准噶尔盆地盆1井西凹陷侏罗系原油成因与来源
2023-09-05刘华孟祥雨任新成程斌程长领邓旭波张洪瑞方旭庆
刘华 孟祥雨 任新成 程斌 程长领 邓旭波 张洪瑞 方旭庆
摘要:準噶尔盆地多套烃源岩、多期生排烃过程导致了原油来源的复杂性。利用原油物性、气相色谱-质谱等资料,综合厘定盆1井西凹陷原油的地化特征与来源。结果显示,研究区存在3种类型原油:Ⅰ类原油具有高含量25-降藿烷、高含量伽马蜡烷和大斜率“上升型”三环萜烷分布特征,是强还原沉积环境有机质形成的主生油窗阶段原油,来自于风城组烃源岩;Ⅱ、Ⅲ类原油具有较低含量伽马蜡烷和“山峰型”或弱“上升型”三环萜烷分布特征,是弱还原沉积环境有机质形成的原油,原油主要来自下乌尔禾组烃源岩,混有降解的风城组来源原油,其中,Ⅱ类原油是主生油窗阶段的原油,Ⅲ类原油是高过成熟阶段的原油。油藏具有多期充注特征,中晚侏罗世聚集的Ⅰ类原油分布广泛,但遭受了强烈生物降解,对成藏贡献小;晚白垩世聚集的Ⅱ类原油在砂体中长距离运移,多在凸起区汇聚成藏;新近纪,储层物性变差,原油难以长距离运移,该时期聚集的Ⅲ类原油多在断裂带附近成藏。
关键词:准噶尔盆地; 原油地化特征; 生物标志化合物; 油气成因; 成藏过程
中图分类号:TE122.3 文献标志码:A
引用格式:刘华,孟祥雨,任新成,等.准噶尔盆地盆1井西凹陷侏罗系原油成因与来源[J].中国石油大学学报(自然科学版),2023,47(1):25-37.
LIU Hua, MENG Xiangyu, REN Xincheng, et al. Origin and source of Jurassic crude oil in well Pen-1 western Depression, Junggar Basin [J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2023,47(1):25-37.
Origin and source of Jurassic crude oil in well Pen-1 western
Depression, Junggar Basin
LIU Hua1,2, MENG Xiangyu1, REN Xincheng3, CHENG Bin1, CHENG Changling3, DENG Xubo3, ZHANG Hongrui1, FANG Xuqing3
(1.School of Geosciences in China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China;
2.Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China;
3.Exploration and Development Research Institute, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying 257015, China)
Abstract:Multiple sets of source rocks and multi-stage hydrocarbon generation and expulsion process in Junggar Basin lead to the complexity of crude oil source. Geochemical characteristics and origin of the crude oil in the well Pen-1 western depression were determined by using the data of crude oil physical properties and gas chromatography-mass spectrometry. The results show that there are three types of crude oil in the study area: the type Ⅰ crude oils have the characteristics of high content of 25-norhopane, high content of gammacerane and high slope "ascending" tricyclic terpanes. They are the main generation window stage of organic matter formation in strong reduction sedimentary environment and come from source rocks of Fengcheng Formation. Type Ⅱ and type Ⅲ crude oils have low content of gammacerane and distribution characteristics of "peak type" or "weak rising type" tricyclic terpanes, and are formed from organic matter in weakly reduced sedimentary environment. The crude oils mainly come from source rocks of Lower Wuerhe Formation, mixed with degraded crude oils from Fengcheng Formation. Among them, the type Ⅱ crude oils belong to the main generation window stage, while the type Ⅲ crude oils belong to the high and over-mature stage. The reservoir has the characteristics of multi-stage charging. The type Ⅰ crude oil accumulated in the middle and late Jurassic was widely distributed, but suffered from intense biodegradation and made little contribution to reservoir formation.The type Ⅱ crude oil accumulated in the late Cretaceous can migrate in the sand body for a long distance and mostly converge in the uplift area.In the Neogene, the physical properties of reservoirs became worse, and it was difficult for crude oil to migrate over long distances. The type Ⅲ crude oil accumulated in this period mainly formed near fault zones.
