鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)延長組長6、長7段原油地球化學(xué)特征及油源對比

黃彥杰，耿繼坤，白玉彬，3，孫兵華，黃 禮

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065；2.大慶油田有限責(zé)任公司 國際勘探開發(fā)公司，黑龍江 大慶 163000；3.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，西安 710065；4.延長油田股份有限公司 富縣采油廠，陜西 延安 716000)

鄂爾多斯盆地是我國第二大沉積盆地，蘊含著豐富的油氣資源。上三疊統(tǒng)延長組長6段和長7段致密油非常富集，主要分布于延長組沉積時期三角洲相分流河道砂體中，是鄂爾多斯盆地致密油主要勘探目標。鄂爾多斯盆地原油性質(zhì)及油源厘定研究一般認為，原油均來自于長7段及長9段烴源巖，其他層位泥頁巖生烴潛力較低，生油作用有限[1-4]。其中，多數(shù)研究集中于盆地中西部，而對盆地東南部富縣地區(qū)研究較為匱乏。

隨著鄂爾多斯盆地致密油勘探開發(fā)的不斷深入，富縣地區(qū)展示出了較大的勘探潛力。已有研究成果揭示，富縣地區(qū)延長組長2、長6、長7段原油，雖生標化合物顯示有不同成熟度，但均主要來自長7段烴源巖[5-7]。筆者根據(jù)最新的原油和烴源巖地球化學(xué)資料，對長6、長7段原油地球化學(xué)特征進行研究，并通過油源對比，明確原油來源。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

富縣地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部，面積約為350 km2(圖1)。長7段沉積時期為湖盆大面積發(fā)育的鼎盛時期，水體不斷加深，半深湖—深湖沉積大面積發(fā)育，水生生物及浮游生物大量繁盛，發(fā)育廣泛分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖。富縣地區(qū)位于沉積中心，普遍發(fā)育深湖—半深湖相泥頁巖，為延長組油氣藏的形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)[8](圖1)。長6段沉積時期發(fā)育主要受控于北東物源的大型曲流河三角洲沉積體系。研究區(qū)位于富縣三角洲前緣亞相，發(fā)育水下分流河道及水下分流間灣亞相[8]。

研究區(qū)發(fā)育長7段中下部的長73亞段富有機質(zhì)頁巖，其在測井曲線上表現(xiàn)出“高伽馬、低電位、高聲波時差和高電阻”的“三高一低”特征(圖2)。長7段上部的長71、長72亞段為半深湖—深湖亞相沉積，暗色泥巖發(fā)育，富有機質(zhì)泥頁巖與不含有機質(zhì)泥頁巖在測井曲線上較易區(qū)分。研究區(qū)長73亞段烴源巖厚度大，平均厚度45 m，分布面積廣。TOC含量平均為5.06%；氯仿瀝青“A”含量平均為0.41%；生烴潛量(S1+S2)平均為13.1 mg/g，干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型為主，生油能力強，鏡質(zhì)體反射率平均為0.76%，開始進入生油高峰[9]。

2 原油物性及族組成特征

長6、長7段原油物理性質(zhì)相似，為同類原油。原油顏色均以黃綠色為主；密度分布在0.835～0.857 g/cm3，平均為0.845 g/m3；動力黏度(50 ℃)為2.73～15.76mPa·s，平均為9.05mPa·s；凝固點為5～33 ℃，平均為15.45 ℃。原油整體具有低密度、低黏度、較低凝固點的“三低”特征，為輕質(zhì)原油。

圖2 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)典型井烴源巖電測曲線響應(yīng)Fig.2 Petrophysical logging curves of source rocks from typical wells in Fuxian area, Ordos Basin

烴源巖生油母質(zhì)類型及成因影響原油的族組成[10]。研究區(qū)長6、長7段原油族組分數(shù)據(jù)表顯示(表1)：飽和烴含量最高，質(zhì)量分數(shù)為53.04%～79.49%；芳烴質(zhì)量分數(shù)較低，為9.35%～16.22%；非烴及瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較低，分別為2.12%～8.26%及0.32%～19.16%；“飽芳比”較高，為4.33～6.51。反映原油為同類原油，生油母質(zhì)較好，成熟度較高，并且未經(jīng)歷生物降解作用。

