中東魯卜哈里盆地古生界儲層瀝青特征及成因分析

姜輝，樊生利，劉志強，呂雪雁，周瑾

（1.中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

中東魯卜哈里盆地古生界儲層瀝青特征及成因分析

姜輝1，樊生利1，劉志強2，呂雪雁2，周瑾2

（1.中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

瀝青是原油發(fā)生后生變異的產(chǎn)物。魯卜哈里盆地古生界兩大主要儲層石炭—二疊系Unayzah組瀝青和奧陶系Sarah組瀝青在光學(xué)薄片、飽和烴氣相色譜、生物標(biāo)志化合物等手段鑒定下，證實其熱演化成因主要為熱裂解成因的焦瀝青、微量碳瀝青，母源為中低等海相浮游藻類。奧陶系儲層瀝青未遭受氧化及生物降解，為古油藏原油熱裂解產(chǎn)物，高熱演化參數(shù)表明其成藏模式可能以裂解氣藏為主；石炭—二疊系儲層瀝青熒光及生物標(biāo)志化合物則暗示其具有多期成藏的特征。

瀝青；特征及成因；古生界；魯卜哈里盆地

瀝青是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的重質(zhì)碳?xì)浠衔锖秃倭课⒘吭兀ń饘俸头墙饘僭兀┑奶細(xì)溲苌锼M成的化合物，具有多種成因機制。隨著有機地球化學(xué)分析測試技術(shù)的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)瀝青所包含的地質(zhì)信息越來越豐富，特別是儲層中含有的瀝青，其形成、演化與油氣藏的演化歷史息息相關(guān)[1-2]。隨著與儲層瀝青伴生的天然氣藏的大量發(fā)現(xiàn)，富有機質(zhì)烴源巖中的瀝青常被用來重構(gòu)盆地的熱史[3]。本文結(jié)合前人研究成果[4-7]，總結(jié)了中東地區(qū)魯卜哈里盆地古生界儲層瀝青特征以及與油氣聚集的關(guān)系，從而為認(rèn)識油氣成藏富集規(guī)律并指導(dǎo)該領(lǐng)域油氣勘探部署具有一定的實踐意義。

1 研究區(qū)瀝青分布規(guī)律

中東魯卜哈里盆地位于阿拉伯板塊中南部陸上和部分海域，地域上包括阿拉伯半島上多個國家。研究區(qū)位于沙特境內(nèi)，構(gòu)造上處于魯卜哈里盆地的中—西部，跨越西魯卜哈里次盆和中央隆起帶兩個構(gòu)造單元，面積約38800km2。盆地古生界碎屑巖油氣儲層主要為石炭—二疊系Unayzah組和奧陶系Sarah組，總體為低孔低滲儲層（孔隙度4%～10%，滲透率（0.01～1）×10-3μm2）。其中，Sarah組主要為一套晚奧陶世受冰川影響的辮狀河—三角洲沉積；Unayzah組主要為季節(jié)性河流及干鹽湖、風(fēng)成砂沉積。

古生界巖心證實，盆地古生界主要目的層中發(fā)育瀝青砂巖。瀝青的分布呈條帶狀，沿油氣主要運聚路徑呈不規(guī)則放射狀延伸，主要集中在中部坳陷、MUKASSIR斜坡和HADIDAH隆起處等地。奧陶系古油藏在裂解成氣過程中隨著天然氣向古構(gòu)造上傾方向聚集，構(gòu)造頂端有部分保存孔隙從而形成次生氣藏；而邊部則由于瀝青沉淀堵塞孔隙往往形成瀝青沉淀帶[8]。該瀝青沉淀帶（主要是熱演化成因的焦瀝青）使油的裂解氣和已經(jīng)裂解的干酪根裂解氣聚集于古油藏頂部；而在瀝青沉淀帶形成之后產(chǎn)生的干酪根裂解氣則不能越過該沉淀帶，只能在該帶以下部位聚集。垂向上瀝青砂巖在主要儲層段均有發(fā)現(xiàn)，但瀝青的存在使儲層不均一性更加復(fù)雜。Un?ayzah組儲層瀝青砂巖在4 087.7～4 623.5 m間均有分布，縱向跨度大，但厚度僅為2.3～5.2 m，反映出季節(jié)性河道間歇性發(fā)育以及頻繁改道造成了油氣充注的多期性；Sarah組儲層瀝青砂巖集中在5 463.8～5 474.1 m，厚度0.6～7.0 m，辮狀河—三角洲前積作用下發(fā)育的受冰川凍水影響的砂體非均質(zhì)性可能間接影響了該層系的油氣捕獲與聚集。

