準(zhǔn)噶爾盆地沙南油田原油來(lái)源分析

何俊波，陳世加,2，吳炳燕，張競(jìng)月，李 勇，黃 海

(1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500；2.中國(guó)石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

引 言

沙南油田位于準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷周緣，作為準(zhǔn)噶爾盆地最大的生烴凹陷之一，阜康凹陷周緣分布著多個(gè)油氣田，除了沙南油田外還包括沙北油田[1]、三臺(tái)—北三臺(tái)油田等[2]。沙南油田總探明儲(chǔ)量在1 800萬(wàn)t以上，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究意義。

前人對(duì)其周緣的油氣田也作過(guò)詳盡的研究，但是主要針對(duì)的是沙北地區(qū)、三臺(tái)—北三臺(tái)等地區(qū)的油氣來(lái)源、地化及成藏特征。沙北地區(qū)的原油主要為低成熟油，來(lái)自于侏羅系烴源巖[3]，三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)原油主要是二疊系烴源巖成熟階段的產(chǎn)物[4]。由于沙南地區(qū)資料較為單一，對(duì)沙南油田的油氣來(lái)源一直存在爭(zhēng)議。本文運(yùn)用全烴地球化學(xué)的方法[5]，先利用沙南地區(qū)原油的物性特征和地化特征，確定其與鄰區(qū)原油的親緣關(guān)系，再通過(guò)原油及儲(chǔ)層抽提物的碳同位素、輕烴、生物標(biāo)志化合物互為印證、互為補(bǔ)充[6]，從而確定出沙南地區(qū)原油的來(lái)源及層位。

1 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地是我國(guó)西部典型的疊合盆地[7]。受復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，盆地填充了石炭系到第四系較為齊全的超厚沉積蓋層，最大沉積厚度達(dá)萬(wàn)米以上[8]。而阜康凹陷是整個(gè)準(zhǔn)噶爾盆地最大的生烴凹陷，被認(rèn)為是準(zhǔn)噶爾盆地東部、南部、腹部的主要油氣源[9]。其自下而上主要發(fā)育了二疊系和侏羅系2套烴源巖[10]，在凹陷周緣存在多個(gè)油氣田，本次研究的沙南油田就是其中之一。

沙南油田位于準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起區(qū)帳北斷褶帶中段，地處沙北油田南面，三臺(tái)—北三臺(tái)北面(圖1)，是20世紀(jì)90年代末發(fā)現(xiàn)的一個(gè)中型油田，包括沙丘5井上二疊統(tǒng)梧桐溝組油藏和沙丘3井下三疊統(tǒng)韭菜園組油藏。沙丘5井梧桐溝組油藏處于沙丘古構(gòu)造和北三臺(tái)凸起之間的鞍部,油藏受巖性控制,產(chǎn)油層厚250～300 m,與上覆三疊系韭菜園子組成假整合接觸,與下伏二疊系平地泉組成不整合接觸。含油面積28.8 km2，探明原油儲(chǔ)量1 738萬(wàn)t。沙丘3井韭菜園組油藏控制含油面積4.5 km2，探明原油儲(chǔ)量154萬(wàn)t[11]。

圖1 烴源巖厚度等值線Fig.1 Thickness contour map of source rocks

2 烴源巖特征

沙南油田位于阜康凹陷東部，根據(jù)目前鉆揭資料，阜康凹陷主要發(fā)育2套烴源巖，分別是二疊系烴源巖[12]和侏羅系烴源巖[13]。由于二疊系烴源巖埋藏較深，凹陷深處尚未有井鉆揭，因此，以研究區(qū)域二疊系烴源巖源巖情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

中下二疊統(tǒng)烴源巖屬于半深湖—深湖相沉積，巖性以灰色、灰黑色、黑色泥巖為主，夾黑色白云質(zhì)泥巖。該套烴源巖在阜康凹陷周緣廣泛分布，最大厚度可達(dá)650 m。該套烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為2.45%，最大值達(dá)到11.92%，生烴潛量(S1+S2)大于6 mg/g，最大達(dá)到67.31 mg/g，屬于好烴源巖范疇[14]。烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，總體以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主。鏡質(zhì)體反射率(Ro)主體分布在0.8%以上，最大值達(dá)2.27%，屬于成熟階段的烴源巖(表1)。源巖在侏羅紀(jì)進(jìn)入生烴門限，白堊紀(jì)早期達(dá)到生油高峰期，白堊紀(jì)末進(jìn)入高成熟油、凝析油生成階段[15]。

