二連盆地賽漢塔拉凹陷騰二段低熟油地球化學特征和油源對比

李杰豪，侯讀杰，曹蘭柱，吳 飄，趙 喆，馬瀟瀟

(1.中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學 海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083；3.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552)

0 引 言

低熟油是指烴源巖在未成熟—低成熟階段(相應的鏡質(zhì)組反射率Ro為0.3%～0.6%)，經(jīng)由不同生烴機制的化學反應，從而生成的低溫早熟的石油[1-4]。低熟油常見于陸相地層，分布較廣，多與陸相沉積或陸源有機質(zhì)有關[5-7]。我國東部地區(qū)低熟油資源較為豐富，探明地質(zhì)儲量超過億噸級。國內(nèi)學者對我國低熟油的發(fā)育分布、物理化學特征、判別標志、成藏條件和成因機制等進行了歸納總結與論述[7-13]，建立了木栓質(zhì)體、樹脂體、細菌改造的陸源有機質(zhì)、藻類與高等植物生物類脂物與富硫大分子(非烴、瀝青質(zhì)和干酪根)5種早期生烴形成低熟油的成因機制[1-2，7]。

賽漢塔拉凹陷是二連盆地最早進行勘探的一批凹陷之一，富含油氣資源，是主要的油氣產(chǎn)區(qū)。經(jīng)過30多年的勘探，對賽漢塔拉凹陷石油地質(zhì)進行了許多研究。陳燕[14]研究了賽漢塔拉凹陷下白堊統(tǒng)油氣成藏條件；閆文華等[15]綜合評價了賽漢塔拉凹陷石油地質(zhì)條件，并優(yōu)選有利目標；屈曉艷等[16]、肖陽等[17]分析了賽漢塔拉凹陷斷裂構造特征及其控藏作用。丁修建等[18]研究了賽漢塔拉凹陷烴源巖發(fā)育特征及其控制因素，認為該凹陷在緩坡帶烴源巖最優(yōu)質(zhì)。趙志剛等[19]利用熱解資料區(qū)分了不同層位烴源巖的有機相，計算烴源灶排烴強度，結合烴源巖評價進行烴源灶定量表征，指出賽漢塔拉凹陷的主力烴源灶位于騰一段，次要烴源灶位于阿爾善組。王浩等[20]對賽漢塔拉凹陷原油進行過地球化學研究，選取姥植比、伽馬蠟烷指數(shù)、C29甾烷成熟度參數(shù)將該凹陷原油劃分為2類油族，一類是烴源巖早期排出的騰二段原油，另一類是烴源巖成熟排出的阿爾善、騰一段原油。

從二連盆地目前勘探成果來看，賽漢塔拉凹陷下白堊統(tǒng)騰二段原油多為低熟油，是二連盆地低熟油資源分布區(qū)。前人研究[14-20]多集中于賽漢塔拉凹陷烴源巖發(fā)育與分布、油氣成藏條件、成熟原油地球化學特征研究，但迄今對該凹陷低熟油的特征和來源少有研究。

本文擬運用有機地球化學分析資料，對二連盆地賽漢塔拉凹陷騰二段低熟原油和油砂樣品進行地球化學特征和油源對比研究，分析低熟油的來源和成因，為該區(qū)低熟油資源的進一步評價與勘探提供科學依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

賽漢塔拉凹陷位于二連盆地騰格爾坳陷西部，南面是溫都爾廟隆起，北面和西面是蘇尼特隆起，東面是白干諾爾凸起，凹陷總體上呈一寬緩的“S”形，面積約2 300 km2(圖1),基底埋深超過5 000 m，是騰格爾坳陷內(nèi)最大的凹陷[14-15]。由北向南研究區(qū)可劃分為賽四北構造帶、賽四構造帶、伊和構造帶、扎布構造帶和賽東洼槽，其中賽東洼槽主要受扎布斷層和陡帶邊界斷層控制，形成地塹式洼槽，是凹陷的沉降和沉積中心，為主力生油洼槽[16-17]。

