鄂爾多斯盆地中部延長組烴源巖生物標志化合物特征

董麗紅，杜彥軍，李 軍，何 斌

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西 西安 710075；2.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

0 引 言

鄂爾多斯盆地是中國第二大含油氣盆地，三疊系延長組是盆地內(nèi)陸坳陷湖盆發(fā)育階段沉積的一套厚約1 000～1 500 m的河流、湖泊相陸源碎屑沉積，其中長4+5～長9油層組沉積的巨厚層狀暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖、油頁巖是延長組巖性油藏最重要的烴源巖[1]。前人對盆地烴源巖評價做了大量研究[2-10]，普遍認為長7期發(fā)育的湖相灰褐色、深灰色泥巖、油頁巖為有效烴源巖，分布范圍可達5×104km2，厚值區(qū)位于志丹、富縣等地區(qū)，最厚可達80 m以上，其有機質(zhì)類型好(Ⅰ型為主，少數(shù)Ⅱ型)、豐度高(TOC平均為15.5%)，是盆地最主要的生油層。隨著石油勘探的不斷深入，近期在長8油層組中部和長 9油層組上段發(fā)現(xiàn)的黑色泥頁巖也是一套優(yōu)質(zhì)烴源層。長9烴源巖主要為一套深灰色—黑色油頁巖，分布范圍可達1.4×104km2，整體上沿吳起、志丹一線呈近南北向展布，厚度一般在4～20 m之間，比較厚的區(qū)域主要位于吳起東南部和志丹南部區(qū)域，局部邊緣區(qū)域演化為深灰色泥巖或砂泥巖互層，普遍可見薄層凝灰?guī)r夾層，長9烴源巖有機質(zhì)類型好(Ⅱ型為主，少數(shù)Ⅰ型和Ⅲ型)、豐度高(TOC平均為5.0%)，是盆地內(nèi)另一套重要的生油層。長8烴源巖僅發(fā)育在志丹區(qū)域，形成于三角洲前緣沉積環(huán)境的深灰色、灰色泥巖為主；厚度介于3～15 m，有機質(zhì)豐度高(TOC平均為4.8%)，有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主，具有一定的生烴潛力。但是由于延長組深層勘探程度低、資料積累少、相對研究比較薄弱，對長7以下層位烴源巖特征和原油地球化學特征方面的認識尚未達成共識。目前整體認為各套烴源巖有機質(zhì)組成、沉積環(huán)境和演化程度相似，其分子指紋也十分相近，在油源對比研究中，普遍采用宏觀上易于對比的正構(gòu)烷烴、穩(wěn)定碳同位素δ13C等“指紋”參數(shù)，結(jié)合微觀上的類異戊二烯烷烴、甾烷類、萜烷類等生物標志化合物分布特征及各種組合參數(shù)進行對比[11-19]，但應(yīng)用這些進行精細油源對比還存在著一定的困難，深入的烴源巖特征和發(fā)育機理的分析有助于破解這一難題。該文旨在通過對研究區(qū)三疊系延長組長7-長9油層組3套烴源巖生物標志化合物參數(shù)的系統(tǒng)精細分析，優(yōu)選烴源巖的特征參數(shù)，總結(jié)不同地區(qū)和層位烴源巖的生物標志化合物特征參數(shù)和發(fā)育機理。

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中部，主體位于伊陜斜坡，包括定邊、靖邊、吳起、志丹和安塞共5縣區(qū)域。研究共收集了13口井13塊烴源巖巖心樣品，針對長7～長9油層組3個層位的烴源巖開展了飽和烴、芳烴色譜-質(zhì)譜測試(圖1，表1)。

1 烴源巖成熟度參數(shù)特征

C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)對于未成熟-成熟范圍的烴源巖具有高專屬性，可考慮作為成熟的參數(shù)[20]。研究區(qū)烴源巖的C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29甾烷20S/(20S+20R)具有很好的相關(guān)關(guān)系，但是C29甾烷20S/(20S+20R)參數(shù)范圍為0.45～0.64，部分數(shù)值超過平衡狀態(tài)(0.52～0.55)，不可作為成熟度指標，而C29甾烷ββ/(ββ+αα)未達到平衡終點值且不受有機質(zhì)類型的影響可作為成熟度參數(shù)(圖2，表1)。

圖1 研究區(qū)位置及采樣井位分布圖Fig.1 Geographic location and distribution of wells in the study area

