異常熱作用對原油正構(gòu)烷烴碳同位素特征的影響
——以塔里木盆地為例

李　迪，鄭朝陽，王　宇，周文喜，蘇　勁，蔡郁文

（1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽550025；2.中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究中心，北京100083）

異常熱作用對原油正構(gòu)烷烴碳同位素特征的影響
——以塔里木盆地為例

李迪1，鄭朝陽1，王宇2，周文喜1，蘇勁2，蔡郁文2

（1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽550025；2.中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究中心，北京100083）

原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征分析是油-油、油-源對比的重要手段，研究發(fā)現(xiàn)，正構(gòu)烷烴碳同位素曲線會(huì)受多種次生作用的改造而改變原始面貌。二疊紀(jì)發(fā)生的地幔柱事件不僅改造了塔里木盆地早期油氣的儲(chǔ)集條件，伴隨的異常熱作用對油氣的地球化學(xué)特征和物理-化學(xué)性質(zhì)也產(chǎn)生了較大影響。通過尋找TZ421井、TD2井、ZS1（ZS1c）井、TZ62井等受異常熱作用改造的證據(jù)以及分析其原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線的變化，發(fā)現(xiàn)原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征記錄了塔里木盆地存在的多種類型的異常熱事件，反映了原油原始碳同位素特征經(jīng)歷的改造。通過分析異常熱作用改造的正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征，將其劃分為3種類型，分別反映了熱液和巖漿熱作用、硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)以及熱蝕變作用對正構(gòu)烷烴碳同位素特征產(chǎn)生的差異性改造，揭示了不同類型異常熱作用對正構(gòu)烷烴單體碳同位素分餾的影響。正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征在作為塔里木海相原油端元油劃分的依據(jù)時(shí)還需謹(jǐn)慎考慮。

塔里木盆地;正構(gòu)烷烴;碳同位素;異常熱作用;油-源對比;地幔柱;次生改造作用

原油中的正構(gòu)烷烴能夠在很大程度上反映原油的演化特征。早在20世紀(jì)90年代初，文獻(xiàn)［1］就將原油中有機(jī)分子化合物的碳同位素組成特征應(yīng)用于油-源對比研究，正構(gòu)烷烴的碳同位素特征可用于鑒別混合油[2-3]，區(qū)分“煤成油”或“非煤成油”[4]。文獻(xiàn)［5］利用正構(gòu)烷烴的單體碳、氫同位素特征進(jìn)行較高成熟度原油的油-源對比，推斷生烴母質(zhì)的古環(huán)境特征。原油正構(gòu)烷烴的碳同位素特征會(huì)因原油經(jīng)歷的后期改造而發(fā)生明顯變化，其中生物降解作用的影響較為明顯，因此，正構(gòu)烷烴單體碳同位素曲線特征僅適用于對生物降解程度較低的原油進(jìn)行油-源對比[6]。正構(gòu)烷烴碳同位素特征隨裂解程度發(fā)生改變，可以反映出原油的裂解程度[7]。因此發(fā)生過裂解的原油不能單純的通過曲線形態(tài)對比來尋找油-油、油-源之間的聯(lián)系。文獻(xiàn)［8］通過瀝青砂中瀝青干餾物的正構(gòu)烷烴碳同位素特征，推測出生物降解后的古油藏發(fā)生了二次充注，并判斷出油源。文獻(xiàn)［9］以正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征作為依據(jù)劃分的塔里木盆地寒武系端元油（TD2井原油）和奧陶系端元油（YM2井原油）幾乎在所有研究中被使用。雖然如此，但一些問題仍待深入研究。本文主要對異常熱事件影響原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征進(jìn)行研究，以此探討塔里木盆地端元油劃分依據(jù)的可靠性。

1　地質(zhì)背景

塔里木盆地在地史演化中，曾經(jīng)歷過多期不同程度的熱事件，其中早—中二疊世發(fā)生的地幔柱事件對塔里木盆地含油氣系統(tǒng)的影響最大，此時(shí)恰逢臺(tái)盆區(qū)生烴的高峰期和圈閉的形成期，地幔柱伴隨的異常熱不僅能夠加速油氣的生成和轉(zhuǎn)化，也改變了海相原油的物理-化學(xué)性質(zhì)。二疊紀(jì)地幔柱事件相關(guān)火成巖和熱流體跡象廣泛分布于塔里木盆地，早期火成巖為基性，后期形成的火成巖為中酸性[10]，這已被大量鉆井巖心及露頭資料所證實(shí)（圖1）。

