塔里木盆地順北地區(qū)白堊系原油成因類型與來源

吳 鮮，曹自成，路清華，洪才均

(1.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214126)

目前，塔里木盆地順北地區(qū)以奧陶系超深斷溶體油藏為主要勘探開發(fā)對象，但在以奧陶系為目的層的鉆井過程中，在白堊系獲得較好的油氣顯示，氣測組分齊全，部分井的巖心見到油斑顯示。其中，SHBP2H井和SHB5-1X井鉆至白堊系舒善河組(K1s)時，槽面出現(xiàn)占25%的針尖狀氣泡，SHB5-1X井在白堊系中途測試過程中獲得少量原油，測井解釋結論為油水同層。目前，順北地區(qū)針對白堊系地層研究甚少，SHB5-1X井測試獲得少量原油，表明該層系可能具備較好的油氣成藏條件，但順北白堊系原油與深部奧陶系原油的關系、原油成因類型、勘探潛力等需要深入研究。針對以上關鍵問題，本文通過研究順北白堊系原油有機地地球化學特征，系統(tǒng)開展了順北白堊系原油與庫車坳陷三疊系黃山街組烴源巖的油—源對比、并開展了與周緣塔河、英買、大宛齊地區(qū)白堊系原油的油—油對比研究，明確了順北白堊系原油的成因類型，以期為順北地區(qū)白堊系下一步的勘探潛力評價提供依據(jù)。

1 地質概況

順北地區(qū)位于塔里木盆地順托果勒低隆西北部、沙雅隆起的西南傾沒端，西跨阿瓦提坳陷東斜坡，東鄰滿加爾坳陷[1-2]，構造特征表現(xiàn)為北高南低、東高西低的斜坡形態(tài)，處于“左右逢源”的有利構造位置[3-4](圖1)。區(qū)內除侏羅系地層沉積缺失，白堊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系存在不同程度缺失外，其余地層均發(fā)育齊全。白堊系由下至上發(fā)育3套地層：舒善河組，厚度在350 m左右，巖性主要為粉砂—細粒砂巖和砂泥巖互層；巴西蓋組(K1b)，厚度在40 m左右，巖性為細粒砂巖與棕色泥巖、不等厚粉砂質泥巖；巴什基奇克組(K1bs)，厚度在450 m左右，上部為灰色、棕色細粒砂巖與棕褐色泥巖、粉砂質泥巖呈略等厚互層，下部為棕色細粒砂巖與棕褐色泥巖、粉砂質泥巖呈不等厚互層。

2 樣品與實驗

本次研究采集了白堊系油砂樣品和原油樣品及大量的順北奧陶系原油樣品。其中，白堊系油砂樣品來自SHBP2H井3 818 m舒善河組淺灰色油斑細粒巖屑石英砂巖巖心。原油樣品來自SHB5-1X井舒善河組中途測試獲得流動性較好的含水油樣。由于樣品含水量較高，按常規(guī)流程進行簡單前處理基本無法進行常規(guī)地球化學分析。通過氯仿反復萃取的方法進行了油水分離(含油水樣添加氯仿溶解→震蕩靜止→油水分離→離心蒸發(fā)→轉移干燥)，對獲得的產物進行后續(xù)的地球化學測試與分析，確保了原油樣品的純度和后續(xù)測試數(shù)據(jù)的可靠性。

實驗過程中，巖心樣品用索氏抽提法提取可溶有機質，與原油樣品共同開展相關的地球化學分析，主要包括飽和烴組分的氣相色譜儀(GC)和氣相色譜—質譜聯(lián)用儀(GC-MS)分析，芳香烴組分的氣相色譜—質譜聯(lián)用儀(GC-MS)分析，和全烴及其族組分的碳同位素分析。全部分析測試在中國石化油氣成藏重點實驗室完成。

圖1 塔里木盆地順北地區(qū)研究區(qū)構造位置及樣品分布Fig.1 Structural location and sample distribution of study area, Shunbei area, Tarim Basin

