鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)長10原油　地球化學(xué)特征及油源探討*

王變陽，董麗紅，李廣濤，劉佳慶，朱海濤，王康樂

(1.延長石油(集團)有限責(zé)任公司 研究院，陜西 西安 710065；2.陜西延安石油天然氣有限公司，陜西 西安 710018；3.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000；4.中國石油長慶油田公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018)

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鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)長10原油地球化學(xué)特征及油源探討*

王變陽1，董麗紅1，李廣濤1，劉佳慶2，朱海濤3，王康樂4

(1.延長石油(集團)有限責(zé)任公司 研究院，陜西 西安 710065；2.陜西延安石油天然氣有限公司，陜西 西安 710018；3.延長油田股份有限公司 勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000；4.中國石油長慶油田公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018)

鄂爾多斯盆地延長組長10油源一直存在爭議，以志丹地區(qū)為例，試圖通過對志丹地區(qū)可能為長10供烴的3套烴源巖的發(fā)育情況、長10原油族組成情況、生物標(biāo)志化合物等特征的分析，開展油-源對比綜合研究，探討長10石油來源，為后期勘探提供科學(xué)依據(jù)。志丹地區(qū)長10原油樣品具有飽和烴含量最高，芳烴次之，非烴和瀝青質(zhì)含量最低的特點。長10原油生物標(biāo)志化合物顯示出生油母質(zhì)為低等水生生物和高等植物混合成因，原油具有成熟度高的特點。通過對該地區(qū)長7，長9，長10等3套烴源巖的分析，認(rèn)為該區(qū)長7烴源巖厚度最厚，長9次之，長 10發(fā)育程度較低；生物標(biāo)志化合物方面3套烴源巖在正構(gòu)烷烴、萜烷分布上表現(xiàn)出一定的相似性，主要差異體現(xiàn)在長7-長10，Pr/Ph有增高趨勢，ααα20R構(gòu)型的C27,C28和C29規(guī)則甾烷具有從“L”型為主到“V”型和反“L”型增加的趨勢。綜合分析認(rèn)為，長10原油主要為長9烴源巖貢獻，長10烴源巖有一定貢獻。

鄂爾多斯盆地；志丹地區(qū)；長10；原油地球化學(xué)；油源對比

0　引　言

鄂爾多斯盆地中生界烴源巖主要分布在三疊系延長組長4+5-長9，主要為半深湖-深湖相沉積，其中長7為主力烴源巖，長9為區(qū)帶性烴源巖(局限在志丹南部地區(qū))[1-3]。但是，近年來隨著鄂爾多斯盆地長10勘探程度的不斷提高，科研人員對長10油藏的認(rèn)識也在不斷深化，王香增等通過對志丹-吳起地區(qū)延長組長10油層組頂部湖相暗色泥巖地質(zhì)地球化學(xué)特征的研究，認(rèn)為該套烴源巖是鄂爾多斯盆地中生界另外一套重要的有效烴源巖[4]。

長10油藏的原油主要來自哪套烴源巖的供給，備受人們重視，前人也做了大量的研究工作，但是人們在認(rèn)識上存在一定的差異，楊華等(2010)、張曉麗等(2011)、何雁兵(2012)等認(rèn)為長10原油來源于長7烴源巖[5-7]；李相博等(2012)、李士祥等(2010)、胡友洲(2010)等認(rèn)為長10油源主要來自長9烴源巖[8-10]；但王香增等認(rèn)為10原油即來源于長10烴源巖又來源于長9烴源巖[11-13]。該文嘗試通過對志丹地區(qū)烴源巖特征、油源對比、成藏條件等方面的研究，認(rèn)識鄂爾多斯盆地長10油藏油源，為后期勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1　烴源巖特征

