C29重排谷甾烷在油源对比研究中的应用——以银额盆地查干凹陷为例

万涛 ，张洪安 ，张宝君 ，李继东 ，李建国 ，程雪彤 ，周勇水 ，司敏娜

（1.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 濮阳 457001；2.中国石化中原油田分公司，河南 濮阳 457001）

0 引言

前人对查干凹陷烃源岩发育特征及热演化史、原油地化特征、油气来源及成藏期次进行了系统研究［1-3］，明确额很和虎勒洼陷是查干凹陷的2个主力生烃洼槽，巴音戈壁组烃源岩为主要油源岩，烃源岩和原油生物标志物中植烷含量具有明显优势（0.4＜Pr/Ph＜0.8），反映其成烃母质形成于弱还原—还原环境；伽马蜡烷指数主要分布在0.3～0.7，指示微咸水沉积环境。浅层降解稠油的形成与喜马拉雅时期构造挤压抬升有关。随着勘探不断深入，发现不同构造带、不同层系之间原油性质和成熟度差异很大，笼统地将油气来源归结于巴音戈壁组已满足不了生产的需要，同时会导致对研究区油气成藏规律认识不清。由于下白垩统巴音戈壁组一段、二段（以下简称巴一段、二段）烃源岩姥植比和伽马蜡烷指数相近，常用指示沉积环境的地球化学指标无法区分2套烃源岩。为了解决这一难题，本文通过对比分析巴一段、二段烃源岩岩性、古生物化石、热演化程度，首次提出C29重排谷甾烷不受烃源岩热演化程度影响，主要与烃源岩原始母质中植物的贡献有关，可作为指示母质类型的地球化学指标来进行油源对比的观点。据此，对查干凹陷2个重点区带的源藏对应关系进行研究，取得了良好的应用效果。这一认识对银额、二连等中生代盆地的油源对比研究具有重要的指导和借鉴意义。

1 研究区概况

查干凹陷地理上位于内蒙古乌拉特后旗，构造上位于银额盆地东部，为一北东向展布的箕状凹陷，由虎勒洼陷、额很洼陷、毛墩次凸、罕塔庙洼陷、五华单斜坡构成，平面上呈“三洼一凸一斜坡”的构造形态（见图1）。查干凹陷是在晚古生代褶皱基底之上发育的陆内拉分裂谷盆地，经历了早白垩世裂陷和断拗转换、晚白垩世-古近纪拗陷、新近纪构造反转4个演化阶段，凹陷内残留下巴一段、二段，苏红图组一段、二段（以下简称苏一段、二段）和银根组［4-5］，上白垩统乌兰苏海组及第四系地层。其中：巴一段为凹陷早期充填地层，以2套灰色、深灰色砾岩和2套灰黑色、深灰色泥岩互层为特征，厚度在200～1 000 m，以近岸水下扇、深湖相为主；巴二段主要为深灰色、灰色泥岩，以及白云质泥岩与灰色砂岩、粉砂岩、砂砾岩、杂色砾岩互层，厚度在200～800 m，以扇三角洲、半深湖—深湖相为主；苏一段下部以深灰色、灰褐色玄武岩为主，夹灰色粉砂质泥岩、粉砂岩及砂砾岩，上部为浅灰色砂岩、含砾砂岩、泥质粉砂岩夹灰色泥岩，厚度在300～700 m，以扇三角洲、滨浅湖相为主，伴有多期火山活动；苏二段以2套深灰色、灰黑色玄武岩和2套紫红色、褐色泥岩夹灰色砂岩、含砾砂岩为特征，厚度在600～1 000 m，以扇三角洲、洪泛平原相为主，伴有2期火山活动；银根组以灰色砂砾岩、砂岩、泥质粉砂岩夹紫红色、灰绿色泥岩为主，厚度在200～800 m，以河流相为主，与下伏苏红图组呈角度不整合接触；乌兰苏海组岩性为红褐色、棕黄色泥岩和砂质泥岩夹泥质砂岩、砂岩、含砾砂岩，厚度在200～800 m，为洪泛平原相，也是查干凹陷区域性盖层，与下伏银根组呈平行不整合接触；第四系为地表未固结的浅棕色、黄色黏土及粉砂岩、砂砾岩，与下伏乌兰苏海组呈平行不整合接触［6-8］。

