鄂爾多斯盆地陜北地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6原油地球化學(xué)特征及油源分析

杜江民,王青春,趙彥德,徐　智,丁　強(qiáng)

(1.河北地質(zhì)大學(xué) 資源學(xué)院,河北 石家莊　050031；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,陜西 西安　710018;3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司 第六采油廠,陜西 西安　710020)

鄂爾多斯盆地是中國(guó)典型的大型內(nèi)陸拗陷型克拉通盆地,晚三疊世受印支運(yùn)動(dòng)的影響,盆地南部發(fā)育大型湖泊和三角洲沉積,油氣成藏條件優(yōu)越,形成了中生界大型含油氣系統(tǒng)。盆地區(qū)域構(gòu)造平緩,油氣儲(chǔ)集層以低滲透—特低滲透為顯著特征,油藏類(lèi)型以連續(xù)性巖性油藏為主,具有大面積、多層段普遍含油氣的特點(diǎn)[1-5]。

陜北地區(qū)地處鄂爾多斯盆地中東部,位于盆地一級(jí)構(gòu)造單元伊陜斜坡(見(jiàn)圖1),構(gòu)造平緩。其中，上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組是該區(qū)域內(nèi)重要的含油氣儲(chǔ)集層。受沉積與成巖等作用的影響,區(qū)域內(nèi)主要含油層段延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段低滲透儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),油氣分布規(guī)模不同。同時(shí),陜北地區(qū)，尤其東北部的安塞、延安等到地區(qū)，受烴源巖空間分布的影響,其油氣空間賦存存在差異。關(guān)于鄂爾多斯盆地?zé)N源巖的地質(zhì)地球化學(xué)特征，前人進(jìn)行了許多研究,取得了許多重要認(rèn)識(shí)。本文重點(diǎn)從三疊系烴源巖的基本特征入手,通過(guò)對(duì)延長(zhǎng)組的原油特性、族組成、飽和烴和芳烴色譜、生物標(biāo)志物組成特征的分析,討論研究區(qū)烴源巖和延長(zhǎng)組原油的地球化學(xué)特征和油源問(wèn)題,旨在從烴源條件方面探討研究區(qū)的油氣勘探前景。

1　樣品與分析

原油樣品采自陜北地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層。對(duì)泥巖、含油砂巖樣品進(jìn)行抽提，原油樣品脫瀝青質(zhì)，分析使用Agilent7890-5975c氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，測(cè)試條件：色譜，載氣為99.999%氦氣；進(jìn)樣口300℃；傳輸線300℃；色譜柱HP-5MS彈性石英毛細(xì)柱(60 m×0.25 mm×0.25 m)；柱溫為初溫50℃，1min；20℃/min升溫至120℃；以4℃/min升溫至250℃，再以3℃/min升至310℃，保持30 min；載氣流速1 mL/min；質(zhì)譜為EI源，絕對(duì)電壓為1 047 V；全掃描。

圖1　研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1　Map showing regional geology of Ordos Basin

2　原油地球化學(xué)特征

2.1　原油的物性及族組成特征

原油密度、黏度和含硫量是原油最主要的物性參數(shù),它們與生油母質(zhì)的性質(zhì)、成烴環(huán)境、演化程度、次生稠變作用等都具有十分密切的關(guān)系。由于油氣成藏條件及油氣藏的后期變化不同,決定了流體性質(zhì)的差異性。鄂爾多斯盆地陜北地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6原油地面密度介于0.817 5～0.884 1 g/cm3,平均值為0.847 6 g/cm3;黏度介于2.81～21.91 mPa·s,平均值為6.116 mPa·s;凝固點(diǎn)11～31℃,平均值為22℃。原油呈現(xiàn)出低密度、低黏度、低凝固點(diǎn)的特征,油性較好,屬于輕質(zhì)油。石油的族組成受母質(zhì)類(lèi)型的影響,與母質(zhì)成因有關(guān)。不同類(lèi)型的烴源巖,其族組成存在差異[6-7],原油和油砂抽提物族組成變化比較大：飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.69%～71.88%,平均值為62.60%;芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.23%～11.65%,平均值為7.10%;非烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.00%～7.95%,平均值為2.85%;飽和烴/芳烴的值介于3.29～5.55,平均值為4.58,表明生源母質(zhì)以水生低等植物為主。

