準噶爾盆地莫北-莫索灣地區原油成因分類及運聚特征①

石新樸 王緒龍 曹 劍 胡文瑄 姚素平 向寶力 藍文芳 樊太亮

(1.中國地質大學(北京)能源學院 北京 100083;2.中國石油新疆油田公司勘探開發研究院 新疆克拉瑪依 834000; 3.南京大學地球科學系 南京 210093)

準噶爾盆地莫北-莫索灣地區 (圖1)是盆地當前油氣勘探的重要對象[1～3]。區域上因在東、西、南3個方向上存在 4個沉積凹陷 (圖1),加之垂向上可能存在石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系等多套烴源巖[1],所以油源關系復雜。比如,對于目前區內現已發現的原油,普遍認為油源以來自二疊系烴源巖為主,并且多具有混源特征[1];然而,近年來在東道海子-阜康凹陷地區,如圖1,于董 1井、成 1井、東道 2井中新發現了一些原油,其生物標志物組成與區內侏羅系烴源巖有些類似[4]。由此可見,本區原油成因類型比較復雜。有鑒于此,為了給區域油源及成藏研究提供基礎參考信息,本文擬首先通過混源油配比模擬實驗[5],查明混源油的典型生物標志物組成特征,建立混源油的判識標準,然后將其與原油特征進行對比,進而劃分原油的成因類型[6],討論原油運聚特征,研究結果對具有相似原油地球化學特征的盆地其它地區也將具有一定參考意義。

圖1 準噶爾盆地莫北-莫索灣地區構造單元分布示意圖Fig.1 Schem aticm ap show ing tectonic units in the M obei-M osuow an area,JunggarBasin

1 混源油配比模擬實驗及判識

在準噶爾盆地莫北-莫索灣地區,可能存在侏羅系、二疊系下統風城組、二疊系中統下烏爾禾組三種不同端元成因類型的原油,以及這些原油的混源油[1,4]。據此,本次工作分別進行了二疊系混源油,以及二疊系與侏羅系混源油的配比模擬實驗,進而嘗試建立油源判識標準[7]。

1.1 二疊系混源油配比模擬實驗及判識

在莫北-莫索灣地區,二疊系的混源油除了油源不同之外,還可能在成熟度上存在差異,通常而言,來自風城組的原油成熟度中等,而來自下烏爾禾組的原油成熟度有差異[1]。據此,選擇了不同油源,不同成熟度的原油分別進行了兩組混源油配比模擬實驗。如表1,根據油源判識標準,即 C20、C21、C23三環萜烷的分布型態[8],4件實驗油樣分別代表了風城組和下烏爾禾組的典型原油,并且根據甾烷異構體成熟度參數 C29甾烷 20S/(20S+20R),夏 76井和石 301井兩井原油的成熟度相仿,而莫 11井原油的成熟度高于夏72井原油。

表1 二疊系混源油配比模擬實驗的端元油樣基本特征Tab le 1 Basic fea ture of end-m em ber o ils in ar tific ia l Perm ian-sourced o ilm ix ing exper im en ts

圖2 二疊系混源油配比模擬實驗的m/z 191質量色譜圖(三環萜烷系列),樣品基本特征參見表1Fig.2 m/z 191m ass ch rom atogram s(tricyclic terpanes)of oils in artificial Perm ian sou rced oilm ixing experim ents.See Tab le 1 for basic featuresof samp les

