摘要:
鄂尔多斯盆地安塞地区延长组长9段打出高产原油,勘探前景良好。本文采用有机地球化学测试分析与生物标志化合物分析方法,对安塞地区长9段原油和长7段与长9段烃源岩地球化学特征进行研究,并开展油源对比分析。结果表明:长9段原油Pr/Ph值平均为1.86,原油形成于弱还原弱氧化环境,ααα20R C27C28C29甾烷分布呈反“L”型,指示陆相高等植物为主的混合来源,C29甾烷20S/(20S+20R)为0.48~0.51,C29甾烷ββ/(αα+ββ)为0.52~0.53,表明原油均已成熟。长7段烃源岩有机质类型以ⅡⅢ型及Ⅲ型为主,沉积于弱还原弱氧化环境,普遍进入生油高峰期,规则甾烷相对质量分数以C29gt;C28gt;C27为主,表明与陆相高等植物输入密切相关;长9段烃源岩有机质类型主要为ⅡⅢ型及Ⅲ型,沉积于弱还原弱氧化环境,均进入生油高峰期,规则甾烷C29相对质量分数最高,表明与陆相高等植物成分密切相关。油源对比结果表明,安塞地区长9段原油为长7段和长9段烃源岩混合来源。
关键词:
油源对比;地球化学;生物标志化合物;延长组;鄂尔多斯盆地
doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20230093
中图分类号:P618.13
文献标志码:A
惠瑞瑞,刘妍,张志升,等.鄂尔多斯盆地安塞地区延长组长9段原油地球化学特征与油源对比.吉林大学学报(地球科学版),2024,54(5):14681481.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20230093.
Hui Ruirui,Liu Yan,Zhang Zhisheng,et al. Oil Geochemical Characteristics and Oil-Source Correlation of
Chang 9 Member of Yanchang Formation in Ansai Area, Ordos Basin. Journal of Jilin University (Earth Science Edition) ,2024,54(5):14681481.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20230093.
收稿日期:20230413
作者简介:惠瑞瑞(1989—),男,硕士研究生,工程师,主要从事油气田勘探与开发方面的研究,E-mail:773104207@qq.com
通信作者:刘妍(1991—),女,博士研究生,工程师,主要从事有机地球化学方面的研究,E-mail:liuyan_mm@163.com
基金项目:国家自然科学基金项目(41772118);陕西省自然科学基础研究计划项目(2023JCQN0289)
Supported by the National Natural Science Foundation of China (41772118) and the Natural Science Foundation of Shaanxi Province (2023JCQN0289)
Oil Geochemical Characteristics and Oil-Source Correlation"" of
Chang 9 Member of Yanchang Formation in Ansai Area, Ordos Basin
Hui Ruirui1,Liu Yan2,Zhang Zhisheng1,Zhang Zhidong1,Li Bin1,Guo Aihua1
1. Xingzichuan Oil Production Plant of Yanchang Oil Field Co.,Ltd., Yan’an 717400, Shaanxi, China
2. School of Science, Chang’an University,Xi’an 710064, China
Abstract:
The Chang 9 Member of Ansai area in Ordos basin has produced high-yield crude oil, which has good exploration prospects. The geochemical characteristics of Chang 9 crude oil and Chang 7 and Chang 9 source rocks in Ansai area were studied by using organic geochemical and biomarker analysis methods, and then oil-source correlation analysis was carried out. The results show that the average Pr/Ph value of Chang 9 crude oil is 1.86, formed in a weak reduction-weak oxidation environment. The ααα20R C27C28C29 sterane configuration is inverted “L” type, indicating a mixed source dominated by terrestrial higher plants. C29sterane" 20S/(20S+20R) is 0.480.51 and C29 sterane ββ/(αα+ββ) is 0.520.53, indicating that the crude oil is mature. The organic matter types of Chang 7 source rocks are mainly ⅡⅢ and Ⅲ, deposited in a weak reduction-weak oxidation environment, and generally entered the peak oil generation period. The mass fraction of regular steranes is dominated by C29gt;C28gt;C27, indicating that they are closely related to the input of terrestrial higher plants. The organic matter types in Chang 9 are mainly ⅡⅢ and Ⅲ, which was deposited in a weak reduction-weak oxidation environment, and has generally entered the peak oil generation period. The content of C29 in regular steranes is the highest, indicating that it is closely related to the terrestrial higher plant composition. According to the oil-source correlation, the crude oil of Chang 9 Member in Ansai area is a mixed source of Chang 7 and Chang 9 source rocks.
