海安凹陷曲塘次凹阜寧組頁巖油油源分析

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(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

油頁巖是一種高灰分的固體可燃有機礦產，其中的液態烴類未進行運移，低溫干餾可獲得類似天然石油的頁巖油，屬于非常規油氣資源。它以資源豐富和開發利用的可行性而被列為21世紀非常重要的接替能源。它與石油、天然氣、煤一樣都是不可再生的化石能源，在近200年的開發利用中，其資源狀況、主要性質、開采技術以及應用研究方面都積累了不少經驗。隨著技術進步和環保意識的增強，油頁巖資源從單純的能源利用發展到綜合利用，極大地提高了資源利用率，降低了成本，減少了環境污染，為資源的可持續利用提供了保障。

油頁巖資源在世界許多地區都有分布，但并不均勻，主要分布于美國、俄羅斯、加拿大、中國、扎伊爾、巴西、愛沙尼亞、澳大利亞等國家。在美國，大約75%的油頁巖集中在科羅拉多州、猶他州和懷俄明州。中國油頁巖資源豐富，地質年代主要集中在中生界、新生界，含油率中等偏好，主要分布在東部、中部的平原和黃土地區。目前，世界大部分油頁巖分布區地質勘探程度低，很難對全球的油頁巖資源量進行正確預測，只有部分國家對油頁巖進行了初步的勘探和評價工作，有待于進一步勘探開發。中國東部的蘇北盆地曲塘次凹古近系阜二段見到大量的油氣顯示，發現有頁巖油，并已有部分探井獲得了工業油流，表明其具有良好的油氣勘探開發前景。筆者在觀察巖心的基礎上，利用大量的地球化學測試資料，對曲塘次凹阜二段油頁巖油源進行綜合評價，對今后曲塘次凹的油氣勘探具有重大的意義。

1 地質背景

近年來，頁巖油日益引發國內外石油行業的關注。國內專家和學者結合中國實際地質情況進行了大量的理論研究和前沿探索工作[1-2]，指出中國頁巖油資源潛力巨大。第三次全國油氣資源評價結果顯示，中國油頁巖資源豐富，品質中等偏好，僅次于美國，居世界第二位[3-4]，開發潛力巨大。

曲塘次凹位于海安縣-姜堰區境內，是蘇北盆地海安凹陷晚白堊世以來形成的箕狀斷陷，北接泰州低凸起，東鄰海北次凹，南鄰通揚隆起(圖1)。自北向南發育北部斷階帶、中部深凹帶、東部斜坡帶和南部斜坡帶，具有“北斷南超、北陡南緩、北深南淺”等特征[5-7]。阜寧組發育于盆地坳陷階段，自上而下依次可以分為阜寧組一段、阜寧組二段、阜寧組三段、阜寧組四段 4 個層段，是海侵時沉積的一套半深湖-深湖相暗色油頁巖，也是海安凹陷曲塘次凹內最重要的生油巖[8-9]。目前已在海安凹陷曲塘次凹阜寧組地層中獲得油流，預示著盆地內存在巨大的油氣勘探潛力。

圖1 研究區位置示意Fig.1 Geographic location in the study area①-海北斷層；②-曲北斷層；③-北陵斷層帶；④-新街斷層；⑤-富安斷層帶；⑥-安東斷層帶；⑦-安豐斷層帶；⑧-曹灶斷層帶；⑨-梁南斷層。

2 油源對比

2.1 族組分

生油巖中原始母質的性質和生化組成在很大程度上決定了相應石油的族組成特征[10-12]。曲塘凹陷中的源巖和原油族組分數據見表1，其中飽和烴含量>非烴含量>芳烴含量>瀝青質含量，源巖與原油均存在這一規律，并且源巖與原油各組分含量較為接近，表明它們具有同源性，即阜三段的原油來自阜二段烴源巖。

表1 源巖與原油族組分數據Table 1 Components data of source rocks and crude oils

2.2 碳同位素

有機質的同位素組成，首先與環境的同位素組成及生化過程所導致的同位素分餾效應有關，也與演化過程中的同位素分餾效應有關[13-15]。當母源、環境條件和演化程度相同時，則油—油、油—巖之間的穩定碳同位素將產生可比性。根據曲塘凹陷源巖干酪根與原油碳同位素分析數據(表2)發現，碳同位素分布規律：非烴>干酪根>瀝青質>芳烴>原油>烷烴，說明隨著餾分的極性增加，碳同位素值也增加，油—巖可能具有親緣關系。圖2中，生油巖干酪根的δ13C值比從相關的原油同位素類型曲線估計出的δ13C值相差0.5‰左右，并且干酪根的δ13C值落在原油組分的δ13C構成的趨勢線上或附近，表明油—巖可能具有親緣性，阜三段的原油來自阜二段的烴源巖。

表2 源巖干酪根與原油碳同位素δ13C數據Table 2 Data of source rock kerogen and crude oil carbon isotope δ13C

圖2 干酪根與原油碳同位素類型曲線Fig.2 The curves of carbon isotopes of kerogen and crude oil

2.3 生物標志化合物

生物標志化合物來自生物，在成油過程中又保持著穩定的碳骨架和基本的結構特征，保留著原始有機質的信息，成為理想的油源對比指標，均具有“指紋”意義[16-20]。據源巖與原油飽和烴的m/z217和m/z191質量色譜圖(圖3)顯示，曲塘凹陷的源巖與原油的C27-C28-C29甾烷的“指紋”特征比較相似，均呈現出“V”字形，并且Tm/Ts比值相差較小，表明兩者具有親緣關系。

曲塘凹陷中的源巖和原油中ααα-20R-C27～C29甾烷相對含量分布見表3，其中ααα-20R-C29達到50%左右，具有相對優勢。并且源巖與原油ααα-20R-C27～C29甾烷分布相似，表明它們具有同源性，即阜三段的原油來自阜二段烴源巖。

3 結論

(1)曲塘凹陷中的烴源巖和原油族組分分析顯示，飽和烴含量>非烴含量>芳烴含量>瀝青質含量，并且源巖與原油各組分含量較為接近，表明它們具有同源性。

(2)曲塘凹陷源巖干酪根與原油碳同位素分析發現，碳同位素分布規律：非烴>干酪根>瀝青質>芳烴>原油>烷烴，并且干酪根δ13C值落在原油組分δ13C構成的趨勢線上或附近，阜三段的原油與阜二段的烴源巖具有親緣關系。

(3)曲塘凹陷的源巖與原油的C27-C28-C29甾烷的“指紋”特征比較相似，均呈現出“V”字形，并且Tm/Ts比值相差較小，表明源巖與原油具有同源性，即阜三段的原油來自阜二段烴源巖。

圖3 源巖與原油飽和烴的m/z 217和m/z 191質量色譜圖Fig.3 Mass chromatograms (m/z 217) and (m/z 191) of source rocks and crude oils

井號層位樣品類型ααα-20R-C27/%ααα-20R-C28/%ααα-20R-C29/%J-20阜二段巖心38.8911.6349.48J-20阜二段巖心39.069.7651.18J1601H1阜三段原油32.7113.4453.85J16H2阜三段原油31.8813.3054.81