中东鲁卜哈里盆地古生界储层沥青特征及成因分析

姜辉，樊生利，刘志强，吕雪雁，周瑾

（1.中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京100029；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）

中东鲁卜哈里盆地古生界储层沥青特征及成因分析

姜辉1，樊生利1，刘志强2，吕雪雁2，周瑾2

（1.中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京100029；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）

沥青是原油发生后生变异的产物。鲁卜哈里盆地古生界两大主要储层石炭—二叠系Unayzah组沥青和奥陶系Sarah组沥青在光学薄片、饱和烃气相色谱、生物标志化合物等手段鉴定下，证实其热演化成因主要为热裂解成因的焦沥青、微量碳沥青，母源为中低等海相浮游藻类。奥陶系储层沥青未遭受氧化及生物降解，为古油藏原油热裂解产物，高热演化参数表明其成藏模式可能以裂解气藏为主；石炭—二叠系储层沥青荧光及生物标志化合物则暗示其具有多期成藏的特征。

沥青；特征及成因；古生界；鲁卜哈里盆地

沥青是一种结构复杂的重质碳氢化合物和含少量微量元素（金属和非金属元素）的碳氢衍生物所组成的化合物，具有多种成因机制。随着有机地球化学分析测试技术的进步，人们发现沥青所包含的地质信息越来越丰富，特别是储层中含有的沥青，其形成、演化与油气藏的演化历史息息相关[1-2]。随着与储层沥青伴生的天然气藏的大量发现，富有机质烃源岩中的沥青常被用来重构盆地的热史[3]。本文结合前人研究成果[4-7]，总结了中东地区鲁卜哈里盆地古生界储层沥青特征以及与油气聚集的关系，从而为认识油气成藏富集规律并指导该领域油气勘探部署具有一定的实践意义。

1 研究区沥青分布规律

中东鲁卜哈里盆地位于阿拉伯板块中南部陆上和部分海域，地域上包括阿拉伯半岛上多个国家。研究区位于沙特境内，构造上处于鲁卜哈里盆地的中—西部，跨越西鲁卜哈里次盆和中央隆起带两个构造单元，面积约38800km2。盆地古生界碎屑岩油气储层主要为石炭—二叠系Unayzah组和奥陶系Sarah组，总体为低孔低渗储层（孔隙度4%～10%，渗透率（0.01～1）×10-3μm2）。其中，Sarah组主要为一套晚奥陶世受冰川影响的辫状河—三角洲沉积；Unayzah组主要为季节性河流及干盐湖、风成砂沉积。

古生界岩心证实，盆地古生界主要目的层中发育沥青砂岩。沥青的分布呈条带状，沿油气主要运聚路径呈不规则放射状延伸，主要集中在中部坳陷、MUKASSIR斜坡和HADIDAH隆起处等地。奥陶系古油藏在裂解成气过程中随着天然气向古构造上倾方向聚集，构造顶端有部分保存孔隙从而形成次生气藏；而边部则由于沥青沉淀堵塞孔隙往往形成沥青沉淀带[8]。该沥青沉淀带（主要是热演化成因的焦沥青）使油的裂解气和已经裂解的干酪根裂解气聚集于古油藏顶部；而在沥青沉淀带形成之后产生的干酪根裂解气则不能越过该沉淀带，只能在该带以下部位聚集。垂向上沥青砂岩在主要储层段均有发现，但沥青的存在使储层不均一性更加复杂。Un⁃ayzah组储层沥青砂岩在4 087.7～4 623.5 m间均有分布，纵向跨度大，但厚度仅为2.3～5.2 m，反映出季节性河道间歇性发育以及频繁改道造成了油气充注的多期性；Sarah组储层沥青砂岩集中在5 463.8～5 474.1 m，厚度0.6～7.0 m，辫状河—三角洲前积作用下发育的受冰川冻水影响的砂体非均质性可能间接影响了该层系的油气捕获与聚集。

2 储层沥青特征

2.1 岩心观测

研究区的沥青砂岩呈灰黑色或黑色，在砂层中的分布不均匀，以顺层状、斑块状、尖灭状或侵染状分布（表1）。顺层状或尖灭状分布的沥青砂岩存在于石炭—二叠系Unayzah组储层，黑色沥青砂岩和灰白色砂岩平行状或波状互层，或黑色沥青沿交错层理分布，表明当时水动力条件相对较弱但水体规律性动荡；斑块状或侵染状分布的沥青砂岩富集于奥陶系Sarah组储层，膏质胶结的白色虫孔与沥青侵染的黑色砂岩显示出砂岩物性的强非均质性。

