車排子凸起新近系沙灣組原油輕烴地球化學(xué)特征及油源分析

任英姿

（中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015）

位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣車排子凸起的春光油田和春風(fēng)油田是中國(guó)石化近年來(lái)重要的油氣發(fā)現(xiàn)之一，但其在不同區(qū)帶和層系的原油性質(zhì)存在極大差異。凸起南部春光油田新近系沙灣組原油為稀油，地面原油密度為0.8009 g/cm3，粘度為1.79 mPa·s；凸起北部春風(fēng)油田新近系沙灣組原油為稠油，地面原油密度為0.9655 g/cm3，粘度為 5879 mPa·s。對(duì)車排子凸起沙灣組原油的來(lái)源已進(jìn)行了較多研究，但對(duì)其認(rèn)識(shí)存在較大差異，主要觀點(diǎn)有其油氣為侏羅系單一來(lái)源[1-3]、以侏羅系來(lái)源為主并有其他層系油氣混入[4-5]、以二疊系來(lái)源為主并混入其他層系油氣[6-7]以及二疊系單一來(lái)源[8]等。因此須采用多種方法對(duì)研究區(qū)的原油特征進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步明確其油氣來(lái)源。

輕烴是原油和天然氣中的重要組成部分，隨著中外學(xué)者對(duì)輕烴分析和應(yīng)用研究的日益深入，輕烴分析測(cè)試技術(shù)在石油地質(zhì)研究中的作用也越來(lái)越顯著。輕烴參數(shù)在判斷生烴母質(zhì)類型與環(huán)境、推測(cè)有機(jī)質(zhì)熱演化程度、進(jìn)行油氣來(lái)源對(duì)比、研究油氣運(yùn)移方向與相態(tài)類型以及判斷油氣保存條件等方面均具有較好的應(yīng)用效果[9-17]。為此，筆者對(duì)車排子凸起新近系沙灣組不同性質(zhì)原油的輕烴地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，利用輕烴參數(shù)對(duì)原油的成熟度、母質(zhì)類型等進(jìn)行研究，進(jìn)而厘定其油氣來(lái)源，以期為研究區(qū)下步的油氣勘探部署提供新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起帶，西鄰扎伊爾山，東部和南部分別以紅車斷裂帶、艾卡斷裂帶與昌吉凹陷、四棵樹(shù)凹陷相連。研究區(qū)是在石炭系火成巖基底之上發(fā)育起來(lái)的繼承性凸起，整體為東南傾的單斜，多期次的構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)造成地層主要以超覆和削截為主[18-19]。其新近系沙灣組主要發(fā)育辮狀河三角洲及扇三角洲2種沉積體系[20-21]，儲(chǔ)集條件較好，為春光油田和春風(fēng)油田的主要含油層系。車排子凸起具有他源供烴、多源多期、雙向匯聚的油氣成藏背景，是具有多套含油層系、多種油氣品位和多種油藏類型的復(fù)式油氣聚集區(qū)[22-23]。

2 實(shí)驗(yàn)方法及條件

車排子凸起的原油性質(zhì)具有較大差異，對(duì)研究區(qū)南部稀油和北部稠油分別采用原油全烴氣相色譜和巖石熱蒸發(fā)烴色譜分析方法進(jìn)行輕烴組分分析。針對(duì)稀油的原油全烴氣相色譜分析為原油直接進(jìn)樣，采用HP-1型60 m彈性石英玻璃毛細(xì)柱，實(shí)驗(yàn)起始溫度為40℃，恒溫10 min；升溫速率為2℃/min，升至溫度為110℃；升溫速率為5℃/min，升至溫度為300℃，恒溫至基線平直。針對(duì)稠油油砂的熱蒸發(fā)烴色譜分析是將重量約為2 g的油砂置于石英樣品舟中，放入已恒溫至300℃的石英管式爐內(nèi)加熱，熱釋的烴氣被載氣帶至液氮冷阱中富集約15 min，然后快速加熱富集管，使烴氣進(jìn)入色譜儀中進(jìn)行分析，其色譜分析條件與原油全烴氣相色譜分析相同。