Keywords:Junggar Basin; geochemical characteristics of crude oil; biomarker; genesis of petroleum; accumulation process
2020年前哨地区高产岩性凝析气藏的发现[1-2],实现了准噶尔盆地盆1井西凹陷由周缘凸起带向斜坡区的重大勘探突破,同时也吹响了向洼陷区勘探的号角。研究区凸起带的原油成因与来源已明确,主要以下乌尔禾组来源的原油为主,混有不同比例的风城组来源的原油[3-5]。但是洼陷区已发现原油的成因与来源尚未明确,制约了洼陷区的油气勘探进程。笔者综合地质与地化分析测试资料,对盆1井西凹陷洼陷区已发现原油的地球化学特征进行研究,并结合烃源岩特征和周缘油气田的原油特征对比,揭示洼陷区油气的成因与来源,以期为洼陷区的油气勘探提供理论指导。
1 地质概况
盆1井西凹陷位于准噶尔盆地腹部,周围环绕着达巴松凸起、石西凸起、莫北凸起、莫索湾凸起等多个正向二级构造单元,划分为沙窝地、莫西庄、庄东北、前哨等地区(图1(a))。研究区侏罗系自下而上发育有下侏罗统八道湾组、三工河组和中侏罗统西山窑组、头屯河组,上侏罗统缺失。其中二叠系风城组(P1f)与下乌尔禾组(P2w)是主要的烃源岩层系,三工河组二段(J1s2)是研究区最重要的储层[6](图1(b)、(c))。
盆1井西凹陷油气资源丰富,周缘已发现了莫北油田、莫索湾油气田、前哨气田等多个油气田(图1(a))。在洼陷区完钻7口井,均见良好的油气显示,其中庄3井获得了高产油气流,显示了洼陷区较好的勘探潜力。研究区原油的密度为0.79~0.89 g/cm3,原油黏度为1.78~40.44 mPa·s,主要以轻质油与中质油为主,仅在庄107井发现含少量凝析油的天然气。
2 样品与分析方法
本次研究对洼陷区已发现的油气藏以及油气显示层段进行了样品采集,包括庄1、庄3等6口井原油样品与庄1、沙1、庄6等13口井含油砂体储层样品(图1),层系均为侏罗系三工河组。
本次地化测试在中国石油大学(华东)深层油气重点实验室开展,主要利用配置有HP-5MS UI毛细管柱(60 m×250 μm×0.25 μm)的安捷伦8890色谱仪和安捷伦Intuvo 9000-5977B质谱仪。岩石样品粉碎后,采用二氯甲烷与甲醇的混合溶液(93∶7)抽提72 h,以获取砂体中的原油。原油用石油醚溶解过滤去除沥青质组分后,采用柱层析法分离获得饱和烃、芳香烃与非烃组分[7]。对饱和烃与芳香烃馏分进行GC-MS分析,质谱仪在全扫描和选择离子扫描模式下运行,载气为氦气,离子源温度为280 ℃。饱和烃和芳香烃组分采用了不同的色谱柱升温程序:对于饱和烃组分,GC烘箱初始温度设置为50 ℃,保持1 min后,以20 ℃/min的速率升温至120 ℃,以3 ℃/min的速率升温至310 ℃,保持25 min;对于芳香烃组分,GC烘箱的初始温度设置为80 ℃,保持1 min后,以3 ℃/min的速率升温至310 ℃,保持20 min。
3 烃源岩地化特征
盆1井西凹陷发育下二叠统风城组与中二叠统下乌尔禾组两套主力烃源岩。风城组烃源岩是一套沉积在残余海洋或高盐泻湖环境中的深灰色白云质泥岩,有机质丰度相对较高,总有机碳(TOC)为1.0%~4.0%(主体高于1.5%),有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型有机质为主,生烃母质多为腐泥质,生油能力强[8-10]。下烏尔禾组烃源岩是沉积在盐度较低的湖泊或河流环境中的一套泥岩,有机质丰度相对较低,TOC范围为0.5%~1.5%(主体高于1.0%),有机质类型以Ⅱ型和Ⅲ型有机质为主,生烃母质多为腐泥腐殖型—腐殖型[8-10]。生烃模拟显示,风城组的主要生油期为中三叠世—晚侏罗世,侏罗世之后进入大量生气阶段;下乌尔禾组烃源岩在侏罗纪有小规模生排烃,在白垩纪中后期开始大规模生油,并由古近纪以后进入大量生气阶段[11]。
由于形成环境与生烃母质等的差异,风城组与下乌尔禾组烃源岩在姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)、三环萜烷、伽马蜡烷含量等方面存在明显差异[12](表1)。
风城组烃源岩Pr/Ph较低,一般小于1.3,C20、C21、C23三环萜烷呈现出明显的“上升型”分布,C30重排藿烷含量低,C30重排藿烷/C30藿烷小于0.1,伽马蜡烷含量丰富,伽马蜡烷/C30藿烷多数高于0.2。下乌尔禾组烃源岩Pr/Ph较高,一般高于1.5,C20、C21、C23三环萜烷通常呈现为“山峰型”分布,C30重排藿烷含量高,C30重排藿烷/C30藿烷大于0.1,伽马蜡烷含量相对较低,伽马蜡烷/C30藿烷多数低于0.2 (表1)[12]。前人[4]通过C20、C21、C23三环萜烷分布形式对混源油的比例进行了研究,认为C20>C23的山峰型分布是下乌尔禾组烃源岩的贡献,C20
4 原油地球化学特征
4.1 饱和烃类化合物特征
4.1.1 正构烷烃特征
