鄂尔多斯盆地中生界湖相油型油的精细划分与油源对比

杨华+张文正+彭平安+刘飞+罗丽荣新

摘要：含油盆地同一类型原油的精细划分与油源对比是有机地球化学研究的重要课题。大量样品的GCMS分析资料显示，与鄂尔多斯盆地中生界延长组湖相烃源岩的17α（H）C30重排藿烷（C*30）相对丰度的变化特征相耦合，原油的C*30相对丰度也表现出了较为明显的差异性与规律性，并且C*30相对丰度的变化与重排甾烷、C29Ts 、Ts等具有良好的关联性。因而，以C*30相对丰度为主要依据，进行C*30/C29降藿烷值C*30/C30藿烷值、C29Ts/C29降藿烷值C*30/C30藿烷值等图解分析，可将中生界湖相油型油细分为异常高的C*30相对丰度、较高—高的C*30相对丰度和低C*30相对丰度等3类。在此基础上，开展油岩的甾烷、萜烷生物标志物的分布特征及相关参数、单体烃碳同位素组成等的对比，进一步结合烃源岩的发育特征、成藏组合特征等进行综合分析。结果表明：长7优质烃源岩（油页岩）是盆地中生界的主力烃源岩，长7、长9黑色泥岩是次要烃源岩，长6、长8暗色泥岩对油源的贡献有限。中生界油源供给呈“一源主导、多源参与”的特征。这一认识对于盆地中生界资源评价与进一步勘探具有指导意义。

关键词：有机地球化学；17α（H）重排藿烷；生物标志物；单体烃碳同位素；油源对比；烃源岩；鄂尔多斯盆地

中图分类号：P618.13；TE122.1+14文献标志码：A

Oil Detailed Classification and Oilsource Correlation of Mesozoic Lacustrine Oil in Ordos Basin

YANG Hua1，2， ZHANG Wenzheng1，3，4， PENG Pingan4， LIU Fei3， LUO Lirong3

（1. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Lowpermeability Oil and Gas Fields，

Xian 710018， Shaanxi， China； 2. Changqing Oilfield Company， PetroChina， Xian 710018， Shaanxi， China；

3. Research Institute of Petroleum Exploration and Development， Changqing Oilfield Company，

PetroChina， Xian 710021， Shaanxi， China； 4. Guangzhou Institute of Geochemistry，

Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， Guangdong， China）

Abstract： The oil detailed classification and oilsource correlation are important topics for organic geochemistry in petroliferous basins. Analysis with GCMS reveals that the relative abundances of 17α（H）C30 diahopanes （C*30） are various both in Mesozoic Yanchang Formation lacustrine source rocks and oils of Ordos Basin. Correspondingly， the contents of rearranged sterane， C29Ts and Ts are also different. Therefore， according to the abundance of C*30， such as the diagrams of C*30/C29 norhopane valueC*30/C30 hopane value and C29Ts/C29 norhopane valueC*30/C30hopane value， the Mesozoic lacustrine oil can be divided into three genetic types including exceptional richness of C*30， relative richness of C*30 and lower C*30 contents. By studying the distribution of sterane and terpane biomarkers in oilsource rock with relevant parameters， and carbon isotopic compositions of monomer hydrocarbon， based on source rock distribution and reservoir forming combination， it has been proved that Chang7 highquality sources are the main oil source rocks in Mesozoic reservoirs of Ordos Basin， and the black mudstones of Chang7 and Chang9 are the secondary source rocks， while the contribution of dark mudstone of Chang6 and Chang8 is limited. In conclusion， the Mesozoic oil supply is characterized by “one source is dominating， multiply sources are participated”. This study is significant in Mesozoic resource assessment and further exploration of Ordos Basin.

Key words： organic geochemitry； 17α（H）diahopanes； biomarker； carbon isotope of monomer hydrocarbon； oilsource correlation； source rock； Ordos Basin

0引言

鄂尔多斯盆地是中国典型的大型低渗透陆相油气盆地，中生界低渗透储层（特别是延长组低渗透、致密性碎屑岩储层）含油普遍，油气资源十分丰富[1]。长期的石油勘探揭示，盆地中生界含油层组多，从中侏罗统直罗组一直到上三叠统延长组底部的长10油层组均已发现工业油流（藏），含油层段在纵向上的最大跨度约1 000 m。其中延安组延9、延10油层组和延长组长2～长8油层组是目前主要的产油层组。由于含油层位多，纵向跨度大，因而准确厘定油与源岩的空间关系，明确主力源岩与成藏组合，不仅有助于石油运聚特征与分布规律的研究，而且对于进一步的石油勘探也具有重要的指导意义。

