塔里木盆地顺北地区白垩系原油成因类型与来源

2020-04-27曹自成路清华洪才均

石油实验地质 2020年2期

吴鲜，曹自成，路清华，洪才均

(1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011；2.中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126)

目前，塔里木盆地顺北地区以奥陶系超深断溶体油藏为主要勘探开发对象，但在以奥陶系为目的层的钻井过程中，在白垩系获得较好的油气显示，气测组分齐全，部分井的岩心见到油斑显示。其中，SHBP2H井和SHB5-1X井钻至白垩系舒善河组(K1s)时，槽面出现占25%的针尖状气泡，SHB5-1X井在白垩系中途测试过程中获得少量原油，测井解释结论为油水同层。目前，顺北地区针对白垩系地层研究甚少，SHB5-1X井测试获得少量原油，表明该层系可能具备较好的油气成藏条件，但顺北白垩系原油与深部奥陶系原油的关系、原油成因类型、勘探潜力等需要深入研究。针对以上关键问题，本文通过研究顺北白垩系原油有机地地球化学特征，系统开展了顺北白垩系原油与库车坳陷三叠系黄山街组烃源岩的油—源对比、并开展了与周缘塔河、英买、大宛齐地区白垩系原油的油—油对比研究，明确了顺北白垩系原油的成因类型，以期为顺北地区白垩系下一步的勘探潜力评价提供依据。

1 地质概况

顺北地区位于塔里木盆地顺托果勒低隆西北部、沙雅隆起的西南倾没端，西跨阿瓦提坳陷东斜坡，东邻满加尔坳陷[1-2]，构造特征表现为北高南低、东高西低的斜坡形态，处于“左右逢源”的有利构造位置[3-4](图1)。区内除侏罗系地层沉积缺失，白垩系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系存在不同程度缺失外，其余地层均发育齐全。白垩系由下至上发育3套地层：舒善河组，厚度在350 m左右，岩性主要为粉砂—细粒砂岩和砂泥岩互层；巴西盖组(K1b)，厚度在40 m左右，岩性为细粒砂岩与棕色泥岩、不等厚粉砂质泥岩；巴什基奇克组(K1bs)，厚度在450 m左右，上部为灰色、棕色细粒砂岩与棕褐色泥岩、粉砂质泥岩呈略等厚互层，下部为棕色细粒砂岩与棕褐色泥岩、粉砂质泥岩呈不等厚互层。

2 样品与实验

本次研究采集了白垩系油砂样品和原油样品及大量的顺北奥陶系原油样品。其中，白垩系油砂样品来自SHBP2H井3 818 m舒善河组浅灰色油斑细粒岩屑石英砂岩岩心。原油样品来自SHB5-1X井舒善河组中途测试获得流动性较好的含水油样。由于样品含水量较高，按常规流程进行简单前处理基本无法进行常规地球化学分析。通过氯仿反复萃取的方法进行了油水分离(含油水样添加氯仿溶解→震荡静止→油水分离→离心蒸发→转移干燥)，对获得的产物进行后续的地球化学测试与分析，确保了原油样品的纯度和后续测试数据的可靠性。

实验过程中，岩心样品用索氏抽提法提取可溶有机质，与原油样品共同开展相关的地球化学分析，主要包括饱和烃组分的气相色谱仪(GC)和气相色谱—质谱联用仪(GC-MS)分析，芳香烃组分的气相色谱—质谱联用仪(GC-MS)分析，和全烃及其族组分的碳同位素分析。全部分析测试在中国石化油气成藏重点实验室完成。

图1 塔里木盆地顺北地区研究区构造位置及样品分布Fig.1 Structural location and sample distribution of study area, Shunbei area, Tarim Basin

3 原油地球化学特征

3.1 原油物性与族组分特征

顺北白垩系原油样品由于含水量较高，未测出原油密度，地化分析原油提取过程中轻质组分散失严重，推测可能为轻质原油。顺北地区东北边的塔河地区白垩系原油密度分布在0.75～0.82 g/cm3，为凝析油和轻质油。顺北地区北部库车坳陷周缘的白垩系原油以凝析油和轻质油为主。

SHBP2H井白垩系油砂抽提原油族组分中，饱和烃含量72.77%，芳香烃含量16.31%，沥青质含量6.15%，饱芳比为4，饱和烃占绝对优势；塔河地区白垩系原油饱和烃含量分布在72.52%～96.61%，芳香烃3.10%～17.57%，沥青质含量0～6.15%；顺北奥陶系原油饱和烃含量分布在71.93%～82.07%，芳烃含量7.35%～18.47%，沥青质含量0.80%～9.71%(表1)。

