烏倫古坳陷東北側(cè)油苗地化特征及其意義

王千軍 ，曹高社，邢舟 ，王金鐸

（1.中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015；2.河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000；3.中原經(jīng)濟(jì)區(qū)煤層（頁巖）氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454000）

油苗是地下原油在地表的自然露頭，是油氣形成的最直接、最可靠的標(biāo)志。準(zhǔn)噶爾盆地地表有豐富的油苗顯示，主要分布在盆地西北緣加依爾山前和南緣北天山山前[1]，這些區(qū)域也是目前準(zhǔn)噶爾盆地油氣藏的主要分布區(qū)。準(zhǔn)噶爾盆地東北緣烏倫古坳陷仍沒有實(shí)質(zhì)性的油氣勘探突破，缺失準(zhǔn)噶爾盆地其他地區(qū)普遍具有的二疊系生油巖被認(rèn)為是主要的原因[2]。盡管烏倫古坳陷沉積蓋層的上三疊統(tǒng)黃山街組半深湖—深湖相泥巖和下侏羅統(tǒng)八道灣組濱淺湖相泥巖，以及坳陷基底下石炭統(tǒng)滴水泉組和姜巴斯套組濱淺海相泥巖，均有可能成為潛在烴源巖[3-5]，尤其是石炭系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，平均有機(jī)碳含量可達(dá)1.23%，飽和烴、芳烴反映該烴源巖形成于微咸水還原環(huán)境[4]，從而烏倫古坳陷基底石炭系被認(rèn)為是最重要的潛在烴源巖，但該套烴源巖能否形成現(xiàn)實(shí)意義的油氣源仍有疑問。本文通過對(duì)烏倫古坳陷東北側(cè)所發(fā)現(xiàn)油苗樣品分析及油源對(duì)比，證實(shí)了烏倫古坳陷基底石炭系是具有現(xiàn)實(shí)意義的潛在烴源巖。

1 油苗出露特征

油苗出露于距離準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古坳陷東北側(cè)47.0 km處（圖1），區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造較發(fā)育，屬于中亞巨型復(fù)合造山系（或稱中亞造山帶）的一部分。油苗見于石炭系含礫凝灰質(zhì)砂巖分布區(qū)及其與海西運(yùn)動(dòng)期細(xì)粒斑狀花崗巖（γ24）接觸處，分布在淺表部第四系土黃色未固結(jié)的沙土沉積物和花崗巖風(fēng)化殼中，斷續(xù)延伸達(dá)3.4 km.由于烏倫古河—五彩灣引水作業(yè)，使該區(qū)淺表部第四系沉積物剝露得非常清晰，在埋藏輸水管道的側(cè)壁上，可見黑色原油（主要為瀝青）由下向上的侵入（圖2），侵入地層主要為第四系，是在干旱環(huán)境下風(fēng)化形成的未固結(jié)的土黃色細(xì)粒沙和其南側(cè)呈破碎狀的花崗巖風(fēng)化殼（圖2a），破碎花崗巖的粒度一般在3 cm以下，棱角狀，其間充填有細(xì)砂粒，均未固結(jié)。油苗形態(tài)有侵染狀（圖2b）、火焰狀（圖2c）和樹枝狀（圖2d）。被原油侵入的地層由于瀝青的膠結(jié)，呈難以破碎的塊狀，與未被侵入地層的疏松狀成鮮明的對(duì)比（圖2e）。此外，被原油侵染地層中還存在近直立的北東—南西走向節(jié)理（圖2f）。

圖1 烏倫古坳陷東北側(cè)油苗的位置

為了證實(shí)油苗的存在和分析油苗的油源，分別采集了油苗樣品（FY-109）和附近石炭系黑色泥巖樣品（FY-69和FY-71）。油苗樣品為被瀝青膠結(jié)的第四系粉沙。石炭系黑色泥巖樣品也采自地表，巖石新鮮，與下伏的灰色粉砂巖夾泥巖、灰色含礫凝灰質(zhì)砂巖組成向上變細(xì)的沉積序列。對(duì)采集的油苗和黑色泥巖樣品，分別進(jìn)行了有機(jī)碳含量、巖石熱解、氯仿瀝青A、干酪根鏡質(zhì)體反射率、干酪根碳同位素和甾烷、萜烷類生物標(biāo)志化合物分析，分析由勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院石油地質(zhì)測(cè)試中心完成。

