銀額盆地吉格達(dá)凹陷原油地球化學(xué)特征及其意義

魏建設(shè)，趙琳雁，周俊林，張宇軒，王利偉，姜亭，王寶文

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心/ 西北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，陜西 西安 710119；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局北方古生界油氣地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710119；3.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院/陜西省油氣成藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；4.中國(guó)冶金地質(zhì)總局西北地質(zhì)勘查院，陜西 西安 710119）

位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部的銀額盆地，是中國(guó)陸地上油氣勘探程度較低的地區(qū)之一（康玉柱，2008；盧進(jìn)才等，2006，2011；余琪祥等，2016；陳治軍等，2018），尤其是盆地西部居延海坳陷的吉格達(dá)凹陷工作程度更低，自然資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心通過二維地震測(cè)量和油氣地質(zhì)條件綜合評(píng)價(jià)優(yōu)選井位目標(biāo)，實(shí)施了凹陷內(nèi)首口參數(shù)井（蒙額參3 井），該井在石炭系—二疊系獲得了優(yōu)質(zhì)烴源巖和良好油氣顯示。通過兩層地層含油氣性測(cè)試，在華力西期侵入巖和二疊系白云質(zhì)砂巖獲得了具有工業(yè)價(jià)值的油氣流，華力西期侵入巖裂縫油層獲穩(wěn)定油氣當(dāng)量為2.64 m3/d，二疊系砂巖獲穩(wěn)定油氣當(dāng)量為1.66 m3/d（姜亭等，2022）。

筆者通過對(duì)吉格達(dá)凹陷蒙額參3 井所獲原油的物理與地球化學(xué)特征、原油成因及油源對(duì)比等的綜合研究，明確原油的特征與來源，進(jìn)一步指明銀額盆地油氣地質(zhì)調(diào)查和勘探方向，為油氣地質(zhì)條件綜合評(píng)價(jià)提供支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

古亞洲洋閉合（中—晚泥盆世）之后，作為中生代與古生代疊合盆地的銀額盆地演化經(jīng)歷了海陸演化階段（石炭紀(jì)—二疊紀(jì)）和陸內(nèi)盆山演化階段（中生代）（任紀(jì)舜等，1999；盧進(jìn)才等，2011；Xiao et al.，2011，2015；盧進(jìn)才等，2012）。蒙額參3 井位于銀額盆地的西部，石炭紀(jì)—二疊紀(jì)構(gòu)造單元屬北山-巴丹吉林裂谷盆地黑鷹山-額濟(jì)納旗坳陷帶的南部邊緣帶（盧進(jìn)才等，2011）；中生代構(gòu)造單元屬居延海坳陷吉格達(dá)凹陷（圖1a、圖1b）。

圖1 研究區(qū)（a）及采樣位置圖（b）Fig.1 (a) The location map of study area and (b) sampling

居延海坳陷吉格達(dá)凹陷中部的蒙額參3 井完鉆井深為2 850 m，地層自上而下為第四系全新統(tǒng)（Qh）、中生界下白堊統(tǒng)蘇宏圖組（K1s）、下白堊統(tǒng)巴音戈壁組（K1b）、古生界上二疊統(tǒng)（P3，未分組）、中—下二疊統(tǒng)（P1-2，未分組）和下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)干泉組（C2-P1g），完鉆地層為華力西期淺紅色鉀長(zhǎng)花崗巖。其中，中—下二疊統(tǒng)厚度達(dá)253 m，為灰色、深灰色泥巖，灰質(zhì)泥巖夾灰色粉砂巖；下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)干泉組厚度170 m（未穿？），為灰色、深灰色灰質(zhì)泥巖、泥巖夾灰色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖。干泉組暗色泥巖有機(jī)碳含量為0.53%～4.02%，平均為1.01%，生烴潛量（S1+S2）為0.05～13.52 mg/g，平均為6.41 mg/g，是區(qū)內(nèi)主要的烴源巖，石炭系—二疊系烴源巖可達(dá)中等-好標(biāo)準(zhǔn)（魏建設(shè)等，2020）。原油樣品Y1、Y2 采于蒙額參3井華力西期花崗巖裂縫油層，Y3 采于二疊系白云質(zhì)砂巖（圖1c）。

2 原油的物理性質(zhì)

