塔里木盆地順北油氣田不同層系原油地球化學(xué)特征對(duì)比及成因分析

羅明霞，夏永濤，邵小明，吳 鮮

(中國(guó)石化 西北油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

順北油氣田位于塔里木盆地順托果勒低隆起，油氣成藏條件優(yōu)越。近幾年，在北東、北西向走滑斷裂上部署的鉆井在奧陶系測(cè)試多獲得了高產(chǎn)工業(yè)油氣流；同時(shí)，在上部碎屑巖層系也見(jiàn)到了良好的油氣顯示。如順北5-6井在志留系柯坪塔格組見(jiàn)油斑顯示，槽面針孔狀氣泡約占30%，油花占10%，見(jiàn)微量原油返出；順北評(píng)2H井、順北5-1X井在白堊系見(jiàn)到弱含氣顯示，對(duì)比系數(shù)達(dá)到137～313，槽面出現(xiàn)針尖狀氣泡。深入開(kāi)展縱向上這3個(gè)層系原油(油砂)的地球化學(xué)特征對(duì)比、劃分其成因類型，對(duì)于該區(qū)的油氣成藏研究具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順北油氣田主體位于順托果勒低隆起，東南部延伸至古城墟隆起的順南地區(qū)，東西兩側(cè)緊鄰滿加爾坳陷及阿瓦提坳陷，南北方向上與沙雅隆起和卡塔克隆起相接(圖1)。受控于塔里木盆地，尤其是沙雅隆起及卡塔克隆起2個(gè)構(gòu)造單元的區(qū)域構(gòu)造—沉積演化背景，順托果勒低隆起經(jīng)歷了多期復(fù)雜的沉積構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，為烴源巖、儲(chǔ)層、斷裂發(fā)育及油氣充注富集提供了有利的地質(zhì)條件[1]。

圖1 塔里木盆地順北油氣田構(gòu)造位置

在加里東早—中期的構(gòu)造擠壓背景下，順托果勒低隆起形成了多組北東和北西向的走滑斷裂帶，在后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中繼承性活動(dòng)、疊加改造，最終形成了一系列通源的走滑斷裂體系，對(duì)縱向上不同層系，特別是奧陶系碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體的發(fā)育以及油氣富集起著控制作用。目前，順北油氣田的勘探成果表明，在主干斷裂帶上，奧陶系儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)模大，油氣產(chǎn)能高，亦證實(shí)了走滑斷裂體系在研究區(qū)具有控儲(chǔ)、控藏、控富作用。

2 原油地球化學(xué)特征對(duì)比

2.1 飽和烴色譜特征

順北油氣田不同層系原油(油砂)的正構(gòu)烷烴系列分布特征整體相似，碳數(shù)分布在nC9-nC38，均呈單峰前峰型分布，色譜基線較平直，原油保存條件良好，OEP值在1.0左右，均為成熟原油；但主峰碳位置、輕重比(∑nC21-/∑nC22+)及姥植比(Pr/Ph)差異較大(表1)，反映了其母源類型、沉積環(huán)境及成熟度的差異[2-4]。其中，奧陶系原油主峰碳靠前，集中在nC11-nC15，∑nC21-/∑nC22+分布在2.94～6.96，平均值4.73，Pr/Ph多小于1，植烷優(yōu)勢(shì)明顯；志留系原油主峰碳在nC18，∑nC21-/∑nC22+為1.43，和奧陶系原油相比，其成熟度略低，Pr/Ph同樣表現(xiàn)為植烷優(yōu)勢(shì)；白堊系原油主峰碳在nC17和nC19，∑nC21-/∑nC22+為1.81～1.85，介于奧陶系和志留系原油之間。類異戊二烯烴中姥鮫烷優(yōu)勢(shì)明顯，Pr/Ph達(dá)到1.65～1.71，明顯不同于下伏層段中的原油，反映其油氣母源具有差異。

同時(shí)，利用原油類異戊二烯烴的Pr/Ph與D值(Ph/nC18-Pr/nC17)，可以很好地判別原油的沉積環(huán)境[5-6]。從圖2可以看出，奧陶系及志留系原油的Pr/Ph小于1.3，數(shù)據(jù)點(diǎn)集群性好，表明為同一來(lái)源的原油，屬于海相原油；而白堊系原油則落入陸相油區(qū)域。

表1 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油飽和烴色譜參數(shù)

