伊拉克中部白垩系油藏油源及运移特征

杜　洋，崔　燚，郑　丹，汪　娟，辛　军，王自明，王海峰，黄婷婷

(1.西南石油大学 地球科学与技术学院，成都　610000； 2.川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院，成都　610051；

3.中油国际 伊拉克分公司，阿联酋 迪拜　999041)



伊拉克中部白垩系油藏油源及运移特征

杜洋1,2，崔燚3，郑丹2，汪娟2，辛军2，王自明2，王海峰2，黄婷婷2

(1.西南石油大学 地球科学与技术学院，成都610000； 2.川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院，成都610051；

3.中油国际 伊拉克分公司，阿联酋 迪拜999041)

摘要：针对伊拉克中部Ahdeb油田白垩系油藏油源不清、油藏特征不明问题，以原油地化分析数据、三维地震解释、包裹体地化分析等作为研究对象，对其油源及运移特征进行分析。研究表明Ahdeb油田白垩系油藏烃类流体均形成于还原—强还原、相对闭塞海相有机质沉积，生物标志物特征对比表明，各油藏油源一致。结合伊拉克地区源岩地化特征对比分析，源岩应为上侏罗统Chia Gara组。运移以垂向为主，通道为受基底Najiad断裂控制形成的南西—北东向开启性走滑断裂，主要向断裂终点上白垩统Khasib组发生垂向运移，运移中遇横向发育高孔渗储层发生侧向运移，为次运移方向。Chia Gara源岩自白垩纪晚期开始排烃，整体可划分为2期运移：第一期发生于晚白垩世—新近纪，流体为低熟源岩排出的重质油，此时圈闭未形成，原油进入Khasib层后沿高孔渗地层向盆缘做大规模运移；第二期为新近纪后扎格罗斯造山运动使地层埋深迅速增加，源岩进入高成熟期排出的相对高成熟原油，随圈闭形成而聚集成藏。

关键词：油源分析；运移特征；白垩系油藏；Ahdeb油田；伊拉克中部

Ahdeb油田(以下简称A油田)位于伊拉克中部美索不达米亚盆地内，处于该国勘探程度较低的开发区域[1]，油田构造为北西—南东扎格罗斯走向低幅构造(图1a)，自下而上发育白垩系4套碳酸盐油藏，分别为Mauddud，Rumaila，Mishrif和Khasib(图1b)。开发实践表明A油田白垩系油藏具油水关系复杂、储层内大量沥青分布等特征[2]，对油源及运移特征分析对明确油藏成藏特征及下一步勘探开发具有重要意义。前人对伊拉克北部及东南部区域源岩及油气运移特征进行了大量研究[3-10]，但对中部区域研究较少。本文以A油田垂向4套不同油藏原油地化分析数据作为研究对象，结合伊拉克地区源岩地化分析进行油源对比，结合三维地震资料，探讨油藏主运移通道并分析其运移特征，旨在为我国在该区域的海外合作项目提供参考。

图1　伊拉克Ahdeb油田地理分布及构造(a)和伊拉克中部地层综合柱状图(b)

1原油地化特征

通过对A油田白垩系4套油藏含油灰岩进行原油提取、柱层析分离族组分、饱和烃色谱分析，甾萜烷色谱—质谱分析数据，进而对原油地化特征进行分析。

1.1　原油饱和烃色谱图

通过对比4套油藏饱和烃色谱图可知，原油正烷烃碳数分布范围为C14-C40，主峰碳均为C18呈前峰型；CPI和OEP均接近1，约0.91~0.98；Pr/Ph为0.22~0.57(表1)，该值大于1.0时为沼泽环境，二者之间为过渡相环境，大于3一般指示氧化条件下陆源输入，小于0.6则指示为还原高盐度成岩环境[11]。因此饱和烃色谱特征表明，4套油藏原油均形成于还原—强还原、相对闭塞海相有机质沉积。

由于姥鲛烷和植烷在有机质成熟过程中会向nC17和nC18转移[11-13]，因此利用Pr/nC17和Ph/nC18比值大小能够反映有机质成熟度，利用二者交会图能够反映有机质类型。Pr/nC17和Ph/nC18分布范围表明，4套油藏原油的有机质类型均为Ⅰ-Ⅱ1过渡类型，趋于成熟。利用C27、C28、C29胆甾烷相对含量分析有机质来源，认为原油有机质为水生生物与陆地生物混合来源。