首先,對于成熟度大致相當的石 301井和夏 76井原油,根據實驗結果,兩類原油混合后最明顯的變化與判斷單一成因原油的標準類似[8],即突出表現為 C20、C21、C23三環萜烷的分布形式。石 301井端元原油的 C20、C21、C23三環萜烷為 C20>C23的山峰型,當石 301井原油與夏 76井原油比例為 80∶20時,C20和 C23三環萜烷的峰高開始接近;當混合比例為 60∶40時,三環萜烷仍然呈山峰型分布,但是 C21與 C23的峰高差距已經變小;當混合比例為 40∶60時,C21三環萜烷稍稍超過 C23三環萜烷,呈弱上升型分布;其后,隨夏 76井原油的混入比例逐漸增高,三環萜烷的上升型分布越來越明顯,至夏 76井原油比例占到80%時,三環萜烷的上升型分布形態已比較接近夏76井端元原油的特征。因此可見,當在石 301井原油中逐漸混入夏 76井原油時,其 C20、C21、C23三環萜烷峰形隨之逐漸變化,C23三環萜烷的峰高 (相對含量)逐漸上升。此外,三環萜烷和五環三萜烷的相對比例隨混源油混合比例的變化,也大致呈現出有規律性的變化,如圖2所示,按三環萜烷最高峰與五環三萜烷最高峰的相對比例,夏 76井風城組原油的特征是三環萜烷含量高于五環三萜烷,而石 301井下烏爾禾組原油的三環萜烷含量與五環三萜烷含量大致相當,原油混合過程中,隨下烏爾禾組原油中混入的風城組原油比例逐漸增高,三環萜烷相對五環三萜烷的含量逐漸增高,反映這也可能是表征混源油混合比例的一個良好指標。然而,三環萜烷和五環三萜烷的相對含量還與原油的成熟度具有比較大的相關性,即隨成熟度增大,三環萜烷含量會逐漸升高[8],因此相對而言,C20、C21、C23三環萜烷的分布形式是判識油源的好指標。

成熟度有差異的混源油配比模擬實驗結果表明,最明顯的變化同樣表現在 C20、C21、C23三環萜烷的峰形上(圖2)。在莫 11井原油中混入夏 72井原油,隨夏 72井原油混入比例的變大,混合油的 C23三環萜烷峰高相對上升,C20、C21、C23三環萜烷峰形由莫 11井原油的 C20>C23的山峰型逐漸變化為夏 72井原油的明顯上升型。綜合兩次實驗結果,可見 C20、C21、C23三環萜烷峰形可以較好反映混源油的油源組成比例.20、C21、C23三環萜烷呈上升型分布,反映油源主要來自風城組,但可能有下烏爾禾組原油的混合,這主要取決于 C23/C21比值的大小,其值越大,則混入的下烏爾禾組原油比例就越小。若 C20、C21、C23三環萜烷呈山峰型分布,則其油源主要來自于下烏爾禾組,但也可能有來自風城組原油的混合,其混合程度取決于C23/C21的比值,該比值越大,那么混入的風城組原油比例越高。

1.2 二疊系和侏羅系混源油配比模擬實驗及判識

在二疊系和侏羅系混源油配比模擬實驗中,端元油樣分別選取東道 2井和石南 8116井的原油,二者的生物標志化合物組成特征具有顯著差異 (表2,圖3),分別主要代表侏羅系和二疊系下烏爾禾組的原油[4,8]。需要說明的是,東道 2井端元原油中實際上有少許二疊系原油的混入,但因混入量少,所以不會對實驗結果造成大的影響。而反映典型單一成因侏羅系原油的董 1井、成 1井皆位于中石化探區內,不具備樣品采集條件。

實驗結果顯示,生物標志物組成最明顯的變化特點表現在 C19和 C20三環萜烷的相對豐度上 (圖3)。如圖3,東道 2井侏羅系原油的 C19三環萜烷含量高于 C20三環萜烷,當混入的石南 8116井原油占 20%的比例時,C19和 C20三環萜烷的含量差距開始縮小,當混入的石南 8116井原油占 40%時,C19和 C20三環萜烷的含量開始接近,當混入的石南 8116井原油占60%時,C20三環萜烷的含量稍稍超過 C19三環萜烷,而當混入的石南 8116井原油占 80%時,C20三環萜烷的含量已明顯超過 C19三環萜烷,但是混源油的 C19、C20三環萜烷含量差距仍然要小于端元的下烏爾禾組原油。所以,總體上看,當混源油中侏羅系原油組分超過 50%時,C19三環萜烷含量皆一致高于 C20三環萜烷含量,這與侏羅系原油一致;而當侏羅系原油的含量低于 50%時,C19三環萜烷含量低于 C20三環萜烷含量,這與二疊系原油特征類似?？梢?三環萜烷C19和C20峰位的相對高低可大致反映二者的混合比例:當三環萜烷 C19/C20比值大于 1時,侏羅系原油組分占優勢,而當三環萜烷 C19/C20比值小于 1時,二疊系原油組分占優勢。