圖2 烏倫古坳陷東北側(cè)油苗的宏觀特征

2 油苗和烴源巖的基本地化特征

石炭系黑色泥巖有機(jī)碳含量為0.89%～1.65%，平均1.27%，氯仿瀝青A含量為0.013 0%～0.013 7%，平均0.013 4%，生烴潛量（S1+S2）為0.04～0.08 mg/g，平均0.06 mg/g（表1）.考慮到為地表樣品，輕烴可能散失，因此，主要依據(jù)有機(jī)碳含量，石炭系黑色泥巖達(dá)到較好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)。

油苗樣品有機(jī)碳含量高達(dá)9.07%，考慮到該樣品為油苗侵染的第四系干旱環(huán)境下風(fēng)化形成的松散沙土，所含的碳質(zhì)應(yīng)該主要為油苗所攜帶。同樣，由于輕烴的散失，生烴潛量和氯仿瀝青A均較低。

烴源巖樣品有機(jī)顯微組分以殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組為主，類型指數(shù)為-12.22～31.66，指示了Ⅱ2型干酪根的特征；干酪根碳同位素比值為-22.22‰～-21.98‰，平均-22.10‰，指示了Ⅲ型干酪根特征；鏡質(zhì)體反射率為2.38%～2.94%，平均2.66%，說明烴源巖已演化到 高成熟階段，對(duì)應(yīng)的熱解峰溫為480～527℃.

表1 烏倫古坳陷東北側(cè)油苗和烴源巖地球化學(xué)特征

3 油源對(duì)比

油氣在運(yùn)移、聚集和后續(xù)演化過程中，常受到水洗和生物降解等作用的影響，但生物標(biāo)志化合物和碳同位素比值基本保持不變或變化較小，因此常做為油氣源對(duì)比的指標(biāo)[6-10]。

3.1 油苗和烴源巖甾烷類生物標(biāo)志化合物對(duì)比

烴源巖樣品甾烷類生物標(biāo)志化合物整體上以高碳數(shù)甾烷為主，含有一定量的低碳數(shù)C21孕甾烷和C22升孕甾烷，除此之外還含有少量的未知結(jié)構(gòu)甾烷，低、高碳數(shù)兩類甾烷含量分別為3.69%～3.90%和86.10%～88.13%.規(guī)則甾烷C27，C28和C29的分布表現(xiàn)出不對(duì)稱“V”形特征（圖3），其含量分別為7.02%～8.51%，1.67%～2.53%和5.25%～6.04%.C27重排甾烷含量較高，重排甾烷與規(guī)則甾烷比值為0.4，甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC29S/C2（9S+R）為0.25～0.27，平均0.26，ββC29/(αα+ββ)C29為0.30～0.37，平均0.34.

圖3 烏倫古坳陷東北側(cè)油苗和烴源巖樣品甾萜類生物標(biāo)志化合物特征

油苗樣品（FY-109）甾烷類生物標(biāo)志化合物整體上也以高碳數(shù)甾烷為主，也含有一定量的低碳數(shù)C21孕甾烷和C22升孕甾烷，低、高碳數(shù)兩類甾烷含量分別為6.22%和80.11%，規(guī)則甾烷C27，C28和C29的分布表現(xiàn)出不對(duì)稱“V”形特征，其含量分別為7.00%，1.59%和5.31%.C27重排甾烷含量較高，重排甾烷與規(guī)則甾烷比值約為0.6，甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC29S/C2（9S+R）為0.34，ββC29（/αα+ββ）C29為0.44.