圖1　塔里木盆地二疊紀(jì)火成巖分布及成因示意（據(jù)文獻(xiàn)［10］修改）

2　影響正構(gòu)烷烴碳同位素特征的因素

（1）母源特征烴源巖中有機(jī)質(zhì)特征是影響原油正構(gòu)烷烴碳同位素的主要因素[11]。正常情況下，烴源巖與所產(chǎn)生原油的正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征有很好相關(guān)性，說明原油中的正構(gòu)烷烴碳同位素特征在很大程度上受到母源特征控制。

（2）運(yùn)移分餾早期以干酪根初次裂解為主的正構(gòu)烷烴與烴源巖中的正構(gòu)烷烴碳同位素特征具有相似性，原油運(yùn)移至油藏的過程中，因12C分子量較13C小，所以12C含量高的正構(gòu)烷烴更易優(yōu)先進(jìn)入儲(chǔ)集層，導(dǎo)致早期成藏原油比晚期成藏原油的碳同位素值低，但這種差值一般小于1‰，因此運(yùn)移分餾的影響很難從正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征中很好地體現(xiàn)。

（3）次生改造作用生物降解作用會(huì)引起原油δ13C增大，并優(yōu)先消耗低分子量的正構(gòu)烷烴[12]。隨著生物降解的加強(qiáng)，碳同位素分餾的影響范圍會(huì)逐漸由低碳數(shù)正構(gòu)烷烴擴(kuò)大至中碳數(shù)正構(gòu)烷烴。蒸發(fā)分餾也會(huì)造成原油正構(gòu)烷烴δ13C增大，但影響較小。

（4）混合作用原油的混合會(huì)導(dǎo)致正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征復(fù)雜化，特別是混合前的原油經(jīng)歷過不同類型的次生改造作用，對恢復(fù)原油的原始特征會(huì)產(chǎn)生很大的障礙。

此外，由于12C—12C鍵斷裂所需能量小于13C—13C鍵，在干酪根成熟過程中12C—12C鍵會(huì)優(yōu)先斷裂，因此早期產(chǎn)生的原油中12C較多，而烴源巖中有機(jī)質(zhì)的δ13C就相對較大。晚期生成的原油碳同位素偏重，由原油成熟度升高引起的碳同位素分餾，δ13C一般不超過3‰[12]，但在原油裂解程度超過50%時(shí)，碳同位素變重，δ13C增大至4‰[13]。晚期形成的正構(gòu)烷烴除了來自烴源巖外，也可由熱裂解產(chǎn)生。在動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)中，正構(gòu)烷烴碳同位素也存在相同的分餾效果[14]。

塔里木盆地中的部分相鄰井相同地層中的原油，其正構(gòu)烷烴碳同位素特征卻存在較大差異。正構(gòu)烷烴碳同位素值相對較大的原油所在的儲(chǔ)集層中常發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)瀝青，附近多有火成巖侵入或存在熱液活動(dòng)的跡象。由阿侖尼烏斯公式得出烴源巖中有機(jī)質(zhì)成熟的反應(yīng)速度與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度每上升10℃，反應(yīng)速度將提高2～4倍。強(qiáng)烈的異常熱作用可能在短時(shí)間內(nèi)使有機(jī)質(zhì)成熟度快速增大，引起其顯著的碳同位素分餾效果，從而改變正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征。

3　受異常熱作用原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征

由于塔里木盆地的鉆井很少觸及烴源巖，無法較好地分析異常熱作用對烴源巖中有機(jī)質(zhì)的影響。但是部分儲(chǔ)集層巖心顯示了異常熱作用的跡象，因此可以通過尋找異常熱作用痕跡與油藏中原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征變化的相關(guān)性，來確定異常熱作用對原油中正構(gòu)烷烴碳同位素特征的影響。

選取塔里木盆地與異常熱作用相關(guān)的典型原油樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，樣品物理性質(zhì)見表1.正構(gòu)烷烴單體碳同位素測試分析采用ThermoFinnigan公司生產(chǎn)的氣相色譜-單體碳同位素質(zhì)譜聯(lián)用儀（Delta PlusXP）。首先進(jìn)行族組分分離，采用尿素絡(luò)合分離出正構(gòu)烷烴。正構(gòu)烷烴單體碳同位素分析使用石英毛細(xì)管色譜柱（50 m×0.32 mm×0.25 μm），升溫程序：80℃恒溫5 min，以3℃/min程序升溫至300℃，恒溫30 min，載氣為高純氦氣。

