吳浩，包建平，朱翠山

(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室(長江大學(xué)) 長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430100)

柴達(dá)木盆地油氣資源豐富，經(jīng)過50多年的勘探，先后發(fā)現(xiàn)了十多個大中型和小型油氣田。前人對產(chǎn)自上述油田原油的地球化學(xué)特征及油源進(jìn)行了一定程度的研究，并取得了一些有益的認(rèn)識[1～4]。柴達(dá)木盆地北緣阿爾金山前牛東地區(qū)由于靠近長期活動的阿爾金山斷裂帶，處于沉積物源區(qū)，儲蓋組合配置差，以往沒有給予足夠的關(guān)注。2012年以來，在牛東鼻隆的侏羅系獲得了高產(chǎn)油氣流，展示該區(qū)具有較好的勘探前景，但目前尚未對該區(qū)新發(fā)現(xiàn)的油氣進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。筆者試圖通過對新發(fā)現(xiàn)原油中各類生物標(biāo)志物的分布與組成特征的分析研究，明確其成因，確定其來源，為該區(qū)后續(xù)的油氣勘探提供地球化學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

牛東地區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣阿爾金山前東段，其中牛東地區(qū)和東坪地區(qū)為阿爾金山前東段兩個鼻狀構(gòu)造。區(qū)內(nèi)自西向東為尖北斜坡、東坪鼻隆、牛中斜坡、牛東鼻隆和冷北斜坡，整體上表現(xiàn)出“兩隆三帶”的構(gòu)造格局。東部為昆特依侏羅系殘余生烴凹陷及冷湖構(gòu)造帶，東南部緊鄰坪東-一里坪凹陷，面積近5000km2(圖1)[3]。牛東地區(qū)主要發(fā)育中-新生界沉積地層，中生代現(xiàn)今殘余主要為侏羅系，白堊系大多缺失，新生代現(xiàn)今殘余主要為古近系路樂河組(E1+2)和干柴溝組(E3)[5]。

阿爾金山前東段地區(qū)主要經(jīng)歷了3 次大的構(gòu)造演化階段，分別為燕山早期斷陷階段、中生代(侏羅紀(jì))的伸展斷陷階段和喜山早期斷坳階段(路樂河組-下干柴溝組上段的拉分?jǐn)嘞蓦A段)。該區(qū)域內(nèi)發(fā)育坪東、牛中、鄂南等深大斷裂及一系列小斷層，各個構(gòu)造帶內(nèi)形成相應(yīng)的背斜、斷背斜及斷塊等圈閉形態(tài)。該時期東坪地區(qū)在斷裂的控制下，具有了古斜坡背景；喜山中晚期擠壓反轉(zhuǎn)階段和上干柴溝組-下油砂山組沉積時期的坳陷階段，東坪地區(qū)形成古隆起，并形成了現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)[3,5]。

圖1 柴達(dá)木盆地牛東地區(qū)構(gòu)造單元及原油取樣位置

2 試驗分析

2.1 樣品分離

該次所研究10個原油樣品取自于柴達(dá)木盆地北緣阿爾金山前東段牛東地區(qū)牛東鼻隆構(gòu)造上牛3井、牛4井、牛1井、牛102井及牛1-2-12井(圖1)，產(chǎn)層分別為古近系和下侏羅統(tǒng)。用正己烷沉淀原油中的瀝青質(zhì)，而后采用硅膠/氧化鋁柱色層法把脫瀝青質(zhì)原油分離成飽和烴、芳香烴和非烴。

2.2 飽和烴色譜質(zhì)譜分析

飽和烴色譜質(zhì)譜分析儀器為惠普公司GC6890/5973MSD氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀。色譜柱為HP-25ms石英彈性毛細(xì)柱(30m×0.25mm×0.25μm)。升溫程序為：50℃恒溫2min，從50～100℃的升溫速率為20℃/min，100～310℃的升溫速率為3℃/min，達(dá)到310℃時恒溫15.5min。進(jìn)樣器溫度為300℃,載氣為氦氣，流速為1.04mL/min，掃描范圍為50～550amu。檢測方式為全掃描。電離能量為70eV，離子源溫度為230℃。

3 結(jié)果與討論

3.1 鏈烷烴分布特征

在未遭受生物降解的情況下，正構(gòu)烷烴系列是原油中的重要組成部分，而且其分布與組成特征可以提供豐富的涉及有機質(zhì)類型、有機質(zhì)成熟度及烴源巖形成的沉積環(huán)境等地球化學(xué)信息。