根據(jù)甾烷類生物標(biāo)志化合物參數(shù)，烴源巖樣品和油苗樣品甾烷類生物標(biāo)志化合物具有相似的分布特征（圖4）。

圖4 烏倫古坳陷東北側(cè)油苗與烴源巖樣品甾萜類生物標(biāo)志化合物參數(shù)對(duì)比

3.2 萜烷類生物標(biāo)志化合物

烴源巖樣品（FY-69和FY-71）基本不含四環(huán)萜烷，但含有較豐富的三環(huán)萜烷。三環(huán)萜烷是普遍存在分布于沉積物和原油中的環(huán)狀生物標(biāo)志化合物，這類化合物的母質(zhì)主要與湖相藻類和低等水生生物有關(guān)[11]，原油運(yùn)移和高成熟度下的干酪根熱解也可使其含量增加[12]。從上述烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型和演化程度達(dá)到高成熟階段分析，三環(huán)萜烷的大量存在可能與原油運(yùn)移和高成熟度下的干酪根熱解有關(guān)。從三環(huán)萜烷的分布上來看，C21三環(huán)萜烷、C23三環(huán)萜烷、C24三環(huán)萜烷及C25三環(huán)萜烷含量較高，其他三環(huán)萜烷含量較低，總體上C23三環(huán)萜烷含量最高，其次為C24三環(huán)萜烷，基本不含C19三環(huán)萜烷或含量很低，碳數(shù)分布范圍為C19—C29，分布呈山峰型。樣品中五環(huán)三萜烷豐度最高，以C30藿烷為主峰，C29藿烷次之，其他萜烷含量相對(duì)較低，Ts/Tm相對(duì)較高，為0.66～1.21，C31—C35升藿烷系列分布齊全，C35升藿烷含量小于C34升藿烷。伽馬蠟烷含量相對(duì)較高，為4.65%～7.25%，具有一定量的C29Ts，為2.06%～4.19%，伽馬蠟烷/C31藿烷為0.20～0.29，C30重排藿烷/C30藿烷為0.04～0.08，C29Ts/C30藿烷為0.20～0.40.

油苗樣品（FY-109）也含有較為豐富的三環(huán)萜烷，含量稍高于烴源巖樣品，基本不含四環(huán)萜烷，碳數(shù)分布范圍為C19—C29，分布呈山峰型，以C23為主峰，其次為C24三環(huán)萜烷。五環(huán)三萜烷豐度明顯高于三環(huán)萜烷，C31—C35升藿烷系列分布齊全，以C30藿烷為主峰，C29藿烷次之，Ts/Tm為1.38，伽馬蠟烷含量4.07%，C29Ts含量4.25%，伽馬蠟烷/C31藿烷為0.70，C30重排藿烷/C30藿烷為0.90，C29Ts/C30藿烷比值為0.50.

根據(jù)萜烷類生物標(biāo)志化合物參數(shù)的對(duì)比，烴源巖樣品和油苗樣品萜烷類生物標(biāo)志化合物也具有相似的分布特征（圖4）。同時(shí)烴源巖樣品δ13C為-22.22‰～-21.98‰，平均-22.10‰，油苗樣品δ13C為-22.38‰，兩者非常接近，也表明烴源巖樣品與油苗樣品具有明顯的親緣性。

4 討論

4.1 油苗樣品與準(zhǔn)東地區(qū)原油地球化學(xué)特征的對(duì)比

前人對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)的烴源巖及原油做了較為全面的油氣地球化學(xué)研究，并通過原油族組分、全油碳同位素組成、生物標(biāo)志化合物特征等特征，對(duì)油源進(jìn)行了對(duì)比，將該區(qū)的原油劃分為5種類型，分別來源于石炭系、二疊系、中—上三疊統(tǒng)、侏羅系烴源巖以及混源[13-19]。

以二疊系、中—上三疊統(tǒng)和侏羅系為烴源巖的原油甾烷組成明顯以C29甾烷為主，C27甾烷和C28甾烷含量較低，或者C29甾烷和C28甾烷含量均較高，但C28甾烷含量略低于C29甾烷；C27—C29ααα20R構(gòu)型甾烷基本呈“廠”形、“/”形或反“L”形分布。重排甾烷分布特征差異較大，但主要有2類，一類是基本不含重排甾烷或重排甾烷含量很低；另一類重排甾烷含量異常高，尤其是C29重排甾烷，甚至高于常規(guī)甾烷。萜烷組成中，三環(huán)萜烷主要有2類，一類以C20三環(huán)萜烷、C21三環(huán)萜烷和C23三環(huán)萜烷豐度相對(duì)較高，以C21三環(huán)萜烷為最高峰，C19三環(huán)萜烷含量相對(duì)較低或異常低；另一類以C19三環(huán)萜烷、C20三環(huán)萜烷為主，其他三環(huán)萜烷含量較低。五環(huán)萜烷也主要有2類，一類升藿烷含量較低，伽馬蠟烷含量較高，常與C31藿烷含量相當(dāng)，Ts，C29Ts和C30重排藿烷含量低；另一類升藿烷含量較高，伽馬蠟烷含量較低，含有一定量Ts，C29Ts和C30重排藿烷含量低[8-10]。

