准噶尔盆地春光区块沙湾组原油芳烃特征

尹琴，严永新，王勇，贾秀容，纪甜甜，马荣芳

（中国石化河南油田分公司a.勘探开发研究院，郑州450018；b.博士后工作站，河南南阳473132）



准噶尔盆地春光区块沙湾组原油芳烃特征

尹琴a，b，严永新a，王勇a，贾秀容a，纪甜甜a，马荣芳a

（中国石化河南油田分公司a.勘探开发研究院，郑州450018；b.博士后工作站，河南南阳473132）

摘要：为查明准噶尔盆地西北缘车排子地区的油气来源，对春光区块中新统沙湾组40个原油样品进行GC-MS分析，全面系统地研究了芳烃类生物标志物的分布和组成特征，并探讨了其地质地球化学意义。春光区块沙湾组原油中检测到了丰富的芳烃，为判断有机质成熟度、母质类型、油气充注和运移方向提供了依据。春光区块沙湾组原油处于成熟阶段，形成于陆相成油环境，其母质有一定高等植物输入的贡献，且不同类型原油的母质有所差异；根据五甲基萘指数与甲基二苯并噻吩指数比值，研究区沙湾组原油来源于西南和东南2个方向，轻质原油距离烃源区近，油源单一，而中质和重质油距离烃源区较远，中质油为混源油，重质油则为高度降解油。

关键词：准噶尔盆地；春光区块；沙湾组；生物标志物；生物降解；芳烃；油气运移

芳烃是烃源岩和原油中的重要组成部分，一般可占有机质总量或原油族组成的10%～45%，其组成和分布特征的差异，可以揭示有机质成熟度、母质来源、沉积环境、原油生物降解作用程度和油气运移方向等信息[1-3]，并且芳烃成熟度参数比饱和烃甾萜烷异构化参数具有更宽的化学动力学范围，在热演化程度确定上具有指示范围更宽的优势[3-4]。

准噶尔盆地西北缘车排子地区无论是由昌吉凹陷烃源岩供烃，还是由四棵树凹陷烃源岩供烃，供烃距离都长达数十千米至上百千米（图1），生成的油气均需经过长距离运移才能推进到源外研究区。现今观点普遍认为，车排子地区轻质油来自于四棵树凹陷和昌吉凹陷[5-8]，但具体是来自于四棵树凹陷，还是来自于昌吉凹陷，抑或两个凹陷的烃源岩均有贡献，认识并不统一。为了查明春光区块的油气来源，本文对春光区块中新统沙湾组40个原油样品进行GC-MS分析，全面研究轻质油、中质油和重质油中芳烃组成和分布特征，探讨原油母质类型、沉积环境、成熟度和油气充注运移方向，旨在为研究区的油源对比、油气成藏分析等提供依据。

1　地质背景

春光区块位于准噶尔盆地西部隆起车排子凸起东部，其西面和北面邻近加依尔山，南面为四棵树凹陷，向东以红车断裂带与昌吉凹陷以及中拐凸起相接，勘探面积约1 023.245 km2（图1）[9]。春光区块总体表现为东南倾的单斜，自上而下发育新近系独山子组、塔西河组、沙湾组，古近系，白垩系，侏罗系和石炭系。中新统沙湾组在全区皆有分布，是春光区块的重要含油气层。

与研究区相邻的四棵树凹陷和昌吉凹陷为春光区块的2大供烃凹陷。研究区东侧的昌吉凹陷，二叠系和侏罗系是其最有利的烃源岩发育层位；南侧的四棵树凹陷主要发育侏罗系、白垩系及古近系3套烃源岩，其中侏罗系烃源岩对四棵树凹陷贡献最大，而白垩系及古近系仅在局部地区有贡献[10]。

春光区块沙湾组原油分为3大类4小类。Ⅰ类原油为未发生生物降解的原油，Ⅰ类又分为2小类：ⅠA类原油和ⅠB类原油，ⅠA类原油分布于研究区的西南部，ⅠB类原油分布于研究区的东部。Ⅱ类原油为混合来源油，为未降解原油与严重生物降解原油的混源油，分布于研究区的西北部。Ⅲ类原油为严重降解原油，分布于研究区的北部稍偏东区域（图1，表1）。

