鄂南鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油輕烴組成及地球化學特征

余寒雷，何光洪，任江波，張　廣，陳文生，焦　軍，曹海英.

(1.中石化華北石油工程有限公司錄井分公司，河南鄭州　450006； 2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安　710018)

石油的生成過程中始終伴隨有氣態(tài)烴類的生成[1]，因而原油的輕烴餾分中包含著豐富的關于原油形成、成藏等方面的重要信息。輕烴是凝析油和原油的重要組成部分，其含量約占原油總量的1/4以上。輕烴的組成特征與母質(zhì)類型、成熟度有關。國內(nèi)外關于輕烴的研究報道很多，Hunt[2]揭示了輕烴中正構烷烴的母質(zhì)來源，Mango[3]提出了輕烴成因的穩(wěn)態(tài)催化動力學模式，Thompson[4]指出可用庚烷值和異庚烷值研究原油的成熟度和母質(zhì)類型，張敏[5]指出2-MH/3-MH比值的差異性可能與烴源巖沉積介質(zhì)條件有關。

鄂南鎮(zhèn)涇區(qū)塊經(jīng)過了多年的油氣勘探開發(fā)，前人在巖石學特征、儲層評價、烴源巖地球化學特征等方面取得了大量成果，但關于原油輕烴的地球化學特征研究比較少見。本文以鎮(zhèn)涇工區(qū)延長組原油為研究對象，通過不同Mango輕烴參數(shù)、原油飽和烴和芳烴組成特征的研究，探討輕烴組成所蘊含的地球化學意義，旨在為該地區(qū)的油氣勘探提供有力的幫助。

1　地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是中國內(nèi)陸第二大含油氣盆地，面積約為25×104km2[6]。鎮(zhèn)涇地區(qū)位于盆地西南部，天環(huán)坳陷的南部(圖1)，為一近西傾單斜，構造平緩。該區(qū)上三疊統(tǒng)延長組為主要目的層系，屬于中生界內(nèi)陸湖泊相碎屑巖含油氣體系[7]。延長組為一套淺灰色細、粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖和灰、深灰、灰黑色泥巖，炭質(zhì)泥巖，粉砂質(zhì)泥巖地層，根據(jù)巖性特征從上到下細分為長1—長10等多個含油層系[8]，主產(chǎn)層位為長6、長8以及長9油層組，長7為主要的生油層。延長組生儲蓋組合發(fā)育齊全，具有良好的石油成藏條件。

圖1　鄂爾多斯盆地構造分布Fig.1　Distribution of the structures of Ordos Basin

鎮(zhèn)涇區(qū)塊延長期代表一個完整的內(nèi)陸湖盆沉積旋回，包含了湖盆發(fā)生、發(fā)展和消亡的全過程，可劃分為3個大的湖泊—三角洲沉積演化期：長10—長9期為湖泊—三角洲發(fā)育早期；長8—長6期為湖泊—三角洲發(fā)育中期；長4+5—長1期為湖泊消亡期，即三角洲發(fā)育晚期。長10—長4+5期主要為濕熱氣候條件下的湖泊—三角洲沉積，儲集巖以河口砂壩、分流河道型為主，次為遠砂壩砂體；長3—長1期則轉(zhuǎn)化為半干旱氣候條件下的河流與沼澤相沉積，儲集巖以分流河道砂體為主，次為河口砂壩、遠砂壩砂體。

2　輕烴特征

2.1　輕烴餾分總體特征

通過對鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組81個原油樣品C4-C9輕烴100個化合物進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)(圖2)，原油輕烴餾分中鏈烷烴含量最高，介于44.2%～98.1%之間，平均為92.0%，其中正構烷烴含量為15.2%～72.4%，平均為49.2%；支鏈烷烴含量為9.8%～49.6%，平均為42.5%。正構烷烴/支鏈烷烴比值除長9油層組個別樣品小于1，顯示一定的生物降解特征外，其余樣品普遍大于1，為保存條件較好的正常原油。環(huán)烷烴含量分布范圍在2.7%～33.5%，平均值為7.6%。芳烴含量最低，平均僅為1.3%?？傮w上，輕烴組分呈現(xiàn)出鏈烷烴>環(huán)烷烴>芳烴，正構烷烴>支鏈烷烴的變化規(guī)律，表明原油母源有機質(zhì)類型為腐泥型。

圖2　鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油C4-C9輕烴族組成Fig.2　Composition of C4-C9 light hydrocarbons of crude oil from Yanchang formation in Zhenjing area

