岩性油气藏  2017, Vol. 29 Issue (2): 107-116       PDF    
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鄂尔多斯盆地旬邑探区延长组烃源岩及原油地球化学特征
唐建云1,2, 王志维3, 也尔哈那提·黑扎提1,2, 朱剑兵4, 陈玉宝5     
1. 克拉玛依职业技术学院 石油工程系, 新疆 克拉玛依 834000;
2. 中国石油大学 (北京) 克拉玛依校区, 新疆 克拉玛依 834000;
3. 中国石油新疆油田分公司 勘探开发研究院, 新疆 克拉玛依 834000;
4. 中国石油胜利油田分公司 物探研究院, 山东 东营 257002;
5. 陕西延长油田股份有限公司, 陕西 延安 716005
摘要: 为了明确鄂尔多斯盆地旬邑探区三叠系不同层位烃源岩的生烃潜力及延长组油藏油-源等地质问题,针对旬邑探区三叠系延长组是否存在有效烃源岩及石油来源的争议,应用有机岩石学和地球化学对探区内的烃源岩及原油样品进行了分析。结果表明,探区延长组长7烃源岩干酪根类型主要为Ⅰ型和Ⅱ型,其次为Ⅲ型,有机质成熟度中等,为好烃源岩。通过油-油及油-源样品对比分析,认为长6原油、长8原油与长7烃源岩具有相似的沉积环境与成熟度,均为成熟油,其沉积环境为淡水、弱氧化还原环境;生油母质类型具有以藻类生源为主的混合型特征。旬邑探区长7烃源岩对长6和长8油藏的形成具有一定的贡献。
关键词: 烃源岩      油-源对比      延长组      旬邑探区      鄂尔多斯盆地     
Source rocks and geochemical characteristics of crude oil of the Yanchang Formation in Xunyi exploration area, Ordos Basin
TANG Jianyun1,2, WANG Zhiwei3, YE'ERHANATI Heizhati1,2, ZHU Jianbing4, CHEN Yubao5     
1. Department of Petroleum Engineering, Karamay Vocational and Technical College, Karamay 834000, Xinjiang, China;
2. China University of Petroleum (Beijing) at Karamay, Karamay 834000, Xinjiang, China;
3. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay 834000, Xinjiang, China;
4. Geophysical Research Institute, Shengli Oilfield Company, Sinopec, Dongying 257002, Shandong, China;
5. Yanchang Petroleum Co., Ltd., Yan'an 716005, Shaanxi, China
Abstract: There is controversy about effective source rocks of Triassic Yanchang Formation and oil source of Triassic Yanchang reservoir in Xunyi area, Ordos Basin. To clarify the problem, organic petrology and geochemical analysis were used to analyze the samples of source rocks and oil-gas samples. The results show that the type of kerogen of Chang 7 source rock is mainly type Ⅰand Ⅱ, followed by type Ⅲ, the maturity of organic matter is medium, so it is good source rock. Based on the characteristics of light hydrocarbon, carbon isotope, saturated hydrocarbon gas chromatography and the characteristics of biomarker, it is considered that the oil of Chang 6 and Chang 8 have the similar sedimentary environment and maturity with Chang 7 source rock, they all are mid-mature oil, with fresh water and weak redox environment, and the parent material is with hybrid source based on algae. The Chang 7 source rock has certain contribution for the formation of Chang 6 and Chang 8 reservoirs in Xunyi exploration area.
Key words: hydrocarbon source rock      oil source correlation      Yanchang Formation      Xunyi exploration area      Ordos Basin     
0 引言

