中西非裂谷Termit盆地原油甾类生物标志物组成及原油族群

毛凤军，刘 邦，刘计国，唐 琪，陈忠民，郑凤云，李早红

(中国石油 勘探开发研究院，北京 100083)



中西非裂谷Termit盆地原油甾类生物标志物组成及原油族群

毛凤军，刘 邦，刘计国，唐 琪，陈忠民，郑凤云，李早红

(中国石油 勘探开发研究院，北京 100083)

采用色谱质谱(GC-MS)技术分析了中西非裂谷系(WCARS)Termit盆地古近系-下白垩统原油中规则甾烷、4-甲基甾烷、三芳甾烷和甲基三芳甾烷的分布特征并据此划分了Termit盆地原油族群。结果表明：研究区绝大多数原油中C29相对于C27和C28规则甾烷含量高；C304-甲基甾烷丰度低或未检测出；C26-C27-C28三芳甾烷组成中，C2720R和C2620S异构体丰度相对较低；三芳甲藻甾烷相对丰度较高。这些原油应同属一个原油族群(族群Ⅰ)，来自同一个烃源灶。而来自DD-1、DD-2、D-1和T-1等部分井的原油中C29规则甾烷相对含量低于族群I原油，并检测出较高丰度的C304-甲基甾烷；三芳甾烷和三芳甲藻甾烷分布也明显不同，应属于另一原油族群(族群Ⅱ)。在Termit盆地寻找族群II的原油具有重要的勘探前景。

规则甾烷；三芳甾烷；三芳甲藻甾烷；原油族群；中西非裂谷系；Termit盆地

毛凤军，刘邦，刘计国，等.中西非裂谷Termit盆地原油甾类生物标志物组成及原油族群[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(3):8-16.

MAO Fengjun,LIU Bang,LIU Jiguo，et al.Composition of steroid biomarkers in oils from Termit Basin,Western and Central Africa Rift Systems[J].Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2016,31(3):8-16.

引　言

原油中C27-C28- C29规则甾烷同系物的相对丰度可以反映其源岩有机质的生源构成，根据3种不同碳数甾烷相对丰度构成的C27-C28-C29规则甾烷三角图可区分不同烃源岩和/或同一烃源岩不同有机相生成的原油[1-4]。

石油和沉积有机质中C304α-甲基-24-乙基胆甾烷和C30甲藻甾烷(4α,23,24-三甲基胆甾烷)是常见的4-甲基甾烷系列。4α-甲基甾烷可能主要源于活沟鞭藻中的4α-甲基甾醇[5]。傅家谟等[6]发现淡水湖相有机质中的4α-甲基甾烷含量较高。研究者在海相和非海相原油中都发现了丰富的C304-甲基甾烷[7-8]，在海相沟鞭藻沉积物中发现了4α-甲基-24-乙基胆甾烷和C30甲藻甾烷，但湖相沉积物中主要检测到4α-甲基-24-乙基胆甾烷[1,7-8]。

三芳甾烷(TAS) 可能来自单芳甾烷(MAS) 的进一步芳构化和脱甲基化[9-14]，所以C26- C27-C28三芳甾烷相对含量同样可以用来判识原油及相关烃源岩的有机质生源构成。有研究者利用C26-C27-C28三芳甾烷三角图进行源岩有机质的生源构成判识，并与C27- C28-C29规则甾烷得出的结果进行对比[10]。Peterson等[3]利用C27/ C2820R TAS 和C26/ C2820S TAS 关系图成功地进行了原油族群划分。李美俊等[15-16]研究了塔里木盆地古生界原油中三芳甾烷的分布特征，发现塔河油田寒武系来源的原油中C2620S、C2620R+C2720S和C2720R三芳甾烷的相对含量明显高于C2820S和C2820R三芳甾烷， 而中上奥陶统来源的原油具有C2820S和C2820R三芳甾烷丰度优势。

石油和有机质中的三芳甲藻甾烷和甲基三芳甾烷可能是对应的甲藻甾烷和甲基甾烷逐步芳构化而来。甲基三芳甾烷系列由多个异构体组成，其分布型式可以作为油-油和油-源对比的依据。据前人研究，作为甲藻甾烷和三芳甲藻甾烷生物化学先质的甲藻甾醇几乎是惟一由沟鞭藻衍生的，这种甲藻甾烷(三芳甲藻甾烷)与沟鞭藻之间的亲缘关系几乎可将其作为指示沟鞭藻的生物分子化石[17-24]。

