準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)原油地球化學(xué)特征及成因分析

李二庭，陳 俊，曹 劍，魏 霞，張 宇，張曉剛，王海靜

1.新疆礫巖油藏實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油 新疆油田分公司 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；3.南京大學(xué)，南京 210003

莫索灣地區(qū)(凸起)位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部古爾班通古特沙漠腹地，構(gòu)造區(qū)劃上位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷二級(jí)構(gòu)造單元馬橋凸起，東鄰東道海子凹陷，西連盆1井西凹陷，南鄰阜康凹陷，北接莫北凸起，為典型的坳中凸，區(qū)域構(gòu)造位置非常有利(圖1)。該凸起是在石炭系上、經(jīng)二疊紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育起來的大型隆起，在三疊紀(jì)—中侏羅世穩(wěn)定埋藏，晚侏羅世大規(guī)模抬升而遭受剝蝕，白堊紀(jì)—古近紀(jì)再次穩(wěn)定沉降埋藏，在新近紀(jì)—第四紀(jì)開始向南傾斜。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造特征，莫索灣地區(qū)可分為盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)，目前發(fā)現(xiàn)油氣主要分布于侏羅系三工河組(J1s)儲(chǔ)層中，其中，盆5井區(qū)勘探成果顯著，多口井發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，日產(chǎn)油達(dá)20 t。前期研究發(fā)現(xiàn)，盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)原油性質(zhì)及地球化學(xué)特征存在一定差異。前人對(duì)腹部地區(qū)油氣來源進(jìn)行研究后認(rèn)為，該區(qū)侏羅系油氣藏第一次成藏是在早白堊世，由來源于風(fēng)城組(P1f)烴源巖的油氣調(diào)整而來；第二次成藏是在晚白堊世—第三紀(jì)，來源于下烏爾禾組(P2w)烴源巖的原生油氣藏[1-2]，并且近生烴凹陷的地區(qū)，源于下烏爾禾組烴源巖的晚期原油所占比例較高，而遠(yuǎn)離生烴凹陷的地區(qū)，來源于風(fēng)城組烴源巖的早期原油所占比例較高，從而造成不同區(qū)塊原油存在差異[3-4]。也有研究認(rèn)為，莫索灣地區(qū)盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)原油差異主要是油氣來源于不同的生烴凹陷造成的[5-6]。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)及采樣井位置

本文通過對(duì)比分析莫索灣地區(qū)盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)原油物性、地球化學(xué)組成特征和單體烴碳同位素特征，結(jié)合混源油模擬配比實(shí)驗(yàn)，探討不同區(qū)塊原油差異成因及來源，揭示油氣成藏規(guī)律，為勘探目標(biāo)區(qū)的整體評(píng)價(jià)和優(yōu)選提供參考。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)

采集了莫索灣地區(qū)24口井侏羅系儲(chǔ)層原油共29個(gè)，風(fēng)南1井風(fēng)城組烴源巖和金探1井下烏爾禾組烴源巖，其中，風(fēng)南1井位于瑪湖地區(qū)西北部烏夏斷裂帶，金探1井位于中拐凸起[7]。風(fēng)南1井烴源巖有機(jī)碳含量(TOC)為1.82%，氫指數(shù)(IH)為505 mg/g，熱解峰溫(Tmax)為440 ℃；金探1井烴源巖TOC為3.37%，IH值為550 mg/g，Tmax為450 ℃。原油樣品采用同位素質(zhì)譜儀MAT-252進(jìn)行全油碳同位素分析，采用氧化鋁/硅膠進(jìn)行分離獲得飽和烴，對(duì)飽和烴組分進(jìn)行色譜GC和GC-MS分析。原油和烴源巖抽提物中飽和烴組分采用尿素絡(luò)合技術(shù)獲得正構(gòu)烷烴單體，進(jìn)行碳同位素分析(GC-IRMS)，獲得樣品單體正構(gòu)烷烴碳同位素組成特征。單體正構(gòu)烷烴碳同位素分析采用Agilent 6890-Isoprime型GC-IRMS聯(lián)用儀，色譜柱為 HP-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱溫條件為：初始溫度 80 ℃，恒溫1.5 min，以20 ℃/min 速率升溫至130 ℃，再以4 ℃/min速率升溫至290 ℃，恒溫15 min。儀器碳同位素校正標(biāo)準(zhǔn)樣品為購(gòu)于Indiana大學(xué)的正構(gòu)烷烴混合標(biāo)樣(nC12—nC35)，平行樣碳同位素測(cè)定結(jié)果的偏差小于0.5‰。

