塔里木盆地油砂油地球化学特征

张陆平，单玄龙，王 月

(吉林大学地球科学学院，长春 130061)

塔里木盆地油砂油地球化学特征

张陆平，单玄龙，王 月

(吉林大学地球科学学院，长春 130061)

对塔里木盆地库车坳陷巴什基奇克地区油砂油抽提物成分分析表明该油砂油确实发生了一定程度的氧化与生物降解作用，油砂油的烃源岩的母质成分以侏罗纪时期淡水深湖相，且有机质来源以高等植物为主，有机质成熟度较高，且处于生烃高峰期。由于该地区石油成藏晚，后期构造运动强烈，使原有的油气藏受到破坏，油气溢出到地表形成油砂，具有良好的勘探前景。

塔里木盆地；库车坳陷；中生界；油砂油；生物标志化合物

油砂亦称“焦油砂”“重油砂”或“沥青砂”。已露出或近地表的重质残余石油浸染的砂岩，系沥青基原油在运移过程中失掉轻质组分后的产物。我国的油砂资源相当丰富，虽未经系统勘查，但就目前所知，新疆的准噶尔盆地、吐哈盆地、塔里木盆地，青海柴达木盆地，内蒙古的松辽盆地西部，四川盆地，西藏羌塘盆地，广东茂名盆地，云南景谷盆地，广西百色盆地、楚雄盆地，贵州麻江和翁安等地区均有分布(如图1)。本文的立项地点位于塔里木盆地北部的库车坳陷(如图2)。

1 区域地质概况

1.1 塔里木盆地的演化历史

塔里木盆地为我国最大的内陆盆地，被南天山、喀喇昆仑山、阿尔金山所环绕。为具有8亿年的发展演化历史的多旋回盆地。发育有7个分布较为广泛的不整合面，标志着7次较为广泛的区域地质运动，分别是：1)前震旦纪青白口纪末的塔里木运动；2)奥陶纪末的晚加里东运动；3)泥盆纪末的早海西运动；4)二叠纪晚期的晚海西运动；5)三叠纪末的印支运动；6)白垩纪末的燕山晚期运动；7)古近纪晚期的晚喜山运动。这些构造运动为油气藏的形成和聚集提供了良好的条件，同时由于构造运动的影响使一些油气藏发生破坏，油气溢出而广泛发育油砂矿藏。

塔里木盆地的演化历史主要经历了7个阶段，分别为：1)前寒武纪结晶基底的形成；2)震旦纪—奥陶纪克拉通内坳陷与克拉通边缘坳拉槽发展阶段；3)志留—泥盆纪：克拉通内坳陷与周缘前陆盆地发展阶段；4)石炭—二叠纪克拉通边缘坳陷与克拉通内裂谷阶段；5)三叠纪前陆盆地发展阶段；6)侏罗纪—早第三纪陆内断陷—坳陷发展阶段；7)晚第三纪—第四纪复合前陆盆地阶段。塔里木盆地主要发育寒武—奥陶系、石炭—二叠系及三叠—侏罗系3套烃源岩，以及5套良好的储盖组合。

1.2 库车坳陷的形成

库车坳陷位于塔里木盆地北部，天山南麓，为一个叠加在前期盆地之上的再生前陆盆地。盆地基地形成于前寒武纪时期，并于震旦纪开始由于克拉通盆地内坳陷的形成使洋壳开始形成，洋盆打开，整个盆地开始进入海相地层地沉积阶段。二叠纪期受海西运动的影响洋盆关闭，库车地区结束了海相层的沉积历史进入前路盆地的演化模式。此时盆地内沉积以河湖相沉积为主。伴随着受海西运动影响而形成的造山带，此时坳陷内发育磨拉石沉积并可见煤沉积。进入侏罗纪，由于侏罗纪时期是温室时期，气候湿润温度较高，因此，此时风化剥蚀作用强烈，南天山被剥蚀殆尽，库车地区受坳陷作用的影响进入伸展阶段，并发育湖盆，南天山的剥蚀物则提供了充足的物源。始新世末，印度板块与欧亚板块碰撞，到古近纪渐新世晚期，应力已传递到塔里木盆地的北缘，使库车盆地北部的古生代碰撞造山带再生活动，库车地区及邻区进入了再生前陆盆地演化阶段。库车地区自下至上发育三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系、第四系地层(如图3)。

图1 中国主要油砂分布图(据地调局油气中心，2015年修改)