3 原油地球化學特征

3.1 原油物性與族組分特征

順北白堊系原油樣品由于含水量較高，未測出原油密度，地化分析原油提取過程中輕質組分散失嚴重，推測可能為輕質原油。順北地區(qū)東北邊的塔河地區(qū)白堊系原油密度分布在0.75～0.82 g/cm3，為凝析油和輕質油。順北地區(qū)北部庫車坳陷周緣的白堊系原油以凝析油和輕質油為主。

SHBP2H井白堊系油砂抽提原油族組分中，飽和烴含量72.77%，芳香烴含量16.31%，瀝青質含量6.15%，飽芳比為4，飽和烴占絕對優(yōu)勢；塔河地區(qū)白堊系原油飽和烴含量分布在72.52%～96.61%，芳香烴3.10%～17.57%，瀝青質含量0～6.15%；順北奧陶系原油飽和烴含量分布在71.93%～82.07%，芳烴含量7.35%～18.47%，瀝青質含量0.80%～9.71%(表1)。

3.2 原油氣相色譜特征

3.2.1 正構烷烴

順北地區(qū)白堊系原油飽和烴色譜均為單峰前峰型，正構烷烴系列保存完整，碳數(shù)分布在nC13～nC36，主峰碳分布在nC17～nC19(圖2)。譜圖基線平穩(wěn)，未見明顯的“鼓包”，∑C21-/∑C22+比值分布在1.81～1.85，輕質組分占明顯優(yōu)勢，表明原油保存條件良好，未經(jīng)歷后期生物降解和破壞作用。奇偶優(yōu)勢比(OEP)分布在1.013～1.025，非常接近于平衡值1，反映奇偶碳優(yōu)勢非常微弱，指示原油處于成熟—高成熟演化階段。

3.2.2 植烷系列

原油中類異戊二烯烷烴是反映烴源巖有機相特征的一個重要參數(shù)，同時也受成熟度的影響，可以側面反映烴源巖演化程度，其中，姥植比(Pr/Ph)可以有效地反映生源沉積環(huán)境的氧化還原性，是確定原油成因的重要參數(shù)之一[5-6]。順北白堊系原油飽和烴中，Pr/nC17分布在0.185～0.207，Ph/nC18分布在0.111～0.126，姥鮫烷與植烷的比值(Pr/Ph)分布在1.65～1.71，姥鮫烷占明顯優(yōu)勢，指示原油生烴母質沉積環(huán)境為弱還原環(huán)境。通過Pr/nC17—Ph/nC18圖版(圖3)可見順北白堊系原油與塔里木盆地北部的大澇壩地區(qū)白堊系原油具有相同的母質類型——腐殖型干酪根，明顯區(qū)別于順北、塔河奧陶系原油和塔河白堊系原油的藻類干酪根類型，指示順北白堊系原油可能與奧陶系海相原油不同源。

3.3 原油碳同位素特征

烴類的碳同位素組成繼承其母源有機質，但該參數(shù)也受到成熟度差異的影響[5]。順北地區(qū)白堊系原油碳同位素為-31.0‰，相對順北深部奧陶系原油同位素(-32.1‰～-32.6‰)更重，與英買地區(qū)YM9井白堊系原油同位素(-31.2‰)具有較好的可比性。塔河西部地區(qū)的TP28XCX、T759-1井區(qū)白堊系原油同位素分布在-30.8‰～-31.8‰，由于原油類型為凝析油，測得原油同位素相對順北地區(qū)奧陶系原油較重。

圖2 塔里木盆地SHB5-1X白堊系原油飽和烴色譜Fig.2 Saturated hydrocarbon chromatogram of Cretaceous crude oil from well SHB5-1X, Tarim Basin

表1 塔里木盆地順北及周緣地區(qū)白堊系、奧陶系原油性質統(tǒng)計

圖3 塔里木盆地不同層系原油母質類型識別圖版Fig.3 Identification of crude oil parent material types in different layers, Tarim Basin

