means of reservoir geochemistry and molecular geochemistry; according to the fluid inclusions combined with geological structure and source rocks, the accumulation period and migration of heavy oils were analyzed, and the hydrocarbon accumulation process was established. The results show that the heavy oils in Chepaizi area of Junggar Basin are subjected to different degrees of biodegradation, mainly derived from Permian source rocks of Changji sag, and some of them mix with crude oil from Jurassic source rock; heavy oil reservoirs are secondaryby later reformation, and there are two major stages of hydrocarbon accumulation; the first period is from Cretaceous to Paleogene, the accumulation mainly happens in Jurassic and Cretaceous reservoirs, and the second period is after Neogene, the accumulation mainly happens in Neogene Shawan Formation reservoirs; heavy oils mainly migrate through Hongche fault belt and unconformity surface, and are subjected to a slight degradation during accumulation or migration and to a more severe degradation after accumulation.

Key words: geochemistry; heavy oil; biodegradation; oil source; migration; accumulation process; Chepaizi uplift; Jungger Basin

0引言

自2000年以來(lái)，中國(guó)石油新疆油田和中國(guó)石化西部新區(qū)勘探指揮部均在準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起發(fā)現(xiàn)了良好的油氣顯示和高產(chǎn)油氣流，反映該區(qū)具有良好的油氣勘探潛力。目前已在車排子凸起白堊系和第三系發(fā)現(xiàn)了輕質(zhì)油，在侏羅系、白堊系和第三系發(fā)現(xiàn)了稠油。從區(qū)域構(gòu)造背景上看，這些原油可能來(lái)源于凸起區(qū)東側(cè)的昌吉凹陷西段(又稱“沙灣凹陷”)或南緣西部的四棵樹(shù)凹陷。油源對(duì)比表明，研究區(qū)輕質(zhì)油主要來(lái)源于侏羅系烴源巖，可能存在白堊系烴源巖的混源［13］。研究區(qū)稠油遭受過(guò)較明顯的生物降解，給油源對(duì)比帶來(lái)一定困難。根據(jù)殘留組分分析，其來(lái)源與輕質(zhì)油存在明顯差別，而與二疊系烴源巖接近，推測(cè)其可能來(lái)源于二疊系烴源巖。目前，對(duì)研究區(qū)稠油成因及成藏過(guò)程認(rèn)識(shí)仍不清楚，在一定程度上影響著研究區(qū)下步油氣勘探。系統(tǒng)分析研究區(qū)稠油的地球化學(xué)特征，揭示其成因及成藏機(jī)理具有重要意義。筆者運(yùn)用油藏地球化學(xué)及分子地球化學(xué)方法，在對(duì)稠油地球化學(xué)特征精細(xì)剖析的基礎(chǔ)上，根據(jù)原油的正構(gòu)烷烴、類異戊間二烯烷烴、甾萜烷烴類生物標(biāo)志物特征和穩(wěn)定碳同位素組成特征，討論車排子地區(qū)稠油的成因及生物降解程度，分析稠油的油源；根據(jù)流體包裹體資料，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造和烴源巖資料，分析研究區(qū)稠油的成藏期次和運(yùn)移途徑，建立稠油藏的成藏模式。

1研究區(qū)地質(zhì)概況

車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣，構(gòu)造上與紅車斷裂帶同屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起的次一級(jí)構(gòu)造單元［48］。車排子凸起平面上呈三角形，主體走向?yàn)镹W—SE向至EW向，其東側(cè)以紅車斷階帶為界與昌吉凹陷及中拐凸起相接，南側(cè)為四棵樹(shù)凹陷(圖1)，西側(cè)及西北側(cè)為扎伊爾山，北側(cè)與克夏斷褶帶相接，面積約1.08×104 km2。車排子凸起在西北部扎伊爾山前隆起最高，向東部、南部及東南部隆起幅度逐漸降低，至奎屯—安集海一帶逐漸隱伏消失。隆起主體部位大面積缺失二疊系、三疊系和侏羅系，白堊系和新近系超覆在隆起基巖頂面上，白堊系—石炭系構(gòu)造層總體表現(xiàn)為東南傾單斜，新近系總體為近南傾的單斜。

圖1準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起構(gòu)造位置

Fig.1Sketch Showing the Tectonic Location of

Chepaizi Uplift, Junggar Basin

海西早期，車排子地區(qū)強(qiáng)烈隆升，并產(chǎn)生紅車斷裂帶，將車排子凸起—四棵樹(shù)凹陷與中央坳陷分割；在此期間，車排子地區(qū)以垂向隆升剝蝕為主，火山活動(dòng)強(qiáng)烈，形成了一套以凝灰?guī)r和變質(zhì)巖為主的地層。海西晚期、印支期和燕山早中期，車排子凸起繼續(xù)強(qiáng)烈隆升，缺失二疊系、三疊系及侏羅系，在紅車斷裂帶及車排子凸起近紅車斷裂帶處沉積了較薄的二疊系、三疊系及侏羅系。在印支期—燕山期，車排子凸起區(qū)斷裂活動(dòng)較為強(qiáng)烈，凸起上形成了若干小型斷凹或溝谷，沉積了較薄的侏羅系。早白堊世以后，車排子凸起區(qū)開(kāi)始緩慢沉降，東部及東南部沉積了較薄的下白堊統(tǒng)中下部地層，西北部仍為隆起區(qū)，缺失下白堊統(tǒng)上部地層和上白堊統(tǒng)東溝組。古近紀(jì)以后，車排子凸起仍以緩慢沉降為主，但只有車排子凸起東南部沉積了較薄的古近系紫泥泉子組和安集海河組，中西部廣大地區(qū)仍為剝蝕區(qū)，缺失了古近系。新近紀(jì)以后受喜山運(yùn)動(dòng)的影響，北天山山前前陸盆地開(kāi)始形成，車排子凸起作為該前陸盆地的一部分隨之快速沉降，形成了沙灣組沉積，但在車排子凸起北部及西部山前帶未能沉積沙灣組。沙灣組沉積以后，車排子凸起沉降范圍和幅度繼續(xù)加大直至整體都處于水下，沉積了較厚的塔西河組、獨(dú)山子組和第四系。