前人提出用三芳甲藻甾烷指数(TDSI)来表征三芳甲藻甾烷与3-甲基三芳甾烷的相对含量[20,24]，并且发现TDSI参数值与表征沉积环境的地球化学参数如伽马蜡烷指数、Pr/Ph(姥鲛烷/植烷比值)不存在明显的相关性，而与沟鞭藻的丰度密切相关[24]。

本文以中西非裂谷系Termit盆地为例，对代表性原油样品的规则甾烷、4-甲基甾烷、三芳甾烷、甲基三芳甾烷和三芳甲藻甾烷的组成特征进行研究，并根据甾类化合物的分布特征进行原油族群划分。

1　地质背景和样品

中西非裂谷系Termit盆地位于尼日尔东部，向南延伸至乍得，北与Tefidet、Tenere、Grein和Kafra盆地相接，南与Bornu盆地相邻(图1)，呈NW─SE向长条形展布，南北长约300 km，东西宽约110 km(图2)，是一个在前寒武系变质岩(基底岩性为片麻岩)基底的基础上发育起来的中、新生代裂谷盆地[25]。

图1　中西非裂谷系及Termit盆地构造位置Fig.1　Structural map of Central Western Africa Rift System and the location of Termit Basin

图2　Termit盆地构造略图Fig.2　Structure outline map of Termit Basin

盆地沉积厚度超过12 km，地震、钻井、测井和古生物等资料揭示，Termit盆地沉积地层有：下白垩统、上白垩统、古近系、新近系及第四系。下白垩统以陆相沉积为主，上白垩统Donga和Yogou组为海相碎屑岩沉积，Madama组为厚层河流相砂砾岩沉积。古近系总体以湖相沉积为主，岩性为砂泥岩互层。新近系和第四系为河流相沉积(图3)。

图3　Termit盆地综合柱状图Fig.3　Generalized stratigraphic column of Termit Basin

Termit盆地的主力储层为古近系Sokor1组湖泊三角洲相砂岩，主要为细粒-中粒石英砂岩，储层空间为粒间孔和粒内溶蚀孔，具有较好的物性。古近系Sokor2组中下部形成于二级层序的最大湖泛面附近，沉积了大面积分布的厚层连续泥岩段，是该盆地良好的区域性盖层。生储盖特征分析表明，Termit盆地下白垩统—古近系发育3套成藏组合，分别是下白垩统成藏组合、上白垩统成藏组合及古近系成藏组合(图3)。目前该盆地所发现的油气藏主要位于古近系成藏组合和上白垩统成藏组合中[25]。

Genik[26]将中西非裂谷系盆地的原油划分为2种不同的原油成因类型：一类是来自海相烃源岩的原油，另一类是来自湖相有机质的原油。据稳定碳同位素组成特征、三环萜烷和藿烷类分子标志物组成特征，Wan等[27]认为Termit盆地也存在2种成因类型的原油，大多数原油具有海相成因原油的特征，而DD-1井的原油具有不同的地球化学特征，具有湖相成因原油的特征，应来自古近系Sokor组湖相泥岩烃源岩。

本文选取该地区25件原油样品(表1)，对Termit盆地原油中的规则甾烷、4-甲基、三芳甾烷、甲基三芳甾烷和三芳甲藻甾烷的组成特征进行综合研究，根据甾类生物标志物的组合特征，对Termit盆地原油族群进行划分，发现更多的湖相成因原油，为进一步扩大油气勘探领域提供了地球化学依据。

表1　中西非裂谷Termit盆地原油生物标志化合物参数

注：注：C27%、C28%和C29%分别代表原油饱和烃质量色谱图(m/z 217)上碳数分别为27、28和29的ααα-20R构型甾烷的化合物峰面积相对百分含量；C26/C2820S TAS为原油芳烃质量色谱图(m/z 231)上碳数为26和28的20S构型三芳甾烷化合物峰面积比值；C27/C2820R TAS为原油芳烃质量色谱图(m/z 231)上碳数为27和28的20R构型三芳甾烷化合物峰面积比值；TDSI即三芳甲藻甾烷指数，表示三芳甲藻甾烷的相对含量，定义为三芳甲藻甾烷/(三芳甲藻甾烷+ 3-甲基-24-乙基三芳甾烷)。