鄂尔多斯盆地地跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区,面积约25万km2,素有“聚宝盆”之称,尤其是三叠系延长组长6和长8油气资源量十分巨大[1-3]。该盆地内部构造相对简单,地层平缓,倾角不足1°。延长组时期盆地沉积了一套灰绿色、灰色中厚层粉细砂岩、粉砂岩和深灰色、灰黑色泥岩地层,厚度为1 000~1 500 m。其中,下部以河流相中、粗砂岩沉积为主,中部以湖泊相—三角洲相砂泥互层沉积为主,上部以河流相砂泥岩沉积为主,岩性呈明显的韵律性变化,并具有多旋回性。根据沉积序列,鄂尔多斯盆地上三叠统延长组可划分为5个岩性段 (T3 y1—T3 y5),同时,根据油层纵向分布规律自上而下又可划分为10个油层组 (长1—长10)。晚三叠世 (T3) 盆地内沉积了一套巨厚的湖相暗色泥页岩,该套泥页岩不仅分布范围较广、厚度较大,而且也是盆地内主要的烃源岩系之一。

旬邑探区具有较大的勘探潜力,现已成为鄂尔多斯盆地油气勘探的“热点”与“重点”区域之一,但令人困扰的是,在探区内相继发现的油气藏不仅含油层数量不同,而且即使同一勘探区的同一层位含油气规模也不同。就此问题,国内许多学者开展了旬邑探区三叠系延长组烃源岩及石油来源的研究工作,试图解开这个决定了中生界油气藏数量和规模的关键问题。部分学者[4-6]认为:鄂尔多斯盆地中生界油藏的原油来自于延长组长7湖相暗色泥岩,并且该湖相暗色泥岩在全盆地分布范围较广,因此可以说延长组长7烃源岩决定了中生界油气藏的数量和规模,并且在鄂尔多斯盆地掀起了关于“中生界各油层组的原油是否属同源”的讨论[4-6],然而,这些学者[4-6]的研究工作都是围绕资料相对丰富的盆地腹部展开的,而位于盆地南缘旬邑探区是否发育有效烃源岩?其层位分布如何?目前发现的延长组石油是否来自于本区烃源岩?这些地质问题并没有定论。为此,本次研究对探区内延长组 (长6—长8) 原油及烃源岩进行系统采样,并利用有机岩石学和地球化学等方法开展烃源岩评价和油-源对比工作,旨在明确三叠系不同层位烃源岩的生烃潜力及延长组油藏油源等地质问题,以期为探区下一步石油勘探和优选有利区块提供地质依据。

1 地质背景

旬邑探区地处陕西省咸阳市北部,面积约为7 300 km2,探区西部普遍缺失长4+5以上地层,东部地区地层发育相对齐全。在大地构造上位于伊陕斜坡与渭北隆起的连接部位 (图 1),具有“南高北低、东高西低”的构造格局。由于该区构造运动相对强烈,裂缝较为发育,延长组各油层组构造具有继承性。延长组沉积时期,探区位于宜君三角洲前缘亚相,主要发育西、南两大物源的水下分流河道砂体,探区东部以三角洲前缘沉积体系为主,发育水下分流河道及水下分流间湾等沉积微相。岩石类型以长石细砂岩或粉砂岩为主,物性差 (K<5 mD,φ<10%),为典型的低孔— (超) 低渗储层[3]

下载eps/tif图 图 1 旬邑探区地理位置 Fig. 1 The location of Xunyi exploration area
2 烃源岩特征 2.1 有机质丰度

目前,常用总有机碳含量 (TOC)、氯仿沥青“A”和总烃 (HC),以及岩石热解生烃潜量 (S1 + S2) 等指标来衡量有机质的丰度[7-8]。本次研究对区内长7油层组4口探井的烃源岩样品进行了分析测试 (表 1),并依据石油天然气行业标准[9],参照黄第藩等[10]提出的干酪根类型及其分类参数的有效性、局限性和相关性,认为达到好烃源岩标准的样品占总样品数的50%以上,少量为差—中等烃源岩。因此,综合分析认为,长7油层组烃源岩为好烃源岩。

下载CSV 表 1 旬邑探区长7烃源岩有机质丰度 Table 1 The abundance of organic matter of Chang 7 source rock in Xunyi exploration area
2.2 有机质类型

