柴西油砂山油砂有機地球化學(xué)特征研究

賈磊磊，田玉濤，劉安，段闖，張文超，姚紀(jì)明

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

柴西油砂山油砂有機地球化學(xué)特征研究

賈磊磊，田玉濤，劉安，段闖，張文超，姚紀(jì)明

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

柴達木盆地；油砂；生物標(biāo)志化合物；沉積環(huán)境；成熟度

對柴達木盆地油砂山8塊油砂樣品飽和烴餾分進行氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析，生物標(biāo)志化合物特征顯示油砂山油砂油主要形成于高鹽湖相。結(jié)合異戊二烯烴、甾烷、萜烷分布特征顯示：油砂山地區(qū)油砂油母質(zhì)來自水生生物和高等植物雙重輸入，且水生生物較高等植物稍占優(yōu)勢；利用C29ββ/(ββ+αα)和C29ααα-20S/20(S+R)關(guān)系圖，結(jié)合Ts/Tm、C31藿烷異構(gòu)體、重排甾烷/規(guī)則甾烷參數(shù)共同指示油砂山油砂表現(xiàn)為低成熟-中等成熟特征。

油砂作為常規(guī)石油天然氣的接替性資源，受到各國政府和油企的高度重視。我國在2003～2006年開展了全國油砂資源評價，對我國油砂資源分布特征及儲量進行了摸底。評價結(jié)果表明，我國油砂資源潛力較大，主要分布在新疆、青海、內(nèi)蒙古、四川、云南、廣西、貴州等地區(qū)的盆地中[1-2]。柴達木盆地是我國油砂資源的主要聚集地之一，其中以柴西油砂山和柴北緣魚卡油砂具有代表性且資源量可觀[3-4]。相關(guān)企業(yè)及高校專家在此積極開展了油砂資源勘探開發(fā)及利用研究。本次研究主要對油砂山地區(qū)取得的8個油砂樣品進行GC-MS分析，系統(tǒng)闡述其沉積環(huán)境、母質(zhì)類型及熱演化程度等有機地球化學(xué)特征在區(qū)域性的變化規(guī)律，為明確下一步的勘探提供一定的參考。

1 柴達木盆地油砂分布特征

通過對柴達木盆地地面地質(zhì)調(diào)查和淺鉆井揭露表明，柴達木盆地油砂資源主要分布在盆地西部坳陷(柴西)和北緣塊斷帶(柴北緣)。柴西和柴北緣的油砂資源均以出露地表的構(gòu)造單元作為聚集單元。柴西地區(qū)的油砂資源主要分布在油砂山、干柴溝、咸水泉、紅溝子、油泉子、南翼山、開特米里克、油墩子等構(gòu)造。柴北緣的油砂主要分布在冷湖構(gòu)造帶、路樂河構(gòu)造、魚卡構(gòu)造、紅山構(gòu)造等?？傮w上柴達木盆地的油砂具有點多面廣的特點[5]，如圖1所示。

2 樣品與實驗

實驗共選用8個油砂樣品，主要取自柴西油砂山古近系下油砂山組。樣品采集后采取低溫保存，以免烴類揮發(fā)影響實驗結(jié)果。

樣品首先粉碎至100目，經(jīng)氯仿抽提48 h后并沉淀瀝青質(zhì)，再用SiO2-Al2O3分離可溶瀝青質(zhì)。飽和烴、芳香烴、非烴分別用正己烷、甲苯、乙醇沖洗而得。最后對飽和烴組分進行色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析。實驗儀器為HP6890N 型氣相色譜與HP5973型(四極矩質(zhì)譜儀)質(zhì)譜聯(lián)用儀。色譜柱為HP-5(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。升溫程序為：進樣器溫度為280 ℃，載氣為高純氦氣。起始溫度為80 ℃，以4 ℃/min速率升溫到290 ℃，一直恒溫30 min。質(zhì)譜條件：離子源為E1，離子源溫度為230 ℃，離子源電離能為70 eV，色譜儀與質(zhì)譜儀接口溫度為280 ℃[6-7]。

