包建平 孔 婕 朱翠山 張秋茶 李 梅 盧玉紅 張文艷

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地球化學(xué)系 湖北荊州 434023; 2.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院 新疆庫(kù)爾勒 841000)

塔里木盆地一類新海相原油的地球化學(xué)特征①

包建平1孔 婕1朱翠山1張秋茶2李 梅2盧玉紅2張文艷1

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地球化學(xué)系 湖北荊州 434023; 2.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院 新疆庫(kù)爾勒 841000)

對(duì)塔中52等井奧陶系儲(chǔ)層產(chǎn)出的原油進(jìn)行的分析結(jié)果表明,它們的三環(huán)萜烷系列較為特殊,主要表現(xiàn)為其相對(duì)豐度呈C19>C20>C21>C23>C24>C25>C26階梯狀的模式,C24四環(huán)萜烷異常豐富,且其豐度遠(yuǎn)高于C26三環(huán)萜烷,這一分布模式一般出現(xiàn)在淡水沼澤相和淺湖相沉積地層與原油中。在三萜烷分布特征上,其伽馬蠟烷含量很低,甾烷系列和藿烷系列的分布與組成特征與該地區(qū)來源于中上奧陶統(tǒng)烴源巖的海相原油十分接近,同時(shí)它們的全油均具有輕的碳同位素組成,其δ13C值都小于-30‰,具有海相成因原油的特征。而塔中12井上奧陶統(tǒng)良里塔格組4-5段烴源巖中生物標(biāo)志物的分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了該類原油與那些富含宏觀藻殘片,且有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型的上奧陶統(tǒng)海相烴源巖關(guān)系密切,是該地區(qū)油氣勘探中值得關(guān)注的對(duì)象。

塔里木盆地 海相原油 生物標(biāo)志物 三環(huán)萜烷 穩(wěn)定碳同位素

塔里木盆地是一個(gè)疊合盆地,其中發(fā)育有多套形成于不同沉積環(huán)境下的烴源巖層,其中包括寒武系-中上奧陶統(tǒng)的海相烴源巖,石炭系的海陸交互相烴源巖和三疊-侏羅系湖沼相烴源巖,并發(fā)現(xiàn)了大量與之相對(duì)應(yīng)的油氣資源[1～8]。塔里木盆地的海相油氣資源主要分布在塔北隆起和塔中地區(qū),原油的類型主要包括兩大類,分別對(duì)應(yīng)于寒武系和中上奧陶統(tǒng)兩套烴源巖。由于這兩套烴源巖形成于不同的沉積環(huán)境[1],其烴源巖和與之相關(guān)的原油均呈現(xiàn)出明顯不同的地球化學(xué)特征,尤其是在生物標(biāo)志物的分布與組成特征上[9-11]。但最近在對(duì)塔中地區(qū)原油的分析研究中發(fā)現(xiàn)了一類與已知文獻(xiàn)報(bào)道的海相原油中生物標(biāo)志物的分布與組成特征存在明顯差異的原油,盡管所分析的這類原油數(shù)量較少,但它所包含的地質(zhì)地球化學(xué)意義值得關(guān)注。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)

本文所分析的原油樣品均取自塔中地區(qū),其中來源于寒武系烴源巖的原油以塔中30井奧陶系儲(chǔ)層和塔中11井志留系儲(chǔ)層所產(chǎn)原油為代表,深度分別為4 997～5 026m和4 301～4 307m;來源于中、上奧陶統(tǒng)烴源巖的原油以塔中10井石炭系儲(chǔ)層和塔中111井志留系儲(chǔ)層所產(chǎn)原油為代表,深度分別為4 227～ 4 234 m和4 357.5～4 364 m。這兩類原油各自的地球化學(xué)特征已得到了廣泛的認(rèn)可[1,4,5]。新發(fā)現(xiàn)的原油取自塔中52井和塔中162井的奧陶系儲(chǔ)層,深度分別為3 811～3 819m和5 048～5 070m,其部分生物標(biāo)志物的分布與組成特征明顯不同于該地區(qū)已知的兩類海相原油。那么塔中地區(qū)奧陶系儲(chǔ)層所產(chǎn)的這類原油究竟是屬于什么成因類型、它來源于哪套烴源巖層、具有什么地質(zhì)和地球化學(xué)意義則是本文研究的重點(diǎn)。

