鄂尔多斯盆地西南缘长8段油源多元精细对比

白青林,杨少春,马芸,来又春,荆亚云

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东 青岛 266580;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459)

0 引言

油源对比是综合多项地球化学指标分析油-油以及油-源岩之间的成因联系,其研究成果用来圈定可靠的源岩层和油源区,为油气运移成藏和分布研究奠定基础[1-2].鄂尔多斯盆地三叠系延长组长4+5-长7段,在盆地的不同地带具有一定的生烃能力,但是在盆地西南缘,只有镇原北部的长7段生烃中心黑色炭质泥页岩和油页岩(其总有机碳质量分数(TOC)较高,镜质体反射率(Ro)在0.75%以上)具有大规模的生排烃能力[3-4].该套烃源岩在西南缘的平凉地区只发育于长7段底部,Ro在0.60%左右,生排烃能力相对较弱.但是该区与生烃中心相距较远且有天环坳陷相阻隔,在缺乏大规模断裂等有效输导体系的条件下,人们对区内长8段的油源有着不同的认识:一种认识为,区内的长8段原油由盆地生烃中心的长7段烃源岩生成,并跨过天环坳陷运移到该区[5-6];而另一种认识则是,区内的长8段原油系区内的长7段烃源岩生成,直接本地充注成藏[7-9].

针对上述问题,本文从长7段烃源岩与长8段原油的地化特征入手,利用指纹对比及交会图等技术将不同位置的长8段原油与长7段烃源岩进行多方面亲缘关系的对比,最后借助聚类分析确定了区内不同位置的长8段原油来源.根据陆相湖盆有效烃源岩TOC>2.00%的标准[10],依据长7段TOC>2.00%的泥岩厚度分布特征,进行了烃源岩和油砂样品的选取.由于镇146井距生烃中心较近,为了便于平面分区,将其烃源岩和油砂样品划入生烃中心.

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地西南缘彭阳-崇信地区,横跨西缘冲断带与天环坳陷,南邻渭北隆起,不发育大型断裂.三叠系延长组为一套湖泊-三角洲沉积,长7段下部为一套凝缩段黑色泥页岩[11].作为主力烃源岩层,该套泥页岩生烃中心的TOC为2.23%～13.38%,TOC>2.00%的烃源岩厚度在15 m以上,干酪根类型主要为Ⅰ型和Ⅱ1型,沉积于强还原性的半深湖-深湖相环境.在盆地西南缘,该套泥岩层的TOC则分布在0.45%～3.56%,TOC>2.00%的烃源岩厚度则在13 m以下,且主要分布在南部的平凉-武沟地区,干酪根类型主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型,为弱还原性的半深湖环境下的产物.下伏长8段沉积了一大套以粉-细砂岩为主的三角洲砂体,配合上覆的长7段富有机质泥页岩的良好生盖条件,成为了区内主要的储集层段[12](见图1).

图1 研究区和生烃中心区域位置、长7段有机碳分布特征、地层发育状况及取样井分布

2 烃源岩生物标志化合物特征

2.1 烃源岩饱和烃色谱特征

西南缘平凉地区长7段烃源岩的正构烷烃分布特征和生烃中心具有一定程度的相似性,二者均表现为单峰特征,主峰碳皆低于22,但是其他特征参数仍具有较大差异(见表1).

平凉地区演52-演69井一带长7段烃源岩的正构烷烃表现为单峰缓峰型,主峰碳为nC19-nC21,碳数分布范围较广,与其热解得出的Ⅱ1型和Ⅱ2型干酪根相对应;而生烃中心的长7段烃源岩正构烷烃则表现为单峰尖峰型,主峰碳为nC16-nC17,碳数分布范围比前者要窄,对应Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根特征.与生烃中心相比,平凉地区长7段烃源岩的正构烷烃碳优势指数(OEP)与奇偶优势指数(CPI)距1较远,Pr/nC17与Ph/nC18值较高,说明其成熟度较低.这一点,Ro上也有明显的响应,平凉地区烃源岩的Ro分布在0.52%～0.69%,刚刚进入成熟阶段,而生烃中心烃源岩的Ro分布在0.70%～1.05%,已经进入高成熟阶段.西南缘长7段烃源岩的∑C21-/∑C22+值明显低于生烃中心的,说明其有机质中腐泥型有机质比例较低.另外,平凉地区长7段烃源岩Pr/Ph值表征的是弱还原性的沉积环境,而生烃中心烃源岩Pr/Ph值表征的是近于强还原性的沉积环境.

表1 生烃中心、盆地西南缘的长7段烃源岩与长8段原油饱和烃气相色谱特征

2.2 烃源岩饱和烃色质特征

甾(m/z217)、萜(m/z191)类化合物的相对质量分数和立体构型特征主要受母质的有机质类型、热演化程度及沉积环境共同控制[13].生烃中心和平凉地区的长7段烃源岩C27,C28和C29三组甾烷系列均显示为αββ构型大于ααα构型,藿烷系列中碳数分布均为C27,C29-C35,主峰为C30αβ霍烷,说明二者均为典型的湖相沉积环境下的产物(见图2).

