鄂尔多斯盆地富县地区延长组长6、长7段原油地球化学特征及油源对比

黄彦杰，耿继坤，白玉彬，3，孙兵华，黄 礼

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，西安 710065；2.大庆油田有限责任公司 国际勘探开发公司，黑龙江 大庆 163000；3.陕西省油气成藏地质学重点实验室，西安 710065；4.延长油田股份有限公司 富县采油厂，陕西 延安 716000)

鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地，蕴含着丰富的油气资源。上三叠统延长组长6段和长7段致密油非常富集，主要分布于延长组沉积时期三角洲相分流河道砂体中，是鄂尔多斯盆地致密油主要勘探目标。鄂尔多斯盆地原油性质及油源厘定研究一般认为，原油均来自于长7段及长9段烃源岩，其他层位泥页岩生烃潜力较低，生油作用有限[1-4]。其中，多数研究集中于盆地中西部，而对盆地东南部富县地区研究较为匮乏。

随着鄂尔多斯盆地致密油勘探开发的不断深入，富县地区展示出了较大的勘探潜力。已有研究成果揭示，富县地区延长组长2、长6、长7段原油，虽生标化合物显示有不同成熟度，但均主要来自长7段烃源岩[5-7]。笔者根据最新的原油和烃源岩地球化学资料，对长6、长7段原油地球化学特征进行研究，并通过油源对比，明确原油来源。

1 区域地质概况

富县地区位于鄂尔多斯盆地东南部，面积约为350 km2(图1)。长7段沉积时期为湖盆大面积发育的鼎盛时期，水体不断加深，半深湖—深湖沉积大面积发育，水生生物及浮游生物大量繁盛，发育广泛分布的优质烃源岩。富县地区位于沉积中心，普遍发育深湖—半深湖相泥页岩，为延长组油气藏的形成提供了良好的物质基础[8](图1)。长6段沉积时期发育主要受控于北东物源的大型曲流河三角洲沉积体系。研究区位于富县三角洲前缘亚相，发育水下分流河道及水下分流间湾亚相[8]。

研究区发育长7段中下部的长73亚段富有机质页岩，其在测井曲线上表现出“高伽马、低电位、高声波时差和高电阻”的“三高一低”特征(图2)。长7段上部的长71、长72亚段为半深湖—深湖亚相沉积，暗色泥岩发育，富有机质泥页岩与不含有机质泥页岩在测井曲线上较易区分。研究区长73亚段烃源岩厚度大，平均厚度45 m，分布面积广。TOC含量平均为5.06%；氯仿沥青“A”含量平均为0.41%；生烃潜量(S1+S2)平均为13.1 mg/g，干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型为主，生油能力强，镜质体反射率平均为0.76%，开始进入生油高峰[9]。

2 原油物性及族组成特征

长6、长7段原油物理性质相似，为同类原油。原油颜色均以黄绿色为主；密度分布在0.835～0.857 g/cm3，平均为0.845 g/m3；动力黏度(50 ℃)为2.73～15.76mPa·s，平均为9.05mPa·s；凝固点为5～33 ℃，平均为15.45 ℃。原油整体具有低密度、低黏度、较低凝固点的“三低”特征，为轻质原油。

图2 鄂尔多斯盆地富县地区典型井烃源岩电测曲线响应Fig.2 Petrophysical logging curves of source rocks from typical wells in Fuxian area, Ordos Basin

烃源岩生油母质类型及成因影响原油的族组成[10]。研究区长6、长7段原油族组分数据表显示(表1)：饱和烃含量最高，质量分数为53.04%～79.49%；芳烃质量分数较低，为9.35%～16.22%；非烃及沥青质质量分数较低，分别为2.12%～8.26%及0.32%～19.16%；“饱芳比”较高，为4.33～6.51。反映原油为同类原油，生油母质较好，成熟度较高，并且未经历生物降解作用。

