柴達木盆地西部南區原油芳烴分子組成特征及意義

陽鵬

摘要：通過對柴達木盆地西部南區78個原油樣品進行GC-MC分析，對原油的芳烴分子組成特征，沉積環境、母質來源及熱演化程度進行了研究。研究表明，萘系列中的1，2，5-TMN、1，2，7-TMN、1，2，5，6-TeMN和菲系列中的惹烯以及甲基菲中的9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布模式指示該區原油生烴母質可能主要以低等水生生物為主并混有高等植物輸入；三芴系列的相對組成特征和DBT/P比值及三芳甾烷的C26三芳甾烷20S/C28三芳甾烷20S比值則指示原油形成于半成水、成水湖相沉積環境；萘系列成熟度參數和甲基菲指數不適合用來袁征該區原油熱演化程度，而烷基二苯并噻吩系列中的4-MDBT/1-MDBT和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT等參數更適合用來描述該區原油成熟度，利用4，6-DMDBT/1，4-DMDBT比值折算出原油RC值為0.56%～1.00%，平均值為0.66%，指示該區原油大多為低熟油。

關鍵字：柴達木盆地；原油；芳烴；分子組成特征

中圖分類號：TE122.1 文獻標識碼：A

柴達木盆地西南地區是柴達木盆地油氣最富集的地區，第三系咸水湖相烴源巖的廣泛分布為該區油氣資源奠定了基礎。咸水湖相烴源巖及其所形成烴類的地球化學特征，既不同于淡水湖相，又不同于海相烴源巖及原油的地球化學特征。發育有成水湖相沉積的含油氣盆地在我國為數不多，因而柴西地區的咸水湖相原油及其源巖的地球化學特征引起不少國內外學者研究興趣。但是大多以飽和烴為主要研究對象，而對芳烴系列化合物的研究相對薄弱。本文試圖通過對柴達木盆地西部南區原油芳烴分子組成進行剖析，并結合其他學者的相關研究成果，來介紹該區原油的生烴母質、沉積環境以及熱演化程度。

1地質背景

柴達木盆地自古遠古代結晶基底形成開始，經晚喜馬拉雅運動的推覆縮距才形成了現今的面貌。柴達木盆地西部以茫崖一英雄嶺凹陷軸部將其分成南區和北區，南區是指昆侖山以北至獅子溝一油砂山斷裂以南的地區，主要包括尕斯斷陷和昆北斷陷，發育有紅獅凹陷、扎哈泉凹陷和切克里克凹陷。柴達木盆地西部南區第三系生油層分布廣泛，自上而下發育獅子溝組（N³₂）、上油砂山組（N²₂）、下油砂山組（N^-1₂）、上干柴溝組（N₁）、下干柴溝組（E₃）和路樂河組（E₁₊₂）等6套地層。

2樣品與實驗

樣品取自于柴達木盆地西部南區，主要分布在尕斯庫勒、紅柳泉、花土溝、七個泉、獅子溝、烏南、油砂山、躍東和躍進Ⅱ號油田。樣品的分析工作在長江大學地球化學測試分析研究中心完成。主要方法是將原油經異辛烷沉淀瀝青質后直接進行GC-MS分析。GC-MS分析在HP689/5793MSD上完成；色譜柱為HP-5MS（30m×0.25mm×0.25μm），載氣為氦氣；升溫程序為40℃恒溫2min，然后以4℃/min的程序升溫至300℃，再恒溫15min。質譜采用多離子檢測模式，質譜電離方式EI，離子源電離能量70eV，質量掃描范圍50～550amu，掃描間隔2s。芳烴化合物定性主要是依據其質譜特征及色譜相對保留時間與公開發表文獻的對比，其定量均采用質荷比為分子離子的質量色譜圖峰面積。

3結果與討論

3.1萘系列化合物。柴達木盆地西部南區原油樣品中檢則到了豐富的萘系列化合物，主要包括萘（N）甲基萘（MN）二甲基萘（DMN）、三甲基萘（TNN）、四甲基萘（TeMN）和乙基萘。通過對萘系列的分布特征分析發現，樣品中萘系列主要分布特征為低碳數取代化合物豐度相對較高，而高碳數取代化合物萘則隨取代基的增加，相對豐度具有降低的趨勢。

熱演化是影響萘系列分布的重要因素。α-位取代萘異構體的空間阻礙作用強于β-位且熱穩定性比β-位差，隨熱演化程度的增加，β-位取代萘異構體的相對豐度升高，因此可以利用β-位取代萘異構體與α-位取代萘異構體的比值來衡量原油的熱演化程度。常用參數有MNR、DNR-1、TNR-1、TNR-2、TMNr、TeMNr。

本次研究選取了DNR-1、TNR-2、TMNr、TeMNr四個指標來研究原油成熟度。DNR-1值介于1.95-7.59、TNR-2值分布于0.28-1.06（表1），利用公式（R_ca=0.49+0.09*DNR、P_cb=0.4+0.6*TNR-2）換算的原油R_ca和R_cb曲值分別為0.67%-1.17%、0.57%-1.03%，指示該區原油處于成熟階段；而由TMNr和TeMNr的相關關系圖（圖1）也可以看出該區原油都處在成熟到高熟階段，顯然這都與利用飽和烴參數得到的結果相矛盾。因此，可以看出烷基萘系列成熟度參數對于成熟一高熟原油較為實用，而不適合于低成熟原油。

此外，有一部分烷基萘可以指示原油母質來源。卡達烯、12，5-TMN、12，5，6-TeMN可作為高等植物生源的標志物，12，7-TMN可能來源于被子植物組成香樹脂醇，12，6-TMN可能與微生物輸入先質有關，因此，它們組分的不同可能預示原油具有不同來源。原油樣品的1，2，5-TMN占TMN的4.82%-18.01%，平均值為8.22%，12，5，6-TeMN占TeMN的6.52%-16.51%，平均值為10.06%（表1）。根據王志勇等研究成果，可知該區屬于咸水湖相環境。