參照常用的原油分類方法與劃分標(biāo)準(zhǔn)（劉文章，1998；張厚福等，1999；于連東，2001；魏建設(shè)等，2019），吉格達(dá)凹陷蒙額參3 井華力西期侵入巖原油密度為0.802 g/cm3，略高于二疊系白云質(zhì)砂巖原油（0.795 g/cm3），下部原油粘度高于上部原油，下部原油硫含量略低于上部（表1）。蒙額參3 井華力西期侵入巖和二疊系白云質(zhì)砂巖的原油物理性質(zhì)存在一定的差異，但整體基本一致，為低密度低硫中質(zhì)正常原油，原油性質(zhì)較好。

表1 蒙額參3 井原油物理性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Physical propertiesstatistical table of the crude oil of Mengecan 3 well

3 原油地球化學(xué)特征

3.1 原油族組成特征

原始沉積環(huán)境、母質(zhì)組成與類型、原油的演化程度和后期改造作用等因素對(duì)原油的族組成具有一定的影響。有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)接近時(shí)，高成熟原油具有較高烴類和較低極性組分的特點(diǎn)（常俊合等，2004；郭艷琴等，2006；李洪等，2015）。

蒙額參3 井華力西期侵入巖和二疊系白云質(zhì)砂巖兩層原油族組成特征（表2，圖2），指示兩層原油飽和烴含量較高、非烴和瀝青質(zhì)較低、飽芳比較高，且下部原油飽芳比遠(yuǎn)高于上部原油，表明該井原油具有較好的母質(zhì)來源和較高的成熟度，且下部原油成熟度高于上部，與地層演化規(guī)律一致。

表2 蒙額參3 井原油族組成統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Group componentsstatistical table of the crude oil of Mengecan 3 well

圖2 蒙額參3 井原油族組分三角圖Fig.2 Triangle diagram of group components of the crude oil of Mengecan 3 well

3.2 原油碳同位素特征

研究表明，相同來源的原油因成熟度不同而產(chǎn)生的穩(wěn)定C 位素組成δ13C 差異小于2‰～3‰（Peters et al.，2005；王朋等，2015）。因此，若相近成熟度原油的穩(wěn)定C 同位素δ13C 值相差超過2‰～3‰以上，則指示其為不同源。蒙額參3 井原油族組成穩(wěn)定C 同位素表明，華力西期侵入巖兩件原油的全油、飽和烴、芳烴、非烴與瀝青質(zhì)C 同位素大小差別不大，相差均小于2‰，而上部的二疊系砂巖原油非烴碳同位素與下部侵入巖原油差別較大，超過2‰，全油碳同位素相差超過3‰（表3），兩層原油穩(wěn)定C 同位素對(duì)比（圖3）表明，華力西期侵入巖兩件原油穩(wěn)定C 同位素分布特征基本一致，均呈非烴“上凸型”，而二疊系原油呈全油“上凸型”和非烴“下凹型”，指示兩層原油非同源。

表3 蒙額參3 井原油穩(wěn)定碳同位素統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of stable carbon isotopes of the crude oil of Mengecan 3 well

圖3 蒙額參3 井原油及族組成穩(wěn)定碳同位素對(duì)比圖Fig.3 Contrast diagram of stable carbon isotopes of the crude oil and group components of Mengecan 3 well

3.3 原油飽和烴氣相色譜分布特征

原油飽和烴氣相色譜中的正構(gòu)烷烴特征包含沉積環(huán)境、生源構(gòu)成、熱演化程度和保存條件等豐富信息（Chen et al.，1996；尹偉等，2005；Hao et al.，2009；董君妍等，2017；田德瑞等，2018）。該井華力西期2 件原油樣品的飽和烴餾分GC-MS 譜圖類似（圖4a、圖4b），均呈單峰形，主峰碳為nC17，OEP 值分別為1.08 和1.07，CPI 值均為0.83，Pr 值均為1.33%，Ph 值分別為1.88%和1.97%，Pr/nC17值均為0.14，Ph/nC18值為0.21和0.22（表4）；二疊系原油飽和烴餾分GC-MS 譜圖（圖4c）顯示其主峰碳亦為nC17，呈雙峰形（nC17和nC19），OEP 值略高于華力西期原油，為1.12；CPI 值與華力西期原油相當(dāng)，為0.85；Pr 和Ph 值高于華力西期原油，分別為2.05%和2.94%，Pr/nC17值為0.24，Ph/nC18值為0.36（表5）。蒙額參3 井兩層3 件原油OEP 和CPI 值均小于1.2，指示其處于成熟階段（圖5）。華力西期原油具有奇偶均勢(shì)的特征，二疊系原油具有弱的奇碳優(yōu)勢(shì)；3 件原油Pr/Ph 值均為0.5～1.0，并表現(xiàn)為植烷優(yōu)勢(shì)，反映了蒙額參3 井原油烴源巖為海相還原環(huán)境（圖6）。