3 原油生物標志化合物特征

3.1 原油飽和烴氣相色譜特征

研究區(qū)原油抽提物正構(gòu)烷烴分布基本一致，碳數(shù)分布表現(xiàn)為前單峰形態(tài)(圖3)，峰型完整，主峰碳基本為nC15，偏向低分子量烷烴，表明原油為同類原油且性質(zhì)較好，生油母質(zhì)是以藍綠藻為主的低等水生生物。CPI值與OEP值均接近，但不小于1，平均值分別為1.09和1.04，表現(xiàn)為奇偶均勢的特點，即原油處于成熟演化階段。nC21-/nC22+比值介于1.17～1.80，平均值為1.56，反映原油正構(gòu)烷烴為單峰形態(tài)，說明生油母質(zhì)以低等水生生物為主，有機質(zhì)類型好[11]。(nC21+nC22)/(nC28+nC29)比值分布在1.54～1.97，均值為1.76，說明低碳數(shù)鏈烷烴相對具有優(yōu)勢，反映原油油質(zhì)較輕，母質(zhì)沉積環(huán)境為還原環(huán)境，原油成熟度較高，達到成熟演化階段(表2)[12]。

表1 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長6、長7段原油族組分數(shù)據(jù)

原油姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)比值是指示生油巖母質(zhì)類型及沉積環(huán)境的良好參數(shù)之一[13]。強還原、高鹽環(huán)境沉積物中，植烷往往占據(jù)絕對優(yōu)勢，豐度高；在沼澤環(huán)境即氧化環(huán)境中，姥鮫烷往往具有較強優(yōu)勢[14]。研究區(qū)原油Pr/Ph值分布在0.87～1.38，平均為1.1，表現(xiàn)為姥植均勢，表明母質(zhì)來源于還原性淡水—微咸水沉積環(huán)境(表2)。原油中Pr/nC17值分布在0.19～0.42，平均為0.33；Ph/nC18值分布在0.14～0.49之間，平均為0.32，分布區(qū)間較窄(表2)。長6、長7段原油母源類型相似，以低等水生生物為主，并混有部分陸生植物來源，且成熟度較高(圖4)。

圖3 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)典型井長6、長7段原油飽和烴氣相色譜Fig.3 Gas chromatography of saturated hydrocarbons in Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

表2 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長6、長7段原油與烴源巖飽和烴色譜參數(shù)

圖4 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長6、長7段原油 Pr /nC17與Ph/nC18值相關(guān)圖Fig.4 Correlation between Pr/nC17 and Ph/nC18 values of Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

3.2 萜烷類化合物特征

原油樣品中萜烷系列豐度高、分布完整，主要以三環(huán)萜烷、藿烷類和伽馬蠟烷組成，整體呈現(xiàn)出藿烷類系列含量高，三環(huán)萜烷系列峰型較低，伽馬蠟烷值低的特征。藿烷中比較突出的峰型為C30-藿烷，其次為C27-三降藿烷，說明研究區(qū)長6段、長7段原油為同類原油，生油母質(zhì)類型主要以原核生物(細菌)等為主；三環(huán)萜烷類峰值較低說明原油生油母質(zhì)也含部分細菌和藍綠藻[14]。

研究區(qū)原油伽馬蠟烷指數(shù)分布在0.05～0.29，數(shù)值較低，說明原始有機質(zhì)為陸相沉積環(huán)境，沉積水體含鹽量較低[15]。Ts/Tm比值一般用來輔助判斷原油成熟度，成熟度越高比值越大[16]。研究區(qū)原油Ts/Tm值分布在1.95～5.90，平均3.86，說明原油已經(jīng)成熟。C31藿烷22S/(22S+22R) 值為 0.49～0.51，已接近平均值，也反映原油達成熟階段(表3)[17]。C29降藿烷含量與C30重排藿烷含量均較高，反映生油母質(zhì)含部分陸源有機質(zhì)貢獻，沉積環(huán)境為弱還原半深湖相[17-18]。

原油中四環(huán)萜烷和三環(huán)萜烷的含量是反映生油母源性質(zhì)的良好參數(shù)[18]。研究區(qū)原油C24四環(huán)萜烷/(C24四環(huán)萜烷+ C26三環(huán)萜烷)及C25三環(huán)萜烷/C24四環(huán)萜烷比值均小于1，說明生油母質(zhì)沉積環(huán)境為陸相沉積環(huán)境，且陸源有機質(zhì)貢獻較多；2個參數(shù)分布區(qū)間較窄，說明研究區(qū)原油來自于相同類型的生油母質(zhì)[19-20]。

