銀額盆地查干凹陷稠油油藏特征及成因

耿師江，周勇水，王亞明，張瑩瑩

（中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001）

0 引言

銀根-額濟(jì)納旗盆地（簡稱銀額盆地）位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，是中國內(nèi)陸油氣勘探程度最低的大型沉積盆地。自20世紀(jì)50年代以來，多家單位開展了以中、新生代為主要對象的地質(zhì)研究和油氣勘探工作，在盆地內(nèi)的查干［1］、天草［2］、路井［3］、哈日［4-5］、拐子湖等［6］中生界凹陷獲得了工業(yè)油流、低產(chǎn)油流及其他級別的油氣顯示，證實盆地具備油氣成藏條件。

稠油是一種重要的石油資源，全球稠油儲量約為常規(guī)原油和天然氣總當(dāng)量的3倍［7］。銀額盆地已有鉆探成果也證實查干、天草等凹陷發(fā)育稠油油藏，與盆地東部二連盆地稠油資源豐富［8-9］的特點相似，可能具有廣闊的稠油資源勘探空間。但是，以往關(guān)于稠油油藏的研究，僅在常規(guī)油氣研究工作中涉及稠油地球化學(xué)特征和油氣來源的初步分析［2，10］，未能系統(tǒng)分析稠油油藏的成藏規(guī)律，制約了對稠油資源重要性的認(rèn)識和勘探工作的開展。本文以查干凹陷為研究對象，系統(tǒng)分析了稠油油藏的分布規(guī)律、物理化學(xué)性質(zhì)，以及地球化學(xué)特征，利用生物標(biāo)志化合物特征進(jìn)行了稠油成因和來源的分析，結(jié)合凹陷構(gòu)造埋藏史的分析，研究了稠油油藏形成過程，以期為銀額盆地油氣成藏規(guī)律的研究和稠油的勘探提供指導(dǎo)。

1 稠油油藏特征

查干凹陷位于銀額盆地東部查干德勒蘇坳陷中部，是一個長軸呈北東向的典型的箕狀凹陷，北東向長60 km，北西向?qū)?0 km，具有“兩凹夾一凸”的特征。從西至東可分為虎勒-額很次凹、毛敦次凸和罕塔廟次凹3個次級構(gòu)造單元，虎勒-額很次凹是主要油氣富集區(qū)。凹陷自下而上依次發(fā)育早白堊世巴音戈壁組（K1b）、蘇紅圖組（K1s）、銀根組（K1y）、晚白堊世烏蘭蘇海組（K2w）和新生界（見圖1），K1b進(jìn)一步細(xì)分為巴一段（K1b1）和巴二段（K1b2），K1s細(xì)分為蘇一段（K1s1）和蘇二段（K1s2）。

圖1 查干凹陷虎勒-額很次凹構(gòu)造特征和油藏分布示意

查干凹陷已發(fā)現(xiàn)油藏主要分布在烏力吉構(gòu)造帶和中央構(gòu)造帶，稠油油藏深度上主要分布在1 500 m以淺；層位上，烏力吉構(gòu)造帶稠油油藏分布在K1s2和K1y，中央構(gòu)造帶稠油油藏分布在K1s2上部和K1b2（見圖1）。稠油密度為0.94～0.99 g/cm3，黏度主要分布在1 000～10 000 mPa·s，屬普通稠油。原油密度、黏度整體上隨埋深的增大而降低，但有2個現(xiàn)象值得注意：一是埋深范圍在2 300～2 450 m的意6、意9井區(qū)的K1b2產(chǎn)層中，也存在密度為0.94～0.96 g/cm3的稠油；二是K1s2埋深整體大于K1y，但是稠油密度反而高于K1y。

