海安凹陷曲塘次凹阜寧組頁巖油油源分析

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(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

油頁巖是一種高灰分的固體可燃有機(jī)礦產(chǎn)，其中的液態(tài)烴類未進(jìn)行運(yùn)移，低溫干餾可獲得類似天然石油的頁巖油，屬于非常規(guī)油氣資源。它以資源豐富和開發(fā)利用的可行性而被列為21世紀(jì)非常重要的接替能源。它與石油、天然氣、煤一樣都是不可再生的化石能源，在近200年的開發(fā)利用中，其資源狀況、主要性質(zhì)、開采技術(shù)以及應(yīng)用研究方面都積累了不少經(jīng)驗(yàn)。隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，油頁巖資源從單純的能源利用發(fā)展到綜合利用，極大地提高了資源利用率，降低了成本，減少了環(huán)境污染，為資源的可持續(xù)利用提供了保障。

油頁巖資源在世界許多地區(qū)都有分布，但并不均勻，主要分布于美國、俄羅斯、加拿大、中國、扎伊爾、巴西、愛沙尼亞、澳大利亞等國家。在美國，大約75%的油頁巖集中在科羅拉多州、猶他州和懷俄明州。中國油頁巖資源豐富，地質(zhì)年代主要集中在中生界、新生界，含油率中等偏好，主要分布在東部、中部的平原和黃土地區(qū)。目前，世界大部分油頁巖分布區(qū)地質(zhì)勘探程度低，很難對(duì)全球的油頁巖資源量進(jìn)行正確預(yù)測(cè)，只有部分國家對(duì)油頁巖進(jìn)行了初步的勘探和評(píng)價(jià)工作，有待于進(jìn)一步勘探開發(fā)。中國東部的蘇北盆地曲塘次凹古近系阜二段見到大量的油氣顯示，發(fā)現(xiàn)有頁巖油，并已有部分探井獲得了工業(yè)油流，表明其具有良好的油氣勘探開發(fā)前景。筆者在觀察巖心的基礎(chǔ)上，利用大量的地球化學(xué)測(cè)試資料，對(duì)曲塘次凹阜二段油頁巖油源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)今后曲塘次凹的油氣勘探具有重大的意義。

1 地質(zhì)背景

近年來，頁巖油日益引發(fā)國內(nèi)外石油行業(yè)的關(guān)注。國內(nèi)專家和學(xué)者結(jié)合中國實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行了大量的理論研究和前沿探索工作[1-2]，指出中國頁巖油資源潛力巨大。第三次全國油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，中國油頁巖資源豐富，品質(zhì)中等偏好，僅次于美國，居世界第二位[3-4]，開發(fā)潛力巨大。

曲塘次凹位于海安縣-姜堰區(qū)境內(nèi)，是蘇北盆地海安凹陷晚白堊世以來形成的箕狀斷陷，北接泰州低凸起，東鄰海北次凹，南鄰?fù)〒P(yáng)隆起(圖1)。自北向南發(fā)育北部斷階帶、中部深凹帶、東部斜坡帶和南部斜坡帶，具有“北斷南超、北陡南緩、北深南淺”等特征[5-7]。阜寧組發(fā)育于盆地坳陷階段，自上而下依次可以分為阜寧組一段、阜寧組二段、阜寧組三段、阜寧組四段 4 個(gè)層段，是海侵時(shí)沉積的一套半深湖-深湖相暗色油頁巖，也是海安凹陷曲塘次凹內(nèi)最重要的生油巖[8-9]。目前已在海安凹陷曲塘次凹阜寧組地層中獲得油流，預(yù)示著盆地內(nèi)存在巨大的油氣勘探潛力。

圖1 研究區(qū)位置示意Fig.1 Geographic location in the study area①-海北斷層；②-曲北斷層；③-北陵斷層帶；④-新街?jǐn)鄬?；?富安斷層帶；⑥-安東斷層帶；⑦-安豐斷層帶；⑧-曹灶斷層帶；⑨-梁南斷層。

2 油源對(duì)比

2.1 族組分

生油巖中原始母質(zhì)的性質(zhì)和生化組成在很大程度上決定了相應(yīng)石油的族組成特征[10-12]。曲塘凹陷中的源巖和原油族組分?jǐn)?shù)據(jù)見表1，其中飽和烴含量>非烴含量>芳烴含量>瀝青質(zhì)含量，源巖與原油均存在這一規(guī)律，并且源巖與原油各組分含量較為接近，表明它們具有同源性，即阜三段的原油來自阜二段烴源巖。