3.4 原油生標特征

3.4.1 甾烷系列化合物

C27甾烷通常來源于低等水生生物和藻類，C29甾烷可以來源于藻類和陸源高等植物。C27、C28、C29甾烷的分布形式往往反映其生源特征，通常情況下，陸源高等植物有機質具有較高豐度的C29甾烷[7-8]。順北白堊系原油和油砂生標檢測到C27、C28、C29規(guī)則甾烷的ααα20R構型組成占比分別為23.3%、17.2%、59.5%和32.5%、23.3%、44.2%，均表現(xiàn)為C27規(guī)則甾烷含量較低，C29規(guī)則甾烷占絕對優(yōu)勢，呈現(xiàn)不對稱的“V”字形分布，指示屬于藻類和高等植物的雙重生源特征(圖4)。

3.4.2 三環(huán)萜烷

萜烷系列化合物是識別原油生源類型的一個重要參數(shù)。目前，普遍認為海相烴源巖含有大量水生藻類有機質，陸相烴源巖則富含二萜類先質的陸源高等植物，表現(xiàn)在海相原油三環(huán)萜烷以碳數(shù)C23TT占優(yōu)勢，含量上高于C21TT，而陸相烴源巖富含高等植物生源的有機質，三環(huán)萜烷中以低碳數(shù)的C19TT、C21TT化合物占優(yōu)勢，以C21TT化合物為主峰[9](圖5)。順北白堊系原油和油砂中檢測到的三環(huán)萜烷化合物中均以C21TT為主峰，其中C21TT/C23TT分別為1.27和1.33(表2)，指示原油屬于高等植物生源的有機質類型，以陸相輸入為主。

3.4.3 藿烷、伽馬蠟烷化合物

霍烷系列是常見的生物標志化合物，可以有效地指示烴源巖的沉積環(huán)境、母質輸入以及熱演化程度[10]。順北白堊系原油和油砂的生物標志化合物m/z191圖譜表現(xiàn)為藿烷(五環(huán)萜)類化合物占明顯優(yōu)勢的特征(圖5)，其中，藿烷類化合物占總峰面積的75.60%～78.88%，三環(huán)萜烷類占比為10.69%～12.70%，伽馬蠟烷占比2.8%～5.0%，莫烷類化合物占比5.00%～5.77%(表2)。高含量的藿烷含量和伽馬蠟烷指示順北白堊系原油來源于偏咸水的陸相沉積環(huán)境。

3.5 原油芳烴特征

芳烴組分中三芴系列化合物(硫芴SF—二苯并噻吩，氧芴OF—二苯并呋喃，芴—吡咯類化合物)被認為是烴源巖沉積環(huán)境的良好指標[9-10]。順北白堊系原油芳烴化合物組成中，菲系列化物含量占比63.9%，其次是萘系列化合物，占比9.6%。其中“三芴”系列化合物中，硫芴占比41.43%，氧芴占比16.51%，芴占比42.07%，高硫芴、高芴，較低氧芴，指示原油形成于偏弱還原、半咸水的沉積環(huán)境。

圖4 塔里木盆地順北白堊系原油和油砂樣品m/z 217生標圖譜Fig.4 m/z 217 biomarkers of Cretaceous crude oils and oil sands in Shunbei area, Tarim Basin

圖5 塔里木盆地順北及周緣白堊系、奧陶系原油生物標志化合物m/z 191生標圖譜Fig.5 m/z 191 biomarkers of Cretaceous and Ordovician crude oils in Shunbei and adjacent areas, Tarim Basin

表2 塔里木盆地順北地區(qū)及周緣白堊系、奧陶系原油地化指標對比

注：a,b,c分別為aaaC27-20R、aaaC28-20R、aaaC29-20R規(guī)則甾烷；d.C21TT/C23TT；e.∑萜烷/∑甾烷；f.∑三環(huán)萜烷/∑霍烷；g.伽馬蠟烷含量；h.三芳甾烷含量

三芳甾烷通常被認為是單芳甾烷在地層深度受熱后芳構化的產物，其分布特征主要受到沉積環(huán)境、成熟度的影響、在咸水或者半咸水環(huán)境中形成的有機質中三芳甾烷含量較高，芳烴化合物中的豐富的三芳甾烷化合物可以作為陸源輸入的一個指標[11-12]。順北白堊系原油中三芳甾烷化合物的含量明顯高于順北深部的奧陶系原油。其中，順北白堊系原油和油砂芳烴中均檢測到三芳甾烷化合物，含量在1.9%～2.6%，而順北深部的奧陶系原油中很少檢測到這種化合物，表明順北白堊系與深部奧陶系原油來源于不同的油源。