2.2　碳同位素特征

原油的碳同位素值取決于烴源巖的沉積環(huán)境和成烴母質(zhì)的類(lèi)型或生源構(gòu)成:來(lái)源于陸生高等植物的Ⅲ型干酪根δ13C值較高,δ13C值一般大于-25.5‰;而來(lái)源于水生生物的Ⅰ型干酪根δ13C值則較低,δ13C值小于-28.0‰[8-12]。研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6原油δ13C值介于-32.9‰～-32.0‰,均值為-32.60‰,反映出湖相水生生物成因的組成特征。

2.3　飽和烴的氣相色譜特征

長(zhǎng)6原油和油砂抽提物中，正構(gòu)烷烴的分布總體相似,碳數(shù)分布型式為單峰態(tài)(見(jiàn)圖2),主峰碳為nC13～nC22,CPI值為1.11～1.19,平均值為1.16;OEP值為1.26～1.36,均值為1.32,具有奇偶優(yōu)勢(shì);nC21-/nC22+介于0.70～0.90,平均值為0.78;(nC21+nC22)/(nC28+nC29)為1.27～1.50, 均值為1.41,輕質(zhì)組分占有優(yōu)勢(shì),表明油質(zhì)較輕[13];姥鮫烷、植烷含量均較低,姥鮫烷不具明顯優(yōu)勢(shì),Pr/Ph為0.88～1.05,平均為0.98;Pr/nC17為0.28～0.45,平均為0.35;Ph/nC18為0.28～0.41,平均為0.33，表明原油生油母質(zhì)形成于相對(duì)還原的淡水—半咸水沉積環(huán)境中,其中以淡水—微咸水湖沉積環(huán)境形成為主。母質(zhì)類(lèi)型應(yīng)以腐泥型有機(jī)質(zhì)為主。

2.4　飽和烴地球化學(xué)特征

研究區(qū)長(zhǎng)6原油的生物標(biāo)志物特征為:正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布呈近似正態(tài)型(見(jiàn)圖2),Pr/Ph值介于0.67～1.68,表明該類(lèi)原油形成于還原環(huán)境或弱還原-弱氧化環(huán)境[14];β胡蘿卜烷含量很低;ααα20RC27，ααα20RC28，ααα20RC29甾烷相對(duì)含量呈“V”型分布(見(jiàn)圖2),其中ααα20R C27甾烷相對(duì)含量高于ααα20R C29甾烷,表明其生源中藻類(lèi)等水生生物貢獻(xiàn)較大[15-17]；伽馬蠟烷具有指示沉積環(huán)境的作用[18-21],伽馬蠟烷含量較低(見(jiàn)圖2),伽馬蠟烷/C30藿烷介于0.06～0.12表明長(zhǎng)6原油生源母質(zhì)處于微咸水—淡水沉積環(huán)境。成熟度參數(shù)Ts/(Ts+Tm)值介于0.36～0.93,C31ω升藿烷(22S)/ω(22S+22R)值介于0.51～0.57,C29甾烷αααω(20S)/ω(20S+20R)值分布在0.33～0.46,C29甾烷ω(ββ)/ω(αα+ββ)值介于0.52～0.58,表明生成此類(lèi)原油的烴源巖處于成熟階段[22-23]。

2.5　芳烴地球化學(xué)特征

陜北地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6原油樣品中檢測(cè)到的芳烴化合物主要有萘、菲、蒽、惹烯、熒蒽、芘、苝、芴、聯(lián)苯、二苯并呋喃、甲基芴、二苯并噻吩、苯并芘、苯并蒽、苯并芴等常規(guī)系列化合物,還檢測(cè)到具有不同芳構(gòu)化程度的甾類(lèi)化合物和含氧化合物。其中菲的豐度最高,含有一定量的屈、苯并[e]芘、聯(lián)苯、芘、芴、二苯并呋喃和二苯并噻吩；萘、蒽、甲基蒽、惹烯、苯并[a]蒽、苯并熒蒽和熒蒽等化合物的豐度較低；三芴系列化合物相對(duì)芴含量最高,氧芴和硫芴含量相近,硫芴豐度略高于氧芴,芴的豐度最高為54.5%,說(shuō)明長(zhǎng)6原油形成于弱氧化-弱還原的沉積環(huán)境中; MPI1平均值為0.64,處于成熟階段。三芳甾烷和甲基三芳甾烷豐度較高,檢測(cè)出的三芳甾烷有C20，C21，C26～C28(圖3),甲基三芳甾烷有C21，C22，C27～C29,C26-三芳甾烷的豐度較低,C28-三芳甾烷的豐度較高,C26-三芳甾烷(20S)/C28-三芳甾烷(20S)平均值為0.20,表明原油生烴母質(zhì)形成于淡水沉積環(huán)境[24-25]。

