乌伦古坳陷东北侧油苗地化特征及其意义

王千军 ，曹高社，邢舟 ，王金铎

（1.中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015；2.河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454000；3.中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心，河南 焦作 454000）

油苗是地下原油在地表的自然露头，是油气形成的最直接、最可靠的标志。准噶尔盆地地表有丰富的油苗显示，主要分布在盆地西北缘加依尔山前和南缘北天山山前[1]，这些区域也是目前准噶尔盆地油气藏的主要分布区。准噶尔盆地东北缘乌伦古坳陷仍没有实质性的油气勘探突破，缺失准噶尔盆地其他地区普遍具有的二叠系生油岩被认为是主要的原因[2]。尽管乌伦古坳陷沉积盖层的上三叠统黄山街组半深湖—深湖相泥岩和下侏罗统八道湾组滨浅湖相泥岩，以及坳陷基底下石炭统滴水泉组和姜巴斯套组滨浅海相泥岩，均有可能成为潜在烃源岩[3-5]，尤其是石炭系烃源岩有机质丰度高，平均有机碳含量可达1.23%，饱和烃、芳烃反映该烃源岩形成于微咸水还原环境[4]，从而乌伦古坳陷基底石炭系被认为是最重要的潜在烃源岩，但该套烃源岩能否形成现实意义的油气源仍有疑问。本文通过对乌伦古坳陷东北侧所发现油苗样品分析及油源对比，证实了乌伦古坳陷基底石炭系是具有现实意义的潜在烃源岩。

1 油苗出露特征

油苗出露于距离准噶尔盆地乌伦古坳陷东北侧47.0 km处（图1），区内褶皱和断裂构造较发育，属于中亚巨型复合造山系（或称中亚造山带）的一部分。油苗见于石炭系含砾凝灰质砂岩分布区及其与海西运动期细粒斑状花岗岩（γ24）接触处，分布在浅表部第四系土黄色未固结的沙土沉积物和花岗岩风化壳中，断续延伸达3.4 km.由于乌伦古河—五彩湾引水作业，使该区浅表部第四系沉积物剥露得非常清晰，在埋藏输水管道的侧壁上，可见黑色原油（主要为沥青）由下向上的侵入（图2），侵入地层主要为第四系，是在干旱环境下风化形成的未固结的土黄色细粒沙和其南侧呈破碎状的花岗岩风化壳（图2a），破碎花岗岩的粒度一般在3 cm以下，棱角状，其间充填有细砂粒，均未固结。油苗形态有侵染状（图2b）、火焰状（图2c）和树枝状（图2d）。被原油侵入的地层由于沥青的胶结，呈难以破碎的块状，与未被侵入地层的疏松状成鲜明的对比（图2e）。此外，被原油侵染地层中还存在近直立的北东—南西走向节理（图2f）。

图1 乌伦古坳陷东北侧油苗的位置

为了证实油苗的存在和分析油苗的油源，分别采集了油苗样品（FY-109）和附近石炭系黑色泥岩样品（FY-69和FY-71）。油苗样品为被沥青胶结的第四系粉沙。石炭系黑色泥岩样品也采自地表，岩石新鲜，与下伏的灰色粉砂岩夹泥岩、灰色含砾凝灰质砂岩组成向上变细的沉积序列。对采集的油苗和黑色泥岩样品，分别进行了有机碳含量、岩石热解、氯仿沥青A、干酪根镜质体反射率、干酪根碳同位素和甾烷、萜烷类生物标志化合物分析，分析由胜利油田地质科学研究院石油地质测试中心完成。

图2 乌伦古坳陷东北侧油苗的宏观特征

2 油苗和烃源岩的基本地化特征

石炭系黑色泥岩有机碳含量为0.89%～1.65%，平均1.27%，氯仿沥青A含量为0.013 0%～0.013 7%，平均0.013 4%，生烃潜量（S1+S2）为0.04～0.08 mg/g，平均0.06 mg/g（表1）.考虑到为地表样品，轻烃可能散失，因此，主要依据有机碳含量，石炭系黑色泥岩达到较好烃源岩的标准。

油苗样品有机碳含量高达9.07%，考虑到该样品为油苗侵染的第四系干旱环境下风化形成的松散沙土，所含的碳质应该主要为油苗所携带。同样，由于轻烃的散失，生烃潜量和氯仿沥青A均较低。

烃源岩样品有机显微组分以壳质组和镜质组为主，类型指数为-12.22～31.66，指示了Ⅱ2型干酪根的特征；干酪根碳同位素比值为-22.22‰～-21.98‰，平均-22.10‰，指示了Ⅲ型干酪根特征；镜质体反射率为2.38%～2.94%，平均2.66%，说明烃源岩已演化到 高成熟阶段，对应的热解峰温为480～527℃.

