鄂爾多斯盆地西南緣長8段油源多元精細對比

白青林,楊少春,馬蕓,來又春,荊亞云

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580;2.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459)

0 引言

油源對比是綜合多項地球化學(xué)指標(biāo)分析油-油以及油-源巖之間的成因聯(lián)系,其研究成果用來圈定可靠的源巖層和油源區(qū),為油氣運移成藏和分布研究奠定基礎(chǔ)[1-2].鄂爾多斯盆地三疊系延長組長4+5-長7段,在盆地的不同地帶具有一定的生烴能力,但是在盆地西南緣,只有鎮(zhèn)原北部的長7段生烴中心黑色炭質(zhì)泥頁巖和油頁巖(其總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TOC)較高,鏡質(zhì)體反射率(Ro)在0.75%以上)具有大規(guī)模的生排烴能力[3-4].該套烴源巖在西南緣的平?jīng)龅貐^(qū)只發(fā)育于長7段底部,Ro在0.60%左右,生排烴能力相對較弱.但是該區(qū)與生烴中心相距較遠且有天環(huán)坳陷相阻隔,在缺乏大規(guī)模斷裂等有效輸導(dǎo)體系的條件下,人們對區(qū)內(nèi)長8段的油源有著不同的認(rèn)識:一種認(rèn)識為,區(qū)內(nèi)的長8段原油由盆地生烴中心的長7段烴源巖生成,并跨過天環(huán)坳陷運移到該區(qū)[5-6];而另一種認(rèn)識則是,區(qū)內(nèi)的長8段原油系區(qū)內(nèi)的長7段烴源巖生成,直接本地充注成藏[7-9].

針對上述問題,本文從長7段烴源巖與長8段原油的地化特征入手,利用指紋對比及交會圖等技術(shù)將不同位置的長8段原油與長7段烴源巖進行多方面親緣關(guān)系的對比,最后借助聚類分析確定了區(qū)內(nèi)不同位置的長8段原油來源.根據(jù)陸相湖盆有效烴源巖TOC>2.00%的標(biāo)準(zhǔn)[10],依據(jù)長7段TOC>2.00%的泥巖厚度分布特征,進行了烴源巖和油砂樣品的選取.由于鎮(zhèn)146井距生烴中心較近,為了便于平面分區(qū),將其烴源巖和油砂樣品劃入生烴中心.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地西南緣彭陽-崇信地區(qū),橫跨西緣沖斷帶與天環(huán)坳陷,南鄰渭北隆起,不發(fā)育大型斷裂.三疊系延長組為一套湖泊-三角洲沉積,長7段下部為一套凝縮段黑色泥頁巖[11].作為主力烴源巖層,該套泥頁巖生烴中心的TOC為2.23%～13.38%,TOC>2.00%的烴源巖厚度在15 m以上,干酪根類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型,沉積于強還原性的半深湖-深湖相環(huán)境.在盆地西南緣,該套泥巖層的TOC則分布在0.45%～3.56%,TOC>2.00%的烴源巖厚度則在13 m以下,且主要分布在南部的平?jīng)?武溝地區(qū),干酪根類型主要為Ⅱ1型和Ⅱ2型,為弱還原性的半深湖環(huán)境下的產(chǎn)物.下伏長8段沉積了一大套以粉-細砂巖為主的三角洲砂體,配合上覆的長7段富有機質(zhì)泥頁巖的良好生蓋條件,成為了區(qū)內(nèi)主要的儲集層段[12](見圖1).

圖1 研究區(qū)和生烴中心區(qū)域位置、長7段有機碳分布特征、地層發(fā)育狀況及取樣井分布

2 烴源巖生物標(biāo)志化合物特征

2.1 烴源巖飽和烴色譜特征

西南緣平?jīng)龅貐^(qū)長7段烴源巖的正構(gòu)烷烴分布特征和生烴中心具有一定程度的相似性,二者均表現(xiàn)為單峰特征,主峰碳皆低于22,但是其他特征參數(shù)仍具有較大差異(見表1).