划分有机质类型的指标较多,常用的有元素组成、热解氢指数、氯仿沥青“A”以及饱/芳比 (饱和烃/芳香烃) 等指标[7-8]。从分析数据来看 (表 2),鄂尔多斯盆地旬邑探区干酪根H/C原子比大于1.0,氢指数 (HI) 大于150 mg/g,氯仿沥青“A”的质量分数小于-28‰的样品占80%,有机质以Ⅰ型、Ⅱ型为主。另外,从样品中检测出的族组分数据来看,大多数样品的饱/芳比为0.90~1.71,这表明探区有机质具有腐殖-腐泥混合类型的特征。此外,干酪根显微组分中腐泥组分质量分数为13%~58%,平均为31%;壳质组分质量分数为40% ~81%,平均为59%;镜质组分含量低,质量分数为1%~29%,平均为8.5%;惰质组分含量较低,质量分数普遍小于7%。其中,有6个样品未检测到惰质组分,经计算得到有机质类型指数为12~77,平均为53,总体显示有机质类型以Ⅱ型为主 (表 3)。从干酪根H/C原子比与O/C原子比相关图 (图 2) 及D-Tmax关系图 (图 3) 来看,有机质类型数据点主要分布在Ⅰ型—Ⅱ型内,少数机质类型数据点分布在Ⅲ型附近。因此,旬邑探区延长组长7烃源岩干酪根类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主,其次为Ⅲ型。

下载eps/tif图 图 2 有机质类型 (H/ C与O/ C) Fig. 2 The organic matter type by H/C-O/C
下载eps/tif图 图 3 有机质类型 (降解率DTmax) Fig. 3 The organic matter type by D-Tmax
下载CSV 表 2 旬邑探区长7泥岩有机质类型 Table 2 The organic matter types of Chang 7 mudstone in Xunyi exploration area
下载CSV 表 3 旬邑探区长7烃源岩显微组统计 Table 3 The microscopic component of Chang 7 source rock in Xunyi exploration area
2.3 有机质成熟度

本次研究采用热解 (Tmax) 和镜质体反射率等有机质热演化程度指标进行评价。结果显示,旬邑探区延长组长7油层组烃源岩的热解数据多集中在441~446 ℃,显示为成熟生油阶段。结合本次测试的有机质类型评价结果,认为探区样品Ro为0.7%~ 1.0%(表 4),但是长7油层组烃源岩中有10个样品的镜质体反射率数据为0.46%~0.61%,平均值为0.55%,成熟度指标略偏低。

下载CSV 表 4 旬邑探区长7烃源岩热成熟度指标 Table 4 Thermal maturity indicators of Chang 7 source rock in Xunyi exploration area
3 油-源对比 3.1 原油轻烃对比

通常,油层在埋藏过程中所经受的最高温度往往会在原油的轻烃组分特征上有所反映,一般选用轻烃温度参数,即石蜡指数1(庚烷值)、石蜡指数2 (正庚烷值) 这2个参数来判别原油的成熟度[11]。值得一提的是,这2个轻烃温度参数不受盆地类型、温度史、生油层时代、干酪根类型和岩性的影响[12]。另外,在稳态或者拟稳态条件下,干酪根在形成异庚烷时,会有不同的优选方式,该方式可以用K1K2这2个参数加以表示,在某种程度上K1K2可以揭示轻烃成因的内在联系[13]。为了查明探区原油之间的亲属关系,本次实验采用石蜡指数1,石蜡指数2,K1K2共4个参数对探区内4口探井的长6和长8原油轻烃组分特征进行比对 (表 5)。结果表明,原油的石蜡指数1为0.58~0.76,石蜡指数2为19.15~27.57,数值本身差异不大。此外,探区油气的生成温度为115~121℃,因此,根据这4个参数和原油成熟度之间的指示意义及数值之间的差异性,并结合油气生成温度,认为探区延长组长6和长8原油均为成熟油,在母源方面具有一定的相似性。

下载CSV 表 5 旬邑探区原油轻烃参数 Table 5 The parameters of light hydrocarbon component of crude oil in Xunyi exploration area
3.2 油-源碳同位素对比