图2 工区位置图(据徐振平，2011)

库车坳陷主要发育三叠系—侏罗系含油气系统，烃源岩以三叠系和侏罗系的泥岩和煤系地层为主，该地区烃源岩成熟度高，现今仍处于生烃高峰期。该地区发育两套盖层分别是侏罗系的泥岩盖层与古近系与新近系的膏盐岩、膏泥岩。于古近系开始烃源岩进入生油高峰，并于新近系聚集成藏(如图4)。由于该地区烃源岩处于生烃高峰期，成藏晚，并且进入新构造运动时期，塔里木盆地的构造演化主要受控于南部印度次大陆与欧亚大陆碰撞的远距离构造效应，使该区块自南向北逆冲推移，形成一系列逆冲断层，使原有的油气藏遭受破坏，油气顺着新形成的断层向上溢出在地表形成油砂矿藏。

2 油砂油地球化学特征

本文选取库车地区巴什基奇克、黑英山、依奇克里克的7个取样点进行对比分析。对样品组分含量(见表1)进行三角投(如图5)，并绘制出巴什基奇克地区每种组分与取样点深度的关系进行投图(如图6～9)，可见库车地区油砂油与原油相比确实发生了不同程度的降解和氧化，表现为沥青质和非烃的含量相对增加，饱和烃与芳香烃的含量相对降低。并且从深度与组分的关系来看，降解程度是随深度的降低而加强的，越靠近地表降解程度越高。

图3 库车地区地层柱状图

图4 库车坳三叠系—侏罗系油气系统(据何登发，2013)

2.1 正构烷烃与类异戊二烯烷烃

正构烷烃分布较为完整nC11～nC38，主峰碳为nC31。碳优势指数CPI值为0.41，奇偶优势OEP值为1.156，具有较弱的奇碳优势。nC21—/nC22+为0.55，具有明显的高碳优势(表2)。一般认为，碳数分布在C15～C21之间，且主峰为C17，C15，无明显奇偶优势的标志着海洋浮游植物及其降解产物。高等植物来源的正构烷烃的母质来自高等植物的蜡质经水解后形成偶碳数脂肪酸和醇，在还原条件下再经过脱羧基或脱羟基反应并最终形成奇数碳的正构烷烃。因此，陆地植物的正构烷烃分布在C25～C33之间，以C27、C29、C31为主峰，并具有明显的奇碳数优势。同时，对高等植物来说，不同的植被类型中正构烷烃的碳数以及主峰碳也是不同的，木本植物来源的正构烷烃多以C29为主峰，草本植物来源的正构烷烃多以C31为主峰。陆海比大于1也反映了该烃源岩来源于陆内高等植物，Pmar-aq指标处于0.4～0.6表明该烃源岩有浮水植物的输入。这也吻合了侏罗纪时期库车地区湖盆发育，气候温暖湿润，有大量水生植物生长于次。而该地区油砂抽提物具有明显的高碳数优势，但其具有较弱的奇碳数优势，原因可能是氧化及细菌等微生物改造作用，部分低碳数正构烷烃遭到破坏引起的。该地区生物标志化合物以侏罗纪时期的草本植物为主，并有水生浮游生物输入。

表1 样品组分含量

图5 样品组分三端元四组分图

图6 塔北巴什基奇克芳香烃含量随深度变化图

图7 塔北巴什基奇克非烃含量随深度变化图

图8 塔北巴什基奇克饱和烃含量随深度变化图

图9 塔北巴什基奇克沥青质含量随深度变化图

2.2 甾烷

甾烷类化合物主要是成岩作用中真核生物(如藻类、浮游植物、浮游动物或是高等植物)衍生而来的。C27～C29甾烷的相对含量分别为(30.89%～33.68%)平均值32.23%、(20.56%～23.32%)平均值为21.92%、(44.50%～46.96%)平均值45.84%，C27甾烷与C29甾烷比值为(0.67～0.75)平均值为0.70。通常认为C27甾烷来源于低等水生生物和藻类，C29甾烷可以来源于藻类和陆源高等植物。结合规则，甾烷分布特征及C27～C29甾烷相对含量特征如图10，显示出陆源高等植物来源的有机质占优势，但与水生低等生物藻类来源并存的格局。