研究区原油正构烷烃丰富,具有单峰特征,CPI与OEP值分别为1.04~1.16和1.00~1.16,奇偶优势不明显,表明原油已达到成熟[13]。根据正构烷烃主峰碳的发育特征,研究区原油可以分为3种类型:①第一类原油主峰碳为C21~C23,存在明显的UCM鼓包,表明存在一定强度的生物降解,该类烷烃分布广泛,包括庄103井原油与庄4、庄7井等10口井含油砂体(图2(a));②第二类原油正构烷烃较完整,主要发育C18~C25,主峰碳为C19~C23,庄1井等4口井原油中以该类特征为主,此外,庄13、庄110井的油砂样品也属于该类(图2(b));③第三类原油正构烷烃较完整且分布集中,主要分布在C17~C21,主峰碳为 C17~C19,可能具有较高的成熟度,少量分布于庄107井原油与庄6井含油砂体中(图2 (c))。
4.1.2 类异戊二烯烃特征
姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)是最常见的类异戊二烯烃,通常可以用来判断烃源岩的氧化还原条件[13]。研究区原油样品中均检测到了较高丰度的姥鲛烷与植烷,含油砂体样品中可能存在不同程度的缺失(图2)。原油样品的Pr/nC17为0.25~0.75,平均为0.36,Ph/nC18为0.17~0.52,平均为0.26,Pr/nC17與Ph/nC18关系图表明原油的生油母质沉积于以混合有机质为主的过渡环境中(图3)。但从Pr/Ph来看,庄103井与庄107井原油的Pr/Ph介于1.26~1.33,反映较强的还原环境;庄1井等4口井原油的Pr/Ph介于1.74~1.83,反映弱氧化环境。
4.1.3 β-胡萝卜烷特征
β-胡萝卜烷的存在主要归因于缺氧的、含盐湖相沉积中的藻类有机质[15]。研究区普遍发育β-胡萝卜烷,但含量存在较大的差异:庄103井原油和庄1井等8口井含油储层的原油β-胡萝卜烷含量较高,β-胡萝卜烷/nC25为0.98%~5.28%,反映较强的还原环境(图4(a));庄1井等5口井原油与庄110井等5口井油砂样品存在微量的β-胡萝卜烷,β-胡萝卜烷/nC25为0.12%~0.78%,反映较弱的还原环境(图4(b))。
4.1.4 萜烷类化合物特征
研究区原油样品中检测到丰富的萜烷类化合物,在三环萜烷与藿烷类的相对含量、三环萜烷分布特征及伽马蜡烷含量等方面存在差异。
(1)藿烷类化合物。
藿烷类化合物是原油中常见的生物标志化合物,其中C29藿烷通常与缺氧的碳酸盐岩或泥灰岩有关[13],C30重排藿烷的存在可能与氧化或富黏土的沉积环境有关[16-17]。研究区原油的藿烷类化合物中多以C30藿烷为主峰,C29藿烷含量丰富,存在一定含量的C30重排藿烷,升藿烷中C31与C32升藿烷含量相对较高,高碳数升藿烷几乎不可见。根据C29藿烷与C30重排藿烷含量,研究区原油可以分为2种原油类型:第一种原油C29藿烷含量高且C30重排藿烷含量低,C29/C30藿烷与C30重排藿烷/C30藿烷分别为0.70~1.02和0.05~0.12,反映了还原性较强的沉积环境,包括庄103井原油与庄4、庄6井等11口井含油砂体样品(图5(a)、(e));第二种原油C29藿烷含量较低且C30重排藿烷含量较高,C29/C30藿烷与C30重排藿烷/C30藿烷分别为0.53~0.68和0.16~0.20,反映了还原性较弱的沉积环境,包括庄1井等4口井原油与庄13、庄110井含油砂体(图5(c))。
升藿烷的异构化参数是评价原油是否成熟的重要指标[18]。研究区原油的C31升藿烷与C32升藿烷22S/(22S+22R)的值分别为0.50~0.56与0.51~0.59,基本已达到异构化平衡值,表明原油均已达到成熟。
(2)三环萜烷分布特征。
三环萜烷可能来源于原始的藻类[19-20],海相或咸水湖相原油往往表现为C23三环萜烷优势,淡水湖相原油大多以C21三环萜烷占优势[21]。研究区原油C20~C29三环萜烷发育,C20、C21、C23三环萜烷含量高,具有不同的分布形态,可以划分为3种原油类型:①第一种原油中C23三环萜烷最高,C20、C21、C23三环萜烷逐渐升高,呈现出明显的“上升型”分布,可能是咸水湖相环境中生成的原油,主要包括庄4井等10口井含油砂体样品(图5(a));②第二种原油中C21与C23三环萜烷含量接近,C20、C21、C23三环萜烷呈现为C20
(3)伽马蜡烷含量。
伽马蜡烷与水体的盐度有较好的对应关系,是盐湖沉积环境或水体盐度分层的标志物[22-23]。研究区原油中普遍存在伽马蜡烷,但其含量不同:庄103、庄107井原油与庄4井等10口井含油砂体的原油中伽马蜡烷含量相对高,伽马蜡烷/C30藿烷与伽马蜡烷/C31藿烷(22R)分别为0.18~0.29与0.77~1.34,指示其沉积于水体盐度分层明显的强还原沉积环境(图5(a));庄1井等4口井原油与庄13、庄110、庄6井含油储层原油的伽马蜡烷含量低,伽马蜡烷/C30藿烷与伽马蜡烷/C31藿烷(22R)分别为0.13~0.17与0.42~0.64,指示其沉积于水体盐度分层不明显的弱还原沉积环境中(图5(c)、(e))。
(4)C24四环萜烷。