表1 牛東地區(qū)原油中鏈烷烴地球化學(xué)參數(shù)

圖2 牛東地區(qū)牛東鼻隆構(gòu)造上原油正構(gòu)烷烴分布特征

3.2 C14-16補身烷系列

通常情況下，C14-16補身烷系列是在微生物的作用下，由細(xì)菌藿烷先質(zhì)在成巖作用階段初期發(fā)生降解、開環(huán)斷裂而形成[12,13]。而重排補身烷的形成則受到烴源巖中有機質(zhì)成熟度以及沉積環(huán)境共同的影響，高成熟度和氧化的沉積環(huán)境更有利于生成重排補身烷[14～16]。

圖3 牛東地區(qū)原油中C14-16補身烷系列分布特征

該區(qū)原油的C14-16補身烷系列總體上呈現(xiàn)為重排補身烷豐富(diaC15)、8β(H)-補身烷和升補身烷含量中等的特征(圖3)，反映出其烴源巖形成于該類標(biāo)志物的沉積環(huán)境。仔細(xì)對比可以發(fā)現(xiàn)，牛東地區(qū)古近系和侏羅系儲層所產(chǎn)原油在C14-16補身烷系列組成特征存在一定差異，表現(xiàn)為前者重排補身烷與8β(H)-補身烷和升補身烷比值分別大于3.0和4.0，而后者中兩比值則介于1.5～3.0之間，該差異可能與其成熟度不同或各自的源巖特征存在差異有關(guān)。

3.3 三環(huán)萜烷與四環(huán)萜烷

牛東地區(qū)原油中的三環(huán)萜烷系列其不同碳數(shù)化合物相對豐度的變化均呈現(xiàn)出C19>C20>C21>C23>C24>C25>C26階梯狀分布特征，且四環(huán)萜烷(C24Te)豐度遠(yuǎn)高于相鄰的C26三環(huán)萜烷(C26TT，圖4)，可能指示該類原油的烴源巖中陸源生源貢獻(xiàn)較大[17]，這與該地區(qū)發(fā)育的下侏羅統(tǒng)烴源巖形成于湖沼環(huán)境的特征是一致的[8～11]。比較而言，牛東地區(qū)古近系儲層所產(chǎn)原油中上述三環(huán)萜烷和四環(huán)萜烷的豐度明顯低于侏羅系儲層所產(chǎn)原油，如前者C19三環(huán)萜烷與C30藿烷的比值(C19TT/C30H)大于0.80，而后者該比值大多小于0.25，這可能與原油運移過程中不同類型的生物標(biāo)志物具有不同的分異效應(yīng)有關(guān)。因為三環(huán)萜烷系列與藿烷系列的分子大小存在一定差異，那么在運移過程中運移距離越長，對分子量較小的化合物產(chǎn)生的分餾效應(yīng)越大，并會呈現(xiàn)相對富集的現(xiàn)象[6]。由于研究區(qū)古近系儲層所聚集的原油經(jīng)歷的運移距離應(yīng)該大于侏羅系儲層所聚集的原油，前者相對富含三環(huán)萜烷系列顯然是符合運移規(guī)律的。

圖4 牛東地區(qū)原油中三環(huán)萜烷系列和四環(huán)萜烷分布特征

3.4 三萜烷類

藿烷系列是一類在地質(zhì)體中分布極為廣泛的生物標(biāo)志物，它們代表了原核生物細(xì)菌的生源輸入[18]。C31～C35升藿烷系列分布特征可以指示沉積水體的古鹽度，高鹽度沉積環(huán)境的地質(zhì)樣品中常呈現(xiàn)C34和C35升藿烷豐度升高的“翹尾巴”現(xiàn)象，而在淡水湖相地質(zhì)樣品中，該系列化合物的豐度呈現(xiàn)隨碳數(shù)增大而下降的“階梯狀”特征。伽馬蠟烷來源于原生動物四膜蟲醇，可以結(jié)合上述C31～35升藿烷的分布特征指示沉積水體的古鹽度[19,20]。前人的研究認(rèn)為，地質(zhì)樣品中重排藿烷的形成需要酸性的介質(zhì)條件和黏土礦物的催化作用，在弱氧化-氧化環(huán)境中形成的地質(zhì)樣品中常富含該類標(biāo)志物[18,21～24]。新藿烷相對豐度受巖性[22～25]、成巖環(huán)境的氧化還原電位(Eh)-pH[21]值和母質(zhì)來源的影響[21,24]。