首先用正己烷沉淀原油中的瀝青質(zhì),然后采用硅膠/氧化鋁柱色層分離法,把脫瀝青質(zhì)原油分成飽和烴、芳烴和非烴三個(gè)餾分,并對(duì)飽和烴餾分進(jìn)行色譜質(zhì)譜分析。

飽和烴色譜質(zhì)譜分析條件:儀器為惠普公司5890臺(tái)式質(zhì)譜儀,色譜柱為HP-5ms石英彈性毛細(xì)柱(30m X0.25mm X0.25μm),升溫程序:50℃恒溫2 min,從 50℃至 100℃的升溫速率為 20℃/min, 100℃至310℃的升溫速率為3℃/min,310℃恒溫15.5 min。進(jìn)樣器溫度300℃,載氣為氦氣,流速為1.04 ml/min,掃描范圍為50～550 amu。檢測(cè)方式為全掃描:電離能量為70 eV,離子源溫度230℃。

2 全油色譜特征

在展示原油烴類分布特征的全油色譜圖上(圖1),三類原油中正構(gòu)烷烴系列具有輕組分的優(yōu)勢(shì)特征,C21-/C22+輕重比大于5.0(表1),且沒有任何碳數(shù)優(yōu)勢(shì),顯示出成熟原油的特征。在植烷系列組成特征上,這些原油的姥植比Pr/Ph大多介于1.0～1.6之間,顯示出姥植均勢(shì)的特點(diǎn),反映出各自的烴源巖形成于相對(duì)還原的沉積環(huán)境,這與塔里木盆地庫(kù)車坳陷所產(chǎn)的陸相原油是完全不同的[2,12,13]。但就具體數(shù)值而言,塔中52和塔中162井原油的姥植比略高于其它原油,反映出它們之間還是存在細(xì)微的差異。在姥鮫烷和植烷與相鄰正構(gòu)烷烴的相對(duì)組成上,已知的兩類海相原油中姥鮫烷和植烷豐度相對(duì)較高,而塔中52和塔中162井原油中姥鮫烷和植烷相對(duì)偏低,表現(xiàn)為不同類型原油中Pr/n C17和Ph/n C18比值存在一定差異。顯然,塔中地區(qū)不同類型原油中在鏈烷烴系列組成上的細(xì)微差異可能是其成因和來源不同的具體反映,這在其他生物標(biāo)志物的分布與組成特征上得到了充分的體現(xiàn)。

3 生物標(biāo)志物的分布與組成特征

圖1 塔中地區(qū)不同類型海相原油全油色譜特征Fig.1 The gas chromatograms ofwhole oilswith differentmarine origin from themiddle zone of Tarim Basin

表1 塔中地區(qū)不同類型原油鏈烷烴系列組成特征Table1 The parameters of chain alkanes in differentmarine oils from them iddle zone of Tarim Basin

烴源巖形成的沉積環(huán)境和原始的生烴母質(zhì)決定了其生物標(biāo)志物的分布與組成特征,而原油中的生物標(biāo)志物的分布與組成特征則繼承于各自的烴源巖,因此對(duì)沒有遭受生物降解改造的原油而言,甾萜烷生物標(biāo)志物的分布與組成特征是目前確定其成因類型和來源的主要依據(jù)。具體就塔里木盆地海相烴源巖而言,寒武系烴源巖的甾烷組成中以C28甾烷含量高,孕甾烷和升孕甾烷含量低,C27R、C28R和C29R構(gòu)成反“L”型,在萜烷組成中伽馬蠟烷較為豐富,其相對(duì)豐度高于C31升藿烷,C29降藿烷的豐度明顯低于C30藿烷,C24四環(huán)萜烷的豐度與C26三環(huán)萜烷含量相當(dāng)為特征;而中上奧陶統(tǒng)烴源巖的甾烷則以C28甾烷含量低, C27R、C28R和C29R構(gòu)成“V”型,孕甾烷和升孕甾烷異常豐富,萜烷組成中伽馬蠟烷含量低,在C31升藿烷后難以觀察到明顯的峰型,C29降藿烷的豐度明顯偏高,其相對(duì)豐度略低于C30藿烷,C24四環(huán)萜烷的豐度高于C26三環(huán)萜烷為特征,這一系列特征是目前確定塔里木盆地油源問題的主要依據(jù)[6,11,13]。