圖1 柴達木盆地油砂分布圖

3 實驗結(jié)果及討論

3.1 族組分特征

柴達木盆地油砂族組分分析結(jié)果見表1，油砂樣品中飽和烴含量介于53%～81%之間，平均為54.5%；芳烴含量介于6%～11%，平均值為8.38%；非烴含量介于5%～34%，平均為22.1%；瀝青質(zhì)組分含量介于1%～15%，平均為5.38%；非+瀝含量介于9%～35%，平均值達到27.6%；飽芳比為6～14，飽和烴餾分相對芳烴餾分具有明顯優(yōu)勢。

表1 油砂抽提物族組分分析結(jié)果

注：中科院蘭州地質(zhì)所測定

3.2 油砂油母質(zhì)來源

ΣC22-/ΣC23+值常用于判別母質(zhì)類型，該值越大表明水生生物對母質(zhì)的貢獻越大[7]。油砂山樣品正構(gòu)烷烴呈單駝峰分布，碳數(shù)分布為C12-C38，主峰在C23前后均有分布，ΣC22-/ΣC23+值變化較大，范圍為0.15～1.13，如表2所示，顯示油砂山油砂母質(zhì)來源既有以高等植物為主的輸入，同時也有以水生生物為主要來源，即為混合源輸入。圖4顯示油砂山油砂部分正構(gòu)烷烴分布于“鼓包”之上，說明樣品可能遭受生物降解作用。生物降解損耗低碳數(shù)烴較高碳數(shù)烴更多，這可能是ΣC22-/ΣC23+值偏低的原因。

C27和C29藿烷主要是陸源母質(zhì)的貢獻，C31及以后的長鏈藿烷主要來源于藻類及細(xì)菌微生物，因此，∑C27+C29/∑C31+值也是判別樣品有機質(zhì)母質(zhì)類型的重要參數(shù)[7]。該比值越大表明陸源母質(zhì)貢獻越大；相反，水生生物貢獻大。油砂山油砂樣品ΣC27+C29/ΣC31+值介于0.529～0.643，如表3所示，表明油砂山母質(zhì)有更多的水生生物的輸入。

已有研究結(jié)果表明，4-甲基甾烷常來自藻類，C27-C29常規(guī)甾烷是研究原油母質(zhì)來源的良好指標(biāo)[9,10]。由表4和圖2可以看出，油砂山油砂C27甾烷略高于C29甾烷含量，呈不對稱“V”字型分布，表明油砂山油砂母質(zhì)為浮游植物和高等植物共同貢獻，且浮游植物貢獻較大。C29αββ/(αββ+ααα)值普遍小于C2920S/20(S+R)的值，說明油砂形成時沒有微生物參與。

表2 油砂中正構(gòu)烷烴和類異戊二烯分析資料

注：OEP=C23+6C25+C27/4(C24+C26)

表3 飽和烴中三環(huán)、四環(huán)和五環(huán)萜烷化合物參數(shù)

注：1-碳數(shù)分布；2-主峰；3- C24四環(huán)/C26三環(huán)；4-∑三環(huán)/∑五環(huán)；5-Ts/Tm；6-(C27+C29)/∑C31+；7- C31αβ22S/22(S+R)；8- C32αβ22S/22(S+R)；9-γ蠟烷/0.5C31

表4 油砂中甾烷分析數(shù)據(jù)

3.3 油砂油沉積古環(huán)境

油砂山油砂抽提物中的正構(gòu)烷烴和類異戊二烯烴具有明顯差異，如表2所示。油砂正構(gòu)烷烴OEP值均小于1，平均值為0.96，表現(xiàn)為弱的偶碳優(yōu)勢；Pr/Ph值介于0.26～0.43之間，顯示為植烷優(yōu)勢，說明樣品形成于強還原性膏鹽沉積環(huán)境，同時表明古沉積水體較深。Pr/nC17和Ph/nC18的比值可以很好地反映油砂的沉積環(huán)境。圖3顯示油砂山油砂主要形成于咸水湖相環(huán)境。