Key words:
oil-source correlation; geochemistry; biomarker; Yanchang Formation; Ordos basin
0" 引言
鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地[1],其三叠系延长组蕴藏着丰富的石油天然气资源。前人根据测井物性将延长组自上而下分为长1—长10共10段[23],其中主要发育长7段(张家滩页岩)和长9段(李家畔页岩)两套主力烃源岩层,两套优质烃源岩的热演化程度都已达到生油高峰期[45]。以往的评价与油源对比工作主要集中在盆地西部和西南部地区[611],近年来,随着对延长组下组合(长10—长7油层组)勘探力度的不断增强,在吴起、志丹等地区长8—长10油层组发现多套岩性油藏[1216],展现出良好的勘探潜力。然而关于长9段原油源岩的确定问题一直存在争议。张文正与段毅等[1721]学者认为鄂尔多斯盆地长9油层组原油主要来自于长7段烃源岩,仅志丹地区长9油层组原油来自于长9段烃源岩;而李相博等[22]认为陇东与姬塬58地区长9油层组的原油来源于长7段烃源岩和长9段烃源岩。可见长9段烃源岩的生烃潜力已得到认可,不能简单认为长9段油藏仅由长7段烃源岩贡献。
近年来,随着对盆地中部伊陕斜坡安塞地区展开勘探,延长油田杏子川采油厂于坪149井在长9油层组打出了高产原油,该高产井的发现意味着本区可能存在一个以长9段为中心的油气富集区。研究区是鄂尔多斯盆地长9段烃源岩分布的中心地带,长7段和长9段烃源岩均有发育,但对于长9油层组原油的来源尚未取得共识[34,16,19]。因而针对原油及潜在烃源岩开展地球化学特征研究,并进行油源关系对比,对完善安塞地区油气勘探、扩大长9油层组勘探规模,发现新储量具有重要意义。
本文从安塞地区原油地球化学特征入手,将原油与潜在长7段和长9段烃源岩的地球化学特征进行对比。本次采集研究区长7段和长9段烃源岩样品和长9段原油样品,开展有机地球化学分析等,并结合邻区的其他地球化学测试资料,对研究区的烃源岩样品和原油样品进行综合评价,选取有效的油源对比参数,以进一步探究安塞探区长9段油气来源问题,为本区油气勘探提供依据。
1" 区域地质概况
鄂尔多斯盆地属于大型克拉通叠合盆地,现今构造特征较为单一,盆地边缘断裂褶皱构造较发育,而盆地内部构造相对简单,地层平缓。结合鄂尔多斯盆地的演化历史,根据现今的构造形态,盆地可划分为6个一级构造单元,即中部伊陕斜坡、东部晋西挠褶带、西部天环坳陷、西缘逆冲带、北部伊盟隆起和南部渭北隆起(图1a)。根据前人[2324]研究,盆地发育的鼎盛时期为中—晚三叠世延长组沉积时期和早—中侏罗世延安组沉积时期,沉积范围广。其中,在延长组沉积时期所发育的优质烃源岩是富烃坳陷的主体[25]。
研究区位于伊陕斜坡中部安塞地区(图1a)。伊陕斜坡主要形成于早白垩世,为呈向西倾斜的平缓单斜,倾角仅为0.5°~1.0°,斜坡带上发育一系列规模大小不一且由东向西倾没的低幅度鼻状隆起构造,虽不发育大型断裂,但小型断裂、裂缝十分常见,
其是研究区油气运移的重要通道[26]。长9段沉积时期是盆地晚三叠世湖盆发育的初始阶段(图1b),该期沉积了一套较好的烃源岩,该套泥页岩被称为“李家畔页岩” [1820],主要位于盆地的东
南部。长9油层组沉积微相为三角洲前缘沉积,储层砂体主要为水下分流河道沉积,砂体由东北向西南呈条状带展布,主要受控于沉积相。储层主要的孔隙类型为粒间孔和长石溶孔,且储层大部分属特低孔超低渗储层,储层非均质性较强。前人钻井、测井和岩心资料[20]表明,长9段烃源岩主要发育在长9段顶部以及中下部,测井响应曲线特征表现为高自然伽马、高电阻率、高声波时差和低岩石密度,即具有“三高一低”的特征。