鄂爾多斯盆地從長10期湖盆開始發(fā)育到長7期湖盆發(fā)育達(dá)鼎盛期，沉積了長10，長9，長7共3套烴源巖。其中，長7沉積期處于延長組最大湖泛期，沉積了一套以黑色泥頁巖(含油頁巖)為主的優(yōu)質(zhì)烴源巖，該套烴源巖具有厚度大、面積廣、有機質(zhì)豐度高、干酪根類型為Ⅰ型或Ⅱ1型、生烴潛量大等特點，為鄂爾多盆地中生界主力烴源巖[1，14]。志丹地區(qū)長7烴源巖厚值區(qū)主要分布在旦八北部區(qū)域，厚度普遍在40 m以上，中心部位可達(dá)50 m以上，整體呈西北厚，東南薄的趨勢(圖1(a))。其殘余有機質(zhì)碳含量5.66%，殘余氯仿瀝青“A”0.492 9%，熱解生烴潛量20.65 mg/g.長9李家畔頁巖是鄂爾多斯盆地另一套重要的烴源巖，其殘余有機質(zhì)碳含量1.19%～8.64%，殘余氯仿瀝青“A”0.472 4%～1.299 7%，熱解生烴潛量4.12～27.03 mg/g[2-3]，志丹地區(qū)長9烴源巖比較發(fā)育，主要分布在旦八的東部，呈南北向條帶狀分布，厚值區(qū)位于正448，正466，3240井區(qū)，向東西2側(cè)逐漸變薄(圖1-b)。長10油層組頂部發(fā)育的暗色泥巖，為半深湖相-淺湖相沉積。該套暗色泥巖殘余有機質(zhì)碳含量0.38%～4.78%，殘余氯仿瀝青“A”0.001 1%～1.259 3%，熱解生烴潛量0.45～10.61 mg/g，Ⅱ～Ⅲ型干酪根，總體屬較好-好烴源巖[4]。該套烴源巖在志丹地區(qū)發(fā)育較薄，一般0～10 m，研究范圍內(nèi)具有四周厚，中心薄的特點(圖1(c))。

2　長10原油地球化學(xué)特征

2.1原油族組成特征

來自不同類型源巖的石油具有不同的族組成，石油的族組成與原始成因有關(guān)，長10原油飽和烴含量59%～74.8%，芳烴含量7.4%～18%，非烴含量8.4%～31.9%，瀝青質(zhì)含量0.7%～2.8%。原油樣品的飽/芳值均較高，分布在3.88～6.35.一般情況下，煤系源巖的飽和烴含量比芳烴低，飽/芳值<1，且隨著成熟度的增加，芳烴含量同時增加，使飽/芳值減??；非煤系和碳酸鹽巖的飽/芳比值>1.研究樣品的飽/芳比值整體較高，表現(xiàn)出藻類、細(xì)菌及其與陸源物質(zhì)形成的混源有機質(zhì)的特征。

圖1　志丹地區(qū)延長組主要烴源巖厚度圖Fig.1　Main source rocks thickness of Yanchang Formation in Zhidan area(a)延長組長7烴源巖厚度分布圖　(b)延長組長9烴源巖厚度分布圖　(c)延長組長10頂部烴源巖厚度分布圖[1]

樣品井號層位飽和烴%芳烴%非烴%瀝青質(zhì)%飽/芳非/瀝永新216長1059.08.131.71.17.328.8正464長1059.97.431.90.78.145.6原油正421長1073.116.59.21.24.47.6正421長1074.613.29.32.85.63.3永金18長1069.818.010.22.13.94.9永811長1074.814.68.42.25.13.8

2.2生物標(biāo)志化合物特征

2.2.1正構(gòu)烷烴特征

普遍認(rèn)為，來源于海相和湖相藻類有機質(zhì)的正構(gòu)烷烴，主要是碳數(shù)低于C21的同系物，且以C15，C17或C19為主峰；而高等植物等陸源有機質(zhì)，主要產(chǎn)生碳數(shù)在C22以上且以C27，C29和C31為主峰的正構(gòu)烷烴[15-16]。志丹地區(qū)長10原油飽和烴色譜均呈雙峰分布，前主峰碳相對含量高于后主峰碳，前主峰碳數(shù)多分布于nC16，后主峰多為nC29，其碳優(yōu)勢指數(shù)CPI分布于1.10～1.13，平均為1.11，奇偶優(yōu)勢比OEP分布于0.94～1.04，平均為0.98，可見其CPI和OEP參數(shù)值均十分接近于1，說明其奇偶優(yōu)勢消失，原油成熟度高，生源母質(zhì)可能為混源型。研究表明，原油中姥、植比(Pr/Ph)可以較好的指示生油巖沉積環(huán)境。其中，植烷優(yōu)勢型(0.20～0.80)原油生油母巖是在強還原環(huán)境下形成的，姥植均勢型(0.80～2.50)原油生油母巖是在弱還原環(huán)境下形成的，姥鮫烷優(yōu)勢型(2.50～4.0)原油生油母巖是在弱氧化-弱還原的環(huán)境中沉積[17]。志丹地區(qū)延長組長10原油的Pr/Ph值為1.13～1.40，平均1.26(表2，圖2(a)(b))。姥鮫烷略占優(yōu)勢，反映生油母巖為淡水-微咸水沉積環(huán)境。長10油層組C21-/C22+值為1.6，C(21+22)/C(28+29)值為2.45.以上這些參數(shù)值均表明原油總體上成熟度較高，生源母質(zhì)應(yīng)該以低等水生生物為主，并可能混有陸生植物來源。