平?jīng)龅貐^(qū)演52-演69井一帶長7段烴源巖的正構(gòu)烷烴表現(xiàn)為單峰緩峰型,主峰碳為nC19-nC21,碳數(shù)分布范圍較廣,與其熱解得出的Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根相對應(yīng);而生烴中心的長7段烴源巖正構(gòu)烷烴則表現(xiàn)為單峰尖峰型,主峰碳為nC16-nC17,碳數(shù)分布范圍比前者要窄,對應(yīng)Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根特征.與生烴中心相比,平?jīng)龅貐^(qū)長7段烴源巖的正構(gòu)烷烴碳優(yōu)勢指數(shù)(OEP)與奇偶優(yōu)勢指數(shù)(CPI)距1較遠,Pr/nC17與Ph/nC18值較高,說明其成熟度較低.這一點,Ro上也有明顯的響應(yīng),平?jīng)龅貐^(qū)烴源巖的Ro分布在0.52%～0.69%,剛剛進入成熟階段,而生烴中心烴源巖的Ro分布在0.70%～1.05%,已經(jīng)進入高成熟階段.西南緣長7段烴源巖的∑C21-/∑C22+值明顯低于生烴中心的,說明其有機質(zhì)中腐泥型有機質(zhì)比例較低.另外,平?jīng)龅貐^(qū)長7段烴源巖Pr/Ph值表征的是弱還原性的沉積環(huán)境,而生烴中心烴源巖Pr/Ph值表征的是近于強還原性的沉積環(huán)境.

表1 生烴中心、盆地西南緣的長7段烴源巖與長8段原油飽和烴氣相色譜特征

2.2 烴源巖飽和烴色質(zhì)特征

甾(m/z217)、萜(m/z191)類化合物的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)和立體構(gòu)型特征主要受母質(zhì)的有機質(zhì)類型、熱演化程度及沉積環(huán)境共同控制[13].生烴中心和平?jīng)龅貐^(qū)的長7段烴源巖C27,C28和C29三組甾烷系列均顯示為αββ構(gòu)型大于ααα構(gòu)型,藿烷系列中碳數(shù)分布均為C27,C29-C35,主峰為C30αβ霍烷,說明二者均為典型的湖相沉積環(huán)境下的產(chǎn)物(見圖2).

圖2 生烴中心、盆地西南緣的長7段烴源巖與長8段原油甾烷、萜烷對比

但是,同生烴中心相比,西南緣平?jīng)龅貐^(qū)長7段烴源巖的C29甾烷20S/(20S+20R)、重排甾烷/規(guī)則甾烷以及Ts/Tm值均較低,說明其有機質(zhì)成熟度相對較低;孕甾烷、升孕甾烷以及∑C31+升藿烷系列的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低,C29藿烷/C30藿烷值較高,R型規(guī)則甾烷C27,C28,C29呈"V"形分布,而生烴中心的C27,C28,C29呈"L"形分布,反映了平?jīng)龅貐^(qū)烴源巖有機質(zhì)中腐殖型占主導(dǎo)地位,而生烴中心烴源巖的有機質(zhì)則以腐泥型為主.另外,區(qū)內(nèi)長7段黏土礦物以蒙脫石和伊利石為主,缺乏酸性黏土礦物高嶺石的催化,平?jīng)龅貐^(qū)長7段烴源巖的C30重排藿烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比生烴中心高,升藿烷指數(shù)(C35升藿烷/C32升藿烷)與伽馬蠟烷指數(shù)(伽馬蠟烷/C30藿烷)明顯比生烴中心低,說明了西南緣長7段烴源巖沉積環(huán)境的還原性較弱(見表2).

表2 生烴中心、盆地西南緣的長7段烴源巖與長8段原油飽和烴氣相色譜-質(zhì)譜特征

綜合各項地化參數(shù)來看,盆地西南緣平?jīng)龅貐^(qū)的長7段烴源巖在有機質(zhì)的熱演化程度、腐泥型有機質(zhì)比例和沉積環(huán)境的還原性上均低于生烴中心,二者為不同的烴源巖.

3 原油生物標(biāo)志化合物特征

3.1 飽和烴色譜特征

區(qū)內(nèi)不同部位的長8段原油飽和烴色譜分析結(jié)果(見表1)略顯相似,奇偶優(yōu)勢不明顯,Ph/nC18與Ph/nC17值較小,屬于成熟的原油,但是生烴中心與西南緣以及西南緣不同地帶間的各項參數(shù)仍存在較大差異.區(qū)內(nèi)中北部靠近彭陽地區(qū)的演34-演47井一帶,與盆地生烴中心的長8段原油特征十分接近,同為一類,而西南緣平?jīng)龅貐^(qū)演52-演69井一帶的長8段原油則自成一類.與生烴中心以及彭陽地區(qū)相比,平?jīng)龅貐^(qū)演52-演69井長8段原油的Pr/Ph值較低,生油母質(zhì)沉積環(huán)境的還原性較弱;Pr/nC17與Pr/nC18值較高,CPT與OEP距1較遠,原油的成熟度較低;且該類原油的主峰碳數(shù)較大,∑C21-/∑C22+值較低,說明平?jīng)龅貐^(qū)原油母質(zhì)中腐殖型有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(見表1).

