二连盆地赛汉塔拉凹陷腾二段低熟油地球化学特征和油源对比

李杰豪，侯读杰，曹兰柱，吴 飘，赵 喆，马潇潇

(1.中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083；2.中国地质大学 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 100083；3.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北 任丘 062552)

0 引 言

低熟油是指烃源岩在未成熟—低成熟阶段(相应的镜质组反射率Ro为0.3%～0.6%)，经由不同生烃机制的化学反应，从而生成的低温早熟的石油[1-4]。低熟油常见于陆相地层，分布较广，多与陆相沉积或陆源有机质有关[5-7]。我国东部地区低熟油资源较为丰富，探明地质储量超过亿吨级。国内学者对我国低熟油的发育分布、物理化学特征、判别标志、成藏条件和成因机制等进行了归纳总结与论述[7-13]，建立了木栓质体、树脂体、细菌改造的陆源有机质、藻类与高等植物生物类脂物与富硫大分子(非烃、沥青质和干酪根)5种早期生烃形成低熟油的成因机制[1-2，7]。

赛汉塔拉凹陷是二连盆地最早进行勘探的一批凹陷之一，富含油气资源，是主要的油气产区。经过30多年的勘探，对赛汉塔拉凹陷石油地质进行了许多研究。陈燕[14]研究了赛汉塔拉凹陷下白垩统油气成藏条件；闫文华等[15]综合评价了赛汉塔拉凹陷石油地质条件，并优选有利目标；屈晓艳等[16]、肖阳等[17]分析了赛汉塔拉凹陷断裂构造特征及其控藏作用。丁修建等[18]研究了赛汉塔拉凹陷烃源岩发育特征及其控制因素，认为该凹陷在缓坡带烃源岩最优质。赵志刚等[19]利用热解资料区分了不同层位烃源岩的有机相，计算烃源灶排烃强度，结合烃源岩评价进行烃源灶定量表征，指出赛汉塔拉凹陷的主力烃源灶位于腾一段，次要烃源灶位于阿尔善组。王浩等[20]对赛汉塔拉凹陷原油进行过地球化学研究，选取姥植比、伽马蜡烷指数、C29甾烷成熟度参数将该凹陷原油划分为2类油族，一类是烃源岩早期排出的腾二段原油，另一类是烃源岩成熟排出的阿尔善、腾一段原油。

从二连盆地目前勘探成果来看，赛汉塔拉凹陷下白垩统腾二段原油多为低熟油，是二连盆地低熟油资源分布区。前人研究[14-20]多集中于赛汉塔拉凹陷烃源岩发育与分布、油气成藏条件、成熟原油地球化学特征研究，但迄今对该凹陷低熟油的特征和来源少有研究。

本文拟运用有机地球化学分析资料，对二连盆地赛汉塔拉凹陷腾二段低熟原油和油砂样品进行地球化学特征和油源对比研究，分析低熟油的来源和成因，为该区低熟油资源的进一步评价与勘探提供科学依据。

1 地质概况

赛汉塔拉凹陷位于二连盆地腾格尔坳陷西部，南面是温都尔庙隆起，北面和西面是苏尼特隆起，东面是白干诺尔凸起，凹陷总体上呈一宽缓的“S”形，面积约2 300 km2(图1),基底埋深超过5 000 m，是腾格尔坳陷内最大的凹陷[14-15]。由北向南研究区可划分为赛四北构造带、赛四构造带、伊和构造带、扎布构造带和赛东洼槽，其中赛东洼槽主要受扎布断层和陡带边界断层控制，形成地堑式洼槽，是凹陷的沉降和沉积中心，为主力生油洼槽[16-17]。

