柴西油砂山油砂有机地球化学特征研究

贾磊磊，田玉涛，刘安，段闯，张文超，姚纪明

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210)

柴西油砂山油砂有机地球化学特征研究

贾磊磊，田玉涛，刘安，段闯，张文超，姚纪明

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210)

柴达木盆地；油砂；生物标志化合物；沉积环境；成熟度

对柴达木盆地油砂山8块油砂样品饱和烃馏分进行气相色谱-质谱(GC-MS)分析，生物标志化合物特征显示油砂山油砂油主要形成于高盐湖相。结合异戊二烯烃、甾烷、萜烷分布特征显示：油砂山地区油砂油母质来自水生生物和高等植物双重输入，且水生生物较高等植物稍占优势；利用C29ββ/(ββ+αα)和C29ααα-20S/20(S+R)关系图，结合Ts/Tm、C31藿烷异构体、重排甾烷/规则甾烷参数共同指示油砂山油砂表现为低成熟-中等成熟特征。

油砂作为常规石油天然气的接替性资源，受到各国政府和油企的高度重视。我国在2003～2006年开展了全国油砂资源评价，对我国油砂资源分布特征及储量进行了摸底。评价结果表明，我国油砂资源潜力较大，主要分布在新疆、青海、内蒙古、四川、云南、广西、贵州等地区的盆地中[1-2]。柴达木盆地是我国油砂资源的主要聚集地之一，其中以柴西油砂山和柴北缘鱼卡油砂具有代表性且资源量可观[3-4]。相关企业及高校专家在此积极开展了油砂资源勘探开发及利用研究。本次研究主要对油砂山地区取得的8个油砂样品进行GC-MS分析，系统阐述其沉积环境、母质类型及热演化程度等有机地球化学特征在区域性的变化规律，为明确下一步的勘探提供一定的参考。

1 柴达木盆地油砂分布特征

通过对柴达木盆地地面地质调查和浅钻井揭露表明，柴达木盆地油砂资源主要分布在盆地西部坳陷(柴西)和北缘块断带(柴北缘)。柴西和柴北缘的油砂资源均以出露地表的构造单元作为聚集单元。柴西地区的油砂资源主要分布在油砂山、干柴沟、咸水泉、红沟子、油泉子、南翼山、开特米里克、油墩子等构造。柴北缘的油砂主要分布在冷湖构造带、路乐河构造、鱼卡构造、红山构造等。总体上柴达木盆地的油砂具有点多面广的特点[5]，如图1所示。

2 样品与实验

实验共选用8个油砂样品，主要取自柴西油砂山古近系下油砂山组。样品采集后采取低温保存，以免烃类挥发影响实验结果。

样品首先粉碎至100目，经氯仿抽提48 h后并沉淀沥青质，再用SiO2-Al2O3分离可溶沥青质。饱和烃、芳香烃、非烃分别用正己烷、甲苯、乙醇冲洗而得。最后对饱和烃组分进行色谱-质谱(GC-MS)分析。实验仪器为HP6890N 型气相色谱与HP5973型(四极矩质谱仪)质谱联用仪。色谱柱为HP-5(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。升温程序为：进样器温度为280 ℃，载气为高纯氦气。起始温度为80 ℃，以4 ℃/min速率升温到290 ℃，一直恒温30 min。质谱条件：离子源为E1，离子源温度为230 ℃，离子源电离能为70 eV，色谱仪与质谱仪接口温度为280 ℃[6-7]。

图1 柴达木盆地油砂分布图

3 实验结果及讨论

3.1 族组分特征

柴达木盆地油砂族组分分析结果见表1，油砂样品中饱和烃含量介于53%～81%之间，平均为54.5%；芳烃含量介于6%～11%，平均值为8.38%；非烃含量介于5%～34%，平均为22.1%；沥青质组分含量介于1%～15%，平均为5.38%；非+沥含量介于9%～35%，平均值达到27.6%；饱芳比为6～14，饱和烃馏分相对芳烃馏分具有明显优势。

表1 油砂抽提物族组分分析结果

注：中科院兰州地质所测定

3.2 油砂油母质来源

ΣC22-/ΣC23+值常用于判别母质类型，该值越大表明水生生物对母质的贡献越大[7]。油砂山样品正构烷烃呈单驼峰分布，碳数分布为C12-C38，主峰在C23前后均有分布，ΣC22-/ΣC23+值变化较大，范围为0.15～1.13，如表2所示，显示油砂山油砂母质来源既有以高等植物为主的输入，同时也有以水生生物为主要来源，即为混合源输入。图4显示油砂山油砂部分正构烷烃分布于“鼓包”之上，说明样品可能遭受生物降解作用。生物降解损耗低碳数烃较高碳数烃更多，这可能是ΣC22-/ΣC23+值偏低的原因。