3 原油生物标志化合物特征

3.1 原油饱和烃气相色谱特征

研究区原油抽提物正构烷烃分布基本一致，碳数分布表现为前单峰形态(图3)，峰型完整，主峰碳基本为nC15，偏向低分子量烷烃，表明原油为同类原油且性质较好，生油母质是以蓝绿藻为主的低等水生生物。CPI值与OEP值均接近，但不小于1，平均值分别为1.09和1.04，表现为奇偶均势的特点，即原油处于成熟演化阶段。nC21-/nC22+比值介于1.17～1.80，平均值为1.56，反映原油正构烷烃为单峰形态，说明生油母质以低等水生生物为主，有机质类型好[11]。(nC21+nC22)/(nC28+nC29)比值分布在1.54～1.97，均值为1.76，说明低碳数链烷烃相对具有优势，反映原油油质较轻，母质沉积环境为还原环境，原油成熟度较高，达到成熟演化阶段(表2)[12]。

表1 鄂尔多斯盆地富县地区长6、长7段原油族组分数据

原油姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)比值是指示生油岩母质类型及沉积环境的良好参数之一[13]。强还原、高盐环境沉积物中，植烷往往占据绝对优势，丰度高；在沼泽环境即氧化环境中，姥鲛烷往往具有较强优势[14]。研究区原油Pr/Ph值分布在0.87～1.38，平均为1.1，表现为姥植均势，表明母质来源于还原性淡水—微咸水沉积环境(表2)。原油中Pr/nC17值分布在0.19～0.42，平均为0.33；Ph/nC18值分布在0.14～0.49之间，平均为0.32，分布区间较窄(表2)。长6、长7段原油母源类型相似，以低等水生生物为主，并混有部分陆生植物来源，且成熟度较高(图4)。

图3 鄂尔多斯盆地富县地区典型井长6、长7段原油饱和烃气相色谱Fig.3 Gas chromatography of saturated hydrocarbons in Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

表2 鄂尔多斯盆地富县地区长6、长7段原油与烃源岩饱和烃色谱参数

图4 鄂尔多斯盆地富县地区长6、长7段原油 Pr /nC17与Ph/nC18值相关图Fig.4 Correlation between Pr/nC17 and Ph/nC18 values of Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

3.2 萜烷类化合物特征

原油样品中萜烷系列丰度高、分布完整，主要以三环萜烷、藿烷类和伽马蜡烷组成，整体呈现出藿烷类系列含量高，三环萜烷系列峰型较低，伽马蜡烷值低的特征。藿烷中比较突出的峰型为C30-藿烷，其次为C27-三降藿烷，说明研究区长6段、长7段原油为同类原油，生油母质类型主要以原核生物(细菌)等为主；三环萜烷类峰值较低说明原油生油母质也含部分细菌和蓝绿藻[14]。

研究区原油伽马蜡烷指数分布在0.05～0.29，数值较低，说明原始有机质为陆相沉积环境，沉积水体含盐量较低[15]。Ts/Tm比值一般用来辅助判断原油成熟度，成熟度越高比值越大[16]。研究区原油Ts/Tm值分布在1.95～5.90，平均3.86，说明原油已经成熟。C31藿烷22S/(22S+22R) 值为 0.49～0.51，已接近平均值，也反映原油达成熟阶段(表3)[17]。C29降藿烷含量与C30重排藿烷含量均较高，反映生油母质含部分陆源有机质贡献，沉积环境为弱还原半深湖相[17-18]。

原油中四环萜烷和三环萜烷的含量是反映生油母源性质的良好参数[18]。研究区原油C24四环萜烷/(C24四环萜烷+ C26三环萜烷)及C25三环萜烷/C24四环萜烷比值均小于1，说明生油母质沉积环境为陆相沉积环境，且陆源有机质贡献较多；2个参数分布区间较窄，说明研究区原油来自于相同类型的生油母质[19-20]。

