河套盆地臨河坳陷新生界油源對比及其勘探意義

羅麗榮 李劍鋒 趙占良 柳 娜 馬 軍 楊偉偉

（1 中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院；2 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室）

0 引言

河套盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)河套地區(qū)，是伊盟古陸核古元古界—太古宇變質(zhì)結(jié)晶基底上的中、新生代坳陷—斷陷盆地，迄今已有40余年的油氣勘探歷史，其中臨河坳陷面積約為2.43×104km2，是主要的沉積坳陷和含油氣區(qū)[1-2]。自20世紀(jì)80年代中期以來，臨河坳陷內(nèi)有部分探井見到了油氣顯示，但勘探程度較低，對于油氣源關(guān)系及資源潛力的認(rèn)識程度有一定局限性[3-7]。以往認(rèn)為臨河坳陷存在古近系和下白堊統(tǒng)兩套烴源巖，生烴中心主要位于北部深凹陷，資源規(guī)模較大，以高成熟和過成熟生氣為主[8-11]。

河套盆地歷經(jīng)石油普查勘探、油氣探索勘探和油氣勘探快速發(fā)現(xiàn)3個階段，2017年以來，盆地石油勘探取得工業(yè)性突破[2，12]，在臨河坳陷古近系、白堊系、太古宇3套含油層系中均見到良好的油氣顯示，其中S5井、Jh2X井在古近系漸新統(tǒng)臨河組試油分別獲得62.6m3/d和10.26m3/的高產(chǎn)工業(yè)油流，厘清油源關(guān)系是目前油氣勘探急需解決的關(guān)鍵問題之一。為了確定臨河組工業(yè)油流與臨河坳陷下白堊統(tǒng)固陽組、漸新統(tǒng)臨河組烴源巖之間是否存在成因聯(lián)系，采集S5井、Jh2X井原油樣品，以及固陽組、臨河組烴源巖樣品，從碳同位素組成和生物標(biāo)志化合物等方面，剖析原油與烴源巖的地球化學(xué)特征，分析油源關(guān)系，從而為區(qū)內(nèi)油氣資源評價及勘探目標(biāo)的選擇提供有力依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

河套盆地大地構(gòu)造位置處于陰山與伊盟隆起之間，東西長600km，南北寬30～90km，面積為4×104km2，沉積巖厚度為3000～6000m，盆地自西向東可劃分為臨河坳陷、烏拉山隆起、烏前坳陷、包頭隆起和呼和坳陷5個一級構(gòu)造單元（圖1）[13-15]，其中臨河坳陷面積最大，是主要的沉積坳陷和含油氣區(qū)。依據(jù)不同區(qū)塊的地質(zhì)特征，臨河坳陷進(jìn)一步被細(xì)分為北部深凹陷、南部斷階、東部斜坡、吉西凸起、吉蘭泰淺凹和吉東斜坡6個二級構(gòu)造單元。盆地由老至新發(fā)育下白堊統(tǒng)固陽組、上白堊統(tǒng)畢克齊組、始新統(tǒng)烏拉特組、漸新統(tǒng)臨河組、中新統(tǒng)五原組、上新統(tǒng)烏蘭圖克組和第四系河套群，其中固陽組和臨河組發(fā)育湖相烴源層，是主要的生油氣層系[2，12]。

圖1 河套盆地構(gòu)造單元劃分Fig.1 Tectonic units in the Hetao Basin

臨河坳陷下白堊統(tǒng)、漸新統(tǒng)烴源巖分布面積廣、厚度大[2]。St1井、S5井固陽組烴源巖以深灰色泥巖為主，泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，干酪根類型為Ⅰ型，總體評價為中等—好烴源巖，其中St1井固陽組灰色泥巖Ro值為0.48%～0.55%，處于未成熟—低成熟階段；S5井固陽組灰色泥巖Tmax值低，顯示未成熟烴源巖的特征。S5井、L1井臨河組烴源巖以灰色、灰黑色泥巖為主，泥巖有機(jī)質(zhì)豐度高，干酪根類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，總體評價為中等—好烴源巖，其中L1井臨河組泥巖Ro值為0.77%～1.17%，平均為0.96%，表現(xiàn)出成熟烴源巖的特征；S5井臨河組部分泥巖Tmax值達(dá)到438℃，亦反映出成熟烴源巖的特征。烴源巖分析數(shù)據(jù)顯示，下白堊統(tǒng)固陽組和漸新統(tǒng)臨河組烴源巖已具備生烴能力，詳細(xì)的地球化學(xué)參數(shù)見表1。

表1 臨河坳陷固陽組和臨河組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度及類型評價表Table 1 Evaluation of organic matter abundance and types of Guyang Formation and Linhe Formation source rocks in Linhe depression