3.1 萜烷系列的分布與組成

圖2分別是塔中地區(qū)三類原油中萜烷系列的分布特征,其中塔中11井志留系儲(chǔ)層所產(chǎn)原油是寒武系烴源巖所生原油的代表,呈現(xiàn)出伽馬蠟烷較為豐富,其相對(duì)豐度高于C31升藿烷,C29降藿烷的豐度明顯低于C30藿烷,C24四環(huán)萜烷的豐度與C26三環(huán)萜烷含量相當(dāng)?shù)暮湎禑N源巖的典型特征;而塔中10井石炭系儲(chǔ)層所產(chǎn)原油則是中上奧陶統(tǒng)烴源巖所生原油的代表,其萜烷特征表現(xiàn)為伽馬蠟烷含量低,在C31升藿烷后難以觀察到明顯的峰型,C29降藿烷的豐度明顯偏高,其相對(duì)豐度略低于C30藿烷,C24四環(huán)萜烷的豐度高于C26三環(huán)萜烷的豐度,顯然這與塔里木盆地中上奧陶統(tǒng)烴源巖的特征是基本一致的。這兩類原油中萜烷類生物標(biāo)志物的組成特征充分體現(xiàn)出了各自的地球化學(xué)特征(表2)。

圖2 塔中地區(qū)三類原油中萜烷系列的分布特征.其中T代表三環(huán)萜烷系列,TE代表四環(huán)萜烷,H代表藿烷系列Fig.2 The distributions of terpanes in three kinds of crude oils from themiddle zone of Tarim Basin.T-tricyclic terpanes;TE-C24 tetracyclic terpanes;H-hopanes

值得關(guān)注的是塔中52井奧陶系儲(chǔ)層所產(chǎn)原油其萜烷系列的分布特征明顯不同于其它兩類原油,具體而言是這類原油中的三環(huán)萜烷系列中各碳數(shù)化合物的相對(duì)豐度呈現(xiàn)出C19>C20>C21>C23>C24>C25> C26的階梯狀分布,且C24四環(huán)萜烷的豐度明顯高于C26三環(huán)萜烷,這一分布模式與組成特征均明顯有別于前述兩類已知來源的海相原油(表2)。但其藿烷系列的分布模式與典型的來源于中上奧陶統(tǒng)烴源巖的原油基本一致,組成特征也基本吻合。上述三環(huán)萜烷系列階梯狀分布模式和異常豐富的C24四環(huán)萜烷一般只出現(xiàn)在煤系地層及所生的原油[14]和淡水淺湖相烴源巖及所生的原油中[15],且這些烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型一般也是偏腐殖型,那么塔中地區(qū)奧陶系儲(chǔ)層所產(chǎn)的這類原油究竟屬于什么成因類型?它來源于什么地質(zhì)條件下形成的烴源巖層?它對(duì)該地區(qū)的油氣勘探意義何在?

表2 塔中地區(qū)三類原油中萜烷系列組成特征Table2 The terpanes parameters in three kinds of crude oils from them iddle zone of Tarim Basin

