塔河油田原油地球化學(xué)特征及新發(fā)現(xiàn)

周 棟,姚建廷,周春宇,李露艷,劉海亮,劉 英

(1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院,四川成都 610059;2.洲際海峽科技有限公司,四川成都 610056;3.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦,重慶 402160)

塔里木盆地塔河油田位于庫(kù)車(chē)縣與輪臺(tái)縣境內(nèi),總面積約7 000 km2,自上世紀(jì)80年代勘探以來(lái),塔河油田不斷取得油氣突破,成為中國(guó)第一個(gè)億噸級(jí)海相大油田,展現(xiàn)了良好的勘探潛力[1-2]。截至目前,前人在對(duì)塔河油田的構(gòu)造、沉積、儲(chǔ)層、成藏機(jī)制、成藏要素等方面進(jìn)行了大量研究,并取得了豐碩的成果[3-7]。塔河油田成藏要素齊全,圈閉條件好、油源充足、油氣運(yùn)移通道有效、保存條件好[6-7]。文中對(duì)塔河油田原油的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)具有特殊指示意義的生物標(biāo)志化合物γ-羽扇烷,這對(duì)塔河油田油氣來(lái)源研究具有一定的意義。

1 地質(zhì)概況

塔河油田北以輪臺(tái)凸起為界,與庫(kù)車(chē)坳陷相接,南以順托果勒隆起及滿加爾凹陷為過(guò)渡,西鄰哈拉哈塘凹陷,東與草湖凹陷毗鄰[6-8]。塔河油田經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支-燕山期及喜馬拉雅期多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[1],構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響并控制油氣生成、運(yùn)移、聚集以至改造、破壞的歷史。塔河油田地層自下而上發(fā)育寒武-奧陶系、上泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)、三疊系、下侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、古近系、新近系、第四系,部分地區(qū)缺失上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、中上石炭統(tǒng)、二疊系、中上侏羅統(tǒng)、中上白堊統(tǒng)[1]。前人研究及勘探成果表明[8-13],塔河油田富油氣層位主要分布在奧陶系、石炭系、三疊系,古近系、白堊系等層位也具有良好的勘探前景。

2 原油物性及族組分

塔河油田石炭系原油密度差異比較大,為0.719 2～0.961 9 g/cm3,平均值為0.833 2 g/cm3;黏度分布范圍較廣,為0.69～3 082.94 mPa·s;含硫量0.01%～2.49%,含蠟量0.03%～24.69%。三疊系原油物性特征與石炭系相似,密度0.707 7～0.982 8 g/cm3,平均值為0.847 9 g/cm3;黏度0.60～5 383.27 mPa·s;含硫量0.01%～2.97%,含蠟量為0.03%～32.98%。奧陶系原油物性變化明顯,究其原因可能是不同地區(qū)成藏及保存條件不同所導(dǎo)致。整體上,塔河油田原油從東南的凝析油、輕質(zhì)油向西北的中質(zhì)油、重質(zhì)油逐漸過(guò)渡,縱向上從下至上原油逐漸變輕(表1),這可能是由于塔河油田原油存在多期次成藏、運(yùn)移效應(yīng)和生物降解的緣故[8-9]。

表1 塔河油田原油物理性質(zhì)和族組成

原油族組分分析資料表明,塔河油田三疊系、石炭系原油飽和烴含量較高,芳烴含量較低,非烴和瀝青質(zhì)含量較低(表1),奧陶系原油族組分與三疊系、石炭系原油總體上相似但又有一定的區(qū)別。