圖2 塔里木盆地順北油氣田不同層系

2.2 生物標(biāo)志化合物

2.2.1 萜烷類特征

萜烷類化合物的分布與有機(jī)質(zhì)生源、沉積環(huán)境等密切相關(guān)[7]。前期的研究表明：塔北地區(qū)海相烴源巖和原油中C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢(shì)，含量高于C21三環(huán)萜烷，C21TT/C23TT小于1.0；而陸相烴源巖和原油中三環(huán)萜烷化合物含量低，以C21三環(huán)萜烷為主峰，C21TT/C23TT大于1.0[8-10]。同時(shí)，C24四環(huán)萜烷一般在陸相烴源巖或原油中豐度較高，也是陸相生源的一個(gè)重要指示化合物[11-12]。因此，可以用三環(huán)萜烷C21TT/C23TT比值與C24四環(huán)萜烷/(C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷)比值，來(lái)有效地區(qū)分海、陸相原油。

從不同層系的萜烷類質(zhì)量色譜圖(圖3)可以看出，奧陶系和志留系原油的分布特征相似，總體表現(xiàn)為三環(huán)萜烷和藿烷系列豐富，三環(huán)萜烷以C23為主峰，C21TT/C23TT值小于1.0，C24四環(huán)萜烷/(C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷)比值，即C24TeT/(C24TeT+C26TT)較低，分布在0.17～0.41，表明原油主要來(lái)自海相腐泥型母質(zhì)。但是兩者的Ts/(Ts+Tm)，即C27三降新藿烷/(C27三降新藿烷+C27三降藿烷)比值差異較大，奧陶系該值分布在0.49～0.78，平均0.61，志留系為0.38，反映了其成熟度的差異。白堊系油砂的萜烷化合物分布和奧陶系、志留系原油差別明顯，其三環(huán)萜烷豐度明顯偏低，C21三環(huán)萜烷占優(yōu)勢(shì)，C21TT/C23TT值大于1.0；C24TeT/(C24TeT+C26TT)高，為0.62～0.63；C30重排藿烷(C30DiaH)相對(duì)豐度高。研究表明，在氧化至亞氧化沉積環(huán)境和酸性介質(zhì)及黏土礦物催化作用下，細(xì)菌藿類先質(zhì)易于發(fā)生重排，形成重排藿烷[13-14]。因此，綜合判斷，順北油氣田白堊系為陸相原油(圖4)，與類異戊二烯烴判識(shí)的原油成因相同。

2.2.2 三芴系列分布

原油芳烴化合物中的芴(F)、硫芴(二苯并噻吩，SF)和氧芴(二苯并呋喃，OF)三芴系列的相對(duì)組成具有沉積環(huán)境指示意義[15-16]。通常陸相淡水烴源巖和原油中芴含量高，沼澤相煤和煤成油中氧芴含量高，鹽湖相、海相強(qiáng)還原環(huán)境烴源巖及原油中硫芴含量高。順北奧陶系及志留系原油三芴組成相似(圖5)，均表現(xiàn)為硫芴含量高(>60%)，氧芴含量極低(<2%)，顯示原油母質(zhì)主要是處于高鹽度或強(qiáng)還原環(huán)境，與海相強(qiáng)還原環(huán)境烴源巖有關(guān)。而白堊系油砂中硫芴含量降低，氧芴及芴含量增加，可能來(lái)自偏氧化環(huán)境下的陸相淡水烴源巖。

圖3 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油(油砂)萜烷類化合物分布

圖5 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油三芴組成

2.3 碳同位素組成特征

原油的碳同位素組成主要繼承其母源有機(jī)質(zhì)的組成。順北地區(qū)奧陶系及志留系原油全油碳同位素值分布于-31.4‰～-32.5‰，平均為-31.99‰，表現(xiàn)為海相原油特征(圖6)。白堊系油砂的碳同位素相對(duì)較重，介于-29.9‰～-31.1‰，與哈拉哈塘—英買力地區(qū)源自三疊系烴源巖的白堊系油砂碳同位素值相近[17]。

單體烴類碳同位素能從分子級(jí)別反映單個(gè)化合物的來(lái)源，較全油和族組分同位素有更明顯的優(yōu)越性。前人對(duì)原油飽和烴單體烴類碳同位素有了廣泛的研究，普遍認(rèn)為不同成因類型原油的正構(gòu)烷烴單體烴碳同位素值主要取決于母源的沉積環(huán)境與相關(guān)的生源輸入[18-19]。順北地區(qū)奧陶系和志留系原油的飽和烴單體烴碳同位素分布基本一致，曲線平穩(wěn)，碳同位素值較輕，均小于-33.0‰，反映兩者具有相同的母源。白堊系原油的單體碳同位素則明顯偏重，曲線呈鋸齒—下斜型分布(圖7)，表明其母源和下伏地層的原油母源明顯不同。