图1 赛汉塔拉凹陷构造单元划分与取样井位置图

赛汉塔拉凹陷经历了断陷成湖、扩张深陷、萎缩消亡的断陷湖盆演化阶段[15-17]，自下而上依次发育古生界基底、侏罗系(J)、下白垩统阿尔善组(K1ba)、腾格尔组(K1bt)、赛汉塔拉组(K1bs)、上白垩统(K2e)及古近系(E)地层，以下白垩统地层为主。该凹陷主要发育古生界、阿尔善组(K1ba)、腾一段(K1bt1)、腾二段(K1bt2)4套含油层系，其中在下白垩统腾二段发现低熟油。

赛汉塔拉凹陷内发育3套烃源岩，分别是阿尔善组、腾一段和腾二段烃源岩[18-19]。阿尔善组烃源岩有机质类型主要为Ⅱ1—Ⅱ2型，镜质组反射率Ro值分布在0.5%到1.38%之间，Ro平均值为0.99%，达到成熟—高成熟阶段；腾一段烃源岩有机质类型较好，主要为Ⅰ—Ⅱ1型，Ro值分布在0.38%～1.11%之间，平均为0.66%，达到成熟阶段；腾二段烃源岩有机质类型较差，以Ⅱ2—Ⅲ型为主，Ro值分布在0.32%～0.85%之间，平均为0.55%，处于未成熟—低成熟阶段，只在赛84井、赛83X井等洼槽中心区的腾二段下部烃源岩有机质成熟度达到成熟阶段。

2 原油和油砂地球化学特征

赛汉塔拉凹陷低熟油样品主要集中在赛东洼槽和扎布构造带，共获得2个原油样品、5个油砂样品，分别来自赛84井、赛63-2x井、赛27井、赛56井、赛63井、赛61井的下白垩统腾二段，其族组成和地球化学特征参数见表1和表2。

表2 赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品地球化学特征参数

族组成分析结果(表1)显示，赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品的饱和烃含量为39.99%～63.47%，芳烃含量为12.08%～15.77%，非烃+沥青质含量为21.86%～47.43%，饱/芳为3.11～4.84。其族组成具有饱和烃含量相对较低、非烃和沥青质含量相对较高的特征，不同于赛汉塔拉凹陷成熟原油的族组成特征[20]。

表1 赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品的族组成

如图2所示，赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品均未遭到生物降解，正构烷烃分布以前峰型为主，主峰碳为C21或C23，整体反映藻类输入，并且具有奇偶优势，反映其成熟度较低。

图2 赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品饱和烃气相色谱

姥植比(Pr/Ph)既是沉积环境参数，也是母源输入参数[2]。一般认为在氧化环境中显示姥鲛烷优势，Pr/Ph较高；而在还原环境中则显示植烷优势，Pr/Ph较低[21-24]。低姥植比(Pr/Ph <0.6)代表了缺氧的超盐度环境[21,24]。赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品Pr/Ph在0.29～0.59之间(表2)，具有很强的植烷优势，反映了整体处于还原环境(图3)。腾二段原油和油砂样品类异戊二烯比值Pr/nC17为0.29～0.58，Ph/nC18为0.57～1.37(表2)，较低的Pr/nC17和较高的Ph/nC18是低熟油的特征[25-27]。同时，Pr/nC17和Ph/nC18也可以用来追索原油或烃源岩的母质类型和沉积环境[2,24]，研究表明赛汉塔拉凹陷腾二段低熟原油和油砂整体处于还原环境，以藻类输入为主(图3)。

图3 赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品类异戊二烯烷烃比值关系图

赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品甾烷分布类型差异不大，规则甾烷组成基本以C29>C27>C28为主，反映藻类生源输入[2,24]。C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)是未成熟到成熟范围内理想的成熟度参数，其值均随着成熟度增加而增大[28-29]。赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品C29甾烷20S/(20S+20R)为 0.27～0.40，C29甾烷ββ/(αα+ββ)为0.29～0.39(表2)，说明其成熟度较低，反映出低熟油特征。

