准噶尔盆地乌夏断裂带稠油类型及成因机理

李秀鹏，于洁

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；3.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266555）

准噶尔盆地乌夏断裂带稠油类型及成因机理

李秀鹏1，2，于洁3

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；3.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266555）

乌夏断裂带稠油主要分布在风城油田和乌尔禾油田北部，稠油的密度和黏度很高。其中：正异构烷烃和无环类异戊二烯烷烃基本完全降解；藿烷、规则甾烷和重排甾烷严重降解，部分被完全降解；部分样品25-降藿烷也被完全降解；稠油三环萜烷质量分数特别高，孕甾烷和升孕甾烷质量分数也较高。分析对比稠油生物降解特征，将乌夏断裂带稠油分为6种类型。风城油田西部和北部稠油生物降解程度在乌夏断裂带最高，乌夏断裂带西部和西北部稠油生物降解程度在乌夏断裂带相对较低，风城油田东部下乌尔禾组稠油生物降解程度最低。对乌夏断裂带稠油地化特征和区域构造特征分析认为，乌夏断裂带稠油的成因主要包括生物降解作用、水洗作用、氧化作用和扩散作用。

稠油；生物降解；生物标志化合物；成因机理；乌夏断裂带

20世纪30年代地质学家就证实油气藏中活跃微生物的存在，Roadifer指出世界上大部分原油是生物降解原油［1］。生物降解作用在地质历史上是持续发生的，油气在油气藏中会发生生物降解，微生物破坏烃类和其他组分，形成性质不同、密度较大的稠油［2］，从而影响了原油的生产和开发。国际能源机构统计全世界稠油及沥青储量约 9.6×1011m3［3］，是全世界常规原油和天然气储量总和的3倍，逐渐吸引了越来越多的关注。稠油是准噶尔盆地乌夏断裂带的一种重要资源，随着常规油气资源紧张，已逐渐引起广泛重视，王屿涛曾对准噶尔盆地西北缘稠油次生作用进行过分析［4-5］。笔者对乌夏断裂带稠油进行了较详细的地球化学研究，细致分析了稠油生物降解作用及不同降解程度稠油的分布，并建立了乌夏断裂带稠油生物降解模式，旨在为稠油勘探开发提供有利方向。

1 区域地质概况

乌夏断裂带位于准噶尔盆地西北缘北东部、哈拉阿拉特山前，是一个受多期构造叠加影响的断褶带，勘探面积约1 000 km2。在构造上，乌夏断裂带位于准噶尔盆地西部隆起东北部，西接黄羊泉断裂转换带，东临陆梁凸起，南面是玛湖凹陷，断裂非常发育，褶皱形态复杂［6］。乌夏断裂带上盘风城油田八道湾组和齐古组有大量的稠油油藏和沥青矿分布，稠油探明储量占乌夏断裂带石油探明储量的21%［7］。

2 乌夏断裂带稠油分类

2.1 分类标准

浅层油气藏中，各种烃类和其他化合物有规律的损耗，个别化合物中特殊异构体选择性的降解，以及酸类化合物的形成引起的油气组分变化，这些与地表油苗和实验室生物降解实验结果相似。这些变化与水洗作用、运移分馏作用等物理过程引起的油气性质变化截然不同，油气组分的变化说明油气在自然条件下发生了生物降解作用［8-10］。生物降解作用对原油物性影响明显，正构烷烃的优先降解与异构烷烃相对质量分数的提高可以导致凝固点和蜡质量分数的降低，而低密度饱和烃的优先降解可以增加原油的密度。乌夏断裂带稠油密度和黏度都非常高，密度为0.916 3～0.977 9 g/cm3，平均 0.948 4 g/cm3；黏度为 700.00～7 491.70 mPa·s，平均2 981.34 mPa·s；蜡质量分数低于3.50%，平均1.91%；平均凝固点为12.5℃。对乌夏断裂带稠油主要选用饱和烃、萜烷、甾烷及25-降藿烷等生物标志化合物特征进行分类。

2.1.1 饱和烃特征

原油C6＋在生物降解过程中发生的氧化作用可以降低饱和烃类组分质量分数［10］，乌夏断裂带正构烷烃降解较严重，大部分正构烷烃被降解。γ和β胡萝卜烷比类异戊二烯烷烃更稳定［11］，但在乌夏断裂带生物稠油中也消耗殆尽，可以说明生物降解作用在乌夏断裂带浅层非常强烈。烷基环己烷和甲基烷基环己烷在乌夏断裂带稠油中也已不存在（见图1）。

图1 乌夏断裂带稠油全烃气相色谱

2.1.2 萜烷特征

萜烷是抗生物降解能力较强的一类生物标志物，尤以三环萜烷和伽马蜡烷抗生物降解能力最强［12-15］。乌夏断裂带稠油三环萜烷系列化合物保存相对较好，藿烷系列化合物发生了不同程度的降解。重26井下乌尔禾组稠油在乌夏断裂带稠油中藿烷降解最弱（见图2a），三环萜烷、C29藿烷、C30藿烷和伽马蜡烷保存较好。其他油藏的稠油，如重14井八道湾组、重30井齐古组和重15井齐古组稠油藿烷系列化合物均遭到强烈的生物降解（见图2b，2c，2d），重3井齐古组和重25井齐古组等稠油藿烷已基本被降解（见图2e，2f）。

