彭敏，劉明

（中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223）

隨著油藏地球化學(xué)的興起和發(fā)展，非烴地球化學(xué)研究越來越深入，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到原油中中性含氮化合物指示油氣運(yùn)移聚集的實(shí)用價(jià)值。繼國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)含氮化合物可以作為油氣二次運(yùn)移的示蹤性有效指標(biāo)后，從20世紀(jì)90年代中后期到目前，國內(nèi)外科研院所及大專院校相繼開展了中性含氮化合物研究工作，在油氣運(yùn)移聚集方向、充注路徑、成藏模式等方面開展一系列的研究［1－3］，先后在塔里木、大港等油田的油氣勘探研究中取得了良好的應(yīng)用效果，展現(xiàn)了含氮化合物在油氣運(yùn)移聚集研究方面獨(dú)特的優(yōu)勢和潛力。潛江凹陷為一復(fù)雜疊合鹽湖盆地，盆地內(nèi)的有效烴源巖從低演化到高演化階段廣泛分布，生成的油氣形式多種多樣［4］。地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、斷層切割和地層的不同接觸關(guān)系形成了多種形式的油氣藏，前人嘗試運(yùn)用飽和烴和生標(biāo)參數(shù)等方法研究了油氣的充注運(yùn)移方向，但成效不大。作為研究油氣二次運(yùn)移示蹤性有效指標(biāo)，中性含氮化合物對(duì)油氣勘探具有十分重要的作用。為此，筆者對(duì)含氮化合物在潛江凹陷不同運(yùn)移模式中的指示作用進(jìn)行了研究。

1 樣品與試驗(yàn)

樣品主要選擇了潛江凹陷2個(gè)主要油源層的原油樣品，以潛北鐘市油田為代表的潛江組原油和馬王廟油田為代表的新溝嘴組原油 （新下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為新溝嘴組下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油層組），各原油樣品的地化參數(shù)見表1。

表1 研究區(qū)各原油樣品生物標(biāo)志化合物參數(shù)表

各原油經(jīng)二步法分離出中性含氮化合物后［5－8］，由色譜－質(zhì)譜 （GC－MS）進(jìn)行檢測。檢測儀器為Agi－lent6890N－5973N色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀，色譜柱為長30m，涂層厚度0.25μm，柱內(nèi)徑0.2mm HP－5MS彈性熔融石英毛細(xì)柱，載氣為氦氣，柱升溫程序?yàn)?0℃恒溫2min，以8℃／min升溫至150℃，再以4℃／min升溫至320℃ ，恒溫10min，進(jìn)樣口溫度為300℃，進(jìn)樣方式為脈沖無分流方式，電子能量是70eV，離子源溫度是230℃，色譜－質(zhì)譜接口溫度230℃，多離子掃描方式，樣品中加入苯基咔唑?yàn)閮?nèi)標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐘市油田油氣運(yùn)移

潛江凹陷是一個(gè)內(nèi)陡斷陷，特別在潛北斷裂帶，斷裂相當(dāng)發(fā)育。這些斷裂帶活動(dòng)強(qiáng)，斷層相互切割，有一定的開啟程度，易于形成油氣運(yùn)移的通道，能夠使油氣沿著斷層、不整合面作垂向運(yùn)移。鐘市油田處于潛江凹陷潛北斷裂帶上，發(fā)育多套含油層。油源對(duì)比研究表明 （見表2），潛二段原油與潛三段原油同屬低成熟－成熟原油，各生物標(biāo)志化合物參數(shù)一致，而潛四段原油則為成熟原油，與潛二段、潛三段原油有明顯區(qū)別。在異戊二烯類烷烴參數(shù)、碳同位素、族組成及原油物性等各項(xiàng)指標(biāo)上，潛二段與潛三段2層原油也基本相同，都與潛四段原油有明顯的區(qū)別，這些都說明了潛二段、潛三段原油為同源石油。