3 原油生物標(biāo)志化合物

3.1 飽和烴色譜

塔河油田三疊系、石炭系、奧陶系原油飽和烴分布具有相似的特征,主峰碳分布在C12～C17,主要集中于C14～C15,低碳數(shù)飽和烴占優(yōu)勢(shì),表明三個(gè)層位原油母質(zhì)來(lái)源一致且為菌藻類(lèi),有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為腐泥型[13]。塔河油田原油原油奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)(OEP)分布于0.90～1.09,差別不大,接近1,無(wú)明顯奇偶優(yōu)勢(shì),表現(xiàn)為成熟原油的特征。碳數(shù)分布范圍一般為C9～C32,且皆為相似的前單峰態(tài)型(圖1),說(shuō)明原油為同類(lèi)原油,生油母質(zhì)主要由低等水生生物構(gòu)成。飽和烴色譜基線有輕微的“凸起”,即所謂的“UCM”,為分子量大、無(wú)法分辨的復(fù)雜混合物,說(shuō)明原油早期受到生物降解;后期原油的注入使得飽和烴色譜呈現(xiàn)正常形態(tài),從而使原油表現(xiàn)為兩者的混合特征[14-17]。

圖1 塔河油田原油Pr/nC17與Ph/nC18值相關(guān)分析

原油姥植比(姥鮫烷/植烷)是反映源巖母質(zhì)類(lèi)型及沉積環(huán)境的良好參數(shù)之一[18-19]。沉積物在缺氧、高鹽條件下,C20異戊二烯骨架保存較好,有利于形成植烷(Ph);而在有氧環(huán)境姥鮫烷(Pr)豐度較高。塔河油田三疊系、石炭系、奧陶系原油Pr/Ph分布于0.70～1.11,平均0.91,大部分樣品Pr/Ph小于1,表現(xiàn)為植烷優(yōu)勢(shì),說(shuō)明母質(zhì)來(lái)源為還原環(huán)境。原油中Pr/nC17值為0.22～0.58,Ph/nC18值為0.28～0.66,分布范圍較窄。塔河油田三疊系原油與石炭系原油來(lái)源相似,形成于海相還原環(huán)境,母質(zhì)類(lèi)型為腐泥型(圖2)。相比較而言,奧陶系原油Pr/nC17、Ph/nC18分布范圍較廣,但總體而言還是分布在海相還原環(huán)境區(qū)域,說(shuō)明塔河油田原油來(lái)源相似。

圖2 塔河油田原油Pr/nC17與Ph/nC18值相關(guān)分析

3.2 萜烷

在生物標(biāo)志化合物中,萜烷是反映原油地化特征的優(yōu)質(zhì)有機(jī)化合物,熱穩(wěn)定性和抗生物降解能力強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于描述原油地化特征、反映原油類(lèi)型、對(duì)比油氣來(lái)源。三環(huán)萜烷和四環(huán)萜烷提供了許多關(guān)于生油母質(zhì)的信息,三環(huán)萜烷被認(rèn)為來(lái)源于微生物或藻類(lèi),在陸相有機(jī)質(zhì)中四環(huán)萜烷含量較高,也有學(xué)者認(rèn)為四環(huán)萜烷來(lái)自于碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖沉積環(huán)境[8-9]。

塔河油田原油具有相似萜烷分布特征(圖3),三環(huán)萜烷從低碳數(shù)到高碳數(shù)均有分布,且含量較高,C23三環(huán)萜烷為最高峰;藿烷系列皆以C30-藿烷為最高峰,說(shuō)明塔河油田原油來(lái)源相似。三環(huán)萜烷相關(guān)對(duì)比參數(shù)表明,塔河油田原油均為海相來(lái)源[8];C29/C30藿烷比值與C35/C34藿烷比值共同使用可確定原油的烴源巖沉積相特征[20],塔河油田原油C29藿烷/C30藿烷比值分布范圍0.48～1.19,多數(shù)在0.60以上;C35/C34藿烷比值也多數(shù)在0.80以上,說(shuō)明塔河油田原油為海相碳酸鹽巖烴源巖來(lái)源。Ts/(Ts+Tm)一般用于判斷原油成熟度,成熟度越高其值越大[8-9],研究區(qū)原油Ts/Tm值分布范圍0.34～3.13,平均值為0.83,反映成熟度不高,究其原因,塔河油田原油整體上處于海相沉積環(huán)境,較高的鹽度抑制了Tm向Ts的轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致Ts/Tm值較低,并且來(lái)自碳酸鹽巖烴源巖的原油與來(lái)自頁(yè)巖的原油相比,Ts/Tm值更低[21]。因此,該值在一定程度上說(shuō)明塔河油田原油為成熟原油。在生物標(biāo)志化合物中,隨著成熟度增加,C22R構(gòu)型會(huì)向C22S構(gòu)型轉(zhuǎn)化,從而導(dǎo)致C22S/(C22S+C22R)比值增大[20]。塔河油田三疊系、石炭系、奧陶系原油C31藿烷C22S/(C22S+C22R)在0.25～0.57之間,平均0.51,接近平衡值,反映塔河油田三疊系、石炭系、奧陶系原油熱演化程度較高。

