准噶尔盆地沙南油田原油来源分析

何俊波，陈世加,2，吴炳燕，张竞月，李 勇，黄 海

(1.西南石油大学 地球科学与技术学院，四川 成都 610500；2.中国石油新疆油田分公司 勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

引 言

沙南油田位于准噶尔盆地阜康凹陷周缘，作为准噶尔盆地最大的生烃凹陷之一，阜康凹陷周缘分布着多个油气田，除了沙南油田外还包括沙北油田[1]、三台—北三台油田等[2]。沙南油田总探明储量在1 800万t以上，具有重要的经济价值和研究意义。

前人对其周缘的油气田也作过详尽的研究，但是主要针对的是沙北地区、三台—北三台等地区的油气来源、地化及成藏特征。沙北地区的原油主要为低成熟油，来自于侏罗系烃源岩[3]，三台—北三台地区原油主要是二叠系烃源岩成熟阶段的产物[4]。由于沙南地区资料较为单一，对沙南油田的油气来源一直存在争议。本文运用全烃地球化学的方法[5]，先利用沙南地区原油的物性特征和地化特征，确定其与邻区原油的亲缘关系，再通过原油及储层抽提物的碳同位素、轻烃、生物标志化合物互为印证、互为补充[6]，从而确定出沙南地区原油的来源及层位。

1 地质概况

准噶尔盆地是我国西部典型的叠合盆地[7]。受复杂构造运动的影响，盆地填充了石炭系到第四系较为齐全的超厚沉积盖层，最大沉积厚度达万米以上[8]。而阜康凹陷是整个准噶尔盆地最大的生烃凹陷，被认为是准噶尔盆地东部、南部、腹部的主要油气源[9]。其自下而上主要发育了二叠系和侏罗系2套烃源岩[10]，在凹陷周缘存在多个油气田，本次研究的沙南油田就是其中之一。

沙南油田位于准噶尔盆地东部隆起区帐北断褶带中段，地处沙北油田南面，三台—北三台北面(图1)，是20世纪90年代末发现的一个中型油田，包括沙丘5井上二叠统梧桐沟组油藏和沙丘3井下三叠统韭菜园组油藏。沙丘5井梧桐沟组油藏处于沙丘古构造和北三台凸起之间的鞍部,油藏受岩性控制,产油层厚250～300 m,与上覆三叠系韭菜园子组成假整合接触,与下伏二叠系平地泉组成不整合接触。含油面积28.8 km2，探明原油储量1 738万t。沙丘3井韭菜园组油藏控制含油面积4.5 km2，探明原油储量154万t[11]。

图1 烃源岩厚度等值线Fig.1 Thickness contour map of source rocks

2 烃源岩特征

沙南油田位于阜康凹陷东部，根据目前钻揭资料，阜康凹陷主要发育2套烃源岩，分别是二叠系烃源岩[12]和侏罗系烃源岩[13]。由于二叠系烃源岩埋藏较深，凹陷深处尚未有井钻揭，因此，以研究区域二叠系烃源岩源岩情况进行评价。

中下二叠统烃源岩属于半深湖—深湖相沉积，岩性以灰色、灰黑色、黑色泥岩为主，夹黑色白云质泥岩。该套烃源岩在阜康凹陷周缘广泛分布，最大厚度可达650 m。该套烃源岩有机质丰度高，有机碳(TOC)质量分数平均值为2.45%，最大值达到11.92%，生烃潜量(S1+S2)大于6 mg/g，最大达到67.31 mg/g，属于好烃源岩范畴[14]。烃源岩有机质类型较好，总体以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主。镜质体反射率(Ro)主体分布在0.8%以上，最大值达2.27%，属于成熟阶段的烃源岩(表1)。源岩在侏罗纪进入生烃门限，白垩纪早期达到生油高峰期，白垩纪末进入高成熟油、凝析油生成阶段[15]。