2.1.3 甾烷特征

孕甾烷和升孕甾烷的抗降解能力比规则甾烷和重排甾烷强［14］，发生生物降解的稠油中，孕甾烷和升孕甾烷的质量分数比规则甾烷和重排甾烷高（见图2）。乌夏断裂带重26井齐古组等稠油规则甾烷和重排甾烷降解最弱（见图2a）；重14井八道湾组、重15井齐古组和重3井齐古组稠油规则甾烷和重排甾烷则遭受较严重的生物降解（见图2b，2d，2e）；重30井齐古组稠油规则甾烷和重排甾烷发生了严重的生物降解（见图2c），重25井齐古组等稠油孕甾烷和升孕甾烷也发生了严重的生物降解（见图2f）。

2.1.4 25-降藿烷系列化合物特征

25-降藿烷系列化合物的成因一直有争议［12］，至今还没有发现能够合成25-降藿烷系列化合物及其前驱物的微生物。Volkman等发现生物降解原油中的25-降藿烷质量分数与未受生物降解作用原油中的相当，可认为25-降藿烷是藿烷发生生物降解的产物（见图3）［15］。

图2 乌夏断裂带生物降解稠油m/z191和m/z217萜烷质量色谱

图3 乌夏断裂带稠油m／z177 25-降藿烷质量色谱

2.2 稠油类型

Wenger等［16］将藿烷和甾烷发生降解的原油定为超重度生物降解原油，乌夏断裂带稠油饱和烃基本被降解，只有部分痕量保留，烷基环己烷也完全降解，甾烷和藿烷都发生了降解，部分被严重降解，因此乌夏断裂带稠油属于超重度生物降解油。

Peters等［17］对生物降解程度进行过详细分类（见图4），按照此标准，将乌夏断裂带稠油生物降解程度细分为6级，依此将乌夏断裂带稠油分为6种类型。

2.2.1 Ⅰ类

此类原油以重26井下乌尔禾组稠油为代表，全烃色谱图中正异构烷烃被全部降解（见图1a），烷基环己烷被全部降解，藿烷和甾烷发生部分降解（见图2a），三环萜烷质量分数小于45%，孕甾烷质量分数小于10%，25-降藿烷系列化合物发育较完整（见图3a），生物降解程度为5级，主要分布于风城油田靠近断裂带的东部。

2.2.2 Ⅱ类

此类原油以重14井八道湾组稠油为代表，正异构烷烃也被全部降解，在全烃色谱图中检测不出（见图1b），藿烷和甾烷发生较严重降解，但其C29和C30藿烷还保存较好（见图2b），三环萜烷质量分数为 45%～70%，孕甾烷质量分数为15%～25%，25-降藿烷系列化合物发育较完整（见图3b），生物降解程度为6级，主要位于乌夏断裂带的西部。

2.2.3 Ⅲ类

此类原油以重30井齐古组稠油为代表，全烃色谱图中正构、异构烷烃全部被降解（见图1c），藿烷、规则甾烷和重排甾烷降解都很严重（见图2c），三环萜烷质量分数大于80%，孕甾烷质量分数为35%～40%，25-降藿烷系列化合物发育较完整（见图3c），生物降解程度定为7级（见图4），主要位于乌夏断裂带的西北部。

图4 原油生物降解程度分级

2.2.4 Ⅳ类

此类原油以重15井齐古组稠油为代表，正构、异构烷烃基本全部降解（见图1d），藿烷、规则甾烷和重排甾烷严重降解（见图2d），三环萜烷质量分数为75%～90%，孕甾烷质量分数为15%～25%，25-降藿烷系列化合物损失殆尽（见图3d），生物降解程度定为8级，主要分布在断裂带上盘风城油田靠近断裂带的区域及风城油田东北部。

2.2.5 Ⅴ类

此类原油以重3井齐古组稠油为代表，原油正异构烷烃基本全部降解，有痕量残留（见图1e），藿烷基本完全降解，规则甾烷和重排甾烷发生严重降解（见图2e），三环萜烷质量分数大于90%，孕甾烷质量分数为30%～70%，25-降藿烷被完全降解（见图3e），生物降解程度定为9级，主要位于断裂带上盘风城油田靠近乌尔禾油田的中间区域。

2.2.6 Ⅵ类

此类原油以重25井齐古组稠油为代表，正异构烷烃基本全部降解，部分痕量保留（见图1f），藿烷、规则甾烷和重排甾烷都已经降解殆尽，孕甾烷也发生严重降解（见图2f），25-降藿烷系列化合物也被全部降解（见图3f），三环萜烷质量分数大于95%，生物降解程度为10级，主要位于乌夏断裂带最北部油藏埋藏最浅的部位，并在断裂带附近有零星分布。