混源油模擬配比實(shí)驗(yàn)：端元油分別選擇來源于下烏爾禾組烴源巖的前哨1井高成熟原油(密度為0.755 3 g/cm3，凝固點(diǎn)為-15 ℃，含蠟1.52%)和來源于風(fēng)城組烴源巖的基003井成熟原油(密度為0.859 0 g/cm3，凝固點(diǎn)為22 ℃，含蠟10.7%)；前哨1井和基003井原油混合比例設(shè)置為80∶20，60∶40，40∶60，20∶80，混合原油開展GC-MS生物標(biāo)志物定量測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油物性特征

莫索灣凸起原油類型多樣，分布有凝析油、輕質(zhì)油和正常油，盆5井區(qū)與盆參2井區(qū)侏羅系原油物性差異較大。盆5井區(qū)原油密度整體較輕，以輕質(zhì)油和凝析油為主，密度為0.755 0～0.866 4 g/cm3，50 ℃黏度為1.0～38.4 mPa·s，非烴+瀝青質(zhì)含量為3.56%～12.51%，主體小于10%，平均7.96%；盆參2井區(qū)原油密度相對(duì)較重，以輕質(zhì)油和正常油為主，密度為0.840 6～0.892 6 g/cm3，50 ℃黏度為1.5～52.1 mPa·s，非烴+瀝青質(zhì)含量為5.31%～19.79%，主體大于10%，平均13.01%。

2.2 原油飽和烴地球化學(xué)組成特征

莫索灣凸起盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)原油地球化學(xué)組成具有明顯的差異(圖2-4)，表明2個(gè)區(qū)塊原油來源不同。

盆5井區(qū)原油全油碳同位素整體偏重，分布在-29.39‰～-28.55‰之間，Pr/Ph分布在1.41～1.87之間，均值為1.62，Pr/nC17和Ph/nC18分別為0.35～0.51和0.15～0.40；盆參2井區(qū)原油全油碳同位素分布在-30.60‰～-29.58‰之間，Pr/Ph分布在1.02～1.46之間，均值為1.24，Pr/nC17和Ph/nC18分別為0.32～0.87和0.25～0.87(圖2)。Pr/Ph可用于反映烴源巖有機(jī)相及母質(zhì)水體沉積環(huán)境[8-10]。Pr/Ph值越大，反映母質(zhì)沉積水體的氧化性越強(qiáng)，反之，母質(zhì)沉積水體的還原性越強(qiáng)。但前人的研究表明，Pr/Ph、Pr/nC17和Ph/nC18值大小也與成熟度有關(guān)，Pr/Ph值隨著成熟度升高逐漸增大，Pr/nC17和Ph/nC18值隨成熟度的升高逐漸降低[11]。盆5井區(qū)原油Pr/Ph值整體大于盆參2井區(qū)，Pr/nC17和Ph/nC18值整體較低，可能是由于該區(qū)原油成熟度整體較高造成的，其沉積水體更偏氧化性。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)原油碳同位素及鏈烷烴組成分布

