馬嶺油田南部原油地球化學特征及其成藏模式

李 群，肖曉光，劉軍峰，侯林惠

(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，長沙 410083；2. 中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙 410083；3. 中國石油長慶油田分公司 采油二廠，慶城 745100)

鄂爾多斯盆地是一典型的克拉通盆地，中生界具有大面積多層段普遍含油的特點[1?3]。馬嶺油田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶的西南部，是鄂爾多斯盆地發現最早的油田之一，至今已有40多年的勘探與開發歷史。該油田原油主要賦存于侏羅系延安組和三疊系延長組的河流?三角洲砂巖儲層中。油藏類型涵蓋了鼻隆構造油藏、地層超覆油藏、巖性油藏以及巖性?構造復合油藏。不同區塊含油層位不同，同一區塊不同層組油氣富集程度也不同。以往有關原油成因的認識主要立足于盆地或區域背景[4?6]，對研究區分區塊分油層組的取樣分析很少。

本文作者在前人研究的基礎上，通過對馬嶺油田南部不同區塊不同層位原油樣品的系統采集和測試分析，從原油物性、族組分、飽和烴氣相色譜及生物標志化合物等方面，剖析馬嶺地區南部延長組?延安組各含油層位原油的地球化學特征，研究原油的母質類型、形成環境和成熟度，并進行油源對比。旨在從烴源方面入手，結合其他地質要素，揭示油藏的形成模式，期望能對盆地類似油藏的勘探起到指導作用。

1 樣品分布與物性特征

所采集的12個原油樣品分布在馬嶺油田南一區、南二區、南試區的12口井的5個產油層位，分別為侏羅系延安組延4+5、延6、延9、延10油層組及三疊系延長組長8油層組。分析結果表明：5個層位原油物性相似，物性參數為密度0.842 8～0.858 8 g/cm3，50 ℃時黏度 5.0～7.3 mPa·s，凝固點 14～17.6 ℃；硫含量 0.1%～0.12%(質量分數)，蠟含量 16%～21.7%(質量分數)，瀝青質含量 1.1%(質量分數)。原油具有中?低密度、低黏度、低硫含量、中?低凝固點的特點，物性較好。

2 氯仿瀝青A族組分

在有機質性質相近的前提下，成熟度高的原油應具有較高含量的烴類組分和較低含量的極性組分[7]，由表1可以看出，研究區各個層位原油烴類組成基本一致，具體表現為烷烴含量(質量分數)高，為64.17%～73.21%，平均值為69.09%；其次為芳烴和非烴，分別為13.23%～14.84%和12.43%～15.83%，平均值分別為14.05%和 13.86%；瀝青含量相對較低，平均值僅為3.00%；烷烴與芳烴的質量比為 4.39～5.86，非烴與瀝青質的質量比為 2.71～7.87，總體表現出成熟原油的特征。

3 飽和烴色譜特征

正構烷烴色譜特征蘊含了豐富的沉積環境、生源構成、保存條件和熱演化信息[8?9]。研究區不同層位原油正構烷烴氣相色譜參數非常相似(見圖1和表2)。色譜峰型完整，為單峰型；碳數分布在C13～C37之間，主峰碳為C16～C19；奇偶優勢指數OEP為1.04～1.13，平均為 1.08，無明顯的奇偶碳數優勢分布；姥鮫烷Pr/n-C17值為 0.33～0.68，植烷 Ph/n-C18值為 0.31～0.75，Pr/Ph比值為 0.85～1.15，表明研究區不同層位的原油均來自弱還原的沉積環境，它們是同源的。n-C21?/n-C22+分布在0.84～1.58之間，大部分大于1，反映了低碳數正構烷烴稍占優勢的特征，說明原油的母質由水生生物和陸生植物構成，生油母質為混合型。

表1 馬嶺油田南部不同區塊原油族組分參數Table 1 Parameters of crude oil components in various blocks of southern Maling oilfield

圖1 馬嶺油田南部原油氣相色譜圖：(a) 新南9-14，延6；(b) 南9-162，延10；(c) 南側31-11，延4+5；(d) 南32-171，延9Fig. 1 Gas chromatograms of crude oil in southern Maling oilfield

表2 馬嶺油田南部不同區塊原油正構烷烴與類異戊間二烯烷烴參數Table 2 N-alkanes and isoprenoid alkanes parameters of crude oil in various blocks of southern Maling oilfield

