准噶尔盆地中部地区油源差异的显微傅里叶红外光谱研究

阿布力孜·克里木 （中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依834000）

阿不都艾尼·阿布都热依木 （中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆 克拉玛依834000）

吐尔逊古丽·艾山 （中国石油新疆油田分公司风城油田作业区，新疆 克拉玛依834000）

祖帕尔·卡斯木 （中国石油新疆油田分公司工程技术研究院，新疆 克拉玛依834000）

热合麦提·亚尔麦麦提 （中国石油阿克纠宾油气股份公司，哈萨克斯坦 阿克纠宾030002）

叠合盆地油气混源是一种普遍现象[1，2]，长期以来，研究者主要通过油气的同位素和生物标志物组成等有机地球化学方法来开展研究，然而，因这一工作的复杂性，使得其多解性和不确定性很大，影响因素包括混源油端元油性质的相似性，以及原油混源比例的多变性等。

显微傅里叶红外光谱是鉴定有机化合物结构的一种常见重要技术，在有机结构，特别是官能团的分析鉴定方面具有重要作用，已广泛应用于油气地质研究中，分析对象包括干酪根、沥青质、包裹体等[3，4]，因此从理论上而言，应可以反映混源油气的差异。然而，迄今为止，相关工作仍很少，不清楚应用的有效性和普适性。笔者以准噶尔盆地中部莫索湾－莫北地区为例，开展这一探索性研究，其目的一方面是开拓混源油组成新方法研究，另一方面也为区域油气成藏和勘探研究提供参考新信息。

1 地质背景

准噶尔盆地中部莫索湾－莫北地区（图1）是盆地当前油气勘探的重要区域，目前发现的油气主要聚集于下侏罗统三工河组 （J1s）[5]。大致以莫索湾凸起莫3井周缘为界，其南东侧莫索湾中东部地区的原油密度多超过0.88g/cm3，而相比而言，其北西侧盆1井西凹陷东环带地区的原油性质相对较轻，密度多小于0.87g/cm3，初步展示了油源的差异性。

图1 准噶尔盆地中部地区构造单元划分与油气藏分布图

对于这种差异，根据区域构造演化特点[6]，推测是因为油源区不同所致，即盆1井西凹陷东环带地区的原油主要来自于盆1井西凹陷，而莫索湾凸起中东部地区的原油主要来自于阜康凹陷[5，7]。然而，由于区域原油大都表现出混源特征，所以从分子地球化学组成上较难将这种差异区分开来[5]。最近，Cao Jian等[8，9]先后分别应用储层成岩方解石中的Mn元素含量，以及储层含油包裹体颗粒指数，通过研究油气运移方向，讨论了油源区的差异。但仍需要从原油基础地球化学性质上进行分析，这是研究油源差异的根本证据。

2 研究方法与原理

利用带有显微镜的傅里叶变换红外光谱 （Micro－FTIR）可对油气地质样品中的有机质和包裹体进行微区分析，其主要原理是首先通过显微镜观测样品的外观形态和物理微观结构，然后直接测试样品某些特定部位的化学结构，得到其红外谱图，不同红外吸收峰强度代表不同化学结构的相对丰度，这些丰度比可以反映有机质的结构组成特征[4]。

红外光谱图通常以波数1500cm－1处为界，可分为高频区和低频区，前者是化学键和官能团的特征频率区，而后者则反映了整个分子由于振动、转动所引起的特征吸收峰，这些吸收峰根据红外光谱学和有机化学原理可分为3类[10]：①脂肪族结构吸收峰，主要包括720、1380、1460、2800～3000cm－1；②芳香结构吸收峰，主要包括750、810、870、1500、1600、3035cm－1；③杂原子基团吸收峰，主要包括950、1084、1112、1182、1243、1321、1680、1700、1745、3400cm－1。相对而言，波数1500cm－1之前的高频区较1500cm－1之后的低频区特征吸收峰少，所以有机质的红外光谱特征吸收峰主要分布在低频区。

在低频区，有机烃类分子脂肪烃结构的吸收峰主要集中在3000～2800cm－1之间，包括脂肪烃CH3不对称伸缩振动 （νCH3a）在2956cm－1附近的吸收峰、CH2不对称伸缩振动 （νCH2a）在2923cm－1附近的吸收峰、CH3对称伸缩振动 （νCH3s）在2870cm－1附近的吸收峰、CH2对称伸缩振动 （νCH2s）在2850cm－1附近的吸收峰。这4个基团吸收峰的相对强度代表了它们的相对丰度，对应的吸收峰强度或面积之比可以定量表征有机质的组成和结构特征，如常见的X系数法，即Xinc＝ （ΣCH2/ΣCH3－0.8）/0.09，代表有机质烷基链碳原子数，Xstd＝ （ΣCH2/ΣCH3＋0.1）/0.27，代表有机质正烷烃直链碳原子数[4]。此外，有机质在热演化过程中，CH2和CH3的释放比例是不同的，通常而言，烷基链的消去是由长链到短链，而长链也不断缩短形成短链，所以有机质随热演化程度的增加，CH3基团吸收峰强度的降低程度要比CH2基团小，从而导致ΣCH2/ΣCH3比值随成熟度的增加而逐渐减小[4，10]。

以上可见，若ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd的值越小，则表明有机质或有机包裹体的碳链越短，相应成熟度越高。

Micro－FTIR分析条件见文献 [3]，对准噶尔盆地中部地区样品中的储层有机质和有机包裹体进行了研究。由于2800～3000cm－1区间各峰相距很近，常常相互重叠干扰，所以首先应用Peakfit分峰软件对曲线进行了拟合，确定了有机质 （有机包裹体）红外光谱图在3000～2800cm－1区间的4个甲基、亚甲基团的伸缩振动吸收峰 （见图2）。