自20世纪80年代以来，已有不少学者开展了中生界石油成因和油源对比研究[29]，并且一致认为中生界原油为典型的湖相油型油，源岩为长4+5—长8半深湖—深湖相腐泥、混合型暗色泥岩烃源岩。近年来，又有学者对新近的勘探区带进行了烃源岩地球化学与油源对比研究[1015]。由于长4+5—长8烃源岩的母质性质相似，成熟度差别不大，所以常用的地球化学参数不易区分。因而，以往的研究未能对中生界湖相油型油进行细致划分，并通过油岩对比准确厘定主力烃源岩。随着中生界石油勘探的不断深入，烃源岩地球化学研究也取得了重大进展，不仅在长7油层组厘定了大规模发育的富有机质优质烃源岩[16]，而且在长9油层组揭示了有机质丰度较高的黑色泥页岩烃源岩[17]。因此，对全盆地中生界油源进行整体性研究，准确厘定主力烃源岩是很有必要的。

本文针对鄂尔多斯盆地中生界石油地质实际，以烃源岩地球化学研究取得的最新进展为基础[1620]，主要应用生物标志物和单体烃碳同位素资料，以长6～长9湖相烃源岩为主要研究对象，进行湖相油型油的精细分类与油源对比，以确定盆地中生界主力烃源岩，为进一步进行石油勘探提供科学依据。

图1原油甾烷、萜烷质量色谱

Fig.1Mass Chromatograms of Sterane and Terpane of Oils

1中生界湖相油型油的精细分类

以往研究和最新的测试资料均显示：鄂尔多斯盆地中生界各地区、各产层原油均具有姥植均势、低伽马蜡烷的特征；ααα（20R）原生甾烷主要呈“V”字型分布，C29最大，C27次之，C28最小；原油及轻烃和正构烷烃单体烃碳同位素组成偏轻，原油为淡水—微咸水湖相油型油[23，7]；成因类型单一。然而，从甾烷、萜烷分布特征来看，原油中17α（H）C30重排藿烷（C*30）相对丰度却存在着明显的差异性（图1）。有关研究认为，具较高—高C*30的烃源岩发育于偏酸性、亚氧化环境，呈较高的热演化程度，且富含黏土[2026]。因此，原油中C*30相对丰度的差异是烃源岩发育环境和岩石组构（岩性）差异性的反映[20，26]，可作为同类型原油精细分类与对比的依据[1415，26]。根据大量测试资料，以C*30相对丰度（以C*30/C30藿烷值反映）为主要依据，结合其他地球化学参数，可将中生界油型油细分为3类：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。运用C*30/C29降藿烷值C*30/C30藿烷值、C29Ts/C29降藿烷值C*30/ C30藿烷值分类图解（图2、3）可以清晰地将3类原油加以区分。

图2原油C*30/C29降藿烷值C*30/C30藿烷值分类图解

Fig.2Classification Diagram of C*30/C29 Norhopane ValueC*30/C30 Hopane Value of Oil

图3原油C29Ts/C29降藿烷值C*30/C30藿烷值分类图解

Fig.3Classification Diagram of C29Ts/C29 Norhopane ValueC*30/C30 Hopane Value of Oil

1.1Ⅰ类原油

Ⅰ类原油C*30相对丰度低。重排甾烷、降新藿烷（C29Ts）、Ts等也为低—较低（图1）。C*30/C30藿烷值一般低于0.3，C29Ts/C29降藿烷值一般低于06，C30莫烷/C30藿烷值低于015，伽马蜡烷/C30藿烷值一般低于02，Ts/Tm值变化较大，分布于05～20。Ⅰ类原油在盆地中生界各地区、各油层组广泛分布，是最主要的原油类型。

1.2Ⅱ类原油

Ⅱ类原油C*30相对丰度较高—高。各项参数介于Ⅰ类原油与Ⅲ类原油之间。其主要特征为C29Ts、Ts、C*30明显比Ⅰ类原油高，C*30、C29Ts与C29降藿烷的峰高相近，重排甾烷的丰度也相对较高（图1）。相应地，C*30/C30藿烷值（0.35～1.60）、C29Ts/C29降藿烷值（095～162）、C30莫烷/C30藿烷值（013～024）、伽马蜡烷/C30藿烷值（0.07～0.74）、Ts/Tm值（2.29～4.60）等参数也较高。Ⅱ类原油目前主要发现于湖盆西北部姬塬地区的长4+5、长8、长9油层组和湖盆中部上里塬地区的长82。

1.3Ⅲ类原油

Ⅲ类原油C*30相对丰度异常高。重排甾烷相对丰度也高，Ts丰度高；相应地，C30藿烷等正常藿烷的相对丰度明显偏低（图1）。C*30/C30藿烷值（大于1.85）、C29Ts/C29降藿烷值（大于1.0）、C30莫烷/C30藿烷值（大于0.45）、伽马蜡烷/ C30藿烷值（大于025）、Ts/Tm值（大于3.5）等参数高。该类原油较少分布，目前发现于陕北志丹地区长91黑色泥页岩烃源岩分布区。