图2 生烃中心、盆地西南缘的长7段烃源岩与长8段原油甾烷、萜烷对比

但是,同生烃中心相比,西南缘平凉地区长7段烃源岩的C29甾烷20S/(20S+20R)、重排甾烷/规则甾烷以及Ts/Tm值均较低,说明其有机质成熟度相对较低;孕甾烷、升孕甾烷以及∑C31+升藿烷系列的质量分数均较低,C29藿烷/C30藿烷值较高,R型规则甾烷C27,C28,C29呈"V"形分布,而生烃中心的C27,C28,C29呈"L"形分布,反映了平凉地区烃源岩有机质中腐殖型占主导地位,而生烃中心烃源岩的有机质则以腐泥型为主.另外,区内长7段黏土矿物以蒙脱石和伊利石为主,缺乏酸性黏土矿物高岭石的催化,平凉地区长7段烃源岩的C30重排藿烷的质量分数比生烃中心高,升藿烷指数(C35升藿烷/C32升藿烷)与伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/C30藿烷)明显比生烃中心低,说明了西南缘长7段烃源岩沉积环境的还原性较弱(见表2).

表2 生烃中心、盆地西南缘的长7段烃源岩与长8段原油饱和烃气相色谱-质谱特征

综合各项地化参数来看,盆地西南缘平凉地区的长7段烃源岩在有机质的热演化程度、腐泥型有机质比例和沉积环境的还原性上均低于生烃中心,二者为不同的烃源岩.

3 原油生物标志化合物特征

3.1 饱和烃色谱特征

区内不同部位的长8段原油饱和烃色谱分析结果(见表1)略显相似,奇偶优势不明显,Ph/nC18与Ph/nC17值较小,属于成熟的原油,但是生烃中心与西南缘以及西南缘不同地带间的各项参数仍存在较大差异.区内中北部靠近彭阳地区的演34-演47井一带,与盆地生烃中心的长8段原油特征十分接近,同为一类,而西南缘平凉地区演52-演69井一带的长8段原油则自成一类.与生烃中心以及彭阳地区相比,平凉地区演52-演69井长8段原油的Pr/Ph值较低,生油母质沉积环境的还原性较弱;Pr/nC17与Pr/nC18值较高,CPT与OEP距1较远,原油的成熟度较低;且该类原油的主峰碳数较大,∑C21-/∑C22+值较低,说明平凉地区原油母质中腐殖型有机质质量分数较高(见表1).

3.2 饱和烃色质特征

含有大量甾、萜类生物标志化合物的饱和烃色质分析结果显示,不同位置长8段原油在某些参数上具有一定的共性,如甾烷系列化合物αββ构型大于ααα构型,藿烷类化合物中主峰为C30αβ霍烷,三环萜烷和重排霍烷整体质量分数较低,但是,在具体反映成熟度、生油母质类型和沉积环境还原性的参数方面,仍存在较大差别.其中,生烃中心与彭阳地区演34-演47井一带长8段原油的甾、萜类参数十分接近,为同一类原油,而西南缘平凉地区演52-演69井的长8段原油则与其相差较大.同前者相比,后者长8段原油的C29甾烷 20S/(20S+20R)、C29甾烷 αββ/(αββ+ααα)、重排甾烷/规则甾烷以及Ts/Tm值较低,说明其成熟度较低.后者的孕甾烷、升孕甾烷、三环萜烷与∑C31+升藿烷系列的丰度比前者低,R型规则甾烷C27,C28,C29呈"V"形分布,而前者的R型规则甾烷呈"L"形分布,这些差异性反映了后者的母质中腐殖型有机质占优,前者的母质中腐泥型有机质占优.另外,后者的升藿烷和伽马蜡烷质量分数相对较低,说明原油母质沉积环境的还原性较弱.

4 油源对比

4.1 指纹对比

长8段原油与长7段烃源岩的甾、萜分布特征的指纹对比显示(见图2),区内2类长8段原油的甾、萜烷分布特征分别对应于2类不同的烃源岩.其中,彭阳地区演34-演47井长8段原油与生烃中心长7段烃源岩色质指纹图十分相似,无论是甾、萜烷中各种具有指示意义的生物标志化合物的相对质量分数,还是其变化规律,都具有明显的相近性.而平凉地区演52-演69井长8段原油则与该地区长7段烃源岩色质特征较为相似.指纹图上的这种相似性,说明了彭阳地区演34-演47井长8段原油可能是由生烃中心长7段烃源岩生成,而平凉地区演52-演69井长8段原油则由自身长7段烃源岩生成.