中下侏羅統(tǒng)烴源巖屬于河流-沼澤-半深湖相煤系沉積，巖性為灰黑色、灰白色砂巖和灰黑色粉砂質(zhì)泥巖，具有黑色碳質(zhì)泥巖夾煤層[16]。黑色泥巖和煤層厚度最大可達(dá)900 m[17]。有機(jī)質(zhì)豐度較高，泥質(zhì)烴源巖中的TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)主體分布在1.0%～2.0%，S1+S2主體分布在1.0～2.0 mg/g，屬于較好烴源巖范疇。侏羅系烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較差，總體以Ⅲ型為主，屬于典型的腐殖型烴源巖；Ro普遍小于0.8%，屬于低演化階段的烴源巖(表1)。源巖在侏羅紀(jì)晚期進(jìn)入生烴門限，在白堊紀(jì)晚期達(dá)到生烴高峰。

阜康凹陷烴源巖分布較廣，主要包括二疊系和侏羅系2套烴源巖，且2套烴源巖特征具有較大差異。二疊系烴源巖的TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)和S1+S2含量明顯高于侏羅系，達(dá)到好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)類型較好，以Ⅱ型為主。沙南地區(qū)二疊系烴源巖演化程度達(dá)到成熟階段，Ro主體分布在1.0%～2.0%，凹陷深處二疊系烴源巖埋藏較深，理論上應(yīng)達(dá)到成熟—高成熟階段。侏羅系烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，屬于較差類型的有機(jī)質(zhì)，平均Ro小于0.8%，表明侏羅系烴源巖的演化程度只達(dá)到低成熟階段。

表1 阜康凹陷不同層位烴源巖評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Evaluation data of source rocks of different horizons in Fukang sag

3 原油特征及來(lái)源分析

3.1 原油物性特征

沙南地區(qū)原油密度基本一致，主體分布在0.84～0.87 g/cm3，屬于正常密度原油，沙北油田原油密度主體分布在0.80～0.82 g/cm3的范圍內(nèi)，整體比沙南油田原油密度小的多，屬于典型的輕質(zhì)油(表2)，二者差異顯著。兩地區(qū)原油凝點(diǎn)也存在明顯區(qū)別，沙南原油凝點(diǎn)在15 ℃之上，而沙北地區(qū)原油凝點(diǎn)基本不超過(guò)15 ℃(表3)。

3.2 原油地化特征

3.2.1 原油同位素 沙南地區(qū)原油及儲(chǔ)層抽提物的碳同位素主體分布在-31‰～-30‰；三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)的原油碳同位素在-32‰～-30‰，而沙北地區(qū)的原油及儲(chǔ)層抽提物的碳同位素明顯比沙南地區(qū)和三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)要重得多，其主要分布在-27‰～-26‰(圖2)。沙南地區(qū)的原油碳同位素分布范圍和三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)基本一致，而與沙北地區(qū)相比則存在明顯差異，說(shuō)明沙南地區(qū)和三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)的原油極有可能來(lái)自于同一套烴源巖，而沙北地區(qū)原油來(lái)自于另一套烴源巖。

除此之外，整個(gè)沙南地區(qū)原油與三臺(tái)—北三臺(tái)原油在原油族組分碳同位素分布上也表現(xiàn)出較好的相似性。以沙丘3井、沙丘5井、沙丘13井和沙丘14井為例，族組分碳同位素按飽和烴、非烴、芳烴、瀝青質(zhì)依次變重，與三臺(tái)北三臺(tái)地區(qū)的西泉1井族組分同位素變化規(guī)律基本一致。這一現(xiàn)象進(jìn)一步說(shuō)明沙南地區(qū)和三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)存在相同的油源。

表2 沙南地區(qū)原油物性Tab.2 Physical properties of crude oil in Sha'nan area

表3 沙北地區(qū)原油物性Tab.3 Physical properties of crude oil in Shabei area

(數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)石油集團(tuán)新疆分公司)

圖2 沙南地區(qū)、三臺(tái)北三臺(tái)地區(qū)和沙北地區(qū)原油同位素分布Fig.2 Distribution of carbon isotopes of crude oil in Sha'nan area,Santai-Beisantai area and Shabei area

3.2.2 原油輕烴

(1)C7系列化合物

沙南地區(qū)原油輕烴C7系列化合物正庚烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39.78%～46.30%,x甲基環(huán)己烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.90%～46.95%,二甲基環(huán)戊烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.98%～19.65%。三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)正庚烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.9%～45.7%，甲基環(huán)己烷分布在36.81%～42.7%，二甲基環(huán)戊烷為11.2%～21.3%，兩地區(qū)原油輕烴特征基本一致。沙北地區(qū)的正庚烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.31%～31.22%，甲基環(huán)己烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.51%～63.88%，二甲基環(huán)戊烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.61%～13.22%，與沙南地區(qū)原油輕烴明顯存在差異。這也說(shuō)明沙南地區(qū)原油有機(jī)質(zhì)組成與沙北油田原油不同,與三臺(tái)—北三臺(tái)原油有機(jī)質(zhì)組成相似(圖3)。