3.2 飽和烴色質(zhì)特征

含有大量甾、萜類生物標(biāo)志化合物的飽和烴色質(zhì)分析結(jié)果顯示,不同位置長8段原油在某些參數(shù)上具有一定的共性,如甾烷系列化合物αββ構(gòu)型大于ααα構(gòu)型,藿烷類化合物中主峰為C30αβ霍烷,三環(huán)萜烷和重排霍烷整體質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,但是,在具體反映成熟度、生油母質(zhì)類型和沉積環(huán)境還原性的參數(shù)方面,仍存在較大差別.其中,生烴中心與彭陽地區(qū)演34-演47井一帶長8段原油的甾、萜類參數(shù)十分接近,為同一類原油,而西南緣平?jīng)龅貐^(qū)演52-演69井的長8段原油則與其相差較大.同前者相比,后者長8段原油的C29甾烷 20S/(20S+20R)、C29甾烷 αββ/(αββ+ααα)、重排甾烷/規(guī)則甾烷以及Ts/Tm值較低,說明其成熟度較低.后者的孕甾烷、升孕甾烷、三環(huán)萜烷與∑C31+升藿烷系列的豐度比前者低,R型規(guī)則甾烷C27,C28,C29呈"V"形分布,而前者的R型規(guī)則甾烷呈"L"形分布,這些差異性反映了后者的母質(zhì)中腐殖型有機質(zhì)占優(yōu),前者的母質(zhì)中腐泥型有機質(zhì)占優(yōu).另外,后者的升藿烷和伽馬蠟烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低,說明原油母質(zhì)沉積環(huán)境的還原性較弱.

4 油源對比

4.1 指紋對比

長8段原油與長7段烴源巖的甾、萜分布特征的指紋對比顯示(見圖2),區(qū)內(nèi)2類長8段原油的甾、萜烷分布特征分別對應(yīng)于2類不同的烴源巖.其中,彭陽地區(qū)演34-演47井長8段原油與生烴中心長7段烴源巖色質(zhì)指紋圖十分相似,無論是甾、萜烷中各種具有指示意義的生物標(biāo)志化合物的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù),還是其變化規(guī)律,都具有明顯的相近性.而平?jīng)龅貐^(qū)演52-演69井長8段原油則與該地區(qū)長7段烴源巖色質(zhì)特征較為相似.指紋圖上的這種相似性,說明了彭陽地區(qū)演34-演47井長8段原油可能是由生烴中心長7段烴源巖生成,而平?jīng)龅貐^(qū)演52-演69井長8段原油則由自身長7段烴源巖生成.

4.2 交會圖對比

在反映生物有機質(zhì)輸入類型(見圖3a)和沉積環(huán)境氧化還原性指標(biāo)(見圖3b)的參數(shù)圖中[14-15],彭陽地區(qū)演34-演47井長8段原油與生烴中心長7段烴源巖構(gòu)成一類油源組合,而平?jīng)龅貐^(qū)的長8段原油則與其自身的長7段烴源巖構(gòu)成另外一類油源組合.前者的三環(huán)萜烷與伽馬蠟烷相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于后者,反映前者母質(zhì)中腐泥型有機質(zhì)輸入相對較多,而在重排甾烷與重排藿烷的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)方面,前者則要低于后者,指示前者母質(zhì)沉積環(huán)境的還原性較強.但是,平?jīng)龅貐^(qū)東北部演52井長8段原油在表征生油母質(zhì)類型和沉積環(huán)境的參數(shù)上,則有些趨近于生烴中心油源組合,而彭陽地區(qū)南部演47井長8段原油向平?jīng)龅貐^(qū)的油源組合過渡,說明了演52井長8段原油中可能混入了部分來自生烴中心長7段烴源巖生成的原油,而演47井長8段原油則混入了少量來自平?jīng)龅貐^(qū)長7段烴源巖生成的原油.

圖3 不同地區(qū)的長8段原油、長7段烴源巖有機母質(zhì)類型與沉積環(huán)境對比交會圖

4.3 甾、萜烷生物標(biāo)志化合物多元統(tǒng)計對比

原油和烴源巖的甾、萜類生物標(biāo)志化合物中蘊含著豐富的有關(guān)成熟度、母質(zhì)有機質(zhì)類型和沉積環(huán)境等方面的信息.質(zhì)量色譜圖鑒定化合物峰面積的相對分?jǐn)?shù)能很好地將這些信息表征出來,所以將甾、萜類化合物峰面積經(jīng)過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后,借助聚類分析進行油源對比,可以最大限度地利用多方面的信息,避免只靠一個或幾個色質(zhì)參數(shù)對比的片面性[16-17].