图1　春光区块沙湾组各类原油分布及区域位置

表1　春光区块原油及生物标志物特征

2　原油芳烃特征

2.1原油芳烃系列组成总体特征

未成熟—低成熟原油中芳烃总离子流（TIC）图为后峰型或双峰型，四环或五环芳烃占优势，而高成熟原油的芳烃馏分以二环或三环芳烃为主，具有前峰型分布特征[11]。春光区块沙湾组原油中二环和三环芳烃占优势，具有高成熟原油的特征（图2）。原油中检测出丰富的萘系列、菲系列、三芴系列、三芳甾烷系列和联苯系列化合物，而典型高等植物来源的多环芳烃，如卡达烯、蒽、惹烯、苯并荧蒽、荧蒽、、芘、苝等也均有检测到[12]（图3），反映生油母质中有高等植物的输入。原油芳烃的特征属于生物降解和运移分馏共同作用的结果，生物降解作用产生的“鼓包”造成了芳烃分布的差异性，随着生物降解作用的增强，常规芳烃的质量分数降低，三芳甾烷系列化合物的质量分数增加[13]，TIC基线隆起程度增加。

Ⅰ类原油和Ⅱ类原油的芳烃组成与Ⅲ类原油的芳烃组成有较大不同（图3）。Ⅰ类原油和Ⅱ类原油芳烃中萘系列、菲系列、三芴系列、联苯系列化合物为主要成分，萘系列化合物质量分数最高达到了55%，菲系列化合物质量分数最高可达45%，而和三芳甾烷系列化合物的质量分数较低，系列化合物质量分数低于5%；卡达烯、蒽、惹烯、苯并荧蒽、荧蒽、芘、苝等高等植物生源输入的化合物质量分数很低，均低于1%；三芴系列化合物中医药氧芴系列化合物质量分数高达10%.这些特征说明，Ⅰ类原油和Ⅱ类原油母质以低等水生生物来源为主，高等植物输入相对较少，沉积环境偏氧化。

图2　春光区块沙湾组原油芳烃总离子流（TIC）

图3　春光区块沙湾组原油芳烃各系列化合物组成分布

2.2萘系列化合物特征

3类原油萘系列化合物的分布特征表明，萘系列质量分数与降解程度明显相关。Ⅰ类原油和Ⅱ类原油芳烃中，二甲基萘（DMN）、三甲基萘（TMN）和四甲基萘（TeMN）丰富，萘（N）、甲基萘（MN）和五甲基萘（PMN）质量分数相对较低，总体上具有m（TMN）> m（DMN）>m（TeMN）>m（MN）>m（PMN）>m（N）的分布规律（图4）。Ⅲ类原油芳烃中，萘系列化合物组成与Ⅰ类原油和Ⅱ类原油明显不同，四甲基萘和五甲基萘丰富，萘、甲基萘、二甲基萘质量分数很低，总体上具有m（TeMN）>m（PMN）>m（TMN）>m（DMN）> m（MN）>m（N）的分布规律。在没有遭受生物降解作用改造的情况下，萘系列和菲系列丰度分布规律为m（C0）>m（C1）>m（C2）>m（C3）>m（C4）[14]。春光区块Ⅰ类原油为轻质油，并没有遭受生物降解，却不符合该规律，主要原因可能是由于运移分馏所致。因此，春光区块萘系列化合物的分布受运移和生物降解作用的双重控制。

基于文献［15］建立的油藏充注模式，依据油藏内部原油成熟度的细微变化，可以表征原油运移与油藏充注的途径，即在一个油藏范围内，先期充注的原油成熟度较低，而期充注的原油成熟度相对偏高，成熟度相对最高的原油分布在最接近油藏充注点的地带，原油成熟度显著降低的轨迹可以示踪原油运移充注的途径。