表1　塔里木盆地原油樣品物理性質(zhì)數(shù)據(jù)

3.1熱液和巖漿熱作用

塔中隆起區(qū)油氣藏具有多油源供油、多期運(yùn)聚成藏、多期調(diào)整破壞、多油氣系統(tǒng)控油的特點(diǎn)，但烴源巖以寒武系—下奧陶統(tǒng)烴源巖為主還是以中—上奧陶統(tǒng)烴源巖為主始終是爭論的焦點(diǎn)。TZ62井、TZ621井和TZ62-1井位于塔中隆起的塔中Ⅰ號斷裂帶（圖1）。分析數(shù)據(jù)表明[2-3]，TZ621井上奧陶統(tǒng)原油中碳數(shù)小于23的正構(gòu)烷烴隨碳數(shù)的增加，碳同位素逐漸變輕，碳數(shù)大于23的正構(gòu)烷烴隨碳數(shù)增加，碳同位素逐漸變重，碳同位素曲線呈現(xiàn)出“兩頭高中間低”的特點(diǎn)（圖2）。TZ621井、TZ62-1井和TZ62井的原油樣品均來自上奧陶統(tǒng)的儲(chǔ)集層，TZ62井和TZ62-1井原油正構(gòu)烷烴碳同位素特征存在很好的相關(guān)性，基本可以確定為同源油；但TZ621井原油的碳同位素明顯重于TZ62井和TZ62-1井原油，碳同位素曲線特征也存在明顯差異。鉆井資料顯示，TZ621井上奧陶統(tǒng)4 864.26～4 879.13 m的良里塔格組顆粒灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)多種熱液礦物，這些熱流體的痕跡可能與塔里木地幔柱的異常熱作用有關(guān)，TZ621井原油樣品的深度在熱液礦物痕跡的分布范圍內(nèi)，因此原油可能受到了熱液作用的影響，熱流體伴隨的高溫促使原油成熟度升高，從而引起了一定的碳同位素分餾，使原油正構(gòu)烷烴碳同位素值增大。

圖2　TZ62井、TZ621井和TZ62-1井原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線（b引自文獻(xiàn)［3］，c，d引自文獻(xiàn)［2］）