3.3 甾烷类化合物特征

甾烷类化合物一般用于生油母质类型的判别、母质沉积环境的识别及成熟度的判断[7]。一般情况下，C27甾烷通常来源于低等水生生物和藻类；C29甾烷主体以陆生高等植物来源为主，但也有硅藻及褐藻为C29甾烷母源的情况[21]。

研究区长6、长7段原油分布特征明显，表现为同类原油，其中，重排甾烷丰度最高，其次为孕甾烷，升孕甾烷丰度较低。规则甾烷构型均呈反“L”字形分布，表明原油生油母质为陆相混合型母质，以低等水生生物及浮游动物为主，也包括部分陆生高等植物。原油C29甾烷含量相对较高，除了部分陆生高等植物来源贡献，也可能是生油母质在排出油气时，受黏土矿物酸性转化的影响[18]。

甾烷异构化参数αααC2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)是指示原油成熟度及运移情况的良好生标参数，随着成熟度的增加，二者数值逐渐萜烷；F.C31霍烷22S/(22R+22S)；G.αααC2920S/(20S+20R)；H.重排甾烷/规则甾烷；I.孕甾烷/规则甾烷；J.孕+升孕/规则甾烷增大，达到成熟阶段的平衡值分别为0.52～0.55和0.67～0.71[22]。研究区长6、长7段原油αααC2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)均值分别为0.57和0.66，均接近平衡值，表现为成熟原油的特征(表3，图5)[12]。

表3 鄂尔多斯盆地富县地区长6、长7段原油与烃源岩萜甾类化合物特征参数统计

注：A.20RC29αββ/(αββ+ααα)；B.Ts/Tm；C.伽马蜡烷指数；D.C24四环萜烷/(C24四环萜烷+C26三环萜烷)；E.C25三环萜烷/C24四环

原油中重排甾烷和规则甾烷的比值通常作为原油成熟度的专属参数来判别原油是否达到成熟[22]，研究区长6、长7段原油重排甾烷/规则甾烷值分布在0.24～0.31，表明已达到成熟阶段，成熟度相似，为同类原油(表3)。

孕甾烷(C21)与升孕甾烷(C22)对原油生油母质来源具有良好的专属性，不仅能判断其来源，还能指示其沉积环境，反映沉积水体含盐量的高低[23]。研究区长6、长7段原油孕甾烷/规则甾烷比值分布在0.12～0.22，反映沉积水体含盐量低；孕甾烷+升孕甾烷/规则甾烷比值分布在0.17～0.31，反映生油母质主要以低等水生生物为主，部分含有高等植物，表现为混合型[22]。

图5 鄂尔多斯盆地富县地区长6、长7段原油αααC2920S/(20S +20R)和C29ββ/(ββ+αα)相关图Fig.5 Correlation between αααC2920S/(20S +20R) and C29ββ/(ββ+αα) of Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

4 油源对比

4.1 原油和烃源岩指纹谱图对比

在原油与不同层位烃源岩生物标志化合物对比谱图(图6)中也可看出，研究区长6、长7段原油和长 73亚段烃源岩C30藿烷含量较高而C30重排藿烷含量均很低，长7段烃源岩C29Ts含量均比原油C29Ts含量高，可能是烃源岩在生成原油之后有部分酸性矿物转化的结果。Tm含量较低且相对丰度接近。原油与烃源岩伽马蜡烷含量基本相似。原油和长73亚段烃源岩与长71亚段暗色泥岩的C27、C28、C29甾烷分布特征明显不同，表现为原油和长73亚段烃源岩的C27甾烷丰度相对较低，C29甾烷丰度明显偏高(图6)，而长71亚段暗色泥岩则表现为C27甾烷含量高，C29甾烷含量相对较低。可见，富县地区长6、长7段原油与长73亚段烃源岩具有亲缘关系，与长71亚段暗色泥岩亲缘关系不明显，推测原油主要来源于长73亚段烃源岩。