4.2 交会图对比

在反映生物有机质输入类型(见图3a)和沉积环境氧化还原性指标(见图3b)的参数图中[14-15],彭阳地区演34-演47井长8段原油与生烃中心长7段烃源岩构成一类油源组合,而平凉地区的长8段原油则与其自身的长7段烃源岩构成另外一类油源组合.前者的三环萜烷与伽马蜡烷相对质量分数要高于后者,反映前者母质中腐泥型有机质输入相对较多,而在重排甾烷与重排藿烷的相对质量分数方面,前者则要低于后者,指示前者母质沉积环境的还原性较强.但是,平凉地区东北部演52井长8段原油在表征生油母质类型和沉积环境的参数上,则有些趋近于生烃中心油源组合,而彭阳地区南部演47井长8段原油向平凉地区的油源组合过渡,说明了演52井长8段原油中可能混入了部分来自生烃中心长7段烃源岩生成的原油,而演47井长8段原油则混入了少量来自平凉地区长7段烃源岩生成的原油.

图3 不同地区的长8段原油、长7段烃源岩有机母质类型与沉积环境对比交会图

4.3 甾、萜烷生物标志化合物多元统计对比

原油和烃源岩的甾、萜类生物标志化合物中蕴含着丰富的有关成熟度、母质有机质类型和沉积环境等方面的信息.质量色谱图鉴定化合物峰面积的相对分数能很好地将这些信息表征出来,所以将甾、萜类化合物峰面积经过相应的标准化处理后,借助聚类分析进行油源对比,可以最大限度地利用多方面的信息,避免只靠一个或几个色质参数对比的片面性[16-17].

从聚类分析谱系图(见图4)可以看出,如果以相关系数0.81作为划分标准,研究区长8段原油可以划分为两大类,且分别对应2类不同的烃源岩.其中:西南缘平凉地区演52-演69井一带长8段原油由其自身长7段烃源岩生成,样品之间的相关系数为0.89～0.96;中北部靠近彭阳地区的演34-演47井与生烃中心长8段原油为同一类,由生烃中心长7段烃源岩生成,样品之间的相关系数为0.81～0.96.这表明,多元聚类分析得到的结果与前文中长7烃源岩与长8段原油类型划分及对比结果具有很好的一致性.

图4 盆地西南缘的甾烷、萜烷油源对比聚类谱系

另外,同一类油源组合内部的相关性也有较大差异.与平凉地区其他井位相比,演52井长8段原油和西南缘长7段烃源岩的相关系数偏低,约为0.89,与彭阳地区及生烃中心所代表的另一类油源组合相关系数为0.43,具有弱相关性.这可能是由于靠近中北部的演52井距生烃中心相对较近,西南缘长7段烃源岩生成的原油在该处充注过程中混入了少量由生烃中心及镇146井运移过来的原油.与中北部靠近彭阳地区的其他井位相比,演47井长8段原油与生烃中心油源组合的相关系数较低,仅为0.81,而与平凉地区油源组合的相关系数为0.43,具有微弱的亲缘关系,可能是生烃中心生成的原油在该处充注过程中受到平凉地区长7段烃源岩近源排烃的影响,发生了轻微的原油混合.

区内不同类型长8段原油的分布规律与TOC>2.00%的长7段烃源岩厚度分布特征具有较好的吻合性.平凉地区北部TOC>2.00%的长7段烃源岩厚度0线为2类原油在平面上优势分布区的界限 (见图1),该线以南的长8段原油由平凉地区的长7段烃源岩生成,以北的则由生烃中心长7段烃源岩生成,该线附近则为2类原油的混合充注区,距离该线越远,混合程度越低.

5 结论

1)盆地西南缘平凉地区的长7段烃源岩形成于弱还原环境中,有机质以腐泥型为主,成熟度较低.生烃中心长7段烃源岩成熟度较高,母质以腐泥型为主,沉积环境的还原性较强.

2)区内的长8段原油分为两大类,分别对应2类不同的长7段烃源岩.其中:靠近彭阳地区中北部的原油成熟度较高,生油母质以腐泥型有机质为主且沉积环境的还原性较强,主要由生烃中心的长7段优质烃源岩生成;而西南缘平凉地区的原油成熟度较低,生油母质以腐殖型有机质为主且沉积环境的还原性较弱,由自身的长7段烃源岩生成;中部的演47-演52井一带则发生了不同程度的原油混合充注.

3)区内南北两部分长8段原油分布的差异主要受TOC>2.00%的长7段烃源岩控制.西南缘平凉地区TOC>2.00%的烃源岩厚度与热演化程度较低,且以腐殖型有机质为主,生排烃能力较弱,生成的原油只能够满足本地的长8段油藏充注.中北部地区的长7段烃源岩TOC≤2.00%,缺乏相应的生排烃能力,而生烃中心TOC>2.00%的烃源岩厚度与热演化程度高,且以腐泥型有机质为主,具有大规模生排烃能力,其生成的原油能够经过远距离输导在彭阳地区异地充注.