車排子凸起西翼輕質(zhì)原油來(lái)源分析

王千軍，陳 林，曹忠祥，張?jiān)混o，商豐凱，任新成

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東東營(yíng) 257015；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東東營(yíng) 257001）

車排子凸起的油氣勘探開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，最初主要是勘探來(lái)自昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的稠油。2000年之后，中國(guó)石化在排2等井區(qū)的淺層（新近系沙灣組二段）發(fā)現(xiàn)了輕質(zhì)油油藏［1-2］，隨后又在春22等井區(qū)沙灣組一段、蘇1等井區(qū)古近系、蘇3井區(qū)白堊系、春29井區(qū)侏羅系以及蘇13井區(qū)石炭系等多個(gè)層系相繼發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)油流。前期研究多認(rèn)為這些輕質(zhì)原油主要來(lái)自于四棵樹(shù)凹陷侏羅系烴源巖［1，3-6］，主要依據(jù)有2個(gè)：①四棵樹(shù)凹陷雖然發(fā)育侏羅系和古近系2套相對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖，但從成熟度上來(lái)看，侏羅系烴源巖埋藏深，成熟度高，已經(jīng)達(dá)到大量生排烴階段［7-8］，而古近系烴源巖雖然品質(zhì)較好，但是埋藏較淺，熱演化程度偏低［8］，難以大量生排烴，因此前期一直認(rèn)為古近系生成的低熟原油可能僅分布在四棵樹(shù)凹陷南緣山前等古近系烴源巖深埋區(qū)的周緣［9-10］，而難以遠(yuǎn)距離運(yùn)移到北部的車排子凸起區(qū)；②對(duì)已發(fā)現(xiàn)油藏進(jìn)行精細(xì)油源對(duì)比發(fā)現(xiàn)，車排子凸起西翼的輕質(zhì)油與昌吉凹陷二疊系烴源巖生成的原油具有顯著差異［2］，例如二疊系烴源巖及原油在甾烷分布特征（m/z=217譜圖）上表現(xiàn)為C28含量相對(duì)較高，而前期發(fā)現(xiàn)的車排子凸起西翼的輕質(zhì)油具有C28含量明顯較低的特征。因此前期一直認(rèn)為車排子凸起西翼各個(gè)層系的輕質(zhì)油主要來(lái)自四棵樹(shù)凹陷侏羅系八道灣組烴源巖。但是隨著勘探的逐漸推進(jìn)，綜合研究發(fā)現(xiàn)，車排子凸起西翼發(fā)現(xiàn)的輕質(zhì)油油藏其生油母質(zhì)的形成環(huán)境存在較大差異，按地化特征可分為2類，其中一類與侏羅系烴源巖具有較好的母源關(guān)系，表現(xiàn)為其生油母質(zhì)形成于弱氧化-弱還原淡水湖沼環(huán)境中、具有高等植物來(lái)源的成熟原油特征；而另一類原油則與侏羅系烴源巖特征具有較大差異，表現(xiàn)為其生油母質(zhì)形成于強(qiáng)還原的半咸水深湖相環(huán)境中，具有浮游藻類來(lái)源的低成熟-成熟原油特征。因此有必要進(jìn)一步細(xì)化車排子凸起西翼不同層系油藏的油氣來(lái)源，為深化該區(qū)油氣成藏規(guī)律以及優(yōu)選有利勘探方向等提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

車排子凸起構(gòu)造上屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起區(qū)，其西北側(cè)為扎伊爾山，東部以紅車斷階帶為分界與昌吉凹陷相連，南部以艾卡、艾卡西斷裂帶為分界與四棵樹(shù)凹陷相接［11］。其平面形態(tài)呈倒三角形，主體走向?yàn)楸蔽?南東向，在西北部扎伊爾山前隆起最高，向東、向南隆起幅度逐漸降低，東南部在奎屯至安集海一帶逐漸隱伏消失（圖1）。由于車排子凸起緊鄰昌吉、四棵樹(shù)2個(gè)生烴凹陷，且自晚海西期以來(lái)，長(zhǎng)期保持正向構(gòu)造形態(tài)［12］，因此處于非常有利的油氣聚集構(gòu)造部位［13］，是準(zhǔn)噶爾盆地油氣最為富集的區(qū)帶之一［14-15］。目前中國(guó)石油、中國(guó)石化已經(jīng)在車排子凸起東、西兩翼及其周緣發(fā)現(xiàn)紅山嘴、春風(fēng)、春光、車排子、卡因迪克、獨(dú)山子等一系列油田。研究區(qū)位于車排子凸起西翼的中國(guó)石化探區(qū)（圖1），目前已經(jīng)在石炭系、侏羅系、白堊系、古近系及新近系沙灣組（N1s）等多套層系中鉆遇油層，展現(xiàn)了多層系立體含油特征，具有良好的勘探前景。