TZ421井位于塔中隆起中央斷壘帶東段（圖1），上石炭統(tǒng)卡拉沙依組砂泥巖段CⅠ油組原油、下石炭統(tǒng)巴楚組生屑灰?guī)r段CⅡ油組凝析油及下石炭統(tǒng)巴楚組東河砂巖段CⅢ油組原油，具有相同來源，但經(jīng)歷過后期充注，3個(gè)油組的形成也有先后，CⅢ油組形成最早，成藏時(shí)間在早二疊世晚期以后，CⅡ油組和CⅠ油組形成較晚，為古近紀(jì)成藏[15]。石炭系3個(gè)油組的原油（或凝析油）正構(gòu)烷烴δ13C為-35.5‰～-30.7‰[2-3，16-17]，原油（或凝析油）正構(gòu)烷烴碳同位素特征均為低碳數(shù)正構(gòu)烷烴碳同位素偏重，隨著碳數(shù)增加，正構(gòu)烷烴的碳同位素逐漸變輕，正構(gòu)烷烴碳同位素曲線呈現(xiàn)“前高后低”的特點(diǎn)（圖3）。根據(jù)文獻(xiàn)［4］的熱壓模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，凝析油形成的階段晚于原油，且同源的凝析油與原油相比，正構(gòu)烷烴碳同位素重，與熱壓模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反，CⅢ油組原油較CⅡ油組凝析油正構(gòu)烷烴的碳同位素重，而CⅠ油組原油正構(gòu)烷烴碳同位素最輕。CⅢ油組原油和CⅡ油組凝析油比CⅠ油組原油成藏時(shí)間早，因此自然生烴過程中因成熟度增大產(chǎn)生的碳同位素分餾作用并不是3個(gè)油組原油（或凝析油）正構(gòu)烷烴碳同位素特征出現(xiàn)差異的原因。文獻(xiàn)［15］認(rèn)為生物降解作用發(fā)生在現(xiàn)今油藏形成之前，因此基本可以排除生物降解作用的影響。鉆井資料顯示，TZ421井下二疊統(tǒng)3 042～3 096 m發(fā)育灰黑色玄武巖、泥巖和粉砂巖組合，與TZ421井3個(gè)油組原油樣品產(chǎn)出地層距離較近。TZ421井所在的塔中4井區(qū)東河砂巖段中可見自生礦物重晶石，流體包裹體均一溫度高達(dá)180～196℃，且裂隙中充填有瀝青反射率較高（1.05%～1.24%）的固體瀝青，二者形成時(shí)間均為二疊紀(jì)[15]，與塔里木地幔柱事件的時(shí)間吻合。3個(gè)油組中只有CⅢ油組成藏時(shí)間早于二疊紀(jì)的地幔柱事件，因此CⅢ油組原油很可能受到異常熱作用的影響。原油正構(gòu)烷烴碳同位素偏重與熱液或巖漿熱作用可能有直接的聯(lián)系，在異常熱作用的影響下，最早成藏的CⅢ油組原油正構(gòu)烷烴碳同位素明顯偏重。部分CⅢ油組異常熱改造原油沿?cái)鄬右绯鳇c(diǎn)向上運(yùn)移進(jìn)入了CⅡ油組及CⅠ油組所在地層，混合后的原油也表現(xiàn)出與CⅢ油組相似的正構(gòu)烷烴碳同位素特征，但碳同位素因混合而變輕。在前人對塔中4井區(qū)石炭系油藏的成藏史、充注史的研究基礎(chǔ)之上[15]，異常熱作用的影響能夠很好地解釋3個(gè)油組正構(gòu)烷烴碳同位素特征的相似性及差異原因。因此與地幔柱相關(guān)的異常熱作用很可能是造成TZ421井石炭系3個(gè)油組原油正構(gòu)烷烴碳同位素差異的最主要因素。

圖3　TZ421井原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線（a，b引自文獻(xiàn)［16］，c引自文獻(xiàn)［17］，d引自文獻(xiàn)［2］，e引自文獻(xiàn)［3］）

圖4　ZS1井、ZS1c井寒武系原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線（c，f引自文獻(xiàn)［3］，d引自文獻(xiàn)［20］）

圖5　ZS1井6 478 m處裂縫、孔隙中的碳質(zhì)瀝青

3.2硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)

ZS1井與ZS1c井（圖1）寒武系油藏為自生自儲(chǔ)型。相比TD2井這一典型的寒武系油藏，ZS1井（6 439～6 458 m）凝析油正構(gòu)烷烴具有相對較低的δ13C（圖4）。ZS1c井（6 861～6 944 m）的凝析油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征則較為明顯，正構(gòu)烷烴δ13C出現(xiàn)了異常寬的分布范圍（-36.1‰～-27.2‰），低碳數(shù)正構(gòu)烷烴δ13C大，隨正構(gòu)烷烴碳數(shù)的增加，δ13C減小較為明顯，直到碳數(shù)大于25的正構(gòu)烷烴，δ13C才與ZS1井（6 439～6 458 m）樣品接近，呈現(xiàn)出斜率較大、δ13C較大的特點(diǎn)。ZS1井（6 426～6 497 m）揮發(fā)油正構(gòu)烷烴碳同位素值處于二者之間。與ZS1井油樣（6 439～6 458 m）相比，ZS1c井（6 861～6 944 m）凝析油中金剛烷類化合物含量高、異構(gòu)體豐富且富含含硫化合物，在ZS1井（6 426～6 497 m）樣品中也有一定量的金剛烷和含硫化合物檢出[18]，且井深6 478 m處裂縫和孔隙中發(fā)現(xiàn)了碳質(zhì)瀝青痕跡（圖5）。金剛烷熱穩(wěn)定性強(qiáng)，利用其含量可以判斷原油的裂解程度[13]，存在高含量的金剛烷類化合物表明原油可能發(fā)生過較大程度的裂解，同時(shí)存在高含量的含硫化合物說明與硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)密切相關(guān)[18]。硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)會(huì)造成烴類的裂解，產(chǎn)生干氣和硫化氫，同時(shí)引起殘留烴類碳同位素大幅增重，這或許能夠解釋ZS1井（6 426～6 497 m）揮發(fā)油和ZS1c井（6 861～6 944 m）的凝析油正構(gòu)烷烴碳同位素偏重的原因及曲線形態(tài)與ZS1井（6 439～6 458 m）樣品的差異。熱史與埋藏史分析結(jié)果表明塔里木盆地原油開始裂解的深度約7 500 m[19]，因此埋深小于7 500 m的儲(chǔ)集層應(yīng)存在未受到或受到輕微裂解作用而正構(gòu)烷烴碳同位素相對較輕的寒武系原油。ZS1井凝析油（6 439～6 458 m）儲(chǔ)集層深度不到6 500 m，正構(gòu)烷烴碳同位素較輕的特點(diǎn)也較為符合全球寒武系海相原油的特征，因此ZS1井（6 439～6 458 m）凝析油正構(gòu)烷烴碳同位素特征可能接近寒武系原油的原始特征，而ZS1c井（6 861～6 944 m）和ZS1井（6 426～6 497 m）樣品特征為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)改造的結(jié)果。