2 儲層瀝青特征

2.1 巖心觀測

研究區(qū)的瀝青砂巖呈灰黑色或黑色，在砂層中的分布不均勻，以順層狀、斑塊狀、尖滅狀或侵染狀分布（表1）。順層狀或尖滅狀分布的瀝青砂巖存在于石炭—二疊系Unayzah組儲層，黑色瀝青砂巖和灰白色砂巖平行狀或波狀互層，或黑色瀝青沿交錯層理分布，表明當(dāng)時水動力條件相對較弱但水體規(guī)律性動蕩；斑塊狀或侵染狀分布的瀝青砂巖富集于奧陶系Sarah組儲層，膏質(zhì)膠結(jié)的白色蟲孔與瀝青侵染的黑色砂巖顯示出砂巖物性的強非均質(zhì)性。

表1 古生界儲層瀝青巖心Table 1 Reservoir cores with bitumen in Palaeozoic

2.2 鏡下微觀特征

巖心薄片和熒光薄片表明，儲層砂巖中瀝青或以純?yōu)r青形式存在于石英顆粒次生加大后的殘余原生孔中，或者部分、甚至完全取代黏土雜基，以侵染狀侵入到黏土雜基中，與黏土礦物混合交織在一起，構(gòu)成瀝青—黏土基質(zhì)（圖1A）。巖心孔隙沒有完全充填瀝青，留有部分粒間溶蝕孔，表明溶蝕作用發(fā)生在瀝青充填之后。此外，黏土礦物多吸附瀝青質(zhì)（大部分為焦瀝青，微量碳瀝青），在偏光顯微鏡下為黑色或褐色，充填在粒間孔隙中，熒光照射下不發(fā)光；而黑色或褐色瀝青充填的孔隙周圍顆粒邊緣可見亮黃色熒光，為輕質(zhì)油的熒光特性（圖1B），進(jìn)一步闡釋了古油藏?zé)嵫莼钠诖慰赡芫哂须A段性的特征。

圖1 A瀝青砂巖鑄體薄片（Sarah組）Fig.1 ACasting thin slices of sandstones with bitumen in Sarah formation

圖1 B瀝青砂巖偏光及熒光薄片（Unayzah組）Fig.1 BPolarized light and fluorescent light thin slices of sandstones with bitumen in Unayzah formation

2.3 地球化學(xué)顯示

2.3.1 瀝青砂巖抽提物族組分

石炭系Unayzah組瀝青砂巖氯仿抽提物平均含量為1 084.5 mg/L；奧陶系Sarah組平均僅為62.1 mg/L，推測其可能與巖心暴露時間長、輕組分散失有關(guān)。但瀝青砂巖中的飽和烴與芳烴含量比值高，達(dá)9～10，說明可溶烴中含大量脂肪烴，其來源多為低等生源。

2.3.2 飽和烴氣相色譜

Unayzah組和Sarah組瀝青砂巖抽提物中原油正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布寬，碳數(shù)分布范圍C12—C38，主峰碳數(shù)C15—C18（表2），以中等和低等分子量烴類為主，反映出生源主要為海相母質(zhì)浮游藻類。色譜圖基線平緩（圖2），未見明顯鼓包，基本形態(tài)為前平單峰，表明極性組分含量低，為非生物降解和非氧化破壞成因。