由于車排子凸起是一個(gè)繼承性隆起，多期次構(gòu)造升降活動(dòng)造成該區(qū)地層以超覆和削截為主。根據(jù)鉆井顯示，該區(qū)地層超剝復(fù)雜，展布不均衡，自下而上依次發(fā)育石炭系（C）、侏羅系（八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）、西山窯組（J2x）、頭屯河組（J2t））、白堊系（K）、古近系（紫泥泉子組（E1-2z）、安集海河組（E2-3a））、新近系（N）及第四系（Q），其中J，K，E分布相對(duì)局限，C，N及Q全區(qū)廣泛分布。

2 原油地球化學(xué)特征及分類

2.1 原油物性及族組分特征

原油的物性和族組分反映其成分構(gòu)成，受原油的母質(zhì)類型、成熟度、運(yùn)移分餾作用以及成藏后的次生變化等多種因素的綜合影響。車排子凸起西翼不同層系的輕質(zhì)油在密度及黏度上較為相似，密度為0.80～0.84 g/cm3（20 ℃），黏度為1.39～5.35 mPa·s（50 ℃），而原油族組分具有一定差異。從飽和烴含量來(lái)看，春29井侏羅系原油的飽和烴含量較高，達(dá)到92.00%，而春33井沙灣組原油飽和烴含量相對(duì)較低，僅為58.69%，其余各井區(qū)相差不大，介于73.04%～80.17%；從芳烴含量來(lái)看，不同層系的原油差異較明顯，新近系沙灣組原油芳烴含量相對(duì)較高，為14.56%～20.66%，而石炭系、侏羅系原油芳烴含量相對(duì)較低，僅為2.14%～5.22%；而非烴+瀝青質(zhì)含量相差不大，為2.01%～5.86%（表1）。

2.2 生物標(biāo)志化合物特征

生物標(biāo)志化合物直接來(lái)源于活的生物體，在其熱演化和成巖演化的過(guò)程中，由于具有一定的穩(wěn)定性，仍然保存了原始的碳骨架結(jié)構(gòu)和部分化學(xué)組分，因此對(duì)有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境、母源特征及其演化等的認(rèn)識(shí)具有重要的指示意義，也是研究油源對(duì)比、油氣運(yùn)移等不可或缺的重要手段之一。綜合研究區(qū)生物標(biāo)志化合物特征分析來(lái)看，車排子凸起西翼石炭系、侏羅系、白堊系、古近系等層系的原油特征較為相似，將其定義為Ⅰ類原油，沙灣組原油與其他層系的原油具有顯著的差異性，將其定義為Ⅱ類原油。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地西緣區(qū)域構(gòu)造劃分Fig.1 Structural division of western margin of Junggar Basin

表1 車排子凸起西翼中國(guó)石化探區(qū)輕質(zhì)油物性及族組分特征Table1 Physical properties and group composition characteristics of light oil in Sinopec exploration area of western wing of Chepaizi Uplift