表2 鐘市油田潛江組各段原油地球化學(xué)參數(shù)對(duì)比表

原油的輕重比、鎳卟啉分布等常規(guī)運(yùn)移參數(shù)可用于研究該區(qū)的油氣運(yùn)移，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)潛三段油氣在向潛二段運(yùn)移過程中，原油輕組分明顯增多，其正構(gòu)烷烴主峰碳數(shù)明顯前移，∑nC－21／∑nC＋22增加，鎳卟啉含量降低，指示出潛三段原油向潛二段發(fā)生了運(yùn)移。

在鐘市油田，含氮化合物也表現(xiàn)出明顯的運(yùn)移效應(yīng)，不僅表現(xiàn)在含氮化合物的總量明顯減小，而且在各異構(gòu)體分布上，屏蔽型二甲基咔唑明顯富集，半裸型或全裸二甲基咔唑則相對(duì)含量降低。含氮化合物總量從潛三段的91.71μg／g下降為潛二段的74.83μg／g （見表3），屏蔽型與全裸型參數(shù)1，8－／2，7－DMC比值從1.66增加到2.43，1，8－／2，6－DMC從5.82上升到9.95，1，8－／∑NEX'S－DMC從0.57上升至0.81，屏蔽型比半裸型1，8－／1，3－DMC則從2.05增加到2.57，1，8－／1，7－DMC也均有不同程度的升高。同時(shí)，半裸型比全裸型的異構(gòu)體1，3－／2，5－DMC也有相對(duì)富集的趨勢，其比值從1.09上升至1.24。

對(duì)苯并咔唑而言，直型苯并咔唑 ［a］由于受儲(chǔ)層砂巖空間的阻力小，較易通過砂巖儲(chǔ)集體發(fā)生運(yùn)移，運(yùn)移相對(duì)較快一些，而半球型苯并咔唑 ［c］體積大，較難通過砂巖中的微孔隙，運(yùn)移相對(duì)較慢。所以，隨著油氣的運(yùn)移，苯并咔唑 ［a］相對(duì)富集，在鐘市油田，［a］／（［c］＋［a］）從0.44上升至0.45，由于運(yùn)移距離相對(duì)較短，也表現(xiàn)出了微弱的運(yùn)移效應(yīng)。

表3 鐘市油田含氮化合物運(yùn)移參數(shù)表

油氣運(yùn)移研究結(jié)果表明，在潛北鐘市油田，隨著油氣向上運(yùn)移，無論是常規(guī)的輕重比、鎳卟啉等地球化學(xué)參數(shù)，還是含氮化合物運(yùn)移參數(shù)，均指示出油氣運(yùn)移的方向是從潛三段向潛二段發(fā)生了明顯運(yùn)移。顯示了鐘市油田潛二段油藏是潛三段原油沿荊沙組不整合面和斷層縱向運(yùn)移而形成的次生油氣藏（見圖1），為一種下生上儲(chǔ)的成藏模式。

2.2 馬王廟油田油氣運(yùn)移

馬王廟油田位于潛江凹陷南部，油氣產(chǎn)層為新溝嘴組，是一個(gè)受基底隆起控制、繼承性發(fā)育的鼻狀構(gòu)造，其西南側(cè)面臨總口、潘場生烴向斜。地質(zhì)研究表明，馬王廟地區(qū)屬過剩壓力低值區(qū)（2～4MPa），而西南側(cè)周磯－總口－潘場一帶均為過剩壓力高值區(qū) （6～14MPa），油氣將從高過剩壓力的總口、潘場向馬王廟一帶運(yùn)移。同時(shí)，伴隨馬王廟地區(qū)古鼻狀構(gòu)造形成所派生的一系列北東向斷裂系統(tǒng)和裂縫體系，為油氣運(yùn)移創(chuàng)造了良好的條件。在油源關(guān)系上，馬王廟地區(qū)具有雙重油源，一是本區(qū)新溝嘴組下段提供的未成熟－低成熟原油，二是由西南側(cè)總口－潘場向斜一帶運(yùn)移而來的高成熟原油，而以西－南側(cè)的供油面積多，油源豐富，是主要的供油區(qū)。