4 油氣成因

原油全油碳同位素、飽和烴色譜、生物標志化合物對比分析表明，順北白堊系原油地化特征與順北深部奧陶系海相原油具有明顯的差異。順北白堊系原油Pr/Ph分布在1.65～1.71， C21TT/C23TT>1，m/z191生標圖譜中藿烷系列化合物占明顯優(yōu)勢，∑三環(huán)萜烷/∑藿烷<1，檢測到較高豐度的伽馬蠟烷和三芳甾烷化合物，均指示為陸相油氣成因類型。

順北白堊系原油與周緣白堊系原油和深部奧陶系原油對比結果表明，順北白堊系原油與奧陶系原油和塔河白堊系原油成因不同，與英買、大宛齊地區(qū)的白堊系原油具有非常好的親源性。其中，塔河T759-1、TP28XCX井區(qū)白堊系原油C21TT/C23TT<1,三環(huán)萜烷/藿烷>1，Pr/Ph分布在1.24～1.33，指示為海相原油輸入為主的海陸混合原油。以YM9井為代表的英買地區(qū)白堊系原油C21TT/C23TT>1，∑三環(huán)萜烷/∑藿烷<1，Pr/Ph=2.5，為陸相成因類型。順北白堊系原油和油砂C21TT/C23TT>1,∑三環(huán)萜烷/∑藿烷<1，Pr/Ph分布在1.65～1.71，指示為陸相原油成因類型(表2)。通過Pr/Ph、三環(huán)萜烷識別原油類型圖版也有效識別出順北、英買、熱普、大澇壩地區(qū)的白堊系原油均為陸相原油(圖6)。

5 油氣來源

通過油—油、油—源生物標志化合物m/z191圖譜(圖5)對比表明：順北、YM9、DB1井白堊系原油和庫車河三疊系黃山街組暗色泥巖烴源巖m/z191圖譜形態(tài)非常類似，均是藿烷含量占優(yōu)勢，以C30藿烷為主峰，識別出含量較高的伽馬蠟烷化合物，指示具有較好的親源性。而順北奧陶系原油和塔河白堊系原油m/z191圖譜則明顯不同：三環(huán)萜烷化合物為主，C22TT為主峰，C30藿烷含量相對較低，均未識別出伽馬蠟烷化合物。因此，基本可以明確順北白堊系原油與順北深部奧陶系原油和塔河白堊系原油屬于不同成因類型和來源。順北白堊系原油與庫車坳陷周緣的大宛齊、英買地區(qū)白堊系原油同源，油源均為來自庫車坳陷三疊系黃山街組泥質烴源巖。

6 結論

(1)順北白堊系原油飽和烴色譜為單峰前峰型，正構烷烴系列保存完整，譜圖基線平穩(wěn)，未見明顯的“鼓包”。原油姥鮫烷與植烷的比值(Pr/Ph)分布在1.65～1.71，C21TT/C23TT>1，m/z191生標圖譜中藿烷系列化合物占明顯優(yōu)勢，∑三環(huán)萜烷/∑藿烷<1，檢測到豐富的伽馬蠟烷和三芳甾烷化合物，屬于陸相成因類型。

(2)順北白堊系原油與順北深部奧陶系原油和塔河白堊系原油成因不同。順北白堊系原油與北部庫車坳陷周緣的英買、大宛齊、大澇壩白堊系原油、庫車河三疊系黃山街組泥巖烴源巖具有較好親源性，油源來自庫車坳陷三疊系黃山街組泥質烴源巖。

圖6 塔里木盆地順北白堊系Pr/Ph、三環(huán)萜烷識別原油類型圖版Fig.6 Crude oil types identified by Pr/Ph and tricyclic terpanes of Cretaceous, Shunbei area, Tarim Basin

圖7 塔里木盆地順北白堊系原油成藏模式示意Fig.7 Accumulation model of Cretaceous oil in Shunbei area, Tarim Basin