中下侏罗统烃源岩属于河流-沼泽-半深湖相煤系沉积，岩性为灰黑色、灰白色砂岩和灰黑色粉砂质泥岩，具有黑色碳质泥岩夹煤层[16]。黑色泥岩和煤层厚度最大可达900 m[17]。有机质丰度较高，泥质烃源岩中的TOC质量分数主体分布在1.0%～2.0%，S1+S2主体分布在1.0～2.0 mg/g，属于较好烃源岩范畴。侏罗系烃源岩有机质类型较差，总体以Ⅲ型为主，属于典型的腐殖型烃源岩；Ro普遍小于0.8%，属于低演化阶段的烃源岩(表1)。源岩在侏罗纪晚期进入生烃门限，在白垩纪晚期达到生烃高峰。

阜康凹陷烃源岩分布较广，主要包括二叠系和侏罗系2套烃源岩，且2套烃源岩特征具有较大差异。二叠系烃源岩的TOC质量分数和S1+S2含量明显高于侏罗系，达到好烃源岩的标准，有机质类型较好，以Ⅱ型为主。沙南地区二叠系烃源岩演化程度达到成熟阶段，Ro主体分布在1.0%～2.0%，凹陷深处二叠系烃源岩埋藏较深，理论上应达到成熟—高成熟阶段。侏罗系烃源岩的有机质丰度较高，有机质类型以Ⅲ型为主，属于较差类型的有机质，平均Ro小于0.8%，表明侏罗系烃源岩的演化程度只达到低成熟阶段。

表1 阜康凹陷不同层位烃源岩评价数据统计Tab.1 Evaluation data of source rocks of different horizons in Fukang sag

3 原油特征及来源分析

3.1 原油物性特征

沙南地区原油密度基本一致，主体分布在0.84～0.87 g/cm3，属于正常密度原油，沙北油田原油密度主体分布在0.80～0.82 g/cm3的范围内，整体比沙南油田原油密度小的多，属于典型的轻质油(表2)，二者差异显著。两地区原油凝点也存在明显区别，沙南原油凝点在15 ℃之上，而沙北地区原油凝点基本不超过15 ℃(表3)。

3.2 原油地化特征

3.2.1 原油同位素 沙南地区原油及储层抽提物的碳同位素主体分布在-31‰～-30‰；三台—北三台地区的原油碳同位素在-32‰～-30‰，而沙北地区的原油及储层抽提物的碳同位素明显比沙南地区和三台—北三台地区要重得多，其主要分布在-27‰～-26‰(图2)。沙南地区的原油碳同位素分布范围和三台—北三台地区基本一致，而与沙北地区相比则存在明显差异，说明沙南地区和三台—北三台地区的原油极有可能来自于同一套烃源岩，而沙北地区原油来自于另一套烃源岩。

除此之外，整个沙南地区原油与三台—北三台原油在原油族组分碳同位素分布上也表现出较好的相似性。以沙丘3井、沙丘5井、沙丘13井和沙丘14井为例，族组分碳同位素按饱和烃、非烃、芳烃、沥青质依次变重，与三台北三台地区的西泉1井族组分同位素变化规律基本一致。这一现象进一步说明沙南地区和三台—北三台地区存在相同的油源。

表2 沙南地区原油物性Tab.2 Physical properties of crude oil in Sha'nan area

表3 沙北地区原油物性Tab.3 Physical properties of crude oil in Shabei area

(数据来源于中国石油集团新疆分公司)

图2 沙南地区、三台北三台地区和沙北地区原油同位素分布Fig.2 Distribution of carbon isotopes of crude oil in Sha'nan area,Santai-Beisantai area and Shabei area

3.2.2 原油轻烃

(1)C7系列化合物

沙南地区原油轻烃C7系列化合物正庚烷质量分数为39.78%～46.30%,x甲基环己烷质量分数为37.90%～46.95%,二甲基环戊烷质量分数为8.98%～19.65%。三台—北三台地区正庚烷质量分数为38.9%～45.7%，甲基环己烷分布在36.81%～42.7%，二甲基环戊烷为11.2%～21.3%，两地区原油轻烃特征基本一致。沙北地区的正庚烷质量分数为27.31%～31.22%，甲基环己烷质量分数为57.51%～63.88%，二甲基环戊烷质量分数为8.61%～13.22%，与沙南地区原油轻烃明显存在差异。这也说明沙南地区原油有机质组成与沙北油田原油不同,与三台—北三台原油有机质组成相似(图3)。