C24四环萜烷通常被认为是陆源有机质输入的标志物[24],C24四环萜烷/C26三环萜烷一般随陆源有机质的输入而增大[13]。研究区原油中普遍发现有C24四环萜烷,其含量存在差异:庄103井原油与庄4、庄13等11口井含油砂体储层原油中C24四环萜烷含量低,C24四环萜烷/C26三环萜烷值为0.46~0.68,反映陆源有机质输入少(图5(a)、(c));庄1井等5口井原油与庄6、庄110井含油砂体储层原油中C24四环萜烷含量高,C24四环萜烷/C26三环萜烷值较高,为0.79~0.90,反映陆源有机质输入多(图5(e))。
(5)三环萜烷/藿烷。
由于在较高成熟度阶段从干酪根中释放出来的三环萜烷多于五环萜烷,且三环萜烷热稳定性好,相较于藿烷类化合物不易发生裂解,三环萜烷/藿烷值在成熟度较高阶段还是较好的成熟度参数,且随成熟度升高而增大[24]。研究区庄1井等6口井原油与庄4、庄13井等12口含油砂体样品中三环萜烷含量丰富,藿烷含量正常,三环萜烷/藿烷值较低,为0.46~2.99(图5(a)、(c)),反映原油为生油窗阶段的产物。庄6井含油砂体中原油具有异常高的三环萜烷(图5(e)),藿烷含量较低,三环萜烷/藿烷超过5.0,指示其达到过成熟阶段。
(6)25-降藿烷含量。
25-降藿烷通常指示原油遭受较高程度的生物降解[25]。在6份原油與13份含油储层样品中都检测到了一定含量的C2925-降藿烷(图6),反映出研究区原油都曾经遭受过较强的生物降解。C2925-降藿烷的普遍存在与正构烷烃的保存指示研究区存在着早期强烈生物降解原油与后期未降解/弱降解原油[26]的混合。
4.1.5 甾烷类化合物特征
研究区原油中规则甾烷的相对含量差异不大,C27规则甾烷含量低,通常表现为ααα-20R构型的C27、C28、C29规则甾烷呈现为一定的上升型,αββ-20S构型的C28规则甾烷中混入了一定含量的重排甾烷或未知甾烷而呈现出较高的含量(图5(b)、(d)、(f))。
孕甾烷与升孕甾烷较正常的规则甾烷稳定,同时在高成熟阶段高分子甾烷会发生裂解形成低分子甾烷,导致(孕甾烷+升孕甾烷)/C29规则甾烷随成熟度的升高而增大[27]。研究区原油中均检测到了含量丰富的孕甾烷与升孕甾烷,庄1井等6口井原油与庄4、庄13井等12口井含油砂体样品中孕甾烷与升孕甾烷含量相对较低,规则甾烷正常(图5(b)、(d)),为正常成熟原油。庄6井含油砂体的原油中具有异常高的孕甾烷与升孕甾烷,规则甾烷含量低(图5(f)),(孕甾烷+升孕甾烷)/C29甾烷高达0.8,指示原油达到高过成熟阶段。
4.2 芳香烃类化合物特征
由于苯环结构的存在,芳香烃化合物抗生物降解能力和热演化程度的能力更强,可以有效地用来反映原油的成熟度[28]。甲基菲指数MPI与噻吩参数4-/1-MDBT随成熟度增高而增大,且可以实现与镜质体反射率之间的换算[29]。研究区原油的甲基菲指数(MPI)为0.57~1.24,对应的镜质体反射率(Rc=0.6(1.5(2-甲基菲+3-甲基菲)/(菲+1-甲基菲+9-甲基菲))+0.4)为0.74%~1.14%;4-/1-MDBT为2.0~7.2,对应的镜质体反射率(Rm=0.73(4-甲基二苯并噻吩/1-甲基二苯并噻吩)+0.51)为0.65%~1.04%,整体属于主生油窗阶段的原油。
5 原油成因与来源
结合原油的生物标志物特征,根据原油的沉积环境、母质来源和成熟度等特征,可将研究区原油划分为3种类型的原油。
5.1 Ⅰ类原油
Ⅰ类原油正构烷烃中具有明显的低碳数正构烷烃缺失或UCM鼓包,Pr/Ph相对较低,为1.33,大部分样品中具有较高的β-胡萝卜烷。原油的C20、C21、C23三环萜烷呈现为“上升型”分布,C23三环萜烷占优势(图7(a));伽马蜡烷含量高,伽马蜡烷/C30藿烷值为0.18~0.29(图7(b));C24四环萜烷含量低,C24四环萜烷/C26三环萜烷为0.50~0.68(图7(c));C29藿烷含量高且C30重排藿烷含量低,C29藿烷/C30藿烷为0.73~1.02,C30重排藿烷/C30藿烷为0.05~0.12(图7(d)),表明其生成于水体分层明显的强还原环境的咸水湖中,有机质的构成以水生生物为主,陆源有机质相对输入少,与风城组烃源岩一致。
C29甾烷的异构化参数表明原油已达到成熟(图7(e));通过甲基菲指数与4-/1-MDBT计算所得的镜质体反射率分别为0.74%~1.14%和0.65%~0.85%,是主生油窗的产物,与风城组中三叠世至晚侏罗世的主生油期相对应,同样证明了该类原油主要是风城组烃源岩的贡献。原油中普遍检测到较高浓度的25-降藿烷,与正构烷烃中UCM鼓包的共存指示了原油为早期强烈生物降解原油与后期弱降解原油的混合。此类原油在研究区广泛存在但遭受破坏,除庄103井中仍保留有液态原油外,在庄1、庄103、庄3、庄301、庄302、庄4、庄7、庄11、沙1、沙2井等含油储层中主要以生物降解成因沥青的形式存在[30]。
5.2 Ⅱ类原油