圖1 賽漢塔拉凹陷構造單元劃分與取樣井位置圖

賽漢塔拉凹陷經(jīng)歷了斷陷成湖、擴張深陷、萎縮消亡的斷陷湖盆演化階段[15-17]，自下而上依次發(fā)育古生界基底、侏羅系(J)、下白堊統(tǒng)阿爾善組(K1ba)、騰格爾組(K1bt)、賽漢塔拉組(K1bs)、上白堊統(tǒng)(K2e)及古近系(E)地層，以下白堊統(tǒng)地層為主。該凹陷主要發(fā)育古生界、阿爾善組(K1ba)、騰一段(K1bt1)、騰二段(K1bt2)4套含油層系，其中在下白堊統(tǒng)騰二段發(fā)現(xiàn)低熟油。

賽漢塔拉凹陷內(nèi)發(fā)育3套烴源巖，分別是阿爾善組、騰一段和騰二段烴源巖[18-19]。阿爾善組烴源巖有機質(zhì)類型主要為Ⅱ1—Ⅱ2型，鏡質(zhì)組反射率Ro值分布在0.5%到1.38%之間，Ro平均值為0.99%，達到成熟—高成熟階段；騰一段烴源巖有機質(zhì)類型較好，主要為Ⅰ—Ⅱ1型，Ro值分布在0.38%～1.11%之間，平均為0.66%，達到成熟階段；騰二段烴源巖有機質(zhì)類型較差，以Ⅱ2—Ⅲ型為主，Ro值分布在0.32%～0.85%之間，平均為0.55%，處于未成熟—低成熟階段，只在賽84井、賽83X井等洼槽中心區(qū)的騰二段下部烴源巖有機質(zhì)成熟度達到成熟階段。

2 原油和油砂地球化學特征

賽漢塔拉凹陷低熟油樣品主要集中在賽東洼槽和扎布構造帶，共獲得2個原油樣品、5個油砂樣品，分別來自賽84井、賽63-2x井、賽27井、賽56井、賽63井、賽61井的下白堊統(tǒng)騰二段，其族組成和地球化學特征參數(shù)見表1和表2。

表2 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品地球化學特征參數(shù)

族組成分析結果(表1)顯示，賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品的飽和烴含量為39.99%～63.47%，芳烴含量為12.08%～15.77%，非烴+瀝青質(zhì)含量為21.86%～47.43%，飽/芳為3.11～4.84。其族組成具有飽和烴含量相對較低、非烴和瀝青質(zhì)含量相對較高的特征，不同于賽漢塔拉凹陷成熟原油的族組成特征[20]。

表1 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品的族組成

如圖2所示，賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品均未遭到生物降解，正構烷烴分布以前峰型為主，主峰碳為C21或C23，整體反映藻類輸入，并且具有奇偶優(yōu)勢，反映其成熟度較低。

圖2 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品飽和烴氣相色譜

姥植比(Pr/Ph)既是沉積環(huán)境參數(shù)，也是母源輸入?yún)?shù)[2]。一般認為在氧化環(huán)境中顯示姥鮫烷優(yōu)勢，Pr/Ph較高；而在還原環(huán)境中則顯示植烷優(yōu)勢，Pr/Ph較低[21-24]。低姥植比(Pr/Ph <0.6)代表了缺氧的超鹽度環(huán)境[21,24]。賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品Pr/Ph在0.29～0.59之間(表2)，具有很強的植烷優(yōu)勢，反映了整體處于還原環(huán)境(圖3)。騰二段原油和油砂樣品類異戊二烯比值Pr/nC17為0.29～0.58，Ph/nC18為0.57～1.37(表2)，較低的Pr/nC17和較高的Ph/nC18是低熟油的特征[25-27]。同時，Pr/nC17和Ph/nC18也可以用來追索原油或烴源巖的母質(zhì)類型和沉積環(huán)境[2,24]，研究表明賽漢塔拉凹陷騰二段低熟原油和油砂整體處于還原環(huán)境，以藻類輸入為主(圖3)。

圖3 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品類異戊二烯烷烴比值關系圖

賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品甾烷分布類型差異不大，規(guī)則甾烷組成基本以C29>C27>C28為主，反映藻類生源輸入[2,24]。C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)是未成熟到成熟范圍內(nèi)理想的成熟度參數(shù)，其值均隨著成熟度增加而增大[28-29]。賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品C29甾烷20S/(20S+20R)為 0.27～0.40，C29甾烷ββ/(αα+ββ)為0.29～0.39(表2)，說明其成熟度較低，反映出低熟油特征。