2　实验方法

用正己烷沉淀原油中的沥青质，再采用硅胶/氧化铝柱色层分离法，把脱沥青质的原油分成饱和烃、芳烃和非烃3种馏分。

饱和烃与芳烃色谱质谱(GC-MS)分析，实验仪器为美国Agilent公司6890GC/5975iMS台式质谱仪，色谱柱为HP-5MS (60 m×0.25 mm×0.25 μm)。饱和烃馏分的实验条件：初温50 ℃，保持1 min，以20 ℃/min升至120 ℃，以3 ℃/min升至310 ℃，不分流进样；载气为氦气，流速为1 mL/min；数据采集方式为全扫描/多离子。质谱采用EI 电离方式，电子能量为70 eV。芳烃馏分GC-MS升温程序：初温80 ℃，保持1 min，以3 ℃/min升至310 ℃，保持16 min；进样口温度300 ℃，其他条件与饱和烃馏分相同。

在饱和烃馏分m/z 217色谱质谱图上检测和鉴定C27、C28和C29规则甾烷和C304-甲基甾烷系列，根据芳烃馏分m/z 231质量色谱图检测和鉴定C26、C27和C28三芳甾烷系列，采用芳烃馏分m/z 245质量色谱图，通过与已发表的文献中的相对保留时间对比，对甲基三芳甲基甾烷和三芳甲藻甾烷进行鉴定，从相应化合物的峰面积比值即可获得相关的分子地球化学参数。

3　结果与讨论

3.1规则甾烷和4-甲基甾烷分布特征

在饱和烃馏分m/z 217质量色谱图上可以发现中西非裂谷Termit盆地原油的C27、C28、C29甾烷在峰的强度上有差别(图4)，主要表现为：大多数原油显示相似的反“L”型分布，C29甾烷含量高，占C27、C28和C29规则甾烷总和的50%以上，表现为C29甾烷优势(图4(a)—图4(d))；而来自DD-2井(Sokor2油组)、D-1井(E0油组)、T-1井(E0油组)以及DD-1井(E2、E4油组)的原油具有不同的甾烷分布特征，这些原油的C27规则甾烷含量较高，C27-C28-C29规则甾烷呈不对称的“V”字型分布(图4(e)、图4(f))。

Termit盆地原油甾烷分布的另一个明显的差异是4-甲基甾烷的分布(图4)。DD-2井(Sokor2油组)、D-1等井(E0油组)的原油中含有较丰富的4α-甲基-24-乙基胆甾烷(图4(e)、图4(f))，而绝大多数原油的C304-甲基甾烷丰度低或未检测出(图4(a)—图4(d))。

3.2三芳甾烷分布特征

原油中三芳甾烷系列可用芳烃馏分的GC-MS进行分析，采用m/z 231质量色谱图即可进行检测。Termit盆地原油都可检测出完整的C26-C27-C28三芳甾烷系列。图5是代表性原油样品的三芳甾烷分布特征， G-3井和B-1等井的三芳甾烷分布图(图5(a)—图5(d))显示：C2620S、C2620R + C2720S和C2720R三芳甾烷的相对含量较低，而C2820S和C2820R三芳甾烷相对偏高。Termit盆地绝大多数原油具有类似特征，部分原油的三芳甾烷分布特征不同，例如DD-2井(Sokor2油组)、D-1井(E0油组)、T-1井(E0油组)以及DD-1井(E2、E4油组)的原油具有相对较高丰度的C2620S和C2620R + C2720S异构体(图5(e)—图5(f))。

图4　中西非裂谷Termit盆地原油中甾烷分布特征(m/z 217质量色谱图)Fig.4　Distribution of steranes in the oils from Termit Basin in WCARS (m/z 217 mass chromatograms)