甾烷的C29ααα20R是普遍存在于活生物体中的生物构型，而C29ααα20S及C29αββ20R和20S则是较稳定的地质构型。随着深度的增加，有机质成熟度的提高，20R构型向20S构型转化，使甾烷的20S/20(R+S)比值增大，αα构型向ββ构型转化，使ββ/(αα+ββ)比值增大。因而，甾烷αααC2920S/(20R+20S)可以指示原油的成熟度，未成熟样品，其值为0，成熟样品其值在0.5～0.6。与此类似，C29甾烷的αββ/(ααα+αββ)也可以反映原油的成熟度。油砂抽提物中甾烷αααC2920S/(20R+20S)为(0.423 4～0.451 6)平均值为0.440 2，C29甾烷αββ/(ααα+αββ)为(0.428 8～0.515 7)平均值为0.491 6(表3)。结合成熟度判别图解，反映油砂抽提物成熟度为成熟(图10～11)。

表2 塔北巴什基奇克正构烷烃与类异戊二烯烷烃地球化学特征表

表3 塔北巴什基奇克甾烷地球化学特征表

注：R1=C27/(C27+C28+C29)；R1=C28/(C27+C28+C29)；R3=C29/(C27+C28+C29)；R4=C2920S/(20S+20R)；R5=C29αββ/(ααα+αββ)；R6=孕甾烷/(孕甾烷+升孕甾烷)

图10 塔北巴什基奇克C27-C28-C29甾烷相对分布三角图

图11 塔北巴什基奇克油砂抽提物C29甾烷αββ/(ααα+αββ)-20S/(20R+20S)判别图解

2.3 五环三萜烷

原油中的五环三萜烷包括藿烷、伽马蜡烷、烷基环己烷、18α(H)—奥利烷等。C30藿烷为主峰，Ts/Tm值为(0.81～0.88)平均值为0.85，Ts/Tm可以反映原油成熟度，其随成熟度增加而增大。萜烷分布特征说明油砂抽提物有机质处于成熟阶段。

一般认为，在五环三萜烷中，γ蜡烷主要来源于原生动物和光合作用细菌或其他低等水生生物中的四膜虫醇，是咸水还原沉积环境的标志物，广泛分布在碳酸盐岩和盐湖相原油及沉积物中，而其他均为高等植物成因。18α(H)—奥利烷是最典型的高等植物五环三菇类化合物之一，奥利烷主要作为晚白至世以来高等植物(特别是被子植物)输入的可靠标志物。奥利烷的先质主要为被子植物中的β——香树素。至今，在已知的早于白平纪的石油中还没有发现奥利烷的例子。当然，对于原油来讲，没有奥利烷并不证明是由白平纪之前的岩石所生成的油，因为该化合物仅代表白垩纪以来的高等植物对沉积有机质的贡献。γ蜡烷/αβC30藿烷为0.11，含量很低(见表3)，并且含有18α(H)—奥利烷，二环倍半萜类，三环萜烷类含量较高。表明烃源岩形成于一种盐度较低的淡水水环境，有机质类型以藻类和高等植物为主。

表3 塔北巴什基奇克五环三萜烷地球化学特征表

3 结语

塔北库车坳陷地区油砂抽提物地球化学分析表明，其饱和烃含量较低，正构烷烃中碳数分布不完整，后期次生氧化作用程度较高。生物标志化合物分析表明，油砂抽提物处于成熟阶段，对应源岩为侏罗系地层还原环境下的淡水深湖相，且有机质来源以高等植物为主，具有良好的勘探前景。

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The Geochemical Characteristics of Oil Sand in Tarim Basin China

ZHANG Lu-ping,et al.

(CollegeofEarthSciences，JilinUniversity,Changchun130061,China)

The analysis of the composition of the oil extraction from oil sand oil in the Bashijiqik area of the Kuqa Depression in the Tarim Basin China shows that the oil sands oil in this area does have a certain degree of oxidation and biodegradation.The parent material of the source rock in oil sand oil is of freshwater depth of lake during the Jurassic period,and the source of organic matter is mainly from higher plants. The mature of organic matter is higher,and is at the peak of hydrocarbon generation. Due to the strong late and late tectonic movement of the oil accumulation in the area,the original oil and gas reservoirs are damaged,the oil and gas spill into the surface of the ground and form oil sand,which has good prospect of exploration.

Tarim Basin; Kuqa depression; mesozoic; oil sand; biomarker

2017-05-02

大学生创新创业项目(2016B61538)

张陆平(1995-)，男(满)，长春 主要研究资源勘查油气。

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.025

P618.13

A

1009-8984(2017)02-0104-06