李杰豪，侯讀杰，曹蘭柱，吳 飄，趙 喆，馬瀟瀟

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué) 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552)

0 引 言

低熟油是指烴源巖在未成熟—低成熟階段(相應(yīng)的鏡質(zhì)組反射率Ro為0.3%～0.6%)，經(jīng)由不同生烴機(jī)制的化學(xué)反應(yīng)，從而生成的低溫早熟的石油[1-4]。低熟油常見于陸相地層，分布較廣，多與陸相沉積或陸源有機(jī)質(zhì)有關(guān)[5-7]。我國東部地區(qū)低熟油資源較為豐富，探明地質(zhì)儲(chǔ)量超過億噸級(jí)。國內(nèi)學(xué)者對(duì)我國低熟油的發(fā)育分布、物理化學(xué)特征、判別標(biāo)志、成藏條件和成因機(jī)制等進(jìn)行了歸納總結(jié)與論述[7-13]，建立了木栓質(zhì)體、樹脂體、細(xì)菌改造的陸源有機(jī)質(zhì)、藻類與高等植物生物類脂物與富硫大分子(非烴、瀝青質(zhì)和干酪根)5種早期生烴形成低熟油的成因機(jī)制[1-2，7]。

賽漢塔拉凹陷是二連盆地最早進(jìn)行勘探的一批凹陷之一，富含油氣資源，是主要的油氣產(chǎn)區(qū)。經(jīng)過30多年的勘探，對(duì)賽漢塔拉凹陷石油地質(zhì)進(jìn)行了許多研究。陳燕[14]研究了賽漢塔拉凹陷下白堊統(tǒng)油氣成藏條件；閆文華等[15]綜合評(píng)價(jià)了賽漢塔拉凹陷石油地質(zhì)條件，并優(yōu)選有利目標(biāo)；屈曉艷等[16]、肖陽等[17]分析了賽漢塔拉凹陷斷裂構(gòu)造特征及其控藏作用。丁修建等[18]研究了賽漢塔拉凹陷烴源巖發(fā)育特征及其控制因素，認(rèn)為該凹陷在緩坡帶烴源巖最優(yōu)質(zhì)。趙志剛等[19]利用熱解資料區(qū)分了不同層位烴源巖的有機(jī)相，計(jì)算烴源灶排烴強(qiáng)度，結(jié)合烴源巖評(píng)價(jià)進(jìn)行烴源灶定量表征，指出賽漢塔拉凹陷的主力烴源灶位于騰一段，次要烴源灶位于阿爾善組。王浩等[20]對(duì)賽漢塔拉凹陷原油進(jìn)行過地球化學(xué)研究，選取姥植比、伽馬蠟烷指數(shù)、C29甾烷成熟度參數(shù)將該凹陷原油劃分為2類油族，一類是烴源巖早期排出的騰二段原油，另一類是烴源巖成熟排出的阿爾善、騰一段原油。

從二連盆地目前勘探成果來看，賽漢塔拉凹陷下白堊統(tǒng)騰二段原油多為低熟油，是二連盆地低熟油資源分布區(qū)。前人研究[14-20]多集中于賽漢塔拉凹陷烴源巖發(fā)育與分布、油氣成藏條件、成熟原油地球化學(xué)特征研究，但迄今對(duì)該凹陷低熟油的特征和來源少有研究。

本文擬運(yùn)用有機(jī)地球化學(xué)分析資料，對(duì)二連盆地賽漢塔拉凹陷騰二段低熟原油和油砂樣品進(jìn)行地球化學(xué)特征和油源對(duì)比研究，分析低熟油的來源和成因，為該區(qū)低熟油資源的進(jìn)一步評(píng)價(jià)與勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

賽漢塔拉凹陷位于二連盆地騰格爾坳陷西部，南面是溫都爾廟隆起，北面和西面是蘇尼特隆起，東面是白干諾爾凸起，凹陷總體上呈一寬緩的“S”形，面積約2 300 km2(圖1),基底埋深超過5 000 m，是騰格爾坳陷內(nèi)最大的凹陷[14-15]。由北向南研究區(qū)可劃分為賽四北構(gòu)造帶、賽四構(gòu)造帶、伊和構(gòu)造帶、扎布構(gòu)造帶和賽東洼槽，其中賽東洼槽主要受扎布斷層和陡帶邊界斷層控制，形成地塹式洼槽，是凹陷的沉降和沉積中心，為主力生油洼槽[16-17]。