4.2 正构烷烃特征对比

原油在运移及成藏过程中，由于地质作用或地球化学作用导致其族组成发生变化，但生物标志物分布较为稳定，因为其主要受生油母质类型和沉积环境控制。因此，使用生物标志物指纹特征进行油源对比结果较为可靠[24]。从Pr/nC17、Ph/nC18相关图上看，研究区原油投点与本区长73亚段烃源岩耦合程度高，投点相对集中；而与长71亚段暗色泥岩及志丹长73亚段烃源岩吻合性较差，表明研究区原油可能为本区长73亚段烃源岩贡献，并没有进行大规模长距离运移(图7a)。

图6 鄂尔多斯盆地富县地区长7段烃源岩(a，b)与长6、长7段原油(c，d)生标化合物对比Fig.6 Biomarkers of Chang 7 source rocks (a,b) and Chang 6 and Chang 7 crude oils (c,d) in Fuxian area, Ordos Basin

4.3 甾萜类生物标志物组合特征对比

根据Ts/Tm与αααC29S/(S+R)、αααC2920S/(20S+20R)与C29ββ/(ββ+αα)、重排甾烷/规则甾烷与C31霍烷22S/(22S+22R)的交会图(图7b-d)可以看出，长6、长7段原油数据点分布非常集中，表明其为单一性质的原油。研究区长73亚段烃源岩与长6、长7段原油对比耦合程度较好，投点相对集中；而与长71亚段暗色泥岩及志丹地区长73亚段烃源岩差异较为明显。分析认为，研究区长6、长7段原油为本区长73亚段烃源岩贡献，而非长7段上部暗色泥岩；原油未进行长距离运移，并非来自志丹长73亚段烃源岩。

通过规则甾烷(C27-C28-C29αααR)图版(图8)可知，长6、长7段原油C29甾烷相对含量高，规则甾烷组成分布相对集中，投点密集，分布与长73亚段烃源岩规则甾烷投点类似，耦合程度好；而原油与长71亚段暗色泥岩吻合性差，投点相距较远；与志丹长73亚段烃源岩差异也较为明显。说明本区原油是本区长73亚段烃源岩成熟运聚的结果，与长71亚段暗色泥岩关系不大，并且与志丹烃源岩没有明显亲缘关系，说明原油未进行大规模长距离运移。

5 结论

(1)鄂尔多斯盆地富县地区上三叠统延长组长6、长7段原油物理性质与族组成相似，整体呈低密度、低黏度、较低凝固点的特征，表现为油质轻、流动性好，属于轻质原油；具有饱和烃含量高，“饱芳比”高，芳烃、非烃和沥青质含量较低的特征。

(2)长6、长7段原油生物标志化合物特征相似，成熟度相近，均为成熟原油；生油母质以低等水生生物来源为主，并有部分陆生植物来源；母源沉积环境为弱还原的淡水—微咸水陆相沉积环境。

图7 鄂尔多斯盆地富县地区长6、长7段原油与长7段烃源岩及志丹地区长73亚段烃源岩生物标志化合物特征对比Fig.7 Biomarkers of Chang 6 and Chang 7 crude oils and Chang 7 source rocks in Fuxian area and Chang 73 source rocks in Zhidan area, Ordos Basin

图8 鄂尔多斯盆地富县地区长6、长7段原油与长7段 烃源岩及志丹地区长3亚段烃源岩规则甾烷含量特征对比Fig.8 Regular sterane distributions of Chang 6 and Chang 7 crude oils and Chang 7 source rocks in Fuxian area and Chang 73 source rocks in Zhidan area, Ordos Basin

(3)富县地区延长组长6、长7段原油主要为本地长73亚段烃源岩贡献；长7段上部暗色泥岩虽然有辅助作用，但作用较小；与湖盆中心志丹地区长73亚段烃源岩对比差异明显，没有明显亲缘关系，说明原油未进行大规模长距离运移。