2 稠油地球化學(xué)特征

2.1 化學(xué)族組成特征

原油物理性質(zhì)是化學(xué)組成的外在表現(xiàn)，查干凹陷原油密度與族組成特征密切相關(guān)，密度與飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相應(yīng)地，與非烴+瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)關(guān)系。稠油族組成中飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于50%，普通原油中飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)則普遍高于65%。原油族組成特征與埋深的關(guān)系和原油密度與埋深的關(guān)系十分相似，即埋深相對較淺的K1y和K1s2原油密度較高，其族組成中“非烴+瀝青質(zhì)”質(zhì)量分?jǐn)?shù)也明顯較高，對應(yīng)的飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)則相對較低。

2.2 飽和烴餾分組成特征

2.2.1 正構(gòu)烷烴

查干凹陷稠油的正構(gòu)烷烴組成總體上可以分為2種類型：一類以意6、意9井區(qū)的K1b2產(chǎn)層原油為代表（見圖2a），在原油飽和烴總離子流（TIC）譜圖上，正構(gòu)烷烴具有一定的雙峰特征，前峰以nC17為主峰，后峰以nC23為主峰，同時表現(xiàn)出明顯的奇偶碳優(yōu)勢。另一類為淺層稠油，正構(gòu)烷烴的分布特征比較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在正構(gòu)烷烴經(jīng)歷了不同程度的損失（見圖2b—2f）。例如：位于中央構(gòu)造帶的意10井K1s2原油，正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴豐度幾乎為0，以至于在TIC譜圖上可以清晰地辨認(rèn)甾萜類化合物；意15井K1s2原油也未能檢測到正構(gòu)烷烴，但仍能鑒定出極低豐度的類異戊二烯烷烴；烏力吉構(gòu)造帶毛8井726.3 m原油正構(gòu)烷烴的分布特征與意15井相似，類異戊二烯烷烴相對豐度略高，同時可見微量分布的高碳數(shù)正構(gòu)烷烴。烏力吉構(gòu)造帶部分油樣正構(gòu)烷烴的分布特征是值得注意的（見圖2e）：一方面，高碳數(shù)的正構(gòu)烷烴發(fā)生了較強的損耗，可見明顯的“UCM”駝峰，甾、萜類具有明顯較高的豐度；另一方面，正構(gòu)烷烴分布形態(tài)又較為完整。

圖2 查干凹陷典型稠油飽和烴TIC譜圖特征

2.2.2 類異戊二烯烷烴

查干凹陷稠油中類異戊二烯烷烴相對豐度整體較低，規(guī)則型類異戊二烯烷烴中主要檢測出兩大類化合物，分別是C13—C20植烷系列化合物和C20+化合物；不規(guī)則型化合物主要檢出了角鯊?fù)楹推渌糠指咛紨?shù)化合物。植烷系列化合物中較為有意義的化合物是姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph），查干凹陷稠油的姥植比主要分布在0.7～0.9，與普通原油的0.7～0.8十分接近。

2.2.3 三環(huán)、四環(huán)萜烷和三萜烷

如圖3所示，查干凹陷稠油中的三環(huán)、四環(huán)萜烷及三萜烷分布特征較為一致。三環(huán)萜烷豐度極低，且三環(huán)萜烷組成中C19化合物相對豐度較高，與C23化合物豐度大體相當(dāng)（見圖3d）。四環(huán)萜烷相對豐度普遍較低，僅檢測出17，21斷C24-四環(huán)萜烷。三萜烷組成中具有相對較高的伽馬蠟烷，伽馬蠟烷指數(shù)平均0.52，藿烷系列較發(fā)育，整體豐度顯著高于三環(huán)萜烷類。