通过上述分析，乌夏断裂带上盘稠油整体生物降解程度较高，其西部和西北部稠油生物降解程度在乌夏断裂带较低，主要分布Ⅱ和Ⅲ类稠油。风城油田稠油生物降解程度普遍较高，生物降解油在风城油田西部和北部生物降解程度最高，主要分布Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ类稠油。Ⅰ类稠油主要分布在风城油田东部浅层下乌尔禾组，生物降解程度最低。明确乌夏断裂带稠油生物降解程度的分布规律，对下一步稠油勘探开发可以起到一定的指导作用。

3 稠油成因

3.1 生物降解作用

原油发生稠化的各种因素中，生物降解作用被认为是最主要的因素。据前所述，乌夏断裂带稠油发生过强烈的生物降解作用，饱和烃和烷基环己烷被降解，甾烷和藿烷也都发生了降解，部分被严重降解，因此，生物降解作用是原油发生蚀变的主要原因。

3.2 水洗作用

在地下温度大于80℃时，原油的生物降解作用受到抑制［18］，水洗作用成为影响原油成分的主要因素。乌夏断裂带水洗作用明显存在，侏罗系稠油分布特征与地层水分布范围有密切关系，原油密度最高的地带和地层水富集带吻合，这说明地层水对原油进行了冲刷、溶解，进而加剧了蚀变作用强度。参照风城油田稠油油层水分析资料，认为齐古组稠油可能是遭水洗作用较明显的层系，风城油田重29井和重14井侏罗系八道湾组油藏断层成为地表水下渗的通道，从而引起原油的水洗作用而发生稠变，使原油密度加大。

3.3 氧化作用

原油氧化作用是热催化作用的逆过程，它是由于储层上升、圈闭开启和地下水沟通等因素引起的［19］。断裂带稠油红外光谱中1 710 cm-1吸收峰有显著吸收，这些吸收峰主要为羧基和羟基的伸缩振动，可以看出稠油中和极性物中存在羧酸类或酚类，这充分说明氧化作用的存在。

3.4 扩散作用

扩散作用是分子发生挥发和逸散的物理作用。乌夏断裂带特别是风城地区发育大量沥青脉，王屿涛认为风城沥青脉遭受生物降解作用并不强烈［4］。当原油沿开启的断裂向上发生大规模运移时，烃类会发生逸散和挥发，从而形成沥青脉。

4 结论

1）根据稠油的饱和烃、甾烷、藿烷和25-降藿烷系列化合物的降解程度及三环萜烷和孕甾烷质量分数，将乌夏断裂带稠油细分为6种类型。

2）乌夏断裂带西部和西北部稠油生物降解程度相对较低，风城油田稠油生物降解程度普遍较高，风城油田西部和北部生物降解程度最高。Ⅰ类稠油主要分布在风城油田东部浅层下乌尔禾组，其生物降解程度在乌夏断裂带最低。

3）乌夏断裂带稠油地化特征和构造沉积等特征分析认为，生物降解作用、水洗作用、氧化作用和扩散作用是乌夏断裂带稠油的主要成因。

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（编辑杨会朋）

Classification and genetic mechanism of heavy oil in Wuerhe-Xiazijie fault belt, Junggar Basin

Li Xiupeng1，2,Yu Jie3
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Production,SINOPEC,Beijing 100083,China;2.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.College of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China)

Heavy oil is mainly distributed in Fengcheng Oilfield and in the northern part of Wuerhe Oilfield in Wuerhe-Xiazijie fault belt.Density and viscosity of heavy oil are high.Normal isoalkanes and acyclic isoprenoid alkanes have been mostly degraded totally. Hopanes,regular steranes and diasteranes have been seriously degraded,in which some have been completely degraded.25-norhopanes are totally degraded in some samples.Content of tricyclic terpanes is extremely high and the content of pregnanes is high in heavy oil.In terms of the biodegradation characteristics,the heavy oil can be classified into six types in Wuerhe-Xiazijie fault belt, Junggar Basin.The biodegradation degree of heavy oil is the highest in the western area and in the northern area of Fengcheng Oilfield in Wuerhe-Xiazijie fault belt.The biodegradation degree of heavy oil is relatively low in the western area and in the northwestern area of Wuerhe-Xiazijie fault belt.The biodegradation degree of heavy oil is the lowest in Lower Wuerhe Formation in the eastern part of Fengcheng Oilfield.Through the analysis of geochemical characteristics and regional structural characteristics of heavy oil,it is believed that the genesis of heavy oil mainly includes biodegradation,water washing,oxidation and diffusion in Wuerhe-Xiazijie fault belt,Junggar Basin.

heavy oil;biodegradation;biomarker;genetic mechanism;Wuerhe-Xiazijie fault belt

TE122.1+11

：A

1005-8907（2012）02-0182-05

2011-09-01；改回日期：2012-01-13。

李秀鹏，男，1983年生，博士，现从事油气藏描述与储层预测研究。E-mail：xiupgli@gmail.com。

李秀鹏，于洁.准噶尔盆地乌夏断裂带稠油类型及成因机理［J］.断块油气田，2012，19（2）：182-186. Li Xiupeng，Yu Jie.Classification and genetic mechanism of heavy oil in Wuerhe-Xiazijie fault belt，Junggar Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（2）：182-186.