鄂爾多斯盆地董志-正寧地區原油地球化學特征與成因①

段 毅 馬春林 余永進 劉軍鋒 劉一倉 何金先 吳保祥 徐 麗 張曉麗

(1.中國科學院地質與地球物理研究所油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000; 2.長慶油田分公司第二采油廠 甘肅慶陽 745000;3.長慶油田分公司第四超低滲項目部 甘肅慶陽 745000)

鄂爾多斯盆地董志-正寧地區原油地球化學特征與成因①

段 毅1馬春林2余永進2劉軍鋒2劉一倉3何金先1吳保祥1徐 麗1張曉麗1

(1.中國科學院地質與地球物理研究所油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000; 2.長慶油田分公司第二采油廠 甘肅慶陽 745000;3.長慶油田分公司第四超低滲項目部 甘肅慶陽 745000)

鄂爾多斯盆地董志-正寧地區是該盆地中生界油氣勘探新區,對該地區原油的地球化學進行研究,了解原油的成因,可以為該地區石油勘探和開發提供科學依據。本研究首次對采集于董志-正寧地區原油和鄂爾多斯盆地烴源巖的烴類生物標志化合物進行了系統的分析,研究了它們的地球化學特征。原油中各類烴類生物標志化合物分布和組成特征指示了原油形成于淡水弱還原環境;油源對比研究反映了董志-正寧地區原油主要來自長7烴源巖。

鄂爾多斯盆地 董志-正寧地區原油 生物標志化合物 分布和組成特征 成因

鄂爾多斯盆地董志-正寧地區油田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡次級構造單元的南西部(圖1),該地區油氣勘探程度較低。近幾年,在董志-正寧地區的油氣勘探獲得重要突破,西89、寧21、寧51、寧52、寧102等井在中生界長2油層組獲得了工業油流,這充分說明董志-正寧地區中生界具有較大的勘探潛力,有望成為長慶油田增儲上產的接替區塊和層位。但是時至今日,有關董志-正寧地區原油的成因尚不清楚。該問題的解決將對鄂爾多斯盆地董志-正寧地區中生界石油勘探具有重要的指導意義。本文系統采集了董志-正寧地區原油及其烴源巖樣品,分析了它們的生物標志化合物,研究了原油的成因,并且進行了油源對比。這些研究有助于了解該地區油藏的成因,并為盆地中石油勘探提供了科學依據。

1 樣品與分析

圖1 研究地區構造位置Fig.1 Tectonic sketch map location of the study area

樣品均為2009年6月份采集,原油來自鄂爾多斯盆地董志-正寧地區(圖1),烴源巖樣品主要采集于鄂爾多斯盆地董志-正寧地區及其西部地區。分析方法包括:先將原油沉淀瀝青質,然后沉淀瀝青質原油在氧化鋁/硅膠柱色譜上分離出飽和烴。飽和烴的分析鑒定是在美國安捷倫科技公司(Agilent)制造的色譜(6890N)-質譜(5973N)聯用儀上進行的。色譜柱為HP-5(30 m X0.32 mm),固定相涂膜厚度0.25μm,載氣為He,起始溫度80℃,以4℃/min升溫至少300℃,并且恒溫30 min。質譜離子源溫度為250℃,電離電壓為70 eV。

2 結果與討論

2.1 原油的母源來源

正構烷烴色譜特征蘊含了豐富的沉積環境、生源構成、保存條件和熱演化的信息[1–3]。鄂爾多斯盆地董志-正寧地區原油中正構烷烴碳數分布在C11～ C37之間;主峰碳為C15、C17和C19;C21–/C21+為0.92～ 1.40,OEP分布在1.02～1.11之間(表1),說明原油由水生生物和陸生植物混合母質構成。從圖2可以看出,董志-正寧地區原油樣品分布在一個狹窄的區域內,說明原油中正構烷烴、類異戊二烯烷烴分布極為相似,反映了它們來自一個類似的生物源[4～6]。原油中Pr/n C17和Ph/n C18比值,通常用來研究母質類型、形成環境和成熟度。董志-正寧地區原油中Pr/ n C17和Ph/n C18比值分布特征指示了原油母質為混合型[2,7,8](圖3)。

表1 原油和烴源巖中正構烷烴、類異戊二烯烷烴分析數據Table1 Analytical data of n-alkanes and isoprenoid alkanes of the crude oil and source rock samples

圖2 原油中Pr/n C17與Pr/Ph(A)和Pr/n C18與Pr/Ph(B)比值相關圖Fig.2 Cross plots of Pr/n C17 vs.Pr/Ph(A)and Pr/n C18 vs.Pr/Ph(B)ratios of the crude oil samples

圖3 原油中Pr/n C17與Ph/n C18比值相關圖Fig.3 Cross plot of Pr/n C17 vs.Ph/n C18 ratios of the crude oil samples