以石炭系為烴源巖的原油甾烷分布以C29甾烷為主，但C27甾烷含量較高，ααα20R構(gòu)型甾烷呈不對(duì)稱“V”形分布，明顯區(qū)別于來自上覆地層烴源巖生成的原油的分布特征。重排甾烷分布特征主要有2類，一類不含重排甾烷，另一類C29重排甾烷尤為明顯。萜烷分布特征也主要分為2類，第一類三環(huán)萜烷含量較高，以C20三環(huán)萜烷、C21三環(huán)萜烷和C23三環(huán)萜烷為主，C19三環(huán)萜烷含量低，C24四環(huán)萜烷與C26三環(huán)萜烷相當(dāng)，五環(huán)萜烷中Ts，C29Ts和C30重排藿烷含量低，而伽馬蠟烷含量高；第二類三環(huán)萜烷分布特征與二疊系原油相似，但是五環(huán)萜烷中Ts和C29Ts含量較高，伽馬蠟烷含量較低，與二疊系原油差異明顯[16,19-20]。

而烏倫古坳陷東北側(cè)油苗樣品的生物標(biāo)志化合物中，甾烷組成以C27甾烷和C29甾烷為主，C29甾烷含量相對(duì)較低；C27—C29ααα20R構(gòu)型甾烷基本呈不對(duì)稱“V”形分布；C27重排甾烷含量相對(duì)較高，基本不含C28重排甾烷和C29重排甾烷。三環(huán)萜烷以C21三環(huán)萜烷、C23三環(huán)萜烷、C24三環(huán)萜烷及C25三環(huán)萜烷含量較高，其他三環(huán)萜烷含量較低，但仍有C28及C29三環(huán)萜烷，總體上以C23三環(huán)萜烷最高。五環(huán)萜烷中升藿烷含量較高，最顯著的特征是含有相對(duì)較高含量的Ts，C29Ts和伽馬蠟烷，而C30重排藿烷含量較低。

此外，準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古坳陷東北側(cè)石炭系烴源巖及油苗樣品的碳同位素較重，平均-22.19‰，明顯重于二疊系、中—上三疊統(tǒng)和侏羅系3套烴源巖的指標(biāo)[10-12,19]，而與準(zhǔn)東地區(qū)彩25井、彩參1井和吉15井石炭系煤成油的碳同位素比值一致[18-20]。

綜上所述，研究區(qū)油苗樣品各項(xiàng)生物標(biāo)志化合物指標(biāo)與準(zhǔn)東地區(qū)以二疊系、中—上三疊統(tǒng)和侏羅系烴源巖生成的原油有較大差異，尤其是從常規(guī)構(gòu)型甾烷的分布形式上差別很大，基本可以排除原油來自于這3類烴源巖，但與油源為石炭系的原油具有較好的可類比性（圖5），其原油應(yīng)該來自于石炭系烴源巖。