圖3 塔河油田原油m/z=177質(zhì)量色譜

原油中伽馬蠟烷指數(shù)能較好地反映沉積環(huán)境古鹽度,其值越高,反映越強(qiáng)的還原環(huán)境[20-22]。塔河油田原油普遍檢測(cè)出一定量的伽馬蠟烷,伽馬蠟烷指數(shù)值分布范圍為0.06～0.16,明顯低于柴達(dá)木盆地西部原油,說(shuō)明該區(qū)原油可能形成于正常海洋環(huán)境[23]。

原油中藿烷化合物組成與分布特征對(duì)于油氣勘探有重大影響,一般而言,細(xì)菌或原核生物是藿烷類(lèi)主要沉積來(lái)源。升藿烷能顯示沉積水體環(huán)境,高碳數(shù)藿烷含量越高,沉積水體環(huán)境還原性越強(qiáng)[20,24]。原油m/z=177質(zhì)量色譜圖可見(jiàn),塔河油田原油存在兩種分布特征,一種C31+升藿烷系列峰值呈直線式遞減,說(shuō)明沉積環(huán)境還原性較弱;另一種C31+升藿烷系列峰值也逐漸降低,但其末端稍有上升(翹尾),說(shuō)明沉積環(huán)境還原性較強(qiáng)(圖3)。

四環(huán)萜烷是常用于反映原油或源巖來(lái)源的有機(jī)化合物,其來(lái)源或?yàn)殛懴嗄纲|(zhì),或由藿烷類(lèi)中五環(huán)三萜烷降解而成[8]。地化指標(biāo)分析表明,研究區(qū)原油主要來(lái)源于海相,因此四環(huán)萜烷含量的高低在一定程度上可以反映原油受降解的程度。C24四環(huán)/(C24四環(huán)+C26三環(huán))分布區(qū)間較窄,分布于0.32～0.45,說(shuō)明三疊系、石炭系原油受降解程度相似;另一方面,從研究區(qū)原油檢測(cè)到豐富的25-降藿烷也證實(shí)了存在生物降解(圖3)[25-26]。

3.3 甾烷

甾烷廣泛用于判斷源巖母質(zhì)類(lèi)型、識(shí)別沉積環(huán)境及劃分原油成熟度[25]。一般而言,C27來(lái)自于低等水生生物和藻類(lèi);C29甾烷可以來(lái)自藻類(lèi)(硅藻及褐藻),也可來(lái)自陸源高等植物[20]。塔河油田三疊系、石炭系、奧陶系原油規(guī)則甾烷C27含量18.36%～34.32%、C28含量16.15%～31.14%、C29含量 48.86%～56.67%,具有不對(duì)稱(chēng)的“V”字型分布特征,重排甾烷含量低,與碳酸鹽巖烴源巖分布特征一致[26]。由圖4可以看出,除了AT27X井奧陶系原油表現(xiàn)出不一樣的分布特征,其余原油甾烷含量均分布在一個(gè)狹小的區(qū)域,表明其來(lái)源相同。由原油m/z=217質(zhì)量色譜圖可以看出(圖5),塔河油田三疊系、石炭系、奧陶系原油甾烷分布特征一致,高含量的孕甾烷分布,較高含量的重排甾烷,以及分布相似的C27、C28、C29規(guī)則甾烷,說(shuō)明其來(lái)源相同。