图1 查干凹陷构造单元及油藏分布

查干凹陷发育中生代断陷湖盆，2008年毛1井苏二段试油突破工业油流关之后，先后发现了乌力吉和中央构造带2个重要含油区带［9-10］。纵向上，查干凹陷发育巴一段、二段，苏一段、二段和银根组5套含油层系。该凹陷勘探面积约2 000 km2，目前有各类钻井91口，是银根-额济纳旗盆地勘探程度最高的凹陷。钻探证实，查干凹陷西部的虎勒洼陷主要发育巴二段烃源岩，额很洼陷发育巴一段和巴二段2套烃源岩，在凹陷东部罕塔庙洼陷部署的哈1井未钻遇暗色地层。目前勘探上发现的油气主要围绕虎勒、额很两大生烃洼陷分布，平面上受巴润断裂系和毛西断层控制（见图1）。在中央构造带西翼发现了意16块、意10块苏一段、二段稀油油藏，在中央构造带东翼发现了意9块巴二段、苏一段稀油油藏，油气聚集于巴润断裂系形成的反向断鼻、断块圈闭中。在乌力吉构造带深层发现了力1块巴一段砂砾岩裂缝稀油油藏、祥6块巴二段构造-岩性稀油油藏。乌力吉构造带浅层发育毛1块苏二段稠油油藏和毛8块银根组稠油油藏，油气聚集于毛西断层下降盘的断背斜、断鼻圈闭中（见图1）。

2 烃源岩类型及其分布特征

巴一段沉积时期湖盆较小，烃源岩分布局限，主要在额很洼陷发育，发育深湖相灰黑色、深灰色泥岩（见图2a，2b）。岩心观察巴一段烃源岩中植物炭屑丰富，还发现了鱼化石，表明烃源岩原始母质中既有植物的贡献，也有动物的贡献。额很洼陷巴一段烃源岩厚度在100～600 m，总有机碳质量分数（TOC）主峰为 0.8%～1.2%。其中：中等烃源岩（0.6%≤TOC≤1.0%）占比39.1%，好烃源岩（TOC＞1.0%）占比39.1%，中—好烃源岩样品占比高达78.2%，烃源岩TOC在查干凹陷所有层段中最高。烃源岩碳同位素δ13C值较轻，分布在-23.34‰～-28.41‰，平均为-26.75‰，其中超过41%的样品δ13C值轻于-28‰；干酪根类型以Ⅱ1型为主，部分样品达到Ⅰ型干酪根标准。巴一段烃源岩热解峰温（Tmax）总体较高，平均为 450.9℃，主要分布在439～469℃。烃源岩达到了成熟—高成熟热演化阶段。

巴二段沉积时期湖盆扩大，烃源岩在额很、虎勒洼陷发育，以半深湖—深湖相深灰色泥岩为主（见图2c，2d），此外还发育灰色泥岩、白云质泥岩。岩心观察巴二段烃源岩，未见植物炭屑，表明烃源岩原始母质中植物的贡献小。

图2 查干凹陷巴一段、巴二段烃源岩岩心照片

额很洼陷巴二段暗色泥岩厚度在300～800 m，虎勒洼陷暗色泥岩厚度在100～500 m。烃源岩TOC主峰为0.6%～1.0%，中等烃源岩占比最高，达46.2%，好烃源岩占比21.9%，中—好烃源岩样品占比高达68.1%，略低于巴一段烃源岩。巴二段烃源岩碳同位素δ13C值分布范围在-21.97‰～-31.36‰，平均为-27.05‰，其中有超过35%的样品δ13C值轻于-28‰；干酪根类型以Ⅱ1型为主，部分样品达到Ⅰ型干酪根标准。巴二段烃源岩Tmax主要分布范围在436～455℃，平均为445.8℃。烃源岩处于成熟热演化阶段。