图5　中西非裂谷Termit盆地原油三芳甾烷分布特征(m/z 231)Fig.5　Distribution of triaromatic steroids (m/z 231) of the crude oils from Termit Basin of Western and Central Africa Rift Systems

3.3甲基三芳甾烷和三芳甲藻甾烷分布特征

图6展示了中西非裂谷系Termit盆地原油甲基三芳甾烷和三芳甲藻甾烷组成特征，一般用三芳甲藻甾烷指数TDSI表示三芳甲藻甾烷的相对含量(TDSI定义为[24]三芳甲藻甾烷/(三芳甲藻甾烷+3-甲基-24-乙基三芳甾烷))。可以看出绝大部分原油样品中都检测出丰度较高的三芳甲藻甾烷和甲基三芳甾烷(图6(a)—图6(d))，具有较高的TDSI值，为0.79～0.98，表现出烃源岩有机质来源的一致性。而DD-2井(Sokor2油组)、D-1井(E0油组)、T-1井(E0油组)以及DD-1井(E2、E4油组)原油以甲基三芳甾烷为主，三芳甲藻甾烷丰度相对低很多(图6(e)—图6(f))，三芳甲藻甾烷指数TDSI的值在0.35～0.53(表1)。

3.4甾类分布特征用于原油族群划分

Termit盆地古近系—白垩系原油总体表现出2种不同的甾类生物标志化合物组成特征，大多数原油具有高的C29规则甾烷含量(表1)，其规则甾烷相对含量、组成非常相近。图7为中西非裂谷Termit盆地C27-C28-C29规则甾烷相对含量组成三角图，可以用来表示3种不同碳数规则甾烷的相对含量，可以看出这些原油很好地聚为一类(族群I)。而来自DD-2井(Sokor2油组)、D-1井(E0油组)、T-1井(E0油组)以及DD-1井(E2、E4油组)的原油都具有相对较高的C27规则甾烷含量，在盆地C27-C28-C29规则甾烷三角图中聚为另一族群(族群II)(图7)。

从三芳甾烷组成特征看，具有相对较高C29规则甾烷含量的原油(族群I)，其C26和C27相对C28三芳甾烷含量较低。为了直观地显示这种差别，求取C27/C2820R TAS和C26/C2820S TAS值(表1)，作C27/C2820R TAS-C26/C2820S TAS相关图(图8)，可以明显看出大多数原油具有较低的C27/C2820R TAS和C26/C2820S TAS参数值，聚为一类，其中C27/C2820R TAS值都低于0.35，C26/C2820S TAS值均在0.20左右或小于0.20(表1)。而DD-2井(Sokor2油组)、D-1(E0油组)、T-1(E0油组)以及DD-1井(E2、E4油组)的原油具有相对较高的参数值，同样聚类为另一种原油类型，表明这些井的原油属于另一原油族群(族群II)，应具不同于族群I的油气来源。

图6　中西非裂谷Termit盆地石油中甲基三芳甾烷和三芳甲藻甾烷分布特征 (m/z 245)Fig.6　Distribution of methyl triaromatic steroids and triaromaticdinosteroids(m/z 245)of the crude oils from Termit Basin of WCARS

图7　中西非裂谷Termit盆地原油C27-C28-C29规则甾烷组成三角图Fig.7　Ternary diagram showing the C27-C28-C29regular sterane distribution patterns of the crude oils from Termit Basin of WCARS

注：注：图中C27，C28和C29分别表示原油饱和烃质量色谱图(m/z 217)中碳数分别为27、28和29的规则甾烷化合物峰面积的相对百分含量。

图8　三芳甾烷C27/C28 20R TAS与C26/C28 20S TAS比值相关图Fig.8　Oil family classification by the cross plot of C27/C2820R TAS versus C26/C28 20S TAS ratios for the oils from Termit Basin of WCARS