2.2.1 甾、萜烷分布特征

原油中甾烷和萜烷分別反映真核生物（如高等植物、藻類）和原核生物（如細(xì)菌）的輸入情況，烴源巖及原油中的甾、萜烷的組成與分布特征可較好的反映其形成時(shí)的沉積環(huán)境、生油母質(zhì)的來(lái)源、熱演化程度以及生物降解等信息，目前是原油類型劃分和油源對(duì)比的重要依據(jù)之一［16］。C27甾烷主要來(lái)源于藻類有機(jī)體，C28甾烷主要來(lái)源于硅藻，而C29甾烷既可來(lái)源于藻類，又可來(lái)源于高等植物，因此煤系地層中C29甾烷常常占優(yōu)勢(shì)；而三環(huán)萜烷系列化合物是飽和烴組分的重要組成部分，主要碳數(shù)為C19—C29，其中煤系烴源巖中富含C19三環(huán)萜烷，而C23及以上碳數(shù)的三環(huán)萜烷含量則極低。此外，伽馬蠟烷常作為高鹽度、還原沉積環(huán)境的標(biāo)志性化合物，豐富的伽馬蠟烷在原油中存在則指示有機(jī)質(zhì)沉積時(shí)的強(qiáng)還原、超鹽度條件。如伽馬蠟烷指數(shù)（伽馬蠟烷/C30藿烷）≥0.6代表了咸水、強(qiáng)還原環(huán)境，介于0.25～0.6代表了半咸水、還原沉積環(huán)境，＜0.25則代表了淡水、弱還原沉積環(huán)境。

從研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)原油的甾烷分布（m/z=217譜圖）來(lái)看，Ⅰ類原油的C27，C28較低，C29較高，且C27低于C28，C27，C28，C29整體呈反“L”型；而Ⅱ類原油則具有C27，C29相對(duì)較高，而C28相對(duì)較低的特征，C27，C28，C29整體呈“V”型（圖2），表明Ⅱ類原油的生油母質(zhì)中浮游藻類的含量明顯高于Ⅰ類原油。

從萜烷特征（m/z=191譜圖）來(lái)看，Ⅰ類原油中三環(huán)萜烷C19最高，且C19，C20，C21呈下降型分布，C19/C21值較高，一般大于4（圖3），高含量的C19三環(huán)萜烷代表生油母質(zhì)以高等植物為主；而Ⅱ類原油三環(huán)萜烷中的C19含量則較低，且C19，C20，C21多呈上升型分布（圖2），C19/C21值則較小，一般小于2（圖3a），此外，從伽馬蠟烷含量來(lái)看，Ⅰ類原油明顯低于Ⅱ類原油（圖2），通過(guò)伽馬蠟烷指數(shù)計(jì)算可見(jiàn)，Ⅰ類原油伽馬蠟烷指數(shù)較低，為0.05～0.16，而Ⅱ類原油則相對(duì)較高，可達(dá)0.28～0.34，這一特征與獨(dú)山子已發(fā)現(xiàn)的N1s原油具有較大相似性（圖3b）。上述分析表明，Ⅰ類原油生油母質(zhì)形成環(huán)境應(yīng)以淡水弱還原為主，其有機(jī)質(zhì)來(lái)源以高等植物為主，而Ⅱ類原油生油母質(zhì)形成環(huán)境應(yīng)為半咸水-還原環(huán)境，其有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為浮游藻類，即2類原油的生油母質(zhì)在形成環(huán)境和有機(jī)質(zhì)來(lái)源方面具有顯著差異。

對(duì)四棵樹(shù)凹陷J1b烴源巖以及E2-3a烴源巖的色譜和質(zhì)譜特征分析發(fā)現(xiàn)，J1b煤系烴源巖三環(huán)萜烷C21含量較低，甾烷C27，C28，C29呈反“L”型，伽馬蠟烷含量較低，與Ⅰ類原油具有較好的母源關(guān)系；而E2-3a深湖相烴源巖三環(huán)萜烷C21含量較高，甾烷C27，C28，C29呈“V”字形，伽馬蠟烷含量高，與Ⅱ類原油具有較好的母源關(guān)系。

2.2.2 類異戊二烯烷烴分布特征

原油中最為常見(jiàn)并且具有較高豐度的為C14—C20類異戊二烯烷烴，而最常用的為姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph），它們?cè)醋匀~綠素A的植醇側(cè)鏈。姥鮫烷和植烷的含量變化常用來(lái)反映生油母質(zhì)沉積時(shí)的氧化還原環(huán)境，而姥植比（Pr/Ph）是目前較常用的標(biāo)志古環(huán)境的指標(biāo)之一［17-18］。如Pr/Ph＜0.6代表了缺氧、超鹽度的沉積環(huán)境，Pr/Ph＞3則代表了氧化環(huán)境、并有陸源有機(jī)質(zhì)輸入的特征。煤或煤系烴源巖來(lái)源的原油Pr/Ph值一般大于2.8。