3.2 甾烷系列的分布與組成特征

在甾烷系列的分布與組成特征上(圖3),來源于寒武系烴源巖和來源于中上奧陶烴源巖的原油呈現(xiàn)出各自烴源巖層的特征,如來源于寒武系烴源巖的塔中11井原油的甾烷系列呈現(xiàn)出C28甾烷含量高,孕甾烷和升孕甾烷含量很低,C27R、C28R和C29R構(gòu)成反“L”型,幾乎缺乏重排甾烷;而來源于中上奧陶烴源巖的塔中10井原油則以孕甾烷和升孕甾烷異常豐富,C28甾烷含量明顯偏低,C27R、C28R和C29R構(gòu)成不對(duì)稱的“V”型為特征,重排甾烷含量中等,可見它們之間的差異是顯而易見的,這在其甾烷組成特征上得到了充分的體現(xiàn)(表3)。對(duì)于塔中52井原油而言,其甾烷系列的分布特征與來源于中上奧陶統(tǒng)烴源巖的原油十分相似,也以孕甾烷和升孕甾烷異常豐富, C28甾烷含量明顯偏低,C27R、C28R和C29R構(gòu)成不對(duì)稱的“V”型為特征,重排甾烷含量中等為特征,可見這類萜烷系列分布較為特殊的原油中其甾烷系列的分布特征與該地區(qū)來源于中上奧陶統(tǒng)烴源巖原油之間十分相似,暗示著它們之間應(yīng)該存在著某種成因上的聯(lián)系。

圖3 塔中地區(qū)三類原油中甾烷系列的分布特征Fig.3 The sterane distributions in three kinds of crude oils from themiddle zone of Tarim Basin

表3 塔中地區(qū)三類原油中甾烷系列組成特征Table3 The steranes parameters in three kinds of crude oils from them iddle zone of Tarim Basin

由此可見,依據(jù)塔中地區(qū)原油中生物標(biāo)志物的分布與組成特征,它們可以明確分成三個(gè)類型,其中的兩個(gè)類型已經(jīng)明確分別來源于寒武系烴源巖,如塔中11井與塔中30井的原油,和中上奧陶統(tǒng)烴源巖,如塔中10井和塔中111井原油,只有那類具有特殊三環(huán)萜烷系列分布特征的原油屬于首次報(bào)導(dǎo),因此現(xiàn)在的首要問題是如何確定其成因類型,并追溯其可能的烴源巖層,然后才有可能挖掘其在該地區(qū)油氣勘探中的價(jià)值和意義。

4 全油碳同位素組成特征

原油的碳同位素組成特征是反映其成因類型的有效指標(biāo),因?yàn)闆Q定原油和烴源巖中有機(jī)質(zhì)碳同位素的主控因素是原始的有機(jī)母質(zhì)。塔里木盆地是一個(gè)發(fā)育有多套且性質(zhì)迥異的烴源巖層大型沉積盆地,而由此烴源巖所生的原油也各具特色,這不但表現(xiàn)在生物標(biāo)志物的分布與組成特征上,同時(shí)也體現(xiàn)在其碳同位素組成特征上。已有的研究已經(jīng)表明塔里木盆地的海相原油與陸相原油的碳同位素組成特征存在本質(zhì)差異,海相原油以輕碳同位素為特征,其δ13C值基本都小于-30‰,而陸相原油以富含重碳同位素為特征,其δ13C值大多重于-28‰[1,2,16]。因此,在塔里木盆地,原油的碳同位素組成特征是區(qū)分海陸相成因類型的有效手段。

就塔中地區(qū)的原油而言,無論其生物標(biāo)志物的分布與組成特征存在多大差異,但其全油的碳同位素組成特征均十分相似。如圖4所示,所分析的三類原油的全油均以輕碳同位素組成為特征,其δ13C值均小于-30‰,由此表明這些原油均具有海相成因,應(yīng)該來源于海相烴源巖。既然那些三環(huán)萜烷系列呈階梯狀分布,且又特別富含C24四環(huán)萜烷的原油也屬于海相原油,那么過去那些區(qū)分塔里木盆地海、陸相原油的分子指標(biāo)或參數(shù)就顯得不夠全面,應(yīng)隨著該地區(qū)油氣勘探工作的進(jìn)行和認(rèn)識(shí)程度的加深而加以完善和補(bǔ)充。

圖4 塔里木盆地三類海相原油中全油的碳同位素組成特征Fig.4 The stable carbon isotope of the whole oils for three marine oils from themiddle zone of Tarim Basin

5 新確認(rèn)海相原油的來源分析

既然依據(jù)原油的碳同位素組成特征可以明確判定那些具有特殊生物標(biāo)志物分布特征的原油也屬于海相原油,那么這類原油究竟是來源于塔里木盆地發(fā)育的寒武系烴源巖還是中上奧陶統(tǒng)烴源巖?