車排子凸起雖有部分暗色泥巖沉積，但均未進(jìn)入生烴門(mén)限，有效烴源巖不發(fā)育，但其緊鄰昌吉凹陷和四棵樹(shù)凹陷。這兩個(gè)凹陷分別分布有二疊系、侏羅系和古近系等多套烴源巖，可為其提供油源。車排子凸起主要發(fā)育3套儲(chǔ)蓋組合，分別為以石炭系變質(zhì)巖和凝灰?guī)r、侏羅系砂巖和砂礫巖、白堊系砂巖和砂礫巖為儲(chǔ)集層，白堊系中上部泥質(zhì)巖及與儲(chǔ)集層互層的泥質(zhì)巖為蓋層的儲(chǔ)蓋組合；以古近系中下部砂巖為儲(chǔ)集層，古近系上部的泥質(zhì)巖及與儲(chǔ)集層互層的泥質(zhì)巖為蓋層的儲(chǔ)蓋組合；以沙灣組中下部砂巖為儲(chǔ)集層，沙灣組中上部泥質(zhì)巖及與儲(chǔ)集層互層的泥質(zhì)巖為蓋層的儲(chǔ)蓋組合。車排子凸起油藏類型比較復(fù)雜，分布有古近系—新近系巖性、白堊系底部超覆不整合、侏羅系頂部剝蝕不整合及石炭系潛山和斷塊等多種類型的油藏，且具有多期次成藏的特點(diǎn)。車排子凸起長(zhǎng)期發(fā)育繼承性構(gòu)造，處于昌吉凹陷和四棵樹(shù)凹陷油氣運(yùn)移指向區(qū)。該區(qū)可能存在兩個(gè)油氣運(yùn)移方向：一是從卡因迪克方向越過(guò)艾卡斷裂帶向北運(yùn)移，在車排子凸起上聚集；二是沿紅車斷階帶向北，越過(guò)紅車斷階帶向西運(yùn)移，油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)的組成主要是斷層和不整合面。

2稠油分布及其地球化學(xué)特征

2.1稠油分布及物性特征

研究區(qū)稠油在石炭系、侏羅系、白堊系、古近系以及新近系沙灣組都有分布，但主要分布在新近系沙灣組、白堊系和侏羅系，古近系和石炭系分布較少。北部地區(qū)稠油主要分布在新近系沙灣組，南部地區(qū)多分布在侏羅系和白堊系，少數(shù)井區(qū)也可能分布在其他層位。

研究區(qū)稠油密度和黏度均較大，密度大部分超過(guò)090 g·cm-3。根據(jù)中國(guó)稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，車排子地區(qū)稠油多數(shù)屬于普通稠油。排1井白堊系原油密度為0.945 g·cm-3，黏度為592 mPa·s(50 ℃)，凝固點(diǎn)為-12.7 ℃；侏羅系原油密度為099 g·cm-3，黏度為5 879 mPa·s(50 ℃)，凝固點(diǎn)為12 ℃；個(gè)別井點(diǎn)(如排602C1井)稠油黏度為11 188 mPa·s，屬于特稠油。隨著深度的變淺，稠油密度和黏度呈增加趨勢(shì)。

2.2稠油地球化學(xué)特征

研究區(qū)不同井區(qū)、不同層位、不同深度稠油地球化學(xué)特征存在一定差異，但大部分稠油飽和烴總離子流圖上鼓包均較明顯，正構(gòu)烷烴分布不完整，尤其是低分子量正構(gòu)烷烴消耗殆盡，且基本辨認(rèn)不出姥鮫烷和植烷；三環(huán)萜烷分布均比較完整，且豐度較高，其中C20、C21、C23三環(huán)萜烷相對(duì)豐度呈“山峰型”或“上升型”分布；C30藿烷相對(duì)含量較低，伽馬蠟烷含量中等或較高，含有較豐富的25降藿烷；規(guī)則甾烷分布不完整且相對(duì)含量很低，孕甾烷相對(duì)含量一般較高［圖2(a)~(d)］。有些樣品飽和烴破壞很嚴(yán)重，除了正構(gòu)烷烴和類異戊間二烯烷烴遭嚴(yán)重破壞外，規(guī)則甾烷也已經(jīng)遭受生物降解，五環(huán)三萜烷也遭到較嚴(yán)重的破壞［圖2(e)~(l)］。甚至有些樣品(如排602井原油)中比降藿烷更難降解的三環(huán)萜烷已經(jīng)有生物降解的跡象［圖2(i)~(l)］，表明其遭受了更為嚴(yán)重的生物降解。

質(zhì)荷比為125的質(zhì)量色譜圖表示類胡蘿卜烷系列化合物；質(zhì)荷比為217的質(zhì)量色譜圖表示甾烷系列化合物；質(zhì)荷比為191的質(zhì)量色譜圖

表示三環(huán)萜烷及五環(huán)三萜烷系列化合物

圖2車排子凸起原油和油砂抽提物總離子流圖及部分生物標(biāo)志物質(zhì)量色譜圖

Fig.2Total Ion Chromatorgraphies of Crude Oil and Oil Sand Extraction, and Mass Chromatograms of