4 生物標志物特征

馬嶺地區南部原油甾萜烷類生物標志物的色譜?質譜圖(見圖2)非常相似，表明其母源、沉積環境和成熟度的均一性[10?12]。

4.1 萜類生物標志物特征

12塊原油樣品均檢出了明顯的藿烷系列(五環三萜烷)、三環萜烷和少量的四環萜烷。從m/z=191質量色譜圖上可見，各層段原油中萜烷化合物均以C30?藿烷占優勢。豐富的三環二萜烷反映低等水生生物的輸入。原油中普遍檢出的C29Ts和C30*(C30?重排藿烷)兩種化合物反映了湖相沉積環境。低豐度的伽瑪蠟烷(指數大多處于0.1左右，見表3)反映水體鹽度不高，水體分層不明顯，為淡水或微咸水湖泊環境。

原油的C27?藿烷Ts/(Ts+Tm)比值(兩個立體異構體質量比)處于0.44～0.78之間，C31?藿烷22S/(22S+22R)處于 0.54～0.58之間，兩參數表明藿烷已基本達到異構化平衡階段，反映其成熟原油的性質。

4.2 甾類生物標志物特征

圖2 馬嶺地區南部原油萜烷(m/z=191)和甾烷(m/z=217)質量色譜圖: (a) 南側31-11, 延4+5萜烷; (b) 南側31-11, 延4+5甾烷;(c) 新南9-14, 延6萜烷; (d) 新南9-14, 延6甾烷; (e) 南32-171, 延9萜烷; (f) 南32-171, 延9甾烷; (g) 南9-162, 延10萜烷; (h) 南9-162, 延10甾烷Fig. 2 Mass chromatograms showing terpane (m/z=191) and sterane (m/z=217) of crude oil in southern Maling oilfield

表3 馬嶺油田南部不同區塊原油飽和烴餾分中甾萜類化合物參數Table 3 Parameters of steranes and terpanes in fractions of saturated hydrocarbons of crude oil in various blocks of southern Maling oilfield

甾類中最重要的化合物是來源于動物和水生藻類、菌藻類的C27?膽甾烷和C28?麥角甾烷以及以陸相高等植物為生源的C29?谷甾烷。12塊原油樣品C27?、C28?和 C29?甾烷的含量(質量分數)分別為 24.85%～28.88%、29.24%～31.31%和 41.48%～43.95%(見表3)，含量由高到低的順序為C29?甾烷、C28?甾烷和C27?甾烷。這表明其沉積環境有豐富的陸源有機質來源，原油具有陸源高等植物與低等水生藻類和菌藻類有機質混合母源的特征。原始構型化合物(20R)的碳數分布三角圖(見圖3)顯示12塊原油的甾烷分布非常接近，表明原油之間有很好的可比性。

圖3 馬嶺地區南部原油規則甾烷分布三角圖Fig. 3 Triangular diagram of formula sterane distribution of crude oil in southern Maling oilfield

此外，原油中孕甾烷及升孕甾烷均有檢出，尤其以5α(H)，14β(H)?孕甾烷含量較高。孕甾烷除表明成熟度較高外，也顯示了水生生物有機質的參與。此外，三環萜烷和孕甾烷含量異常高，表明烴源巖形成于水體較深、還原性較強、富含藻類的沉積環境[13]，同時還在一定程度上反映了原油的運移效應。

原油的 C29?甾烷 ββ/(ββ+αα)值為 0.45～0.50，平均值為0.48，接近于平衡值0.5；C29?甾烷20S/(20S+20R)值為0.54～0.61，平均值為0.58，達到了平衡值，且兩個參數變化范圍很小。一般來說，原油中這兩個參數大于0.4就為成熟原油，表明馬嶺油田原油均為成熟原油。

5 原油來源與成藏模式

5.1 油源分析

鄂爾多斯盆地是以中生界為主體的大型陸相沉積盆地，勘探開發實踐表明，在中生界有兩套含油層系，即三疊系延長組及侏羅系延安組。研究認為，兩套含油巖系均有生油的可能。延長組烴源巖形成于淡水湖泊沉積環境，特別是延長組中部(長 4+5～長 8)烴源巖形成于淺湖一半深湖沉積環境，發育有暗色泥巖、碳質泥巖和油頁巖。晚三疊世長7油層組沉積早期，強烈的構造活動使得湖盆快速擴張，形成了大范圍的深水沉積，為優質烴源巖的大規模發育提供了基本地質條件。長 7烴源巖有機質類型屬于腐殖?腐泥型；有機碳含量絕大部分都在 1.5%以上，甚至超過 3.5%；鏡下觀察表明，長7烴源巖干酪根以無定形類脂體為主，存在少量的刺球藻和孢子，成分單一[14]；同時，鏡質體反射率Ro值在0.5%～1.0%之間，有機質達到生烴門限的熱成熟演化階段。由此認為，長7烴源層組處于湖盆發育全盛期，烴源巖厚度大，分布穩定，成熟度較高，生油性能明顯好于其他層段的，是盆地中生界的主力烴源巖。

