塔里木盆地順北油氣田不同層系原油地球化學特征對比及成因分析

羅明霞，夏永濤，邵小明，吳 鮮

(中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

順北油氣田位于塔里木盆地順托果勒低隆起，油氣成藏條件優(yōu)越。近幾年，在北東、北西向走滑斷裂上部署的鉆井在奧陶系測試多獲得了高產工業(yè)油氣流；同時，在上部碎屑巖層系也見到了良好的油氣顯示。如順北5-6井在志留系柯坪塔格組見油斑顯示，槽面針孔狀氣泡約占30%，油花占10%，見微量原油返出；順北評2H井、順北5-1X井在白堊系見到弱含氣顯示，對比系數達到137～313，槽面出現針尖狀氣泡。深入開展縱向上這3個層系原油(油砂)的地球化學特征對比、劃分其成因類型，對于該區(qū)的油氣成藏研究具有重要意義。

1 區(qū)域地質概況

順北油氣田主體位于順托果勒低隆起，東南部延伸至古城墟隆起的順南地區(qū)，東西兩側緊鄰滿加爾坳陷及阿瓦提坳陷，南北方向上與沙雅隆起和卡塔克隆起相接(圖1)。受控于塔里木盆地，尤其是沙雅隆起及卡塔克隆起2個構造單元的區(qū)域構造—沉積演化背景，順托果勒低隆起經歷了多期復雜的沉積構造運動，為烴源巖、儲層、斷裂發(fā)育及油氣充注富集提供了有利的地質條件[1]。

圖1 塔里木盆地順北油氣田構造位置

在加里東早—中期的構造擠壓背景下，順托果勒低隆起形成了多組北東和北西向的走滑斷裂帶，在后期的構造運動中繼承性活動、疊加改造，最終形成了一系列通源的走滑斷裂體系，對縱向上不同層系，特別是奧陶系碳酸鹽巖縫洞型儲集體的發(fā)育以及油氣富集起著控制作用。目前，順北油氣田的勘探成果表明，在主干斷裂帶上，奧陶系儲集體發(fā)育規(guī)模大，油氣產能高，亦證實了走滑斷裂體系在研究區(qū)具有控儲、控藏、控富作用。

2 原油地球化學特征對比

2.1 飽和烴色譜特征

順北油氣田不同層系原油(油砂)的正構烷烴系列分布特征整體相似，碳數分布在nC9-nC38，均呈單峰前峰型分布，色譜基線較平直，原油保存條件良好，OEP值在1.0左右，均為成熟原油；但主峰碳位置、輕重比(∑nC21-/∑nC22+)及姥植比(Pr/Ph)差異較大(表1)，反映了其母源類型、沉積環(huán)境及成熟度的差異[2-4]。其中，奧陶系原油主峰碳靠前，集中在nC11-nC15，∑nC21-/∑nC22+分布在2.94～6.96，平均值4.73，Pr/Ph多小于1，植烷優(yōu)勢明顯；志留系原油主峰碳在nC18，∑nC21-/∑nC22+為1.43，和奧陶系原油相比，其成熟度略低，Pr/Ph同樣表現為植烷優(yōu)勢；白堊系原油主峰碳在nC17和nC19，∑nC21-/∑nC22+為1.81～1.85，介于奧陶系和志留系原油之間。類異戊二烯烴中姥鮫烷優(yōu)勢明顯，Pr/Ph達到1.65～1.71，明顯不同于下伏層段中的原油，反映其油氣母源具有差異。

同時，利用原油類異戊二烯烴的Pr/Ph與D值(Ph/nC18-Pr/nC17)，可以很好地判別原油的沉積環(huán)境[5-6]。從圖2可以看出，奧陶系及志留系原油的Pr/Ph小于1.3，數據點集群性好，表明為同一來源的原油，屬于海相原油；而白堊系原油則落入陸相油區(qū)域。