表1 乌伦古坳陷东北侧油苗和烃源岩地球化学特征

3 油源对比

油气在运移、聚集和后续演化过程中，常受到水洗和生物降解等作用的影响，但生物标志化合物和碳同位素比值基本保持不变或变化较小，因此常做为油气源对比的指标[6-10]。

3.1 油苗和烃源岩甾烷类生物标志化合物对比

烃源岩样品甾烷类生物标志化合物整体上以高碳数甾烷为主，含有一定量的低碳数C21孕甾烷和C22升孕甾烷，除此之外还含有少量的未知结构甾烷，低、高碳数两类甾烷含量分别为3.69%～3.90%和86.10%～88.13%.规则甾烷C27，C28和C29的分布表现出不对称“V”形特征（图3），其含量分别为7.02%～8.51%，1.67%～2.53%和5.25%～6.04%.C27重排甾烷含量较高，重排甾烷与规则甾烷比值为0.4，甾烷异构化参数αααC29S/C2（9S+R）为0.25～0.27，平均0.26，ββC29/(αα+ββ)C29为0.30～0.37，平均0.34.

图3 乌伦古坳陷东北侧油苗和烃源岩样品甾萜类生物标志化合物特征

油苗样品（FY-109）甾烷类生物标志化合物整体上也以高碳数甾烷为主，也含有一定量的低碳数C21孕甾烷和C22升孕甾烷，低、高碳数两类甾烷含量分别为6.22%和80.11%，规则甾烷C27，C28和C29的分布表现出不对称“V”形特征，其含量分别为7.00%，1.59%和5.31%.C27重排甾烷含量较高，重排甾烷与规则甾烷比值约为0.6，甾烷异构化参数αααC29S/C2（9S+R）为0.34，ββC29（/αα+ββ）C29为0.44.

根据甾烷类生物标志化合物参数，烃源岩样品和油苗样品甾烷类生物标志化合物具有相似的分布特征（图4）。

图4 乌伦古坳陷东北侧油苗与烃源岩样品甾萜类生物标志化合物参数对比

3.2 萜烷类生物标志化合物

烃源岩样品（FY-69和FY-71）基本不含四环萜烷，但含有较丰富的三环萜烷。三环萜烷是普遍存在分布于沉积物和原油中的环状生物标志化合物，这类化合物的母质主要与湖相藻类和低等水生生物有关[11]，原油运移和高成熟度下的干酪根热解也可使其含量增加[12]。从上述烃源岩有机质类型主要为Ⅲ型和演化程度达到高成熟阶段分析，三环萜烷的大量存在可能与原油运移和高成熟度下的干酪根热解有关。从三环萜烷的分布上来看，C21三环萜烷、C23三环萜烷、C24三环萜烷及C25三环萜烷含量较高，其他三环萜烷含量较低，总体上C23三环萜烷含量最高，其次为C24三环萜烷，基本不含C19三环萜烷或含量很低，碳数分布范围为C19—C29，分布呈山峰型。样品中五环三萜烷丰度最高，以C30藿烷为主峰，C29藿烷次之，其他萜烷含量相对较低，Ts/Tm相对较高，为0.66～1.21，C31—C35升藿烷系列分布齐全，C35升藿烷含量小于C34升藿烷。伽马蜡烷含量相对较高，为4.65%～7.25%，具有一定量的C29Ts，为2.06%～4.19%，伽马蜡烷/C31藿烷为0.20～0.29，C30重排藿烷/C30藿烷为0.04～0.08，C29Ts/C30藿烷为0.20～0.40.