3 C29重排谷甾烷与烃源岩原始母质

动物中含有丰富的胆甾烷，而植物中则含有丰富的谷甾烷、麦角甾烷等甾烷化合物［11］。研究表明，胆甾烷化合物在低温下比较稳定，常用来指示沉积环境和判断有机质演化程度［12-14］。而关于烃源岩原始母质中植物的贡献与谷甾烷、麦角甾烷生物标志化合物相对富集关系的研究，目前尚未见诸报道。为此，本文针对巴一段、二段烃源岩原始母质中植物贡献的差异性，选用甾烷化合物m/z 217质量色谱图来开展油源对比研究。将C29重排谷甾烷含量（C29重排谷甾烷峰面积与甾烷化合物峰面积总和的比值（图中⑤）），以及成熟度指标——C29规则甾烷异构化值（C29-αββ/（ααα+αββ））峰面积的比值（图中（⑧+⑨）/（⑦+⑧+⑨+⑩））来定量区分巴一段和巴二段烃源岩（见图3）。

对比分析认为：巴一段烃源岩C29重排谷甾烷普遍含量高，分布在4.9%～8.9%；而巴二段C29重排谷甾烷普遍含量低，分布在0.2%～2.0%。力平1井巴一段与意2井巴二段烃源岩成熟度指标一致 （见图3a，3c），C29规则甾烷异构化值均为0.43，但C29重排谷甾烷含量差别很大，分别为5.6%，1.7%，在植物炭屑质量分数高的巴一段灰黑色、深灰色泥岩中含量高，在植物炭屑质量分数低的巴二段深灰色泥岩中含量低。

图3 查干凹陷巴一段、二段烃源岩甾烷化合物特征

镜质组反射率是目前鉴定烃源岩有机质热成熟度的最佳参数［15］。该参数随热演化程度增加而增大，但不会因热演化程度减弱而减小，其实质是在热动力作用下镜质组化学结构变化的物理光学反映。通过对研究区巴一段和巴二段烃源岩系统取样分析，建立烃源岩C29规则甾烷异构化值、C29重排谷甾烷含量与镜质组反射率的关系（见图4）。可以看出：巴一段、二段烃源岩C29规则甾烷异构化值与镜质组反射率呈良好指数相关性（见图4a），表明C29规则甾烷异构化值可以反映烃源岩的热演化程度；但2套烃源岩C29重排谷甾烷含量与镜质组反射率没有相关性（见图4b），巴一段烃源岩C29重排谷甾烷含量整体高于巴二段烃源岩，且2套烃源岩C29重排谷甾烷均不受烃源岩热演化程度影响，表明C29重排谷甾烷含量主要与烃源岩原始母质中植物的贡献有关。因此，C29重排谷甾烷含量可作为指示母质类型的地球化学指标来进行油源对比。

图4 查干凹陷巴一段、二段烃源岩C29规则甾烷异构化值、C29重排谷甾烷含量与镜质组反射率的关系

4 油源对比

油源对比是依靠地质和地球化学证据来确定原油和烃源岩之间的成因联系的。油源对比实际上包括2个方面——不同储层中原油之间的对比和原油与烃源岩之间的对比，通过对比研究可以判断原油运移的方向、距离及其次生变化，进而圈定可靠的油源区，确定勘探目标，有效地指导油气的勘探和开发工作。

适用原油与原油的对比指标较多，如原油族组分（饱和烃、芳香烃和非烃质量分数）、正构烷烃、碳同位素及异戊间二烯型的萜类衍生物（异构烷烃、甾烷、多环萜类）。烃源岩与原油的对比则较为困难，主要因为油藏中的原油是在生油岩生成后经运移作用而在储层中聚集起来的，这种经历过运移的原油与在生油岩中所残留的烃类相比，性质必然发生变化。为减少这种性质变化对油源对比造成误判，须选用某些在生油过程及油藏形成过程中都基本保持稳定的生物标志化合物作为对比指标［15］。基于研究区原油来源于巴一段、二段烃源岩，结合2套烃源岩C29重排谷甾烷含量变化大的特征，优选C29重排谷甾烷含量和C29规则甾烷异构化值2个重要指标来区分查干凹陷乌力吉构造带和中央构造带不同层系的原油（见图5（m/z 217质量色谱））。