Some Biomarkers in Chepaizi Uplift

有些稠油樣品飽和烴總離子流圖上顯示較明顯的鼓包，藿烷系列中25降藿烷豐度較高。但從總離子流圖上看，除了低分子量化合物外，仍然明顯可見(jiàn)分布較完整的正構(gòu)烷烴、姥鮫烷和植烷(圖3)。這說(shuō)明早期充注原油遭受了嚴(yán)重的生物降解，后期充注了一定量未被生物降解的原油。但不同井區(qū)后期充注的原油所占比例有所不同。這些原油穩(wěn)定碳同位素值高于典型二疊系烴源巖生成的原油，而低于來(lái)源于侏羅系烴源巖的原油。比如，排19井沙灣組油砂抽提物δ(13C)值

為-283×10-3，排203井沙灣組原油的飽和烴δ(13C)值為-279×10-3，排204井油砂抽提物δ(13C)值為-293×10-3，都介于侏羅系和二疊系烴源巖抽提物的穩(wěn)定碳同位素值之間。

表示三環(huán)萜烷及五環(huán)三萜烷系列化合物

圖3車排子凸起砂巖抽提物總離子流圖及部分生物標(biāo)志物質(zhì)量色譜圖

Fig.3Total Ion Chromatorgraphies of Sandstone Extraction and Mass Chromatograms of Some Biomarkers in Chepaizi Uplift

3稠油生物降解程度及分布特征

3.1稠油成因及生物降解程度

稠油成因主要有原生型和次生型，前者主要指烴源巖在低演化階段形成的未熟—低熟油，后者指油藏遭受后期的破壞改造(如水洗、氧化及生物降解等物理或化學(xué)作用)后所形成的一種重質(zhì)油/瀝青［912］，其中生物降解是次生稠油的重要形成機(jī)制之一［1314］。不同成因的稠油地球化學(xué)特征存在明顯差別。根據(jù)研究區(qū)稠油的地球化學(xué)特征，這些稠油均具有生物降解油的特點(diǎn)，如飽和烴總離子流圖上都有明顯的鼓包，正構(gòu)烷烴有明顯的損失現(xiàn)象，有些甚至消耗殆盡，甾萜類分布不完整，部分樣品藿烷或甾烷類化合物消耗嚴(yán)重，且存在25降藿烷。此外，研究區(qū)稠油層埋深較小，主要分布在1 000 m以內(nèi)，具有生物降解的條件。由此可以判斷該區(qū)稠油成因?yàn)樯锝到狻?/p>

前人對(duì)稠油生物降解級(jí)別開(kāi)展了比較系統(tǒng)的研究，但目前不同學(xué)者對(duì)稠油的稠化分級(jí)不太一致，如Volkman等將生物降解程度劃分為9級(jí)［15］，胡見(jiàn)義等將稠油分4個(gè)等級(jí)［16］，高日勝等將重質(zhì)油稠變序列劃分為6級(jí)［17］，王嶼濤將準(zhǔn)噶爾盆地西北緣稠油分為5級(jí)［18］。目前較為常用的劃分標(biāo)準(zhǔn)是Peters等根據(jù)原油組成特征將其生物降解程度分為五大級(jí)十個(gè)次級(jí)，五大級(jí)分別為輕微生物降解、中等生物降解、嚴(yán)重生物降解、很嚴(yán)重生物降解以及強(qiáng)烈生物降解［1920］。依據(jù)Peters等的判斷標(biāo)準(zhǔn)［1920］，研究區(qū)稠油的生物降解程度為3～7級(jí)。排203井新近系稠油飽和烴總離子流圖上有明顯的鼓包，正構(gòu)烷烴和無(wú)環(huán)類異戊間二烯烷烴損失明顯，但依然可見(jiàn)少量分布，甾萜類化合物分布也比較完整，推測(cè)其遭受了3級(jí)(中等)生物降解作用；排20井石炭系、排1井白堊系、排203井古近系稠油遭受了4～5級(jí)(嚴(yán)重)生物降解作用，其特征為總離子流圖上存在鼓包，正構(gòu)烷烴損失嚴(yán)重，缺失無(wú)環(huán)類異戊間二烯烷烴，

圖4車排子地區(qū)原油生物降解程度分布

Fig.4Distribution of Biodegradation Degree of Crude Oil in Chepaizi Region

藿烷系列化合物有缺失，25降藿烷相對(duì)藿烷系列化合物含量較高，但三環(huán)萜烷分布基本完整，伽馬蠟烷含量中等，規(guī)則甾烷略有損失，但分布比較完整；排602井白堊系稠油遭受了約6級(jí)(嚴(yán)重)生物降解作用，這類原油總離子流圖上也存在明顯鼓包，正構(gòu)烷烴和無(wú)環(huán)類異戊間二烯烷烴基本消耗完，藿烷系列化合物也有部分降解，且25降藿烷含量很高，同時(shí)規(guī)則甾烷相對(duì)含量很低，也有明顯損耗，三環(huán)萜烷類分布比較完整，伽馬蠟烷含量中等；排1井侏羅系、排6井白堊系、排18井新近系原油遭受了7級(jí)(特嚴(yán)重)生物降解作用，這類原油總離子流圖上鼓包明顯，正構(gòu)烷烴及無(wú)環(huán)類異戊間二烯烷烴已消耗殆盡，藿烷系列化合物損失較嚴(yán)重，且富含25降藿烷，規(guī)則甾烷損失非常嚴(yán)重，同時(shí)重排甾烷也受到影響，但三環(huán)萜烷類分布也相對(duì)完整，且重排甾烷也受到影響，相對(duì)含量很低，伽馬蠟烷含量中等或較高。