萜烷类化合物也是一种广泛应用于原油及烃源岩地化特征研究中的生物标志化合物[2]。伽马蜡烷属于一种C30三萜烷。高含量的伽马蜡烷常常表征超盐度沉积环境[30]。伽马蜡烷指数结合姥植比(Pr/Ph)通常用来区分烃源岩和原油生成的沉积环境和进行原油分类。除了赛56井1 408 m油砂的伽马蜡烷指数偏低(为0.08)之外，赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品伽马蜡烷指数介于0.31～1.34之间(表2)，指示原油的生油环境是半咸水—咸水环境。三环萜烷也反映沉积环境，咸水湖相烃源岩和原油具有C23TT优势；淡水湖相烃源岩和原油主要以C21TT为主[31]。赛汉塔拉凹陷腾二段原油三环萜烷差别不大，含量很低，三环萜烷具有C23TT优势特征，与腾一段原油特征类似(图4)。而赛汉塔拉凹陷阿尔善组原油整体具有较高丰度的三环萜烷，三环萜烷具有C21TT优势的特征，三环萜烷中C19也具有很高的丰度，反映腾二段原油和腾一段原油沉积环境类似，来自半咸水—咸水环境，而阿尔善原油来自淡水—微咸水环境[20]。

图4 赛汉塔拉凹陷腾二段原油和油砂样品甾萜烷质量色谱图

3 油源对比分析

根据上述研究，通过采用多种地球化学参数和指标，有效区分赛汉塔拉凹陷不同层位烃源岩和所生原油，进行原油(油砂)—烃源岩的油源对比，从而分析腾二段低熟油的来源和成因。

赛汉塔拉凹陷阿尔善组、腾一段和腾二段3套烃源岩均为藻类为主的混合有机质输入，自下而上，从阿尔善组、腾一段到腾二段，烃源岩还原性逐渐增强[19-20]。阿尔善组烃源岩的Pr/Ph较高，均值为0.54，Pr/nC17平均为0.22，Ph/nC18平均为0.24；腾一段烃源岩的Pr/Ph较低，均值为0.49，Pr/nC17平均为0.21，Ph/nC18平均为0.29；腾二段烃源岩的Pr/Ph最低，均值仅为0.29，Pr/nC17平均为0.26，Ph/nC18平均为0.45(表3)。

从表3可以看出，阿尔善组烃源岩的C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)绝大部分为0.35～0.55、0.31～0.51，说明阿尔善组烃源岩基本成熟。腾一段烃源岩的C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)主要集中在0.25～0.46、0.23～0.45范围内，表明腾一段烃源岩为低成熟至成熟。腾二段烃源岩的C29甾烷20S/(20S+20R)为0.02～0.43，C29甾烷ββ/(αα+ββ)为0.14～0.45，大部分小于0.25，少数位于洼槽中心的井(如赛98井、赛56井)大于0.4，说明腾二段烃源岩为未成熟至低成熟阶段。

表3 赛汉塔拉凹陷烃源岩地球化学特征

如表3所示，阿尔善组烃源岩伽马蜡烷指数较高，大多为0.22～1.2，主要沉积于微咸水—半咸水环境。腾一段烃源岩伽马蜡烷指数为0.12～2.25，主要沉积于半咸水环境。腾二段烃源岩伽马蜡烷指数最高，介于0.16～3.14之间，主要沉积于咸水环境。由此看来，腾二段烃源岩沉积环境水体咸度最高，阿尔善组烃源岩次之，腾一段烃源岩水体咸度最低。

赛84井腾二段原油样品Pr/Ph为0.59，Pr/nC17为0.41，Ph/nC18为0.73，表明来自还原环境。该原油样品中几乎不含有重排甾烷和孕甾烷系列，原油的成熟度较低，Ts/Tm为0.91，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)比值分别只有0.31和0.30，伽马蜡烷指数为0.31，为半咸水环境的低熟原油。油源对比表明，赛84井腾二段原油与赛85x、赛83井腾二段泥岩沉积环境、成熟度不相符，而与赛85x井、赛83井腾一段烃源岩存在亲缘关系(图5和图6)。