3.3熱蝕變作用

TD2井（圖1）所在的塔東隆起構(gòu)造高部位在泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)持續(xù)隆升，造成泥盆系—三疊系缺失，奧陶系和志留系也因后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而遭受了強(qiáng)烈剝蝕。TD2井中—上奧陶統(tǒng)泥巖厚達(dá)1 678.5 m，但有機(jī)碳含量均較低，寒武系—下奧陶統(tǒng)發(fā)育高有機(jī)碳含量烴源巖。文獻(xiàn)［21］指出，TD2井寒武系原油是塔里木盆地典型的寒武系自生自儲(chǔ)原油。此油藏中原油雖然未受到塔里木地幔柱異常熱作用的影響，但儲(chǔ)集層中碳質(zhì)瀝青（對應(yīng)鏡質(zhì)體反射率高達(dá)5%）的廣泛存在指示了油藏經(jīng)歷了一定程度的熱蝕變[21]。TD2井上寒武統(tǒng)烴源巖中氯仿瀝青A正構(gòu)烷烴δ13C為-30.06‰～-28.65‰，與石炭系—下奧陶統(tǒng)原油正構(gòu)烷烴δ13C（-30.5‰～-29.1‰）相比略重（圖6）。對全球顯生宇原油碳同位素的研究表明[22]，前寒武系—寒武系原油δ13Csat平均為-34.8‰，說明通常寒武系原油具有較輕的碳同位素，但TD2井寒武系原油δ13C卻異常高。在之前的研究中，較高的正構(gòu)烷烴碳同位素值被廣泛認(rèn)為是寒武系原油的普遍特征，因此作為端元油劃分的依據(jù)。但是熱蝕變的長期作用會(huì)造成原油成熟度的升高，使正構(gòu)烷烴碳同位素整體偏重。TD2井原油和烴源巖氯仿瀝青A中正構(gòu)烷烴δ13C整體偏高的特征結(jié)合其他異常熱作用的證據(jù)[21]，表明了熱蝕變作用很可能是TD2井原油和烴源巖氯仿瀝青A中正構(gòu)烷烴δ13C較高的主要原因。

圖6　TD2井原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線（b引自文獻(xiàn)［2］）

TZ62井志留系油藏原油具有寒武系原油的地球化學(xué)特征，原油成熟度較高，且正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征與TD2井較為接近（圖2），雖經(jīng)歷過生物降解作用，但改造程度輕微[23]。TZ62井志留系原油很可能也經(jīng)歷了異常熱作用的改造，出現(xiàn)了較強(qiáng)的碳同位素分餾，但是異常熱作用類型尚不明確，還需進(jìn)一步研究。正構(gòu)烷烴碳同位素特征在經(jīng)歷異常熱作用的改造后，原始特征已經(jīng)消失，因此，重碳同位素特征已不能作為劃分端元油的依據(jù)。