有些原油飽和烴總離子流圖上存在明顯的鼓包（反映其遭受到一定程度的生物降解作用），但仍然分布有較完整的正構(gòu)烷烴，表明其存在后期充注現(xiàn)象。

3.2不同生物降解程度稠油的分布特征

車排子凸起不同井區(qū)稠油的生物降解程度存在一定差別(圖4)。研究區(qū)從東到西生物降解程度依次減弱，具有北部地區(qū)稠油生物降解程度較嚴(yán)重、南部地區(qū)原油生物降解程度相對(duì)較弱且存在后期充注現(xiàn)象的特點(diǎn)。車排子凸起區(qū)稠油生物降解程度從深度上存在一定差別，但差別并不明顯。排203井新近系937.6、948、956 m深度段稠油中正構(gòu)烷烴和甾萜烷系列化合物存在一定差別，956 m深度原油遭受中等生物降解，948、937.6 m深度原油均遭受了較嚴(yán)重生物降解。

4油源分析

車排子凸起南鄰四棵樹(shù)凹陷，東南部緊靠昌吉凹陷西段，這兩個(gè)凹陷均有向車排子地區(qū)提供油源的區(qū)域地質(zhì)背景和油氣運(yùn)聚條件。昌吉凹陷西段分布有二疊系佳木河組、風(fēng)城組、烏爾禾組等油源系統(tǒng)［21］；四棵樹(shù)凹陷分布有侏羅系、白堊系和古近系烴源巖。由于研究區(qū)稠油大多遭受了5級(jí)或5級(jí)以上的生物降解，部分生物標(biāo)志物參數(shù)失去生源意義，增加了油源對(duì)比的難度。因此，針對(duì)研究區(qū)稠油特征及稠化程度，選擇部分保留較好的生物標(biāo)志物及其相關(guān)參數(shù)、穩(wěn)定碳同位素及含油包裹體主成分分析資料，并參考車拐地區(qū)原油地球化學(xué)特征，分析了研究區(qū)稠油的油源。

盡管研究區(qū)大部分稠油遭受了較嚴(yán)重的生物降解，正構(gòu)烷烴已經(jīng)消耗殆盡，但從C20、C21和C23三環(huán)萜烷、伽瑪蠟烷的分布特征來(lái)看，研究區(qū)稠油與昌吉凹陷中、下二疊統(tǒng)烴源巖具有很多相似的地球化學(xué)特征：五環(huán)三萜烷系列中三環(huán)萜烷和伽馬蠟烷含量較高，C20、C21、C23三環(huán)萜烷特征表現(xiàn)為“上升型”(下二疊統(tǒng)烴源巖)或“山峰型”(中二疊統(tǒng)烴源巖)分布，Ts/Tm值較高，規(guī)則甾烷中ααα20RC27甾烷含量低，ααα20RC28甾烷含量較高，與ααα20RC29甾烷含量基本相當(dāng)或偏低，含有一定量β胡蘿卜烷；而侏羅系煤系烴源巖中伽馬蠟烷含量很低，Ts/Tm值低，在低三環(huán)萜烷的背景下相對(duì)富含C19三環(huán)萜烷和C24四環(huán)萜烷，甾烷分布中孕甾烷含量低，ααα20RC27、ααα20RC28、ααα20RC29規(guī)則甾烷的相對(duì)豐度呈反“L”型分布，一般不含β胡蘿卜烷。這些特征與研究區(qū)稠油存在明顯的差別。

此外，稠油穩(wěn)定碳同位素偏輕，全油或?yàn)r青抽提物δ(13C)值為(-31.5～-30)×10-3，飽和烴δ(13C)值為(-32.2～-31.7)×10-3。這些特征也與二疊系烴源巖及車拐地區(qū)原油(來(lái)源于二疊系烴源巖)比較接近，而與侏羅系烴源巖存在較大差別(圖5)。二疊系烴源巖相對(duì)較富集輕碳同位素，生成的原油δ(13C)值小于-30×10-3，而侏羅系烴源巖富集重碳同位素，生成的原油δ(13C)值一般大于-27×10-3，烴源巖氯仿瀝青“A”的δ(13C)值為(-25.9～-26.6)×10-3，平均為-26.2×10-3，暗色泥巖氯仿瀝青“A”的δ(13C)值為(-28.1～-31.9)×10-3，平均為-30.3×10-3。

圖5車排子凸起稠油與侏羅系烴源巖生成的原油及二疊系烴源巖生成的原油穩(wěn)定碳同位素對(duì)比

Fig.5Correlations of Stable Carbon Isotopes Between Heavy Oil in Chepaizi Uplift and

Crude Oils Derived from Jurassic and Permian Source Rocks

車拐地區(qū)原油主要來(lái)源于中二疊統(tǒng)下烏爾禾組和下二疊統(tǒng)風(fēng)城組烴源巖。從圖6可以看出，研究區(qū)稠油(排203井、排1井)與車拐地區(qū)原油生標(biāo)參數(shù)分布接近，而與來(lái)源于侏羅系烴源巖的排2井原油之間存在較明顯差別。圖7為排1井侏羅系和白堊系包裹體主成分生物標(biāo)志物分布特征譜圖。由圖7可以看出，姥鮫烷含量低于植烷，三環(huán)萜烷相對(duì)含量較高，伽馬蠟烷含量中等，且明顯含有β胡蘿卜烷，這些特征與二疊系烴源巖的特征基本一致，而與侏羅系烴源巖特征差別較大，判斷來(lái)源于昌吉凹陷二疊系烴源巖。

圖6車排子凸起稠油與車拐地區(qū)原油部分地球化學(xué)參數(shù)對(duì)比

Fig.6Comparison of Geochemical Parameters Between Crude Oils from Cheguai Area and Heavy Oil from Chepaizi Uptift

有些原油具有比較明顯的兩期充注現(xiàn)象，盡管這些原油有些生物標(biāo)志物與二疊系烴源巖相似(如伽瑪蠟烷指數(shù)明顯偏高)，但有些特征與二疊系烴源巖又存在一定差別，如ααα20R甾烷C27/C29值較低，ααα20RC27、ααα20RC28、ααα20RC29甾烷相對(duì)組成呈“上升型”分布；有些原油中后期充注部分