从甲基三芳甾烷和三芳甲藻甾烷组成特征看，族群I原油具有相对较高的三芳甲藻甾烷含量，三芳甲藻甾烷指数TDSI值也普遍较高，一般高于0.90(表1)，而且该族群原油中C304α-甲基三芳甾烷含量很低或者未检测出。族群II原油中三芳甲藻甾烷含量相对较低，TDSI指数一般低于0.50。前人[25,28]对Termit盆地烃源岩研究结果表明，该盆地存在2套潜在烃源层，即上白垩统Yogou组海相泥质烃源层和古近系Sokor组湖相烃源层。从本文分析的原有样品生物标志化合物组合，即C304α-甲基三芳甾烷和三芳甲藻甾烷组成来看，族群I原油具有海相成因的特征，应来自Yogou组烃源层，而族群II原油应来自古近系Sokor湖相烃源层。其他的分子地球化学指标和稳定碳同位素的组成特征也区分出具有海相和湖相成因的2类原油和对应的烃源层[27]。

Termit盆地大多数原油具有海相成因原油的特征，都属于族群I。目前在DD-2井(Sokor2油组)、D-1井(E0油组)、T-1井(E0油组)以及DD-1井(E2、E4油组)中找到族群II原油，表明该族群原油具有一定的勘探前景。因此，应开展Sokor组烃源岩的分布特征研究、生烃潜力评价及油藏成藏特征综合分析，以扩大Termit盆地勘探领域。

4　结　论

(1)根据甾类化合物组成特征，将中西非裂谷系Termit盆地原油划分为2个族群。

(2)族群I原油中C27-C28-C29规则甾烷呈现反“L”型分布，含有丰度相对较高的C29甾烷。C304-甲基甾烷丰度低或未检测出；三芳甾烷C27/C2820R TAS和C26/C2820S TAS参数值分别小于0.35和0.20；三芳甲藻甾烷的丰度相对较高。绝大多数的原油都属于族群Ⅰ。

(3)族群II原油中C27-C28-C29规则甾烷呈现“V”字型分布，C29规则甾烷相对含量低于族群I原油。C304-甲基甾烷丰度较高，三芳甲藻甾烷的丰度相对较低。三芳甾烷C27/C2820R TAS和C26/C2820S TAS参数值分别大于0.35和0.20。目前DD-2(Sokor)、D-1(E0)和T-1(E0)以及DD-1等井(E2、E4油组)的原油属于该族群。

(4)甾类化合物组合分布特征是划分Termit盆地原油族群的有效方法。寻找来自族群II的原油具有重要的勘探意义。

致谢

中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室完成了样品的地球化学分析测试，在此表示谢意。

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责任编辑：王辉

Composition of Steroid Biomarkers in Oils from Termit Basin,Western and Central Africa Rift Systems

MAO Fengjun,LIU Bang,LIU Jiguo,TANG Qi,CHEN Zhongmin,ZHENG Fengyun,LI Zaohong

(Research Institute of Petroleum Exploration & Development,CNPC,Beijing 100083,China)

The distribution patterns of regular steranes,4-methyl-steranes,triaromatic steroids and methyl triaromatic steroids in the oils from Paleogene-Lower Cretaceous reservoir in Termit Basin of Western and Central Africa Rift Systems(WCARS) were analyzed using gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The ethnic group of the oils in Termit Basin was divided according to the composition of the steroids.It is shown that the majority of the oils are dominated by C29steranes among all C27,C28and C29regular sterane homologues.The C304-methylsterane is typically absent or under detection limit.The distribution of triaromatic steroids(TAS) is characterized by low content of C2720R and C2620S TAS isomers.The triaromaticdinosteroids are present at relatively high concentration.These oils should belong to one oil family(family I) and be derived from the same source kitchen.The relative abundance of C29regular sterane in some oils from wells DD-1,DD-2,D-2 and T-1 is a little lower than that of the oils from family I.These oils are characterized by abundant C304-methylsterane and relatively lower triaromaticdinosteroids content.Therefore,they should belong to another oil family(family II).Exploration for the oils of family II has important practical significance in Termit Basin.

regular steranes;triaromatic steroids;triaromaticdinosteroids;oil ethnic group;Western and Central Africa Rift Systems;Termit Basin

2016-03-01

国家科技重大专项“海外重点风险项目勘探综合配套技术”(编号：2011ZX05029)

毛凤军(1965-)，男，硕士，高级工程师，主要从事非洲地区石油地质综合研究。E-mail: maofengjun@petrochina.com.cn

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.03.002

TE122.3

1673-064X(2016)03-0008-09

A