表1 源巖與原油族組分?jǐn)?shù)據(jù)Table 1 Components data of source rocks and crude oils

2.2 碳同位素

有機(jī)質(zhì)的同位素組成，首先與環(huán)境的同位素組成及生化過程所導(dǎo)致的同位素分餾效應(yīng)有關(guān)，也與演化過程中的同位素分餾效應(yīng)有關(guān)[13-15]。當(dāng)母源、環(huán)境條件和演化程度相同時(shí)，則油—油、油—巖之間的穩(wěn)定碳同位素將產(chǎn)生可比性。根據(jù)曲塘凹陷源巖干酪根與原油碳同位素分析數(shù)據(jù)(表2)發(fā)現(xiàn)，碳同位素分布規(guī)律：非烴>干酪根>瀝青質(zhì)>芳烴>原油>烷烴，說明隨著餾分的極性增加，碳同位素值也增加，油—巖可能具有親緣關(guān)系。圖2中，生油巖干酪根的δ13C值比從相關(guān)的原油同位素類型曲線估計(jì)出的δ13C值相差0.5‰左右，并且干酪根的δ13C值落在原油組分的δ13C構(gòu)成的趨勢(shì)線上或附近，表明油—巖可能具有親緣性，阜三段的原油來自阜二段的烴源巖。

表2 源巖干酪根與原油碳同位素δ13C數(shù)據(jù)Table 2 Data of source rock kerogen and crude oil carbon isotope δ13C

圖2 干酪根與原油碳同位素類型曲線Fig.2 The curves of carbon isotopes of kerogen and crude oil

2.3 生物標(biāo)志化合物

生物標(biāo)志化合物來自生物，在成油過程中又保持著穩(wěn)定的碳骨架和基本的結(jié)構(gòu)特征，保留著原始有機(jī)質(zhì)的信息，成為理想的油源對(duì)比指標(biāo)，均具有“指紋”意義[16-20]。據(jù)源巖與原油飽和烴的m/z217和m/z191質(zhì)量色譜圖(圖3)顯示，曲塘凹陷的源巖與原油的C27-C28-C29甾烷的“指紋”特征比較相似，均呈現(xiàn)出“V”字形，并且Tm/Ts比值相差較小，表明兩者具有親緣關(guān)系。

曲塘凹陷中的源巖和原油中ααα-20R-C27～C29甾烷相對(duì)含量分布見表3，其中ααα-20R-C29達(dá)到50%左右，具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。并且源巖與原油ααα-20R-C27～C29甾烷分布相似，表明它們具有同源性，即阜三段的原油來自阜二段烴源巖。

3 結(jié)論

(1)曲塘凹陷中的烴源巖和原油族組分分析顯示，飽和烴含量>非烴含量>芳烴含量>瀝青質(zhì)含量，并且源巖與原油各組分含量較為接近，表明它們具有同源性。

(2)曲塘凹陷源巖干酪根與原油碳同位素分析發(fā)現(xiàn)，碳同位素分布規(guī)律：非烴>干酪根>瀝青質(zhì)>芳烴>原油>烷烴，并且干酪根δ13C值落在原油組分δ13C構(gòu)成的趨勢(shì)線上或附近，阜三段的原油與阜二段的烴源巖具有親緣關(guān)系。

(3)曲塘凹陷的源巖與原油的C27-C28-C29甾烷的“指紋”特征比較相似，均呈現(xiàn)出“V”字形，并且Tm/Ts比值相差較小，表明源巖與原油具有同源性，即阜三段的原油來自阜二段烴源巖。

圖3 源巖與原油飽和烴的m/z 217和m/z 191質(zhì)量色譜圖Fig.3 Mass chromatograms (m/z 217) and (m/z 191) of source rocks and crude oils

井號(hào)層位樣品類型ααα-20R-C27/%ααα-20R-C28/%ααα-20R-C29/%J-20阜二段巖心38.8911.6349.48J-20阜二段巖心39.069.7651.18J1601H1阜三段原油32.7113.4453.85J16H2阜三段原油31.8813.3054.81