表1　伊拉克Ahdeb油田

1.2　原油生物标志化合物特征

萜烷类抗降解能力较强，三环二萜为中新生代油源对比理想的对比指纹[12-13]。4套油藏m/z191质量色谱图(图2)对比表明，所示其分布形式完全一致，Ts/(Ts+Tm)比值区间为0.15~0.2，成熟度存在一定差异。藿烷类对比分布一致，且均含伽马蜡烷，代表形成于具一定咸度的原始沉积环境(图2)。成熟度参数计算C31，C32升藿烷22S/(22S+22R)平均比值为0.56，表明有机质已成熟并进入早生油期。对原油甾烷m/z217质量色谱图(图3)进行对比，其C27，C28，C29胆甾烷分布特征完全一致，均具C27>C29>C28特征。因此，原油生物标志物对比表明，A油田白垩系4套油藏油源一致。

2源岩地化特征及油源对比

众多研究表明伊拉克中部至东南部区域白垩系油藏主力烃源岩为上侏罗—下白垩统地层，包括上侏罗—下白垩统Chia Gara/Sulaiy组，下白垩统Yamama，Ratawi，Zubair组地层[3-10,14-18]。由于本油田最深井仅钻至下白垩统Ratawi组，在伊拉克中部上侏罗—下白垩统地层发育连续、对比性较好情况下[7-9,19]，本研究油源对比源岩地化资料主要借鉴邻油田取心及露头调查研究成果。

2.1　源岩地化特征

2.1.1Zubair组

伊拉克东南部Zubair组地层含有不同含量Ⅲ型干酪根，孢粉、镜质体以及正构烷烃双峰分布证明，该源岩具丰富陆源有机质输入[6-9,14,19]。此外该组烃源岩较为波动，成熟度指数和强荧光有机颗粒表明，该源岩处于成熟早期，生烃潜力不强，认为其底部可能有烃类流体生成[14]。

2.1.2Ratawi组

伊拉克中部及东南部Ratawi组地层仅下部富含有机质，干酪根以富含镜质体和孢粉体Ⅲ型为主，生烃潜力中等。与Zubair组相似，Ratawi组也同样处于早熟阶段。甾烷组成与正构烷烃双峰分布模式，表明部分有机质为陆源输入，总体也未达到生油高峰[8,17,19]。

图2　伊拉克Ahdeb油田白垩系油藏原油样品m/z191质量色谱

图3　伊拉克Ahdeb油田白垩系油藏原油样品m/z217质量色谱

2.1.3Yamama组

Yamama组富含沥青质体/无定形有机质和少量惰质体与镜质体和孢粉体，为典型海相生油源岩，S2值中等偏高，干酪根具较强生烃潜力，可划分为Ⅱ-S型干酪根。生物标志物参数表明其有机质来源虽以海洋有机物为主，但仍有少量陆源有机质存在。尽管其他成熟度指数表明源岩尚未达到生烃高峰，但岩石样品中可见固体沥青，表明其已进入生烃期[17-19]。

2.1.4Sulaiy/Chia Gara组

正构烷烃指数、CPI值与甾萜烷化合物成熟度指数均表明，Sulaiy组具较高的成熟度，已达生油高峰，但未达生气带，在伊拉克南部存在发生侧向运移的证据。Pr/Ph值表明该层有机质来源于厌氧、碳酸盐岩海洋沉积环境，镜下观察其陆源有机质含量低，为较好生油源岩。Chia Gara组与Sulaiy组为等时沉积地层，有机质来源相近。该组源岩干酪根为Ⅱ型，孢粉相指数最高为100%AOM(无定形有机质)，沉积于贫氧—厌氧到准厌氧—厌氧环境。分析该组在伊拉克中部及东南部在晚白垩世到古近纪早期开始生烃，其有机质演化程度较高，目前已进入高成熟期[7-9,15-18]。

2.2　油源对比

Zubair组和Ratawi组源岩色谱均具双峰模式，表明有机质存在陆源输入。而Yamama组和Sulaiy/Chia Gara组则表现为单峰，基本为海洋有机质输入，主峰碳为C17或C18，因此本区油藏油源与Yamama组和Sulaiy/Chia Gara组具亲缘关系。通过生物标志化合物m/z217和m/z191质量色谱图对比认为，白垩系4套油藏C27，C28，C29胆甾烷分布与Yamama/Sulaiy/Chia Gara组类似，表明为演化程度较高，含少量陆地高等植物来源的海相有机质。Ratawi组和Zubair组缺少C31以上藿烷类，同时Zubair组孕甾烷含量较高，表明其沉积环境盐度较高。