4　受異常熱作用原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征討論

通過對異常熱作用下原油正構(gòu)烷烴碳同位素曲線的觀察，發(fā)現(xiàn)碳同位素曲線大致可以分為3種類型：Ⅰ型曲線，低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴碳同位素偏重，隨碳數(shù)增加，正構(gòu)烷烴δ13C呈減小趨勢；Ⅱ型曲線，特征與Ⅰ型曲線類似，但曲線斜率更大，這可能與異常熱作用強(qiáng)度有關(guān)；Ⅲ型曲線，特點(diǎn)為正構(gòu)烷烴碳同位素曲線上波動(dòng)幅度較小，但正構(gòu)烷烴δ13C整體相對較高。異常熱作用的類型、持續(xù)時(shí)間、作用溫度和作用范圍會(huì)對原油的正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征產(chǎn)生差異性改造?；鹕綆r漿伴隨高溫，在短期內(nèi)對油藏中原油加熱，提高了原油的成熟度，對低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴碳同位素影響較大，使其有較大幅度的升高，令碳同位素曲線呈現(xiàn)出“前高后低”的特點(diǎn)，對應(yīng)Ⅰ型曲線。硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)與巖漿熱作用影響下的正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征有相似性，也有“前高后低”的特點(diǎn)，但硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)對正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征的改造可能更加顯著，低碳數(shù)正構(gòu)烷烴δ13C增大幅度更大，可能反映了更強(qiáng)的碳同位素分餾現(xiàn)象，對應(yīng)Ⅱ型曲線。熱蝕變作用產(chǎn)生的溫度不及巖漿，但長時(shí)間的作用使烴源巖和原油中有機(jī)質(zhì)成熟度逐漸升高，進(jìn)而改變了正構(gòu)烷烴碳同位素曲線的整體特征，對應(yīng)Ⅲ型曲線。熱液作用的改造強(qiáng)度與其存在時(shí)間、溫度關(guān)系密切，短期的高溫?zé)嵋鹤饔锰峁┑臒崃颗c巖漿熱作用有一定相似性，而存在時(shí)間較長的熱流體活動(dòng)能夠持續(xù)供熱，但溫度會(huì)逐漸降低，其對儲(chǔ)集層的改造效果可能更加顯著。

5　結(jié)論

（1）巖漿及熱流體活動(dòng)痕跡在盆地中普遍存在，異常熱作用對各油藏改造程度不同，因此受異常熱作用改造的原油正構(gòu)烷烴的碳同位素特征也存在一定差異。

（2）根據(jù)受異常熱作用原油的正構(gòu)烷烴碳同位素曲線特征，將曲線劃分為3種類型：Ⅰ型曲線低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴δ13C異常偏高，而長鏈正構(gòu)烷烴δ13C隨正構(gòu)烷烴碳數(shù)增加呈減小趨勢，與巖漿伴隨的異常熱作用相關(guān)；Ⅱ型曲線特征與Ⅰ型類似，但曲線斜率更大，是硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)作用的結(jié)果；Ⅲ型曲線高低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴δ13C偏移較小，但整體較高，是熱蝕變長期作用的結(jié)果。

（3）塔里木盆地曾經(jīng)歷了多次、長期的大范圍火山活動(dòng)，地幔柱產(chǎn)生的巨大熱效應(yīng)對盆地部分地區(qū)的原油進(jìn)行了改造，受熱成熟作用影響較大的原油正構(gòu)烷烴碳同位素特征也發(fā)生了較為明顯的改變，加上各種碳同位素分餾效果的疊加，部分原油的原始碳同位素特征可能已不復(fù)存在。因此，在進(jìn)行端元油劃分時(shí)還需充分地考慮次生改造作用的影響。通過對異常熱作用改造的原油正構(gòu)烷烴碳同位素特征進(jìn)行研究，有助于消除這類次生改造作用的影響，從而還原塔里木海相原油的真正面貌。

［1］BJOR?Y M，HALL K，GILLYON P，et al.Carbon isotope variations in n?alkanes and isoprenoids of whole oils［J］.Chemical Geology，1991，93（1）：13-20.

［2］LI Sumei，PANG Xiongqi，JIN Zhijun，et al.Petroleum source in the Tazhong uplift，Tarim basin：new insights from geochemical and flu?id inclusion data［J］.Organic Geochemistry，2010，41（6）：531-553.

［3］LI Sumei，AMRANI A，PANG Xiongqi，et al.Origin and quantita?tive source assessment of deep oils in the Tazhong uplift，Tarim ba?sin［J］.Organic Geochemistry，2015，78（1）：1-22.

［4］張文正，裴戈，關(guān)德師，等.中國幾個(gè)盆地原油輕烴單體和正構(gòu)烷烴系列分子碳同位素研究［J］.地質(zhì)論評，1993，39（1）：79-88. ZHANG Wenzheng，PEI Ge，GUAN Deshi，et al.The carbon isoto?pic composition of the light hydrocarbon monomer and normal al?kane series molecules from crude oil of some petroliferous basins in China［J］.Geological Review，1993，39（1）：79-88.