(2)庚烷值和異庚烷值

沙南地區(qū)沙丘12、沙丘13、沙丘14和沙丘16井原油庚烷值為28.53～35.09，異庚烷值為0.66～1.62，與三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)西泉091井原油成熟度基本一致，屬于典型的成熟—高成熟階段原油，而沙北地區(qū)沙24井原油則屬于典型的低成熟—成熟階段產(chǎn)物(圖4)，與沙南地區(qū)存在明顯差異。

3.2.3 生物標(biāo)志化合物分布特征

(1)正構(gòu)烷烴

沙南地區(qū)原油Pr/Ph 分布在1.10～1.67，屬于典型的還原環(huán)境沉積產(chǎn)物。OEP(奇偶優(yōu)勢(shì)比)在1.0左右，無(wú)明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，原油主要為成熟階段產(chǎn)物，且Pr/C17和Ph/C18值都較小，原油受生物降解影響較小。

圖3 沙南地區(qū)、三臺(tái)北三臺(tái)地區(qū)和沙北地區(qū)原油輕烴C7系列化合物對(duì)比Fig.3 Comparison of light hydrocarbon C7 series compounds of crude oil in Sha'nan area,Santai-Beisantai area and Shabei area

圖4 沙南地區(qū)輕烴庚烷值與異庚烷值對(duì)比Fig.4 Comparison of heptane value with isoheptane value in Sha'nan area

(2)甾烷分布特征

沙南地區(qū)C29αα20S/20(S+R)主體分布在0.4左右，C29αββ/ ∑C29主體分布在0.5～0.8，已達(dá)平衡，說(shuō)明原油至少達(dá)到成熟階段。三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)C29αα20S/20(S+R)分布在3.2～5.7，主體分布在0.4～0.5，C29αββ/ ∑C29分布在0.5～0.8，與沙南地區(qū)的甾烷分布特征基本一致。而沙北地區(qū)C29αα20S/20(S+R)分布在0.12～0.46，主體分布在0.4以下，C29αββ/ ∑C29分布在0.32～0.75，主體分布在0.5以下，原油明顯還沒(méi)有達(dá)到成熟階段(圖5)。C27甾烷豐度較低(<10%),C28甾烷豐度較高(>30%),C29甾烷豐度較高(>50%),呈“廠”字型分布(圖6)，與三臺(tái)—三臺(tái)地區(qū)主體的原油和儲(chǔ)層抽提物甾烷分布特征基本一致(圖7)，充分說(shuō)明沙南地區(qū)的原油和三臺(tái)—北三臺(tái)是同一類型的原油。

3.3 油源對(duì)比

沙南地區(qū)原油和儲(chǔ)層抽提物的碳同位素較輕，在-31‰～-30‰，與三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)基本一致，比沙北地區(qū)原油碳同位素輕[18]。沙南地區(qū)二疊系烴源巖抽提物碳同位素分布在-32‰～-30‰，與沙南地區(qū)和三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)的原油碳同位素分布范圍相近(圖7)，說(shuō)明沙南地區(qū)的原油與二疊系烴源巖存在親緣關(guān)系。

圖5 沙南地區(qū)原油C29αα20S/20(S+R)-C29αββ/∑C29交匯圖Fig.5 Crossplot of C29αα20S/20(S+R) and C29αββ/∑C29of crude oil in Sha'nan area

圖6 沙南及三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)原油甾烷分布Fig.6 Sterane distribution diagrams of crude oil from well Sha-107 in Sha'nan area and well Bei-27 in Santai-Beisantai area

圖7 沙南二疊系烴源巖抽提物碳同位素和沙南原油碳同位素分布Fig.7 Carbon isotope distribution of Permian source rock extractive and crude oil in Sha'nan area

沙南地區(qū)原油的甲基環(huán)己烷指數(shù)[19]處于37.90%～46.95%之間，表明母質(zhì)類型以腐泥型為主。Pr/Ph分布在1.10～1.67，是典型的還原環(huán)境下的產(chǎn)物，OEP的值分布在1.0左右，原油至少達(dá)到成熟階段。

綜上所述，沙南地區(qū)原油的母質(zhì)類型和沉積環(huán)境均與二疊系烴源巖相一致，且沙南地區(qū)原油以成熟—高成熟為主，與二疊系烴源巖的演化程度也高度一致。這說(shuō)明沙南地區(qū)原油來(lái)源于二疊系烴源巖。

4 結(jié) 論

(1)沙南地區(qū)的原油與沙北地區(qū)的原油相比存在明顯區(qū)別，和三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)的原油在物性特征及地化特征方面基本一致，說(shuō)明沙南地區(qū)的原油與三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)的原油來(lái)自于同一套烴源巖。

(2)沙南地區(qū)原油母質(zhì)類型以腐泥型為主，達(dá)到了成熟—高成熟階段。該地區(qū)原油是典型的還原環(huán)境下的產(chǎn)物，同阜康凹陷二疊系烴源巖的類型、演化程度和沉積環(huán)境高度一致，說(shuō)明沙南地區(qū)的原油就是二疊系烴源巖成熟—高成熟階段的產(chǎn)物。

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