姥鮫烷/植烷值偏高，比如排27井白堊系稠油中姥鮫烷/植烷值為172；δ(13C)值偏高，比如排203井沙灣組原油飽和烴δ(13C)值為-27.9×10-3，排19井沙灣組油砂抽提物δ(13C)值為-28.3×10-3，排204井油砂抽提物δ(13C)值為-29.3×10-3，其分布特征介于二疊系和侏羅系烴源巖之間。由此推測(cè)，早期充注的是來(lái)自昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的原油，后期又充注了來(lái)源于侏羅系烴源巖生成的原油。這可以解釋為早期充注的原油遭受了嚴(yán)重生物降解，正構(gòu)烷烴和類異戊間二烯烷烴幾乎被全部降解，后期充注的原油亦遭受了輕度生物降解，部分正構(gòu)烷烴被消耗，異構(gòu)烷烴豐度突顯。三芴系列化合物分布特征表明，排1井侏羅系和排602井白堊系油砂抽提物中氧芴和芴的含量明顯偏高，而硫芴含量較低，可能與來(lái)源于侏羅系烴源巖生成原油的混源作用有關(guān)，受后期充注影響明顯的排601井、排20井以及車淺15井等的氧芴含量要明顯高于硫芴。上述特征均表明可能有后期充注的侏羅系烴源巖生成原油的混源。

盡管研究區(qū)南側(cè)四棵樹(shù)凹陷存在白堊系和古近系烴源巖，但由于這兩套烴源巖分布有局限，成熟度明顯偏低，生烴潛力十分有限［3］，且與研究區(qū)稠油地球化學(xué)特征之間存在一定差別，如白堊系和古近系烴源巖伽馬蠟烷含量明顯偏高，ααα20RC27、ααα20RC28、ααα20RC29甾烷呈典型的“V”型分布，古近系烴源巖中還富含C30甾烷。研究區(qū)稠油中不具有這些特征［22］，由此推測(cè)這兩套烴源巖對(duì)研究區(qū)稠油沒(méi)有明顯的油源貢獻(xiàn)。

綜上所述，車排子凸起稠油具有二疊系生成原油的特征，主要來(lái)源于昌吉凹陷二疊系烴源巖，后期有侏羅系烴源巖生成原油的混源。

5稠油成藏過(guò)程分析

5.1稠油油藏的成藏期

流體包裹體記錄了含油氣流體及其他各種來(lái)源流體的性質(zhì)、組分和物化條件。根據(jù)儲(chǔ)層中流體包裹體的均一化溫度分布特征，結(jié)合盆地?zé)嵫莼泛吐癫厥诽卣?，可以確定油氣運(yùn)移時(shí)間和成藏期次［23］。近幾年，流體包裹體在油氣成藏研究中得到了廣泛應(yīng)用，已成為當(dāng)代石油地質(zhì)領(lǐng)域研究油氣藏形成期次最重要和最有效的方法之一［2427］。

5.1.1流體包裹體相態(tài)、產(chǎn)狀及分布特征

研究區(qū)稠油儲(chǔ)層中分布有液態(tài)烴類、氣液態(tài)兩相烴類、氣態(tài)烴類和含烴鹽水4類包裹體。液態(tài)烴類包裹體主要沿切穿石英、長(zhǎng)石顆粒的微裂隙分布，或者沿石英顆粒加大邊微裂隙面呈線狀以及帶狀分布［圖8(a)、(b)］，這類包裹體在新近系沙灣組與白堊系儲(chǔ)層中均較發(fā)育。氣液態(tài)兩相烴類包裹體主要發(fā)育在石英、長(zhǎng)石的微裂隙中，部分分布在石英或長(zhǎng)石的次生加大邊，呈線狀、帶狀及群狀分布，個(gè)別呈孤立狀分布［圖8(c)、(d)］。氣態(tài)烴類包裹體較少，在排286井、排19井與排20井沙灣組儲(chǔ)層中有零星分布，主要沿石英顆粒加大邊呈帶狀分布，大小從幾微米至幾十微米均有發(fā)現(xiàn)［圖8(e)］。與烴類包裹體伴生的含烴鹽水包裹體在研究區(qū)分布較廣，常與沿裂隙分布的烴類包裹體有明顯的共生關(guān)系，分布于石英顆粒、長(zhǎng)石顆粒的裂隙或者次生加大邊［圖8(f)］。經(jīng)對(duì)與烴類包裹體伴生的鹽水包裹體的研究，侏羅系之上儲(chǔ)層中鹽水包裹體的鹽度大于7%，新近系沙灣組儲(chǔ)層周邊含烴鹽水包裹體鹽度在4%以下，表明各類相態(tài)的原油存在差異，油氣的成藏期亦有差別。

表示三環(huán)萜烷及五環(huán)三萜烷系列化合物

圖7排1井侏羅系和白堊系稠油包裹體主成分部分生物標(biāo)志物分布特征

Fig.7Distributions of Some Biomarkers of Inclusion Principal Component of Jurassic and Cretaceous Heavy Oils from Well Pai1

圖8車排子凸起稠油儲(chǔ)層中流體包裹體產(chǎn)狀及分布特征

Fig.8Occurrence and Distributions of Fluid Inclusions in Heavy Oil Reservoirs of Chepaizi Uplift