圖3 查干凹陷典型稠油萜類組成特征

2.2.4 規(guī)則甾烷、孕甾烷

查干凹陷稠油中的規(guī)則甾烷、孕甾烷分布特征總體上可以分為2種類型：一類以意6、意9井區(qū)的K1b2產(chǎn)層原油為代表（見圖4a），孕甾烷和升孕甾烷基本沒有，規(guī)則甾烷組成中具有明顯較高的C29甾烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，αββ 構(gòu)型質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，C29甾烷 ββ/（ββ+αα） 值僅為 0.23，且存在 5β（H）甾烷與 C29αββ20R 共逸出的現(xiàn)象；另一類為淺層稠油（見圖4b—4d），孕甾烷和升孕甾烷相對豐度比較低，但略高于第1類稠油，規(guī)則甾烷組成中C29甾烷相對豐度略高，αββ構(gòu)型相對豐度明顯高于第 1 類稠油，C29甾烷 ββ/（ββ+αα）值高于 0.39，部分樣品達(dá)0.55以上。

圖4 查干凹陷典型稠油甾烷組成特征

3 稠油油藏形成過程

3.1 稠油成因類型

稠油按照成因總體可分成兩大類：一類為未成熟—低成熟成因的原生型［11］；另一類為生物降解、高溫裂解、氧化、水洗等作用形成的次生型［12-15］，其中又以生物降解占主導(dǎo)作用，是原油稠化的主要成因之一。

如圖2a所示，意6井K1b2產(chǎn)層稠油飽和烴餾分中正構(gòu)烷烴序列完整，表明原油未經(jīng)歷生物降解、水洗、氧化等次生作用；明顯的奇偶碳優(yōu)勢，OEP值為1.45，顯示原油整體處于未成熟—低成熟階段；如圖4a所示，C29甾烷 20S/（20S+20R）和 ββ/（ββ+αα）值分別為0.31和0.23，成熟度顯著低于淺層稠油，屬未成熟—低成熟油范疇。上述特征均表明，查干凹陷意6、意9井區(qū)K1b2產(chǎn)層稠油為未成熟—低成熟成因。

由于細(xì)菌對烴類的選擇性消耗作用，原油中烴類被降解消耗的順序為正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴、二環(huán)倍半萜烷、規(guī)則甾烷、五環(huán)三萜烷、重排甾烷、四環(huán)二萜烷等，Peters等［16］據(jù)此將生物降解程度分為5種程度、10個級別。同時，生物降解作用導(dǎo)致烴類化合物逐漸消耗，形成分子質(zhì)量大、不能分辨的復(fù)雜混合物，使得原油色譜圖或TIC譜圖上形成“UCM”駝峰。

如圖2b—2f所示，查干凹陷淺層K1s2和K1y稠油飽和烴TIC譜圖上均呈現(xiàn)出明顯的“UCM”駝峰，正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴不同程度的損失，證實淺層稠油為生物降解成因。不同程度的降解作用，正是淺層稠油正構(gòu)烷烴分布特征比較復(fù)雜的主要原因。在遭受輕微的生物降解作用時，高碳數(shù)正構(gòu)烷烴保存較為完整而低碳數(shù)化合物基本不存在，毛8-2井1 055.4～1 190.0 m原油即是典型代表（見圖2f）；隨著降解程度增加，高碳數(shù)正構(gòu)烷烴相對豐度也明顯下降，遠(yuǎn)低于甾萜類化合物（見圖2d）；意10井K1s2原油降解程度最為嚴(yán)重，正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴已被消耗殆盡（見圖2c）。

圖2e所示毛8井904.4～915.5 m的K1y原油中，一方面高碳數(shù)正構(gòu)烷烴發(fā)生了較強的損耗，且在飽和烴TIC譜圖上可見明顯的“UCM”駝峰，說明原油發(fā)生了較強的生物降解作用；另一方面，低碳數(shù)正構(gòu)烷烴分布又較為完整，說明該油藏在經(jīng)歷了強烈的生物降解作用之后，又經(jīng)歷了再充注過程。