圖1 賽漢塔拉凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c取樣井位置圖

賽漢塔拉凹陷經(jīng)歷了斷陷成湖、擴(kuò)張深陷、萎縮消亡的斷陷湖盆演化階段[15-17]，自下而上依次發(fā)育古生界基底、侏羅系(J)、下白堊統(tǒng)阿爾善組(K1ba)、騰格爾組(K1bt)、賽漢塔拉組(K1bs)、上白堊統(tǒng)(K2e)及古近系(E)地層，以下白堊統(tǒng)地層為主。該凹陷主要發(fā)育古生界、阿爾善組(K1ba)、騰一段(K1bt1)、騰二段(K1bt2)4套含油層系，其中在下白堊統(tǒng)騰二段發(fā)現(xiàn)低熟油。

賽漢塔拉凹陷內(nèi)發(fā)育3套烴源巖，分別是阿爾善組、騰一段和騰二段烴源巖[18-19]。阿爾善組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1—Ⅱ2型，鏡質(zhì)組反射率Ro值分布在0.5%到1.38%之間，Ro平均值為0.99%，達(dá)到成熟—高成熟階段；騰一段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較好，主要為Ⅰ—Ⅱ1型，Ro值分布在0.38%～1.11%之間，平均為0.66%，達(dá)到成熟階段；騰二段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型較差，以Ⅱ2—Ⅲ型為主，Ro值分布在0.32%～0.85%之間，平均為0.55%，處于未成熟—低成熟階段，只在賽84井、賽83X井等洼槽中心區(qū)的騰二段下部烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度達(dá)到成熟階段。

2 原油和油砂地球化學(xué)特征

賽漢塔拉凹陷低熟油樣品主要集中在賽東洼槽和扎布構(gòu)造帶，共獲得2個(gè)原油樣品、5個(gè)油砂樣品，分別來自賽84井、賽63-2x井、賽27井、賽56井、賽63井、賽61井的下白堊統(tǒng)騰二段，其族組成和地球化學(xué)特征參數(shù)見表1和表2。

表2 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品地球化學(xué)特征參數(shù)

族組成分析結(jié)果(表1)顯示，賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品的飽和烴含量為39.99%～63.47%，芳烴含量為12.08%～15.77%，非烴+瀝青質(zhì)含量為21.86%～47.43%，飽/芳為3.11～4.84。其族組成具有飽和烴含量相對(duì)較低、非烴和瀝青質(zhì)含量相對(duì)較高的特征，不同于賽漢塔拉凹陷成熟原油的族組成特征[20]。

表1 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品的族組成

如圖2所示，賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品均未遭到生物降解，正構(gòu)烷烴分布以前峰型為主，主峰碳為C21或C23，整體反映藻類輸入，并且具有奇偶優(yōu)勢(shì)，反映其成熟度較低。

圖2 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品飽和烴氣相色譜

姥植比(Pr/Ph)既是沉積環(huán)境參數(shù)，也是母源輸入?yún)?shù)[2]。一般認(rèn)為在氧化環(huán)境中顯示姥鮫烷優(yōu)勢(shì)，Pr/Ph較高；而在還原環(huán)境中則顯示植烷優(yōu)勢(shì)，Pr/Ph較低[21-24]。低姥植比(Pr/Ph <0.6)代表了缺氧的超鹽度環(huán)境[21,24]。賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品Pr/Ph在0.29～0.59之間(表2)，具有很強(qiáng)的植烷優(yōu)勢(shì)，反映了整體處于還原環(huán)境(圖3)。騰二段原油和油砂樣品類異戊二烯比值Pr/nC17為0.29～0.58，Ph/nC18為0.57～1.37(表2)，較低的Pr/nC17和較高的Ph/nC18是低熟油的特征[25-27]。同時(shí)，Pr/nC17和Ph/nC18也可以用來追索原油或烴源巖的母質(zhì)類型和沉積環(huán)境[2,24]，研究表明賽漢塔拉凹陷騰二段低熟原油和油砂整體處于還原環(huán)境，以藻類輸入為主(圖3)。

圖3 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品類異戊二烯烷烴比值關(guān)系圖

賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品甾烷分布類型差異不大，規(guī)則甾烷組成基本以C29>C27>C28為主，反映藻類生源輸入[2,24]。C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)是未成熟到成熟范圍內(nèi)理想的成熟度參數(shù)，其值均隨著成熟度增加而增大[28-29]。賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品C29甾烷20S/(20S+20R)為 0.27～0.40，C29甾烷ββ/(αα+ββ)為0.29～0.39(表2)，說明其成熟度較低，反映出低熟油特征。