針對(duì)研究區(qū)不同原油性質(zhì)，采用不同輕烴組分分析方法得到的色譜均顯示出良好的輕烴組成特征（圖1），尤其是稠油油砂熱蒸發(fā)烴色譜分析顯示含有一定數(shù)量的輕烴組分，且常用的判斷原油生烴母質(zhì)類型和成熟度參數(shù)指標(biāo)的分布完好（圖1a），可用于油源對(duì)比和原油成熟度的確定。

圖1 不同輕烴組分分析方法的輕烴色譜對(duì)比

3 輕烴地球化學(xué)特征及油源分析

3.1 原油成熟度

由于車排子凸起稀油的生物標(biāo)志化合物特征與準(zhǔn)噶爾盆地各套烴源巖中可溶有機(jī)質(zhì)的可對(duì)比性均不理想，因此原油成熟度成為確定其油源的主要依據(jù)。但研究區(qū)稠油遭受生物降解作用嚴(yán)重，稀油有可能超過(guò)生物標(biāo)志化合物成熟指標(biāo)平衡階段，造成原油成熟度確定困難[8]。輕烴參數(shù)是反映生油巖中有機(jī)質(zhì)熱演化程度的重要證據(jù)，根據(jù)輕烴參數(shù)可以研究有機(jī)質(zhì)的成熟度。Philippi在研究加利福尼亞盆地的凝析油后發(fā)現(xiàn)，隨著成熟度增加，凝析油輕烴的烷基化程度亦增加[10]。Thompson提出利用石蠟指數(shù)（異庚烷值）和庚烷值來(lái)研究原油成熟度特征[11]。Mango提出依據(jù)2，4-二甲基戊烷與2，3-二甲基戊烷的比值來(lái)計(jì)算原油生成時(shí)的最高溫度，根據(jù)原油生成時(shí)的最高溫度可計(jì)算原油生成時(shí)烴源巖中有機(jī)質(zhì)的鏡質(zhì)組反射率[12]。采用Mango提出的換算公式[12]定量計(jì)算研究區(qū)原油的等效鏡質(zhì)組反射率，同時(shí)對(duì)目前用于確定原油成熟度和來(lái)源的其他輕烴參數(shù)，如庚烷值、異庚烷值、甲基環(huán)己烷指數(shù)和苯指數(shù)等進(jìn)行計(jì)算（表1）。結(jié)果表明，研究區(qū)的稠油和稀油成熟度均處于成熟階段，但稠油的等效鏡質(zhì)組反射率多為0.85%～0.96%，略高于稀油（其值為0.83%～0.87%），分析其主要原因可能是原油保存條件或生物降解程度的差異所造成的。

3.2 原油母質(zhì)類型

輕烴是油氣母質(zhì)來(lái)源類型判識(shí)的重要指標(biāo)，王廷棟在對(duì)四川盆地含油天然氣藏C4—C7烴類族組成的研究中發(fā)現(xiàn)，陸相來(lái)源（腐殖型）油氣樣品中缺乏正構(gòu)烷烴，異構(gòu)烷烴占較大優(yōu)勢(shì)[24]；而海相來(lái)源（腐泥型）的油氣樣品中，則是C4—C7正構(gòu)烷烴占優(yōu)勢(shì)；典型腐泥型烴源巖生成油的芳烴（苯和甲苯）含量一般不超過(guò)10%，而腐殖型烴源巖生成油的芳烴含量則相對(duì)較高，一般超過(guò)10%；煤系地層烴源巖生成油的芳烴含量更高，甚至大于20%。胡惕麟提出甲基環(huán)己烷指數(shù)與環(huán)己烷指數(shù)，并指出當(dāng)甲基環(huán)己烷指數(shù)大于50%時(shí)，原油母質(zhì)類型為腐殖型，甲基環(huán)己烷指數(shù)小于50%時(shí)，原油母質(zhì)類型為腐泥型；當(dāng)環(huán)己烷指數(shù)小于27%時(shí)，可以推斷原油母質(zhì)類型為腐泥型，大于27%時(shí)，推斷原油母質(zhì)類型為腐殖型[25]。從表1可以看出，研究區(qū)原油的甲基環(huán)己烷指數(shù)顯示出來(lái)源于腐泥型烴源巖的明顯特征，僅排2-86、排2-88、排2-平87和排2-平92井原油的甲基環(huán)己烷指數(shù)顯示出腐殖型特征。