圖2 油砂規(guī)則甾烷分布特征

圖3 油砂中Pr/nC17與Ph/nC18比值關(guān)系圖

伽馬蠟烷具有強的抗生物降解作用，具有很好的環(huán)境指示意義[11,12]。高鹽度環(huán)境下，伽馬蠟烷含量較高，且會出現(xiàn)升藿烷翹尾[10,13,14]。在油砂山油砂之中伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷/0.5C31比值達到1.220～1.359，且升藿烷C33lt;C34lt;C35(m/z191)，出現(xiàn)翹尾現(xiàn)象，如圖4所示。表明油砂山沉積環(huán)境為高鹽環(huán)境，且沉積古環(huán)境的水體較深。油砂山∑三環(huán)/∑五環(huán)值為0.27～0.38，顯示咸水環(huán)境，此結(jié)果與伽馬蠟烷及升藿烷所表征環(huán)境相互佐證。

圖4 柴達木盆地油砂山油砂抽提物m/z191 和m/ z217 質(zhì)量色譜圖

3.4 油砂油成熟度

油砂山油砂OEP分布在0.86～1.01之間，如表2所示，反映低成熟特征；甾烷異構(gòu)體比值是反映原油成熟度的有效指標(biāo)，Huang D F等利用C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29甾烷20S/20(S+R)值對甾萜烷成熟度參數(shù)進行了劃分，將這2個參數(shù)比值0. 25 和0. 27 定為未熟和低熟的界限，0. 42 和0. 43 定為低成熟和成熟的界線[15]。由表4可以看出，C29甾烷ββ/(ββ+αα)分布在0.257～0.295之間、C29甾烷20S/20(S+R)分布在0.274～0.313之間，且從二者交匯圖可以看出，如圖5所示，油砂油處于低成熟階段；Ts/Tm值分布范圍為0.297～0.390，C31藿烷異構(gòu)體、重排甾烷/規(guī)則甾烷參數(shù)均指示油砂山油砂油處于低成熟-中等成熟階段。

圖5 C29甾烷20S/(20S+20R)與C29甾烷ββ/(ββ+αα)關(guān)系圖

4 結(jié)論

(1)對柴達木盆地油砂山地區(qū)進行生物標(biāo)志物組成及分布研究。油砂油正構(gòu)烷烴呈單駝峰分布，結(jié)合異戊二烯烴、甾烷、萜烷分布特征顯示：油砂山地區(qū)油砂油母質(zhì)來源浮游生物較高等植物稍占優(yōu)勢。

(2)油砂油中Pr/Ph值、Pr/nC17和Ph/nC18值、OEP值、伽馬蠟烷含量以及升藿烷含量顯示：油砂山油砂沉積古環(huán)境為高鹽湖相且具強還原性，在一定程度上顯示其為深水環(huán)境。

(3)油砂油中C29ββ/(ββ+αα)和C29ααα-20S/20(S+R)關(guān)系圖能夠較好的反映成熟度，結(jié)合Ts/Tm、C31藿烷異構(gòu)體、重排甾烷/規(guī)則甾烷參數(shù)共同顯示：油砂山油砂油具低成熟—中等成熟特征。

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StudyonOrganicGeochemicalCharacteristicsofOilSandsinYoushashanOilFieldofWestQaidamBasin

JIA Lei-lei, TIAN Yu-tao, LIU An, DUAN Chuang, ZHANG Wen-chao, YAO Ji-ming

(College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063210, China)

Qaidam Basin; oil sand; biomarker compound; deposit environment; maturity

The saturated distillate of 8 oil sands samples from Youshashan Oil Field in the west part of Qaidam Basin were analyzed with gas chromatography and mass spectrometry(GC-MS)technology. The composition and distribution characteristics of biomarker compounds of them indicated that the oil sands oil of Youshashan Oil Field were formed high Oil Field salinity environments. According to distribution characteristic of isoprene hydrocarbons, steroids and terpenoids, the parent material source of Youshashan Oil Field is aquatic organism higher than higher plant, with some input of algae. The relationship diagrams between C29ββ/(ββ+αα)and C29ααα-20S/20(S+R),and combination of Ts/Tm, C31 hopane isomers, diasterane/regular steroids. The results show that there were similar low to middle maturity in Youshashan Oil Field.

2095-2716(2017)04-0015-06

2017-04-18

2017-09-17

河北省自然科學(xué)基金(D2014209253)；華北理工大學(xué)大創(chuàng)項目(X2016133)。

P618.13

A