井號深度/m層位及巖性地區(qū)Pr/PhC22-/C23+Ts/(Ts+Tm)10×G/G+C30藿烷)C*30/(C*30+C30藿烷)C29Ts/(C29藿烷C29Ts)C29甾烷20S/(20S+20R)C29甾烷ββ/(ββ+αα)ααα20R-C29/C27甾烷ZC10-101 962長7灰黑色泥巖1.331.600.841.150.460.670.620.492.16W562 111長7灰黑色泥巖1.141.650.850.830.400.620.600.521.53DT22422 498長7灰黑色泥巖0.831.390.830.650.300.630.600.521.34ZC10-382 116長8灰黑色泥巖定邊-吳起2.161.070.800.990.340.510.590.521.45DZ17892 326長8灰黑色泥巖2.941.130.650.990.370.480.630.511.77L52 120長9灰黑色泥巖4.781.210.661.870.570.520.560.502.43ZC10-332 230長9灰黑色泥巖1.361.840.851.450.640.700.620.551.32X30091 415長7灰黑色泥巖1.050.130.621.150.130.300.450.451.09Z4261 984長7灰黑色泥巖1.031.400.490.650.210.580.580.531.45X10591 464長8淺灰色泥巖靖邊-安塞0.910.100.560.740.120.260.480.420.80X10151 567長8淺灰色泥巖1.330.130.520.830.120.220.480.410.78X30231 619長9灰黑色泥巖2.481.200.700.480.180.330.640.492.59YY11 306長7黑色頁巖1.141.18/1.530.490.710.600.521.63

從C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29Ts/(C29藿烷+ C29Ts)相關(guān)圖可以看出：不同層位成熟度無明顯的差別，不同地區(qū)成熟度的差別比較明顯。志丹以東的靖邊-安塞地區(qū)的烴源巖成熟度較志丹西部的定邊-吳起地區(qū)的烴源巖成熟度低(圖3)。

圖2 烴源巖C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29甾烷20S/(20S+20R)關(guān)系圖Fig.2 Relation of C29 sterane ββ/(ββ+αα)and C29 sterane 20S/(20S+20R)of the source rock

圖3 烴源巖C29Ts/(C29藿烷+ C29Ts)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)關(guān)系圖Fig.3 Relation of C29Ts/(C29 hopane+C29Ts)and C29 sterane ββ/(ββ+αα)of the source rock

2 沉積環(huán)境、有機質(zhì)母源參數(shù)特征

在不同的沉積環(huán)境中，由于水深、溫度、鹽度、氧化還原性及水動力等條件的不同而使有機質(zhì)的豐度、類型及保存條件存在差異，導致不同沉積環(huán)境下的烴源巖生成的原油其地球化學特征存在差異。對沉積環(huán)境的判識包括沉積過程中的氧化還原條件、鹽度、有機質(zhì)來源等。鄂爾多斯盆地中部三疊系延長組烴源巖的沉積環(huán)境復(fù)雜，從深湖、半深湖、淺湖到湖沼，氧化還原條件變化很大，相應(yīng)的有機質(zhì)來源也豐富多樣，包括細菌、藻類和高等植物有機質(zhì)等。因此，文中主要運用色譜-質(zhì)譜技術(shù)從烴源巖沉積時水體的氧化還原條件和有機質(zhì)來源2個方面對鄂爾多斯盆地中部三疊系延長組的沉積環(huán)境進行研究。

2.1 氧化還原條件

原油和烴源巖的姥鮫烷/植烷比值(Pr/Ph)常用于判別沉積環(huán)境的氧化還原條件。但是Pr/Ph常受鹽度和成熟度的影響使得判別結(jié)果有誤差。前人研究認為低的姥鮫烷/植烷比值(Pr/Ph<1)代表一種典型的高鹽環(huán)境，該比值似乎受控于易變鹽度對嗜鹽菌的影響效應(yīng)。成熟度也會影響姥鮫烷/植烷比值，低成熟度的烴源巖和原油中植烷通常比姥鮫烷富集，從而造成低成熟度的原油姥鮫烷/植烷比值相對較低；一般情況下，隨著成熟度的增加，原油的姥鮫烷/植烷比值會增大，而Ph/nC18則減小。對于Pr/Ph值在0.8～3范圍內(nèi)要作為古環(huán)境標志，須有其他地球化學證據(jù)的支持；當Pr/Ph>3時，指示沉積在氧化、弱氧化條件下的陸源有機質(zhì)輸入；Pr/Ph<0.8時，代表缺氧超鹽環(huán)境。