表1 古生界储层沥青岩心Table 1 Reservoir cores with bitumen in Palaeozoic

2.2 镜下微观特征

岩心薄片和荧光薄片表明，储层砂岩中沥青或以纯沥青形式存在于石英颗粒次生加大后的残余原生孔中，或者部分、甚至完全取代黏土杂基，以侵染状侵入到黏土杂基中，与黏土矿物混合交织在一起，构成沥青—黏土基质（图1A）。岩心孔隙没有完全充填沥青，留有部分粒间溶蚀孔，表明溶蚀作用发生在沥青充填之后。此外，黏土矿物多吸附沥青质（大部分为焦沥青，微量碳沥青），在偏光显微镜下为黑色或褐色，充填在粒间孔隙中，荧光照射下不发光；而黑色或褐色沥青充填的孔隙周围颗粒边缘可见亮黄色荧光，为轻质油的荧光特性（图1B），进一步阐释了古油藏热演化的期次可能具有阶段性的特征。

图1 A沥青砂岩铸体薄片（Sarah组）Fig.1 ACasting thin slices of sandstones with bitumen in Sarah formation

图1 B沥青砂岩偏光及荧光薄片（Unayzah组）Fig.1 BPolarized light and fluorescent light thin slices of sandstones with bitumen in Unayzah formation

2.3 地球化学显示

2.3.1 沥青砂岩抽提物族组分

石炭系Unayzah组沥青砂岩氯仿抽提物平均含量为1 084.5 mg/L；奥陶系Sarah组平均仅为62.1 mg/L，推测其可能与岩心暴露时间长、轻组分散失有关。但沥青砂岩中的饱和烃与芳烃含量比值高，达9～10，说明可溶烃中含大量脂肪烃，其来源多为低等生源。

2.3.2 饱和烃气相色谱

Unayzah组和Sarah组沥青砂岩抽提物中原油正构烷烃碳数分布宽，碳数分布范围C12—C38，主峰碳数C15—C18（表2），以中等和低等分子量烃类为主，反映出生源主要为海相母质浮游藻类。色谱图基线平缓（图2），未见明显鼓包，基本形态为前平单峰，表明极性组分含量低，为非生物降解和非氧化破坏成因。

正构烷烃轻质组分远高于重质组分，即∑C21-/∑C22+均大于2；且姥鲛烷与植烃比值即Pr/Ph，Sarah组为0.501（＜0.6），Unayzah组为1.63（＜3），表明沥青砂岩抽提物中含大量低碳数脂肪酸，其母质沉积环境为还原—弱还原环境，最有可能为滨浅海沉积；同时反映出两组样品特别是奥陶系沥青砂岩未经历生物明显降解作用。正构烷烃奇偶优势（OEP）中Un⁃ayzah组样品Y-1处于区间1.0～1.2（低成熟），Sarah组样品Y-2＜1.0（成熟—高成熟），说明沥青的热演化程度普遍较高，为热裂解成因的产物。

表2 沥青砂岩抽提物饱和烃气相色谱Table 2 GC MS of extraction from sandstones with bitumen

图2 沥青砂岩抽提物饱和烃气相色谱图Fig.2 GC MS of extraction from sandstones with bitumen

2.3.3 生物标志化合物

样品成熟演化程度高（沥青反射率为2.49%～2.66%），热裂解作用已使许多分子或分子集团结构改变了，在一定程度上失去了直接进行油气源对比的意义，但据生物标志化合物分析（表3）：其一，γ-蜡烷（三萜烷标志物）与C30藿烷比值为0.16～0.18以及C30藿烷/C30莫烷比值为6.135～6.189，说明水体具有一定咸度，母质以咸水低等生物为母源；其二，反映成熟度特征的参数C29甾烷20S/20(S+R)比值为0.5，Ts/Tm比值为0.91～0.97，均表明石炭—二叠系和奥陶系烃类化合物来源于成熟烃源岩，具有大体相似的热演化程度，且后者热演化程度更高。

3 沥青成因及对油气成藏的影响

按成因机制可将沥青分成三大类（邱蕴玉，1990；胡守志，2007；陈世加，2010等）：热演化成因（焦沥青、碳沥青），冷变质氧化成因（软沥青、地沥青、石沥青）和物理分异成因（脱沥质作用沉淀沥青）。热演化成因沥青受高温高压影响常呈边缘较清晰的多角状且反射率远超其它两种非热成因沥青，分子结构以高碳直链为特征；冷变质氧化成因和物理分异成因沥青形态不规则，呈分散粒状，常为氧化、生物降解、水洗作用和脱沥青作用所形成，成熟度和反射率较低，分子结构以加氧、脱氢、多环为特征[9-14]。鲁卜哈里盆地古生界储层中普遍存在焦沥青的事实证实本区油气已发育成熟并曾在地质历史时期发生过大规模运聚成藏，且沥青含量高的构造部位也是储层孔隙主要发育层段。在烃源充足的条件下，储层孔隙空间越大所储集的液态烃类的规模就越大，液态烃类经热裂解之后残留的储层沥青含量就可能越高。