［5］劉金萍，耿安松，熊永強(qiáng)，等.正構(gòu)烷烴單體碳、氫同位素在油源對比中的應(yīng)用［J］.新疆石油地質(zhì)，2007，28（1）：104-107. LIU Jinping，GENG Ansong，XIONG Yongqiang，et al.Application of free C and H isotopes in normal alkane to correlation of oil sourc?es in Huanghua depression［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2007，28（1）：104-107.

［6］耿安松，熊永強(qiáng).遼河油田西部凹陷生物降解原油單體化合物碳同位素組成［J］.自然科學(xué)進(jìn)展，1999，9（9）：834-840. GENG Ansong，XIONG Yongqiang.The carbon isotopic composi?tion of hydrocarbon monomer from biodegradabled oil in Western sag of Liaohe oilfield，NE China［J］.Progress in Natural Science，1999，9（9）：834-840.

［7］TANG Xiaoqiang，HUANG Guanhui，ZHANG Min，et al.Composi?tional characteristics and geochemical significance of n?alkanes in process of crude oil cracking［J］.Earth Science Frontiers，2009，16（6）：372-378.

［8］JIA Wanglu，XIAO Zhongyao，YU Chiling，et al.Molecular and iso?topic compositions of bitumens in Silurian tar sands from the Tarim basin，NW China：characterizing biodegradation and hydrocarbon charging in an old composite basin［J］.Marine and Petroleum Geolo?gy，2010，27（1）：13-25.

［9］李素梅，龐雄奇，楊海軍，等.塔里木盆地海相油氣源與混源成藏模式［J］.地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，35（4）：663-673. LI Sumei，PANG Xiongqi，YANG Haijun，et al.Generation，migra?tion and accumulation model for the marine oils in the Tarim basin［J］.Earth Science—Journal of China University of Geosciences，2010，35（4）：663-673.

［10］楊樹鋒，陳漢林，厲子龍，等.塔里木早二疊世大火成巖?。跩］.中國科學(xué)：地球科學(xué)，2014，44（2）：187-199. YANG Shufeng，CHEN Hanlin，LI Zilong，et al.Early Permian Tarim large igneous province in northwest China［J］.Science China：Earth Sciences，2014，44（2）：187-199.

［11］RIELEY G，COLLIER R J，JONES D M，et al.Sources of sedimen?tary lipids deduced from stable carbon?isotope analyses of individu?al compounds［J］.Nature，1991，352（6 334）：425-427.

［12］PETERS K E，MOLDOWAN J M.The biomarker guide：interpret?ing molecular fossils in petroleum and ancient sediments［M］.En?glewood Cliffs，NJ：Prentice Hall，1993.

［13］DAHL J E P，MOLDOWAN J M，PETERS K E，et al.Diamondoid hydrocarbons as indicators of natural oil cracking［J］.Nature，1999，399（6 731）：54-57.

［14］TANG Yongchun，HUANG Yongsong，ELLIS G S，et al.A kinetic model for thermally induced hydrogen and carbon isotope fraction?ation of individual n?alkanes in crude oil［J］.Geochimica et Cos?mochimica Acta，2005，69（18）：4 505-4 520.

［15］張水昌，梁狄剛，張寶民，等.塔里木盆地海相油氣的生成［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004. ZHANG Shuichang，LIANG Digang，ZHANG Baomin，et al.Marine hydrocarbon formation in the Tarim basin［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2004.

［16］肖七林，孫永革，茅晟懿，等.塔中4石炭系油藏原油輕烴地球化學(xué)特征及其控制因素［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32（2）：206-211. XIAO Qilin，SUN Yongge，MAO Shengyi，et al.Geochemical char?acterization of light hydrocarbons and its controlling factors in Car?boniferous crude oils from the Tz4 oilfield，Tarim basin，NW China［J］.Acta Petrolei Sinica，2011，32（2）：206-211.

［17］YU Shuang，PAN Changchun，WANG Jinji，et al.Correlation of crude oils and oil components from reservoirs and source rocks us?ing carbon isotopic compositions of individual n?alkanes in the Ta?zhong and Tabei uplift of the Tarim basin，China［J］.Organic Geo?chemistry，2012，52：67-80.