萜烷類化合物也是一種廣泛應用于原油及烴源巖地化特征研究中的生物標志化合物[2]。伽馬蠟烷屬于一種C30三萜烷。高含量的伽馬蠟烷常常表征超鹽度沉積環(huán)境[30]。伽馬蠟烷指數(shù)結合姥植比(Pr/Ph)通常用來區(qū)分烴源巖和原油生成的沉積環(huán)境和進行原油分類。除了賽56井1 408 m油砂的伽馬蠟烷指數(shù)偏低(為0.08)之外，賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品伽馬蠟烷指數(shù)介于0.31～1.34之間(表2)，指示原油的生油環(huán)境是半咸水—咸水環(huán)境。三環(huán)萜烷也反映沉積環(huán)境，咸水湖相烴源巖和原油具有C23TT優(yōu)勢；淡水湖相烴源巖和原油主要以C21TT為主[31]。賽漢塔拉凹陷騰二段原油三環(huán)萜烷差別不大，含量很低，三環(huán)萜烷具有C23TT優(yōu)勢特征，與騰一段原油特征類似(圖4)。而賽漢塔拉凹陷阿爾善組原油整體具有較高豐度的三環(huán)萜烷，三環(huán)萜烷具有C21TT優(yōu)勢的特征，三環(huán)萜烷中C19也具有很高的豐度，反映騰二段原油和騰一段原油沉積環(huán)境類似，來自半咸水—咸水環(huán)境，而阿爾善原油來自淡水—微咸水環(huán)境[20]。

圖4 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品甾萜烷質(zhì)量色譜圖

3 油源對比分析

根據(jù)上述研究，通過采用多種地球化學參數(shù)和指標，有效區(qū)分賽漢塔拉凹陷不同層位烴源巖和所生原油，進行原油(油砂)—烴源巖的油源對比，從而分析騰二段低熟油的來源和成因。

賽漢塔拉凹陷阿爾善組、騰一段和騰二段3套烴源巖均為藻類為主的混合有機質(zhì)輸入，自下而上，從阿爾善組、騰一段到騰二段，烴源巖還原性逐漸增強[19-20]。阿爾善組烴源巖的Pr/Ph較高，均值為0.54，Pr/nC17平均為0.22，Ph/nC18平均為0.24；騰一段烴源巖的Pr/Ph較低，均值為0.49，Pr/nC17平均為0.21，Ph/nC18平均為0.29；騰二段烴源巖的Pr/Ph最低，均值僅為0.29，Pr/nC17平均為0.26，Ph/nC18平均為0.45(表3)。

從表3可以看出，阿爾善組烴源巖的C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)絕大部分為0.35～0.55、0.31～0.51，說明阿爾善組烴源巖基本成熟。騰一段烴源巖的C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)主要集中在0.25～0.46、0.23～0.45范圍內(nèi)，表明騰一段烴源巖為低成熟至成熟。騰二段烴源巖的C29甾烷20S/(20S+20R)為0.02～0.43，C29甾烷ββ/(αα+ββ)為0.14～0.45，大部分小于0.25，少數(shù)位于洼槽中心的井(如賽98井、賽56井)大于0.4，說明騰二段烴源巖為未成熟至低成熟階段。

表3 賽漢塔拉凹陷烴源巖地球化學特征

如表3所示，阿爾善組烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)較高，大多為0.22～1.2，主要沉積于微咸水—半咸水環(huán)境。騰一段烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)為0.12～2.25，主要沉積于半咸水環(huán)境。騰二段烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)最高，介于0.16～3.14之間，主要沉積于咸水環(huán)境。由此看來，騰二段烴源巖沉積環(huán)境水體咸度最高，阿爾善組烴源巖次之，騰一段烴源巖水體咸度最低。

賽84井騰二段原油樣品Pr/Ph為0.59，Pr/nC17為0.41，Ph/nC18為0.73，表明來自還原環(huán)境。該原油樣品中幾乎不含有重排甾烷和孕甾烷系列，原油的成熟度較低，Ts/Tm為0.91，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)比值分別只有0.31和0.30，伽馬蠟烷指數(shù)為0.31，為半咸水環(huán)境的低熟原油。油源對比表明，賽84井騰二段原油與賽85x、賽83井騰二段泥巖沉積環(huán)境、成熟度不相符，而與賽85x井、賽83井騰一段烴源巖存在親緣關系(圖5和圖6)。