3.2 原油气相色谱特征

3.2.1 正构烷烃

顺北地区白垩系原油饱和烃色谱均为单峰前峰型，正构烷烃系列保存完整，碳数分布在nC13～nC36，主峰碳分布在nC17～nC19(图2)。谱图基线平稳，未见明显的“鼓包”，∑C21-/∑C22+比值分布在1.81～1.85，轻质组分占明显优势，表明原油保存条件良好，未经历后期生物降解和破坏作用。奇偶优势比(OEP)分布在1.013～1.025，非常接近于平衡值1，反映奇偶碳优势非常微弱，指示原油处于成熟—高成熟演化阶段。

3.2.2 植烷系列

原油中类异戊二烯烷烃是反映烃源岩有机相特征的一个重要参数，同时也受成熟度的影响，可以侧面反映烃源岩演化程度，其中，姥植比(Pr/Ph)可以有效地反映生源沉积环境的氧化还原性，是确定原油成因的重要参数之一[5-6]。顺北白垩系原油饱和烃中，Pr/nC17分布在0.185～0.207，Ph/nC18分布在0.111～0.126，姥鲛烷与植烷的比值(Pr/Ph)分布在1.65～1.71，姥鲛烷占明显优势，指示原油生烃母质沉积环境为弱还原环境。通过Pr/nC17—Ph/nC18图版(图3)可见顺北白垩系原油与塔里木盆地北部的大涝坝地区白垩系原油具有相同的母质类型——腐殖型干酪根，明显区别于顺北、塔河奥陶系原油和塔河白垩系原油的藻类干酪根类型，指示顺北白垩系原油可能与奥陶系海相原油不同源。

3.3 原油碳同位素特征

烃类的碳同位素组成继承其母源有机质，但该参数也受到成熟度差异的影响[5]。顺北地区白垩系原油碳同位素为-31.0‰，相对顺北深部奥陶系原油同位素(-32.1‰～-32.6‰)更重，与英买地区YM9井白垩系原油同位素(-31.2‰)具有较好的可比性。塔河西部地区的TP28XCX、T759-1井区白垩系原油同位素分布在-30.8‰～-31.8‰，由于原油类型为凝析油，测得原油同位素相对顺北地区奥陶系原油较重。

图2 塔里木盆地SHB5-1X白垩系原油饱和烃色谱Fig.2 Saturated hydrocarbon chromatogram of Cretaceous crude oil from well SHB5-1X, Tarim Basin

表1 塔里木盆地顺北及周缘地区白垩系、奥陶系原油性质统计

图3 塔里木盆地不同层系原油母质类型识别图版Fig.3 Identification of crude oil parent material types in different layers, Tarim Basin

3.4 原油生标特征

3.4.1 甾烷系列化合物

C27甾烷通常来源于低等水生生物和藻类，C29甾烷可以来源于藻类和陆源高等植物。C27、C28、C29甾烷的分布形式往往反映其生源特征，通常情况下，陆源高等植物有机质具有较高丰度的C29甾烷[7-8]。顺北白垩系原油和油砂生标检测到C27、C28、C29规则甾烷的ααα20R构型组成占比分别为23.3%、17.2%、59.5%和32.5%、23.3%、44.2%，均表现为C27规则甾烷含量较低，C29规则甾烷占绝对优势，呈现不对称的“V”字形分布，指示属于藻类和高等植物的双重生源特征(图4)。

3.4.2 三环萜烷

萜烷系列化合物是识别原油生源类型的一个重要参数。目前，普遍认为海相烃源岩含有大量水生藻类有机质，陆相烃源岩则富含二萜类先质的陆源高等植物，表现在海相原油三环萜烷以碳数C23TT占优势，含量上高于C21TT，而陆相烃源岩富含高等植物生源的有机质，三环萜烷中以低碳数的C19TT、C21TT化合物占优势，以C21TT化合物为主峰[9](图5)。顺北白垩系原油和油砂中检测到的三环萜烷化合物中均以C21TT为主峰，其中C21TT/C23TT分别为1.27和1.33(表2)，指示原油属于高等植物生源的有机质类型，以陆相输入为主。

3.4.3 藿烷、伽马蜡烷化合物

霍烷系列是常见的生物标志化合物，可以有效地指示烃源岩的沉积环境、母质输入以及热演化程度[10]。顺北白垩系原油和油砂的生物标志化合物m/z191图谱表现为藿烷(五环萜)类化合物占明显优势的特征(图5)，其中，藿烷类化合物占总峰面积的75.60%～78.88%，三环萜烷类占比为10.69%～12.70%，伽马蜡烷占比2.8%～5.0%，莫烷类化合物占比5.00%～5.77%(表2)。高含量的藿烷含量和伽马蜡烷指示顺北白垩系原油来源于偏咸水的陆相沉积环境。

3.5 原油芳烃特征

芳烃组分中三芴系列化合物(硫芴SF—二苯并噻吩，氧芴OF—二苯并呋喃，芴—吡咯类化合物)被认为是烃源岩沉积环境的良好指标[9-10]。顺北白垩系原油芳烃化合物组成中，菲系列化物含量占比63.9%，其次是萘系列化合物，占比9.6%。其中“三芴”系列化合物中，硫芴占比41.43%，氧芴占比16.51%，芴占比42.07%，高硫芴、高芴，较低氧芴，指示原油形成于偏弱还原、半咸水的沉积环境。