3.3 甾烷類化合物特征

甾烷類化合物一般用于生油母質(zhì)類型的判別、母質(zhì)沉積環(huán)境的識別及成熟度的判斷[7]。一般情況下，C27甾烷通常來源于低等水生生物和藻類；C29甾烷主體以陸生高等植物來源為主，但也有硅藻及褐藻為C29甾烷母源的情況[21]。

研究區(qū)長6、長7段原油分布特征明顯，表現(xiàn)為同類原油，其中，重排甾烷豐度最高，其次為孕甾烷，升孕甾烷豐度較低。規(guī)則甾烷構(gòu)型均呈反“L”字形分布，表明原油生油母質(zhì)為陸相混合型母質(zhì)，以低等水生生物及浮游動物為主，也包括部分陸生高等植物。原油C29甾烷含量相對較高，除了部分陸生高等植物來源貢獻，也可能是生油母質(zhì)在排出油氣時，受黏土礦物酸性轉(zhuǎn)化的影響[18]。

甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)是指示原油成熟度及運移情況的良好生標參數(shù)，隨著成熟度的增加，二者數(shù)值逐漸萜烷；F.C31霍烷22S/(22R+22S)；G.αααC2920S/(20S+20R)；H.重排甾烷/規(guī)則甾烷；I.孕甾烷/規(guī)則甾烷；J.孕+升孕/規(guī)則甾烷增大，達到成熟階段的平衡值分別為0.52～0.55和0.67～0.71[22]。研究區(qū)長6、長7段原油αααC2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)均值分別為0.57和0.66，均接近平衡值，表現(xiàn)為成熟原油的特征(表3，圖5)[12]。

表3 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長6、長7段原油與烴源巖萜甾類化合物特征參數(shù)統(tǒng)計

注：A.20RC29αββ/(αββ+ααα)；B.Ts/Tm；C.伽馬蠟烷指數(shù)；D.C24四環(huán)萜烷/(C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷)；E.C25三環(huán)萜烷/C24四環(huán)

原油中重排甾烷和規(guī)則甾烷的比值通常作為原油成熟度的專屬參數(shù)來判別原油是否達到成熟[22]，研究區(qū)長6、長7段原油重排甾烷/規(guī)則甾烷值分布在0.24～0.31，表明已達到成熟階段，成熟度相似，為同類原油(表3)。

孕甾烷(C21)與升孕甾烷(C22)對原油生油母質(zhì)來源具有良好的專屬性，不僅能判斷其來源，還能指示其沉積環(huán)境，反映沉積水體含鹽量的高低[23]。研究區(qū)長6、長7段原油孕甾烷/規(guī)則甾烷比值分布在0.12～0.22，反映沉積水體含鹽量低；孕甾烷+升孕甾烷/規(guī)則甾烷比值分布在0.17～0.31，反映生油母質(zhì)主要以低等水生生物為主，部分含有高等植物，表現(xiàn)為混合型[22]。

圖5 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長6、長7段原油αααC2920S/(20S +20R)和C29ββ/(ββ+αα)相關(guān)圖Fig.5 Correlation between αααC2920S/(20S +20R) and C29ββ/(ββ+αα) of Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

4 油源對比

4.1 原油和烴源巖指紋譜圖對比

在原油與不同層位烴源巖生物標志化合物對比譜圖(圖6)中也可看出，研究區(qū)長6、長7段原油和長 73亞段烴源巖C30藿烷含量較高而C30重排藿烷含量均很低，長7段烴源巖C29Ts含量均比原油C29Ts含量高，可能是烴源巖在生成原油之后有部分酸性礦物轉(zhuǎn)化的結(jié)果。Tm含量較低且相對豐度接近。原油與烴源巖伽馬蠟烷含量基本相似。原油和長73亞段烴源巖與長71亞段暗色泥巖的C27、C28、C29甾烷分布特征明顯不同，表現(xiàn)為原油和長73亞段烴源巖的C27甾烷豐度相對較低，C29甾烷豐度明顯偏高(圖6)，而長71亞段暗色泥巖則表現(xiàn)為C27甾烷含量高，C29甾烷含量相對較低?？梢?，富縣地區(qū)長6、長7段原油與長73亞段烴源巖具有親緣關(guān)系，與長71亞段暗色泥巖親緣關(guān)系不明顯，推測原油主要來源于長73亞段烴源巖。