圖5 賽84井原油與賽83、賽85x井烴源巖飽和烴色譜和質(zhì)譜譜圖對比

圖6 賽84井原油與賽83、賽85x井烴源巖對比散點圖

賽27井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.34，Pr/nC17為0.34，Ph/nC18為0.76，表明來自強還原環(huán)境。油砂樣品中幾乎不含有重排甾烷和孕甾烷系列，Ts/Tm為1.08，甾烷異構化參數(shù)C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(αα+ββ)值分別只有0.33和0.34，伽馬蠟烷指數(shù)為0.64。賽63井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.29，Pr/nC17為0.58，Ph/nC18較高為1.34，Ts/Tm為0.72，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分別只有0.27和0.29，伽馬蠟烷指數(shù)為1.34。因此，賽27井、賽63井騰二段油砂為強還原咸水環(huán)境的低熟原油。油源對比結果表明，其與賽12井騰二段烴源巖存在親緣性，而與賽97井烴源巖不相符(圖7和圖8)。

圖7 賽27、賽63井油砂與賽12、賽97井烴源巖飽和烴色譜和質(zhì)譜譜圖對比

圖8 賽27、賽63井油砂與賽12、賽97井烴源巖對比散點圖

賽56井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.45，Pr/nC17相對較低為0.29，Ph/nC18為0.57，表明來自強還原環(huán)境。該油砂樣品Ts/Tm為0.83，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分別只有0.40和0.38，反映原油成熟度為低熟，但接近成熟，其伽馬蠟烷指數(shù)為0.33。賽61井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.51，Pr/nC17為0.47，Ph/nC18較高為0.80，Ts/Tm為0.60，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分別只有0.31和0.35，伽馬蠟烷指數(shù)為0.42。由此可見，賽56井、賽61井油砂為強還原咸水環(huán)境的低熟原油，與賽85x井騰一段烴源巖存在親緣性，而與賽85x井騰二段烴源巖不相符(圖9和圖10)。

圖9 賽56井油砂與賽85x井烴源巖飽和烴色譜和質(zhì)譜譜圖對比

圖10 賽56、賽61井油砂與賽85井烴源巖對比散點圖

結合地質(zhì)背景分析，賽漢塔拉凹陷騰二段低熟油的來源分為兩種情況:其一，來自下伏騰一段烴源巖，斷裂和不整合以及滲透性砂巖等構成主要輸導體系；其二,來自淺埋未成熟—低成熟的騰二段暗色泥巖自生自儲。騰一段烴源巖由于處于水體咸化的還原環(huán)境，富含藻類等低等生源組分，易于在成熟階段早期生烴，生成的低熟油順著扎布斷層進行垂向運移，至騰二段儲集層中成藏。而且，賽漢塔拉凹陷早白堊世為溫暖濕潤氣候下的咸水—半咸水湖泊環(huán)境,有利于有機質(zhì)的富集和保存。同時，洼槽帶中心的部分騰二段下部烴源巖也已達到生烴門限，儲層具有較高的孔隙度和滲透率，且洼槽帶內(nèi)部的斷層不發(fā)育，形成自生自儲的騰二段低熟油藏。

4 結 論

(1)賽漢塔拉凹陷騰二段低熟油具有飽和烴含量相對較低、非烴和瀝青質(zhì)含量相對較高的族組成特征，正構烷烴分布以前峰型為主，主峰碳為C21、C23，Pr/Ph為0.29～0.59，Pr/nC17為0.29～0.58，Ph/nC18為0.57～1.37，C29甾烷20S/(20S+20R)為 0.27～0.40、C29甾烷ββ/(αα+ββ)為0.29～0.39，伽馬蠟烷指數(shù)多為0.31～1.34，三環(huán)萜烷含量低，反映該低熟油生成于半咸水—咸水還原環(huán)境，生源以藻類輸入為主。

(2)油源對比研究表明，賽漢塔拉凹陷騰二段低熟油有兩種來源:一種是來自下伏騰一段烴源巖，在咸水環(huán)境成熟早期階段生烴，扎布斷層溝通油源；另一種是來自賽東洼槽低成熟的騰二段烴源巖自生自儲。