较少甲基取代萘系列化合物成熟度参数（如MNR，DNR和TNR）不适宜成熟度较高、生物降解原油成熟度研究[16]。五甲基萘分布较稳定，受生物降解作用影响较小。因此，可以用m（1，2，4，6，7-PMN）/ m（1，2，4，6，7-PMN+1，2，3，5，6-PMN）的值（五甲基萘指数，RPN）作为油气运移指标[13]。春光区块沙湾组ⅠA类原油的RPN为0.24～0.27，平均为0.26；ⅠB类原油RPN为0.35～0.40，平均为0.38；Ⅱ类原油RPN为0.31～ 0.35，平均为0.33；Ⅲ类原油RPN为0.17～0.24，平均为0.20，其RPN表现趋势为Ⅲ类＜ⅠA类＜Ⅱ类＜ⅠB类。随着运移距离的增加，成熟度降低，即相应的RPN降低。如果ⅠB类原油和ⅠA类原油均来自于四棵树凹陷，那么根据二者的区域分布，应该表现为ⅠB类原油RPN小于ⅠA类原油RPN，而事实上恰好相反。结合4类原油的区域分布与烃源岩凹陷的分布（图1），认为ⅠA类原油和ⅠB类原油来源不同，ⅠA类原油来自于四棵树凹陷，ⅠB类原油来自于昌吉凹陷。进一步表明春光区块油气充注方向有2个：一个是西南方向往北充注，一个是东南方向往北充注。ⅠA类原油和ⅠB类原油分布距离供烃区较近，Ⅱ类原油和Ⅲ类原油距离供烃区较远。Ⅱ类原油和Ⅲ类原油可能有2个来源，应该从多方面考虑，作进一步分析。

文献［17］认为1，2，5-三甲基萘来源于高等植物生源五环三萜香树素和双环二萜刺柏酸，由此认为高质量分数的1，2，5-三甲基萘可以作为高等植物生源输入的标志。m（1，2，5-TMN）/m（1，3，6-TMN）在海相原油中较低，而在陆相原油中则较高，如塔里木盆地海相原油此参数为0.15～0.29，陆相原油在0.30以上，煤成油达到0.74～1.48[18]。春光区块沙湾组原油此参数为0.28～0.79，平均为0.41，显示原油形成于陆相成油环境。

2.3菲系列化合物特征

春光区块沙湾组Ⅰ类原油和Ⅱ类原油芳烃中，甲基菲（MP）和二甲基菲（DMP）质量分数较高，菲（P）和三甲基菲（TMP）质量分数相对较低。Ⅲ类原油芳烃中菲系列化合物随着甲基取代基的增多，质量分数增加（图4），表明菲系列化合物也受到生物降解作用的影响。

菲系列化合物目前主要用于研究原油和烃源岩的成熟度，甲基菲指数是常用的成熟度参数，由文献［19］最先提出并引入到烃源岩的成熟度研究中。此后，国内外学者做了大量深入的研究工作，成功地将此参数用于不同环境下的烃源岩和原油成熟度研究[18，20-22]。但是，菲系列化合物受生物降解作用影响较大，所示的成熟度参数不适用于生物降解原油。春光区块沙湾组Ⅱ类原油和Ⅲ类原油都发生了生物降解作用，Ⅲ类原油更是遭受了强烈的生物降解作用。因此，甲基菲指数等成熟度参数都不适用于春光区块沙湾组原油。

m（惹烯）/m（菲）常用于反映母质中陆源高等植物的输入情况[3]，在沼泽、内陆湖泊等环境中，高等植物输入较多，原油中m（惹烯）/m（菲）较大；在盐湖、海相环境中的原油，其惹烯质量分数就很小。春光区块沙湾组原油中，ⅠA类原油m（惹烯）/m（菲）为0.03～ 0.06，平均为0.04；ⅠB类原油为0.07～1.15，平均为0.25；Ⅱ类原油为0.08～0.13，平均为0.11；Ⅲ类原油为0.13～ 1.05，平均为0.72.ⅠB类原油与Ⅲ类原油其m（惹烯）/ m（菲）较大，表明其来源相似，成油母质中高等植物输入明显。ⅠA类原油和Ⅱ类原油来源相似，成油母质中高等植物输入较低。结合各类原油分布区域及烃源岩凹陷位置，认为ⅠA类原油和Ⅱ类原油来源以四棵树凹陷烃源岩为主，ⅠB类原油与Ⅲ类原油来源以昌吉凹陷烃源岩为主。