4.2 正構(gòu)烷烴特征對比

原油在運移及成藏過程中，由于地質(zhì)作用或地球化學(xué)作用導(dǎo)致其族組成發(fā)生變化，但生物標志物分布較為穩(wěn)定，因為其主要受生油母質(zhì)類型和沉積環(huán)境控制。因此，使用生物標志物指紋特征進行油源對比結(jié)果較為可靠[24]。從Pr/nC17、Ph/nC18相關(guān)圖上看，研究區(qū)原油投點與本區(qū)長73亞段烴源巖耦合程度高，投點相對集中；而與長71亞段暗色泥巖及志丹長73亞段烴源巖吻合性較差，表明研究區(qū)原油可能為本區(qū)長73亞段烴源巖貢獻，并沒有進行大規(guī)模長距離運移(圖7a)。

圖6 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長7段烴源巖(a，b)與長6、長7段原油(c，d)生標化合物對比Fig.6 Biomarkers of Chang 7 source rocks (a,b) and Chang 6 and Chang 7 crude oils (c,d) in Fuxian area, Ordos Basin

4.3 甾萜類生物標志物組合特征對比

根據(jù)Ts/Tm與αααC29S/(S+R)、αααC2920S/(20S+20R)與C29ββ/(ββ+αα)、重排甾烷/規(guī)則甾烷與C31霍烷22S/(22S+22R)的交會圖(圖7b-d)可以看出，長6、長7段原油數(shù)據(jù)點分布非常集中，表明其為單一性質(zhì)的原油。研究區(qū)長73亞段烴源巖與長6、長7段原油對比耦合程度較好，投點相對集中；而與長71亞段暗色泥巖及志丹地區(qū)長73亞段烴源巖差異較為明顯。分析認為，研究區(qū)長6、長7段原油為本區(qū)長73亞段烴源巖貢獻，而非長7段上部暗色泥巖；原油未進行長距離運移，并非來自志丹長73亞段烴源巖。

通過規(guī)則甾烷(C27-C28-C29αααR)圖版(圖8)可知，長6、長7段原油C29甾烷相對含量高，規(guī)則甾烷組成分布相對集中，投點密集，分布與長73亞段烴源巖規(guī)則甾烷投點類似，耦合程度好；而原油與長71亞段暗色泥巖吻合性差，投點相距較遠；與志丹長73亞段烴源巖差異也較為明顯。說明本區(qū)原油是本區(qū)長73亞段烴源巖成熟運聚的結(jié)果，與長71亞段暗色泥巖關(guān)系不大，并且與志丹烴源巖沒有明顯親緣關(guān)系，說明原油未進行大規(guī)模長距離運移。

5 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長6、長7段原油物理性質(zhì)與族組成相似，整體呈低密度、低黏度、較低凝固點的特征，表現(xiàn)為油質(zhì)輕、流動性好，屬于輕質(zhì)原油；具有飽和烴含量高，“飽芳比”高，芳烴、非烴和瀝青質(zhì)含量較低的特征。

(2)長6、長7段原油生物標志化合物特征相似，成熟度相近，均為成熟原油；生油母質(zhì)以低等水生生物來源為主，并有部分陸生植物來源；母源沉積環(huán)境為弱還原的淡水—微咸水陸相沉積環(huán)境。

圖7 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長6、長7段原油與長7段烴源巖及志丹地區(qū)長73亞段烴源巖生物標志化合物特征對比Fig.7 Biomarkers of Chang 6 and Chang 7 crude oils and Chang 7 source rocks in Fuxian area and Chang 73 source rocks in Zhidan area, Ordos Basin

圖8 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長6、長7段原油與長7段 烴源巖及志丹地區(qū)長3亞段烴源巖規(guī)則甾烷含量特征對比Fig.8 Regular sterane distributions of Chang 6 and Chang 7 crude oils and Chang 7 source rocks in Fuxian area and Chang 73 source rocks in Zhidan area, Ordos Basin

(3)富縣地區(qū)延長組長6、長7段原油主要為本地長73亞段烴源巖貢獻；長7段上部暗色泥巖雖然有輔助作用，但作用較??；與湖盆中心志丹地區(qū)長73亞段烴源巖對比差異明顯，沒有明顯親緣關(guān)系，說明原油未進行大規(guī)模長距離運移。