(2)庚烷值和异庚烷值

沙南地区沙丘12、沙丘13、沙丘14和沙丘16井原油庚烷值为28.53～35.09，异庚烷值为0.66～1.62，与三台—北三台地区西泉091井原油成熟度基本一致，属于典型的成熟—高成熟阶段原油，而沙北地区沙24井原油则属于典型的低成熟—成熟阶段产物(图4)，与沙南地区存在明显差异。

3.2.3 生物标志化合物分布特征

(1)正构烷烃

沙南地区原油Pr/Ph 分布在1.10～1.67，属于典型的还原环境沉积产物。OEP(奇偶优势比)在1.0左右，无明显的奇偶优势，原油主要为成熟阶段产物，且Pr/C17和Ph/C18值都较小，原油受生物降解影响较小。

图3 沙南地区、三台北三台地区和沙北地区原油轻烃C7系列化合物对比Fig.3 Comparison of light hydrocarbon C7 series compounds of crude oil in Sha'nan area,Santai-Beisantai area and Shabei area

图4 沙南地区轻烃庚烷值与异庚烷值对比Fig.4 Comparison of heptane value with isoheptane value in Sha'nan area

(2)甾烷分布特征

沙南地区C29αα20S/20(S+R)主体分布在0.4左右，C29αββ/ ∑C29主体分布在0.5～0.8，已达平衡，说明原油至少达到成熟阶段。三台—北三台地区C29αα20S/20(S+R)分布在3.2～5.7，主体分布在0.4～0.5，C29αββ/ ∑C29分布在0.5～0.8，与沙南地区的甾烷分布特征基本一致。而沙北地区C29αα20S/20(S+R)分布在0.12～0.46，主体分布在0.4以下，C29αββ/ ∑C29分布在0.32～0.75，主体分布在0.5以下，原油明显还没有达到成熟阶段(图5)。C27甾烷丰度较低(<10%),C28甾烷丰度较高(>30%),C29甾烷丰度较高(>50%),呈“厂”字型分布(图6)，与三台—三台地区主体的原油和储层抽提物甾烷分布特征基本一致(图7)，充分说明沙南地区的原油和三台—北三台是同一类型的原油。

3.3 油源对比

沙南地区原油和储层抽提物的碳同位素较轻，在-31‰～-30‰，与三台—北三台地区基本一致，比沙北地区原油碳同位素轻[18]。沙南地区二叠系烃源岩抽提物碳同位素分布在-32‰～-30‰，与沙南地区和三台—北三台地区的原油碳同位素分布范围相近(图7)，说明沙南地区的原油与二叠系烃源岩存在亲缘关系。

图5 沙南地区原油C29αα20S/20(S+R)-C29αββ/∑C29交汇图Fig.5 Crossplot of C29αα20S/20(S+R) and C29αββ/∑C29of crude oil in Sha'nan area

图6 沙南及三台—北三台地区原油甾烷分布Fig.6 Sterane distribution diagrams of crude oil from well Sha-107 in Sha'nan area and well Bei-27 in Santai-Beisantai area

图7 沙南二叠系烃源岩抽提物碳同位素和沙南原油碳同位素分布Fig.7 Carbon isotope distribution of Permian source rock extractive and crude oil in Sha'nan area

沙南地区原油的甲基环己烷指数[19]处于37.90%～46.95%之间，表明母质类型以腐泥型为主。Pr/Ph分布在1.10～1.67，是典型的还原环境下的产物，OEP的值分布在1.0左右，原油至少达到成熟阶段。

综上所述，沙南地区原油的母质类型和沉积环境均与二叠系烃源岩相一致，且沙南地区原油以成熟—高成熟为主，与二叠系烃源岩的演化程度也高度一致。这说明沙南地区原油来源于二叠系烃源岩。

4 结 论

(1)沙南地区的原油与沙北地区的原油相比存在明显区别，和三台—北三台地区的原油在物性特征及地化特征方面基本一致，说明沙南地区的原油与三台—北三台地区的原油来自于同一套烃源岩。

(2)沙南地区原油母质类型以腐泥型为主，达到了成熟—高成熟阶段。该地区原油是典型的还原环境下的产物，同阜康凹陷二叠系烃源岩的类型、演化程度和沉积环境高度一致，说明沙南地区的原油就是二叠系烃源岩成熟—高成熟阶段的产物。

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