鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组原油地球化学特征与油源探讨

白玉彬，高振东，李忠锋，张志升，朱 杰，郑 卉

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，西安 710065;2.延长油田股份有限公司，陕西延安 716000)

杏子川油田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡中部，主力勘探开发区位于安塞县以北，南部与长庆安塞油田毗邻，勘探开发面积约1 000 km2(图1)，主力产油层为长6油层组，其次为长2油层组。近年来，研究区延长组深部石油勘探获得突破，发现长9和长10油藏，但对其石油的来源以及延长组深层是否发育有效烃源岩问题没有开展过研究。长期以来一直认为该区不存在有效烃源岩[1－3］，发现的延长组油藏为湖盆中部长7烃源岩生成的油气长距离侧向运移的结果[4－6］，油源认识不清制约了该区下一步勘探。因此，笔者首先描述延长组原油地球化学特征，并将其与研究区长7和长9暗色泥岩的地球化学特征进行对比，然后综合地质分析成果，研究延长组石油来源。本次分析测试除原油物性数据外的其他原油和烃源岩地球化学数据均由长江大学地球化学系油气地球化学重点实验室测试完成。

图1 鄂尔多斯盆地杏子川油田地理位置及样品分布Fig.1 Location of Xingzichuan Oilfield and distribution of samples in Ordos Basin

1 原油物性与族组成特征

研究区延长组不同层位原油物理性质具有显著的差别。长4+5、长6原油颜色为深褐色，长9原油为黄绿色，长10原油为浅黄绿色。长4+5、长6、长9和长10的原油平均密度分别为0.842，0.854，0.835，0.817 g/cm3，均表现为轻质原油特征，且随着埋藏深度增加原油密度变小。长4+5、长6、长9和长10的原油平均动力粘度分别为7.14，6.25，5.95，3.03 mPa·s，与原油密度变化趋势一致。总体上，长4+5和长6原油物理性质接近，与长9和长10原油具有较大的差别，长9和长10原油自身物理性质也具有一定的差异。

不同类型油源岩生成的石油具有不同的族组成，石油的族组成与母质成因有关[7－8］。杏子川油田延长组原油具有饱和烃含量最高、芳烃含量次之、非烃含量分布较宽、沥青质含量最低的特征(表1)。饱/芳值均较高，分布在 3.5 ～15.0，平均值为6.5，反映有机质类型好，成熟度高(表1)。长4+5和长6原油性质较为接近，而与长9和长10原油差别明显。由原油族组成特征分析认为，延长组原油可能具有不同的物质来源，并显示出油气在运移过程中具有分馏效应。

表1 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组原油族组分数据Table 1 Group composition data of crude oil of Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

2 原油地球化学特征

2.1 链烷烃特征

杏子川油田延长组原油Pr/Ph值除星28井长9原油为2.02外(可能和成熟度较高有关)，其余井分布在1.03～1.06之间(表2)，以姥鲛烷略占优势为特征，反映生油母质处于还原的淡水—微咸水环境[8］。nC21－/nC22+为 0.88 ～ 1.04;(nC21+nC22)/(nC28+nC29)为1.38 ～1.69，轻/重比值表明长4+5 和长6 原油性质一致，而长9和长10原油具有明显差异。原油中Pr/nC17和Ph/nC18值常用来研究母质类型、形成环境和成熟度[9］，延长组原油Pr/nC17和Ph/nC18值均较低，分别为0.20 ～0.36 和0.13 ～0.33，比值分布在一个较窄的范围内，但长4+5、长6原油与长9、长10原油具有明显的差别，这反映它们可能具有不同的生物来源和成熟度差异。长4+5、长6、长9和长10原油饱和烃色谱均呈单峰正态分布，峰型完整，主峰碳均为C21，说明有机质母质类型以低等水生生物为主(图2)。CPI和OEP值均略大于1，说明原油均处于成熟演化阶段，但长4+5和长6原油大于长9和长10原油，说明长9和长10原油成熟度高于长4+5和长6原油(表2)。

2.2 萜烷类化合物特征

杏子川油田长4+5、长6、长9和10原油各类五环三萜烷含量较高，以C30藿烷和C29降藿烷峰型最为突出，其次含有较多的C27－三降藿烷，伽马蜡烷含量总体较低，长9、长10原油伽马蜡烷含量高于长4+5和长6原油(图3，表3)。长4+5、长6原油中三环萜烷含量很少，而长9和长10中含量很高;长4+5、长6 原油的Ts/Tm 分布于0.41 ～0.42，平均为0.418，说明原油成熟度很低;星28井长9原油Ts/Tm为2.58，杏6009井长10原油Ts/Tm高达4.19，说明长9、长10原油成熟度很高。C31升藿烷22S/(22R+22S)异构化参数主要用来研究生油早期的成熟度，其平衡值为 0.57 ～0.62[10］。研究区长4+5和长6原油该值平均为0.57，说明其为成熟原油;长9和长10原油该值低于平衡点，说明其与长4+5和长6原油可能具有不同的物质来源。