2.2　Mango輕烴參數(shù)特征

美國學者Mango研究了世界各地(主要是北美地區(qū))2000余原油樣品的輕烴組成，發(fā)現(xiàn)2-甲基己烷(2-MH)、3-甲基己烷(3-MH)、2,3-二甲基戊烷(2,3-DMP)、2,4-二甲基戊烷(2,3-DMP)等4個異庚烷化合物的含量呈一種特定的比例，即K1=[(2-MH)+(2，3-DMP)]/[(3-MH)+(2，4-DMP)]≈1[3]。從鎮(zhèn)涇區(qū)塊K1值的分布來看(分布范圍在0.87～1.36，中值為1.15)，除個別井HH97、HH55-5井K1值大于1.2，表現(xiàn)為高K1值外，其他樣品K1值均分布在0.87～1.20之間，與Mango所做結(jié)論一致。鎮(zhèn)涇工區(qū)K1值與2-MH/3-MH值的正相關性較好，而K1和2,3-DMP/2,4-DMP值不具有相關性，這與張敏的研究結(jié)果相吻合[5]。2-MH/3-MH比值的差異性明顯(0.55～0.97)，可能與烴源巖沉積介質(zhì)條件有關，其中酸性催化劑的作用強弱在輕烴形成過程中起重要作用[5]。

Mango[9]利用P3與P2+N2相關性圖劃分原油類型，并將P3/P2+N2比值定義為K2，同一類型烴源巖在整個生油窗期生成的原油具有不變的K2值。朱揚明等[10]發(fā)現(xiàn)塔里木盆地陸相原油輕烴的K2值高于海相油，其中湖相油較低，煤成油及混源油較高。鎮(zhèn)涇工區(qū)原油K2值在0.11～0.50之間，平均值為0.24，結(jié)合該研究區(qū)苯和甲苯含量低的特點，得知原油主要形成于淡水湖相的環(huán)境。

2.3　原油成熟度的厘定

Thompson[4]根據(jù)原油隨著成熟度增高烷基化程度也增高的現(xiàn)象，提出了2個反映成熟度的參數(shù)，即庚烷值和異庚烷值，用來區(qū)別原油的成熟度；但很快發(fā)現(xiàn)不同的母質(zhì)對原油的成熟度有控制作用。為此，Thompson給出了兩條線，一條是芳香族化合物的線，代表腐殖型母質(zhì)，另一條是脂肪族的線，代表腐泥型母質(zhì)，在兩條線之間的區(qū)域，對應著過渡類型的母質(zhì)。事實上，庚烷值和異庚烷值不僅受成熟度和母質(zhì)類型的影響，也受次生變化對庚烷值和異庚烷值的影響，如生物降解和水洗作用都會使這兩個值降低。鎮(zhèn)涇區(qū)塊延長組異庚烷值為0.75，庚烷值為17.7%，表明原油已成熟。各油層組(長6、長8、長9)的原油庚烷值和異庚烷值并無明顯差別。同時，樣品的庚烷值和異庚烷值并未表現(xiàn)出線性相關性，說明除成熟度外，母質(zhì)類型、次生變化對此二者有所影響。

衡量原油成熟度常用的生物標志物參數(shù)均有其自身的局限性，如甾烷C2920S/(20S+20R)和ββ/(ββ+αα)只適用于生油高峰前的演化階段，在Ro約為0.90時達到平衡終點，即使此后成熟度繼續(xù)增加，該比值也不會有明顯的變化，因此，要衡量處于生油窗晚期或高成熟階段的原油成熟度，甾烷C2920S/(20S+20R)和ββ/(ββ+αα)值就失去有效性。Mango(1987)提出2-MH/3-MH和2,4-DMP/2,3-DMP是溫度的線性函數(shù)，后者作為溫度參數(shù)比前者好[3]。Mango(1997)推導出一個原油所經(jīng)歷的最高溫度與2,4-DMP/2,3-DMP的函數(shù)關系式[11]：T(℃)=140+15ln(2,4-DMP/2,3-DMP)。利用該公式計算出鎮(zhèn)涇工區(qū)延長組原油經(jīng)歷的最高溫度在116～133 ℃之間，平均溫度為128 ℃，折算Ro為0.78%～0.96%，原油主要為成熟階段的產(chǎn)物，這與用庚烷值定性判斷的結(jié)果是一致的。

2.4　C6輕烴組成特征

在C6化合物組分中，腐殖型有機質(zhì)中苯化合物的含量一般比較高，而腐泥型有機質(zhì)中環(huán)烷烴和正構烷烴的含量則相對豐富。在以C6化合物正構烷烴(正己烷)、環(huán)烷烴(環(huán)己烷)和芳烴(苯)組成的三角圖中(圖3)，鎮(zhèn)涇工區(qū)原油所有樣品數(shù)據(jù)點均分布于圖的底部，具有苯含量很低、正己烷和環(huán)己烷含量較高的特征，呈現(xiàn)出腐泥型來源油的特點。圖3中各油層組(長6、長8、長9)的原油并沒有表現(xiàn)明顯的差別，說明C6化合物組成的三角圖對于識別有機質(zhì)類型比較有效，而對于區(qū)分母源類型相近的原油作用不大。