表2　志丹地區(qū)延長組長10原油飽和烴參數(shù)表

圖2　延長組長10段原油正構(gòu)烷烴色譜圖Fig.2　Chromatogram of nalkanes of Chang 10 crude oil in Yanchang Formation，Zhidan area(a)正421井長10長原油　(b)吳36井長10原油

2.2.2萜烷特征

長10儲集層的原油，其五環(huán)三萜烷具有以下特征：三環(huán)萜烷相對含量較為豐富，C19，C20，C21和C23三環(huán)萜烷呈上升型分布，C24四環(huán)萜烷相對含量較高。Ts/Tm比值常用來作為成熟度指標(biāo)[18]所有長10儲集層原油樣品的Ts相對含量均高于Tm的相對含量，Ts/(Ts+Tm)值均大于0.60，最大值為0.82，表明原油成熟度高；C29降藿烷和C30藿烷相對含量很高(圖3(a)(b))；二升藿烷22S/22(S+R)值基本介于0.50至0.64之間，該參數(shù)亦表明烴源巖在生成長10段原油時已經(jīng)處于成熟階段；伽馬蠟烷的富集與高鹽度的沉積環(huán)境有密切的關(guān)系[18-19]。伽瑪蠟烷相對含量較低，伽瑪蠟烷/C30藿烷比值小于0.1，這說明原油的生油母質(zhì)是在非鹽性沉積環(huán)境下形成。

圖3　志丹地區(qū)延長組長10原油m/z191和m/z217質(zhì)量色譜圖Fig.3　Mass chromatograms of m/z191 and m/z217 of Chang 10 crude oil in Yanchang Formation，Zhidan area(a)正421井長10原油m/z 191　(b)永金18井長10原油m/z 191　(c)正421井長10原油m/z 217　(d)永金18井長10原油m/z 217

2.2.3甾烷特征

甾族系列化合物是沉積有機質(zhì)和原油中一類十分重要的生物標(biāo)志化合物，它們在油氣源、沉積環(huán)境、成熟度及油氣運移究等方面具有重要意義(Moldowan et al.，1985；Philp et al.，1991；Kagya M L N，1996)。C29規(guī)則甾烷和重排甾烷可能來源于高等植物，其它類型的甾烷主要來自藻類和細(xì)菌生源(A.K.Burnham et al.，1987；Philip and Fan-Zhaoan，1987；Waples and Machihara，1990)。長10儲集層原油樣品中孕甾烷和升孕甾烷相對含量較高，規(guī)則甾烷中其ααα20R構(gòu)型的C27,C28和C29甾烷主要呈反“L”型分布，(圖3(a)(b))，表明長10油源有高等植物的貢獻。重排甾烷和甾烷的異構(gòu)化值通常用來衡量原油的成熟度及有機質(zhì)遭受細(xì)菌微生物降解作用的程度。C29ββ/(αα+ββ)和C29ααα20S/20(R+S)是常用的甾烷異構(gòu)化參數(shù)，它們都隨著有機質(zhì)熱演化程度的升高而增大。C29ααα20S/20(R+S),C29ββ/(αα+ββ)的平衡值分別為0.5～0.55和0.7～0.75(Seifert，1981；Maekenzie，1984)。史繼揚等(1985)、黃第藩等(1984，1988)和廖前進等(1987)對大港、勝利、遼河、泌陽、江漢和百色等油田未熟、低成熟油地球化學(xué)特征進行了綜合研究，按照甾烷成熟度參數(shù)將未熟、低熟油區(qū)分為2類，即未熟原油，C29ααα20S/20(R+S)值<0.25，C29αββ/(ααα+αββ)值<0.2；低熟原油，C29ααα20S/20(R+S)值為0.25～0.40，C29αββ/(ααα+αββ)值為0.20～0.40[20-22]。長10儲層原油C29甾烷20S/(20S+20R)比值分布于0.55～0.61之間，平均值為0.57，C29甾烷ββ/(ββ+αα)值分布于0.46～0.50之間，均值為0.48(表3)，實驗結(jié)果表明長10段原油為成熟階段生成的原油。