表4 蒙額參3 井原油飽和烴氣相色譜數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistical table of gas chromatograms of saturated hydrocarbons of the crude oil of Mengecan 3 well

表5 蒙額參3 井原油甾萜烷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Statistical table of steraneand sterane compounds of the crude oil of Mengecan 3 well

圖4 蒙額參3 井原油飽和烴氣相色譜圖Fig.4 Gas chromatograms of saturated hydrocarbons of the crude oil of Mengecan 3 well

圖5 蒙額參3 井原油OEP 與CPI 判斷原油成熟度圖Fig.5 Map of discrimination oil maturity by the relationship between OEP and CPI of Mengecan 3 well

圖6 蒙額參3 井原油Pr/nC17 與Ph/nC18 關(guān)系圖Fig.6 Relationship between Pr/nC17 and Ph/nC18 of the crude oil of Mengecan 3 well

3.4 原油生物標(biāo)志化合物特征

原始沉積有機(jī)質(zhì)中來自于生物體的生物標(biāo)志化合物，在成巖演化過程中，正構(gòu)烷烴、類異戊二烯、萜烷與甾烷等有機(jī)化合物基本保留著原始生物碳骨架（彭興芳等，2006；盧雙舫等，2008；陳建平等，2016；李謹(jǐn)?shù)龋?019）。主要反映萜烷、甾烷等生物標(biāo)志化合物特征的飽和烴色譜質(zhì)譜中，具有原油成熟度、生源等明確指示意義的生物標(biāo)志化合物是萜烷和甾烷等（盧雙舫等，2008；李謹(jǐn)?shù)龋?019）。

3.4.1 萜烷類

通常，三環(huán)萜烷含量較高是水生生物有機(jī)質(zhì)的顯著特征。沉積有機(jī)質(zhì)中三環(huán)萜烷的分布特征一般呈現(xiàn)出C21和C23基本均勢(shì)或其中一個(gè)略高（盧雙舫等，2008）。蒙額參3 井兩層（3 件樣品）原油的三環(huán)萜烷分布呈現(xiàn)出C19三環(huán)萜烷含量低的特點(diǎn)，其中下部（華力西期）原油C19/C21＜1.0，C19/C23＜1.0；上部（二疊系）原油C19/C21＜1.0，C19/C23＞1.0（圖7）。三環(huán)萜烷分布特征（圖8）指示蒙額參3 井兩層原油的三環(huán)萜烷C19、C21、C23三環(huán)萜烷分布形態(tài)基本一致，呈現(xiàn)出以C21為最高峰的“山峰型”特征，但又略有差別，下部原油呈C23三環(huán)萜烷略高于C19三環(huán)萜烷的不對(duì)稱“山峰型”，上部原油基本呈對(duì)稱“山峰型”（圖8）。蒙額參3 井原油三環(huán)萜烷分布的這種差異性，可能反應(yīng)油源及沉積環(huán)境的不同。

圖8 蒙額參3 井原油三環(huán)萜烷分布折線圖Fig.8 Line graph of tricyclic terpane distribution of the crude oil of Mengecan 3 well

伽瑪蠟烷與C30藿烷的比值是指示沉積時(shí)水體原始鹽度的常用參數(shù)，伽瑪蠟烷是C30-三環(huán)萜烷的其中一種，是代表原生動(dòng)物來源的生物標(biāo)志化合物，一般來說，伽瑪蠟烷含量高指示水體鹽度高（Peters et al.，2005；宋來亮等，2016）。蒙額參3 井華力西期侵入巖與二疊系白云質(zhì)砂巖原油萜烷類生物標(biāo)志化合物特征共性與差異同在，飽和烴萜烷中均以C30藿烷占明顯優(yōu)勢(shì)，C29降藿烷與伽瑪蠟烷次之，C29Ts、C30RAH、C30莫烷、C31升藿烷和C32二升藿烷等含量相對(duì)較低，下部原油Ts 稍大于Tm，上部原油Ts 與Tm 相當(dāng)（圖9）。蒙額參3 井兩層原油伽瑪蠟烷含量均較高（圖9），指示鹽度較高的原始沉積環(huán)境。