3.2 稠油油氣來源

查干凹陷發(fā)育 K1b1，K1b2，K1s13 套潛在烴源巖，主要巖性為暗色泥巖、鈣質(zhì)泥巖和頁巖。K1b1，K1b2烴源巖總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）相近，主要分布在0.6%～1.2%，平均0.86%，有機質(zhì)類型以Ⅱ2型為主，Ⅱ1型次之；K1s烴源巖TOC較低，平均0.45%，有機質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主。不同構(gòu)造帶，K1b1，K1b2烴源巖成熟度差異顯著，虎勒和額很洼陷帶烴源巖達(dá)成熟—高成熟階段，中央構(gòu)造帶和烏力吉構(gòu)造帶整體處于未成熟—成熟階段；K1s烴源巖除額很洼陷中心外，埋深整體小于1 800 m（見圖1），總體處于未成熟階段。從烴源巖條件分析認(rèn)為，查干凹陷稠油應(yīng)來源于K1b烴源巖。

查干凹陷K1b2烴源巖可溶有機質(zhì)生物標(biāo)志化合物組合特征隨成熟度增大表現(xiàn)出規(guī)律性的變化。意4井1 689.57 m、意9井2 416.00 m和意11井2 798.74 m泥巖鏡質(zhì)組反射率（Ro）分別為 0.61%，0.73%，1.08%，代表了不同成熟度烴源巖的生物標(biāo)志化合物組合特征。隨著Ro的增大，Ts、Tm、降藿烷、孕甾烷、升孕甾烷和重排甾烷系列豐度表現(xiàn)出升高的趨勢，C27—C29規(guī)則甾烷中，地質(zhì)構(gòu)型的相對含量也明顯增大（見圖5a—5c）。但不同Ro樣品均具有伽馬蠟烷豐度高、C29甾烷相對豐度高、三環(huán)萜烷和孕甾烷系列豐度低的特征。K1b1烴源巖的甾萜烷組成特征與K1b2存在明顯差異，主要特征為三環(huán)萜烷豐度高、伽馬蠟烷豐度低、孕甾烷系列豐度高、規(guī)則甾烷中C27豐度相對較高（見圖5d）。

圖5 查干凹陷K1b烴源巖可溶有機質(zhì)甾萜烷組成特征

如圖2—5所示，盡管2種成因類型稠油正構(gòu)烷烴組成和成熟度特征具有顯著差異，但甾萜烷生物標(biāo)志化合物表現(xiàn)出一致的特征，均表現(xiàn)出低三環(huán)萜烷豐度、高伽馬蠟烷、低孕甾烷系列和規(guī)則甾烷中C29甾烷相對豐度高的特點，與K1b2烴源巖生標(biāo)組合特征一致，與K1b1烴源巖差異顯著，說明2種成因類型的稠油均來自K1b2烴源巖。

3.3 稠油油藏形成過程

查干凹陷稠油均來自K1b2烴源巖，但成因類型上既有未成熟—低成熟成因又有生物降解成因，生物降解稠油在不同構(gòu)造帶的分布規(guī)律及地球化學(xué)特征又有一定的差異。中央構(gòu)造帶生物降解稠油分布在K1s2頂部不整合之下且K1y未見油氣顯示，烏力吉構(gòu)造帶生物降解稠油分布在K1s2和K1y（見圖1）；中央構(gòu)造帶生物降解稠油成熟度一致且略低于烏力吉構(gòu)造帶，烏力吉構(gòu)造帶K1s2和K1y稠油成熟度特征非常接近，且部分油藏經(jīng)歷了降解再充注的過程。這些差異指示不同構(gòu)造帶、不同層系稠油油藏的形成過程不盡相同。