輕烴是原油的重要組分，可用于油源對(duì)比、原油運(yùn)移方向等研究[12-13]。特別是C7輕烴，主要為正庚烷、甲基環(huán)己烷和二甲基環(huán)戊烷，其中，正庚烷代表藻類和細(xì)菌來源，甲基環(huán)己烷代表高等植物來源，而二甲基環(huán)戊烷指示水生生物的類脂化合物來源，利用正庚烷、甲基環(huán)己烷和二甲基環(huán)戊烷的相對(duì)含量，可以判識(shí)腐殖型和腐泥型油氣來源[14-16]。如王廷棟等[17]發(fā)現(xiàn)四川盆地陸相來源油氣藏C4—C7輕烴以異構(gòu)烷烴含量占優(yōu)勢(shì)，海相來源油氣藏C4—C7輕烴以正構(gòu)烷烴含量占優(yōu)勢(shì)；胡惕麟等[18]提出當(dāng)原油甲基環(huán)己烷指數(shù)大于50%，其生烴母質(zhì)為腐殖型，當(dāng)原油甲基環(huán)己烷指數(shù)小于50%時(shí)，其生烴母質(zhì)類型為腐泥型。從莫索灣地區(qū)侏羅系儲(chǔ)層原油輕烴特征可以看出，盆5井區(qū)原油中甲基環(huán)己烷組分含量分布在43.20%～58.05%之間，正庚烷組分含量分布在30.38%～46.20%之間(圖3a)；盆參2井區(qū)原油中甲基環(huán)己烷組分含量分布在46.03%～58.51%之間，正庚烷組分含量分布在24.22%～43.12%之間(圖3b)。研究區(qū)原油中甲基環(huán)己烷組分占優(yōu)勢(shì)，表明其生烴母質(zhì)均以偏腐殖型為主。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)原油C7輕烴及規(guī)則甾烷組成分布

三環(huán)萜烷、藿烷和甾烷系列是研究原油油源的重要指標(biāo)[9]。伽馬蠟烷主要是半咸水—鹽湖沉積物，在淡水沉積環(huán)境烴源巖中含量較低，可采用伽馬蠟烷指數(shù)表征烴源巖沉積環(huán)境[19]。Ts/Tm比值主要用于表征原油成熟度[20]，成熟度越高，Ts/Tm值越大。前人研究表明，αααC27規(guī)則甾烷可能來源于水生浮游生物，而αααC29規(guī)則甾烷可能來源于陸源生物，αααC27、C28、C29規(guī)則甾烷的相對(duì)含量可用于表征母質(zhì)類型及相對(duì)貢獻(xiàn)[21-22]，且C29規(guī)則甾烷不同地質(zhì)構(gòu)型的比值可判斷烴源巖成熟度[23]。盆5井區(qū)原油中Ts/Tm值分布在0.38～0.79之間；γ/C30藿烷值分布在0.10～0.25之間；αααC27、C28、C29規(guī)則甾烷分布中以αααC29規(guī)則甾烷含量占優(yōu)勢(shì)，分布在36.63%～52.56%之間，均值為45.96%，主要呈反L型和上升型分布；C29甾烷αββ/(αββ+ααα)與C29甾烷ααα20S/(S+R) 參數(shù)分別為0.48～0.54和0.59～0.63(圖4)。盆參2井區(qū)原油中Ts/Tm值分布在0.20～0.41之間；γ/C30藿烷值分布在0.06～0.28之間；αααC27、C28、C29規(guī)則甾烷分布中以αααC29規(guī)則甾烷含量占優(yōu)勢(shì)，分布在48.17%～55.10%之間，均值為51.33%，主要呈上升型分布；C29甾烷αββ/(αββ+ααα)與C29甾烷ααα20S/(S+R) 參數(shù)分別為0.44～0.52和0.51～0.62(圖4)。從生物標(biāo)志物組成特征可以看出，盆5井區(qū)原油成熟度整體高于盆參2井區(qū)原油，兩者的母質(zhì)來源具有一定的差異。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)原油生物標(biāo)志物組成特征