牛東地區(qū)原油中檢測的三萜烷類標(biāo)志物主要包括藿烷系列、新藿烷系列、重排藿烷系列和伽馬蠟烷，圖5展示了相關(guān)原油中上述標(biāo)志物的分布特征?？傮w上看,牛東地區(qū)的原油中藿烷系列豐富，新藿烷系列和重排藿烷系列中等,伽馬蠟烷含量很低，其伽馬蠟烷/C30藿烷均<0.10，且C31-35升藿烷系列呈現(xiàn)“階梯狀”下降特征，這與柴北緣地區(qū)其他構(gòu)造所產(chǎn)原油中的三萜烷特征相似[2,8,11]，表明它們也應(yīng)該來源于侏羅系淡水湖沼相烴源巖。但對比發(fā)現(xiàn)研究區(qū)不同儲層所產(chǎn)原油之間在某些化合物的組成特征上還是存在差異的，如古近系儲層所產(chǎn)原油中重排藿烷豐度較高，其diaC30H/C30H大于3.50，而侏羅系儲層所產(chǎn)原油中該比值基本都小于0.20(表2)，該現(xiàn)象也可能與不同儲層原油所經(jīng)歷的運移分異效應(yīng)存在差異有關(guān)，因為同類標(biāo)志物中重排構(gòu)型化合物的分異效應(yīng)明顯大于非重排構(gòu)型化合物，如重排甾烷會隨原油運移距離增加而逐漸富集[18]。此外，可以表征原油成熟度的Ts/Tm呈現(xiàn)出古近系儲層所產(chǎn)原油總體上高于侏羅系儲層所產(chǎn)原油的特征，該現(xiàn)象暗示著前者的成熟度總體上高于后者，也可能意味著古近系儲層聚集的烴源巖在后期高成熟階段生成的原油。

圖5 牛東地區(qū)原油三萜烷分布特征

3.5 甾烷系列

甾烷是一類指示真核生物輸入的生物標(biāo)志物，原油中甾烷系列的分布與組成可以提供豐富的地球化學(xué)信息，如生源和成熟度等。一般來說，C27～C29規(guī)則甾烷相對組成受控于有機質(zhì)的性質(zhì)，C27甾烷和C29甾烷分別代表了低等水生藻類生物和陸源高等植物輸入的貢獻(xiàn)。重排甾烷的形成除了與成熟度有關(guān)以外，還與烴源巖中黏土礦物和酸性介質(zhì)條件密切相關(guān)[18,22]，因為甾類分子結(jié)構(gòu)中甲角基只有在偏酸性的介質(zhì)和較高Eh的條件下才會發(fā)生重排[26]。

牛東地區(qū)原油的甾烷分布總體上呈現(xiàn)相對富含重排甾烷，表明其源巖應(yīng)該形成于淡水湖沼相環(huán)境；在C27-29甾烷碳數(shù)組成中C29規(guī)則和重排甾烷的豐度明顯高于C27和C28甾烷，其C27R、C28R、C29R規(guī)則甾烷構(gòu)成反“L”型(圖6)，顯示陸源有機質(zhì)是其主要原始生烴母質(zhì)，這與柴北緣地區(qū)發(fā)育侏羅系湖沼相烴源巖的石油地質(zhì)背景相符合。原油中甾烷成熟度參數(shù)C2920S/(20S +20R)和C29ββ/(αα+ββ) 均大于0.40[27](表2)，表明這些均屬成熟原油。但是，不同儲層所產(chǎn)原油中的甾烷組成特征也存在一定差異，如古近系儲層所產(chǎn)原油相對富含重排甾烷，如其C29重排比規(guī)則甾烷(diaC29/reC29)值介于0.46～0.98之間，而侏羅系儲層所產(chǎn)原油中該比值則介于0.26～0.45之間，這也可能與不同儲層所產(chǎn)原油經(jīng)歷的運移分異作用和成熟度存在差異有關(guān)。此外，不同原油中C27-29的碳數(shù)組成也存在一些差異，有的原油中指示低等生物藻類貢獻(xiàn)的C27R和C28R豐度極低，其C27R/C29R和C28R/C29R小于0.20，而有的原油中這兩個比值可以大于0.40(表2)，該現(xiàn)象說明牛東地區(qū)原油的原始生烴母質(zhì)是存在差異的。那些相對貧C27和C28甾烷的原油可能主要來源于侏羅系煤系烴源巖，而相對富含C27和C28甾烷的原油可能主要來源于侏羅系湖相烴源巖，前者屬于煤成油，而后者則屬于湖相原油。因此，根據(jù)原油中甾烷的碳數(shù)組成特征可以判斷兩類烴源巖相對貢獻(xiàn)的大小。