目前,探讨油-源关系多采用碳同位素对比技术[14-21]。该技术首先需要分析石油中各分离物族群的整体同位素以及各组分的碳同位素,并观察其成分特性及变化情形,然后与烃源岩可萃取物中相对成分的同位素进行比对,最后根据不同组分 (干酪根、石油或沥青及其族组分) 的稳定碳同位素曲线特征 (曲线的形状与趋势) 来分析彼此之间的指纹关系[14-21]。通过对旬邑探区长6原油、长8原油碳同位素,以及长7泥岩碳同位素比对之后发现,长6和长8原油及其组分之间的碳同位素数值为-32.9‰~-31.7‰,均为负数 (表 6),且与原油及其碳同位素分布图上的曲线形状与趋势较为接近 (图 4图 5),因此,可认为长6和长8原油与长7泥岩之间具有相似的沉积环境和相似的生油母质类型。值得一提的是,旬40井和旬41井泥岩样品较其他值 (氯仿沥青“A”及其族组分碳同位素) 略高,这主要是由烃源岩的非均质性造成的。

下载eps/tif图 图 4 旬邑探区原油及其组分碳同位素分布 Fig. 4 The carbon isotope distribution of crude oil and its components in Xunyi exploration area
下载eps/tif图 图 5 旬邑探区烃源岩氯仿沥青“A”及其碳同位素分布 Fig. 5 The carbon isotope distribution of chloroform "A" in hydrocarbon source rocks in Xunyi exploration area
下载CSV 表 6 旬邑探区原油及烃源岩族组分碳同位素分布 Table 6 The carbon isotope distribution of crude oil and source rocks in Xunyi exploration area
3.3 油-源饱和烃色谱对比

饱和烃色谱指纹可以显示石油和沥青中化合物的基本组成[14, 16, 19]。由于石油中正构烷烃和非环状类异戊二烯烷烃类所占比例远远大于其他化合物,所以它们控制着相应气相色谱的总面貌[15, 19-21]。其中,常用的参数有姥鲛烷/植烷 (Pr/Ph)、类异戊二烯烷烃类/正构烷烃类[w(Pr) /nC17w(Ph) /nC18]、奇偶优势比 (OEP)、碳优势指数 (CPI) 等[15, 19-21]。通常情况下,利用Pr/Ph值来判别古环境,其原理是基于两者之间存在良好的匹配关系:w(Pr) /w(Ph)<0.8指示原油为强还原水介质条件下形成,且具有植烷优势型特征;0.8<w(Pr) /w(Ph)<2.8指示原油在还原条件下形成,且具有姥植均势型特征;2.8<w (Pr) / w(Ph)<4.0指示原油在弱还原—弱氧化水介质条件下形成,且具有姥鲛烷优势型特征[15]

通过对旬邑探区延长组长6原油、长7原油、长8原油中的Pr/Ph值分析后发现,各油层的原油Pr/Ph值具有如下规律:长6原油的w(Pr) /w(Ph) 为1.21~ 1.25,长7原油的w(Pr) /w(Ph) 为1.10~1.16,长8原油的w(Pr) /w(Ph) 为1.22~1.44(表 7);长6和长8原油样品的饱和烃色谱图均以nC15-nC20为主峰的前高单峰形态,奇偶优势不明显,姥植均势特征比较相似[图 6 (a)图 6 (b)];长7烃源岩样品的饱和烃色谱多为单峰型,且多以C15,C17和C19为主峰碳[图 7 (a)图 7 (b)],同样具有姥植均势特征。总体来看,研究区长6~长8原油的w(Pr) /w(Ph) 在1.10附近波动,具有姥植均势特征,表明研究区原油在还原环境下形成,且样品的生源 (以藻类生源为主) 构成相似。

下载eps/tif图 图 6 旬邑探区原油饱和烃色谱 Fig. 6 The saturated hydrocarbon chromatogram of crude oil in Xunyi exploration area
下载eps/tif图 图 7 旬邑探区烃源岩饱和烃色谱 Fig. 7 The saturated hydrocarbon chromatogram of source rocks in Xunyi exploration area
下载CSV 表 7 旬邑探区烃源岩及原油饱和烃色谱参数 Table 7 The saturated hydrocarbon chromatogram of source rocks and crude oil in Xunyi exploration area