表3　志丹地區(qū)延長組長10儲集層原油甾烷部分參數(shù)表

3　油源對比

3.1成藏條件分析

志丹地區(qū)長7發(fā)育3套烴源巖，但頂部與中部烴源巖分布不穩(wěn)定，且厚度變化較大，因此向長10供烴可能性不大，只有長7底部烴源巖具有供烴可能，本區(qū)長7底部烴源巖厚度主要分布在19～53.1 m之間，平均厚度34 m左右；長9頂部李家畔頁巖厚度17.2～34.2 m，平均厚度28.2 m，且在部分地區(qū)長9烴源巖的發(fā)育程度甚至超過了長7底部的烴源巖厚度，如正460，正466，3240等井；長10烴源巖厚度均主要分布在0～10 m，平均5 m左右，均具備為長10提供油源的物質(zhì)基礎(chǔ)(圖1(a)圖1(b)圖1(c))。但地質(zhì)分析認(rèn)為，長7烴源巖并非是本區(qū)長10油藏油源，主要原因在于長7烴源巖距離長9頂部砂層有長8相隔，長8平均厚度大約65 m左右，砂/地比值0.51，同時，根據(jù)志丹地區(qū)211塊巖心物性分析樣品，志丹地區(qū)長8儲層平均孔隙度6.4%，平均滲透率0.4×10-3μm2，儲層均屬于低孔、特低滲儲層[23]，非均質(zhì)性較強，疏導(dǎo)油氣的能力較差，且研究區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層和宏觀裂縫等運移通道，油氣缺乏向下運移的通道，且本區(qū)長9頂部李家畔油頁巖分布較穩(wěn)定，既是良好的生油層也是優(yōu)質(zhì)的蓋層，因此長7烴源巖生成的烴類要穿過致密儲層及長9頂部的優(yōu)質(zhì)蓋層運至長10難度較大。同時該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的長8油藏主要分布在長81中，長82已發(fā)現(xiàn)儲量僅為長81的1/3左右，說明長73生油巖生成的油氣可以向下運移的數(shù)量有限。總的來說，在長7烴源巖厚值區(qū)，但長10，長9烴源巖不發(fā)育的地區(qū)，存在倒灌進入長10成藏的可能，但是在長9烴源巖及長10頂部暗色泥巖發(fā)育的地區(qū)，長9烴源巖和長10頂部的暗色泥巖既是良好的生油層也是優(yōu)質(zhì)的蓋層，使得長7烴源巖產(chǎn)生的油氣缺乏倒灌進入長10成藏的運移通道。

3.2地化指標(biāo)對比

3.2.1族組成對比

圖4　志丹地區(qū)延長組不同層位烴源巖抽提物與長10原油族組成對比三角圖Fig.4　Group composition of Change10 crude oil and source rock of Yanchang Formation in Zhidan area

一般情況下，若原油族組成與烴源巖抽提物族組成在三角圖中落入相同的同一區(qū)域內(nèi)，表明這兩者具備親緣關(guān)系。圖4是志丹地區(qū)長10原油與長7，長9，長10烴源巖抽提物族組成三角圖，在該圖中，長10原油的族組成與長9和長10烴源巖抽提物族組成落入同一區(qū)域內(nèi)，這初步可以證明研究區(qū)長10儲集層的原油應(yīng)與長9和長10烴源巖有一定的親緣關(guān)系。區(qū)域地質(zhì)分析由于長10烴源巖在本區(qū)不發(fā)育，厚度較薄，不成規(guī)模，所以認(rèn)定研究區(qū)深層原油主要為長9烴源巖貢獻，長10有一定的作用。

3.2.2生物標(biāo)志化合物對比

志丹地區(qū)長7，長9，長10烴源巖的有機地球化學(xué)特征，因其沉積水體、母質(zhì)性質(zhì)較為相似，生物標(biāo)志化合物存在一定的相似性，正構(gòu)烷烴峰型差異不大，甾萜烷類化合物表現(xiàn)出三環(huán)萜類和四環(huán)萜類豐度低，伽馬蠟烷含量低，孕甾烷、升孕甾烷和規(guī)則甾烷豐富等共性(圖5(a)，圖5(b))。但因巖石組成、沉積和成巖環(huán)境的差異生物標(biāo)志化合物也表現(xiàn)出一定的差異，體現(xiàn)為長7～長10烴源巖，Pr/Ph值有增高的趨勢；長7烴源巖ααα20R構(gòu)型的C27，C28和C29規(guī)則甾烷呈“L”形分布為特征，長9為近“V”字型和反“L”型分布，長10規(guī)則甾烷中其ααα20R構(gòu)型的C27，C28和C29甾烷呈2種分布形式，主體呈反“L”型分布個別井呈近“V”字型分布(圖5(c))。志丹地區(qū)長10原油Pr/Ph值與長7、長9烴源巖較為接近，但其規(guī)則甾烷中其ααα20R構(gòu)型的C27,C28和C29甾烷的分布形式與長7烴源巖存在一定的差別。