鄂爾多斯盆地中部延長組長7～長9油層組烴源巖沉積時，水體的鹽度不高，伽馬蠟烷比值較低(10×伽馬蠟烷/(伽馬蠟烷+C30藿烷)<2.0)，屬于微咸水-淡水沉積環(huán)境，鹽度對姥鮫烷/植烷比值影響較小(表1)。延長組長7-長9油層組烴源巖屬于低熟到成熟，且C29甾烷ββ/(ββ+αα)與Pr/Ph的相關(guān)性很弱，說明成熟度對Pr/Ph影響較弱(圖4)。因此，研究區(qū)烴源巖的姥鮫烷/植烷比值可用于判別沉積環(huán)境的氧化還原條件。

圖4 長7～長9烴源巖的Pr/Ph和C29甾烷ββ/(ββ+αα)關(guān)系圖Fig.4 Relation of Pr/Ph and C29 sterane ββ/(ββ+αα)of Chang 7～Chang 9 source rock

鄂爾多斯盆地中部延長組長7～長9油層組烴源巖的Pr/Ph范圍為0.83～4.78，大部分小于3.不同地區(qū)的差別不大，不同層位之間有差別。長7油層組烴源巖的Pr/Ph<2，說明處于弱氧化-弱還原環(huán)境下，水體較深，可能為深湖、半深湖環(huán)境；長8油層組大部分樣品范圍在1～3之間，弱氧化沉積環(huán)境，水體較淺，可能為淺湖-湖沼沉積環(huán)境；長9油層組有一個樣品Pr/Ph>3說明沉積在氧化、弱氧化條件下的陸源有機質(zhì)輸入，水體較淺，為湖沼環(huán)境(表1)?？傮w而言，長9油層組烴源巖的氧化性最強，長7油層組烴源巖的還原性相對較強。Pr/Ph和ααα20R-C29/C27甾烷的相關(guān)性較好，說明有機質(zhì)類型和沉積環(huán)境的氧化還原性密切相關(guān)。長9油層組烴源巖具有相對較高的ααα20R-C29/C27甾烷和Pr/Ph比值，表明主要為弱氧化、氧化條件下的高等植物輸入，沉積環(huán)境為淺湖和湖沼環(huán)境；長7油層組烴源巖具有相對較低Pr/Ph比值，表明主要為半深湖-淺湖沉積環(huán)境，還原性較強，具有中等的ααα20R-C29/C27甾烷比值，主要為水生生物輸入，也有少量高等植物輸入；長8油層組烴源巖介于兩者之間(圖5)。

圖5 長7～長9烴源巖的Pr/Ph和ααα20R-C29/C27甾烷關(guān)系圖Fig.5 Relation of Pr/Ph and ααα20R-C29/C27 sterane of Chang 7～Chang 9 source rock

圖6 長7～長9油層組烴源巖的藿烷)和ααα20R-C29/C27甾烷關(guān)系圖 Fig.6 Relation of hopane)and ααα20R-C29/C27 sterane of Chang 7～Chang 9 source rock

圖7 長7～長9油層組烴源巖飽和烴質(zhì)量色譜圖Fig.7 Staturated hydrocarbon mass chromatogram of Chang 7～Chang 9 source rock

2.2 有機質(zhì)來源

甾烷系列化合物在沉積環(huán)境、油氣源對比和油氣運移研究等方面有重要的意義。烴源巖中的甾烷類化合物來源于動物、植物和其它生物體中的復(fù)雜甾醇混合物，不同的生物標志化合物有不同的來源。C27甾烷占優(yōu)勢可能是水生生物輸入為主，C29甾烷占優(yōu)勢則可能是陸源高等植物為主。在長7和長8油層組烴源巖甾烷的ααα構(gòu)型中，大多數(shù)樣品為不規(guī)則“V”字型，少部分樣品為反“L”型，說明長7和長8油層組烴源巖的有機質(zhì)主要為水生生物，混有部分陸源物質(zhì)；長9油層組烴源巖大部分樣品為反“L”型說明以陸源輸入為主，少部分水生生物混入(圖7，圖8)。

圖8 ααα20R-C27-C29甾烷三角圖Fig.8 Triangular diagram of ααα20R-C27-C29 steranes

3 結(jié) 論

2)長7和長8油層組烴源巖為弱還原-弱氧化條件下的半深湖-淺湖水生生物輸入為主；長9油層組以氧化-弱氧化條件下的湖沼高等植物輸入為主。