3.3.1 未成熟—低成熟稠油油藏形成過程

查干凹陷未成熟—低成熟成因的稠油，現(xiàn)階段僅在中央構(gòu)造帶意6井區(qū)K1b2有工業(yè)產(chǎn)能，但生物標(biāo)志化合物特征分析結(jié)果證實中央構(gòu)造帶意9井、意15井和烏力吉構(gòu)造帶毛4井、祥6-1井、祥8井也發(fā)育有未成熟—低成熟稠油。非常有意義的是，這些稠油樣品的構(gòu)造位置不同，但均分布在K1b2，且集中于2 300～2 450 m，對應(yīng)的Ro為0.5%～0.6%。這一現(xiàn)象，說明查干凹陷K1b2烴源巖普遍具有在熱演化早期階段生成未成熟—低成熟稠油的能力，生烴門限深度為2 350 m左右。因為埋深更大的儲層中未成熟—低成熟稠油會發(fā)生熟化作用，而埋深淺的烴源巖又未達(dá)到未成熟—低成熟稠油生烴門限，因此，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的未成熟—低成熟稠油集中分布于2 300～2 450 m。查干凹陷洼陷帶現(xiàn)今達(dá)到最大埋深，烴源巖演化至最高成熟度，因此可以認(rèn)為，現(xiàn)今的未成熟—低成熟稠油均為新生代以后成藏。

查干凹陷K1b2烴源巖具有生成未成熟—低成熟稠油的能力，主要與烴源巖沉積環(huán)境和有機質(zhì)母質(zhì)類型有關(guān)。泥巖中普遍見到草莓狀黃鐵礦和飽和烴組成中低姥植比、高豐度的伽馬蠟烷等證據(jù)，均指示烴源巖沉積水體為咸化的強還原環(huán)境。K1b2烴源巖有機質(zhì)來源以高等生源輸入為主，有機質(zhì)類型以Ⅱ2型為主。這種環(huán)境和生源輸入條件，有利于細(xì)菌的繁殖并對高等生源有機質(zhì)進(jìn)行改造，使有機質(zhì)具有富氫的特點和早期的生烴能力［17-18］。從天草凹陷［2］、路井凹陷［19］、哈日凹陷［20］來看，銀額盆地內(nèi)K1b烴源巖普遍具有與查干凹陷K1b2烴源巖相似的有機質(zhì)組成和生物標(biāo)志化合物組合特征，也應(yīng)具有生成未成熟—低成熟稠油的潛力。而且，銀額盆地白堊系凹陷埋深整體較淺，烴源巖熱演化條件決定了未成熟—低成熟稠油資源的發(fā)育條件好于常規(guī)油氣，今后的油氣勘探過程中應(yīng)重視未成熟—低成熟稠油的資源評價和勘探工作。

3.3.2 生物降解稠油油藏形成過程

油藏遭受生物降解作用的主要原因是隨著構(gòu)造抬升，油藏接近地表，地表水把溶解的分子氧和微生物帶入油藏而導(dǎo)致的。查干凹陷在白堊紀(jì)以后主要經(jīng)歷了K1s2沉積末期、K1y沉積末期、K2w沉積末期共3期主要構(gòu)造抬升事件，形成3個區(qū)域性不整合（見圖1）。K1s2沉積期，虎勒洼陷、額很洼陷K1b2烴源巖均已達(dá)成熟階段，Ro分別為0.9%和1.1%左右，分別與中央構(gòu)造帶和烏力吉構(gòu)造帶生物降解稠油成熟度特征相對應(yīng)，指示K1s2末構(gòu)造抬升前，K1b2烴源巖發(fā)生了大量生、排烴過程，且油氣已運移至K1s2儲層聚集成藏，在隨后的構(gòu)造抬升活動中，古油藏遭受破壞，經(jīng)歷了不同程度的生物降解作用。K1y沉積期，凹陷進(jìn)入坳陷演化階段，生物降解作用逐漸停止，K1s2圈閉內(nèi)已形成的稠油油藏得以保存。這一過程，一方面使凹陷內(nèi)生物降解稠油主要分布在K1s2頂部不整合面之下；另一方面導(dǎo)致K1s2內(nèi)稠油生物降解程度與其距頂部不整合面的深度表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。如緊鄰不整合面的意10井837.5～857.4 m稠油降解程度在全凹陷內(nèi)最高，正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴被消耗殆盡；意15井1 089.6～1 160.4 m稠油距不整合面稍遠(yuǎn)，生物降解程度較意10井略低，類異戊二烯烷烴和高碳數(shù)正構(gòu)烷烴得以部分保存（見圖 2）。