表1 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油飽和烴色譜參數

圖2 塔里木盆地順北油氣田不同層系

2.2 生物標志化合物

2.2.1 萜烷類特征

萜烷類化合物的分布與有機質生源、沉積環(huán)境等密切相關[7]。前期的研究表明：塔北地區(qū)海相烴源巖和原油中C23三環(huán)萜烷占優(yōu)勢，含量高于C21三環(huán)萜烷，C21TT/C23TT小于1.0；而陸相烴源巖和原油中三環(huán)萜烷化合物含量低，以C21三環(huán)萜烷為主峰，C21TT/C23TT大于1.0[8-10]。同時，C24四環(huán)萜烷一般在陸相烴源巖或原油中豐度較高，也是陸相生源的一個重要指示化合物[11-12]。因此，可以用三環(huán)萜烷C21TT/C23TT比值與C24四環(huán)萜烷/(C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷)比值，來有效地區(qū)分海、陸相原油。

從不同層系的萜烷類質量色譜圖(圖3)可以看出，奧陶系和志留系原油的分布特征相似，總體表現為三環(huán)萜烷和藿烷系列豐富，三環(huán)萜烷以C23為主峰，C21TT/C23TT值小于1.0，C24四環(huán)萜烷/(C24四環(huán)萜烷+C26三環(huán)萜烷)比值，即C24TeT/(C24TeT+C26TT)較低，分布在0.17～0.41，表明原油主要來自海相腐泥型母質。但是兩者的Ts/(Ts+Tm)，即C27三降新藿烷/(C27三降新藿烷+C27三降藿烷)比值差異較大，奧陶系該值分布在0.49～0.78，平均0.61，志留系為0.38，反映了其成熟度的差異。白堊系油砂的萜烷化合物分布和奧陶系、志留系原油差別明顯，其三環(huán)萜烷豐度明顯偏低，C21三環(huán)萜烷占優(yōu)勢，C21TT/C23TT值大于1.0；C24TeT/(C24TeT+C26TT)高，為0.62～0.63；C30重排藿烷(C30DiaH)相對豐度高。研究表明，在氧化至亞氧化沉積環(huán)境和酸性介質及黏土礦物催化作用下，細菌藿類先質易于發(fā)生重排，形成重排藿烷[13-14]。因此，綜合判斷，順北油氣田白堊系為陸相原油(圖4)，與類異戊二烯烴判識的原油成因相同。

2.2.2 三芴系列分布

原油芳烴化合物中的芴(F)、硫芴(二苯并噻吩，SF)和氧芴(二苯并呋喃，OF)三芴系列的相對組成具有沉積環(huán)境指示意義[15-16]。通常陸相淡水烴源巖和原油中芴含量高，沼澤相煤和煤成油中氧芴含量高，鹽湖相、海相強還原環(huán)境烴源巖及原油中硫芴含量高。順北奧陶系及志留系原油三芴組成相似(圖5)，均表現為硫芴含量高(>60%)，氧芴含量極低(<2%)，顯示原油母質主要是處于高鹽度或強還原環(huán)境，與海相強還原環(huán)境烴源巖有關。而白堊系油砂中硫芴含量降低，氧芴及芴含量增加，可能來自偏氧化環(huán)境下的陸相淡水烴源巖。

圖3 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油(油砂)萜烷類化合物分布

圖5 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油三芴組成

2.3 碳同位素組成特征

原油的碳同位素組成主要繼承其母源有機質的組成。順北地區(qū)奧陶系及志留系原油全油碳同位素值分布于-31.4‰～-32.5‰，平均為-31.99‰，表現為海相原油特征(圖6)。白堊系油砂的碳同位素相對較重，介于-29.9‰～-31.1‰，與哈拉哈塘—英買力地區(qū)源自三疊系烴源巖的白堊系油砂碳同位素值相近[17]。

單體烴類碳同位素能從分子級別反映單個化合物的來源，較全油和族組分同位素有更明顯的優(yōu)越性。前人對原油飽和烴單體烴類碳同位素有了廣泛的研究，普遍認為不同成因類型原油的正構烷烴單體烴碳同位素值主要取決于母源的沉積環(huán)境與相關的生源輸入[18-19]。順北地區(qū)奧陶系和志留系原油的飽和烴單體烴碳同位素分布基本一致，曲線平穩(wěn)，碳同位素值較輕，均小于-33.0‰，反映兩者具有相同的母源。白堊系原油的單體碳同位素則明顯偏重，曲線呈鋸齒—下斜型分布(圖7)，表明其母源和下伏地層的原油母源明顯不同。