Ⅱ类原油正构烷烃完整,Pr/Ph较高,为1.74~1.83,β-胡萝卜烷含量相对较低。原油的C20、C21、C23三环萜烷呈现为“山峰型”或弱“上升型”分布,C21与C23三环萜烷均势(图7(a));伽马蜡烷含量相对较低,伽马蜡烷/C30藿烷值为0.13~0.16(图7(b));C24四环萜烷含量高,C24四环萜烷/C26三环萜烷为0.65~0.84(图7(c));C29藿烷含量低且C30重排藿烷含量高,C29藿烷/C30藿烷为0.53~0.67,C30重排藿烷/C30藿烷为0.12~0.20(图7(d)),表明其来自于水体分层不明显的弱还原环境的淡水—微咸水湖相烃源岩中,有机质来源更复杂,陆源有机质输入相对Ⅰ类原油高,与下乌尔禾组烃源岩一致,C20
C29甾烷的异构化参数表明原油已达到成熟(图7(e));三环萜烷及孕甾烷与升孕甾烷含量低,三环萜烷/藿烷值为0.46~1.16,(孕甾烷+升孕甾烷)/C29规则甾烷为0.13~0.25(图7(f)),与周缘地区正常原油相似;通过甲基菲指数与4-/1-MDBT计算所得的镜质体反射率分别为0.90%~1.06%和0.88%~1.04%,是主生油窗的產物,与下乌尔禾组白垩纪中后期的主生油期相对应,同样证明了该类原油主要为下乌尔禾组烃源岩的贡献。但下乌尔禾组烃源岩生排烃后,侏罗系储层持续埋深,不具备发生生物降解的条件,因此原油中普遍检测到的25-降藿烷反映早期存在风城组烃源岩的贡献,但遭受了强烈破坏。该类原油是现今发现原油的主要类型,包括庄1、庄102、庄106、庄3原油,在庄13、庄110井含油储层中也有所分布。
5.3 Ⅲ类原油
Ⅲ类原油正构烷烃完整,具有异常高的低碳数正构烷烃,β-胡萝卜烷含量相对较低。原油的C20、C21、C23三环萜烷呈现为“山峰型”分布,C21三环萜烷占优势(图7(a));伽马蜡烷含量相对较低,伽马蜡烷/C30藿烷值为0.17(图7(b));C24四环萜烷含量高,C24四环萜烷/C26三环萜烷为0.9(图7(c))。原油的生物标志化合物组成和分布特征表明其来自于水体分层不明显的弱还原环境的淡水—微咸水湖相烃源岩中,有机质来源复杂,存在水生有机质与陆源有机质输入,与下乌尔禾组烃源岩一致。
C29甾烷的异构化参数表明原油已达到成熟(图7(e));具有异常高的三环萜烷及孕甾烷与升孕甾烷,三环萜烷/藿烷值超过5,(孕甾烷+升孕甾烷)/C29规则甾烷为0.8(图7(f)),与周缘凝析油特征一致,表明原油已经达到高过成熟阶段,与下乌尔禾组古近纪以来的高过成熟阶段相对应。与Ⅱ类原油相似,原油中检测到的25-降藿烷证明存在早期风城组烃源岩的贡献。该类原油分布局限,仅在庄107井原油和庄6井含油储层中有所发现。高过成熟阶段的凝析油中生物标志化合物的绝对含量低可能是导致庄107井原油的部分特征与风城组来源原油相似的原因,“山峰型”三环萜烷分布特征指示该原油中仍以下乌尔禾组来源为主。
综上所述,风城组来源的Ⅰ类原油分布最为广泛,但普遍遭受破坏,且受后期下乌尔禾组烃源岩来源的叠加,导致目前侏罗系储层中发现的液态原油以下乌尔禾组烃源岩来源的主生油窗阶段的Ⅱ类原油及高成熟阶段的Ⅲ类原油为主。
6 油气成藏过程
前人研究发现准噶尔盆地腹部地区普遍存在着3期充注,分别对应中晚侏罗世、晚白垩世与新近纪[33-36],结合烃源岩热演化史、生排烃史及原油的成熟度,总结了两套烃源岩提供油气的形成过程与分布特征。
中晚侏罗世,风城组烃源岩Ro为1.0%~1.35%,已达到生油高峰,具有大规模的供烃能力;而下乌尔禾组烃源岩Ro为0.5%~0.7%,刚刚进入生烃门限,生排烃量相对较小,供油能力不足(图8)。因此该时期以风城组烃源岩供烃为主,原油沿活动的断裂与连接砂体发生大规模运移[37],广泛分布于盆1井西凹陷内的沙窝地地区、莫西庄地区、庄东北地区以及周缘的莫索湾凸起等地。受晚侏罗世大规模抬升的影响,原油遭受了强烈的生物降解而被破坏,仅在庄103井、沙1井中保留有液态原油,显示出Ⅰ类原油特征(图9),对目前侏罗系储层内的油气藏贡献较小。
晚白垩世,风城组烃源岩Ro已超过2.0%,以生气为主;下乌尔禾组烃源岩Ro为1.0%~1.3%,达到生油高峰,具备了大规模排烃的能力(图8)。此时,断裂活动能力弱于中晚侏罗世,同时下乌尔禾组烃源岩系的超压系数超过2.0,导致下覆风城组烃源岩垂向跨层排烃难度较高,因此该时期以下乌尔禾组烃源岩提供的主生油窗阶段成熟原油为主,具有Ⅱ類原油特征。由于该时期三工河组砂体连通性较好[38],原油具有较强的侧向运移能力,大部分聚集在莫西庄地区、庄东北地区以及莫索湾地区、莫北地区及盆参2井区等凸起区(图9)。
新近纪喜山期,风城组烃源岩仍处于大规模生气阶段,下乌尔禾组烃源岩Ro为1.35%~1.6%,达到生凝析油与湿气阶段(图8)。此时构造运动再次活跃,但是三工河组储层物性变差[38],油气主要沿断层运移至侏罗系形成高熟油藏和天然气藏,其中下乌尔禾组烃源岩生成的凝析油多分布于凹陷内部的通源断裂附近,形成了Ⅲ类原油分布;而下乌尔禾组和风城组的生成天然气运移能力强,可运移至凸起带成藏(图9)。
7 结 论