C7輕烴化合物包括甲基環(huán)己烷、二甲基環(huán)戊烷和正庚烷3類。其中，甲基環(huán)己烷來(lái)自于高等植物的木質(zhì)素、纖維素和醣類等，熱力學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，是反映陸源母質(zhì)類型的參數(shù)；二甲基環(huán)戊烷主要來(lái)自水生生物的類脂化合物，并受原油成熟度影響，其大量存在是腐泥型成因油氣的標(biāo)志；正庚烷主要來(lái)自藻類和細(xì)菌，對(duì)成熟作用非常敏感，是良好的原油成熟度指標(biāo)；因此，可以利用甲基環(huán)己烷、二甲基環(huán)戊烷和正庚烷的相對(duì)含量來(lái)區(qū)分腐殖型和腐泥型油氣[11-12]。車排子凸起沙灣組不同性質(zhì)原油C7化合物的相對(duì)組成特征（圖2）表明，北部排6井區(qū)稠油以及南部排2井區(qū)稀油中的正構(gòu)烷烴含量較為豐富，芳烴含量較低，其油氣均主要來(lái)源于典型的腐泥型烴源巖，僅排2-86等4口井油氣顯示為腐殖型烴源巖特征。

表1 車排子凸起沙灣組原油輕烴參數(shù)

圖2 車排子凸起沙灣組不同性質(zhì)原油C7化合物的相對(duì)組成特征

車排子凸起南部稀油的原油成熟度相同，但排2和排2-88井區(qū)輕烴參數(shù)所反映的原油母質(zhì)類型特征卻存在差異。從原油性質(zhì)來(lái)看，排2-86、排2-88等井的地面原油密度和粘度均比排2井區(qū)稍大。排2井與排2-88井的原油全烴氣相色譜對(duì)比結(jié)果表明，排2-88井原油成分中相對(duì)缺失輕烴組分，其原因可能為原油受到一定程度的生物降解作用，致使C7正構(gòu)烷烴的含量降低，影響對(duì)其原油母質(zhì)類型的確定。馬柯陽(yáng)等對(duì)塔里木盆地原油輕烴的研究成果[26]表明，輕烴在原油的運(yùn)移、成藏過(guò)程中會(huì)因氣液相平衡作用，導(dǎo)致不同輕烴成分的分餾、分異，進(jìn)而影響確定原油成熟度和母質(zhì)類型的參數(shù)。排2-88井區(qū)距昌吉凹陷烴源巖生烴中心的距離比排2井區(qū)要遠(yuǎn)，油氣在排2-88井區(qū)聚積成藏須經(jīng)歷更長(zhǎng)距離的運(yùn)移，因此排2和排2-88井區(qū)稀油的原油母質(zhì)類型差異可能是蒸發(fā)分餾作用所導(dǎo)致的。

此外，排2-88等井的分子質(zhì)量相對(duì)較大的飽和烴類依然保存完整的分布序列，說(shuō)明其原油僅發(fā)生部分組分的分異或遭受極輕微的生物降解作用，但這種變化對(duì)原油母源類型的確定已產(chǎn)生影響。而排6等井的稠油遭受嚴(yán)重的生物降解作用，其原油中的輕質(zhì)組分已散失殆盡，但在油砂熱蒸發(fā)烴色譜分析中卻依然存在完整的輕烴系列化合物；究其原因?yàn)樵谏⑹н^(guò)程漫長(zhǎng)和生物降解作用極為嚴(yán)重的稠油中存在的輕烴系列化合物不可能是原始稠油中完整保存下來(lái)的，現(xiàn)今油藏稠油中的輕烴組分應(yīng)是油氣二次充注的結(jié)果，其反映的原油來(lái)源及成熟度特征應(yīng)為油氣二次充注的原油特征，因此導(dǎo)致排6等井稠油的輕烴地球化學(xué)特征與稀油的相同。