表2 牛東地區(qū)原油中三萜烷和甾烷參數(shù)

注：a為G/C30H；b為diaC30H/C30H；c為C29Ts/C29H；d為Ts/Tm；eC2920S/(20S+20R)；f為C29ββ/(αα+ββ)；g為diaC27/regC27；h為diaC29/regC29；i為C27R/C29R；j為C28R/C29R；G為伽馬蠟烷；H為藿烷；diaC30H為重排藿烷；Ts為新藿烷。

圖6 牛東地區(qū)原油中甾烷系列分布特征

富含重排類生物標(biāo)志物是牛東地區(qū)原油的重要特征，包括重排補身烷、重排藿烷系列和重排甾烷系列，而且已有的研究結(jié)果認(rèn)為重排類生物標(biāo)志物的形成可能是在相似的地球化學(xué)條件，如淡水的沉積環(huán)境、酸性的介質(zhì)條件和黏土礦物的催化作用，由此也表明牛東地區(qū)的原油來源于相似環(huán)境下形成的烴源巖，即在成因上是相近的。牛東地區(qū)不同儲層所產(chǎn)原油中重排類標(biāo)志物的相對豐度存在一定差異，主要表現(xiàn)為古近系儲層所產(chǎn)原油該類標(biāo)志物的豐度較高，而侏羅系儲層所產(chǎn)原油中則相對偏低(圖7)，該現(xiàn)象暗示了其源巖形成的沉積有機相帶可能不盡相同。

但值得注意的是，影響地質(zhì)樣品中重排類標(biāo)志物豐度的因素除了沉積-成巖條件和烴源巖的巖石學(xué)特征外，還有成熟度和運移分異作用，尤其是對原油。因此，牛東地區(qū)不同儲層所產(chǎn)原油中重排類標(biāo)志物相對豐度的差異可能也有成熟度和運移分異作用的影響。如古近系儲層原油中Pr/nC17和Ph/nC18是所有原油中最低的，且它們的Ts/Tm也高于侏羅系儲層的原油，均表明上述原油相對于其他原油具有較高的成熟度。而運移分異作用的影響則從其產(chǎn)層上更好理解，因為牛東地區(qū)的原油無疑應(yīng)該來源于相鄰生烴凹陷中發(fā)育的侏羅系烴源巖，顯然進(jìn)入古近系儲層較進(jìn)入侏羅系儲層應(yīng)該經(jīng)歷較長的運移距離，該過程也會影響到原油中重排類標(biāo)志物的相對豐度。

圖7 牛東地區(qū)原油中不同類型重排類標(biāo)志物相對組成間的關(guān)系

4 結(jié)論

1)牛東地區(qū)原油具有較高的姥植比、三環(huán)萜烷系列呈“階梯狀”分布，重排類標(biāo)志物相對豐富，且伽馬蠟烷異常偏低，該系列特征與冷湖構(gòu)造帶上的原油十分相似，表明它們來源于相鄰凹陷中發(fā)育的侏羅系淡水湖沼相烴源巖。

2)正構(gòu)烷烴系列沒有碳數(shù)優(yōu)勢和C29甾烷成熟度參數(shù)大于0.40等特征表明這些原油屬于成熟原油。但牛東地區(qū)古近系儲層所產(chǎn)原油在重排類標(biāo)志物相對豐度和三萜烷成熟度指標(biāo)上明顯高于侏羅系儲層所產(chǎn)原油，該現(xiàn)象可能與前者較后者成熟度高，并經(jīng)歷了較強的運移分異作用有關(guān)。不同原油中C27-29甾烷碳數(shù)組成上的差異反映出侏羅系的煤系源巖和湖相源巖對牛東地區(qū)原油均有貢獻(xiàn)，因而呈現(xiàn)煤成油和湖相原油并存的格局，而冷湖構(gòu)造帶上的原油則主要是湖相原油。

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