2.3 甾烷类化合物特征

研究表明，有机质在地质演化过程中随成熟度的增加，甾烷和萜烷由生物构型(R构型)向地质构型(S构型)转化[8］。常用来反映有机质热成熟度的甾烷异构化参数主要有αααC2920S/(20S+20R)、C29ββ/(ββ + αα)等。αααC2920S/(20S+20R)和 C29ββ/(ββ+αα)随成熟度增加均增大，其平衡值分别为0.52 ～0.55 和0.67 ～0.71[11］，并具有以下关系:未熟油，αααC2920S/(20S+20R)＜ 0.20，C29ββ/(ββ +αα)＜0.25;低熟油，αααC2920S/(20S+20R)在0.20 ～0.35，C29ββ/(ββ +αα)在0.25 ～0.42;成熟油，αααC2920S/(20S+20R)在0.35 ～0.50，C29ββ/(ββ + αα)＞0.42[12－13］。延长组长4+5、长6、长9和长10原油αααC2920S/(20S+20R)为0.52 ～0.59，该值已超过平衡点，失去成熟度指示意义。C29ββ/(ββ +αα)为0.53 ～0.61，指示成熟原油特征，但长4+5和长6原油成熟度明显低于长9和长10原油(表3)。

表2 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组原油全烃气相色谱数据Table 2 Gas chromatography data of crude oil in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

图2 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组长4+5—长10原油饱和烃气相色谱特征Fig.2 Gas chromatograms of alkanes in Chang4+5 － Chang10 oils of Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

图3 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组原油m/z191和m/z217质量色谱特征Fig.3 Mass chromatograms of m/z 191 and m/z 217 of crude oils in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

表3 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组原油地球化学参数Table 3 Geochemical parameters of crude oils in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

延长组长4+5、长6原油规则甾烷相对含量差异较大，总体上以C28和C29占优势为特征，C27含量相对较少，其形态呈偏V字形，反映了原油主要为低等生物和高等植物共同贡献;长9原油规则甾烷呈反L字形分布，以C28和C29甾烷占绝对优势为特征;长10原油规则甾烷基本呈V字形分布，反映原油母质主要以低等水生生物为主，以及少部分高等植物的混合成因(图3)。长9和长10原油规则甾烷差异主要与生油母质沉积环境有关。孕甾烷和升孕甾烷含量随原油成熟度增加而增大[14］，长4+5和长6原油孕甾烷和升孕甾烷含量较低，说明原油成熟度较低;长9和长10原油孕甾烷和升孕甾烷含量较高，反映原油成熟度较高。

3 油源对比

3.1 地质综合分析

杏子川油田长7烃源岩(张家滩页岩)厚度分布在3.0 ～10.5 m 之间，平均厚度为 5.3 m，具备为长6和长4+5油藏提供油源的物质基础。地质分析认为，长7烃源岩并非是本区长9、长10油藏油源，主要是因为:长7烃源岩距离长91顶部地层平均厚度为104 m，砂岩/地层厚度平均为0.43，单层砂体厚度最大约10 m，主要是以薄层的砂岩与泥岩频繁互层为特征;本区不存在断层和垂向长裂缝，油气向下长距离运移没有通道;在录井过程中，长73和长81砂组未发现任何油气显示，说明没有油气运移发生;由于烃源岩厚度较小，油气排烃动力较弱，向下运移要克服毛细管力和浮力作用，不具备向下长距离运移条件。

杏子川油田长9油层组顶部的李家畔页岩较发育，一般具有3～4套有效烃源岩，单层厚度较小(0.9 ～6.8 m，平均为2.4 m)，累计厚度较大(1.9 ～13.9 m，平均为8.6 m)。目前发现的长9油藏主要分布在长91多套烃源岩之间的砂岩体中，互层式生储盖组合有利于烃源岩的排烃，长92砂层组钻井、录井和测井解释均未发现油层(图4a)。杏6009井长10原油取自杏子川油田南部的楼坪区，距离北部长9油藏分布地区直线距离约65 km，在8口长101试油井中，仅1口产出工业油流，2口低产油流井，2口井产油花，3口井产纯水。楼坪区长9主要发育一套烃源岩(李家畔)，电性特征明显，厚度分布在15～25 m。李家畔页岩与长101储层垂向距离约100 m，且以厚层泥岩夹薄层砂岩为主，结合区域地质背景初步分析认为，长10油藏原油可能为长92底部有效烃源岩贡献，李家畔页岩生成的油气不具备向长10储层运移的源储条件(图4b)。