2 原油與烴源巖的有機(jī)地球化學(xué)特征

采集了臨河坳陷S5井、Jh2X井的臨河組原油樣品，以及St1井、S5井固陽組和L1井、S5井臨河組烴源巖樣品（圖1），對原油與烴源巖樣品進(jìn)行系統(tǒng)的有機(jī)地球化學(xué)分析測試。巖石熱解分析、有機(jī)碳含量測定、煤巖顯微組分及氣相色譜—質(zhì)譜等分析測試均由中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院分析實驗中心完成。

2.1 原油與烴源巖的族組成特征

S5井、Jh2X井臨河組原油非烴與瀝青質(zhì)含量之和分別為20.29%、28.61%，飽芳比值分別為2.57、1.17。L1井臨河組灰色泥巖非烴與瀝青質(zhì)含量之和為22.12%～40.91%，平均值為35.21%，飽芳比值為0.67～1.67，平均值為1.09；S5井臨河組灰色泥巖非烴與瀝青質(zhì)含量之和為43.32%～65.08%，平均值為49.83%，飽芳比值為0.87～2.35，平均值為1.40；St1井固陽組灰色泥巖非烴與瀝青質(zhì)含量之和為28.25%～36.76%，平均值為33.37%，飽芳比值為0.34～0.74，平均值為0.47。臨河組原油極性組分含量高、飽芳比值低，固陽組烴源巖亦具有飽芳比值低的特點。

2.2 原油與烴源巖的碳同位素特征

S5井原油δ13C值為-26.60‰，Jh2X井原油δ13C值為-28.60‰，與位于臨河坳陷吉西凸起的zk230井、zk240井和zk500井等烏拉山群變質(zhì)巖裂隙原油碳同位素特征（δ13C值為-27.02‰～-26.43‰）相似。S5井和Jh2X井原油碳同位素值明顯比鄂爾多斯盆地中生界湖相油型油的碳同位素值重，鄂爾多斯盆地中生界原油δ13C值一般低于-30‰，烴源巖為長4+5—長8油層組中的半深湖—深湖相、腐泥—混合型烴源巖[16-17]，這說明河套盆地臨河組原油的母巖沉積環(huán)境明顯與鄂爾多斯盆地中生界湖相油型油母巖不同。臨河組原油碳同位素與柴達(dá)木盆地西部古近系—新近系咸水湖相原油的碳同位素值(δ13C值為-26‰～-24‰)接近，亦反映出咸水湖相原油的碳同位素特征[18-23]。推測咸水湖相環(huán)境原油碳同位素偏重的原因是因為咸水湖相環(huán)境中溶解的CO2少，導(dǎo)致自養(yǎng)生物中13C分餾作用減弱，從而致使有機(jī)質(zhì)碳同位素重[18]。臨河坳陷臨河組原油的碳同位素特征與固陽組烴源巖和臨河組烴源巖的碳同位素特征相似，L1井臨河組灰色泥巖與灰黑色泥巖的δ13C值為-28.15‰～-23.02‰，St1井固陽組深灰色泥巖的δ13C值為-28.66‰～-26.83‰，這兩套泥巖都有可能是臨河組原油的供烴來源。

3 油源對比

S5原油在50℃時密度為0.9366g/cm3，運動黏度為60.78mm2/s，凝固點高達(dá)31.0℃，原油黏稠、流動性差，屬于高密度、高黏度、高凝固點的重質(zhì)油；Jh2X井原油在50℃時密度為0.9278g/cm3，運動黏度為122.2mm2/s，凝固點為20.5℃，也屬于重質(zhì)油。從原油的物理性質(zhì)、族組成特征、碳同位素特征，無法分辨原油到底來自下白堊統(tǒng)固陽組烴源巖還是漸新統(tǒng)臨河組烴源巖。因此對S5井、Jh2X井臨河組原油、臨河組烴源巖及固陽組烴源巖開展生物標(biāo)志化合物色譜分析、色譜—質(zhì)譜分析，分析油源關(guān)系。

3.1 原油與烴源巖色譜特征

原油全烴色譜分析顯示，S5井和Jh2X井原油色譜峰型完整，均為單峰型，碳數(shù)分布范圍為nC8～nC31，Pr/Ph值低，Pr/nC17、Pr/nC18值高，OEP＜1，原油植烷優(yōu)勢明顯（表2）。Jh2X井原油正構(gòu)烷烴具有偶碳優(yōu)勢，S5井原油正構(gòu)烷烴未呈現(xiàn)出偶碳優(yōu)勢。