2甾烷、萜烷生物标志物参数对比

湖盆构造沉积演化与烃源岩的地球化学研究表明：长7期在强烈的区域地球动力背景下产生了晚三叠世湖盆的最大湖泛，在湖盆中部的广大范围沉积了富含有机质的油页岩（优质烃源岩）[16]，而暗色泥岩总体不太发育，厚度一般小于15 m，仅在湖盆北部的半深湖沉积相带较为发育，累计厚度可达30～100 m；长9期为湖盆发展初期的次一级湖泛期，仅在陕北志丹地区南部的局部凹陷发育厚度为5～18 m的暗色泥页岩[17]；长6、长8油层组暗色泥岩不太发育，仅在湖盆振荡沉降期的局部较深水区发育暗色泥岩，单层薄，累计厚度一般小于10 m；长4+5油层组暗色泥岩更不发育。基于此，本文选择长6、长7、长9烃源岩作为主要对象进行油岩对比。

由于长7油页岩与长6、长7、长9暗色泥岩的母质类型相近，均属以湖生藻类为主的腐泥混合型烃源岩，所以均具有低伽马蜡烷、低C30莫烷、ααα（20R）原生甾烷呈“V”字型分布（C29最大，C27次之，C28最少）的特征（图4）。与原油相类似，长6～长9烃源岩的C*30相对丰度也存在明显的差异性与规律性，长7油页岩以低—较低的C*30、较低的重排甾烷、较低的Ts为特征（图4）。志丹地区长7、长9暗色泥岩（丹48、49井）具有很高C*30相对丰度、高重排甾烷、高Ts、异常低正常藿烷的显著特征[20，25]。长6～长8暗色泥岩以较高—高的C*30、较高的C29Ts、较高的重排甾烷为特征。因此，以C*30相对丰度等相关参数为主要依据，可以有效地进行油、源岩的划分与对比。

图4长6～长9烃源岩甾烷、萜烷质量色谱

Fig.4Mass Chromatograms of Sterane and Terpane of Source Rocks from Chang6Chang9

2.1Ⅰ类原油与烃源岩对比

从C*30/C29降藿烷值C*30/C30藿烷值、C29Ts/C29降藿烷值C*30/C30藿烷值等油岩对比图（图5、6）上可以清楚地看出，Ⅰ类原油与长7优质烃源岩的对比关系最好，与少部分长7黑色泥岩具一定的可比性，与其他烃源岩的可比性差。根据上述对比结果，结合盆地延长组烃源岩的发育状况，可以确定长7优质烃源岩是盆地内分布最广、规模最大的Ⅰ类原油的主要源岩。

单井的油源对比进一步佐证上述结果。以宁36井为例，该井位于湖盆南部地区的甘肃省宁县境内。该井从长4+5～长8取芯较全，岩芯观察、测井资料解释（识别烃源岩）、地球化学测试资料等显示，该井长6、长7致密砂岩储层普遍含油（图7）。烃源岩的发育状况为：长7油层组下段发育了15 m的油页岩，21个样品的平均总有机碳（TOC）为2265%，干酪根的平均δ13CPDB值为-28.98‰（10个样品），母质类型为Ⅱ1型，镜质体反射率（Ro）为093%～097%（2个样品），属优质烃源岩；长6油层组的暗色泥岩累计厚度不到6 m；其他油层组则少见有机质丰度较高的黑色泥岩，累计厚度很小。根据烃源岩的发育状况可以判断长7油页岩应为主力烃源岩。GCMS分析显示，该井长6、长7储层中原油的甾烷、萜烷化合物分布特征相似，均显示低C*30等的Ⅰ类原油特征（图1、7），与油页岩具良好的对比关系，与长6、长8灰黑色泥岩的对比关系为较差—差（图7）。油源对比结果与实际烃源岩发育状况相吻合。

2.2Ⅱ类原油与烃源岩对比

C29Ts/C29降藿烷值、C*30/C30藿烷值、C30莫烷/ C30值等参数的对比（图8、9）显示，Ⅱ类原油与长6暗色泥岩的对比关系最好，与部分长7优质烃源岩（里68井、里57井）、部分长7黑色泥岩、长8暗色泥岩、长9黑色泥岩均存在一定的可比性。但是，从Ⅱ类原油的分布、烃源岩的发育状况与成藏组合等综合分析可以弥补上述不足，目前Ⅱ类原油主要分布于长8、长9油层组；从成藏关系判断，长6黑色泥岩作为源岩（Ⅱ类原油）的可能性不大。从地区来看，Ⅱ类原油主要出现于姬塬地区，相对其他地区而言，该区长7黑色泥岩最为发育（区块的西部），长7油页岩较发育，应是主力烃源岩，其他油层组烃源岩的发育规模则很有限。同时，该区的峰2井在长4+5、长8、长9砂岩储集层均获得较高产量的油流，原油地球化学特征十分相似，均属Ⅱ类原油（图10），