此外,原油的成熟度还可以利用奇偶优势比和碳优势指数这2个指标加以判别[20, 22-23]。其原理是基于烃源岩中正烷烃奇碳优势明显,若OEP>1.2,且CPI值为2.4~5.5,则表明烃源岩处于未成熟阶段;若OEPCPI值都<1.2,则表明有机质处于热催化生油气阶段,并由干酪根热解产生,没有奇碳或偶碳优势的正烷烃;若CPI值在1.0左右浮动,则表明有机质处于主要生油气阶段[20, 22-23]。通过对旬邑探区长6—长8泥岩 (原油) 样品OEPCPI分析发现,其数值多分布在1.0左右 (表 7),表明它们具有相似的沉积环境与成熟度,均为成熟油。

3.4 油-源甾、萜烷生物标志物对比 3.4.1 油-源甾烷生物标志物对比

甾烷 (m/z 217指纹) 同系物类型多样,主要有孕甾烷 (C21)、升孕甾烷 (C22)、重排甾烷、规则甾烷、甲基甾烷等[18]。目前,常用甾烷及其化合物来进行油源对比,其原理是基于C27,C28和C29甾烷且来源于藻类或者陆生高等植物;C27-C29甾烷含量高低与生油母质之间具有良好的匹配关系,若生油母质为浮游或底栖藻类生物,则甾烷含量较高;若生油母质为陆生高等植物或被微生物改造过,则甾烷含量较低[20]。具体做法是,利用油-源甾烷 (C27-C28-C29规则甾烷) 的相对百分含量在三角图上投点,根据投点位置及其接近程度来进行油-源对比。甾烷同系物中的孕甾烷 (C21)、升孕甾烷 (C22) 除能揭示生油母质来源之外,还能指示生油母质的沉积环境,特别是沉积环境的盐度高低[20-22];甾烷同系物中的重排甾烷、规则甾烷含量不仅与有机质成熟演化程度有良好的对应关系,还可以反映实验样品中有机质生物降解程度,而且,重排甾烷/甾烷比值可用来鉴别原油是来自碳酸盐岩还是碎屑岩[24],C29甾烷异构化参数ααα 20S (/ 20S + 20R) 或ββ(/ ββ+αα),可反映有机质的成熟度[23]

旬邑探区延长组长6—长8原油规则甾烷分布相似,均以C29规则甾烷为主,样品分析数据中C29/ C27值主要为1.43~1.66,数值整体变化较小 (表 8),除此之外,C27-C28-C29规则甾烷在质量色谱图上呈反“L”形或上升形态,这些均表明探区原油生油母质具有以藻类生源为主,并混有一定量高等植物生源的特征。另外,样品数据中C29甾烷ααα20 S (/ 20 S + 20 R) 为0.48~0.54,数据分布较集中;C29甾烷异构化参数ββ(/ ββ + αα) 为0.59~0.66。因此,依据成熟度的指示,认为探区样品中的有机质已达到化合物演化的终点。

下载CSV 表 8 旬邑探区烃源岩及原油饱和烃生物标志物参数 Table 8 The biomarkers parameter of saturated hydrocarbon of hydrocarbon source rocks and crude oil in Xunyi exploration area
3.4.2 油-源萜烷生物标志物对比