表2 二疊系與侏羅系混源油配比模擬實驗的端元油樣基本特征Tab le 2 Basic fea tures of end-m em ber o ils in ar tificia l Perm ian-and Jurassic-sourced o ilm ix ing exper im en ts

此外,如表2,根據甾烷成熟度參數指標 C29甾烷20S/(20S+20R),侏羅系原油的成熟度相對二疊系原油要低,所以其生物標志物濃度較高[7]。因此,當侏羅系與二疊系原油混合時,混源油會更多地表現出類似侏羅系原油的特征,比如三、四環萜烷含量通常要明顯低于五環萜烷,C24四環萜烷含量也相對比較突出,等等(圖3)。因此,如果某原油樣品的m/z 191色質分析譜圖特征與侏羅系原油相似,但 Pr/Ph比值、碳同位素略低于侏羅系原油而明顯高于二疊系原油,成熟度略高于侏羅系原油而明顯低于二疊系原油,其它地球化學參數也介于侏羅系和二疊系原油之間,那么該原油很可能就屬于侏羅系和二疊系的混源油。

圖3 二疊系和侏羅系混源油配比模擬實驗的m/z 191質量色譜圖(萜烷系列),樣品基本特征參見表2Fig.3 m/z 191m ass ch rom atogram s(terpanes)of oils in artificial Perm ian-and Jurassic-sourced oilm ixing experim ents.See Tab le 2 for basic featuresof samp les

2 原油成因分類

根據以上建立的混源油生物標志物組成判識標準,結合原油的其它地球化學參數,從 8個角度,包括碳同位素、三環萜烷、類胡蘿卜烷、伽馬蠟烷、Pr/Ph、Ts/Tm、甾烷和輕烴等,可將本區的原油綜合分為 4種成因類型(表3)。這 4類原油分別是下二疊統風城組、中二疊統烏爾禾組、侏羅系的單一成因原油,以及混源油。其中,混源油又可進一步細分為二疊系混源,以及二疊系 (下烏爾禾組)與侏羅系混源 2個亞類,再依據混源油的模擬實驗結果,還可以將混源油中不同油源的含量比例半定量區分出來,共計 5個小類。需要指出的是,由于地質情況千差萬別,因此在應用表3中建議的參考標準進行原油成因類型判識時需要結合地質背景具體問題具體分析,不生搬硬套。

第Ⅰ類原油是單一成因的下二疊統風城組原油,其分布比較局限,僅在少數鉆井中發現,并且主要以儲層瀝青形式存在。如莫 4井白堊系儲層油浸細砂巖(4 258.02 m)(圖4),其瀝青“A”碳同位素為-30.86‰,Pr/Ph比值為 0.85,β-胡蘿卜烷和伽馬蠟烷豐度較高,C20、C21、C23三環萜烷呈較大斜率的上升型分布,表現為典型的風城組原油特征[8]。甾烷異構體成熟度參數 C2920S/(20S+20R)和 C29αββ/ (ααα+αββ)值分別為 0.51和 0.57,接近平衡值,說明成熟度中等.IC圖中見UCM鼓包,m/z 177色質圖中也檢出了 25-降藿烷系列,說明早期充注的風城組原油后來遭受了較強程度的生物降解。除了莫 4井的這塊樣品之外,在莫北 1井的侏羅系三工河組(J1s)儲層中的也有Ⅰ類原油分布。此外,油氣儲層包裹體烴中普遍識別出了風城組的烴類①胡文王宣,張義杰,姚素平,等。盆1井西凹陷油氣系統成藏序列與油氣分布研究[R]。新疆油田公司勘探開發研究院,2006,據此,可以認為,本區早期曾廣泛接受了風城組原油的充注,后期因構造運動影響,地層抬升遭受剝蝕,或因斷層的溝通調整,油氣受到了次生蝕變作用。