圖2　鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組原油部分生物標(biāo)志物質(zhì)量色譜圖Fig.2　Mass chromatogram of Crude oils in Yangchang Formation Chang 6 in the Shanbei Area, Ordos Basin

3　油源分析

前人研究表明,鄂爾多斯盆地中生界三疊系延長(zhǎng)組主要發(fā)育長(zhǎng)7和長(zhǎng)9兩套烴源巖[26-27]。為進(jìn)行精細(xì)油源對(duì)比，本研究分析了盆地潛在長(zhǎng)6、長(zhǎng)7和長(zhǎng)9烴源巖的碳同位素、飽和烴和芳烴色質(zhì),通過(guò)碳同位素和生物標(biāo)志化合物的指紋對(duì)比,厘定研究區(qū)長(zhǎng)6油層組原油的成因和來(lái)源。

3.1　碳同位素特征

石油的同位素組成取決于原始有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)、生成環(huán)境和演化程度。不同成因的石油穩(wěn)定碳同位素組成有較大差異[28-29],但原油和沉積有機(jī)物中有一些化合物在基本碳骨架方面存在較大的相似性[30]；原油碳同位素組成特征也是研究油氣來(lái)源的重要手段[31-32]。不同生物和有機(jī)質(zhì)的碳同位素值不同,大多數(shù)研究者認(rèn)為,陸生植物δ13C值平均為-25.5‰,湖沼高等植物δ13C平均值為-23‰,而淡水浮游生物δ13C值為-27‰ ～-32‰。統(tǒng)計(jì)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7泥巖的干酪根碳同位素值可知,δ13C值均集中分布在-29‰～-29.5‰,表明生源母質(zhì)均為淡水的浮游生物。但是，部分暗色泥巖的δ13C>-28.5‰,略高于淡水浮游生物的δ13C值,說(shuō)明其生源母質(zhì)中還混有少量陸生高等植物的成分。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)9烴源巖干酪根碳同位素值介于-25‰ ～-29‰,明顯高于長(zhǎng)7烴源巖,表明長(zhǎng)9源巖母質(zhì)混入了大量陸生高等植物。陜北地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6原油δ13C值介于-32.9‰～-32.0‰,均值為-32.60‰,與長(zhǎng)7烴源巖碳同位素值較為相近,與長(zhǎng)9烴源巖存在較大差異。碳同位素值表明,陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油均來(lái)自長(zhǎng)7烴源巖。

1 三芳甾烷-1; 3 三芳甾烷-3; 4 三芳甾烷-4;5 三芳甾烷-5;6 三芳甾烷-6;8 三芳甾烷-8;12 三芳甾烷-12;14 三芳甾烷-14圖3　鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)6原油三芳甾烷和甲基三芳甾烷分布特征Fig.3　The distribution Miyoshi Sterane and methyl Miyoshi Sterane of Chang 6 crude oil, Ordos Basin

3.2　生物標(biāo)志化合物

通過(guò)對(duì)陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)7烴源巖、仕望河剖面長(zhǎng)9油頁(yè)巖生物標(biāo)志物質(zhì)量色譜圖對(duì)比表明,陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油與盆地中心長(zhǎng)7油頁(yè)巖地球化學(xué)特征基本一致,而與仕望河長(zhǎng)9油頁(yè)巖有一定的差別(見(jiàn)圖4)。差別主要表現(xiàn)在:陜北地區(qū)這類(lèi)原油和盆地中心長(zhǎng)7烴源巖中C30重排藿烷含量均很低,C29降藿烷含量較高,Ts和Tm含量都比較低,且二者豐度相近。仕望河剖面長(zhǎng)9油頁(yè)巖抽提物中C30重排藿烷含量也很低,但是Ts明顯低于Tm,ββ構(gòu)型甾烷相對(duì)豐度也明顯偏低,且含有比較明顯的4-甲基甾烷,這與陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油地球化學(xué)特征存在比較明顯的差別。

從陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)7烴源巖、仕望河長(zhǎng)9烴源巖、D51井長(zhǎng)9烴源巖的譜圖對(duì)比可以看出(見(jiàn)圖5),長(zhǎng)7烴源巖中8β(H)補(bǔ)身烷和4,4,8,8,9-五甲基十氫化萘含量較高,這與陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油的地球化學(xué)特征一致,而與仕望河剖面長(zhǎng)9和D51長(zhǎng)9烴源巖存在差異。

為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)烴源巖和原油的對(duì)比情況,分別繪制了Ts/(Ts+Tm)～伽馬蠟烷/C30藿烷,甾烷/藿烷～Pr/Ph,αααC29甾烷20S/(20S+20 R)～αααC31甾烷20S/(20S+20R)和ααα20R C27甾烷/C29甾烷～伽馬蠟烷/C30藿烷關(guān)系圖。從反應(yīng)沉積環(huán)境、母質(zhì)和成熟度的地球化學(xué)參數(shù)相關(guān)圖上(見(jiàn)圖6)也可以看出,陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油更接近于長(zhǎng)7烴源巖。

1)ααα20RC27甾烷/C29甾烷反映母質(zhì)類(lèi)型,長(zhǎng)6原油ααα20RC27甾烷/C29甾烷介于1.01～1.41,平均值為1.17;長(zhǎng)7烴源巖介于1.12～1.85,平均值為1.39;長(zhǎng)9烴源巖介于1.37～1.88,平均為1.49。Pr/Ph反映沉積環(huán)境,長(zhǎng)6原油介于0.88～1.05,平均值為0.98;長(zhǎng)7烴源巖介于0.79～1.19,平均值為0.98;長(zhǎng)9烴源巖介于1.27～1.68,平均為1.39。從二者的相關(guān)圖可以看出,長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)7泥巖樣品在上述參數(shù)相關(guān)性上較好(見(jiàn)圖5A),表明長(zhǎng)6原油和長(zhǎng)7烴源巖與侏羅系原油具有親緣關(guān)系；長(zhǎng)9泥巖抽提物與長(zhǎng)6原油二者相關(guān)性較差(見(jiàn)圖6A)。

圖4　長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)7烴源巖、長(zhǎng)9烴源巖甾萜類(lèi)化合物質(zhì)量圖Fig.4　Mass chromatogram of Crude oils in Yangchang Formation Chang 6 and the Chang 7 and Chang 9 source rocks in the Shanbei Area, Ordos Basin

2)甾烷、藿烷類(lèi)化合物是沉積有機(jī)質(zhì)和原油中重要的生物標(biāo)志化合物,常被用作研究母質(zhì)來(lái)源和沉積環(huán)境。陜北地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6原油甾烷/藿烷比值介于0.15～0.36,均值為0.22;長(zhǎng)7烴源巖甾烷/藿烷比值介于0.14～0.29,均值為0.23;長(zhǎng)9烴源巖甾烷/藿烷比值介于0.11～0.25,均值為0.19。甾烷/藿烷-Pr/Ph的關(guān)系圖(見(jiàn)圖5B)上可以看出,長(zhǎng)6原油樣品中，甾烷/藿烷與Pr/Ph與長(zhǎng)7烴源巖樣品的比值接近,而與長(zhǎng)9烴源巖樣品的值差異較大。長(zhǎng)6原油樣品甾烷/藿烷-Pr/Ph的值絕大多數(shù)接近長(zhǎng)7烴源巖樣品,而與9烴源巖樣品的值差別較大。

3)αααC29甾烷20S/(20S+20 R)和αααC31甾烷20S/(20S+20R)反映原油的成熟度,αααC29甾烷20S/(20S+20 R)介于0.40～0.46,均值0.43;長(zhǎng)7烴源巖介于0.39～0.42,平均值為0.41;長(zhǎng)9烴源巖介于0.39～0.44,平均為0.41。αααC31甾烷20S/(20S+20R)長(zhǎng)6原油介于0.51～0.57,均值0.54;長(zhǎng)7烴源巖介于0.49～0.55,平均值為0.52;長(zhǎng)9烴源巖介于0.48～0.51,平均為0.50。從二者關(guān)系圖中可以看出,長(zhǎng)6原油樣品成熟度與長(zhǎng)7泥巖樣品成熟度較為接近,二者具有較好的相關(guān)性;而與長(zhǎng)9泥巖樣品成熟度相關(guān)性較差,表明長(zhǎng)6原油來(lái)源于長(zhǎng)7烴源巖具有較高的相關(guān)性(見(jiàn)圖6C)。