Sadooni[19]对伊拉克的地层分布特征研究认为，Yamama组在伊拉克中部地区显著变薄。Ameri[8-9]运用原油地化及源岩生物孢粉类型等方法，对邻区E-B油田(位置见图1a)Khasib油藏油源进行分析，认为来自上侏罗统Chia Gara组，而Yamama组在该区域发生尖灭。模拟认为伊拉克中部区域Chia Gara组已进入生烃高峰，Ratawi组下部地层进入生烃窗并开始少量排烃，Zubair组未成熟(图4a)。根据E-B油田Khasib组原油地化特征与本油田进行对比，各项参数基本一致(图4b)。因此，本研究认为A油田白垩系垂向4套不同油藏油源应均来自上侏罗统Chia Gara组地层。

图4　伊拉克E-B油田上侏罗统—下白垩统烃源岩成熟度分布(a)及上白垩统Khasib组原油样品地化分析(b)

3运移特征

3.1　运移通道

伊拉克中部地区白垩系含油气系统主要油气运移通道包括[3-10，22-24]：(1)不整合面，包括Mishrif组顶部区域不整合面和Mauddud组顶部短期不整合面，以侧向运移为主；(2)高孔渗横向连续储层，以侧向运移为主；(3)岩溶塌陷，裂缝系统或断层，以垂向运移为主。在明确A油田白垩系油藏油源均为上侏罗统Chia Gara组，垂向发育如Ahmadi，Shu’aiba组等多套致密隔夹层背景下(图1b)，A油田内必然存在纵向沟通所有含油层系，同时连接深部源岩的垂向油气运移通道。

精细三维地震解释结果显示，A油田区域深部地层发育北西—南东向和北东—南西向Najad基底断裂系统(图5b,c)，受构造活动影响在不同地质历史时期控制油田圈闭和开启性垂向走滑断裂的形成[20-21]。油田区域中部发育一条且唯一一条贯穿上下地层的垂向走滑断裂，下至侏罗系，上至上白垩统Khasib组(图5a)。该断裂形成时期及开启性受区域构造活动影响具幕式活动特征[7,19]。Chia Gara组生烃后烃类流体主要沿该通道向断层终点Khasib组发生垂向运移[24]，遇上白垩统Tannuma组致密盖层后再发生层内侧向运移，垂向运移过程中遇多孔渗透性储层发生部分侧向运移，为次运移方向(图5a)。

3.2　地层流体特征

由于原油在运移过程中的层析效应，沿运移方向，其性质具有原油密度、黏度、凝固点降低，天然气甲烷含量增大的特征[25]。从本区纵向各油藏地表原油分析来看，原油密度介于0.911～0.942 g/cm3之间，重度介于18.7～23.6 API°之间，黏度介于19.6～33.9 cP之间，属于中质原油；从垂向各层对比来看，由下自上，具有密度变轻，重度变大，黏度变小，凝固点降低，甲烷含量增大趋势(表2)，说明本区原油以垂向由下至上运移为主。

图5　伊拉克A油田全区过井时间地震剖面(a)，Ahdeb油田侏罗系内幕顶(b)和Mishrif层顶相干检测断裂平面分布

层位密度(15℃)/(g·cm-3)重度(15℃)/API°凝固点/℃黏度(30℃)/cP甲烷摩尔百分比/%Khasib0.91123.6-3019.664.286Mishrif0.91821.9-1722.462.653Rumaila0.92621.4-2023.562.445Mauddud0.94218.733.962.432