典型風(fēng)城組烴源巖Pr/Ph通常小于1.00，反映了鹽湖相的沉積環(huán)境，Pr/nC17和Ph/nC18一般都大于0.50；Ts含量極低，Ts/Tm值一般小于0.20；γ/C30藿烷值一般大于0.20；αααC27、C28、C29規(guī)則甾烷分布中以αααC29規(guī)則甾烷含量占優(yōu)勢(shì)。典型下烏爾禾組烴源巖Pr/Ph的比值一般介于1.00～2.00之間，Pr/nC17和Ph/nC18分布在0.30～0.50之間；Ts含量較高，Ts/Tm值一般大于0.20；γ/C30藿烷值一般小于0.20，αααC27、C28、C29規(guī)則甾烷分布中以αααC29規(guī)則甾烷含量占優(yōu)勢(shì)。從原油地球化學(xué)組成上看，莫索灣地區(qū)原油與典型下烏爾禾組烴源巖地球化學(xué)特征較為相似，表明盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)原油主要來源于下烏爾禾組烴源巖。

2.3 原油金剛烷組成特征

金剛烷化合物具有穩(wěn)定的類金剛石結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性和抗生物降解能力，可用于油氣成熟度評(píng)價(jià)、有機(jī)質(zhì)類型判識(shí)及油氣運(yùn)移方向研究等[24-27]。對(duì)于高熟油氣來說，常用的C29甾烷αββ/(αββ+ααα)與C29甾烷ααα20S/(S+R)參數(shù)已達(dá)到平衡值，難以有效判斷成熟度大小。針對(duì)于此，前人建立了金剛烷異構(gòu)化指標(biāo)評(píng)價(jià)原油和烴源巖的成熟度，認(rèn)為隨著熱演化程度的增加，異構(gòu)化指標(biāo)增大[28]，并利用金剛烷濃度指標(biāo)判別油氣來源。圖5是莫索灣地區(qū)原油金剛烷異構(gòu)化指標(biāo)和濃度指標(biāo)特征，從圖5中可以看出，盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)不僅成熟度存在明顯差異，來源也不同。盆5井區(qū)原油金剛烷異構(gòu)化指標(biāo)MAI[1-甲基單金剛烷/(1-甲基單金剛烷+2-甲基單金剛烷)]值分布在0.50～0.69之間，DMAI-1[1,3-二甲基單金剛烷/(1,3-二甲基單金剛烷+1,2-二甲基單金剛烷)]值分布在0.53～0.65之間，EAI[1-乙基單金剛烷/(1-乙基單金剛烷+2-乙基單金剛烷)]值分布在0.24～0.30之間，MDI[4-甲基雙金剛烷/(4-甲基雙金剛烷+1-甲基雙金剛烷+3-甲基雙金剛烷)]值分布在0.34～0.51之間；盆參2井區(qū)原油金剛烷異構(gòu)化指標(biāo)MAI值分布在0.41～0.50之間，DMAI-1值分布在0.44～0.54之間，EAI值分布在0.21～0.27之間，MDI值分布在0.26～0.37之間，表明盆5井區(qū)原油成熟度高于盆參2井區(qū)原油。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)原油金剛烷異構(gòu)化指標(biāo)(a,b)和濃度指標(biāo)(c,d)

盆5井區(qū)原油金剛烷濃度指標(biāo)A/1-MA(單金剛烷含量/1-甲基單金剛烷含量)值分布在0.31～0.37之間，1-MA/1,3-DMA(1-甲基單金剛烷含量/1,3-二甲基單金剛烷含量)值分布在0.96～1.47之間，A/MAs(單金剛烷含量/甲基單金剛烷類總含量)值分布在0.16～0.22之間，MAs/DMAs(甲基單金剛烷類總含量/二甲基單金剛烷類總含量)值分布在0.44～0.64之間；盆參2井區(qū)原油金剛烷濃度指標(biāo)A/1-MA值分布在0.47～0.83之間，1-MA/1,3-DMA值分布在0.81～1.14之間，A/MAs值分布在0.25～0.41之間，MAs/DMAs值分布在0.36～0.47之間，表明其來源不同。綜合前文所述，認(rèn)為造成盆5井區(qū)與盆參2井區(qū)原油差異的原因主要是由于混源比例不同造成的。