圖1 含氮化合物總量指示鐘市油田油氣運(yùn)移方向

從馬王廟及拖市、總口新溝嘴組下段原油的有機(jī)地球化學(xué)參數(shù) （見圖2）來看，各原油異戊二烯類烷烴Pr／Ph相對(duì)較低，都小于25%，Ph／nC18 相對(duì)較高，均大于50%，各樣品點(diǎn)之間非常接近，各個(gè)區(qū)的原油同屬于半咸水－咸水湖相沉積環(huán)境的產(chǎn)物，原油之間表現(xiàn)了良好的親緣性。

從馬王廟油田及拖市、總口地區(qū)新溝嘴組下段原油的生物標(biāo)志化合物參數(shù)對(duì)比分析 （見表1），表征原油成熟度的主要參數(shù)C29甾烷20S／ （20S＋20R）均大于0.40，C29甾烷aββ／ （aββ＋aaa）除馬30井較低外，其他原油均在0.4以上，C32藿烷22S／（22S＋22R）均大于0.50，說明各個(gè)原油同為成熟原油，只是在洼子中的總3X和拖3井原油成熟度較高。原油都含有豐富的伽馬蠟烷，伽馬蠟烷／C30霍烷大于0.75，各個(gè)原油表現(xiàn)為具有相同的沉積環(huán)境，同為半咸水－咸水湖相。三環(huán)萜烷較為豐富，三環(huán)萜烷／總萜多在0.28以上，可能說明原油經(jīng)過了較長距離的運(yùn)移。各項(xiàng)生標(biāo)參數(shù)說明了在馬王廟地區(qū)產(chǎn)自不同斷塊、不同層位、不同埋深以及曾受生物降解的新溝嘴組原油，屬于同一種原油類型，與總口、拖市地區(qū)的原油有良好的親緣關(guān)系。

生物標(biāo)志化合物參數(shù)由于受原油成熟作用和運(yùn)移效應(yīng)的雙重影響，有時(shí)在油氣運(yùn)移研究中有多解性，如位于洼子內(nèi)部的拖3井，其C29甾烷運(yùn)移參數(shù)和馬王廟地區(qū)原油混合在一起，無法判斷運(yùn)移方向 （見圖3）。研究結(jié)果表明，潛南地區(qū)原油中含氮化合物的分布受成熟作用的影響卻較小，油氣從總口、拖市向馬王廟油田運(yùn)移過程中，含氮化合物的總量、1，8－／2，7－DMC和1，8－／1，3－DMC等參數(shù)均表現(xiàn)出明顯的運(yùn)移效應(yīng)。在靠近總口生油洼陷的總口、拖市地區(qū)，原油中含氮化合物總量表現(xiàn)出明顯的高值，達(dá)27.3～34.82μg／g以上，隨著油氣沿著北東向斷裂系統(tǒng)和裂縫體系運(yùn)移，到達(dá)馬13井區(qū)、馬16井區(qū)時(shí)，含氮化合物總量明顯降低，在馬13井為25.72μg／g，而到馬16井區(qū)則降到16.74μg／g。但在距離生油中心相對(duì)較近的馬30井含氮化合物的總量為21.00μg／g，而到馬36井區(qū) 的 馬 36 斜 9－3 井 和馬36斜4－71 井 則 降 低 至16.28μg／g 和 16.17μg／g，都反映了油氣運(yùn)移方向確實(shí)自西南向東北方向運(yùn)移。

但在馬24井區(qū)，含氮化合物的總量卻出現(xiàn)了異常高值 （65.94μg／g），經(jīng)分析研究后認(rèn)為，馬24井油層由于埋深較淺，當(dāng)油氣運(yùn)移至馬24井區(qū)時(shí)，保存條件變差，由于受生物降解和水洗作用的影響，原油正構(gòu)部分被降解，非烴富集，使單位質(zhì)量的原油中含氮化合物含量顯著增大，使分析結(jié)果呈現(xiàn)異常高值。