凹陷新生代擠壓反轉(zhuǎn)階段，烏力吉構(gòu)造帶發(fā)生局部的擠壓沖斷現(xiàn)象，受毛西斷層活動影響，K1s2稠油調(diào)整至K1y成藏。這一過程留下3個方面的主要證據(jù)：一是K1s2和K1y稠油均來自K1b2烴源巖且成熟度特征完全一致，為同源同期的生排烴產(chǎn)物；二是K1y埋深整體淺于K1s2，但是稠油密度反而明顯低于K1s2，這應(yīng)該是K1s2稠油油藏中密度較低、流動性較好的組分調(diào)整至K1y成藏的結(jié)果；三是該時期中央構(gòu)造帶斷層不活動，無油氣垂向輸導(dǎo)通道，使得K1y無任何油氣顯示。在此構(gòu)造活動過程中，毛西斷層溝通了K1b2地層，部分K1b2稀油油藏也發(fā)生了向上調(diào)整，如毛8井區(qū)K1y稠油油藏接受了稀油再充注，使得高碳數(shù)正構(gòu)烷烴發(fā)生了較強的損耗，同時又具有完整的低碳數(shù)正構(gòu)烷烴（見圖 2e）。

由上述分析可知，查干凹陷生物降解稠油油藏形成于K1s2末的構(gòu)造抬升過程，新生代擠壓反轉(zhuǎn)階段又經(jīng)歷了小規(guī)模的調(diào)整。因此，K1s2稠油資源的勘探應(yīng)注重有利古圈閉的研究，K1y稠油資源的勘探則應(yīng)重點分析斷層在新生代的油氣輸導(dǎo)和封堵性質(zhì)。

4 結(jié)論

1）查干凹陷發(fā)育生物降解和未成熟—低成熟2種成因類型的稠油，分別分布在1 500 m以淺的K1s2、K1y和2 300～2 450 m深度內(nèi)的K1b2。2種類型稠油密度均在0.94～0.98 g/cm3，但飽和烴組成特征差異明顯，未成熟—低成熟稠油正構(gòu)分布完整，具有一定的雙峰特征和明顯的奇偶碳優(yōu)勢，各項成熟度生標(biāo)參數(shù)均較低；生物降解稠油的正構(gòu)烷烴經(jīng)歷了不同程度損失，各項成熟度生標(biāo)參數(shù)均較高。

2）查干凹陷2種成因類型的稠油均來自K1b2烴源巖。K1s2沉積期，K1b2烴源巖大規(guī)模生排烴且在K1s2儲層聚集成藏，在K1s2末構(gòu)造抬升中，古油藏遭受破壞經(jīng)歷了不同程度的生物降解作用。新生代擠壓反轉(zhuǎn)階段，烏力吉構(gòu)造帶K1s2稠油局部調(diào)整至K1y成藏，K1b2稀油油藏也發(fā)生了向上調(diào)整，使得部分稠油油藏接受了稀油再充注過程。

3）查干凹陷K1b2烴源巖具有早期生成未成熟—低成熟稠油的能力，生烴門限深度為2 350 m左右。隨著埋深增大，未成熟—低成熟稠油會發(fā)生熟化作用，形成正常成熟原油，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的未成熟—低成熟稠油，均為新生代以后成藏。銀額盆地K1b烴源巖地球化學(xué)特征與查干凹陷K1b2烴源巖相似，也應(yīng)具有生成未成熟—低成熟稠油的潛力，油氣勘探過程中應(yīng)重視對此類資源的評價。