［18］ZHU Guangyou，HUANG Haiping，WANG Huitong.Geochemical significance of discovery in Cambrian reservoirs at well ZS1 of the Tarim basin，Northwest China［J］.Energy&Fuels，2015，29（3）：1 332-1 344.

［19］朱光有，楊海軍，蘇勁，等.塔里木盆地海相石油的真實(shí)勘探潛力［J］.巖石學(xué)報(bào)，2012，28（3）：1 333-1 347. ZHU Guangyou，YANG Haijun，SU Jin，et al.True exploration po?tential of marine oils in the Tarim basin［J］.Acta Petrologica Sini?ca，2012，28（3）：1 333-1 347.

［20］CAI Chunfang，ZHANG Chunming，WORDEN R H，et al.Applica?tion of sulfur and carbon isotopes to oil?source rock correlation：a case study from the Tazhong area，Tarim basin，China［J］.Organic Geochemistry，2015，83-84（6）：140-152.

［21］張水昌，王招明，王飛宇，等.塔里木盆地塔東2油藏形成歷史——原油穩(wěn)定性與裂解作用實(shí)例研究［J］.石油勘探與開發(fā)，2004，31（6）：25-31. ZHANG Shuichang，WANG Zhaoming，WANG Feiyu，et al.Oil ac?cumulation history in Tadong 2 oil reservoir in Tarim basin，NW China—a case study of oil stability and cracking［J］.Petroleum Ex?ploration and Development，2004，31（6）：25-31.

［22］ANDRUSEVICH V E，ENGEL M H，ZUMBERGE J E，et al.Secu?lar，episodic changes in stable carbon isotope composition of crude oils［J］.Chemical Geology，1998，152（1）：59-72.

［23］肖中堯，盧玉紅，桑紅，等.一個(gè)典型的寒武系油藏：塔里木盆地塔中62井油藏成因分析［J］.地球化學(xué)，2005，34（2）：155-160. XIAO Zhongyao，LU Yuhong，SANG Hong，et al.A typical Cambri?an oil reservoir：origin of oil reservoir in well TZ62，Tarim basin［J］.Geochimica，2005，34（2）：155-160.

（編輯曹元婷）

Influence of Abnormal Thermal Effect on Carbon Isotope Characteristics of N?Alkanes in Crude Oil:A Case from Tarim Basin

LI Di1，ZHENG Zhaoyang1，WANG Yu2，ZHOU Wenxi1，SU Jin2，CAI Yuwen2
(1.School of Resources and Environment Engineering,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550003,China;2.Experimental Research Center of Petroleum Geology,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Beijing 100083,China)

Analysis on n?alkane carbon isotope curves of oil is an important method for oil?oil and oil?source correlation.The study shows that n?alkane carbon isotope curves tend to be changed due to several secondary actions.Mantle plume event in Permian reformed the oil accumulation conditions,meanwhile the associated abnormal thermal effect brought significant influences to geochemical features and physical?chemical properties of the oil in Tarim basin.Based on the evidences of abnormal thermal effect in Well TZ421,TD2,ZS1(ZS1c) and TZ62 and the analysis of the changes of n?alkane carbon isotope curves of the oil in these wells,it is found that the curves record vari?ous abnormal thermal events occurred in Tarim basin and could reflect the reformation of the original carbon isotope characteristics of oil. Through the analysis on the changed n?alkane carbon isotope characteristics caused by abnormal thermal effects,3 characteristics can be identified,which reflects their differential reformations caused by thermal effects of hydrothermal solution and magma,sulfate thermochemi?cal reduction reaction and thermal alteration,respectively,and reveals the influences of different thermal effects on n?alkane free?carbon isotope fractionation.Using n?alkane carbon isotope characteristics as the basis for marine end?member oil division should be carefully con?sidered in Tarim basin.

Tarim basin;n?alkane;carbon isotope;abnormal thermal effect;oil?source correlation;mantle plume;secondary reformation

TE112.113

A

1001-3873（2016）06-0654-06

10.7657/XJPG20160605

2016-05-05

2016-06-30

國家自然科學(xué)基金（41273062）；國家科技重大專項(xiàng)（2008ZX05007-001）

李迪（1989-），男，新疆烏魯木齊人，碩士研究生，油氣地球化學(xué)，（Tel）18096193807（E-mail）lidi009@126.com