2.4三芴系列化合物特征

三芴系列是芳烃地球化学特征研究中涉及较多的芳烃之一[4，22-23]，其相对质量分数是烃源岩及原油芳烃中最常用的指示沉积环境的指标，常用来进行油源对比[24]。陆相淡水、微咸水湖相烃源岩和原油中芴（F）质量分数较高，沼泽相煤和煤成油中氧芴（OF）质量分数高，盐湖相、海相碳酸盐岩烃源岩及原油硫芴（SF）质量分数高[4]，但对于过渡环境其应用效果却不太显著。而采用m（∑SF）/m［∑（F+SF）］系列和m（∑OF）/ m［∑（F+OF）］系列的相关关系，可以较好地区分一些过渡性环境[23]。春光区块原油样品中，Ⅰ类原油和Ⅱ类原油芳烃中二苯并噻吩（DBT）和二苯并呋喃（DBF）的比值m（DBT）/m（DBF）均小于1，说明Ⅰ类原油和Ⅱ类原油所处环境偏氧化。Ⅲ类原油m（DBT）/ m（DBF）大于1，表明Ⅲ类原油所处环境偏还原。用m（∑SF）/m［∑（F+SF）］和m（∑OF）/m［∑（F+OF）］的相关关系得出的结论与其相吻合，表征总体还是陆相成油环境（图5）。

二苯并噻吩与菲的质量比m（DBT）/m（P）是一个沉积环境参数，可以表征生油母质的沉积环境，在强还原环境尤其是海相碳酸盐地层中，此参数大于1.0，湖相沉积此参数小于1.0[11，25]。春光区块沙湾组原油此参数小于1.0，因此，其原油母质处于湖相沉积环境。

二苯并噻吩随着埋深增大，热稳定性高的4-MD⁃BT质量分数相对增加，而稳定性较差的1-MDBT质量分数相对降低，因此，m（4-MDBT）/m（1-MDBT）的值随着成熟度的增加而增大[13，22]。常用的二苯并噻吩类成熟度参数有m（4-MDBT）/m（1-MDBT）和m（4，6-DMDBT）/m（1，4-DMDBT）。文献［26］认为，烷基二苯并噻吩类参数兼具表征有机质成熟度及油气运移的属性，可以作为示踪油藏充注方向与途径的有效参数。春光区块沙湾组原油中，ⅠA类原油m（4-MDBT）/m （1-MDBT）为4.19～4.94，ⅠB类原油为6.90～8.26，Ⅱ类原油为2.11～5.53，Ⅲ类原油为0.35～2.62，随着运移距离的增加，m（4-MDBT）/m（1-MDBT）应减小。ⅠA类原油与ⅠB类原油其值趋势与RPN的趋势相同，再一次证实ⅠA类原油和ⅠB类原油来源不同。

图5　春光区块沙湾组原油芳烃中化合物相关关系

2.5三芳甾烷系列化合物特征

三芳甾烷（TAS）是单芳甾烷（AS）受热后再次芳构化的产物[13，22]。三芳甾烷比单芳甾烷指数更灵敏，三芳甾烷参数适用于烃源岩和原油的成熟高峰到晚成熟阶段[2]。三芳甾烷的形成与沉积环境关系密切，富含钙质的高盐强还原环境有利于三芳甾烷的形成[12，25]。沉积物中的三芳甾烷都是由生物中甾烯醇和甾烷醇转化而来的，因此，三芳甾烷的成油母质为菌藻类。三芳甾烷抗生物降解能力强，随着原油生物降解程度的增加，三芳甾烷相对质量分数增大。

从各类原油三芳甾烷的分布，再次说明ⅠA类原油与ⅠB类原油来源不同，表明ⅠA类原油成油环境相对于ⅠB类原油较还原，成油母质中菌藻类质量分数相对较高。m（C2720R-TAS）/m（C2820R-TAS）可以用于反映烃源岩有机母质的参数[22]，因此，可以用m（C2720R-TAS）/m（C2820R-TAS）与m（C2620S-TAS）/ m（C2820S-TAS）的相关性来进行原油分类和油源对比，较好地区分春光区块沙湾组原油（图6）。

图6　春光区块沙湾组原油三芳甾烷的分布

三芳甾烷研究有机质热演化程度的指标较多，本文采用m（C2820S-TAS）/m［C28（20S+20R）-TAS］反映原油的成熟度变化。春光区块沙湾组原油中，ⅠA类原油m（C2820S-TAS）/m［C28（20S+20R）-TAS］为0.52～ 0.54，ⅠB类原油为0.51～0.53，Ⅱ类原油为0.55～0.62，Ⅲ类原油为0.55～0.58，表明研究区原油的热演化程度差别不大，处于成熟阶段。ⅠA类原油与ⅠB类原油成熟度相近，Ⅱ类原油和Ⅲ类原油成熟度相对Ⅰ类原油较高。