Ⅰ類原油Pr/Ph值相對(duì)較大，一般為2～4（圖3c），反映了弱氧化-弱還原的淡水湖沼相煤系烴源巖的母源特征，而Ⅱ類原油Pr/Ph值相對(duì)較小，一般為1～2.5，反映了強(qiáng)還原的微咸水深湖相烴源巖的母源特征。

2.3 其他地化特征

2.3.1 原油碳同位素特征

同一凹陷不同層系烴源巖由于形成時(shí)間、形成環(huán)境以及生油母質(zhì)可能存在一定差異，其有機(jī)質(zhì)碳同位素可能具有差異性，因此可利用碳同位素對(duì)不同來(lái)源的油氣進(jìn)行厘定。從不同井區(qū)不同層系原油的碳同位素測(cè)試結(jié)果來(lái)看，2類原油碳同位素具有較為明顯的差異性，Ⅰ類原油的δ13C值為-26.5‰～-25‰，而Ⅱ類原油的為-30‰～-27‰，即Ⅱ類原油的δ13C輕于Ⅰ類原油（圖3d）。

2.3.2 原油成熟度

同一凹陷不同層系烴源巖由于埋深存在差異，熱演化程度具有一定差異，因此開(kāi)展原油的成熟度研究對(duì)于油源對(duì)比具有一定的指導(dǎo)意義。甾烷和萜烷的異構(gòu)化?？煞从吃偷某墒於忍卣鳎Ｓ玫膮?shù)主要有甾烷的20S/（20S+20R），ββ/（αα＋ββ），升藿烷的22S/（22S+22R）、三環(huán)萜烷／藿烷和Ts／（Ts+Tm）等［19］。Ⅰ類原油C29ββ/（αα ＋ββ）值為0.5～0.6，C2920S/（20S+20R）值為0.4～0.5，以成熟原油為主；Ⅱ類原油C29ββ/（αα＋ββ）值主要為0.25～0.53，C2920S/（20S+20R）值為0.2～0.4，具有低成熟-成熟原油的特征，整體以低成熟原油為主（圖4）。

2.4 不同來(lái)源原油綜合判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)

綜上分析，建立了車排子凸起西翼2類輕質(zhì)原油的綜合判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)（表2）：Ⅰ類原油主要分布于車排子凸起C，J，K，E1-2z以及四棵樹(shù)凹陷卡因迪克油田J2t、西湖背斜J2t、高泉背斜高探1井K1q等層段，與四棵樹(shù)凹陷J1b煤系烴源巖具有較好母源關(guān)系［20-22］；而Ⅱ類原油主要分布于車排子凸起西翼N1s、四棵樹(shù)凹陷獨(dú)山子油田N1s以及高泉構(gòu)造帶E2-3a等，與四棵樹(shù)凹陷E2-3a烴源巖具有較好母源關(guān)系［9，23］。

3 研究意義

通過(guò)精細(xì)油源對(duì)比，明確了車排子凸起西翼N1s輕質(zhì)油主要來(lái)自E2-3a烴源巖，而C，J，K油氣主要來(lái)自J1b烴源巖。這2套烴源巖生成的油氣均已發(fā)生了長(zhǎng)距離運(yùn)移，且不同層系烴源巖生成的油氣在垂向上的聚集層系具有顯著差異，主要表現(xiàn)為J1b烴源巖生成的油氣主要分布于中-下成藏組合（C-E1-2），而E2-3a烴源巖生成的油氣主要分布于中-上成藏組合（E2-3-N），通過(guò)明確不同層系的油氣來(lái)源，進(jìn)一步明確四棵樹(shù)凹陷雙油源供烴的油氣輸導(dǎo)格架和成藏模式（圖5）。

圖2 四棵樹(shù)凹陷周緣不同層系原油及烴源巖色譜質(zhì)譜特征Fig.2 Characteristics of crude oil and source rock GC-MS of different strata in Sikeshu area