5.1.2油氣成藏期次的確定

(1)流體包裹體均一化溫度。車排子凸起儲(chǔ)層含烴鹽水包裹體均一化溫度分布表明，侏羅系和白堊系儲(chǔ)層均一化溫度為60 ℃～80 ℃，新近系沙灣組儲(chǔ)層均一化溫度為60 ℃～90 ℃。個(gè)別井包裹體溫度更高：排20井沙灣組包裹體均一化溫度為97 ℃～110 ℃，排286井沙灣組包裹體均一化溫度為94 ℃～116 ℃。在侏羅系與白堊系儲(chǔ)層中還存在部分高溫氣液包裹體，部分氣液包裹體的均一化溫度超過(guò)160 ℃，存在深部高溫油氣流體的注入。均一化溫度的分布范圍不一致，基本可以判斷侏羅系和白堊系儲(chǔ)層與新近系儲(chǔ)層中的流體注入時(shí)間不同，并至少存在兩期成藏。

根據(jù)車排子凸起的古地溫梯度(208 Ma時(shí)為每百米3.25 ℃，145.6 Ma時(shí)為每百米2.65 ℃，65 Ma時(shí)為每百米2.3 ℃，23.2 Ma時(shí)為每百米2.21 ℃，15 Ma時(shí)為每百米2.21 ℃，5.1 Ma時(shí)為每百米2.2 ℃，1.65 Ma時(shí)為每百米2.2 ℃，現(xiàn)今為每百米2 ℃)以及部分探井的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，分析了車排子地區(qū)的地層熱演化史。從圖9可以看出，車排子地區(qū)儲(chǔ)層所經(jīng)歷的最大受熱溫度明顯低于儲(chǔ)層流體包裹體均一化溫度，因此，推測(cè)這些包裹體為深部油氣快速運(yùn)移，但還未降至儲(chǔ)層溫度時(shí)就已經(jīng)被捕獲。同時(shí)，根據(jù)侏羅系和白堊系儲(chǔ)層溫度，結(jié)合包裹體均一化溫度，得出新近系沙灣組儲(chǔ)層包裹體均一化溫度高于侏羅系—白堊系儲(chǔ)層的溫度，因此，判斷沙灣組稠油并非從侏羅系和白堊系運(yùn)移上來(lái)的，可能為東南側(cè)昌吉凹陷烴源巖生成的油氣直接運(yùn)移聚集形成。包裹體均一化溫度與儲(chǔ)層最大受熱溫度不匹配，因此，均一化溫度不能準(zhǔn)確判斷稠油油藏的形成時(shí)間，但是通過(guò)其分布范圍基本可以確定車排子地區(qū)稠油至少存在兩期充注。

進(jìn)一步分析表明，侏羅系稠油包裹體部分分布在石英顆粒的微裂隙以及裂隙面，僅少量在長(zhǎng)石的溶蝕面以及膠結(jié)物中呈孤立狀分布，表明石油是在侏羅系儲(chǔ)層固結(jié)成巖發(fā)生溶蝕作用之后充注的，至少是在白堊系開(kāi)始沉積之后，并且侏羅系儲(chǔ)層氣液包裹體較為發(fā)育，氣體保存條件較好，生物降解程度偏低。

N2d-新近系獨(dú)山子組；N1t-新近系塔西河組；N1s-新近系沙灣組;K1tg-白堊系吐谷魯群

圖9車排子凸起帶部分井地層埋藏史與熱演化史分布

Fig.9Burial History and Thermal Evolution History Diagrams of Part Wells in Chepaizi Uplift Belt

白堊系儲(chǔ)層深褐色液態(tài)烴類包裹體發(fā)育，儲(chǔ)層孔隙中含有瀝青，稠油降解略強(qiáng)一些，保存條件相對(duì)差，但也發(fā)育氣液包裹體。此外，侏羅系含油儲(chǔ)層成巖作用明顯強(qiáng)于白堊系，含有稠油的白堊系儲(chǔ)層普遍比較疏松，甚至膠結(jié)作用比古近系還弱，推測(cè)在白堊系儲(chǔ)層未固結(jié)時(shí)稠油開(kāi)始注入。因此,把侏羅系和白堊系儲(chǔ)層稠油成藏時(shí)間定為白堊紀(jì)之后至古近紀(jì)時(shí)期較為合適。新近系沙灣組儲(chǔ)層油氣包裹體主要形成于新近系末期至現(xiàn)今，由于沙灣組儲(chǔ)層存在深褐色液態(tài)稠油包裹體，熒光顯示較弱，在排2井、排203井、排19井及排20井均存在此類稠油包裹體，表明這些包裹體是在沙灣組儲(chǔ)層開(kāi)始進(jìn)入成巖階段形成稠油且進(jìn)入儲(chǔ)層后形成的。

(2)根據(jù)烴源巖生烴史分析成藏期。

昌吉凹陷二疊系烴源巖的生烴時(shí)間較早，從靠近邊緣一虛擬井的生烴強(qiáng)度分析表明，下二疊統(tǒng)烴源巖生油時(shí)間為157～236 Ma，生油高峰時(shí)間為213 Ma，即侏羅紀(jì)早期；生氣時(shí)間為81～236 Ma，生氣高峰時(shí)間為190、210 Ma，即侏羅紀(jì)早期與中后期。中二疊統(tǒng)烴源巖的生油時(shí)間為123～220 Ma，生油高峰時(shí)間為200 Ma，即侏羅紀(jì)早中期；生氣時(shí)間為50～220 Ma，生氣高峰為81、197 Ma，即侏羅紀(jì)末期與白堊紀(jì)末期。研究區(qū)來(lái)源于二疊系烴源巖的稠油主要分布在侏羅系及以上儲(chǔ)層中，形成時(shí)間晚于烴源巖主要生排烴期，與烴源巖生烴史不匹配。在沙灣組沉積之后不存在大的剝蝕，地層基本上為連續(xù)沉積，因此，只有一種可能就是深部的油氣由于快速運(yùn)移而未降至儲(chǔ)層的溫度就已經(jīng)被捕獲，導(dǎo)致礦物捕獲的油氣包裹體溫度略高，與儲(chǔ)層流體溫度不匹配。因此，推測(cè)稠油主要為原生油氣藏后期調(diào)整之后運(yùn)移至車排子地區(qū)形成的。