烴源巖飽和烴色譜分析顯示，S5井臨河組深灰色泥巖碳數(shù)范圍為nC11～nC27，OEP＜1，Pr/Ph值低，Pr/nC17和Pr/nC18值高；L1井臨河組灰黑色泥巖碳數(shù)分布范圍為nC15～nC26，分布范圍窄，Pr/Ph值很低，OEP＞1，Pr/nC17值低，Pr/nC18值很高；St1井固陽組深灰色泥巖碳數(shù)分布范圍為nC15～nC27，正構(gòu)烷烴分布具有偶碳優(yōu)勢，OEP＜1，Pr/Ph值很低，Pr/nC17、Pr/nC18值高；S5井固陽組深灰色泥巖碳數(shù)分布范圍為nC14～nC32，Pr/Ph值約為1.0，Pr/nC17、Pr/nC18值高（表2）。

表2 臨河坳陷原油與烴源巖的色譜特征Table 2 Chromatographic characteristics of crude oil and source rocks in Linhe depression

3.2 原油與烴源巖甾烷、萜烷生物標(biāo)志化合物特征

S5井和Jh2X井原油中，三環(huán)萜烷含量很低，伽馬蠟烷異常豐富，C30重排藿烷含量很低。Ts/Tm值分別為0.20和0.25，C30重排藿烷/C30藿烷值接近于零，C29Ts/C29降藿烷值分別為0.24和0.19，伽馬蠟烷/C30藿烷值分別為1.64和2.02；Jh2X井原油的17α(H)，21β(H)-C33藿烷、C34藿烷、C35藿烷呈現(xiàn)“翹尾巴”分布模式，即C35藿烷＞C34藿烷＞C33藿烷，與Pr/Ph呈低值相一致。S5井和Jh2X井原油中重排甾烷含量低。S5井原油中C27～C29規(guī)則甾烷呈“V”字形分布特征，即C29甾烷＞C27甾烷＞C28甾烷，C29甾烷主要來源于高等植物，說明母源中有一定比例的高等植物輸入；Jh2X井原油中C27～C29規(guī)則甾烷分布特征為C27甾烷＞C29甾烷＞C28甾烷，C27甾烷含量最高（含量為38.96%）（圖2），說明Jh2X井原油母源以低等水生生物為主[24-27]。S5井原油C29甾烷ββ/（ββ+αα）值為0.24，C31藿烷22S/(22S+22R)值為0.50；Jh2X井原油中，C29甾烷ββ/（ββ+αα）值為0.39，C31藿烷22S/(22S+22R)值為0.57。S5井原油與Jh2X井原油具有咸水湖相原油的特征[24-25]，分別為低成熟原油和成熟原油[26-31]。

圖2 原油與烴源巖C27～C29甾烷特征對比Fig.2 C27～C29 sterane of crude oil and source rocks

固陽組烴源巖與臨河組烴源巖均具有C30重排藿烷含量低、伽馬蠟烷豐富和重排甾烷含量低的特點，但甾烷、萜烷分布特征又存在一定差異。L1井臨河組烴源巖中三環(huán)萜烷含量低，伽馬蠟烷相對豐富，伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.3～2.77，Ts/Tm值為0.12～0.21；C27～C29規(guī)則甾烷中，C29甾烷分布占優(yōu)勢，C29甾烷含量為46.1%～66.1%；C29甾烷ββ/(ββ+αα)值為0.22～0.23，C31藿烷22S/(22S+22R）值為0.30～0.66。S5井臨河組烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷值為1.64～3.28，C30重排藿烷/C30藿烷值接近于零，Ts/Tm值為0.11～0.25，C29ββ/(ββ+αα)值為0.22～0.39，C31藿烷22S/(22S+22R）值為0.28～0.65。St1井固陽組烴源巖Ts/Tm值為0.12～0.21，伽馬蠟烷/C30藿烷值為1.77～4.06；C27～C29規(guī)則甾烷呈不對稱的V形分布，C27甾烷分布占優(yōu)勢（C27甾烷含量大于40%），C29甾烷ββ/（ββ+αα）值為0.30，C31藿烷22S/(22S+22R）值為0.40～0.54。S5井固陽組烴源巖的甾烷、萜烷特征與該井臨河組烴源巖的甾烷特征明顯不同，與St1井固陽組烴源巖也存在明顯差異，Ts/Tm值為0.37～0.39，伽馬蠟烷/C30藿烷值為0.40，C29甾烷含量最高，C27甾烷含量最低，C27～C29甾烷呈倒L形分布，顯示高等植物是其主要的母質(zhì)來源。