第Ⅱ類原油是單一成因的中二疊統下烏爾禾組原油,主要分布在有凝析油氣產出的莫索灣和莫北凸起相鄰處。如莫 101井的4 173～4 178m(侏羅系三工河組,J1)的原油,典型生物標志物特征包括β-胡蘿卜烷和伽馬蠟烷基本未檢出,C20、C21、C23三環萜烷表現為 C20>C23的山峰型分布 (圖4),說明其油源來自下烏爾禾組[8].IC圖中未發現鼓包,m/z177譜圖中也未檢出 25-降藿烷系列,表明這類原油記錄的可能是原生油氣充注。此外,在莫 11井侏羅系三工河組 (J1、J1、莫 108井侏羅系三工河組 (J1)等處也有這類原油發現。

第Ⅲ類原油是單一成因侏羅系原油,目前主要發現于近年來在東道海子凹陷鉆探的成 1井,以及阜康凹陷的董 1井中,此外,滴西地區滴西 9井中也有發現。以董 1井為例(圖4),該井4 870～4 875m原油在萜烷分布上,三環萜烷/五環萜烷小于 10%,三環萜烷低豐度背景上 C19、C20三環萜烷峰位明顯,且 C19>C20,C24四環萜烷 /C26三環萜烷比值在 5以上,Tm豐度高,伽馬蠟烷豐度低,C29規則甾烷均大于 70%, Pr/Ph均大于 3,反映了典型的侏羅系烴源巖的特征,和二疊系烴源巖差異十分明顯[1,8].IC圖中未發現鼓包,m/z 177譜圖中也未檢出 25-降藿烷系列,反映原生油氣充注特征。

表3 準噶爾盆地莫北-莫索灣地區四類不同成因原油的地球化學特征Tab le 3 Geochem istry of four genetic types of o ils in theM obei-M osuowan a rea,Jungga r Basin

圖4 準噶爾盆地莫北-莫索灣地區典型端元成因類型原油的地球化學特征譜圖Fig.4 Rep resentative geochem ical chrom atogram sof end-m em beroils in theM obei-M osuowan area,JunggarBasin

第 IV類原油是上述三種類型原油的混源油,按混合對象的不同又分為兩個亞類,風城組和下烏爾禾組的混源油 (IVa),以及二疊系和侏羅系的混源油(IVb)。其中,IVa類原油是本區原油的主體,在不同地區,不同層位中皆有分布,反映了復雜的烴類運聚特征。而 IVb類原油目前主要發現的是以侏羅系原油占主要優勢的成因類型,典型代表是東道 2井侏羅系八道灣組原油(圖3a)。

3 原油運聚特征

以上可見,在準噶爾盆地腹部莫北-莫索灣地區,存在二疊系風城組、下烏爾禾組、侏羅系端元成因類型的原油,以及這些原油的混源油。根據烴源巖的生排烴演化史分析,風城組、下烏爾禾組、侏羅系這 3套烴源巖的主力原生排油期分別在三疊紀末、白堊紀、古近紀。東道海子凹陷的二疊系烴源巖沉積規模有限,而沙灣凹陷二疊系烴源巖的母質類型較差,所以這兩個凹陷在三疊紀和白堊紀時不是本區二疊系原油的有效供烴凹陷①王緒龍,況軍,楊海波,等。準噶爾盆地第三次資源評價[R]。新疆油田公司勘探開發研究院,2000。古近紀時,全區表現為自南向北的單斜構造形態,本區侏羅系原油的有效供烴凹陷是阜康和沙灣凹陷①王緒龍,況軍,楊海波,等。準噶爾盆地第三次資源評價[R]。新疆油田公司勘探開發研究院,2000。

風城組烴源巖的生油高峰期在三疊紀末,因此這是其原生成藏期,油氣主要聚集于前侏羅系儲層中(圖5)。在本區,前侏羅系地層目前深度通常大于5 000m,所以少有鉆井鉆揭。在鄰近的石西地區(莫北地區北翼),石炭系火山巖裂縫中的殘余固體瀝青可能是此次成藏事件留下的痕跡[9]。對石西油田典型石炭系火山巖儲層流體包裹體的研究表明,在三疊紀存在一次成藏事件,并以液態烴的注入為主[1]。王緒龍分析認為,在三疊紀時,石炭系火山巖儲層的蓋層尚未形成,注入儲層中的油氣逸散,導致在現今儲層裂縫中僅保留有部分殘留瀝青[1]。在鄰近達巴松-夏鹽地區的二疊系-三疊系儲層中,普遍發現了C20、C21、C23三環萜烷呈上升型分布的原油,這充分證實了風城組原油的成藏事件②王緒龍,藍文芳,康素芳,等。準噶爾盆地油氣地球化學研究進展[R]。新疆油田公司勘探開發研究院,2003。