油苗样品（FY-109）也含有较为丰富的三环萜烷，含量稍高于烃源岩样品，基本不含四环萜烷，碳数分布范围为C19—C29，分布呈山峰型，以C23为主峰，其次为C24三环萜烷。五环三萜烷丰度明显高于三环萜烷，C31—C35升藿烷系列分布齐全，以C30藿烷为主峰，C29藿烷次之，Ts/Tm为1.38，伽马蜡烷含量4.07%，C29Ts含量4.25%，伽马蜡烷/C31藿烷为0.70，C30重排藿烷/C30藿烷为0.90，C29Ts/C30藿烷比值为0.50.

根据萜烷类生物标志化合物参数的对比，烃源岩样品和油苗样品萜烷类生物标志化合物也具有相似的分布特征（图4）。同时烃源岩样品δ13C为-22.22‰～-21.98‰，平均-22.10‰，油苗样品δ13C为-22.38‰，两者非常接近，也表明烃源岩样品与油苗样品具有明显的亲缘性。

4 讨论

4.1 油苗样品与准东地区原油地球化学特征的对比

前人对准东地区的烃源岩及原油做了较为全面的油气地球化学研究，并通过原油族组分、全油碳同位素组成、生物标志化合物特征等特征，对油源进行了对比，将该区的原油划分为5种类型，分别来源于石炭系、二叠系、中—上三叠统、侏罗系烃源岩以及混源[13-19]。

以二叠系、中—上三叠统和侏罗系为烃源岩的原油甾烷组成明显以C29甾烷为主，C27甾烷和C28甾烷含量较低，或者C29甾烷和C28甾烷含量均较高，但C28甾烷含量略低于C29甾烷；C27—C29ααα20R构型甾烷基本呈“厂”形、“/”形或反“L”形分布。重排甾烷分布特征差异较大，但主要有2类，一类是基本不含重排甾烷或重排甾烷含量很低；另一类重排甾烷含量异常高，尤其是C29重排甾烷，甚至高于常规甾烷。萜烷组成中，三环萜烷主要有2类，一类以C20三环萜烷、C21三环萜烷和C23三环萜烷丰度相对较高，以C21三环萜烷为最高峰，C19三环萜烷含量相对较低或异常低；另一类以C19三环萜烷、C20三环萜烷为主，其他三环萜烷含量较低。五环萜烷也主要有2类，一类升藿烷含量较低，伽马蜡烷含量较高，常与C31藿烷含量相当，Ts，C29Ts和C30重排藿烷含量低；另一类升藿烷含量较高，伽马蜡烷含量较低，含有一定量Ts，C29Ts和C30重排藿烷含量低[8-10]。

以石炭系为烃源岩的原油甾烷分布以C29甾烷为主，但C27甾烷含量较高，ααα20R构型甾烷呈不对称“V”形分布，明显区别于来自上覆地层烃源岩生成的原油的分布特征。重排甾烷分布特征主要有2类，一类不含重排甾烷，另一类C29重排甾烷尤为明显。萜烷分布特征也主要分为2类，第一类三环萜烷含量较高，以C20三环萜烷、C21三环萜烷和C23三环萜烷为主，C19三环萜烷含量低，C24四环萜烷与C26三环萜烷相当，五环萜烷中Ts，C29Ts和C30重排藿烷含量低，而伽马蜡烷含量高；第二类三环萜烷分布特征与二叠系原油相似，但是五环萜烷中Ts和C29Ts含量较高，伽马蜡烷含量较低，与二叠系原油差异明显[16,19-20]。

而乌伦古坳陷东北侧油苗样品的生物标志化合物中，甾烷组成以C27甾烷和C29甾烷为主，C29甾烷含量相对较低；C27—C29ααα20R构型甾烷基本呈不对称“V”形分布；C27重排甾烷含量相对较高，基本不含C28重排甾烷和C29重排甾烷。三环萜烷以C21三环萜烷、C23三环萜烷、C24三环萜烷及C25三环萜烷含量较高，其他三环萜烷含量较低，但仍有C28及C29三环萜烷，总体上以C23三环萜烷最高。五环萜烷中升藿烷含量较高，最显著的特征是含有相对较高含量的Ts，C29Ts和伽马蜡烷，而C30重排藿烷含量较低。

此外，准噶尔盆地乌伦古坳陷东北侧石炭系烃源岩及油苗样品的碳同位素较重，平均-22.19‰，明显重于二叠系、中—上三叠统和侏罗系3套烃源岩的指标[10-12,19]，而与准东地区彩25井、彩参1井和吉15井石炭系煤成油的碳同位素比值一致[18-20]。