(3)儲(chǔ)層成巖演化與油氣成藏期。

研究區(qū)古近系、新近系和白堊系整體埋藏較淺，儲(chǔ)層成巖作用較弱，屬于成巖階段早期，巖石固結(jié)程度較低，原生粒間孔隙發(fā)育，以孔隙膠結(jié)為主，一般未見(jiàn)石英次生加大邊，長(zhǎng)石的溶蝕作用也較弱，局部可能發(fā)育次生加大邊；侏羅系儲(chǔ)層局部半固結(jié)，膠結(jié)略顯致密。侏羅系儲(chǔ)層成巖作用明顯強(qiáng)于白堊系，盡管有稠油的井段儲(chǔ)層物性略好于其他井段，但總體上已經(jīng)固結(jié)成巖，表明其應(yīng)該是在侏羅系開(kāi)始固結(jié)之后注入的，含有稠油的白堊系儲(chǔ)層普遍比較疏松，甚至膠結(jié)作用比古近系還弱，推測(cè)在白堊系儲(chǔ)層未固結(jié)時(shí)稠油已開(kāi)始注入。

總體來(lái)看，研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙度隨埋深的增加而增大，但侏羅系和白堊系稠油分布井均存在局部孔隙度偏高層段。排1井侏羅系存在稠油的層段孔隙度較高，表明油氣在侏羅系未成巖時(shí)就已進(jìn)入其儲(chǔ)層；排2井侏羅系和白堊系儲(chǔ)層孔隙度高于新近系，也表明有早期的油氣注入。這些表明在白堊紀(jì)末期至古近紀(jì)有一期油氣充注成藏過(guò)程。在新近系個(gè)別井有稠油分布段也存在孔隙度偏高的現(xiàn)象，推測(cè)在新近系沙灣組開(kāi)始沉積時(shí)早期又有一次稠油的充注。

綜合以上方法，根據(jù)鹽水包裹體的鹽度、流體包裹體特征、烴源巖生排烴史與儲(chǔ)層成巖作用及圈閉形成時(shí)間的匹配關(guān)系，可以確定研究區(qū)稠油油藏均為次生油氣藏，且至少存在兩期充注成藏：第1期為白堊紀(jì)到古近紀(jì)時(shí)期的成藏；第2期為新近紀(jì)以來(lái)的晚期成藏。

5.2稠油降解時(shí)間

車排子凸起帶侏羅系、白堊系以及新近系均可見(jiàn)稠油和輕質(zhì)油兩類包裹體，其中液態(tài)烴類包裹體主要為稠油包裹體，氣液包裹體主要為輕質(zhì)油包裹體。侏羅系、白堊系油氣包裹體主要分布在礦物的微裂隙及裂隙面，存在稠油包裹體。新近系沙灣組儲(chǔ)層也存在深褐色的液態(tài)稠油包裹體，表明油氣在進(jìn)入儲(chǔ)層之前已經(jīng)遭受一定程度的生物降解作用。

由圖7可以看出，排1井侏羅系儲(chǔ)層包裹體總離子流圖上有明顯鼓包，正構(gòu)烷烴有一定損失，但姥鮫烷和植烷無(wú)明顯缺失，含一定量β胡蘿卜烷，甾萜類分布完整。相對(duì)包裹體而言，孔隙中的抽提物遭受了較嚴(yán)重的生物降解(圖2)，除正構(gòu)烷烴和無(wú)環(huán)類異戊間二烯烷烴缺失嚴(yán)重外，幾乎不存在β胡蘿卜烷，甾萜類分布也不完整，藿烷系列化合物損失明顯，C30藿烷含量很低，且含有一定量的25降藿烷，由此判斷稠油油藏成藏前遭受了輕微生物降解作用，成藏后又遭受了較為嚴(yán)重的生物降解作用。

車排子凸起稠油在運(yùn)移過(guò)程中就已經(jīng)遭受了輕微生物降解，成藏之后繼續(xù)遭受降解。部分井區(qū)還存在后期充注現(xiàn)象。此外，根據(jù)包裹體烴部分生物標(biāo)志物特征，尤其是正構(gòu)烷烴、無(wú)環(huán)類異戊間二烯烷烴以及β胡蘿卜烷的相對(duì)含量，判斷進(jìn)入儲(chǔ)層前新近系原油的生物降解程度稍高于侏羅系和白堊系。

5.3稠油運(yùn)移通道

油氣輸導(dǎo)體系在某種程度上決定著含油氣盆地內(nèi)的圈閉是否能成為油氣藏，同時(shí)也決定油氣在地下的運(yùn)移方向［2833］。車排子地區(qū)距東南方向昌吉凹陷二疊系烴源灶供烴距離達(dá)65～140 km，油氣運(yùn)移至車排子地區(qū)聚集成藏，除了要有充足的運(yùn)移動(dòng)力外，還需要有良好的運(yùn)移通道。