圖6 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油(油砂)及族組分碳同位素分布

圖7 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油飽和烴單體正構(gòu)烷烴碳同位素分布

3 成因分析

實(shí)鉆井及野外露頭資料分析表明，塔里木盆地寒武系玉爾吐斯組烴源巖的Pr/Ph多小于1，三環(huán)萜烷和藿烷系列豐富，C21TT/C23TT值小于1.0，且具有較低的C24四環(huán)萜烷(圖8)，干酪根碳同位素較輕，在-32‰～-35‰左右。順北油氣田奧陶系和志留系原油與玉爾吐斯組烴源巖地化特征相似，因此認(rèn)為其來(lái)自寒武系玉爾吐斯組烴源巖[1]。

前期研究證實(shí)，北部庫(kù)車坳陷的陸相原油可以長(zhǎng)距離運(yùn)移至哈拉哈塘熱瓦普地區(qū)的白堊系，因此其南部的順北油氣田亦有陸相油的可能性。庫(kù)車坳陷三疊系湖相泥巖的生標(biāo)特征表現(xiàn)為：Pr/Ph高，在1.5～3.56，三環(huán)萜烷豐度低，以C21三環(huán)萜烷為主峰，C24四環(huán)萜烷相對(duì)含量高[17，20]，與順北油氣田白堊系油砂特征一致，分析認(rèn)為順北地區(qū)的白堊系原油來(lái)自北部三疊系烴源巖。

綜上所述，順北油氣田奧陶系與志留系為同源不同期的海相油藏，志留系原油成熟度相對(duì)較低；而白堊系為陸相原油，這與區(qū)域上的構(gòu)造背景、烴源巖、斷裂演化等密切相關(guān)。加里東晚期—海西早期，烴源巖進(jìn)入生排烴期，大量的原油充注成藏。在活動(dòng)強(qiáng)烈、向上延伸至志留系的斷裂帶上，油氣整體充注，在奧陶系和志留系均有成藏；在海西早期構(gòu)造抬升剝蝕時(shí)被破壞、逸散，形成目前順北地區(qū)奧陶系及志留系普遍分布的瀝青；晚海西期，烴源巖持續(xù)生排烴，斷裂繼承性活動(dòng)，溝通了底部油源，油氣向上運(yùn)移，在奧陶系、志留系形成輕質(zhì)油藏(圖9)。喜馬拉雅期，烴源巖處于生凝析油氣階段[1]，但斷裂在本期整體活動(dòng)較弱，同時(shí)，上覆上奧陶統(tǒng)區(qū)域性泥巖蓋層厚度大，頂部封蓋性良好，油氣難以突破上覆厚層的泥巖進(jìn)入志留系，主要沿?cái)嗔言谙虏繆W陶系聚集成藏，造成奧陶系現(xiàn)今的原油成熟度相對(duì)志留系要高；燕山—喜馬拉雅期，塔北地區(qū)發(fā)生區(qū)域性的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，白堊系整體表現(xiàn)為北低南高的單斜構(gòu)造格局，為庫(kù)車坳陷陸相油氣自北向南運(yùn)移提供了有利基礎(chǔ)(圖9)。前期在哈拉哈塘及英買力南部白堊系已發(fā)現(xiàn)了大量來(lái)自北部庫(kù)車坳陷三疊系湖相烴源巖的油氣[17]，證實(shí)北部陸相油氣可以通過(guò)斷裂、不整合面及砂體等進(jìn)行長(zhǎng)距離的側(cè)向運(yùn)移至順北油氣田。

圖8 塔里木盆地寒武系玉爾吐斯組烴源巖萜烷類化合物分布

圖9 塔里木盆地順北油氣田油氣運(yùn)移成藏模式

4 結(jié)論

(1)順北油氣田奧陶系和志留系原油的地球化學(xué)特征相似，屬來(lái)自寒武系玉爾吐斯組烴源巖的海相油，但成熟度存在差異，奧陶系為高成熟油，志留系為成熟油。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析，兩者為同源但不同成藏期的油藏。

(2)順北油氣田白堊系的原油特征和奧陶系、志留系原油差別明顯，為陸相原油，具有較重的碳同位素值，可能為北部庫(kù)車坳陷三疊系烴源巖生成的湖相油。