萜烷類化合物也是一種廣泛應(yīng)用于原油及烴源巖地化特征研究中的生物標(biāo)志化合物[2]。伽馬蠟烷屬于一種C30三萜烷。高含量的伽馬蠟烷常常表征超鹽度沉積環(huán)境[30]。伽馬蠟烷指數(shù)結(jié)合姥植比(Pr/Ph)通常用來區(qū)分烴源巖和原油生成的沉積環(huán)境和進(jìn)行原油分類。除了賽56井1 408 m油砂的伽馬蠟烷指數(shù)偏低(為0.08)之外，賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品伽馬蠟烷指數(shù)介于0.31～1.34之間(表2)，指示原油的生油環(huán)境是半咸水—咸水環(huán)境。三環(huán)萜烷也反映沉積環(huán)境，咸水湖相烴源巖和原油具有C23TT優(yōu)勢(shì)；淡水湖相烴源巖和原油主要以C21TT為主[31]。賽漢塔拉凹陷騰二段原油三環(huán)萜烷差別不大，含量很低，三環(huán)萜烷具有C23TT優(yōu)勢(shì)特征，與騰一段原油特征類似(圖4)。而賽漢塔拉凹陷阿爾善組原油整體具有較高豐度的三環(huán)萜烷，三環(huán)萜烷具有C21TT優(yōu)勢(shì)的特征，三環(huán)萜烷中C19也具有很高的豐度，反映騰二段原油和騰一段原油沉積環(huán)境類似，來自半咸水—咸水環(huán)境，而阿爾善原油來自淡水—微咸水環(huán)境[20]。

圖4 賽漢塔拉凹陷騰二段原油和油砂樣品甾萜烷質(zhì)量色譜圖

3 油源對(duì)比分析

根據(jù)上述研究，通過采用多種地球化學(xué)參數(shù)和指標(biāo)，有效區(qū)分賽漢塔拉凹陷不同層位烴源巖和所生原油，進(jìn)行原油(油砂)—烴源巖的油源對(duì)比，從而分析騰二段低熟油的來源和成因。

賽漢塔拉凹陷阿爾善組、騰一段和騰二段3套烴源巖均為藻類為主的混合有機(jī)質(zhì)輸入，自下而上，從阿爾善組、騰一段到騰二段，烴源巖還原性逐漸增強(qiáng)[19-20]。阿爾善組烴源巖的Pr/Ph較高，均值為0.54，Pr/nC17平均為0.22，Ph/nC18平均為0.24；騰一段烴源巖的Pr/Ph較低，均值為0.49，Pr/nC17平均為0.21，Ph/nC18平均為0.29；騰二段烴源巖的Pr/Ph最低，均值僅為0.29，Pr/nC17平均為0.26，Ph/nC18平均為0.45(表3)。

從表3可以看出，阿爾善組烴源巖的C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)絕大部分為0.35～0.55、0.31～0.51，說明阿爾善組烴源巖基本成熟。騰一段烴源巖的C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)主要集中在0.25～0.46、0.23～0.45范圍內(nèi)，表明騰一段烴源巖為低成熟至成熟。騰二段烴源巖的C29甾烷20S/(20S+20R)為0.02～0.43，C29甾烷ββ/(αα+ββ)為0.14～0.45，大部分小于0.25，少數(shù)位于洼槽中心的井(如賽98井、賽56井)大于0.4，說明騰二段烴源巖為未成熟至低成熟階段。

表3 賽漢塔拉凹陷烴源巖地球化學(xué)特征

如表3所示，阿爾善組烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)較高，大多為0.22～1.2，主要沉積于微咸水—半咸水環(huán)境。騰一段烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)為0.12～2.25，主要沉積于半咸水環(huán)境。騰二段烴源巖伽馬蠟烷指數(shù)最高，介于0.16～3.14之間，主要沉積于咸水環(huán)境。由此看來，騰二段烴源巖沉積環(huán)境水體咸度最高，阿爾善組烴源巖次之，騰一段烴源巖水體咸度最低。

賽84井騰二段原油樣品Pr/Ph為0.59，Pr/nC17為0.41，Ph/nC18為0.73，表明來自還原環(huán)境。該原油樣品中幾乎不含有重排甾烷和孕甾烷系列，原油的成熟度較低，Ts/Tm為0.91，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)比值分別只有0.31和0.30，伽馬蠟烷指數(shù)為0.31，為半咸水環(huán)境的低熟原油。油源對(duì)比表明，賽84井騰二段原油與賽85x、賽83井騰二段泥巖沉積環(huán)境、成熟度不相符，而與賽85x井、賽83井騰一段烴源巖存在親緣關(guān)系(圖5和圖6)。