車排子凸起油氣運(yùn)移通道主要包括斷層、不整合面等，稠油的運(yùn)移主要是通過(guò)階梯型斷層及不整合面實(shí)現(xiàn)的。車排子凸起區(qū)存在與紅車主斷裂伴生的斷裂張扭性高角度大斷裂，最淺斷至地表，是一條主力油源斷層。此外，表層發(fā)育眾多斷開(kāi)沙灣組的小斷層，同時(shí)也為有效的運(yùn)移通道。本區(qū)分別在石炭系頂、侏羅系頂、白堊系頂和沙灣組頂發(fā)育4套不整合面，這些區(qū)域不整合面從昌吉凹陷延伸到研究區(qū)西部老山區(qū)，可作為良好的油氣側(cè)向運(yùn)移通道。因此，不整合面橫向運(yùn)移通道與縱向斷層運(yùn)移通道組合構(gòu)成“階梯式”輸導(dǎo)系統(tǒng)(圖10)。由于部分?jǐn)嗔训拈_(kāi)啟性，油氣可以運(yùn)移至紅車斷裂的上盤(pán)，沿著白堊系和侏羅系、古近系和白堊系以及新近系的不整合面橫向運(yùn)移至車排子凸起的高部位聚集成藏。

5.4稠油油藏的成藏模式

研究區(qū)稠油油藏為古油藏調(diào)整的結(jié)果，稠油主要通過(guò)斷裂和不整合面運(yùn)移，且邊運(yùn)移邊降解，在聚集成藏前或運(yùn)移前已經(jīng)遭受了輕微生物降解作用，聚集成藏后又遭受了較為嚴(yán)重的生物降解作用。

印支期，受斷裂活動(dòng)的影響，紅車斷裂帶下盤(pán)部分油氣遭到破壞和改造。中、晚侏羅世，中、下二疊統(tǒng)烴源灶的供烴強(qiáng)度變?nèi)?，侏羅紀(jì)末期的燕山運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致印支期形成的油氣藏進(jìn)一步調(diào)整，并向車排子凸起運(yùn)移，可能在侏羅系儲(chǔ)層聚集。

晚白堊世—古近紀(jì)時(shí)期，中、下二疊統(tǒng)烴源灶的供油強(qiáng)度已經(jīng)很小，侏羅系八道灣組烴源巖開(kāi)始供油，但其主要分布在昌吉凹陷東南部，對(duì)紅車斷裂帶油氣貢獻(xiàn)不大。車拐斷裂帶下盤(pán)的油氣藏得到進(jìn)一步調(diào)整，運(yùn)移至紅車斷裂帶上盤(pán)石炭系潛山帶，形成了一定規(guī)模的次生油氣藏，一部分油氣沿侏羅系頂部的不整合面繼續(xù)運(yùn)移至車排子凸起帶的侏羅系與白堊系儲(chǔ)層。此時(shí)車排子凸起帶上覆沉積較薄，蓋層發(fā)育不好，油氣在紅車斷裂帶上盤(pán)邊運(yùn)移邊稠化，因此，在車排子凸起帶的侏羅系與白堊系儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)了少量稠油包裹體。其聚集成藏后由于埋藏較淺，又進(jìn)一步遭受微生物的降解作用，形成稠油油藏。

新近紀(jì)以來(lái)，二疊系烴源灶的供烴已經(jīng)基本終止。車排子凸起帶沉積了厚度較大的沙灣組，沙灣組成巖作用弱，儲(chǔ)層物性較好。新近紀(jì)末期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成紅車斷裂帶部分油氣藏進(jìn)一步調(diào)整改造，首先通過(guò)新近紀(jì)以來(lái)形成的斷層垂向運(yùn)移，再沿新近系上部不整合面運(yùn)移至車排子凸起帶。與侏羅系、白堊系類似，油氣也在運(yùn)移過(guò)程中邊運(yùn)移邊降解，此次生物降解更加嚴(yán)重，破壞性強(qiáng)，在新近系沙灣組儲(chǔ)層流體包裹體中極為發(fā)育。由于新近系層位埋藏較淺，聚集成藏后微生物活動(dòng)仍然活躍，油氣又進(jìn)一步遭受了嚴(yán)重降解。在此階段，侏羅系烴源巖生成的原油向車排子凸起聚集，造成部分稠油存在侏羅系烴源巖混源的現(xiàn)象。

6結(jié)語(yǔ)

(1)準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起石炭系、侏羅系、白堊系和新近系均分布有稠油。研究區(qū)稠油主要為生物降解油，多數(shù)井區(qū)的稠油遭受了5級(jí)以上較為嚴(yán)重的生物降解作用。其具有北部地區(qū)稠油生物降解程度較嚴(yán)重、南部地區(qū)原油生物降解程度相對(duì)較弱且從東到西原油生物降解程度依次降低的特點(diǎn)。不同層位、不同深度的稠油生物降解程度存在一定差別，但差別不大。

P3w-上二疊系上烏爾禾組；P2w-中二疊系下烏爾禾組；P2x-中二疊統(tǒng)夏子街組；P1f-下二疊統(tǒng)風(fēng)城組；P1j-下二疊統(tǒng)佳木河組

圖10車排子凸起—車拐斷裂帶油氣成藏過(guò)程

Fig.10Evolution of Oil Accumulation in Chepaizi UpliftCheguai Fault Belt

(2)稠油主要來(lái)源于研究區(qū)東南部昌吉凹陷二疊系烴源巖，部分油藏存在侏羅系烴源巖生成原油的后期充注和混源現(xiàn)象。

(3)研究區(qū)稠油油藏至少存在兩期充注成藏。第1期為白堊紀(jì)—古近紀(jì)時(shí)期，主要分布于侏羅系和白堊系儲(chǔ)層；第2期為新近紀(jì)以來(lái)，主要分布于新近系沙灣組儲(chǔ)層。

(4)研究區(qū)稠油油藏為后期調(diào)整形成的次生油藏，即車拐斷裂帶下盤(pán)古油藏的調(diào)整產(chǎn)物。稠油主要通過(guò)斷裂和不整合面運(yùn)移，且邊運(yùn)移邊降解，在聚集成藏前或運(yùn)移前已經(jīng)遭受了輕微生物降解作用，聚集成藏后又遭受了較為嚴(yán)重的生物降解作用。

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