3.2 生物标志化合物对比

图4 鄂尔多斯盆地杏子川油田长9和长10油藏柱状图Fig.4 Histogram of Chang 9 and Chang 10 reservoirs in Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

图5 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组原油和烃源岩规则甾烷含量对比Fig.5 Regular steranes comparison of crude oil and source rock in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

油气运移贯穿于烃类生成的全过程，不同阶段生成的油气具有不同的成熟度，由此导致油藏内的原油与某一地质时期烃源岩生成的烃类在组成上并不完全一致[15］。Mackenzie 等[16］认为聚集成藏的油气是不同成熟度有机流体的混合物。正相关不是样品有成因联系的必要证据，因为不同烃源岩可以表现出相似的地球化学特征;而负相关却是样品之间没有成因联系的有效证据[17］。

杏子川油田延长组长4+5和长6原油C27－C28－C29规则甾烷含量非常接近，暗示长4+5和长6原油具有相同的母源属性;其与长9、长10原油相比具有明显的区别，说明长4+5、长6原油与长9、长10原油具有不同的成因。长9、长10原油规则甾烷C28含量比较接近，而C27含量长9原油小于长10原油，C29含量长9原油大于长10原油，暗示其可能具有不同的母质来源(表3，图5)。长7烃源岩(张家滩页岩)与长4+5和长6原油C27－C28－C29规则甾烷含量接近，而与长9、长10原油具有明显的差别，说明长4+5、长6原油主要来源于长7烃源岩贡献，长9、长10原油与长7烃源岩没有亲缘关系。长9烃源岩(李家畔页岩)与长9原油具有很好的亲缘性，说明长9原油主要来源于本区长9烃源岩的贡献。长10原油与长9烃源岩可比性较差，主要原因是长10原油取自杏子川油田南部地区，距离长9烃源岩取样地区直线距离约65 km，而该油田未取到长9有效烃源岩之故。

图6 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组Ts/Tm与 αααC2920S/(20S+20R)对比关系Fig.6 Correlation of Ts/Tm and αααC2920S/(20S+20R)in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

图7 鄂尔多斯盆地杏子川油田延长组C29ββ/(ββ+αα)与 αααC2920S/(20S+20R)对比关系Fig.7 Correlation of C29ββ/(ββ + αα)and αααC2920S/(20S+20R)in Yanchang Formation，Xingzichuan Oilfield，Ordos Basin

在Ts/Tm与αααC2920S/(20S+20R)的交汇图上(图6)，长4+5、长6原油与长7烃源岩分布位置较一致。长9烃源岩Ts/Tm值变化较大，分布于3.08～11.07之间，其高值样品与热演化程度无关，可能主要与岩性和沉积环境有关，因为Ts/Tm高值者其样品均含有粉砂岩，样品颜色为深灰色。Ts/Tm值主要分布区域(生油主要贡献者)与长9和长10原油位置接近，具有亲缘属性。在C29ββ/(ββ+αα)与 αααC2920S/(20S+20R)的交汇图上(图7)，长7源岩与长4+5、长6原油分布区域一致;长9源岩与长9、长10原油分布区域一致。

4 结论

1)杏子川油田延长组原油物理性质和族组成特征具有明显的区别:总体上，随着含油层位埋藏深度增加，长4+5、长6、长9和长10原油密度和粘度逐渐减小，均属轻质原油;族组成中烃类含量长10＜长4+5＜长6＜长9，沥青质含量长4+5、长6最高且比较接近，长9次之，长10最低。

2)杏子川油田延长组原油均为成熟原油;长4+5、长6原油地化特征一致，反映具有相同的母源属性;长9和长10原油地化特征与长4+5、长6具有显著的差异，反映具有不同的母源属性;长9和长10原油地化特征亦反映其可能具有不同的成因。

3)杏子川油田延长组长4+5、长6油藏原油主要为本地长7烃源岩贡献;长9油藏原油主要为本地长9顶部李家畔页岩贡献;长10油藏原油可能为长9底部烃源岩向下运聚的结果，尚需做进一步的研究。

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