图5 查干凹陷乌力吉构造带和中央构造带原油甾烷化合物特征

根据查干凹陷已发现原油的甾烷化合物特征，将2个重点区带的原油划分为4类：第1类原油主要分布于乌力吉构造带深层力1块和祥6块，为巴一段、二段稀油（见图1），具有高C29重排谷甾烷含量（4.9%～6.8%）、高成熟度特征，C29规则甾烷异构化值在0.51～0.55（见图5a、图5b、图6）；第2类原油主要分布于乌力吉构造带浅层毛1块和毛8块（见图1），为苏二段和银根组稠油，具有中等C29重排谷甾烷含量（2.6%～4.3%）、中等成熟度特征，C29规则甾烷异构化值在0.42～0.47（见图5c、图5d、图6），是后期遭受降解形成的稠油油藏［14-19］；第3类原油主要分布于中央构造带东翼意9块（见图1），为巴二段和苏一段稀油，具有中等C29重排谷甾烷含量（2.2%～2.4%）、中等成熟度特征，C29规则甾烷异构化值在 0.40～0.41（见图5e、图5f、图6），C29重排谷甾烷含量和成熟度指标均略低于乌力吉构造带浅层稠油；第4类原油主要分布于中央构造带西翼意16块和意10块（见图1），为苏一段、二段稀油，具有低C29重排谷甾烷含量（1.1%～1.8%）、中等偏低成熟度特征，C29规则甾烷异构化值在0.35～0.39（见图5g、图5h、图6）。

根据查干凹陷烃源岩和原油C29重排谷甾烷含量与C29规则甾烷异构化值关系（见图6），建立烃源岩与原油的对应关系：C29重排谷甾烷含量大于4.9%，为“巴一”型原油；C29重排谷甾烷含量小于2.0%，为“巴二”型原油；C29重排谷甾烷含量在2.0%～4.9%，为巴一段、二段“混源”型原油。

图6 C29规则甾烷异构化值和C29重排谷甾烷含量的关系

乌力吉构造带深层巴一段、二段稀油具有高C29重排谷甾烷含量、高成熟度特征，来自巴一段烃源岩；乌力吉构造带浅层苏红图组和银根组稠油具有中等C29重排谷甾烷含量、中等成熟度的“混源”特征，来自巴一段和巴二段烃源岩，“混源”比例中巴一段烃源岩贡献相对较大。

中央构造带西翼苏红图组稀油具有C29重排谷甾烷含量低、成熟度较低的特征，为巴二段烃源岩“单源”供烃。中央构造带东翼发现的巴二段和苏红图组稀油具有中等C29重排谷甾烷含量、中等成熟度的“混源”特征，来自巴一段和巴二段烃源岩，“混源”比例中巴二段烃源岩贡献相对较大。目前中央构造带东翼勘探程度最低，由巴一段和巴二段烃源岩“双源”供烃，条件优越，为勘探潜力区。

5 结论

1）查干凹陷巴一段烃源岩以灰黑色泥岩为主，植物炭屑丰富，表明烃源岩原始母质中有植物的贡献，生物标志物中C29重排谷甾烷含量高；巴二段烃源岩以深灰色泥岩为主，未见植物炭屑，生物标志物中C29重排谷甾烷含量低。C29重排谷甾烷不受烃源岩热演化程度影响，主要与烃源岩原始母质中植物的贡献有关，可作为指示母质类型的地球化学指标来进行油源对比。

2）根据C29重排谷甾烷含量和C29规则甾烷异构化值2个重要指标，将查干凹陷2个重点区带的原油划分为4类：乌力吉构造带深层高C29重排谷甾烷含量和高成熟度的稀油、乌力吉构造带浅层中等C29重排谷甾烷含量和中等成熟度的稠油、中央构造带东翼中等C29重排谷甾烷含量和中等成熟度的稀油、中央构造带西翼低C29重排谷甾烷含量和中等偏低成熟度的稀油。

3）源藏对应关系研究结果表明：C29重排谷甾烷含量大于4.9%，为“巴一”型原油；C29重排谷甾烷含量小于2.0%，为“巴二”型原油；C29重排谷甾烷含量在2.0%～4.9%，为巴一段、二段“混源”型原油。乌力吉构造带深层稀油为“巴一”型，乌力吉构造带浅层稠油和中央构造带东翼稀油为巴一段、二段“混源”型，中央构造带西翼稀油为“巴二”型。