圖5 賽84井原油與賽83、賽85x井烴源巖飽和烴色譜和質(zhì)譜譜圖對(duì)比

圖6 賽84井原油與賽83、賽85x井烴源巖對(duì)比散點(diǎn)圖

賽27井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.34，Pr/nC17為0.34，Ph/nC18為0.76，表明來自強(qiáng)還原環(huán)境。油砂樣品中幾乎不含有重排甾烷和孕甾烷系列，Ts/Tm為1.08，甾烷異構(gòu)化參數(shù)C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(αα+ββ)值分別只有0.33和0.34，伽馬蠟烷指數(shù)為0.64。賽63井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.29，Pr/nC17為0.58，Ph/nC18較高為1.34，Ts/Tm為0.72，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分別只有0.27和0.29，伽馬蠟烷指數(shù)為1.34。因此，賽27井、賽63井騰二段油砂為強(qiáng)還原咸水環(huán)境的低熟原油。油源對(duì)比結(jié)果表明，其與賽12井騰二段烴源巖存在親緣性，而與賽97井烴源巖不相符(圖7和圖8)。

圖7 賽27、賽63井油砂與賽12、賽97井烴源巖飽和烴色譜和質(zhì)譜譜圖對(duì)比

圖8 賽27、賽63井油砂與賽12、賽97井烴源巖對(duì)比散點(diǎn)圖

賽56井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.45，Pr/nC17相對(duì)較低為0.29，Ph/nC18為0.57，表明來自強(qiáng)還原環(huán)境。該油砂樣品Ts/Tm為0.83，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分別只有0.40和0.38，反映原油成熟度為低熟，但接近成熟，其伽馬蠟烷指數(shù)為0.33。賽61井騰二段油砂樣品Pr/Ph為0.51，Pr/nC17為0.47，Ph/nC18較高為0.80，Ts/Tm為0.60，C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)值分別只有0.31和0.35，伽馬蠟烷指數(shù)為0.42。由此可見，賽56井、賽61井油砂為強(qiáng)還原咸水環(huán)境的低熟原油，與賽85x井騰一段烴源巖存在親緣性，而與賽85x井騰二段烴源巖不相符(圖9和圖10)。

圖9 賽56井油砂與賽85x井烴源巖飽和烴色譜和質(zhì)譜譜圖對(duì)比

圖10 賽56、賽61井油砂與賽85井烴源巖對(duì)比散點(diǎn)圖

結(jié)合地質(zhì)背景分析，賽漢塔拉凹陷騰二段低熟油的來源分為兩種情況:其一，來自下伏騰一段烴源巖，斷裂和不整合以及滲透性砂巖等構(gòu)成主要輸導(dǎo)體系；其二,來自淺埋未成熟—低成熟的騰二段暗色泥巖自生自儲(chǔ)。騰一段烴源巖由于處于水體咸化的還原環(huán)境，富含藻類等低等生源組分，易于在成熟階段早期生烴，生成的低熟油順著扎布斷層進(jìn)行垂向運(yùn)移，至騰二段儲(chǔ)集層中成藏。而且，賽漢塔拉凹陷早白堊世為溫暖濕潤氣候下的咸水—半咸水湖泊環(huán)境,有利于有機(jī)質(zhì)的富集和保存。同時(shí)，洼槽帶中心的部分騰二段下部烴源巖也已達(dá)到生烴門限，儲(chǔ)層具有較高的孔隙度和滲透率，且洼槽帶內(nèi)部的斷層不發(fā)育，形成自生自儲(chǔ)的騰二段低熟油藏。

4 結(jié) 論

(1)賽漢塔拉凹陷騰二段低熟油具有飽和烴含量相對(duì)較低、非烴和瀝青質(zhì)含量相對(duì)較高的族組成特征，正構(gòu)烷烴分布以前峰型為主，主峰碳為C21、C23，Pr/Ph為0.29～0.59，Pr/nC17為0.29～0.58，Ph/nC18為0.57～1.37，C29甾烷20S/(20S+20R)為 0.27～0.40、C29甾烷ββ/(αα+ββ)為0.29～0.39，伽馬蠟烷指數(shù)多為0.31～1.34，三環(huán)萜烷含量低，反映該低熟油生成于半咸水—咸水還原環(huán)境，生源以藻類輸入為主。

(2)油源對(duì)比研究表明，賽漢塔拉凹陷騰二段低熟油有兩種來源:一種是來自下伏騰一段烴源巖，在咸水環(huán)境成熟早期階段生烴，扎布斷層溝通油源；另一種是來自賽東洼槽低成熟的騰二段烴源巖自生自儲(chǔ)。