鄂南镇泾地区延长组原油轻烃组成及地球化学特征

余寒雷，何光洪，任江波，张　广，陈文生，焦　军，曹海英.

(1.中石化华北石油工程有限公司录井分公司，河南郑州　450006； 2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安　710018)

石油的生成过程中始终伴随有气态烃类的生成[1]，因而原油的轻烃馏分中包含着丰富的关于原油形成、成藏等方面的重要信息。轻烃是凝析油和原油的重要组成部分，其含量约占原油总量的1/4以上。轻烃的组成特征与母质类型、成熟度有关。国内外关于轻烃的研究报道很多，Hunt[2]揭示了轻烃中正构烷烃的母质来源，Mango[3]提出了轻烃成因的稳态催化动力学模式，Thompson[4]指出可用庚烷值和异庚烷值研究原油的成熟度和母质类型，张敏[5]指出2-MH/3-MH比值的差异性可能与烃源岩沉积介质条件有关。

鄂南镇泾区块经过了多年的油气勘探开发，前人在岩石学特征、储层评价、烃源岩地球化学特征等方面取得了大量成果，但关于原油轻烃的地球化学特征研究比较少见。本文以镇泾工区延长组原油为研究对象，通过不同Mango轻烃参数、原油饱和烃和芳烃组成特征的研究，探讨轻烃组成所蕴含的地球化学意义，旨在为该地区的油气勘探提供有力的帮助。

1　地质背景

鄂尔多斯盆地是中国内陆第二大含油气盆地，面积约为25×104km2[6]。镇泾地区位于盆地西南部，天环坳陷的南部(图1)，为一近西倾单斜，构造平缓。该区上三叠统延长组为主要目的层系，属于中生界内陆湖泊相碎屑岩含油气体系[7]。延长组为一套浅灰色细、粉砂岩，泥质粉砂岩和灰、深灰、灰黑色泥岩，炭质泥岩，粉砂质泥岩地层，根据岩性特征从上到下细分为长1—长10等多个含油层系[8]，主产层位为长6、长8以及长9油层组，长7为主要的生油层。延长组生储盖组合发育齐全，具有良好的石油成藏条件。

图1　鄂尔多斯盆地构造分布Fig.1　Distribution of the structures of Ordos Basin

镇泾区块延长期代表一个完整的内陆湖盆沉积旋回，包含了湖盆发生、发展和消亡的全过程，可划分为3个大的湖泊—三角洲沉积演化期：长10—长9期为湖泊—三角洲发育早期；长8—长6期为湖泊—三角洲发育中期；长4+5—长1期为湖泊消亡期，即三角洲发育晚期。长10—长4+5期主要为湿热气候条件下的湖泊—三角洲沉积，储集岩以河口砂坝、分流河道型为主，次为远砂坝砂体；长3—长1期则转化为半干旱气候条件下的河流与沼泽相沉积，储集岩以分流河道砂体为主，次为河口砂坝、远砂坝砂体。

2　轻烃特征

2.1　轻烃馏分总体特征

通过对镇泾地区延长组81个原油样品C4-C9轻烃100个化合物进行统计发现(图2)，原油轻烃馏分中链烷烃含量最高，介于44.2%～98.1%之间，平均为92.0%，其中正构烷烃含量为15.2%～72.4%，平均为49.2%；支链烷烃含量为9.8%～49.6%，平均为42.5%。正构烷烃/支链烷烃比值除长9油层组个别样品小于1，显示一定的生物降解特征外，其余样品普遍大于1，为保存条件较好的正常原油。环烷烃含量分布范围在2.7%～33.5%，平均值为7.6%。芳烃含量最低，平均仅为1.3%。总体上，轻烃组分呈现出链烷烃>环烷烃>芳烃，正构烷烃>支链烷烃的变化规律，表明原油母源有机质类型为腐泥型。

图2　镇泾地区延长组原油C4-C9轻烃族组成Fig.2　Composition of C4-C9 light hydrocarbons of crude oil from Yanchang formation in Zhenjing area