2.4 原油單體烴碳同位素組成特征

在油氣地球化學(xué)領(lǐng)域，穩(wěn)定碳同位素分析技術(shù)在油源對(duì)比、烴源巖的沉積環(huán)境和成熟度等研究領(lǐng)域得到了應(yīng)用[29-30]。單體化合物測(cè)試方法的實(shí)現(xiàn)，大大增強(qiáng)了追蹤古環(huán)境中有機(jī)質(zhì)來源和恢復(fù)古生物化學(xué)過程及沉積環(huán)境的能力，為油源的精細(xì)對(duì)比研究提供了一種更加有效的方法[31-34]。圖6為準(zhǔn)噶爾盆地典型烴源巖及莫索灣凸起原油正構(gòu)烷烴單體碳同位素組成特征圖，從圖6中可以看出，盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)原油正構(gòu)烷烴碳同位素值組成及分布曲線基本相同，表明其整體來源一致，在nC12—nC32范圍正構(gòu)烷烴單體碳同位素值主要介于-31.8‰～-28.5‰之間，隨著正構(gòu)烷烴碳數(shù)增加，呈先降低后升高的趨勢(shì)，在nC25范圍達(dá)到最低值，與典型下烏爾禾組烴源巖整體較為相似。但下烏爾禾組烴源巖在nC12—nC32范圍正構(gòu)烷烴單體碳同位素值主要介于-35.0‰～-30.4‰之間，不同碳數(shù)正構(gòu)烷烴碳同位素值跨度較大，達(dá)到4.6‰；而莫索灣地區(qū)原油中不同碳數(shù)正構(gòu)烷烴碳同位素值跨度有所差異，分布在2.2‰～3.0‰之間，認(rèn)為可能是混源導(dǎo)致的。前人[1-2]研究認(rèn)為，該區(qū)侏羅系油氣藏第一次成藏是在早白堊世，由來源于風(fēng)城組烴源巖的油氣調(diào)整而來；第二次是在晚白堊世—第三紀(jì)，是主要來源于下烏爾禾組烴源巖的原生油氣藏，隨著后期充注來源于下烏爾禾組烴源巖油氣比例增大，導(dǎo)致原油中不同碳數(shù)正構(gòu)烷烴碳同位素值跨度有所差異。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)原油與烴源巖中 正構(gòu)烷烴碳同位素組成特征

2.5 混源油模擬配比實(shí)驗(yàn)

前哨1井端元油具有典型高成熟下烏爾禾組來源特征，甾烷異構(gòu)化指數(shù)C29甾烷ααα20S/(S+R)值為0.51，其TIC圖中正構(gòu)烷烴分布完整且表現(xiàn)為“前峰型”(圖7a)，未檢出指示遭受降解的25-降藿烷(圖7b)，未檢出β-胡蘿卜烷，Pr/Ph為1.73，表明其為弱氧化的淡水環(huán)境；三環(huán)萜烷C20、C21、C23呈“山峰型”分布(圖7c)，表現(xiàn)為“高熟、無降解、一期充注”?；?03井端元油具有典型成熟風(fēng)城組來源特征，甾烷異構(gòu)化指數(shù)C29甾烷ααα20S/(S+R)值為0.48，其TIC圖中基本不含正構(gòu)烷烴，具有明顯“UCM”特征(圖7d)，檢出指示嚴(yán)重生物降解的25-降藿烷(圖7e)，表明其遭受過嚴(yán)重的次生降解；檢出豐富的β-胡蘿卜烷，Pr/Ph為1.42，表明其為弱還原咸化環(huán)境；三環(huán)萜烷C20、C21、C23呈“上升型”分布(圖7f)，表現(xiàn)為“成熟、降解、一期充注”。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)前哨1井(a-c)和基003井(d-f)端元油質(zhì)量色譜圖