(1)准噶尔盆地盆1井西凹陷内存在着3种特征的原油:Ⅰ类原油是咸水环境中形成的原油,有机质的构成以水生生物为主,是主生油窗阶段的产物;Ⅱ、Ⅲ类原油是淡水—微咸水环境中形成的原油,陆源有机质输入相对Ⅰ类原油高,其中Ⅱ类原油是主生油窗阶段的原油,Ⅲ类原油是高过成熟阶段的原油。
(2)Ⅰ类原油为风城组来源的主生油窗阶段原油,遭受了强烈的生物降解而被破坏;Ⅱ类原油主要为来自下乌尔禾组的主生油窗阶段原油,Ⅲ类原油主要为下乌尔禾组烃源岩生成的高过成熟阶段原油,且Ⅱ、Ⅲ类原油均存在早期遭受生物降解的风城组原油的混入。
(3)中晚侏罗世,风城组来源原油在三工河组储层中广泛聚集成藏,受晚侏罗世大规模抬升的影响,遭受强烈生物降解被破坏;晚白垩世,来自下乌尔禾组的成熟原油沿断裂排出后发生侧向运移,主要在莫西庄地区等凸起带成藏;新近纪,下乌尔禾组和风城组来源的高熟油气主要在凹陷内部的通源断裂附近成藏。
参考文献:
[1]钱海涛,苏东旭,阿布力米提·依明,等.准噶尔盆地盆1井西凹陷斜坡区油气地质特征及勘探潜力[J].天然气地球科学,2021,32(4):551-561.
QIAN Haitao, SU Dongxu, ABLIMIT Imin, et al. Petroleum geological characteristics and exploration potential in slope area of well Pen-1 Western Depression in Junggar Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2021,32(4):551-561.
[2]费李莹,王仕莉,苏昶,等.准噶尔盆地盆1井西凹陷东斜坡侏罗系三工河组油气成藏特征及控制因素[J].天然气地球科学,2022,33(5):708-719.
FEI Liying, WANG Shili, SU Chang, et al. Characteristics of hydrocarbon accumulation and its controlling factors in Jurassic Sangonghe Formation in the east slope of well Pen-1 Western Depression in Junggar Basin[J]. Natural Gas Geoscience,2022,33(5):708-719.
[3]杨智,王京红,林森虎,等.准噶尔盆地腹部超压顶面附近油气成藏机制[J].中国石油大学学报(自然科学版),2011,35(3):19-25.
YANG Zhi, WANG Jinghong, LIN Senhu, et al. Hydrocarbon accumulation mechanism near top overpressured surface in central Junggar Basin[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2011,35(3):19-25.
[4]石新朴,王绪龙,曹剑,等.准噶尔盆地莫北—莫索湾地区原油成因分类及运聚特征[J].沉积学报,2010,28(2):380-387.
SHI Xinpu, WANG Xulong, CAO Jian, et al. Genetictype of oils and their migration/accumulation in the Mobei-Mosuowanarea, Central Junggar Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2010,28(2):380-387.
[5]李二庭,陈俊,曹剑,等.准噶尔盆地莫索湾地区原油地球化学特征及成因分析[J].石油实验地质,2022,44(1):112-120.
LI Erting, CHEN Jun, CAO Jian,et al. Geochemical characteristics and genetic analysis of crude oils in Mosuowan area, Junggar Basin[J]. Petroleum Geology and Experiment, 2022,44(1):112-120.
[6]徐冠华,石好果,任新成,等.盆1井西凹陷斜坡带三工河组成藏条件及油气富集规律[J].科学技术与工程,2015,15(17):23-28,60.
XU Guanhua, SHI Haoguo, REN Xincheng, et al. Aresearch on the condition of the reservoir formation and the rule of oil and gas accumulation of Sangonghe formation in slope belt of Pen 1 well West Sag[J].Geological Journal of China Universities, 2015,15(17):23-28,60.