图4 塔里木盆地顺北白垩系原油和油砂样品m/z 217生标图谱Fig.4 m/z 217 biomarkers of Cretaceous crude oils and oil sands in Shunbei area, Tarim Basin

图5 塔里木盆地顺北及周缘白垩系、奥陶系原油生物标志化合物m/z 191生标图谱Fig.5 m/z 191 biomarkers of Cretaceous and Ordovician crude oils in Shunbei and adjacent areas, Tarim Basin

表2 塔里木盆地顺北地区及周缘白垩系、奥陶系原油地化指标对比

注：a,b,c分别为aaaC27-20R、aaaC28-20R、aaaC29-20R规则甾烷；d.C21TT/C23TT；e.∑萜烷/∑甾烷；f.∑三环萜烷/∑霍烷；g.伽马蜡烷含量；h.三芳甾烷含量

三芳甾烷通常被认为是单芳甾烷在地层深度受热后芳构化的产物，其分布特征主要受到沉积环境、成熟度的影响、在咸水或者半咸水环境中形成的有机质中三芳甾烷含量较高，芳烃化合物中的丰富的三芳甾烷化合物可以作为陆源输入的一个指标[11-12]。顺北白垩系原油中三芳甾烷化合物的含量明显高于顺北深部的奥陶系原油。其中，顺北白垩系原油和油砂芳烃中均检测到三芳甾烷化合物，含量在1.9%～2.6%，而顺北深部的奥陶系原油中很少检测到这种化合物，表明顺北白垩系与深部奥陶系原油来源于不同的油源。

4 油气成因

原油全油碳同位素、饱和烃色谱、生物标志化合物对比分析表明，顺北白垩系原油地化特征与顺北深部奥陶系海相原油具有明显的差异。顺北白垩系原油Pr/Ph分布在1.65～1.71， C21TT/C23TT>1，m/z191生标图谱中藿烷系列化合物占明显优势，∑三环萜烷/∑藿烷<1，检测到较高丰度的伽马蜡烷和三芳甾烷化合物，均指示为陆相油气成因类型。

顺北白垩系原油与周缘白垩系原油和深部奥陶系原油对比结果表明，顺北白垩系原油与奥陶系原油和塔河白垩系原油成因不同，与英买、大宛齐地区的白垩系原油具有非常好的亲源性。其中，塔河T759-1、TP28XCX井区白垩系原油C21TT/C23TT<1,三环萜烷/藿烷>1，Pr/Ph分布在1.24～1.33，指示为海相原油输入为主的海陆混合原油。以YM9井为代表的英买地区白垩系原油C21TT/C23TT>1，∑三环萜烷/∑藿烷<1，Pr/Ph=2.5，为陆相成因类型。顺北白垩系原油和油砂C21TT/C23TT>1,∑三环萜烷/∑藿烷<1，Pr/Ph分布在1.65～1.71，指示为陆相原油成因类型(表2)。通过Pr/Ph、三环萜烷识别原油类型图版也有效识别出顺北、英买、热普、大涝坝地区的白垩系原油均为陆相原油(图6)。

5 油气来源

通过油—油、油—源生物标志化合物m/z191图谱(图5)对比表明：顺北、YM9、DB1井白垩系原油和库车河三叠系黄山街组暗色泥岩烃源岩m/z191图谱形态非常类似，均是藿烷含量占优势，以C30藿烷为主峰，识别出含量较高的伽马蜡烷化合物，指示具有较好的亲源性。而顺北奥陶系原油和塔河白垩系原油m/z191图谱则明显不同：三环萜烷化合物为主，C22TT为主峰，C30藿烷含量相对较低，均未识别出伽马蜡烷化合物。因此，基本可以明确顺北白垩系原油与顺北深部奥陶系原油和塔河白垩系原油属于不同成因类型和来源。顺北白垩系原油与库车坳陷周缘的大宛齐、英买地区白垩系原油同源，油源均为来自库车坳陷三叠系黄山街组泥质烃源岩。

6 结论

(1)顺北白垩系原油饱和烃色谱为单峰前峰型，正构烷烃系列保存完整，谱图基线平稳，未见明显的“鼓包”。原油姥鲛烷与植烷的比值(Pr/Ph)分布在1.65～1.71，C21TT/C23TT>1，m/z191生标图谱中藿烷系列化合物占明显优势，∑三环萜烷/∑藿烷<1，检测到丰富的伽马蜡烷和三芳甾烷化合物，属于陆相成因类型。

(2)顺北白垩系原油与顺北深部奥陶系原油和塔河白垩系原油成因不同。顺北白垩系原油与北部库车坳陷周缘的英买、大宛齐、大涝坝白垩系原油、库车河三叠系黄山街组泥岩烃源岩具有较好亲源性，油源来自库车坳陷三叠系黄山街组泥质烃源岩。