2.2　Mango轻烃参数特征

美国学者Mango研究了世界各地(主要是北美地区)2000余原油样品的轻烃组成，发现2-甲基己烷(2-MH)、3-甲基己烷(3-MH)、2,3-二甲基戊烷(2,3-DMP)、2,4-二甲基戊烷(2,3-DMP)等4个异庚烷化合物的含量呈一种特定的比例，即K1=[(2-MH)+(2，3-DMP)]/[(3-MH)+(2，4-DMP)]≈1[3]。从镇泾区块K1值的分布来看(分布范围在0.87～1.36，中值为1.15)，除个别井HH97、HH55-5井K1值大于1.2，表现为高K1值外，其他样品K1值均分布在0.87～1.20之间，与Mango所做结论一致。镇泾工区K1值与2-MH/3-MH值的正相关性较好，而K1和2,3-DMP/2,4-DMP值不具有相关性，这与张敏的研究结果相吻合[5]。2-MH/3-MH比值的差异性明显(0.55～0.97)，可能与烃源岩沉积介质条件有关，其中酸性催化剂的作用强弱在轻烃形成过程中起重要作用[5]。

Mango[9]利用P3与P2+N2相关性图划分原油类型，并将P3/P2+N2比值定义为K2，同一类型烃源岩在整个生油窗期生成的原油具有不变的K2值。朱扬明等[10]发现塔里木盆地陆相原油轻烃的K2值高于海相油，其中湖相油较低，煤成油及混源油较高。镇泾工区原油K2值在0.11～0.50之间，平均值为0.24，结合该研究区苯和甲苯含量低的特点，得知原油主要形成于淡水湖相的环境。

2.3　原油成熟度的厘定

Thompson[4]根据原油随着成熟度增高烷基化程度也增高的现象，提出了2个反映成熟度的参数，即庚烷值和异庚烷值，用来区别原油的成熟度；但很快发现不同的母质对原油的成熟度有控制作用。为此，Thompson给出了两条线，一条是芳香族化合物的线，代表腐殖型母质，另一条是脂肪族的线，代表腐泥型母质，在两条线之间的区域，对应着过渡类型的母质。事实上，庚烷值和异庚烷值不仅受成熟度和母质类型的影响，也受次生变化对庚烷值和异庚烷值的影响，如生物降解和水洗作用都会使这两个值降低。镇泾区块延长组异庚烷值为0.75，庚烷值为17.7%，表明原油已成熟。各油层组(长6、长8、长9)的原油庚烷值和异庚烷值并无明显差别。同时，样品的庚烷值和异庚烷值并未表现出线性相关性，说明除成熟度外，母质类型、次生变化对此二者有所影响。

衡量原油成熟度常用的生物标志物参数均有其自身的局限性，如甾烷C2920S/(20S+20R)和ββ/(ββ+αα)只适用于生油高峰前的演化阶段，在Ro约为0.90时达到平衡终点，即使此后成熟度继续增加，该比值也不会有明显的变化，因此，要衡量处于生油窗晚期或高成熟阶段的原油成熟度，甾烷C2920S/(20S+20R)和ββ/(ββ+αα)值就失去有效性。Mango(1987)提出2-MH/3-MH和2,4-DMP/2,3-DMP是温度的线性函数，后者作为温度参数比前者好[3]。Mango(1997)推导出一个原油所经历的最高温度与2,4-DMP/2,3-DMP的函数关系式[11]：T(℃)=140+15ln(2,4-DMP/2,3-DMP)。利用该公式计算出镇泾工区延长组原油经历的最高温度在116～133 ℃之间，平均温度为128 ℃，折算Ro为0.78%～0.96%，原油主要为成熟阶段的产物，这与用庚烷值定性判断的结果是一致的。

2.4　C6轻烃组成特征

在C6化合物组分中，腐殖型有机质中苯化合物的含量一般比较高，而腐泥型有机质中环烷烃和正构烷烃的含量则相对丰富。在以C6化合物正构烷烃(正己烷)、环烷烃(环己烷)和芳烃(苯)组成的三角图中(图3)，镇泾工区原油所有样品数据点均分布于图的底部，具有苯含量很低、正己烷和环己烷含量较高的特征，呈现出腐泥型来源油的特点。图3中各油层组(长6、长8、长9)的原油并没有表现明显的差别，说明C6化合物组成的三角图对于识别有机质类型比较有效，而对于区分母源类型相近的原油作用不大。