甾烷、萜烷分布特征顯示，S5井臨河組原油與該井臨河組烴源巖對比關(guān)系最好，與L1井臨河組烴源巖對比關(guān)系較好，與S5井固陽組烴源巖甾烷特征差異明顯。S5井原油為低成熟原油，與同層的臨河組烴源巖可以形成自生自儲的的關(guān)系。Jh2X井原油為成熟原油，原油的甾烷、萜烷特征反映出其烴源巖發(fā)育于高鹽度、強還原的咸水湖相沉積環(huán)境。臨河組和固陽組咸水湖相烴源巖均有可能是其油源巖。Jh2X井原油飽和烴色譜特征表明，正構(gòu)烷烴分布完整，具有明顯的偶碳優(yōu)勢和植烷優(yōu)勢，符合下白堊統(tǒng)烴源巖特征[12]，并且Jh2X井離漸新統(tǒng)有利生烴區(qū)較遠(yuǎn)，漸新統(tǒng)烴源巖成為其油源的可能性較低[2]。Jh2X井原油與St1井固陽組烴源巖具有相似的甾烷、萜烷特征(圖2、圖3)。但是St1井固陽組烴源巖為未成熟—低成熟烴源巖，烴源巖缺失孕甾烷和升孕甾烷，而Jh2X井原油中含有孕甾烷和升孕甾烷，孕甾烷和升孕甾烷含量與原油成熟度關(guān)系密切，隨成熟程度而增大，因此推測Jh2X井原油來自北部深凹陷強還原、高鹽條件下的下白堊統(tǒng)成熟烴源巖。

4 勘探意義

河套盆地油氣資源豐富，存在深層油氣和淺層生物氣兩大勘探領(lǐng)域，深層油氣勘探領(lǐng)域的生油層主要指下白堊統(tǒng)和古近系漸新統(tǒng)，淺層生物氣勘探領(lǐng)域的烴源巖層系包括第四系和新近系上新統(tǒng)。油氣資源評價結(jié)果表明，深淺層兩大勘探領(lǐng)域均具有較大的資源規(guī)模[3]。臨河坳陷是河套盆地主要的含油氣區(qū)，其中下白堊統(tǒng)固陽組和漸新統(tǒng)臨河組咸水湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖是主要的生油氣層系。主要含油層位于固陽組和臨河組，臨河坳陷西部吉西凸起帶基底烏拉山群變質(zhì)巖系發(fā)育裂縫性儲層，見含油顯示。目前，臨河坳陷已發(fā)現(xiàn)3種類型的油藏，其中S5井為斷塊型油藏，位于北部深凹陷東南側(cè)杭五斷裂帶上，儲層為臨河組三角洲前緣中粒長石砂巖，油層埋深為2918～3144m；Jh2X井為斷背斜油藏，位于北部深凹陷西南側(cè)狼山斷裂下降盤，完鉆井深為1746m；zk230、zk240、zk500等井屬于基巖裂隙型油藏，位于吉西凸起北部臨近深凹陷處，構(gòu)造上與Jh2X井?dāng)啾承迸B。推測Jh2X井原油主要來自于發(fā)育于咸水強還原環(huán)境下的固陽組成熟烴源巖；S5井原油來自于臨河組烴源巖。綜合油氣的油源—運移—圈閉等成藏因素，認(rèn)為北部深凹陷南坡杭五斷裂帶構(gòu)造圈閉、吉西凸起帶基巖裂隙—構(gòu)造圈閉、北部深凹陷構(gòu)造—巖性圈閉3個區(qū)帶屬于有利勘探區(qū)帶[2]。

圖3 原油與烴源巖甾烷、萜烷特征對比Fig.3 Steranes and terpanes characteristics of crude oil and source rocks

5 結(jié)論

以往由于河套盆地臨河坳陷勘探程度較低，未獲得工業(yè)性突破，研究資料非常有限，對原油的來源與成因的認(rèn)識明顯不足。近期，S5井、Jh2X井先后獲得工業(yè)油流，厘清油源關(guān)系將為后期勘探目標(biāo)的選擇提供有力的依據(jù)。S5井、Jh2X井原油具備咸水湖相原油的典型特征，S5井原油為低成熟原油，Jh2X井原油為成熟原油，臨河組與固陽組咸水湖相泥巖是主要的烴源巖。目前，用于油源對比的烴源樣品均處于北部深凹陷周緣，采集的固陽組烴源巖成熟度較低，原油與烴源巖由于成熟度存在差異，可能造成萜烷生物標(biāo)志化合物的分布存在差異。推測Jh2X井原油的油源為北部凹陷中形成于強還原、高鹽度沉積環(huán)境的固陽組成熟烴源巖；S5井原油與該井臨河組烴源巖具有親緣關(guān)系，與該井固陽組烴源巖生物標(biāo)志化合物特征差異明顯，推測原油主要來自臨河組烴源巖。總之，臨河坳陷下白堊統(tǒng)固陽組與漸新統(tǒng)臨河組具有良好的勘探潛力，而對于北部深凹陷的地質(zhì)認(rèn)識需要不斷深入。