2" 样品与实验方法
本文样品采自研究区星483井、星485井、坪3127井等,其中长9段采集原油样品5个,长7段和长9段各采集烃源岩样品8个。长7段烃源岩岩性以暗色泥岩、页岩为主,长9段烃源岩以黑色页岩为主。
首先,将烃源岩样品粉碎,加入重蒸二氯甲烷和甲醇体积比为9∶1混合而成的溶剂中,用索式抽提器抽提72 h,得到抽提有机质,即氯仿沥青“A”。然后,用柱层析分离法将烃源岩氯仿沥青“A”和原油分离为饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质4个组分。最后,对饱和烃和芳香烃组分进行气相色谱质谱分析,使用仪器为惠普公司5890台式质谱仪,色谱柱为HP5MS石英弹性毛细柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)。升温程序为50 ℃恒温1 min,3 ℃/min升温至310 ℃,310 ℃恒温15 min。载气为氦气,恒流模式,流速为1.0 mL/min,扫描范围为50~550 amu;离子化方式为电子轰击(electron impact ionization,EI),能量70 eV;采集方式为全扫描和多离子同时采集。
3" 原油地球化学特征
3.1" 正异构烷烃特征
原油中的正构烷烃是饱和烃中质量分数最大的一类化合物,其分布特征含有大量地球化学信息,是原油地球化学特征研究的重要一环。正构烷烃的峰型特征、碳数分布是其基本特征,指示了原油的母质来源,因此常利用这种差异性区别不同原油。在长9段原油和油砂抽提物中,正构烷烃的分布总体相似,基线平缓,碳数分布范围为nC12~nC35,碳数分布型式为单峰态,以前峰型为主(图2)。主峰碳为nC21,正烷烃碳优势指数(carbon preference index,CPI)值为1.08~1.12,略大于1,正烷烃碳奇偶优势(odd even predominance,OEP)值为0.49~1.03,平均值为0.91,奇偶优势不明显;正构烷烃轻重比nC21/nC22+值为0.49~1.42,平均值为1.11,(nC21+nC22)/(nC28+nC29)值为0.85~3.07,平均值为1.98(表1),轻质组分占有优势,油质较轻,表明原油成熟度较高[27]。
判断源岩的母质类型以及沉积环境,通常采用姥植比值(Pr/Ph)以及类异戊二烯烷烃比值(Pr/nC17、Ph/nC18)等参数。在强还原性及高盐环境的沉积物中,植烷通常是有绝对优势,丰度很高;而在沼泽环境(氧化环境)中,姥鲛烷往往具有较
强优势[28]。研究区仅1496井Pr/Ph值小于1,其余样品Pr/Ph值介于1.84~2.29之间,平均值为1.86(表1),表现出明显的姥鲛烷优势,指示长9段原油形成于弱还原弱氧化沉积环境。长9段原油Pr/nC17值为0.23~0.40,平均值为0.31,Ph/nC18值为0.11~0.21,平均值为0.15(表1),显示原油的生油母质类型以ⅡⅢ型及Ⅲ型混合有机质为主,沉积于弱氧化弱还原环境。
3.2" 甾烷特征
甾烷类化合物来自生物中的甾醇,在地质体中分布广泛,由于其具有良好的结构稳定性及抗降解能力,因此被广泛应用于地球化学特征分析和油源对比方面的研究。C27—C29甾烷分别代表了原油不同的母质来源特征,可以有效运用于油源对比工作[14]。一般来说,C27相对质量分数较高代表以低等水生浮游生物为主要来源,而相对高质量分数的C29则往往指示高等植物生源或藻类。