圖6 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油(油砂)及族組分碳同位素分布

圖7 塔里木盆地順北油氣田不同層系原油飽和烴單體正構烷烴碳同位素分布

3 成因分析

實鉆井及野外露頭資料分析表明，塔里木盆地寒武系玉爾吐斯組烴源巖的Pr/Ph多小于1，三環(huán)萜烷和藿烷系列豐富，C21TT/C23TT值小于1.0，且具有較低的C24四環(huán)萜烷(圖8)，干酪根碳同位素較輕，在-32‰～-35‰左右。順北油氣田奧陶系和志留系原油與玉爾吐斯組烴源巖地化特征相似，因此認為其來自寒武系玉爾吐斯組烴源巖[1]。

前期研究證實，北部庫車坳陷的陸相原油可以長距離運移至哈拉哈塘熱瓦普地區(qū)的白堊系，因此其南部的順北油氣田亦有陸相油的可能性。庫車坳陷三疊系湖相泥巖的生標特征表現為：Pr/Ph高，在1.5～3.56，三環(huán)萜烷豐度低，以C21三環(huán)萜烷為主峰，C24四環(huán)萜烷相對含量高[17，20]，與順北油氣田白堊系油砂特征一致，分析認為順北地區(qū)的白堊系原油來自北部三疊系烴源巖。

綜上所述，順北油氣田奧陶系與志留系為同源不同期的海相油藏，志留系原油成熟度相對較低；而白堊系為陸相原油，這與區(qū)域上的構造背景、烴源巖、斷裂演化等密切相關。加里東晚期—海西早期，烴源巖進入生排烴期，大量的原油充注成藏。在活動強烈、向上延伸至志留系的斷裂帶上，油氣整體充注，在奧陶系和志留系均有成藏；在海西早期構造抬升剝蝕時被破壞、逸散，形成目前順北地區(qū)奧陶系及志留系普遍分布的瀝青；晚海西期，烴源巖持續(xù)生排烴，斷裂繼承性活動，溝通了底部油源，油氣向上運移，在奧陶系、志留系形成輕質油藏(圖9)。喜馬拉雅期，烴源巖處于生凝析油氣階段[1]，但斷裂在本期整體活動較弱，同時，上覆上奧陶統(tǒng)區(qū)域性泥巖蓋層厚度大，頂部封蓋性良好，油氣難以突破上覆厚層的泥巖進入志留系，主要沿斷裂在下部奧陶系聚集成藏，造成奧陶系現今的原油成熟度相對志留系要高；燕山—喜馬拉雅期，塔北地區(qū)發(fā)生區(qū)域性的構造反轉，白堊系整體表現為北低南高的單斜構造格局，為庫車坳陷陸相油氣自北向南運移提供了有利基礎(圖9)。前期在哈拉哈塘及英買力南部白堊系已發(fā)現了大量來自北部庫車坳陷三疊系湖相烴源巖的油氣[17]，證實北部陸相油氣可以通過斷裂、不整合面及砂體等進行長距離的側向運移至順北油氣田。

圖8 塔里木盆地寒武系玉爾吐斯組烴源巖萜烷類化合物分布

圖9 塔里木盆地順北油氣田油氣運移成藏模式

4 結論

(1)順北油氣田奧陶系和志留系原油的地球化學特征相似，屬來自寒武系玉爾吐斯組烴源巖的海相油，但成熟度存在差異，奧陶系為高成熟油，志留系為成熟油。結合區(qū)域地質背景分析，兩者為同源但不同成藏期的油藏。

(2)順北油氣田白堊系的原油特征和奧陶系、志留系原油差別明顯，為陸相原油，具有較重的碳同位素值，可能為北部庫車坳陷三疊系烴源巖生成的湖相油。