这3层原油同源的可能性很大。因此，根据该区延长组湖相烃源岩的发育状况、原油的空间分布特征和成藏组合关系，可以判断长7黑色泥岩（可能包括长7油页岩）仍应是Ⅱ类原油的主要源岩。姬塬地区罗3井长8原油（Ⅱ类，图1）、峰2井原油（图10）与盐56井、木13井长7黑色泥岩（图4）之间的萜烷、甾烷化合物的分布特征表现出很好的相似性，因而有力地支持了上述判断。

2.3Ⅲ类原油与烃源岩对比

由于Ⅲ类原油目前仅发现于志丹地区的长8、长9油层组，而且与该地区长9、长7黑色泥岩具明显的可比性，与其他地区、层位的烃源岩可比性差。进一步从成藏组合考虑，长91黑色泥岩应是该区长8、长9油层组Ⅲ类原油的源岩[19]。

3单体烃碳同位素对比

以往的中生界原油正构烷烃单体烃系列碳同位素的研究认为，盆地各地区、各产层原油均具有正构烷烃单体烃系列碳同位素组成富12C和碳同位素分馏模式呈平稳型的湖相油型油特征[3，27]。本文采用的烃源岩与原油样品正构烷烃单体烃碳同位素资料均由中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室完成。由于GCIRMS分析直接采用正构烷烃组分（尿素络合提取），所以测试精度得到了较大提高，δ13C值绝对偏差优于±03‰。

不同区块、各个产层的36个原油样品单体烃碳同位素测试结果显示（图11），中生界原油样品之间同一碳数的单体烃δ13C值较为接近，如绝大部分样品nC20的δ13C值分布于-32.7‰～-30.5‰之间、nC25的δ13C值分布于-322‰～-300‰之间。同一样品不同碳数正构烷烃之间的碳同位素组成也较为接近，分布模式均呈平坦型。从地区来看，姬塬地区部分原油样品和志丹地区Ⅲ类原油样品的单体烃碳同位素组成相对偏轻一些。

图11长6、长7湖相烃源岩与原油的正构烷烃系列碳同位素组成对比

Fig.11Comparison of Carbon Isotopic Compostions of nalkane Series from Chang6， Chang7 Lacustrine Source Rocks and Oils

图12志丹地区长8、长9原油与长91烃源岩的单体烃碳同位素组成对比

Fig.12Comparison of Carbon Isotopic Compositions of Monomer Hydrocarbon from Chang8， Chang9 Oils and Chang91 Source Rocks in Zhidan Area

油与烃源岩的单体烃碳同位素对比（图11、12）显示，长7油页岩的正构烷烃碳同位素组成与原油相近或偏重1‰～2‰，对比关系为好。长7黑色泥岩的正构烷烃碳同位素组成与原油相近或稍偏轻，对比关系为好—较好。长6黑色泥岩的正构烷烃碳同位素组成要比原油轻，两者的对比关系差。陕北志丹地区长8、长9原油与长91黑色泥页岩的正构烷烃碳同位素相近，与生物标志物的对比结果相一致，进一步佐证了两者之间良好的亲缘关系。

4结语

（1）鄂尔多斯盆地中生界原油属典型的淡水—微咸水湖相油型油，鉴于原油之间C*30相对丰度存在明显的差异性与规律性，并且C*30相对丰度的变化与重排甾烷、C29Ts 、Ts等具有良好的关联性。因而，以C*30相对丰度为主要依据，可将中生界湖相油型油细分为异常高的C*30相对丰度、较高—高的C*30相对丰度和低C*30相对丰度等3类。

（2）以C*30相对丰度为主要依据，进行油岩的甾烷、萜烷生物标志物的分布特征及相关参数、单体烃碳同位素组成等的对比。结合烃源岩的发育分布特征、成藏组合特征的综合分析，确定长7油页岩是盆地中生界的主力烃源岩。长7、长9黑色泥岩总体上属次要烃源岩，在其最发育的地区和特定的成藏组合则可能成为重要的（或主力）油源岩，如陕北姬塬地区西北部的长7黑色泥岩、志丹地区长8和长9成藏组合的长91黑色泥岩。长6、长8暗色泥岩对油源的贡献较为有限。因此，中生界的油源供给具有“一源主导、多源参与”的显著特征。

原油、烃源岩GCMS、GCIRMS分析由中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室、中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心、中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院分析试验中心完成，在此一并感谢！

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