3　结论

（1）春光区块沙湾组原油芳烃TIC图为前峰型，表明原油具有高成熟特征。m（C2820S-TAS）/m［C28（20S+20R）-TAS］为生物降解原油成熟度参数，其值反映春光区块沙湾组原油处于成熟阶段。具体为ⅠA类原油与ⅠB类原油成熟度相近，Ⅱ类原油和Ⅲ类原油成熟度相对Ⅰ类原油较高。

等典型高等植物生源化合物的检测，表明其成油母质有高等植物输入的贡献，但3大类4小类原油的成油母质有所差别，Ⅲ类原油母质中高等植物输入的贡献相较于Ⅰ类原油和Ⅱ类原油较高，ⅠA类原油相对于ⅠB类原油成油母质中菌藻类含量相对较高。ⅠA类原油和Ⅱ类原油来源以四棵树凹陷烃源岩为主，ⅠB类原油与Ⅲ类原油来源以昌吉凹陷烃源岩为主。

（3）m（1，2，5-TMN）/m（1，3，6，-TMN），m（惹烯）/ m（菲），m（DBT）/m（P），三芴系列及三芳甾烷系列化合物结果表明春光区块原油形成于陆相成油环境。ⅠA类原油成油环境相对于ⅠB类原油较还原，Ⅲ类原油相较于Ⅰ类原油和Ⅱ类原油沉积环境偏还原。

（4）五甲基萘指数与m（4-MDBT）/m（1-MDBT）2个参数可以很好地反映春光区块沙湾组原油充注运移方向，并进一步说明ⅠA类原油和ⅠB类原油来源不同。春光区块沙湾组油气充注方向有2个，即西南方向和东南方向。ⅠA类原油和ⅠB类原油分布距离供烃区较近；Ⅱ类原油和Ⅲ类原油距离供烃区较远，为2个来源，属混源油。

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（编辑顾新元）

Geochemical Characteristics of Aromatic Hydrocarbons in Crude Oil of Shawan Formation in Chunguang Block,Northwestern Margin of Junggar Basin

YIN Qina,b,YAN Yongxina,WANG Yonga,JIA Xiuronga,JI Tiantiana,MA Rongfanga
(Sinopec Henan Oilfield Company,a.Research Institute of Exploration and Development,Zhengzhou,Henan 450018,China;b.Postdoctoral Work Station,Nanyang,Henan 473132,China)

Abstract:In order to ascertain the oil⁃gas origin in Chepaizi area in northwestern margin of Junggar basin,this paper studied the 40 crude oil samples from the Miocene Shawan formation in Chunguang block of this basin using GC⁃MS analysis,and presented the distributions and compositions of aromatic hydrocarbons biomarker,as well as their geological and geochemical implications.There are abundant aromat⁃ic hydrocarbons detected in Shawan crude oil,which can be regarded as important basis for judgement of the organic matter maturity,kero⁃gen type,hydrocarbon charge and migration direction.The study shows that the Shawan crude oil is in mature stage,formed in continental oil environment,and its kerogen contains a certain extent of imput higher plants,and there exist some defferences among them for different types of crude oils.According to the ratio index and m(4⁃MDBT)/m(1⁃MDBT),the Shawan crude oil in this area is originated from WS to ES directions,and characterized by that the light crude is close to hydrocarbon source area,with single oil source;the intermediate and heavy oils are relatively far from it,the former is mixed oil,the latter is highly degraded one.

Keywords:Junggar basin;Chunguangblock;Shawan formation;biomarker;biodegradation;aromatic hydrocarbon;hydrocarbon migration

作者简介：尹琴（1985-），女，四川仁寿人，博士，油气和有机地球化学，（Tel）0371-56530530（E-mail）yinqin8505@126.com

收稿日期：2015-10-28

修订日期：2016-01-03

文章编号：1001-3873（2016）02-0138-07

DOI：10.7657/XJPG20160203

中图分类号：TE112.113

文献标识码：A