研究区长9段原油特征明显,其中,规则甾烷丰度最高,重排甾烷和孕甾烷丰度较低(图3)。规则甾烷中,C27规则甾烷质量分数较低,C29规则甾烷质量分数最高,分别为18.02%~26.30%和36.24%~57.83%(表2),指示陆生植物的贡献偏多。ααα20RC27,ααα20RC28,ααα20RC29甾烷相对质量分数基本以C29gt;C28gt;C27为主,构型呈反“L”型分布,其结果与枣园探区、南缘铜川地区长9段原
油的规则甾烷质量分数分布一致[29],表明长9段原油生油母质具有以陆生植物为主的混合来源特征。此外,长9段原油规则甾烷相对质量分数分布范围较宽,表明原油可能为混合来源。
甾烷异构化参数C29甾烷20S/(20S+20R)与C29甾烷ββ/(αα+ββ)是用于说明原油成熟度和油气运移情况的良好参数指标,它们随成熟度的增加异构化程度愈发明显,比值逐渐增大,其成熟平衡值分别为0.52~0.55以及0.67~0.71[30]。当C29甾烷ββ/(αα+ββ)值大于0.4时,进入成熟阶段,但该比值达到平衡的速率慢于C29甾烷20S/(20S+20R),因此
可反映成熟度范围较宽。研究区长9段原油C29甾烷20S/(20S+20R)为0.48~0.51,C29甾烷ββ/(αα+ββ)为0.52~0.53(表2),接近平衡值(图4),反映原油样本均已成熟,为生油高峰期的产物,该结论与吴堡地区长9段原油样本测得结论相符合[8]。
孕甾烷与升孕甾烷对于生油母质来源具有良好的专属指示性,通常用来指示其来源和母质沉积环境,反映沉积水体的含盐量[31]。研究区安塞地区长9段原油孕甾烷/规则甾烷值为0.05~0.07,(孕甾
烷+升孕甾烷)/规则甾烷值为0.01~0.02(表2),孕甾烷质量分数较低,反映陆源高等植物贡献较大,说明原油母质沉积水体中含盐量很低。
3.3" 萜烷特征
萜烷类化合物具有稳定的碳骨架结构,能抵抗有机质热演化和生物降解带来的变化。伽马蜡烷能够表征盐度的变化,水体盐度越高,伽马蜡烷值越大。因此利用伽马蜡烷/C30藿烷
(Ga/C30H)
指数可以划分不同烃源岩的沉积环境,一般来说,伽马蜡烷指数随着水体盐度的增加而增大。
研究区长9段原油萜烷分布完整,主要为三环萜烷、藿烷类和伽马蜡烷(图5),C30藿烷相对丰度最高,其次为C29降藿烷,C31—C35升藿烷相对丰度呈依次递减序列,伽马蜡烷(Ga)相对丰度较低。长9段原油Ts/(Ts+Tm)值为0.69~0.84,平均值为0.74(表2),表明原油已基本成熟;但部分样品Ts/(Ts+Tm)值异常高,可能受成熟度和烃源岩类型的双重影响。Ga/C30H值为0.03~0.10,平均值为0.08(表2),表明沉积水体盐度较低,指示长9段原油生源母质沉积于淡水微咸水沉积环境,与较高的Pr/Ph值相呼应,与吴堡地区长9段原油母质沉积环境具有一致性[8]。
4" 烃源岩地球化学特征
4.1" 正构烷烃特征
从烃源岩正异构烷烃分布特征(图6)来看,长7段烃源岩样本中碳数分布型式为单峰态,以前峰型
为主,主峰碳以C19为主,少量为C20、C21和C25,CPI值为1.07~1.99,OEP值为0.99~1.02,接近于1,奇偶优势不明显。nC21-/nC22+值介于0.33~1.79之间,平均值为1.13,(nC21+nC22)/(nC28+nC29)值为0.92~2.06,平均值为1.65,轻质组分占有优势,生物来源表现为低等水生生物贡献较大。Pr/Ph值为1.32~2.88,平均值为2.03,具明显的姥鲛烷优势,指示烃源岩形成于弱还原弱氧化环境;Pr/nC17值为0.21~0.38,平均值为0.29,Ph/nC18值