圖4 塔河油田原油甾烷三角圖

在生物體中,C29甾烷以ααα-20R構(gòu)型的方式保存。在地質(zhì)作用下,ααα-20R構(gòu)型會(huì)向ααα-20S構(gòu)型轉(zhuǎn)變,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生等量的αββ-20R和αββ-20S構(gòu)型。因此,甾烷C2920S/20(R+S)比值和C29ββ/(αα+ββ)比值通常用于指示原油成熟度及運(yùn)移情況[20]。按前人研究標(biāo)準(zhǔn)[8-9],C2920S/20(R+S)比值小于0.25、C29ββ/(αα+ββ)比值小于0.27的原油為未熟油,C2920S/20(R+S)比值大于0.42、C29ββ/(αα+ββ)比值大于0.43的原油為成熟油。塔河油田三疊系、石炭系、奧陶系原油C2920S/20(R+S)和C29ββ/(αα+ββ)的分布范圍均為0.49～0.57,為成熟油;同時(shí)其數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在狹小范圍,重疊在一起,說(shuō)明了來(lái)源一致性(圖6)。此外,重排甾烷/規(guī)則甾烷也可以反映成熟度,盡管研究認(rèn)為來(lái)源于碳酸鹽巖的原油中不存在或存在低含量的重排甾烷[9]。塔河油田三疊系、石炭系原油重排甾烷/規(guī)則甾烷比值除了石炭系S1072井原油較高,其余分布在0.24～0.39,而奧陶系原油重排甾烷/規(guī)則甾烷比值分布0.32～0.58,表明奧陶系原油成熟度比三疊系、石炭系原油高。

圖6 塔河油田原油C2920S/(R+S)和C29ββ/(αα+ββ)相關(guān)分析

3.4 特殊生物標(biāo)志化合物

在油氣源對(duì)比研究中,一些具特殊結(jié)構(gòu)的生物標(biāo)志化合物有很強(qiáng)的烴源指示作用。如萜烷系列里的奧利烷、羽扇烷、桉葉油烷等代表陸相高等植物來(lái)源;孕甾烷、升孕甾烷等代表超鹽沉積環(huán)境;β-胡蘿卜烷代表干旱還原環(huán)境[20,25]。特殊結(jié)構(gòu)生物的標(biāo)志化合物的檢出很大程度上說(shuō)明了油氣的來(lái)源及沉積環(huán)境。

從塔河油田三疊系原油萜烷(m/z=191)的質(zhì)量色譜圖(圖7)中可以看出,AT1井、AT12井三疊系原油中檢測(cè)到了γ-羽扇烷,說(shuō)明塔河油田三疊系原油存在陸相烴源的貢獻(xiàn)。

圖7 塔河三疊系原油m/z=191質(zhì)量色譜

4 結(jié)論

1)塔河油田原油主要產(chǎn)自?shī)W陶系、石炭系和三疊系,從東南的凝析油、輕質(zhì)油向西北的中質(zhì)油、重質(zhì)油逐漸過(guò)渡,縱向上表現(xiàn)為從下至上原油逐漸變輕。

2)塔河油田原油以低碳數(shù)正構(gòu)烷烴為主、Pr/Ph小于1、Pr/nC17及Ph/nC18分布特征等表明原油母質(zhì)類(lèi)型為菌藻類(lèi),生油環(huán)境為海相還原環(huán)境;萜烷相關(guān)成熟度參數(shù)以及C2920S/20(R+S)和C29ββ/(αα+ββ)的分布特征等說(shuō)明塔河三疊系、石炭系、奧陶系原油皆為成熟原油。“UCM”及25-降藿烷等顯示原油存在生物降解,而飽和烴色譜圖中烷烴峰型完整,說(shuō)明原油可能存在多期充注。

3)飽和烴色譜、萜烷、甾烷綜合分析對(duì)比顯示,塔河油田原油來(lái)源一致,均來(lái)自海相烴源巖;特殊生物標(biāo)志化合物γ-羽扇烷顯示三疊系原油具有陸相烴源巖的貢獻(xiàn)。