正構(gòu)烷烴輕質(zhì)組分遠(yuǎn)高于重質(zhì)組分，即∑C21-/∑C22+均大于2；且姥鮫烷與植烴比值即Pr/Ph，Sarah組為0.501（＜0.6），Unayzah組為1.63（＜3），表明瀝青砂巖抽提物中含大量低碳數(shù)脂肪酸，其母質(zhì)沉積環(huán)境為還原—弱還原環(huán)境，最有可能為濱淺海沉積；同時反映出兩組樣品特別是奧陶系瀝青砂巖未經(jīng)歷生物明顯降解作用。正構(gòu)烷烴奇偶優(yōu)勢（OEP）中Un?ayzah組樣品Y-1處于區(qū)間1.0～1.2（低成熟），Sarah組樣品Y-2＜1.0（成熟—高成熟），說明瀝青的熱演化程度普遍較高，為熱裂解成因的產(chǎn)物。

表2 瀝青砂巖抽提物飽和烴氣相色譜Table 2 GC MS of extraction from sandstones with bitumen

圖2 瀝青砂巖抽提物飽和烴氣相色譜圖Fig.2 GC MS of extraction from sandstones with bitumen

2.3.3 生物標(biāo)志化合物

樣品成熟演化程度高（瀝青反射率為2.49%～2.66%），熱裂解作用已使許多分子或分子集團結(jié)構(gòu)改變了，在一定程度上失去了直接進(jìn)行油氣源對比的意義，但據(jù)生物標(biāo)志化合物分析（表3）：其一，γ-蠟烷（三萜烷標(biāo)志物）與C30藿烷比值為0.16～0.18以及C30藿烷/C30莫烷比值為6.135～6.189，說明水體具有一定咸度，母質(zhì)以咸水低等生物為母源；其二，反映成熟度特征的參數(shù)C29甾烷20S/20(S+R)比值為0.5，Ts/Tm比值為0.91～0.97，均表明石炭—二疊系和奧陶系烴類化合物來源于成熟烴源巖，具有大體相似的熱演化程度，且后者熱演化程度更高。

3 瀝青成因及對油氣成藏的影響

按成因機制可將瀝青分成三大類（邱蘊玉，1990；胡守志，2007；陳世加，2010等）：熱演化成因（焦瀝青、碳瀝青），冷變質(zhì)氧化成因（軟瀝青、地瀝青、石瀝青）和物理分異成因（脫瀝質(zhì)作用沉淀瀝青）。熱演化成因瀝青受高溫高壓影響常呈邊緣較清晰的多角狀且反射率遠(yuǎn)超其它兩種非熱成因瀝青，分子結(jié)構(gòu)以高碳直鏈為特征；冷變質(zhì)氧化成因和物理分異成因瀝青形態(tài)不規(guī)則，呈分散粒狀，常為氧化、生物降解、水洗作用和脫瀝青作用所形成，成熟度和反射率較低，分子結(jié)構(gòu)以加氧、脫氫、多環(huán)為特征[9-14]。魯卜哈里盆地古生界儲層中普遍存在焦瀝青的事實證實本區(qū)油氣已發(fā)育成熟并曾在地質(zhì)歷史時期發(fā)生過大規(guī)模運聚成藏，且瀝青含量高的構(gòu)造部位也是儲層孔隙主要發(fā)育層段。在烴源充足的條件下，儲層孔隙空間越大所儲集的液態(tài)烴類的規(guī)模就越大，液態(tài)烴類經(jīng)熱裂解之后殘留的儲層瀝青含量就可能越高。