3.3 油源分析

研究區(qū)目前的鉆探成果表明，在車排子凸起周邊凹陷的主要烴源巖層中，侏羅系主要以煤系地層為主，尚未發(fā)現(xiàn)以腐泥型組分為主的深湖相有效烴源巖。車排子凸起南部的四棵樹(shù)凹陷雖因相變?cè)蚩赡馨l(fā)育深湖相沉積，但即使發(fā)育該類烴源巖，由于其地溫梯度較低，也不可能存在大規(guī)模的、與目前研究區(qū)原油輕烴地球化學(xué)特征所反映的原油成熟度一致的有效烴源巖，對(duì)遠(yuǎn)離有效烴源巖的車排子凸起提供大量油氣的可能性較小，因此，研究區(qū)油氣二次充注的原油來(lái)源于南部四棵樹(shù)凹陷侏羅系烴源巖的可能性較小。凸起東部昌吉凹陷的侏羅系雖有部分烴源巖演化程度達(dá)到目前研究區(qū)原油輕烴地球化學(xué)特征所反映的原油成熟度，但其侏羅系烴源巖中的有機(jī)質(zhì)也以陸源高等植物為主，未發(fā)現(xiàn)以腐泥型有機(jī)質(zhì)為主的烴源巖，而昌吉凹陷二疊系發(fā)育典型的含有豐富腐泥型有機(jī)質(zhì)的優(yōu)質(zhì)烴源巖[27-28]；因此，從輕烴參數(shù)確定的原油母質(zhì)類型來(lái)看，車排子凸起沙灣組的油氣來(lái)源應(yīng)為昌吉凹陷二疊系烴源巖。

根據(jù)車排子凸起的輕烴參數(shù)特征，確定其原油成熟度為成熟階段，并未達(dá)到現(xiàn)今昌吉凹陷二疊系烴源巖的高—過(guò)成熟階段。綜合研究區(qū)稀油及部分稠油中族組成不含瀝青質(zhì)組分的特征[29]，認(rèn)為其原油應(yīng)為早期油藏中的油氣發(fā)生二次運(yùn)移的結(jié)果。原油初次成藏后，由于在原始油藏中的保存時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致其中的瀝青質(zhì)組分發(fā)生分異、沉淀；在原油二次成藏過(guò)程中，僅有非瀝青質(zhì)組分發(fā)生運(yùn)移，而瀝青質(zhì)組分則保留于原始油藏中，這可能是造成車排子凸起新近系沙灣組油藏的原油具有上稀下稠反序分布特征[30-31]的原因之一。因此，通過(guò)原油成熟度和族組成的分析認(rèn)為，車排子凸起沙灣組原油不是來(lái)源于侏羅系成熟烴源巖，而是由昌吉凹陷二疊系早期成熟原油發(fā)生二次運(yùn)移后成藏的結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

車排子凸起早期充注原油的輕烴組分多已散失或遭受生物降解作用，其稠油表現(xiàn)的輕烴地球化學(xué)特征是后期原油發(fā)生二次充注的結(jié)果?，F(xiàn)今研究區(qū)稠油和稀油的輕烴地球化學(xué)特征主要反映成藏后期油氣二次充注的原油特征，其原油來(lái)源于昌吉凹陷二疊系富含低等水生生物母質(zhì)類型的成熟烴源巖。研究區(qū)稀油為早期油藏的原油經(jīng)過(guò)二次運(yùn)移后所形成，在原油的運(yùn)移過(guò)程中，因蒸發(fā)分餾作用造成其中的重質(zhì)組分保留于原始油藏中，而輕質(zhì)組分則運(yùn)移至研究區(qū)聚集成藏。對(duì)車排子凸起沙灣組原油輕烴地球化學(xué)特征的研究成果進(jìn)一步深化了對(duì)研究區(qū)油氣成藏期次的劃分，以及準(zhǔn)噶爾盆地二疊系優(yōu)質(zhì)烴源巖早期生成原油在盆地地層傾向轉(zhuǎn)型過(guò)程中發(fā)生二次運(yùn)移聚集規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地二疊系烴源巖在高—過(guò)成熟階段生成大量油氣的運(yùn)移方向研究亦具有重要意義。

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