萜烷 (m/z 191指纹) 的同系物较多,如三环、四环和五环萜烷[18]。目前,常利用萜烷当中的三环萜烷 (C20-C21-C23-C24) 的分布来进行油源对比及原油族群的划分[10-27]。如C23三环萜烷的相对富集则表明原油的有机质来源以低等水生微生物为主,若C19和C20三环萜烷相对富集,则表明原油的有机质来源以陆源为主[23]。有些萜烷 (C24四环萜烷) 除能够指示母源性质之外,往往还能对其沉积环境尤其是水体的盐度具有良好的指示作用,还可以利用萜烷及其同系物之间的比值来指示有机质的成熟度[20-22]。通常情况下,选用三环萜/五环萜 (17α(H)-藿烷)、C24四环/C26三环萜、C30重排/藿烷对母源进行对比。旬邑探区延长组长6—长8原油及烃源岩的萜烷系列化合物分布略有差异,其中C30藿烷含量较高,而三环萜烷含量较低,且两者比值 (三环萜/五环萜烷) 普遍小于0.09,同样,γ蜡烷含量较低,γ蜡烷/C30藿烷值小于0.1的数值占多数 (表 8)。依据萜烷具有特定的母源和环境指示作用[18-27],认为探区延长组烃源岩沉积环境水体盐度低,为淡水环境。此外,探区延长组烃源岩及原油样品中的饱和烃生物标志物参数C31藿烷22 S/ (22 S + 22 R) 的值较为集中,主要为0.56~0.58(表 9),依据它们对成熟度的指示作用[16-24],可判别有机质已达到化合物演化的终点。

下载CSV 表 9 旬邑探区原油及烃源岩芳烃生物标志物参数 Table 9 The aromatic biomarker parameters of crude oil and source rocks in Xunyi exploration area

此外,本次实验对探区长6原油、长8原油及长7烃源岩的芳烃生物指标 (规则甾烷C27-C28-C29,Pr/Ph-DBT/P) 也做了深入分析 (图 8图 9)。结果显示,长6原油、长8原油与长7烃源岩的芳烃生物指标具有较好的一致性,暗示它们具有相同的母质来源。

下载eps/tif图 图 8 旬邑探区原油及烃源岩规则甾烷相对百分含量 Fig. 8 The regular sterane contents of crude oil and source rocks in Xunyi exploration area
下载eps/tif图 图 9 旬邑探区原油及烃源岩Pr/Ph-DBT/P参数相关图 Fig. 9 The parameters Pr/Ph-DBT/P of crude oil and source rocks in Xunyi exploration area
3.5 探区油-源讨论

近年来,国内许多学者利用有机岩石学和地球化学等方法,开展了鄂尔多斯盆地延长组石油来源的研究工作,得出了许多不同的观点:一种观点认为鄂尔多斯盆地延长组油藏的原油来自于延长组长7湖相暗色泥岩[15, 17, 21, 25],并且该湖相暗色泥岩在全盆地分布范围较广,因此可以说在很大程度上长7烃源岩决定了延长组油气藏的数量和规模;另一种观点认为,三叠系延长组石油来源于长9 —长4+ 5湖相及三角洲相暗色泥岩,并且具有以盆地内长7湖相泥岩为主,兼有其他层位烃源岩为辅的特征[14-16]。旬邑探区长7泥岩较薄,油气生成有限,剩余压力较低,生成的油气向下运移至长8油藏 (向上运移至长6油藏) 有一定的困难[14-16]。因此,在前人研究的基础上,结合探区内烃源岩地球化学对比成果,认为旬邑探区延长组长6—长8油藏的石油主要来自于盆地内的长7烃源岩,其路径主要为孔隙性疏导体系及微裂隙等,长7烃源岩对该区的油气藏形成具有一定的贡献,即探区延长组油藏具有“多源成藏”特征。

4 结论

(1)  根据旬邑探区的有机质丰度、类型及成熟度评价指标,认为延长组长7烃源岩具有有机质丰度较高、类型好、成熟度中等的特征,是探区内的优质烃源岩。虽然长7烃源岩厚度较薄,但区域分布较为稳定,是旬邑探区三叠系延长组有效烃源岩。

(2)  旬邑探区延长组油-油及油-源样品对比表明,长6原油、长8原油与长7烃源岩原油具有相似的沉积环境与成熟度,均为成熟油,其沉积环境为淡水、弱氧化还原环境,生油母质类型具有以藻类生源为主的混合型特征。探区延长组油藏的形成具有“多源成藏”的特征,长7烃源岩对该区延长组的油气藏形成具有一定的贡献。

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