4.2 油苗的重要意義

根據(jù)上述油苗和烴源巖的基本地化特征，以及兩者的生物標(biāo)志化合物分析，證實(shí)了準(zhǔn)噶爾盆地東北側(cè)的石炭系具有生油過程，與準(zhǔn)噶爾盆地主體以二疊系為主力生油巖的特點(diǎn)顯著不同，為準(zhǔn)噶爾盆地東北緣烏倫古坳陷的油氣勘探提供了新的思路。實(shí)際上，烏倫古坳陷與準(zhǔn)噶爾盆地的主體具有顯著的不同，不僅表現(xiàn)在盆地蓋層的組成（缺失二疊系和中—下三疊統(tǒng)）和油氣地質(zhì)條件的差異，也表現(xiàn)在基底組成和結(jié)構(gòu)的差異[21]。根據(jù)重力、磁力、地震、鉆井及區(qū)域地質(zhì)等資料，準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古坳陷的基底主要由古生界沉積巖組成，與盆地南側(cè)基底主要為寒武系之下的變質(zhì)巖顯著不同[22]。造成這一結(jié)果的原因可能與烏倫古坳陷西南側(cè)的陸梁隆起作為古生代晚期的板塊縫合帶有關(guān)[23]。已有研究表明，陸梁隆起的地球物理和火山巖特征與古生代晚期卡拉麥里縫合帶極其相似[24]，因此，越來越多的學(xué)者傾向于陸梁隆起是古生代晚期卡拉麥里縫合帶自然相連[25]。如果上述認(rèn)識(shí)成立，那么烏倫古坳陷所在地區(qū)的基底與準(zhǔn)噶爾盆地南側(cè)的基底在大地構(gòu)造單元上就分屬于完全不同的兩個(gè)系統(tǒng)，烏倫古坳陷的基底應(yīng)當(dāng)屬于造山帶的范圍，其上部的晚三疊世以來的沉積盆地也僅屬于山間盆地，與和什托洛蓋盆地、福海盆地一樣屬于準(zhǔn)噶爾盆地周邊的衛(wèi)星盆地。烏倫古坳陷與準(zhǔn)噶爾盆地的主體相連，主要是因?yàn)橹小律詠黻懥郝∑鸬幕顒?dòng)性較弱，沉積速率大于其隆升速率所致。因此，烏倫古坳陷所在區(qū)域的基底也應(yīng)當(dāng)是中亞巨型復(fù)合造山系的一部分，與其東北部石炭系的地層組成和構(gòu)造特征相似。從而，烏倫古坳陷的基底也可能具有現(xiàn)實(shí)的生油過程，并能夠形成油氣藏。

圖5 烏倫古坳陷東北側(cè)油苗和準(zhǔn)東地區(qū)原油生物標(biāo)志化合物對(duì)比（其他數(shù)據(jù)源于文獻(xiàn)［10］—文獻(xiàn)［12］）

根據(jù)烴源巖和油苗的生物標(biāo)志化合物參數(shù)，石炭系烴源巖還處在未成熟演化階段，油苗也僅處于低成熟階段，與根據(jù)鏡質(zhì)體反射率和熱解峰溫確定的高演化程度相矛盾。根據(jù)烏倫古坳陷沉積埋藏史分析[26]，可能的原因是該烴源巖早期排烴后經(jīng)歷了深埋，之后又被抬升至地表所致。

烏倫古坳陷多口鉆井鉆遇了石炭系，并發(fā)現(xiàn)了大套的暗色泥巖[27]，烏倫古坳陷南部DB1井、Q1井和Q6井發(fā)現(xiàn)了可能來自石炭系的油氣顯示[28]，其東南側(cè)的陸東—五彩灣一帶已發(fā)現(xiàn)了源自石炭系的工業(yè)性油氣流[18]。因此，準(zhǔn)噶爾盆地東北側(cè)源自石炭系的油苗，可以進(jìn)一步證實(shí)烏倫古坳陷基底石炭系是重要的勘探目的層。

5 結(jié)論

準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古坳陷東北側(cè)的油苗有機(jī)碳含量高，具有典型的煤成油碳同位素比值，油源為油苗分布區(qū)的石炭系黑色泥巖，證實(shí)了準(zhǔn)噶爾盆地東北側(cè)的石炭系可以形成油氣，在石炭系砂巖和海西運(yùn)動(dòng)期細(xì)粒斑狀花崗巖上覆的淺表部第四系未固結(jié)沙土中發(fā)現(xiàn)的油苗應(yīng)為油藏破壞的結(jié)果。油苗樣品與準(zhǔn)東地區(qū)以二疊系、中—上三疊統(tǒng)和侏羅系為烴源巖生成的原油地化參數(shù)具有較大差異，而與石炭系原油具有較好的可比性。烏倫古坳陷所在區(qū)域的石炭系基底與其東北部石炭系的地層組成和構(gòu)造具有相似的特征，準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古坳陷東北側(cè)的油苗，不僅對(duì)于盆地東北側(cè)的油氣勘探具有重要意義，同時(shí)也可為烏倫古坳陷油氣勘探目標(biāo)層的選擇提供參考。