C27和C29藿烷主要是陆源母质的贡献，C31及以后的长链藿烷主要来源于藻类及细菌微生物，因此，∑C27+C29/∑C31+值也是判别样品有机质母质类型的重要参数[7]。该比值越大表明陆源母质贡献越大；相反，水生生物贡献大。油砂山油砂样品ΣC27+C29/ΣC31+值介于0.529～0.643，如表3所示，表明油砂山母质有更多的水生生物的输入。

已有研究结果表明，4-甲基甾烷常来自藻类，C27-C29常规甾烷是研究原油母质来源的良好指标[9,10]。由表4和图2可以看出，油砂山油砂C27甾烷略高于C29甾烷含量，呈不对称“V”字型分布，表明油砂山油砂母质为浮游植物和高等植物共同贡献，且浮游植物贡献较大。C29αββ/(αββ+ααα)值普遍小于C2920S/20(S+R)的值，说明油砂形成时没有微生物参与。

表2 油砂中正构烷烃和类异戊二烯分析资料

注：OEP=C23+6C25+C27/4(C24+C26)

表3 饱和烃中三环、四环和五环萜烷化合物参数

注：1-碳数分布；2-主峰；3- C24四环/C26三环；4-∑三环/∑五环；5-Ts/Tm；6-(C27+C29)/∑C31+；7- C31αβ22S/22(S+R)；8- C32αβ22S/22(S+R)；9-γ蜡烷/0.5C31

表4 油砂中甾烷分析数据

3.3 油砂油沉积古环境

油砂山油砂抽提物中的正构烷烃和类异戊二烯烃具有明显差异，如表2所示。油砂正构烷烃OEP值均小于1，平均值为0.96，表现为弱的偶碳优势；Pr/Ph值介于0.26～0.43之间，显示为植烷优势，说明样品形成于强还原性膏盐沉积环境，同时表明古沉积水体较深。Pr/nC17和Ph/nC18的比值可以很好地反映油砂的沉积环境。图3显示油砂山油砂主要形成于咸水湖相环境。

图2 油砂规则甾烷分布特征

图3 油砂中Pr/nC17与Ph/nC18比值关系图

伽马蜡烷具有强的抗生物降解作用，具有很好的环境指示意义[11,12]。高盐度环境下，伽马蜡烷含量较高，且会出现升藿烷翘尾[10,13,14]。在油砂山油砂之中伽马蜡烷含量较高，伽马蜡烷/0.5C31比值达到1.220～1.359，且升藿烷C33lt;C34lt;C35(m/z191)，出现翘尾现象，如图4所示。表明油砂山沉积环境为高盐环境，且沉积古环境的水体较深。油砂山∑三环/∑五环值为0.27～0.38，显示咸水环境，此结果与伽马蜡烷及升藿烷所表征环境相互佐证。

图4 柴达木盆地油砂山油砂抽提物m/z191 和m/ z217 质量色谱图

3.4 油砂油成熟度

油砂山油砂OEP分布在0.86～1.01之间，如表2所示，反映低成熟特征；甾烷异构体比值是反映原油成熟度的有效指标，Huang D F等利用C29甾烷ββ/(ββ+αα)和C29甾烷20S/20(S+R)值对甾萜烷成熟度参数进行了划分，将这2个参数比值0. 25 和0. 27 定为未熟和低熟的界限，0. 42 和0. 43 定为低成熟和成熟的界线[15]。由表4可以看出，C29甾烷ββ/(ββ+αα)分布在0.257～0.295之间、C29甾烷20S/20(S+R)分布在0.274～0.313之间，且从二者交汇图可以看出，如图5所示，油砂油处于低成熟阶段；Ts/Tm值分布范围为0.297～0.390，C31藿烷异构体、重排甾烷/规则甾烷参数均指示油砂山油砂油处于低成熟-中等成熟阶段。

图5 C29甾烷20S/(20S+20R)与C29甾烷ββ/(ββ+αα)关系图

4 结论

(1)对柴达木盆地油砂山地区进行生物标志物组成及分布研究。油砂油正构烷烃呈单驼峰分布，结合异戊二烯烃、甾烷、萜烷分布特征显示：油砂山地区油砂油母质来源浮游生物较高等植物稍占优势。

(2)油砂油中Pr/Ph值、Pr/nC17和Ph/nC18值、OEP值、伽马蜡烷含量以及升藿烷含量显示：油砂山油砂沉积古环境为高盐湖相且具强还原性，在一定程度上显示其为深水环境。

(3)油砂油中C29ββ/(ββ+αα)和C29ααα-20S/20(S+R)关系图能够较好的反映成熟度，结合Ts/Tm、C31藿烷异构体、重排甾烷/规则甾烷参数共同显示：油砂山油砂油具低成熟—中等成熟特征。

[1] 单玄龙,车长波,李剑在,等. 国内外油砂资源研究现状[J]. 世界地质, 2007, 26(4)：459-464.