圖3 四棵樹(shù)凹陷周緣不同井區(qū)不同層系原油生物標(biāo)志化合物特征Fig.3 Crude oil Pr/Ph histogram of different strata and regions in Sikeshu area

圖4 四棵樹(shù)凹陷周緣不同層系油氣成熟度判識(shí)Fig.4 Maturity identification chart of crude oil in different strata in Sikeshu area

根據(jù)目前綜合石油地質(zhì)特征來(lái)看，南部山前帶緊鄰J1b和E2-3a這2套烴源巖的生烴中心（圖5），前期該區(qū)主力勘探層系為中-下成藏組合，由于埋藏深度較大（一般大于5 000 m），受經(jīng)濟(jì)條件、儲(chǔ)層條件以及鉆井工藝等限制，勘探一直未能有效展開(kāi)，而E2-3a有效烴源巖的發(fā)現(xiàn)，展現(xiàn)了該區(qū)淺層（中-上成藏組合）也可作為重要勘探層系，因此，通過(guò)上、下多層系立體勘探，可大大降低南部山前的鉆探風(fēng)險(xiǎn)，有望進(jìn)一步推動(dòng)該區(qū)的勘探進(jìn)程。

4 結(jié)論

車排子凸起西翼中國(guó)石化探區(qū)已發(fā)現(xiàn)的輕質(zhì)原油按地化特征及來(lái)源可分為2種類型，其中Ⅰ類原油在層系上主要分布于C，J，K，E1-2，具有規(guī)則甾烷C27，C28，C29呈反“L”型、伽馬蠟烷含量低，Pr/Ph值較大、原油碳同位素較重、原油成熟度相對(duì)較高的特征，為弱氧化-弱還原淡水湖沼環(huán)境下形成的具有高等植物來(lái)源特征的成熟原油，主要來(lái)自四棵樹(shù)凹陷J1b煤系烴源巖；而Ⅱ類原油在層系上主要分布于N1s和E2-3，具有規(guī)則甾烷C27，C28，C29呈“V”型、伽馬蠟烷含量相對(duì)較高，Pr/Ph值較小、原油碳同位素較輕、原油成熟度相對(duì)較低的特征，為強(qiáng)還原、半咸水、深湖相環(huán)境下形成的具有浮游藻類來(lái)源特征的低成熟-成熟原油，主要來(lái)自E2-3a烴源巖。

表2 四棵樹(shù)凹陷周緣不同來(lái)源原油綜合判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)Table2 Comprehensive identification standard of different sources crude oil in Sikeshu area

圖5 四棵樹(shù)凹陷近南北向油氣成藏模式（導(dǎo)航見(jiàn)圖1）Fig.5 Near N-S hydrocarbon accumulation model in Sikeshu Sag（navigation is shown in Fig.1）

古近系烴源巖生成的油氣已經(jīng)運(yùn)移到車排子凸起區(qū)，表明該套烴源巖已經(jīng)發(fā)生一定規(guī)模的生排烴，通過(guò)落實(shí)該層系烴源巖的生烴資源量，可進(jìn)一步提升四棵樹(shù)凹陷及其周緣的勘探價(jià)值，同時(shí)該烴源巖的發(fā)現(xiàn)有望推動(dòng)南緣山前的勘探進(jìn)程。

四棵樹(shù)凹陷J1b和E2-3a這2套烴源巖生成的油氣均發(fā)生了長(zhǎng)距離運(yùn)移，且不同烴源巖生成的油氣在垂向上的富集層系具有顯著差異性，如下部J1b烴源巖生成的油氣主要聚集在中-下成藏組合（CE1-2）的圈閉中，而上部E2-3a烴源巖生成的油氣則主要聚集于中-上成藏組合（E2-3-N）的圈閉中，該認(rèn)識(shí)對(duì)于深化四棵樹(shù)凹陷周緣油氣成藏規(guī)律、明確四棵樹(shù)周緣勘探潛力、優(yōu)選有利勘探突破方向，以及進(jìn)一步擴(kuò)大車排子凸起西翼沙灣組優(yōu)質(zhì)油藏勘探成果等均具有重要的指導(dǎo)意義。