3.2菲系列化合物。原油樣品中檢測到豐富的菲系列化合物，主要包括菲（P）、甲基菲（MP）、二甲基菲（DMP）、三甲基菲（TMP）等，總體分布特征為DMP>MP>TMP>P。

MP是烷基菲系列中研究最深入的一類化合物，常見的4個異構體包括1-MP、9-MP、3-MP、2-MP，隨著熱演化程度的增加，9-MP和1-MP的相對豐度升高，3-MP、2-MP的相對豐度降低。MPI和MPR都是依據此原理得到成熟度參數。柴西南地區原油樣品MPI-1值介于0.37-0.93（表1），由此折算出的Rc為0.62%-0.96%，指示該區原油大多為成熟油，與實際情況不符，這可能與所研究的有機質性質或干酪根的類型有關。Alexander曾指出，應用MPI必須十分謹慎，它適用于研究煤巖或Ⅲ、Ⅳ型干酪根的樣品，不適用于富氫有機質的研究。而柴達木盆地西部南區原油的生油母質類型一般為Ⅱ型干酪根，所以該參數可能不適合用來研究研究區原油的熱演化程度。此外，MP分布特征亦受生源的影響。一般認為2-MP和3-MP熱穩定性較高，是Ⅰ型和Ⅱ型干酪根高成熟度階段的產物，1-MP在源于Ⅲ型有機質和煤的陸相油中較豐富，而9-MP主要和海棺有機質有關，但也有研究認為在半咸水一成水還原環境的富含菌類和藻類等低等生物的煤中，易生成9-甲基菲。該區原油甲基菲具有9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布特征（圖2），與渤海灣盆地渤南洼陷以低等水生生物為主要生源的甲基菲分布模式一致，并且樣品中檢測到較低含量的惹烯，反映了該區原油生烴母質可能主要以低等水生生物為主并混有少量的高等植物輸入。

3.3三芴系列。三芴系列是指F、SF和OF，常用于指示沉積環境。OF含量在弱還原和弱氧化環境中較高；在還原環境中，F含量較豐富；在強還原環境中，SF占優勢。樣品中這一特征并不明顯，總體表現為SF和OF含量相當且都低于F（圖3）。這可能是由于不同實驗分析方法造成的。本次使用的是全油GC-MS分析技術，以往使用的是芳烴族組分GC-MS分析技術。族組分的分離過程可能會導致OF和F的流失以及SF的相對富集。但如果采用相同實驗分析技術，三芴系列的相對組成仍然可以有效地判斷沉積環境。如吐哈盆地煤成油的SF在三芴系列中含量僅為3%-8%，OF含量高達60%以上；冀中坳陷淡水湖相原油的SF含量為21%，OF的含量為36%。研究區原油樣品中SF含量在18.82%-56.35%，平均值為30.61%，明顯高于煤成油和淡水湖相原油，指示該區為強還原環境。

另外，結合DBrI伊和Pr/Ph的變化也可用來判識沉積環境。原油樣品中DBrI伊的范圍較小，比值均小于1.0。我們引用Hughes等的圖版，從圖4可以看出，該區樣品都落在湖相超鹽度區，指示該區屬于咸水湖相強還原環境。

二苯并噻吩系列化合物分布特征除與沉積環境有關外，還受熱演化程度的影響。常見的參數有MDR和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT。從圖5可以看出，MDR、4，6-DMDBT/1，4-DMDBT與0L 0L ctC29甾烷20S/（20S+20R）之間具有良好的正相關性，表明這兩個參數適用于該區原油。根據公式（RC=0.11*（4，6-DMDBT/1，4-DMDBT）+0.49）換算的原油RC值為0.56%-1.00%（表1），平均值為0.66%，指示該區原油大多為低熟油，這與根據飽和烴參數所計算的原油成熟度是一致的。

3.4三芳甾烷系列。三芳甾烷系列的分布特征與沉積環境及母質來源等因素均有關系。淡水環境形成的有機質中C₂₈三芳甾烷占有一定的優勢，而在咸水、半咸水環境中形成的有機質中C₂₆三芳甾烷的豐度較高，所以C₂₆三芳甾烷20S/C₂₈三芳甾烷20S比值是生源輸入或沉積環境的有效標志，例如濟陽坳陷半成水、咸水湖相烴源巖該比值為0.57-0.94，在淡水、微咸水中為0.2-0.45。柴西南地區原油樣品中該比值介于0.37-0.93（表1），指示該區原油形成于半或水、咸水沉積環境。

4結論

（1）原油樣品中的12，5-TMN、12，5，6-TeMN在TMN和TeMN的定量分析特征、三芴系列的相對分布特征、DBT/P以及C₂₆三芳甾烷20S/C28三芳甾烷20S等參數均指示該區原油形成于半咸水、咸水湖相還原環境。

（2）原油樣品中檢測到的12，5-TMN、12，7-TMN、12，5，6-TeMN以及微量的惹烯指示原油母質來源有高等植物的輸入，而甲基菲中的9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布模式則指示其生源可能主要以低等水生生物為主。

（3）原油樣品中的萘系列成熟度參數以及甲基菲指數均表明這些芳烴參數不適合低熟原油，而烷基二苯并噻吩系列中的4-MDBT/1-MDBT和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT則更適合柴達木盆地西部南區原油，利用4，6-DMDBT/1，4-DMDBT比值得到原油的RC值平均在0.66%，指示該區原油多為低熟油。