图3　镇泾地区延长组原油C6轻烃组成Fig.3　Composition of C6 light hydrocarbons of crude oil from Yanchang formation in Zhenjing area

2.5　C7轻烃组成特征

C7轻烃系统的化合物包括正庚烷(nC7)、甲基环己烷(MCC6)及各种构型的二甲基环戊烷(∑DMCC5)。研究表明，正庚烷主要来自藻类和细菌，对成熟作用十分敏感，是判断油气成熟度的良好指标；甲基环己烷主要来自高等植物的木质素、纤维素和糖类等，热力学性质稳定，是反映陆源母质类型的良好参数，它的大量存在是煤成气中轻烃的一个特点；各种构型的二甲基环戊烷主要来自水生生物的类脂化合物，并受成熟度影响，它的大量出现是油型气中轻烃的一个特征[12-13]。因此可利用nC7、MCC6、∑DMCC5三种组分作三角图，区分不同来源的油气(图4)。从图4可以看出，镇泾区块原油二甲基环戊烷相对含量高，甲基环己烷和正庚烷含量低，反映了水生生物是主要的生烃来源。值得注意的是，由于nC7和∑DMCC5的含量均受到成熟度的影响，因此C7轻烃三角图适合在油气成熟度较低时使用。

图4　镇泾地区延长组原油C7轻烃组成Fig.4　Composition of C7 light hydrocarbons of crude oil from Yanchang formation in Zhenjing area

胡惕麟等[14]认为六员环烃主要来自腐殖型有机质，并提出用甲基环己烷指数(MCH-I)来衡量生烃母质的类型。研究区MCH-I指数分布在18.3%～38.8%，平均为31.5%，并结合C6、C7轻烃化合物的分布特征，可以认为镇泾区块延长组油气为腐泥型母质生成。

2.6　油源对比

适用于油源对比的指标较多，常用的有原油的族组成指标，如饱和烃、芳香烃和非烃的含量等；也可用正烷烃分布曲线、碳同位素进行对比[15]。近年来，广泛应用生物标记化合物作为对比指标，它包括异构烷烃、甾族、多环萜类等异戊间二烯型的萜类衍生物[16]。如果各层原油的上述指标相近，则可确认这些原油是同源的；反之，如果各层石油的上述指标相差较大，则可认为这些原油来自不同的烃源岩。利用异庚烷值、庚烷值、甲基环己烷指数、iC4/nC4、iC5/nC6等参数对研究区长6、长8、长9的原油和长4+5的泥岩、长7底部的油页岩进行对比分析(图5)，发现长6、长8、长9的原油和长7油页岩的轻烃参数分布特征具有明显的相似性，对比度为0.85～0.94，而与长4+5的烃源岩相差较大，说明长6、长8、长9的原油主要来自长7的油页岩。

图5　镇泾地区延长组原油和烃源岩轻烃参数对比Fig.5　Comparison of light hydrocarbon parameters of crude oil and source rocks from Yanchang formation in Zhenjing area

3　结论

(1)镇泾地区延长组原油轻烃馏分总体特征表现为：链烷烃>环烷烃>芳烃，正构烷烃>支链烷烃，表明母源有机质类型为腐泥型，该区原油为保存条件较好的正常原油。

(2)镇泾地区延长组原油除个别井表现为高K1值外，其他样品K1值均分布在0.87～1.20之间，与Mango所做结论一致。K2值分布在0.11～0.50之间，平均值为0.24，结合该研究区苯和甲苯含量低的特点，得知原油主要形成于淡水湖相的环境。

(3)利用原油最高温度的恢复计算公式，得出镇泾工区延长组原油经历的最高温度在117～134 ℃之间，平均为128 ℃，折算Ro为0.78%～0.96%。

(4)从C6和C7化合物的组成看，镇泾地区延长组原油中苯含量很低，正己烷和环己烷含量较高，呈现出腐泥型来源油的特点；二甲基环戊烷含量高、甲基环己烷和正庚烷含量低，反映出水生生物是主要的生烃来源。

(5)油源对比结果表明，镇泾工区长6、长8、长9的原油和长7油页岩的轻烃参数分布特征具有明显的相似性，对比度为0.85～0.94，说明长6、长8、长9原油来自长7底部的油页岩。

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