圖5　志丹地區(qū)烴源巖生物標(biāo)志化合物特征圖Fig.5　Biomarkers of the main source rocks in Yanchang Formation，Zhidan area(a)志丹地區(qū)烴源巖正構(gòu)烷烴色譜圖　(b)志丹地區(qū)烴源巖m/z191質(zhì)量色譜圖　(c)志丹地區(qū)烴源巖m/z 217質(zhì)量色譜圖

綜合地質(zhì)背景、原油和烴源巖生物標(biāo)志化合物特征以及成熟度的差異，認(rèn)為志丹地區(qū)延長組原油主要為長9烴源巖貢獻。且目前已發(fā)現(xiàn)的長10油藏，如安塞高橋區(qū)、吳起的吳倉堡地區(qū)、新安邊等地均在長9烴源巖比較發(fā)育的地區(qū)，因此志丹地區(qū)長10油源主要為長9烴源巖，長10也有一定的貢獻。

4　結(jié)　論

1)可能為長10供烴的3套烴源巖中，以長7烴源巖厚度最厚，長9次之，長10最不發(fā)育；

2)長10儲層原油樣品具有飽和烴含量最高，芳烴次之，非烴和瀝青質(zhì)含量最低的特點；生標(biāo)化合物指示生源母質(zhì)應(yīng)該以低等水生生物為主，并可能混有陸生植物來源，原油為生油母質(zhì)成熟階段生成的原油；

3)通過對志丹地區(qū)延長組長10油層組原油以及長7烴源巖、長9烴源巖、長10烴源巖地球化學(xué)特征的研究，發(fā)現(xiàn)長10原油的地球化學(xué)特征與長9烴源巖、長10烴源巖相近，通過油源對比分析，認(rèn)為志丹地區(qū)長10原油的源巖主要為延長組長9段烴源巖貢獻，長10也有一定貢獻。

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Geochemical characteristics of crude oil and origin of Chang 10 oil reservoir in Zhidan Area，Ordos Basin

WANG Bian-yang1，DONG Li-hong1，LI Guang-tao1，LIU Jia-qing2，ZHU Hai-tao3，WANG Kang-le4

(1.ResearchInstitute，ShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.，Ltd.，Xi’an710065，China；2.Yan’anOil&GasCo.，Ltd.,Xi’an710018，China；3.ExplorationandDevelopmentTechnologyResearchCenter，YangchangOilfieldCo.，Ltd.,Yanan716000，China；4.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute，PetroChinaChangqingOilfieldCompany，Xi’an710018，China)

Origin of Chang 10 oil reservoir in Ordos Basin has always been controversial.Taking Zhidan area as an example，the article discusses the development of hydrocarbon source rocks which may provide hydrocarbon for Chang 10 oil reservoir，the group composition，the biomarkers，and the oil-source correlations in terms of their geneses and origin of petroleum.Research results provide the geological basis for petroleum exploration of Zhidan area.Laboratory analysis data indicate that the crude oil of Chang 10 oil reservoir include abundant saturated hydrocarbons，low content of aromatic hydrocarbons，and the lowest content of non-hydrocarbons and asphalt.Biomarkers of compounds in Chang 10 crude Oil show that source materials are hybrid origin of the lower hydrobionts and the higher plants.Chang 10 crude Oil are all mature crude oil.Analysis of the Chang 7，Chang 9，Chang 10 hydrocarbon source rocks show that Chang 7 hydrocarbon source rocks are the thickest，Chang 9 hydrocarbon source rocks are thicker，Chang 10 hydrocarbon source rocks are low.Biomarkers of compounds indicate three sets of hydrocarbon source rocks have similar n-alkanes and p-menthane，main differences embodied that Pr/Ph of Chang 7-10 hydrocarbon source rocks have increasing trend，ααα-20R sterane isomers display an asymmetric“L”type distribution pattern and change to “V”and opposite “L” type distribution pattern.Comprehensive analysis show that Chang 10 crude Oil mainly come from Chang 9 hydrocarbon source rocks，Chang 10 hydrocarbon source rocks have certain contribution.

Ordos Basin；Zhidan area；Chang 10 oil reservoir；geochemical characteristics of crude oil；oil-source correlations

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0407

1672-9315(2016)04-0490-07

2016-04-20責(zé)任編輯：李克永

陜西省自然科學(xué)基金(2013JQ5003)

王變陽(1984-)，女，陜西周至人，碩士，工程師，E-mail：wbyzykc@126.com

TE 122.1

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