图5 赛84井原油与赛83、赛85x井烃源岩饱和烃色谱和质谱谱图对比

图6 赛84井原油与赛83、赛85x井烃源岩对比散点图

赛27井腾二段油砂样品Pr/Ph为0.34，Pr/nC17为0.34，Ph/nC18为0.76，表明来自强还原环境。油砂样品中几乎不含有重排甾烷和孕甾烷系列，Ts/Tm为1.08，甾烷异构化参数C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(αα+ββ)值分别只有0.33和0.34，伽马蜡烷指数为0.64。赛63井腾二段油砂样品Pr/Ph为0.29，Pr/nC17为0.58，Ph/nC18较高为1.34，Ts/Tm为0.72，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分别只有0.27和0.29，伽马蜡烷指数为1.34。因此，赛27井、赛63井腾二段油砂为强还原咸水环境的低熟原油。油源对比结果表明，其与赛12井腾二段烃源岩存在亲缘性，而与赛97井烃源岩不相符(图7和图8)。

图7 赛27、赛63井油砂与赛12、赛97井烃源岩饱和烃色谱和质谱谱图对比

图8 赛27、赛63井油砂与赛12、赛97井烃源岩对比散点图

赛56井腾二段油砂样品Pr/Ph为0.45，Pr/nC17相对较低为0.29，Ph/nC18为0.57，表明来自强还原环境。该油砂样品Ts/Tm为0.83，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分别只有0.40和0.38，反映原油成熟度为低熟，但接近成熟，其伽马蜡烷指数为0.33。赛61井腾二段油砂样品Pr/Ph为0.51，Pr/nC17为0.47，Ph/nC18较高为0.80，Ts/Tm为0.60，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分别只有0.31和0.35，伽马蜡烷指数为0.42。由此可见，赛56井、赛61井油砂为强还原咸水环境的低熟原油，与赛85x井腾一段烃源岩存在亲缘性，而与赛85x井腾二段烃源岩不相符(图9和图10)。

图9 赛56井油砂与赛85x井烃源岩饱和烃色谱和质谱谱图对比

图10 赛56、赛61井油砂与赛85井烃源岩对比散点图

结合地质背景分析，赛汉塔拉凹陷腾二段低熟油的来源分为两种情况:其一，来自下伏腾一段烃源岩，断裂和不整合以及渗透性砂岩等构成主要输导体系；其二,来自浅埋未成熟—低成熟的腾二段暗色泥岩自生自储。腾一段烃源岩由于处于水体咸化的还原环境，富含藻类等低等生源组分，易于在成熟阶段早期生烃，生成的低熟油顺着扎布断层进行垂向运移，至腾二段储集层中成藏。而且，赛汉塔拉凹陷早白垩世为温暖湿润气候下的咸水—半咸水湖泊环境,有利于有机质的富集和保存。同时，洼槽带中心的部分腾二段下部烃源岩也已达到生烃门限，储层具有较高的孔隙度和渗透率，且洼槽带内部的断层不发育，形成自生自储的腾二段低熟油藏。

4 结 论

(1)赛汉塔拉凹陷腾二段低熟油具有饱和烃含量相对较低、非烃和沥青质含量相对较高的族组成特征，正构烷烃分布以前峰型为主，主峰碳为C21、C23，Pr/Ph为0.29～0.59，Pr/nC17为0.29～0.58，Ph/nC18为0.57～1.37，C29甾烷20S/(20S+20R)为 0.27～0.40、C29甾烷ββ/(αα+ββ)为0.29～0.39，伽马蜡烷指数多为0.31～1.34，三环萜烷含量低，反映该低熟油生成于半咸水—咸水还原环境，生源以藻类输入为主。

(2)油源对比研究表明，赛汉塔拉凹陷腾二段低熟油有两种来源:一种是来自下伏腾一段烃源岩，在咸水环境成熟早期阶段生烃，扎布断层沟通油源；另一种是来自赛东洼槽低成熟的腾二段烃源岩自生自储。