根據(jù)趙孟軍等①趙孟軍,周興熙。塔里木盆地天然氣分布規(guī)律及勘探方向(研究報(bào)告)。塔里木石油勘探指揮部和北京石油勘探開發(fā)研究院。1998。在對(duì)塔中地區(qū)中上奧陶統(tǒng)烴源巖的有機(jī)巖石學(xué)特征進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)其中有部分烴源巖中發(fā)育有豐富的宏觀藻類的殘片,其有機(jī)質(zhì)類型以偏腐殖型為主[1],并認(rèn)為它們具有較高的生凝析油和天然氣的能力。而對(duì)塔中12井上奧陶統(tǒng)良里塔格組4-5段烴源巖中生物標(biāo)志物的分析結(jié)果也揭示出其萜烷系列的分布特征與上述塔中52井海相原油十分相似,它們的三環(huán)萜烷系列也呈現(xiàn)出C19>C20> C21>C23>C24>C25>C26階梯狀模式,且C24四環(huán)萜烷也異常豐富,其豐度明顯高于C26三環(huán)萜烷,伽馬蠟烷含量也很低(圖5),由此反映出塔中地區(qū)在晚奧陶世確實(shí)發(fā)育有以宏觀藻為原始生烴母質(zhì),有機(jī)質(zhì)類型偏腐殖型,而其萜烷系列的分布特征又與該地區(qū)公認(rèn)的海相烴源巖存在明顯的差異,從而進(jìn)一步揭示出這類特殊的海相原油是有其特定來源的。

由此可見,塔中地區(qū)的上奧陶統(tǒng)確實(shí)存在具有相似萜烷系列分布特征的海相烴源巖,再結(jié)合這類原油具有與塔里木盆地海相原油同樣偏輕的碳同位素組成特征,由此可以確定塔中地區(qū)發(fā)育的這類具有特殊生物標(biāo)志物分布特征的原油屬于海相原油,它應(yīng)該來源于該地區(qū)的上奧陶統(tǒng)烴源巖。鑒于這類原油與以往認(rèn)識(shí)的來源于中上奧陶統(tǒng)烴源巖的海相原油具有明顯不同的生物標(biāo)志物的分布與組成特征,那么可以預(yù)料生成這類原油的相應(yīng)層位的烴源巖形成時(shí)所處的沉積有機(jī)相帶應(yīng)該與常見的來源于相應(yīng)層位的烴源巖的海相原油有所不同,如沉積水體的深度、氧化還原性及由此導(dǎo)致的原始生烴母質(zhì)的不同等。換言之,特殊沉積有機(jī)相帶和特定的原始生烴母質(zhì)可能是這類具有特殊生物標(biāo)志物分布特征的海相原油形成的重要前提。因此,在以后的油氣勘探過程中關(guān)注這類烴源巖的分布及形成的地質(zhì)條件研究,可以為尋找這類特殊的海相原油提供有用的線索。

6 結(jié)論

圖5 塔中12井上奧陶統(tǒng)良里塔格組4-5段烴源巖中萜烷系列的分布特征(引自趙孟軍和周新熙,1998)Fig.5 The terpane distributions in the source rocks from member 4-5 of Lianglitage Formation of Upper Odervicion in TZ12 well(from Zhao Menjun and Zhou Xinxi,1998)

塔中52等井奧陶系儲(chǔ)層產(chǎn)出的原油其三環(huán)萜烷系列具有特殊的分布特征,主要表現(xiàn)為其相對(duì)豐度呈C19>C20>C21>C23>C24>C25>C26階梯狀的模式, C24四環(huán)萜烷異常豐富,且其豐度遠(yuǎn)高于C26三環(huán)萜烷,伽馬蠟烷含量很低,甾烷系列和藿烷系列的分布與組成特征與該地區(qū)其它來源于中上奧陶統(tǒng)烴源巖的原油十分接近,碳同位素的分析結(jié)果表明該原油的全油碳同位素與該地區(qū)其它海相原油一樣,以輕碳同位素為特征,從而證實(shí)了它們具有海相成因。而塔中12井上奧陶統(tǒng)良里塔格組4-5段烴源巖中生物標(biāo)志物的分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了該類原油與那些富含宏觀藻殘片,且有機(jī)質(zhì)類型偏腐植型的上奧陶統(tǒng)海相烴源巖關(guān)系密切,是該地區(qū)油氣勘探中值得關(guān)注的對(duì)象。