圖9 蒙額參3 井原油生物標(biāo)志化合物特征圖Fig.9 Characteristic map of biomarkers of crude oil from Well Mengecan 3 well

3.4.2 甾烷類

原油的甾烷特征對(duì)源巖母質(zhì)來源、沉積環(huán)境和演化程度等特征具有較好的指示作用，常用的成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)之一是甾烷異構(gòu)化參數(shù)，其中C29甾烷異構(gòu)化特征最為常用（劉洛夫等，2011；楊尚儒等，2018）。蒙額參3 井下部原油2 件樣品規(guī)則甾烷分布相對(duì)一致（表5），其呈現(xiàn)出以C27甾烷稍占優(yōu)勢(shì)的近“V”字型分布形態(tài)（圖9），表明有機(jī)質(zhì)母源以浮游植物輸入為主，同時(shí)具有高等植物一定的貢獻(xiàn)（圖10）；上部原油規(guī)則甾烷與華力西期原油略有差異，其呈以C29甾烷略占優(yōu)勢(shì)的近“V”字型分布特征（圖9），表明以陸生高等植物輸入為主，同時(shí)有浮游植物的貢獻(xiàn)（圖10）。ααα 甾烷C29S/（S+R）與伽瑪蠟烷/C30藿烷等原油成熟度特征指示蒙額參3 井兩層原油的烴源巖演化程度均為成熟（表5，圖11、圖12）。

圖10 蒙額參3 井原油C27-C28-C29規(guī)則甾烷分布三角圖Fig.10 Triangle chart of relative content of regular sterane C27-C28-C29 of the crude oil of Mengecan 3 well

圖11 蒙額參3 井原油成熟度-鹽度判別圖Fig.11 Discriminant map of maturity and salinity of the crude oil of Mengecan 3 well

圖12 白堊系—二疊系烴源巖生物標(biāo)志化合物特征圖Fig.12 Characteristic map of biomarkers in Cretaceous-Permian source rocks

4 原油成因及油源對(duì)比

4.1 原油成因

油源對(duì)比的常用方法是生物標(biāo)志化合物對(duì)比法，生物標(biāo)志化合物中的萜烷和甾烷化合物，可以反映原始生油母質(zhì)中化合物的原始面貌，是油源對(duì)比的可靠參數(shù)（郭艷琴等，2006；羅麗榮等，2019；盧進(jìn)才等，2020）。蒙額參3 井原油姥鮫烷（Pr）和植烷（Ph）呈現(xiàn)出植烷優(yōu)勢(shì)的特征，指示蒙額參3 井原油母質(zhì)主要來源于海相還原環(huán)境；蒙額參3 井原油萜烷類生物標(biāo)志化合物分布特征相似（圖9），3 件原油樣品的飽和烴萜烷均是C30藿烷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且C29降藿烷與伽瑪蠟烷含量較高，C30莫烷、C31升藿烷、C32二升藿烷、Ts和Tm 等均檢出，C29Ts 含量較低；但兩層原油萜烷又存在一定的差異，下部原油Ts 略大于Tm，C29降藿烷含量明顯低于伽瑪蠟烷；二疊系原油Ts 與Tm 均勢(shì)，C30莫烷含量略高于下部油層，二疊系原油C29降藿烷與伽瑪蠟烷均勢(shì)分布。ααα 甾烷C29S/（S+R）和伽瑪蠟烷/C30藿烷關(guān)系特征指示了蒙額參3 井原油以高鹽度沉積環(huán)境成熟烴源巖的貢獻(xiàn)為主（圖11）。規(guī)則甾烷分布形態(tài)表明華力西期侵入巖原油生烴母質(zhì)以浮游植物為主，二疊系原油源巖以陸生高等植物為主，同時(shí)有浮游植物的貢獻(xiàn)（圖10）。總之，蒙額參3 井華力西期侵入巖和二疊系白云質(zhì)砂巖原油源巖主要來源于鹽度較高的海相還原沉積環(huán)境，生烴母質(zhì)以浮游植物為主，但二疊系原油陸生高等植物的貢獻(xiàn)較大。