圖5 準噶爾盆地莫北-莫索灣地區油氣運聚事件示意圖Fig.5 Schem aticm ap show ing petroleum m igration and accum ulation in theM obei-M osuowan area,JunggarBasin

中晚侏羅世后,油氣沿深淺“y”字形斷層調整[10](圖5)。中下侏羅統儲層的有機包裹體成分分析結果表明,包裹體烴類成熟度中等,C20、C21、C23三環萜烷的分布以上升型為主,其它地化指標也接近風城組的特征。根據烴源巖的演化史,風城組烴源巖在中晚侏羅世后已達高成熟階段,這與現今儲層中的包裹體烴類基本以成熟烴類為主的特征不相符合,表明該期不是原生的原油充注,而是次生調整的結果②。儲層流體包裹體的均一化溫度和伊利石測年數據顯示油氣調整時間發生在中晚侏羅世后[11]。

第三次成藏事件發生在晚白堊世,是區域第二成藏期。該期儲層流體包裹體均一化溫度主要分布在90～110℃,自生伊利石的測年結果表明,該期油氣的成藏時間為晚白堊世[11]。由于此時盆 1井西凹陷的下烏爾禾組烴源巖進入成熟到高成熟階段,處于生油高峰期,而風城組烴源已處于高熟階段[12]。所以該期油氣藏主要源于下烏爾禾組烴源巖,普遍存在于本區不同層位的地層中,是主要的油氣藏類型[12～14](圖5)。

第四次成藏事件發生在新近紀,是區域上油氣的第二成藏調整期和第三成藏期。調整期是指此時盆1井西凹陷的主力烴源巖均已進入過成熟階段,不可能再形成原生成熟油氣藏。因此此次成藏事件是前期油氣藏再調整的產物,時間在新近紀[1]。喜馬拉雅運動的掀斜作用為前期成藏的油氣向上向北運移提供了運移的動力[15]。而第三成藏期是指新近紀后,南部阜康和沙灣凹陷中的侏羅系煤系烴源巖開始進入成熟階段,生成和排出了一定數量的油氣①,儲層有機質的紅外檢測結果表明,莫索灣地區除了發現風城組成熟油和烏爾禾組高熟油之外,還有少量的低熟油氣②,結合東道 2井侏羅系中發現侏羅系原油(圖3),綜合推測該期是原生侏羅系原油的成藏期。

4 結論

(1)在準噶爾盆地莫北-莫索灣地區,根據混源油配比模擬實驗,發現原油的某些生物標志物組成可能是判識原油成因類型的有效指標,其中,飽和烴C20、C21、C23三環萜烷峰形較好反映了二疊系下統風城組和中統下烏爾禾組混源油的油源組成比例,而C19、C20三環萜烷比值較好反映了二疊系和侏羅系混源油的油源組成比例。

(2)根據反映混源油混合比例的典型生物標志物參數,綜合原油的其它地球化學參數,從八個角度,包括碳同位素、三環萜烷、類胡蘿卜烷、伽馬蠟烷、Pr/ Ph、Ts/Tm、甾烷和輕烴等,將本區的原油分成 4種成因類型,分別是來自下二疊統風城組、中二疊統下烏爾禾組和侏羅系的單一成因原油,以及混源油,混源油又可進一步細分為二疊系混源,以及二疊系(下烏爾禾組)與侏羅系混源2個亞類。

(3)根據不同類型原油的區域分布特點,結合地質背景,分析了原油的運聚特征。結果表明,三疊紀末,風城組原生成熟原油主要聚集于前侏羅系儲層中;中晚侏羅世后,這些原油主要沿深淺“y”字形斷層調整;晚白堊世-古近紀,下烏爾禾組成熟原油開始運聚成藏;新近紀-第四紀,早期原生油藏普遍由南向北發生調整,并且侏羅系原油開始運聚成藏。

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