[7]CHENG B, CHEN Z, CHEN T, et al. Biomarker signatures of the Ediacaran-Early Cambrian origin petroleum from the central Sichuan Basin, South China: implications for source rock characteristics[J].Marine and Petroleum Geology, 2018,96:577-590.
[8]陳建平,王绪龙,邓春萍,等.准噶尔盆地油气源、油气分布与油气系统[J].地质学报,2016,90(3):421-450.
CHEN Jianping, WANG Xulong, DENG Chunping, et al. Oils and gas source, occurrence and petroleum system in the Junggar Basin, Northwest China[J]. Acta Geologica Sinica, 2016,90(3):421-450.
[9]陈建平,王绪龙,邓春萍,等.准噶尔盆地烃源岩与原油地球化学特征[J].地质学报,2016,90(1):37-67.
CHEN Jianping, WANG Xulong, DENG Chunping, et al. Geochemical features of source rocks and crude oil in the Junggar Basin, Northwest China[J]. Acta Geologica Sinica, 2016,90(1):37-67.
[10]XING B, ZHOU N, MA W, et al. Multiple-stage migration and accumulation of Permian lacustrine mixed oils in the central Junggar Basin (NW China)[J]. Marine and Petroleum Geology, 2015,59:187-201.
[11]李二庭,米巨磊,周波,等.准噶尔盆地莫索湾地区白垩系生物降解与成藏地球化学特征[J].天然气地球科学,2021,32(9):1384-1392.
LI Erting, MI Julei, ZHOU Bo, et al. Biodegradation and geochemical conditions for hydrocarbon accumulation of Cretaceous reservoir in Mosuowan area of Junggar Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2021,32(9):1384-1392.
[12]YU S, WANG X, XIANG B, et al. Molecular and carbon isotopic geochemistry of crude oils and extracts from Permian source rocks in the northwestern and central Junggar Basin, China[J]. Organic Geochemistry, 2017,113:27-42.
[13]PETERS K E, WALTERS C C, MOLDOWAN J M. 生物标记化合物指南:生物标志化合物和同位素在石油勘探与地史研究中的应用[M]. 张水昌, 李振西,等, 译. 北京: 石油工业出版社, 2001:172-173.
[14]LIU H, WANG S, CHENG B, et al. Geochemical characteristics and migration pathways of Ordovician carbonate oil reservoirs in the Tuoputai Area, Tarim Basin, Northwestern China[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 2021,95(4):1295-1309.
[15]JIANG Z S, FOWLER M G. Carotenoid-derived alkanes in oils from northwestern China[J]. Organic Geochemistry, 1986,10(4/5/6):831-839.
[16]PHILP R P, GILBERT T D. Biomarker distributions in Australian oils predominantly derived from terrigenous source material[J]. Organic Geochemistry, 1986,10(1/2/3):73-84.
[17]邹贤利,陈世加,路俊刚,等.鄂尔多斯盆地延长组烃源岩17α(H)-重排藿烷的组成及分布研究[J].地球化学,2017,46(3):252-261.
ZOU Xianli, CHEN Shijia, LU Jungang, et al. Composition and distribution of 17α(H)-diahopane in the Yanchang Formation source rocks, Ordos Basin[J]. Geochimica,2017,46(3):252-261.
[18]ZUMBERGE J E. Terpenoid biomarker distributions in low maturity crude oils[J]. Organic Geochemistry, 1987,11(6):479-496.
[19]de GRANDE S M B, AQUNIO N F R, MELLO M R. Extended tricyclic terpanes in sediments and petroleums[J]. Organic Geochemistry, 1993,20(7):1039-1047.
[20]PHILP P, SYMCOX C, WOOD M, et al. Possible explanations for the predominance of tricyclic terpanes over pentacyclic terpanes in oils and rock extracts[J]. Organic Geochemistry, 2021,155:104220.
[21]肖洪, 李美俊, 杨哲, 等. 不同环境烃源岩和原油中C
19~C23三环萜烷的分布特征及地球化学意义[J]. 地球化学, 2019,48(2):161-170.
XIAO Hong, LI Meijun, YANG Zhe, et al. Distribution patterns and geochemical implications of C19-C23tricyclic terpanes in source rocks and crude oils occurring in various depositional environments[J]. Geochimica, 2019,48(2):161-170.
[22]魏国齐,董才源,谢增业,等.川西北地区ST3井泥盆系油气地球化学特征及来源[J].中国石油大学学报(自然科学版),2019,43(4):31-39.
WEI Guoqi, DONG Caiyuan, XIE Zengye, et al. Oil and gas geochemical characteristics and source of Devonian of well ST3 in Northwest Sichuan Basin[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2019,43(4):31-39.
[23]陈治军,文志刚,刘护创,等.二连盆地伊和乌苏凹陷烃源岩地球化学特征与生烃潜力[J].中国石油大学学报(自然科学版),2022,46(1):34-43.
CHEN Zhijun, WEN Zhigang, LIU Huchuang, et al. Geochemical characteristics and hydrocarbon generation potential of source rocks in Yihewusu Sag, Erlian Basin[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2022,46(1):34-43.
[24]王緒龙,支东明,王屿涛,等.准噶尔盆地烃源岩与油气地球化学[M].北京:石油工业出版社,2013:81-146.