延安組為湖沼環境下形成的烴源巖，包括煤層、碳質泥巖和暗色泥巖。雖然它們具有較高的有機碳含量，但是有機質類型主要為腐植型，烴轉化率低，鏡質體反射率較低(Ro=0.53%～0.65%)[15]，因此，形成工業性油藏的可能性較小。

根據12塊原油樣品母質性質、生烴環境和成熟度資料，對比盆地上述兩套烴源巖的各項指標(見表4)，有以下幾方面認識：1)延安組潛在烴源巖的正構烷烴和類異戊二烯烷烴組成與馬嶺油田原油的明顯不同，前者具有較高的Pr/Ph；2)規則甾烷含量和甾烷成熟度參數(C2920S/(20S+20R)和 ββ/(αα+ββ))是重要的油源對比指標，延安組潛在烴源巖規則甾烷的組成與馬嶺油田原油完全不同，其含有較多的C29規則甾烷，C29/C27比值大，而延長組烴源巖的規則甾烷組成與馬嶺油田原油的相似，C29/C27比值接近；延安組潛在烴源巖的甾烷 C2920S/(20S+20R)和 ββ/(αα+ββ)值比馬嶺油田原油的小，特別是 C29ββ/(αα+ββ)比值很小，而延長組烴源巖與馬嶺油田原油的相似；3)同樣作為反應成熟度的參數(Ts/Tm)，馬嶺油田原油的Ts/Tm要遠大于延安組潛在烴源巖的Ts/Tm，而與長7烴源巖的Ts/Tm相近。上述指示沉積環境、生烴母質、成熟度的各項參數均表明馬嶺油田南部原油來自延長組長7烴源巖。

5.2 成藏模式

馬嶺油田烴源主要來自三疊系延長組長 7淺湖?半深湖烴源巖系，該烴源巖生烴中心圍繞鄂爾多斯盆地中部慶陽、富縣、吳旗呈環帶狀展布，面積大，生油能力強，馬嶺油田臨近該生烴中心。以延安組為例，延安組發育的河流?三角洲砂體具有較好的儲集條件，尤其是延4+5及延9三角洲砂巖，粒度適中，以中?細粒為主，儲層非均質性減弱，孔滲性能良好，樣品滲透率可達850×10?3μm2，孔隙度可達23%，如此好的儲滲性能為油氣富集創造了有利的條件。延安組縱向上砂泥巖間相互疊置，橫向上互為消長、交接，特別是河間沼澤、平原湖沼相泥巖、炭質泥巖及煤層是延安組最好的蓋層，防止了下伏地層中的油氣逸散。鄂爾多斯盆地現今構造形態為西傾不到1°的單斜，馬嶺地區受抬升、風化、剝蝕作用及多期構造疊加改造作用，表現為軸向近東西向的短軸背斜，該背斜圈閉的形成早于或與油氣運移期同步，從而成為油氣的有利聚集場所。盆地周緣發育有北西、北東和近東西向3組裂縫，構成裂縫網絡輸導系統，為延長組油氣向上覆延安組儲層中運移提供了垂向通道；三疊系頂部不整合面侵蝕切割延長組烴源巖，它可以作為輸導層，接受延長組運移上來的大量油氣，然后順該輸導層的低力勢方向，向上或向兩側層間運移，配合以裂縫垂向運移通道、延安組河流?三角洲儲層側向運移通道，油氣在各種構造或巖性圈閉中聚集成藏(見圖4)，形成下生上儲型含油組合。而在延長組三角洲儲層中，則形成自生自儲型含油組合。

表4 馬嶺地區南部原油與烴源巖地化參數對比Table 4 Geochemical parameters correlation of source rocks and crude oil in southern Maling oilfield

圖4 馬嶺油田延安組成藏模式示意圖Fig. 4 Reservoir forming model of Yan’an formation in Maling oilfield

6 結論

1) 從馬嶺油田南部油井系統采樣，對生物標志化合物進行研究，發現馬嶺油田南部各區塊和各層位原油具有相似的地球化學特征，它們均來自同一油源。

2) 原油的甾烷以C29稍占優勢，含有較多的藿烷系列(五環三萜烷)、三環萜烷和少量的四環萜烷，這些說明原油的母質除了菌藻類外，陸源高等植物作出了重要貢獻。

3) 姥姣烷和植烷基本處于均勢，表明原油形成于弱還原的沉積環境；低豐度的伽瑪蠟烷和 Cn?藿烷(n＞30)表明淡水或微咸水的湖泊環境。

4) 原油中 C27?藿烷、C31?藿烷和 C29?甾烷的異構體參數接近或達到平衡值以及高含量的烷烴組分，均說明原油為成熟原油。

5) 油源對比研究表明：馬嶺油田原油不可能來自延安組烴源巖，而主要來自延長組長7烴源巖，形成下生上儲型或自生自儲型含油組合。

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