基于混源油生物標(biāo)志物定量分析，建立了反映混源比例的判識(shí)參數(shù)(表1)。原油中胡蘿卜烷系列、伽馬臘烷、25-降藿烷、Tm和C30藿烷具有較大油源辨識(shí)度，隨著P2w來源油所占比例增加，判識(shí)參數(shù)含量逐漸降低，反映水體鹽度的β-胡蘿卜烷含量由1910.70 μg/g降低至181.57 μg/g；伽馬臘烷含量由194.35 μg/g降低至17.08 μg/g；γ-胡蘿卜烷含量由566.84 μg/g降低至69.72 μg/g；反映生物降解程度的25-降藿烷含量由71.61 μg/g降低至0.00 μg/g；反映成熟度和有機(jī)相的Tm含量由200.91 μg/g降低至8.48 μg/g；反映母質(zhì)類型的C30藿烷含量由647.36 μg/g降低至51.80 μg/g。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)混源油比例判識(shí)參數(shù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，盆5井區(qū)和盆參2井區(qū)原油均以高成熟下烏爾禾組烴源巖貢獻(xiàn)為主，貢獻(xiàn)比例分別大于80%和60%。以盆5井原油(J1s)為例，其β-胡蘿卜烷含量為255.12 μg/g，伽馬蠟烷含量為23.73 μg/g，γ-胡蘿卜烷含量為86.94 μg/g，Tm含量為23.87 μg/g，C30藿烷含量86.91 μg/g，下烏爾禾組烴源巖貢獻(xiàn)比例為95%；以莫10井原油(J1s)為例，其β-胡蘿卜烷含量為597.13 μg/g，伽馬蠟烷含量為52.48 μg/g，γ-胡蘿卜烷含量為198.15 μg/g，Tm含量為66.48 μg/g，C30藿烷含量222.91 μg/g，下烏爾禾組烴源巖貢獻(xiàn)比例為64%(圖8)。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)成熟風(fēng)城組來源與高成熟下烏爾禾組來源混源油生物標(biāo)志物定量圖

綜上所述，莫索灣地區(qū)盆5井區(qū)原油和盆參2井區(qū)原油整體來源相同，以晚期高成熟下烏爾禾組烴源巖貢獻(xiàn)為主，混有早期成熟風(fēng)城組烴源巖貢獻(xiàn)。由于原油中風(fēng)城組烴源巖貢獻(xiàn)不同，從而造成不同區(qū)塊原油地球化學(xué)特征表現(xiàn)差異。由圖9可見，該區(qū)油氣成藏特征為：混源特征顯著且復(fù)雜，并以后期生成的高成熟下烏爾禾組來源油為主。

圖9 準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū) 盆5井—莫10井油氣成藏模式

3 結(jié)論

準(zhǔn)噶爾盆地莫索灣地區(qū)侏羅系儲(chǔ)層普遍存在兩期油氣充注，早期為成熟的風(fēng)城組烴源巖生成，晚期來源于下烏爾禾組烴源巖，以晚期充注為主；不同區(qū)塊兩期原油混合比例不同，盆5井區(qū)原油中下烏爾禾組烴源巖貢獻(xiàn)較高，達(dá)到80%以上，而盆參2井區(qū)原油中下烏爾禾組烴源巖貢獻(xiàn)在60%以上。盆5井區(qū)原油成熟度整體高于盆參2井區(qū)，主要表現(xiàn)為碳同位素更重、金剛烷異構(gòu)化指標(biāo)更大、Ts/Tm值更高、水體沉積環(huán)境更偏氧化性以及Pr/Ph值更大。