[25]LLOYD M W, GARY H I. Control of hydrocarbon seepage intensity on level of biodegradation in sea bottom sediments[J]. Organic Geochemistry, 2002,33(12):1277-1292.
[26]程付启,刘子童,牛成民,等.利用饱和烃降解率划分原油降解级别的方法及应用[J].中国石油大学学报(自然科学版),2022,46(3):46-53.
CHENG Fuqi, LIU Zitong, NIU Chengmin, et al. A method of classifying crude oil biodegradation grade using degraded rate of saturate hydrocarbon and its application[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science),2022,46(3):46-53.
[27]卢双舫,张敏.油气地球化学[M].北京:石油工业出版社,2008:171-200.
[28]丁安娜,惠荣耀,张中宁.准噶尔盆地白家海凸起湖相原油与烃源岩芳烃地球化学特征[J].石油勘探与开发,1997,24(3):15-20,97.
DING Anna, HUI Rongyao, ZHANG Zhongning. Aromatic geochemistry of crude oils and source rocks from Baijiahai Convexity in Junggar Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 1997,24(3):15-20,97.
[29]RADKE M, WILLSCH H, LEYRHAEUSER D, et al. Aromatic components of coal: relation of distribution pattern to rank [J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 1982,46(10):1831-1848.
[30]张辉,陈勇,王学军,等.准噶尔盆地中部侏罗系三工河组储层沥青地球化学特征及其对油气成藏过程的指示[J].石油实验地质,2021,43(6):1054-1063.
ZHANG Hui, CHEN Yong, WANG Xuejun, et al. Geochemical characteristics of solid bitumen in the Jurassic Sangonghe Formation in the Central Junggar Basin and its implications for hydrocarbon accumulation pross[J]. Petroleum Geology and Experiment, 2021,43(6):1054-1063.
[31]赵靖舟,孟选刚,韩载华.近源成藏:来自鄂尔多斯盆地延长组湖盆东部“边缘”延长组6段原油的地球化学证据[J].石油学报,2020,41(12):1513-1526.
ZHAO Jingzhou, MENG Xuangang, HAN Zaihua. Near-source hydrocarbon accumulation:geochemical evidence of lacustrine crude oil from the Member 6 of Yanchang Formation, eastern margin of Ordos Basin[J]. Acta Petroleum Sinica, 2020,41(12):1513-1526.
[32]李二庭,陈俊,迪丽达尔·肉孜,等.准噶尔盆地腹部地区原油金刚烷化合物特征及应用[J].石油实验地质,2019,41(4):569-576.
LI Erting, CHEN Jun, ROUZI Dilidaer, et al. Characteristics of diamondoids in crude oil and its application in hinterland of Junggar Basin[J].Petroleum Geology and Experiment, 2019,41(4):569-576.
[33]陈棡,卞保力,李啸,等.准噶尔盆地腹部中浅层油气输导体系及其控藏作用[J].岩性油气藏,2021,33(1):46-56.
CHEN Gang, BIAN Baoli, LI Xiao, et al. Transport system and its control on reservoir formation of Jurassic-Cretaceous in hinterland of Junggar Basin[J].Lithologic Reservoirs, 2021,33(1):46-56.
[34]尹伟,郑和荣.准噶尔盆地中部油气成藏期次及勘探方向[J].石油实验地质,2009,31(3):216-220, 226.
YIN Wei, ZHENG Herong. Hydrocarbon accumulation stages and exploration directions in the Central Junggar Basin[J]. Petroleum Geology and Experiment, 2009,31(3):216-220,226.
[35]赵洪,罗晓容,张立宽,等.准噶尔盆地中部1区块三工河组流体包裹体特征及对油气多期充注—调整过程的指示[J].天然气地球科学,2015,26(3):466-476.
ZHAO Hong, LUO Xiaorong, ZHANG Likuan, et al. A sign to the multi-phases hydrocarbon charge and adjustment: fluid inclusion study from the Sangonghe Formation in the No.1 block, the middle Junggar Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2015,26(3):466-476.
[36]刘建章,邹华耀,李平平,等.准噶尔盆地中部侏罗系油气藏调整改造的地质、地球化学响应[J].地球科学——中国地质大学学报,2012,37(3):565-572.
LIU Jianzhang, ZOU Huayao, LI Pingping, et al. Response of geology and geochemistry to adjustment and reconstruction of the Jurassic reservoirs in the central part of Junggar Basin[J].Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 2012,37(3):565-572.
[37]唐勇,宋永,何文军,等.准噶尔叠合盆地复式油气成藏规律[J].石油与天然气地质,2022,43(1):132-148.
TANG Yong, SONG Yong, HE Wenjun, et al. Characteristics of composite hydrocarbon accumulation in a superimposed basin, Junggar Basin[J].Oil & Gas Geology, 2022,43(1):132-148.
[38]葸克來,操应长,王艳忠,等.低渗透储集层成岩作用与孔渗演化:以准噶尔盆地中部1区侏罗系三工河组为例[J].石油勘探与开发,2015,42(4):434-443.
XI Kelai, CAO Yingchang, WANG Yanzhong, et al. Diagenesis and porosity-permeability evolution of low permeability reservoirs: a case study of Jurassic Sangonghe Formation in Block 1, central Junggar Basin, NW China[J].Petroleum Exploration and Development, 2015,42(4):434-443.
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