奥陶系Sarah组砂岩抽提物的正构烷烃、甾烷类生物标志物分布均正常，未遭受氧化降解影响，是古油藏原油热裂解的中间性产物（在古油藏中检测出金刚烷），沥青反射率为2.49%～2.66%，荧光照射下沥青不发光，表明奥陶系储层沥青演化程度很高，达到过成熟阶段，为典型热演化成因。储层砂岩经过冰川浅海海浪强水动力作用的持续淘洗改造，黏土杂基含量逐渐减少，分选逐渐变好，使得砂岩总体被改造为优质储层的可能性增加。少量杂基的存在可作为催化剂促使压溶作用的发生[15-16]，在局部区域形成较大的次生孔隙（孔隙度12%～15%），同时微小喉道发生破碎联通，诱使储层中发育并形成“甜点”，在铸体薄片可见未被沥青充填的溶蚀孔隙（图3）。但是当沥青占据大部分孔隙时，晚期生成的油气分子将难以进入该储集空间，沥青的存在及其含量成为阻止油气运聚的负面因素。

石炭—二叠系Unayzah组沥青砂岩样品在荧光照射下沥青部分不发荧光，部分发褐色或黄色荧光以及生物标志化合物特征参数推测该沥青演化变质程度不同，同为热演化成因但并非一期形成。此外，岩样中既有沥青分布于孔隙中央和周缘，也存在孔隙周缘未被沥青充填的现象，即为孔隙多次溶蚀、烃类多次充注的结果。这些证据都暗示了该区储层可能具有多期成藏的特征，结合构造、沉积特别是含沥青的流体包裹体测温资料（均一温度137.7℃和157.3℃），判断该层系至少经历了早白垩世和古近纪早期两期成藏。

表3 生物标志物对比Table 3 Biomarker comparison

图3 奥陶系储层中未被沥青充填的溶蚀孔隙（蓝色为溶蚀孔，黑色为焦沥青）Fig.3 Dissolution pores without being filled by bitumen in Ordovician system (blue is emposieu and black is pyrobitumen)

4 结论

鲁卜哈里盆地古生界主要储层石炭—二叠系Unayzah组和奥陶系Sarah组沥青砂岩沿油气主要运聚路径呈不规则放射状分布，不同构造部位由于沥青沉淀带的存在造成次生气藏差异化聚集。

多种地化指标证实储层沥青主要为热裂解成因的焦沥青。奥陶系储层沥青未遭受氧化及生物降解，为古油藏原油热裂解产物；石炭—二叠系储层沥青热演化程度相似，但具有多期性。

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（编辑：严骏）

Analysis of bitumen characteristics and geneses of Palaeozoic reservoir in the Middle East Rub’al Khali basin

Jiang Hui1,Fan Shengli1,Liu Zhiqiang2,Lyu Xueyan2and Zhou Jin2
(1.Sinopec International Exploration and Production Corporation,Beijing 100029,China;2.Sinopec Research Institute of Exploration and Production,Beijing 100083,China)

Bitumen is the product of hysterogenetic changes from crude oil.In Carboniferous Permian Unayzah formation and Ordo⁃vician Sarah formation of Palaeozoic reservoir in Rub'al Khali basin,through identification methods of optical thin slice,GC MS and biomarker,the bitumen thermal evolution geneses were verified to be pyrobitumen and micro-anthraxolite,which were formed by thermal evolution,furthermore,mother materials of these bitumens were low-to-moderate marine planktonic algae.Not suffered from oxygenation and biodegradation,the bitumen of Ordovician reservoir is the product of crude oil thermal cracking,in addition, high thermal evolution parameters show that its hydrocarbon accumulation model is mainly cracking gas reservoir.Bitumen fluores⁃cence and biomarker of Carboniferous Permian reservoir indicated that Ordovician reservoir experienced multiphase petroleum ac⁃cumulation.

bitumen,characteristic and genesis,Palaeozoic,Rub'al Khali basin

TE122.1

A

2015-06-30。

姜辉（1977—），男，博士，储层沉积学研究。

国家科技重大专项（2008ZX05031-002）。