3.3　运移期次

前人研究[4-10，14-19]认为伊拉克中南部美索不达米亚盆地内上侏罗—下白垩统源岩生烃最早始于晚白垩世，东北部扎格罗斯褶皱带则为古新世—始新世。伊拉克中南部地区上侏罗—下白垩统源岩发育且连续，但其地质年代及地层埋深差异造成其生油窗时间不一。Ameri[8-9]对E-B油田分析认为，上侏罗统Chia Gara组生烃时间相对最早，自白垩纪晚期阿尔卑斯构造运动结束后即进入生烃窗，美索不达米亚盆地在随后的地质历史时期长时间处于缓沉降速率浅埋藏环境内(约70～20 Ma)，该时期源岩保持相对稳定，可能长时期缓慢排烃但未进入大规模排烃期。新近纪发生的扎格罗斯造山运动(约20 Ma左右)使盆地进入强烈快速沉降阶段，此时地层埋深快速增加，地温迅速增高，源岩Chia Gara组地层进入高成熟阶段并大量排烃，下白垩统Ratawi组下部地层也逐渐进入生烃窗，并开始少量排出低成熟度重质油。A油田Khasib组地层埋藏曲线与E-B油田对比表明，由于两油田构造圈闭演化受控不同基底断裂[7,21]，A油田自白垩纪晚期后地层埋藏深度较E-B油田更浅，在扎格罗斯造山运动发生后地层快速埋深沉降(发生于约10 Ma之后，图6)，因此Ratawi组进入成熟期及排烃也应相对较晚。原油对比分析也认为，A油田白垩系油藏原油应主要来自Chia Gara组，受Ratawi组生烃流体影响较少。

以上分析表明本区白垩系油藏在Chia Gara源岩自白垩纪末后进入生烃窗，经历了长时期烃类生成及运移，总体可以扎格罗斯构造运动为界前后划分2个阶段，扎格罗斯运动前为低成熟源岩重质油排烃期，后为高成熟度源岩轻质油排烃期。本研究通过液态烃包裹体荧光观察、油包裹体傅里叶红外光谱检测及包裹体均一温度测定，对A油田白垩系油藏油气运移期次进行分析。

液态有机包裹体荧光特征反映有机质成分及热演化程度，荧光颜色随有机质成熟度由低到高发生变化。A油田各油藏所取样品方解石内可见大量带状深褐色油包裹体，在蓝光激发下可分辨2类

参考文献图6伊拉克A油田Khasib组圈闭构造示意及中部E-B油田地层埋藏及生烃热史据[8]，有改动。Fig.6Trap evolution of the Khasib Formation in the Ahdeb Oil Field and timing ofhydrocarbon generation and accumulation of the E-B Oil Field, Iraq

图7　伊拉克Ahdeb油田Khsaib组钻井及岩心中沥青的分布特征

不同深度颜色荧光，包括深色类浅黄、蓝绿色和浅色类粉红、蓝白色，认为这些颜色可能指示2～3类成熟度不同的原油。深色成熟度相对较高，浅色为低熟油包裹体。通过该现象可认为油藏内至少存在2期不同成熟度原油运移。油包裹体红外吸收光谱谱图也能反映出2期运移特征[27]。

与油同期盐水包裹体均一温度也是划分油气运移期次的重要依据[23]。通过盐水包裹体均一温度和冰点温度测定，均一温度和对应冰点温度也存在2期特征。第一峰值集中在60~100 ℃，第二期集中在120~140 ℃。两者交会显示2期捕获盐水包裹体特征非常明显。第一期包裹体捕获于成岩早期，温度低，60~80 ℃，盐度高，即原始海水，平均盐度为22.56%；第二期包裹体捕获于埋藏期，温度较高，富烃流体由古地温较高烃源岩排烃带入，形成温度100~140 ℃，较低盐度，平均为20%。

以上分析表明，整体上A油田白垩系油藏至少应存在2期油气运移，这一认识与烃源岩差异成熟过程一致。但对成藏而言，由于本区为受扎格罗斯构造运动(约20 Ma发生)影响而形成圈闭，形成时间极晚。在白垩纪沉积结束后的大部分地质历史时期(约65～5 Ma之前)，油田区为东南高，西北低缓坡构造形态(图6)。前已述Chia Gara组源岩自晚白垩世之后就开始缓慢少量排出重质烃类流体，此时区域整体构造背景为低沉降速率地台型沉积，早期烃类流体沿走滑断裂运移至终点Khasib组后，继续沿层内高孔渗储层发生向高流体势盆缘区域的侧向运移。本区在Khasib组层内钻井岩屑和取心中可见大量呈碳渣状(图7a,b)、块状(图7c)沥青沉淀。生物标记化合物分析表明，沥青成分与原油一致，来自同一源岩。Khasib组在扎格罗斯构造运动之前地层埋深较浅(图6)，这些沥青可能为早期原油在近地表条件下受氧化作用所形成。此前分析油气运移主要以向Khasib组垂向运移为主，沥青的出现及位置也证实本区发生过早期油气运移，且在断层终点Khasib组内发生过侧向运移。扎格罗斯造山运动后盆地进入快速埋藏期，此时源岩开始大量排烃，油田圈闭在约4 Ma之后逐渐开始形成，此时原油进入圈闭内滞留成藏。