圖3　鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油C6輕烴組成Fig.3　Composition of C6 light hydrocarbons of crude oil from Yanchang formation in Zhenjing area

2.5　C7輕烴組成特征

C7輕烴系統(tǒng)的化合物包括正庚烷(nC7)、甲基環(huán)己烷(MCC6)及各種構型的二甲基環(huán)戊烷(∑DMCC5)。研究表明，正庚烷主要來自藻類和細菌，對成熟作用十分敏感，是判斷油氣成熟度的良好指標；甲基環(huán)己烷主要來自高等植物的木質(zhì)素、纖維素和糖類等，熱力學性質(zhì)穩(wěn)定，是反映陸源母質(zhì)類型的良好參數(shù)，它的大量存在是煤成氣中輕烴的一個特點；各種構型的二甲基環(huán)戊烷主要來自水生生物的類脂化合物，并受成熟度影響，它的大量出現(xiàn)是油型氣中輕烴的一個特征[12-13]。因此可利用nC7、MCC6、∑DMCC5三種組分作三角圖，區(qū)分不同來源的油氣(圖4)。從圖4可以看出，鎮(zhèn)涇區(qū)塊原油二甲基環(huán)戊烷相對含量高，甲基環(huán)己烷和正庚烷含量低，反映了水生生物是主要的生烴來源。值得注意的是，由于nC7和∑DMCC5的含量均受到成熟度的影響，因此C7輕烴三角圖適合在油氣成熟度較低時使用。

圖4　鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油C7輕烴組成Fig.4　Composition of C7 light hydrocarbons of crude oil from Yanchang formation in Zhenjing area

胡惕麟等[14]認為六員環(huán)烴主要來自腐殖型有機質(zhì)，并提出用甲基環(huán)己烷指數(shù)(MCH-I)來衡量生烴母質(zhì)的類型。研究區(qū)MCH-I指數(shù)分布在18.3%～38.8%，平均為31.5%，并結(jié)合C6、C7輕烴化合物的分布特征，可以認為鎮(zhèn)涇區(qū)塊延長組油氣為腐泥型母質(zhì)生成。

2.6　油源對比

適用于油源對比的指標較多，常用的有原油的族組成指標，如飽和烴、芳香烴和非烴的含量等；也可用正烷烴分布曲線、碳同位素進行對比[15]。近年來，廣泛應用生物標記化合物作為對比指標，它包括異構烷烴、甾族、多環(huán)萜類等異戊間二烯型的萜類衍生物[16]。如果各層原油的上述指標相近，則可確認這些原油是同源的；反之，如果各層石油的上述指標相差較大，則可認為這些原油來自不同的烴源巖。利用異庚烷值、庚烷值、甲基環(huán)己烷指數(shù)、iC4/nC4、iC5/nC6等參數(shù)對研究區(qū)長6、長8、長9的原油和長4+5的泥巖、長7底部的油頁巖進行對比分析(圖5)，發(fā)現(xiàn)長6、長8、長9的原油和長7油頁巖的輕烴參數(shù)分布特征具有明顯的相似性，對比度為0.85～0.94，而與長4+5的烴源巖相差較大，說明長6、長8、長9的原油主要來自長7的油頁巖。

圖5　鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油和烴源巖輕烴參數(shù)對比Fig.5　Comparison of light hydrocarbon parameters of crude oil and source rocks from Yanchang formation in Zhenjing area

3　結(jié)論

(1)鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油輕烴餾分總體特征表現(xiàn)為：鏈烷烴>環(huán)烷烴>芳烴，正構烷烴>支鏈烷烴，表明母源有機質(zhì)類型為腐泥型，該區(qū)原油為保存條件較好的正常原油。

(2)鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油除個別井表現(xiàn)為高K1值外，其他樣品K1值均分布在0.87～1.20之間，與Mango所做結(jié)論一致。K2值分布在0.11～0.50之間，平均值為0.24，結(jié)合該研究區(qū)苯和甲苯含量低的特點，得知原油主要形成于淡水湖相的環(huán)境。

(3)利用原油最高溫度的恢復計算公式，得出鎮(zhèn)涇工區(qū)延長組原油經(jīng)歷的最高溫度在117～134 ℃之間，平均為128 ℃，折算Ro為0.78%～0.96%。

(4)從C6和C7化合物的組成看，鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組原油中苯含量很低，正己烷和環(huán)己烷含量較高，呈現(xiàn)出腐泥型來源油的特點；二甲基環(huán)戊烷含量高、甲基環(huán)己烷和正庚烷含量低，反映出水生生物是主要的生烴來源。

(5)油源對比結(jié)果表明，鎮(zhèn)涇工區(qū)長6、長8、長9的原油和長7油頁巖的輕烴參數(shù)分布特征具有明顯的相似性，對比度為0.85～0.94，說明長6、長8、長9原油來自長7底部的油頁巖。

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