從聚類分析譜系圖(見圖4)可以看出,如果以相關(guān)系數(shù)0.81作為劃分標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)長8段原油可以劃分為兩大類,且分別對應(yīng)2類不同的烴源巖.其中:西南緣平?jīng)龅貐^(qū)演52-演69井一帶長8段原油由其自身長7段烴源巖生成,樣品之間的相關(guān)系數(shù)為0.89～0.96;中北部靠近彭陽地區(qū)的演34-演47井與生烴中心長8段原油為同一類,由生烴中心長7段烴源巖生成,樣品之間的相關(guān)系數(shù)為0.81～0.96.這表明,多元聚類分析得到的結(jié)果與前文中長7烴源巖與長8段原油類型劃分及對比結(jié)果具有很好的一致性.

圖4 盆地西南緣的甾烷、萜烷油源對比聚類譜系

另外,同一類油源組合內(nèi)部的相關(guān)性也有較大差異.與平?jīng)龅貐^(qū)其他井位相比,演52井長8段原油和西南緣長7段烴源巖的相關(guān)系數(shù)偏低,約為0.89,與彭陽地區(qū)及生烴中心所代表的另一類油源組合相關(guān)系數(shù)為0.43,具有弱相關(guān)性.這可能是由于靠近中北部的演52井距生烴中心相對較近,西南緣長7段烴源巖生成的原油在該處充注過程中混入了少量由生烴中心及鎮(zhèn)146井運移過來的原油.與中北部靠近彭陽地區(qū)的其他井位相比,演47井長8段原油與生烴中心油源組合的相關(guān)系數(shù)較低,僅為0.81,而與平?jīng)龅貐^(qū)油源組合的相關(guān)系數(shù)為0.43,具有微弱的親緣關(guān)系,可能是生烴中心生成的原油在該處充注過程中受到平?jīng)龅貐^(qū)長7段烴源巖近源排烴的影響,發(fā)生了輕微的原油混合.

區(qū)內(nèi)不同類型長8段原油的分布規(guī)律與TOC>2.00%的長7段烴源巖厚度分布特征具有較好的吻合性.平?jīng)龅貐^(qū)北部TOC>2.00%的長7段烴源巖厚度0線為2類原油在平面上優(yōu)勢分布區(qū)的界限 (見圖1),該線以南的長8段原油由平?jīng)龅貐^(qū)的長7段烴源巖生成,以北的則由生烴中心長7段烴源巖生成,該線附近則為2類原油的混合充注區(qū),距離該線越遠,混合程度越低.

5 結(jié)論

1)盆地西南緣平?jīng)龅貐^(qū)的長7段烴源巖形成于弱還原環(huán)境中,有機質(zhì)以腐泥型為主,成熟度較低.生烴中心長7段烴源巖成熟度較高,母質(zhì)以腐泥型為主,沉積環(huán)境的還原性較強.

2)區(qū)內(nèi)的長8段原油分為兩大類,分別對應(yīng)2類不同的長7段烴源巖.其中:靠近彭陽地區(qū)中北部的原油成熟度較高,生油母質(zhì)以腐泥型有機質(zhì)為主且沉積環(huán)境的還原性較強,主要由生烴中心的長7段優(yōu)質(zhì)烴源巖生成;而西南緣平?jīng)龅貐^(qū)的原油成熟度較低,生油母質(zhì)以腐殖型有機質(zhì)為主且沉積環(huán)境的還原性較弱,由自身的長7段烴源巖生成;中部的演47-演52井一帶則發(fā)生了不同程度的原油混合充注.

3)區(qū)內(nèi)南北兩部分長8段原油分布的差異主要受TOC>2.00%的長7段烴源巖控制.西南緣平?jīng)龅貐^(qū)TOC>2.00%的烴源巖厚度與熱演化程度較低,且以腐殖型有機質(zhì)為主,生排烴能力較弱,生成的原油只能夠滿足本地的長8段油藏充注.中北部地區(qū)的長7段烴源巖TOC≤2.00%,缺乏相應(yīng)的生排烴能力,而生烴中心TOC>2.00%的烴源巖厚度與熱演化程度高,且以腐泥型有機質(zhì)為主,具有大規(guī)模生排烴能力,其生成的原油能夠經(jīng)過遠距離輸導(dǎo)在彭陽地區(qū)異地充注.