综上所述，研究区油苗样品各项生物标志化合物指标与准东地区以二叠系、中—上三叠统和侏罗系烃源岩生成的原油有较大差异，尤其是从常规构型甾烷的分布形式上差别很大，基本可以排除原油来自于这3类烃源岩，但与油源为石炭系的原油具有较好的可类比性（图5），其原油应该来自于石炭系烃源岩。

4.2 油苗的重要意义

根据上述油苗和烃源岩的基本地化特征，以及两者的生物标志化合物分析，证实了准噶尔盆地东北侧的石炭系具有生油过程，与准噶尔盆地主体以二叠系为主力生油岩的特点显著不同，为准噶尔盆地东北缘乌伦古坳陷的油气勘探提供了新的思路。实际上，乌伦古坳陷与准噶尔盆地的主体具有显著的不同，不仅表现在盆地盖层的组成（缺失二叠系和中—下三叠统）和油气地质条件的差异，也表现在基底组成和结构的差异[21]。根据重力、磁力、地震、钻井及区域地质等资料，准噶尔盆地乌伦古坳陷的基底主要由古生界沉积岩组成，与盆地南侧基底主要为寒武系之下的变质岩显著不同[22]。造成这一结果的原因可能与乌伦古坳陷西南侧的陆梁隆起作为古生代晚期的板块缝合带有关[23]。已有研究表明，陆梁隆起的地球物理和火山岩特征与古生代晚期卡拉麦里缝合带极其相似[24]，因此，越来越多的学者倾向于陆梁隆起是古生代晚期卡拉麦里缝合带自然相连[25]。如果上述认识成立，那么乌伦古坳陷所在地区的基底与准噶尔盆地南侧的基底在大地构造单元上就分属于完全不同的两个系统，乌伦古坳陷的基底应当属于造山带的范围，其上部的晚三叠世以来的沉积盆地也仅属于山间盆地，与和什托洛盖盆地、福海盆地一样属于准噶尔盆地周边的卫星盆地。乌伦古坳陷与准噶尔盆地的主体相连，主要是因为中—新生代以来陆梁隆起的活动性较弱，沉积速率大于其隆升速率所致。因此，乌伦古坳陷所在区域的基底也应当是中亚巨型复合造山系的一部分，与其东北部石炭系的地层组成和构造特征相似。从而，乌伦古坳陷的基底也可能具有现实的生油过程，并能够形成油气藏。

图5 乌伦古坳陷东北侧油苗和准东地区原油生物标志化合物对比（其他数据源于文献［10］—文献［12］）

根据烃源岩和油苗的生物标志化合物参数，石炭系烃源岩还处在未成熟演化阶段，油苗也仅处于低成熟阶段，与根据镜质体反射率和热解峰温确定的高演化程度相矛盾。根据乌伦古坳陷沉积埋藏史分析[26]，可能的原因是该烃源岩早期排烃后经历了深埋，之后又被抬升至地表所致。

乌伦古坳陷多口钻井钻遇了石炭系，并发现了大套的暗色泥岩[27]，乌伦古坳陷南部DB1井、Q1井和Q6井发现了可能来自石炭系的油气显示[28]，其东南侧的陆东—五彩湾一带已发现了源自石炭系的工业性油气流[18]。因此，准噶尔盆地东北侧源自石炭系的油苗，可以进一步证实乌伦古坳陷基底石炭系是重要的勘探目的层。

5 结论

准噶尔盆地乌伦古坳陷东北侧的油苗有机碳含量高，具有典型的煤成油碳同位素比值，油源为油苗分布区的石炭系黑色泥岩，证实了准噶尔盆地东北侧的石炭系可以形成油气，在石炭系砂岩和海西运动期细粒斑状花岗岩上覆的浅表部第四系未固结沙土中发现的油苗应为油藏破坏的结果。油苗样品与准东地区以二叠系、中—上三叠统和侏罗系为烃源岩生成的原油地化参数具有较大差异，而与石炭系原油具有较好的可比性。乌伦古坳陷所在区域的石炭系基底与其东北部石炭系的地层组成和构造具有相似的特征，准噶尔盆地乌伦古坳陷东北侧的油苗，不仅对于盆地东北侧的油气勘探具有重要意义，同时也可为乌伦古坳陷油气勘探目标层的选择提供参考。