圖5　陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)7、長(zhǎng)9烴源巖的倍半萜類(lèi)生物標(biāo)志物對(duì)比譜圖Fig.5　Northern Shanbei Chang 6 Crude oil and the Chang 7 and Chang 9 source rocks sesquiterpene biomarker comparison spectrum

4)伽馬蠟烷主要來(lái)源于低等水生生物,同時(shí)也反映有機(jī)質(zhì)沉積時(shí)的水體鹽度[12-13],C30藿烷主要來(lái)源于細(xì)菌(原核生物)細(xì)胞壁的類(lèi)脂化合物[14]。因此,伽馬蠟烷/C30藿烷能較客觀地反映沉積環(huán)境的鹽度。長(zhǎng)6原油伽馬蠟烷指數(shù)介于0.06～0.12,均值為0.08,表明6原油形成于水體相對(duì)較淡的淡水環(huán)境。長(zhǎng)7烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)介于0.06～0.13,均值為0.10,長(zhǎng)9烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)介于0.15～0.24,均值為0.19。長(zhǎng)6原油與長(zhǎng)7烴源巖形成環(huán)境較為相似。伽馬蠟烷/C30藿烷～ααα20RC27甾烷/C29甾烷關(guān)系圖(見(jiàn)圖6D)中,橫、縱坐標(biāo)分別表示有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境和有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類(lèi)型。由圖6D可以看出，長(zhǎng)7泥巖與長(zhǎng)6原油樣品較為接近,而與長(zhǎng)9泥巖樣品有較大差別,表明和長(zhǎng)7泥巖與長(zhǎng)6原油樣品具有相近沉積環(huán)境和母質(zhì)類(lèi)型。

圖6　陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油與相鄰地區(qū)長(zhǎng)7，長(zhǎng)9烴源巖部分生物標(biāo)志物參數(shù)分布特征圖Fig.6　Northern Shanbei Chang 6 oil and adjacent areas of the Chang 7 and Chang 9 source rocks biomarker parameters distribution diagram

4　結(jié)　論

1)鄂爾多斯盆地陜北地區(qū)長(zhǎng)6原油物為輕質(zhì)原油,具有低密度、低黏度、低凝固點(diǎn)的特征；原油和含油砂巖抽提物族組成中，飽和烴含量所占比重大,飽芳比高；原油碳同位素輕,小于-32‰。

2)原油正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布型式為前峰型單峰態(tài),正構(gòu)烷烴保存完整,主峰碳為nC13～nC22,原油具明顯奇偶優(yōu)勢(shì)比,輕質(zhì)組分占優(yōu)勢(shì),植烷優(yōu)勢(shì)明顯。

3)原油規(guī)則甾烷呈“V”和“L”型分布,β胡蘿卜烷含量很低,ααα20RC27甾烷相對(duì)含量高于ααα20RC29甾烷;伽馬蠟烷含量低,孕甾烷及規(guī)則甾烷相對(duì)較高,硫芴含量較高,三芳甾烷和甲基三芳甾烷豐度較高,反映了原油的母源形成于鹽度不高的沉積環(huán)境,有機(jī)質(zhì)母源以浮游水生生物及高等植物的輸入為主。

4)原油飽和烴中甾，萜烷的αααC29甾烷20S/(20S+20 R)，αααC31甾烷20S/(20S+20R)等參數(shù)均處于熱演化平均狀態(tài),芳烴化合物中甲基菲指數(shù)均表明原油處于成熟階段。

5)通過(guò)對(duì)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9、長(zhǎng)7段泥巖與長(zhǎng)6原油和含油巖心抽提物甾、萜類(lèi)化合物特征對(duì)比分析表明,長(zhǎng)6原油生物標(biāo)志化合物與長(zhǎng)9烴源巖的存在較大差別,二者對(duì)比性較差,不具備相關(guān)性,沒(méi)有親緣關(guān)系;與長(zhǎng)7烴源巖的對(duì)比性較好,具親緣關(guān)系。因此認(rèn)為，長(zhǎng)6原油主要來(lái)源于長(zhǎng)7段烴源巖。

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