[2] 国土资源部油气资源战略研究中心.全国油砂资源评价[M].北京:中国大地出版社，2009.

[3] 肖飞,包建平,朱翠山,等. 柴达木盆地西部典型油田原油地球化学特征对比[J]. 地球科学与环境学报, 2012, 34(4)：43-52.

[4] 曹占元,梁晓飞,张晓宝,等. 鱼卡地区油砂矿地质特征及其成矿模式[J]. 特种油气藏，2015，22(4)：47-50.

[5] 王昌桂, 马力协. 柴达木盆地北缘油气勘探潜力[J].新疆石油地质， 2005，26( 4)：350-352.

[6] 陈琰, 张敏, 马立协，等. 柴达木盆地北缘西段石炭系烃源岩和油气地球化学特征[J]. 石油实验地质，2008, 30(5):512-517.

[7] 梁晓飞,曹占元,吴远东. 冷湖地区油砂有机地球化学特征[J]. 特种油气藏，2016, 23(1)：33-37.

[8] 陈迎宾,胡烨,王彦青,等. 柴达木盆地鄂博梁Ⅲ号构造深层天然气成藏条件[J]. 油气地质与采收率, 2015, 22(5)：34-39，63.

[9] DUAN Y，WANG C Y，ZHENG C Y，et al. Geochemical study of crude oils from the Xifeng oilfield of the Ordos basin，China[J]. Jour nal of Asian Earth Sciences. 2008, 31(4) ：341-356.

[10] 施洋, 包建平, 朱翠山, 等. 柴达木盆地西部7个泉与咸水泉油田原油地球化学特征对比研究[J]. 天然气地球科学，2010，21(1) ： 132-138.

[11] 包建平, 朱翠山, 汪立群. 柴达木盆地西部原油地球化学特征对比[J]. 石油与天然气地质，2010, 31(3) ：353-359.

[12] PHILP R P, Fan P, Lewis C A, et al. Geochemical characteristics of oils from the Chaidamu，Shanganning and Jianghan Basins，China [J]. Journal of Southeast Asian Earth Science，1991,20(5) ：351-358.

[13] 高红梅,高福红,樊馥,等.鸡西盆地早白垩世烃源岩可溶有机质地球化学特征[J].吉林大学学报(地球科学版),2007,37(1):86-90.

[14] 朱扬明, 苏爱国, 梁狄刚, 等. 柴达木盆地咸湖相生油岩正构烷烃分布特征及其成因[J].地球化学, 2003, 32(2)：117-123.

[15] Huang D F, Li J C, Zhang D J, et al. Maturation sequence of Tertiary crude oils in the Qaidam Basin and its significance in petroleum resource assessment [J].Journal of Southeast Asian Earth Sciences, 1991,5(1-4):359-366.

StudyonOrganicGeochemicalCharacteristicsofOilSandsinYoushashanOilFieldofWestQaidamBasin

JIA Lei-lei, TIAN Yu-tao, LIU An, DUAN Chuang, ZHANG Wen-chao, YAO Ji-ming

(College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063210, China)

Qaidam Basin; oil sand; biomarker compound; deposit environment; maturity

The saturated distillate of 8 oil sands samples from Youshashan Oil Field in the west part of Qaidam Basin were analyzed with gas chromatography and mass spectrometry(GC-MS)technology. The composition and distribution characteristics of biomarker compounds of them indicated that the oil sands oil of Youshashan Oil Field were formed high Oil Field salinity environments. According to distribution characteristic of isoprene hydrocarbons, steroids and terpenoids, the parent material source of Youshashan Oil Field is aquatic organism higher than higher plant, with some input of algae. The relationship diagrams between C29ββ/(ββ+αα)and C29ααα-20S/20(S+R),and combination of Ts/Tm, C31 hopane isomers, diasterane/regular steroids. The results show that there were similar low to middle maturity in Youshashan Oil Field.

2095-2716(2017)04-0015-06

2017-04-18

2017-09-17

河北省自然科学基金(D2014209253)；华北理工大学大创项目(X2016133)。

P618.13

A