为0.11~0.19,平均值为0.14,整体分布较窄,表示有机质类型以混合型为主,沉积于弱氧化弱还原环境,指示有机质类型以ⅡⅢ型及Ⅲ型为主。
长9段烃源岩中正构烷烃的分布总体与长7段相似,碳数分布型式为单峰态,以前峰型为主(图7)。主峰碳为nC19和nC21,CPI值为1.05~1.41,OEP值为0.98~1.52,具有微弱的奇碳优势。nC21-/nC22+值介于0.61~1.95之间,平均值为1.12,(nC21+nC22)/(nC28+nC29)为0.98~2.58,平均值为1.79,与长7段烃源岩相近,轻质组分占有优势,生物来源表现为水生生物贡献更大。Pr/Ph值为0.76~3.41,平均值为1.96,具明显的姥鲛烷优势,指示原油形成于弱还原弱氧化环境;Pr/nC17值为0.11~0.80,平均值为0.30,Ph/nC18值为0.06~0.39,平均值为0.16,表明烃源岩的有机质类型以ⅡⅢ型及Ⅲ型为主,表现出弱氧化沉积环境。
4.2" 生物标志化合物特征
长7段与长9段烃源岩甾烷参数值相似(表3)。长7段烃源岩C27规则甾烷质量分数较低(23.56%~34.18%),C29规则甾烷质量分数较高(39.93%~50.05%)(表3)。C27、C28、C29规则甾烷三角图(图8)也可以看出,C29规则甾烷质量分数最
高,显示生源是以陆地植物为主的混合来源。C29甾烷20S/(20S+20R)值为0.47~0.54,C29甾烷ββ/(αα+ββ)值为0.39~0.58(表3),从图9可以看出接近平衡值,反映长7段烃源岩样本均已进入生油高峰阶段。长9段烃源岩C27规则甾烷质量分数为21.66%~37.11%,C29规则甾烷质量分数为35.48%~55.13%(表3)。从C27、C28、C29规则甾烷三角图(图
8)可以看出,C29规则甾烷质量分数较高,指示陆生植物的贡献偏多,部分样品为混合来源;C29甾烷20S/(20S+20R)值为0.43~0.58,C29甾烷ββ/(αα+ββ)值为0.31~0.59(图9),同样反映出长9段烃源岩样本均已进入生油高峰期。
长7段和长9段烃源岩萜烷分布完整,主要为三环萜烷、藿烷类和伽马蜡烷。长7段烃源岩Ts/(Ts+Tm)值为0.61~0.80,平均值为0.70(表3),表明烃源岩已基本进入生油高峰期阶段;Ga/
C30H为0.09~0.24,平均值为0.15,
表明长7段烃源岩总体沉积于微咸水淡水环境。长9段烃源岩萜烷分布与长7相似,Ts/(Ts+Tm)值为0.09~0.82,平均值为0.61(表3),除杏1107井样本(0.09)以外,其他样本均表明烃源岩已进入生油高峰期;Ga/C30H为0.09~0.27,平均值为0.17,表明长9段烃源岩曾沉积于微咸水淡水环境,水体咸度略大于长7段烃源岩沉积环境。
5" 油源对比
油源对比目的是追索原油的来源,其原理是同源的原油或烃源岩具有相似的地球化学特征。因此,筛选出稳定的地球化学特征参数,避免经过热演化、油
气运移和次生变化造成的影响差异是十分必要的。通过合理选择原油及烃源岩中存在的特定地球化学参数,结合地质资料等信息,从有机质来源、沉积环境等多方面开展研究,可以确定原油的成因以及与烃源岩的联系。
在原油运移并形成稳定油气藏的过程中,其族组分会因为某些地质作用或地球化学作用而发生变化,但生物标志化合物分布特征较为稳定,因为其主要受原油生油母质类型与沉积环境控制。因此,使用生物标志化合物指纹特征进行油源对比结果较为可靠[12]。
5.1" 正构烷烃特征对比