3 试验结果

利用红外光谱的ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd等参数，并结合储层有机质和有机包裹体的显微镜下鉴定，发现研究区整体大致存在3次烃类成分差异较大的油气运移事件 （表1）：①长链烃的运移事件，其ΣCH2/ΣCH3值大于5.0，Xinc、Xstd值分别大于40和20，表明原油脂肪链较长，烷基链碳数较大，支链化程度高，形成的油气往往表现为重质油的特征。从烃类演化角度看，这次运移事件所记录的烃类成熟度较低，可能为相对低成熟烃源岩演化的产物。②中等长度链烃的运 移 事 件，其 ΣCH2/ΣCH3值分布在2.5～5.0之间，Xinc、Xstd值分别介于20～40和10～20之间，表明甲基相对丰富，烃链较短，成熟度中等。③短链烃的运移 事 件， 其 ΣCH2/ΣCH3值分布在1.0～2.5之间，Xinc、Xstd值分别介于4～20和2～10之间，表明含有较丰富的甲基，烷基链碳原子数在20以下，油质较轻，成熟度相对较高。

图2 准噶尔盆地中部地区典型储层有机质 （有机包裹体）红外光谱在3000～2800cm－1区间的分峰效果 （样品来自莫北8井，4064m，J1s，图中数字代表波数）

表1 噶尔盆地中部地区储层有机质和有机包裹体的红外光谱参数

这些油气运移事件在不同地区具有不同特征。首先，在莫索湾凸起中东部地区，根据红外光谱参数特征，反映出3次油气运移事件，并且主要表现出以低碳数、相对短链烃的区间占优势为特征，ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd值分别介于1.0～2.5、4～20和2～10之间，这个区间的数据占整个检测样品数据的60%左右。相比而言，高碳数的、相对长链烃的储层有机质和有机包裹体较少（ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd值分别大于5、40和20），只占到样品检测数的10%左右。其余为中等长度链烃的分布。

相比而言，在盆1井西凹陷东环带地区，检测到的储层有机质和有机包裹体红外光谱参数仅分布于两个区间段，ΣCH2/ΣCH3、Xinc、Xstd值分别介于1.0～2.5、4～20、2～10之间和2.5～5.0、20～40、10～20之间，分别相当于高熟和成熟演化阶段的油气。较之莫索湾凸起中东部地区，相似之处在于高熟油气占优势 （约占70%），不同之处在于缺少高碳数的低成熟烃类。

4 油源及其差异性分析

准噶尔盆地中部研究区在东、西、南3个方向上存在4个沉积凹陷 （见图1），加之垂向上可能存在石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系等多套烃源岩[11～13]，故油源关系理应比较复杂。目前普遍认为，区内原油以来自下二叠统风城组 （P1f）和中二叠统下乌尔禾组 （P2w）烃源岩为主，并且多具有混源特征[11]；而近年来，在东道海子－阜康凹陷地区，于成1井、东道2井、董1井中新发现了一些原油，其生物标志物组成与区内侏罗系烃源岩比较相似[12]，表明可能存在来自侏罗系的原油，并且原油也具有一定的混源特征[13]。

根据对储层有机质和有机包裹体进行的Micro－FTIR分析，发现在研究的准噶尔盆地中部地区，大致存在3种不同碳链组成及成熟度的烃类，分别代表着低成熟、中等成熟、较高成熟的原油 （见表1）。根据烃源岩的演化特点，P1f和P2w烃源岩在生油高峰期排出的原油分别具有中等成熟和较高成熟的特征[11]。所以对比表1可见，中等链和短链的烃类很分别可能对应着P1f和P2w的原油。而对于长链的低成熟烃类，鉴于其目前主要发现于东道2井等莫索湾凸起中东部地区的钻井中，因此推测其应代表侏罗系来源的原油。

根据不同类型烃类的组成比例，可以认为，无论是在盆1井西凹陷东环带地区，还是在莫索湾凸起中东部地区，目前储层中的有机质均以来自P2w的原油为主，相比而言，P1f和侏罗系来源的原油虽也有发现，但不占优势。据此，可以进一步推断盆1井西凹陷东环带地区和莫索湾凸起中东部地区在原油性质 （如原油密度）上的差异主要是缘于油源的不同。即在盆1井西凹陷东环带地区，原油主要来源于盆1井西凹陷的二叠系烃源岩，而莫索湾凸起中东部地区的原油主要来源于阜康凹陷的二叠系 （包括侏罗系）烃源岩，体现了油源的差异性。该认识较之过去，深化了对原油混合比例的掌握，从地球化学性质和组成上剖析了油源的差异性。

5 结论

1）准噶尔盆地中部地区总体大致有过3次烃类成分差异较大的油气运移，占优势的类型是相对高成熟的短链轻质油 （ΣCH2/ΣCH3＞5.0、Xinc＞40、Xstd＞20），对应着P2w原油；其次是具中等成熟度的中等链长中质油 （ΣCH2/ΣCH3＝2.5～5.0、Xinc＝20～40、Xstd＝10～20），对应着P1f原油；而规模相对最小的是成熟度较低的高碳数重质油 （ΣCH2/ΣCH3＝1.0～2.5、Xinc＝4～20、Xstd＝2～10），可能是侏罗系原油的记录。

2）3次油气运移事件在不同地区具有不同特征，反映了油源的差异性。在盆1井西凹陷东环带地区，原油主要来源于盆1井西凹陷的二叠系烃源岩，而莫索湾凸起中东部地区的原油主要来源于阜康凹陷的二叠系 （侏罗系）烃源岩。

3）通过显微傅里叶红外光谱技术，为区域油源差异研究提供了新的地球化学证据。

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