奧陶系Sarah組砂巖抽提物的正構(gòu)烷烴、甾烷類生物標(biāo)志物分布均正常，未遭受氧化降解影響，是古油藏原油熱裂解的中間性產(chǎn)物（在古油藏中檢測出金剛烷），瀝青反射率為2.49%～2.66%，熒光照射下瀝青不發(fā)光，表明奧陶系儲層瀝青演化程度很高，達(dá)到過成熟階段，為典型熱演化成因。儲層砂巖經(jīng)過冰川淺海海浪強水動力作用的持續(xù)淘洗改造，黏土雜基含量逐漸減少，分選逐漸變好，使得砂巖總體被改造為優(yōu)質(zhì)儲層的可能性增加。少量雜基的存在可作為催化劑促使壓溶作用的發(fā)生[15-16]，在局部區(qū)域形成較大的次生孔隙（孔隙度12%～15%），同時微小喉道發(fā)生破碎聯(lián)通，誘使儲層中發(fā)育并形成“甜點”，在鑄體薄片可見未被瀝青充填的溶蝕孔隙（圖3）。但是當(dāng)瀝青占據(jù)大部分孔隙時，晚期生成的油氣分子將難以進(jìn)入該儲集空間，瀝青的存在及其含量成為阻止油氣運聚的負(fù)面因素。

石炭—二疊系Unayzah組瀝青砂巖樣品在熒光照射下瀝青部分不發(fā)熒光，部分發(fā)褐色或黃色熒光以及生物標(biāo)志化合物特征參數(shù)推測該瀝青演化變質(zhì)程度不同，同為熱演化成因但并非一期形成。此外，巖樣中既有瀝青分布于孔隙中央和周緣，也存在孔隙周緣未被瀝青充填的現(xiàn)象，即為孔隙多次溶蝕、烴類多次充注的結(jié)果。這些證據(jù)都暗示了該區(qū)儲層可能具有多期成藏的特征，結(jié)合構(gòu)造、沉積特別是含瀝青的流體包裹體測溫資料（均一溫度137.7℃和157.3℃），判斷該層系至少經(jīng)歷了早白堊世和古近紀(jì)早期兩期成藏。

表3 生物標(biāo)志物對比Table 3 Biomarker comparison

圖3 奧陶系儲層中未被瀝青充填的溶蝕孔隙（藍(lán)色為溶蝕孔，黑色為焦瀝青）Fig.3 Dissolution pores without being filled by bitumen in Ordovician system (blue is emposieu and black is pyrobitumen)

4 結(jié)論

魯卜哈里盆地古生界主要儲層石炭—二疊系Unayzah組和奧陶系Sarah組瀝青砂巖沿油氣主要運聚路徑呈不規(guī)則放射狀分布，不同構(gòu)造部位由于瀝青沉淀帶的存在造成次生氣藏差異化聚集。

多種地化指標(biāo)證實儲層瀝青主要為熱裂解成因的焦瀝青。奧陶系儲層瀝青未遭受氧化及生物降解，為古油藏原油熱裂解產(chǎn)物；石炭—二疊系儲層瀝青熱演化程度相似，但具有多期性。

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（編輯：嚴(yán)駿）

Analysis of bitumen characteristics and geneses of Palaeozoic reservoir in the Middle East Rub’al Khali basin

Jiang Hui1,Fan Shengli1,Liu Zhiqiang2,Lyu Xueyan2and Zhou Jin2
(1.Sinopec International Exploration and Production Corporation,Beijing 100029,China;2.Sinopec Research Institute of Exploration and Production,Beijing 100083,China)

Bitumen is the product of hysterogenetic changes from crude oil.In Carboniferous Permian Unayzah formation and Ordo?vician Sarah formation of Palaeozoic reservoir in Rub'al Khali basin,through identification methods of optical thin slice,GC MS and biomarker,the bitumen thermal evolution geneses were verified to be pyrobitumen and micro-anthraxolite,which were formed by thermal evolution,furthermore,mother materials of these bitumens were low-to-moderate marine planktonic algae.Not suffered from oxygenation and biodegradation,the bitumen of Ordovician reservoir is the product of crude oil thermal cracking,in addition, high thermal evolution parameters show that its hydrocarbon accumulation model is mainly cracking gas reservoir.Bitumen fluores?cence and biomarker of Carboniferous Permian reservoir indicated that Ordovician reservoir experienced multiphase petroleum ac?cumulation.

bitumen,characteristic and genesis,Palaeozoic,Rub'al Khali basin

TE122.1

A

2015-06-30。

姜輝（1977—），男，博士，儲層沉積學(xué)研究。

國家科技重大專項（2008ZX05031-002）。