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14 包建平,馬安來,李賢慶,等。三塘湖盆地原油地球化學(xué)特征及其成因類型[J]。石油勘探與開發(fā),1999,26(4):25-29[Bao Jianping,Ma Anlai,Li Xianqing,et al.The origin and geochemical characteristics of crude oils from Santanghu basin[J].etroleum Exploration&Development,1999,26(4):25-29]

15 包建平,朱翠山,倪春華。北部灣盆地不同凹陷原油生物標(biāo)志物分布與組成特征[J]。沉積學(xué)報(bào),2007,25(4):64-70[Bao Jianping,Zhu Cuishan,NiChunhua.Distribution and composition of biomarkers in crude oils from different sags of Beibuwan Basin[J].cta Sedimentologica Sinica,2007,25(4):64-70]

16 鄭冰,高仁祥。塔里木盆地原油碳硫同位素特征及油源對(duì)比[J]。石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2006,28(3):281-285[Zheng Bing,Gao Renxiang.Characteristics of carbon and sulfur isotopes in crude oils and oil-source correlation in the Tarim Basin[J].etroleum Geology and Experiment,2006,28(3):281-285]

Geochem ical Characteristics of A Novel K ind of M arine Oils from Tarim Basin

BAO Jian-ping1KONG Jie1ZHU Cui-shan1ZHANG Qiu-cha2LIMei2LU Yu-hong2ZHANGWen-yan1
(1.Key Lab of Oil&Gas Resource and Exp loration Technology,Geochem istry Departmenet,Yangtze University,Jingzhou,Hubei 434023; 2.Exploration and Development Institute,Tarim Oilfield,CNPC,Korla,Xinjiang 841000)

The crude oils from Ordovician reservoir in TZ52 and TZ162 well have been analyzed,the results showed that there are some evident differences in the distributions and compositions of their biomarker from two kinds of the knownmarine oils in themiddle zone of Tarim Basin.For example,it is firstly reported that its trycyclic terpane series is of special step-likemodel with C19>C20>C21>C23>C24>C25>C26in relative abundance,C24tetracyclic terpane is abnormally abundant and it relative abundance is much more than C26tricyclic terpanes,which occurs in those source rocks and the crude oils deposited under fresh water swamp and shallow lacustrine facies.As for their triterpane series,the abundance of gammacerane ismuch less than C31homohopanes,but the distributions of their sterane and hopane series are very similar to themarine oils derived from middle tomiddle-upper Ordovician source rocks such as with abnormally abundant pregnane and homopregnane,relatively lower C28sterane in C27-29steranes and more abundant C29norhopane secondary to C30hopane.In addition,their stable carbon isotope of whole oil is very light and theirδ13C values are less than-30‰like othermarine oils,showing that this kind of crude oil ismarine.Based on the biomarker data in the source rockswith abundant benthicmarco-algae from 4-5member of Lianglitage formation of upper Ordovician in TZ12 well,it is found that their distribution and the relative composition of its C19-26tricyclic terpane,C24tetracyclic terpane and gammacerane is very similar to this kind of crude oils,showing that there is a close relationship between this kind of novel crude oils and the source rocks.Therefore,it should paymuchmore attention to the source rocks and their exploration potential from Lianglitage Formation of upper Ordovician in Tarim Basin.

Tarim Basin;marine oils;biomarker;tricyclic terpane series;stable carbon isotope

包建平 男 1962年出生 博士 教授 油氣地球化學(xué) E-mail:bjp405@163.om

P593

A

1000-0550(2012)03-0580-08

2011-05-23;收修改稿日期:2011-09-02