从Pr/nC17、Ph/nC18和Pr/Ph相关图(图10a,b)可知,长9段原油生源和长7段烃源岩与长9段烃源岩具有相似的沉积环境,其中长7段烃源岩贡献较大。除杏1080井和杏1107井外,长9段烃源岩Pr/nC17值和Ph/nC18值整体小于长7段烃源岩,
表明其成熟度略高于长7段烃源岩。长9段原油数据分布介于长7段和长9段烃源岩之间,大部分与长7段烃源岩分布区域一致,少量样品与长9段烃源岩分布区域重合,表明长9段原油和长7段与长9段烃源岩均具有一定的亲缘关系,可能为长7段与长9段烃源岩共同贡献,具有混合来源特征。
根据Pr/Ph和Ga/C31H关系图(图11)进一步对比发现,长9段原油数据分布较为集中,长9段原油与长9段烃源岩相似程度更高,与长7段烃源岩也有一定相似性。进一步证明长9段烃源岩对长9段原油的贡献。
5.2" 甾萜类生物标志化合物组合特征对比
通过对安塞地区长9段原油与长7、长9段层位烃源岩甾烷和萜烷分布特征对比(图12),发现研
究区长9段原油中C30藿烷相对丰度最高,三环萜烷相对丰度较低,Ts/Tm值较高,伽马蜡烷相对丰度较低;孕甾烷和重排甾烷相对丰度低,ααα20RC27,ααα20RC28,ααα 20RC29规则甾烷分布呈反“L”型,反映生物来源与陆源高等植物紧密相关。长9段原油与长7段和长9段烃源岩甾烷和萜烷分布特征相似,其中长9段原油萜烷分布特征与长7段烃源岩相似性较高,规则甾烷分布特征与长9段烃源岩相似程度更高。由此可见,安塞地区长9段原油与长7段、长9段烃源岩均具有一定的亲缘关系,认为长9段原油为长7段、长9段烃源岩混合来源,该结果与前人对长9段原油的源头问题认识基本一致[30,3233]。
根据C27、C28、C29规则甾烷的质量分数组成特征看(图13),长9段原油与长7段和长9段烃源岩均有一定的重叠区域,具有相似的生源组成,表现出较好的亲缘关系,具有以陆生植物为主的混合来源的特征。这一结论与铜川地区、吴堡地区以及富县、延安等区域长9段原油母质来源都有相似性[29]。
研究区发育两套烃源岩,其中长7段时期主要发育长73烃源岩,但其厚度和有机质丰度与长91烃源岩相比均较差,且长9段沉积时期相对更靠近生烃中心。
为了了解两套烃源岩的贡献大小,考虑到长7段和长9段成熟度接近(图9),沉积环境相似,但各自参数变化范围大,不易区分,故选用差异最为显著的有机质类型参数C19/C23TT(表2,3)进行定量估算。计算得出在长9段原油样品中长9段烃源岩贡献率大,达50.44%~75.87%,长7段烃源岩贡献率仅为24.13%~49.56%。这与研究区长9段烃源岩稳定分布相一致。
6" 结论
1)研究区长9段原油特征相似,正构烷烃中轻质组分质量分数较高,具有较强的姥鲛烷优势,生油母质类型为Ⅱ1型(腐殖腐泥型)Ⅲ型(腐殖型),具有以陆生植物为主的混合来源特征,源岩沉积于弱还原弱氧化环境,普遍进入成熟期。
2)长7段烃源岩有机质类型以ⅡⅢ型及Ⅲ型为主,沉积于微咸水淡水环境;长9段烃源岩有机质类型以ⅡⅢ型及Ⅲ型为主,为低等水生生物与陆生植物的混合来源,表现出弱氧化沉积环境,水体咸度略大于长7段烃源岩沉积环境。长7和长9段烃源岩均进入生油高峰期,长9段烃源岩成熟度略高于长7段烃源岩。
3)通过生物标志化合物分布特征和参数对比,长9段原油和长7段与长9段烃源岩具有一定的亲缘关系,来自于长7段烃源岩和长9段烃源岩共同贡献,具有以陆生植物为主的混合来源特征,其中以长9段烃源岩为主,长7段烃源岩为辅。
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