4.2 油源對(duì)比

蒙額參3 井華力西期侵入巖段及二疊系砂巖段原油油源對(duì)比研究表明，兩層原油生物標(biāo)志化合物共性與差異同在，共性是藿烷均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，藿烷系列分布范圍廣（C27～C35），C30藿烷含量明顯偏高（圖9），其次為C29降藿烷，C34四升藿烷和C35五升藿烷含量較少，且具有較高的伽瑪蠟烷，都具有孕甾烷高于升孕甾烷的特點(diǎn)；差異在于華力西期侵入巖原油Ts 略大于Tm，二疊系原油Ts 與Tm 二者相當(dāng)，華力西期侵入巖原油規(guī)則甾烷C27略大于C29，二疊系原油規(guī)則甾烷C29略大于C27，且前述原油C 同位素特征也指示兩層原油非同源，華力西期侵入巖與二疊系砂巖原油不屬于同一來源，華力西期侵入巖原油與干泉組上段烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征相似性較高，二疊系白云質(zhì)砂巖原油與二疊系烴源巖的生物標(biāo)志化合物特征相似性較高。蒙額參3 井上部白堊系巴音戈壁組烴源巖的生物標(biāo)志化合物具有C30藿烷、C29降藿烷、C30莫烷、C31升藿烷含量較高，Tm 明顯大于Ts，具有顯著C29甾烷優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)，與吉格達(dá)凹陷兩層原油差異明顯（圖12）?？傊?，蒙額參3 井華力西期侵入巖段及二疊系砂巖段原油與白堊系巴音戈壁組烴源巖不具有親緣關(guān)系，其分別與石炭系—二疊系干泉組上段烴源巖和二疊系烴源巖具有良好的親緣關(guān)系。

4.3 成藏特征對(duì)比

華力西期侵入巖與二疊系白云質(zhì)砂巖原油萜烷與甾烷特征有一定差異，且二疊系白云質(zhì)砂巖中原油的非烴C 同位素與下部華力西期侵入巖原油差別超過2‰，全油C 同位素相差超過3‰，生物標(biāo)志化合物與原油C 同位素特征指示兩層原油非同源。

吉格達(dá)凹陷華力西期侵入巖原油和二疊系砂巖原油均與白堊系巴音戈壁組烴源巖生物標(biāo)志化合物特征差異相對(duì)比較明顯，與石炭系—二疊系烴源巖的親緣關(guān)系較好。其中，二疊系原油與二疊系烴源巖具有較好親緣關(guān)系，華力西期侵入巖原油與干泉組上段烴源巖關(guān)系更密切，兩層原油油源來自石炭系—二疊系烴源巖的可能性較大。

5 結(jié)論

（1）吉格達(dá)凹陷華力西期侵入巖和二疊系白云質(zhì)砂巖中的原油物性有一定的差別，但總體基本一致，為低密度低硫中質(zhì)正常原油，原油性質(zhì)較好。

（2）原油族組成、飽和烴氣相色譜OPE、CPI、ααα 甾烷C29S/（S+R）與C32藿烷S/R、C29甾烷ββ/（αα+ββ）與伽瑪蠟烷/C30藿烷等生物標(biāo)志化合物特征，均表明華力西期和二疊系兩層原油處于成熟階段，且下部原油的成熟度高于上部。

（3）兩層原油飽和烴氣相色譜特征、C 同位素及生物標(biāo)志化合物特征共性與差異同在。藿烷及甾烷分布形態(tài)表明，原油母質(zhì)來源基本一致，均來源于鹽度較高的海相還原環(huán)境，生烴母質(zhì)以浮游植物為主，同時(shí)二疊系原油有陸生高等植物的貢獻(xiàn)。

（4）吉格達(dá)凹陷石炭系—二疊系原油的發(fā)現(xiàn)拓展了銀額盆地油氣勘探新層系，對(duì)北方古生界油氣勘探具有很好的指導(dǎo)作用。

致謝：審稿專家對(duì)本文提出的修改意見；長(zhǎng)江大學(xué)、國(guó)家地質(zhì)試驗(yàn)測(cè)試中心和中石化中原油田分公司研究院等單位承擔(dān)了原油及烴源巖等的樣品分析工作，在此一并表示衷心感謝。