含氮化合物的異構(gòu)體在較長距離的運(yùn)移過程中，同樣表現(xiàn)出較好的運(yùn)移效應(yīng) （見圖4）。具體表現(xiàn)在屏蔽型的1，8－DMC有富集趨勢，而全裸型的二甲基咔唑如2，7－DMC受儲(chǔ)層的吸附而明顯減少，所以1，8－／2，7－DMC隨油氣運(yùn)移距離的增加比值逐漸增大，從總口、拖市地區(qū)的1.40左右，到馬13井增加到1.62，至馬24井增至1.70。同樣，馬30井區(qū)此值為1.67，油氣運(yùn)移至馬36井區(qū)增加至2.50左右。屏蔽型的1，8－DMC相對(duì)于半裸型的二甲基咔唑如1，3－DMC也有富集趨勢，該比值從總口、拖市地區(qū)的1.20左右，到馬13井增大為1.29，至馬24井增至1.38，當(dāng)運(yùn)移至馬36井區(qū)則已增加至2.10以上。

圖3 馬王廟、總口及拖市地區(qū)原油C29甾烷參數(shù)指示運(yùn)移效應(yīng)圖

圖4 1，8－／2，7－DMC指示油氣運(yùn)移圖

3 結(jié)論

1）在鐘市油田的潛江組原油運(yùn)移中，含氮化合物各項(xiàng)參數(shù)明顯變化，總體表現(xiàn)為總量的減少和屏蔽型二甲基咔唑富集，指示出鐘市油田的潛二段原油來源于潛三段，說明含氮化合物在指示油氣的垂向運(yùn)移聚集中應(yīng)用效果好。

2）油源研究表明，馬王廟油田的新溝嘴組原油主要來自總口－潘場向斜，含氮化合物的分布明顯指示出油氣運(yùn)移的方向是從總口－潘場地區(qū)向馬王廟地區(qū)，說明潛江凹陷油氣的側(cè)向運(yùn)移對(duì)含氮化合物分布有一定的控制作用。

3）在潛江凹陷不同的油氣勘探層位、不同的油氣運(yùn)移聚集模式中，含氮化合物均能較好的指示油氣的運(yùn)移方向，在油源對(duì)比前提下，分析含氮化合物的分布有利于指導(dǎo)油氣勘探。

［1］張敏，梅博文，向廷生 .原油中的咔唑類化合物 ［J］.科學(xué)通報(bào)，1997，42（22）:2411－2414.

［2］Li M M G，F(xiàn)owler M，Obermajer，et al.Geochemical characterisation of Middle Devonian oils in NW Alberta，Canada:possible source and maturity effect on pyrrolic nitrogen compounds ［J］.Organic Geochemistry，1999，30 （9）:1039－1057.

［3］王鐵冠，李素梅 .利用原油含氮化合物研究油氣運(yùn)移 ［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)，自然科學(xué)版，2000，24（4）:83－86.

［4］江繼綱，彭平安，傅家謨，等 .鹽湖油氣的形成、演化和運(yùn)移聚集 ［M］.廣州:廣州科技出版社，2004.

［5］包建平，馬安來 .原油中烷基苯酚和中性含氮化合物的快速分離與分析 ［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，20（2）:1－5.

［6］李素梅，張愛云 .原油中吡咯類化合物的地球化學(xué)特征及其意義 ［J］.沉積學(xué)報(bào)，1999，17（2）:312－317.

［7］黎茂穩(wěn) .油氣二次運(yùn)移研究的基本思路和幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例 ［J］.石油勘探與開發(fā)，2000，27（4）:11－19.

［8］朱揚(yáng)明，傅家謨，盛國英，等 .塔里木盆地不同成因原油吡咯氮化合物的地球化學(xué)意義 ［J］.科學(xué)通報(bào)，1997，42（23）:2528－2531.