4结论

(1)伊拉克Ahdeb油田白垩系油藏烃类流体形成于还原—强还原、相对闭塞海相有机质沉积，均来自同一油源上侏罗统Chia Gara组。

(2)Ahdeb油田白垩系油藏的油气以垂向运移为主，运移通道为位于油田中部受基底Najiad断裂控制形成的南西—北东向开启走滑断裂。主运移方向为沿断裂向终点Khsaib组发生垂向运移，垂向运移中遇横向发育高孔渗地层，部分发生次要侧向运移。

(3)整体可以扎格罗斯构造运动为界，将油藏运移划为2期：第一期发生于晚白垩世—新近纪之间(约90～20 Ma)，烃类流体为早期低成熟度源岩所排少量重质油，由于此时油田圈闭未形成，原油进入断层终点Khsaib组层内，发生以层内多孔储层为载体、向盆缘方向的侧向运移；第二期为新近纪晚中新世后(约20 Ma之后)，扎格罗斯造山运动后导致盆地快速沉降，源岩随地层埋深迅速增加，进入高成熟期而产出大量高成熟度原油，油田圈闭在约4 Ma之后开始形成，此时原油进入圈闭成藏。

致谢：本文得到伊拉克绿洲石油公司张兆武、靳松的大力支持和帮助；本文地化实验分析数据来自成都理工大学油气藏地质及工程国家重点实验室，在此对他们表示衷心感谢。

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(编辑黄娟)

Oil sources and migration characteristics of

Cretaceous reservoirs in the Central Iraq

Du Yang1,2,Cui Yi3, Zheng Dan2, Wang Juan2, Xin Jun2, Wang Ziming2,Wang Haifeng2,Huang Tingting2

(1.SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610000,China; 2.GeologyandExplorationResearchInstituteofCCDC,

CNPC,Chengdu,Sichuan610500,China; 3.IraqBranchCompany,CNPC,Dubai999041,UAE)

Abstract:Crude oil geochemical data, 3D seismic interpretation, and inclusion analyses were used to examinesource rocks and migration characteristics of the Ahdeb Oil Field in central Iraq.The results indicate that oils in the Cretaceous reservoirs in the Ahdeb Oil Field all originated from reducing and strongly reducing conditions in relatively closed marine deposits. Biomarkers showed that the Cretaceous reservoirs mainly were sourced from the Upper Jurassic Chia Gara Formation. Oil mainly migrated vertically into the Upper Cretaceous Khasib Formation through the SW-NE oriented strike-slip open faults which were controlled by the Najiad fault system. Lateral migration also took place when oils intersected high-porosity and high-permeability reservoirs (Rumaila, Mishrif and Mauddud). The Chia Gara Formation began to expel oil at the end of the Cretaceous. There were two stages of oil migration. The first one took place from the late Cretaceous to Neogene. Traps were not formed yet, and the heavy oils from low maturity source rocks migrated vertically into the Khasib Formation and laterally to the basin fringe along high-porosity and high-permeability formations. The second migration stage was since the Neogene. Due to the Zagros orogeny, source rocks entered the high maturity stage by rapid subsidence, and expelleda mass of high maturity crude oils, which accumulated after trap formation.

Key words:oil source analysis; migration characteristics; Cretaceous reservoirs;Ahdeb Oil Field;central Iraq

基金项目：中国石油天然气集团公司重大科技专项“中东地区碳酸盐岩油藏整体优化部署及提高采收率技术研究与应用”(11.2011E-2501.X.01)资助。

作者简介：杜洋 (1984—)，男，博士研究生，工程师，从事中东地区碳酸盐岩储层地质及油气成藏方面研究。E-mail：157762166@qq.com。

收稿日期：2015-02-02；

修订日期：2015-12-08。

中图分类号：TE122.1

文献标识码：A

文章编号：1001-6112(2016)01-0076-08doi：10.11781/sysydz201601076