表2 原油和烴源巖中甾烷分析數據Table2 Analytical data of steranes of the crude oil and source rock samp les

鄂爾多斯盆地董志-正寧地區原油中C27、C28和C29規則甾烷的相對含量分別為22.1%～28.2%、26.1%～29.4%和42.4%～50.5%;規則甾烷/藿烷比值在0.15～0.26之間(表2)。這些值指示了董志-正寧地區原油中甾烷的分布特征是C29規則甾烷含量最高,其次為C28規則甾烷,C27規則甾烷含量較低,同時規則甾烷/藿烷比值也較高,甾烷分布的這些特征反映了它們成油母質為水生生物和陸生高等植物[3,9,10],同時原油來自高等植物源占有重要的比例[1,11,12]。在圖4中,這些樣品分布于一個較窄的范圍內,并且研究區長2和長7原油的甾烷組成極為類似,說明它們具有類似的成油母質.obinson等[13]研究認為,4-甲基甾烷起源于甲藻類。可是,Philp等[3]研究結果表明4-甲基甾烷也可以來自細菌。董志-正寧地區原油中檢出較豐富的4-甲基甾烷,4-甲基甾烷/規則甾烷比值分布在0.12～0.16之間。原油中含4-甲基甾烷反映了甲藻類對原油的形成也作出了一定的貢獻。

圖4 原油中不同碳數規則甾烷分布圖Fig.4 Ternary diagram of C27,C28 and C29 sterane compositions of the crude oil samples

原油中四環萜烷和三環萜烷的含量與母源性質密切相關[14,15],C24四環萜烷/(C24四環萜烷+C26三環萜烷)、三環萜烷的C19+C20/C23、C25/C26和C25三環萜烷/C24四環萜烷比值可以判識原油形成的母質[7,16]。

表3 原油和烴源巖中萜烷分析數據Table3 Analytical data of terpanes of the crude oil and source rock samp les

董志-正寧地區原油中三環萜烷/霍烷比值除了一個樣品為0.40外,其它原油樣品分布在0.08～ 0.29之間,低的三環萜烷/霍烷比值指示了陸源高等植物對原油做出了重要貢獻,董志-正寧地區原油中也檢出了低豐度的具有松香烷結構的三環萜烷(圖5),松香類/αβ-C30藿烷比值為0.021～0.136,這類化合物來自陸源高等植物。三環萜烷C25/C26和C25三環萜烷/C24四環萜烷比值可以用來劃分海陸相原油.24四環萜烷一般在陸源有機質中含量較高.anson等對塔里木盆地原油研究表明,海相原油中C25三環萜烷/C24四環萜烷比值大于1,陸相原油中幾乎都小于1;原油中三環萜烷C25/C26比值>1,一般指示了海相原油,該比值<1指示了陸相原油[17]。在董志-正寧地區原油中,這兩個比值分別為0.40～ 0.53和0.39～0.57(表3),反映了董志-正寧地區原油成油母質具有更多的陸源有機質。在圖6中,研究樣品分布于一個較窄的范圍內,說明它們具有類似的成油母質。

圖5 寧16原油飽和烴中m/z123質量色譜圖Fig.5 Mass chromatogram for m/z123 of diterpenoid hydrocarbons in crude oil from the sample Ning 16

圖6 原油中C23三環萜烷/(C23三環萜烷+C30藿烷)與C24四環/(C24四環+C26三環萜烷)(A)和C23三環萜烷/(C23三環萜烷+C30藿烷)與C19+C20三環萜烷/C23三環萜烷(B)比值相關圖Fig.6 Cross plot of C23 tricyclic terpane/(C23 tricyclic terpane+C30 hopane)vs.C24 tatracyclic terpane/ (C24 tatracyclic terpane+C26 tricyclic terpane)ratios(A)and C23 tricyclic terpane/(C23 tricyclic terpane+C30 hopane) vs.C19+C20 tricyclic terpanes/C23 tricyclic terpane ratios(B)in the crude oil samples

2.2 原油的形成環境

Pr/Ph比值可以反映原油烴源巖的形成環境[10]。鄂爾多斯盆地董志-正寧地區原油中Pr/Ph比值為0.95～1.39(表1),與柴達木盆地西部強還原環境形成的原油Pr/Ph比值(0.51～0.64)相比較[1],董志-正寧地區原油中Pr/Ph比值屬于中度,說明董志-正寧地區原油形成于淡水湖泊相弱還原環境,圖3也說明了研究原油形成于這種環境。

許多研究都證明了伽馬蠟烷和升霍烷可以指示沉積環境的鹽度[3,10,12,18]。伽馬蠟烷/αβ-C30霍烷比值在董志-正寧地區原油中為0.031～0.052,>C30霍烷相對含量為19.1%～26.5%之間(表3和圖7)。董志-正寧地區原油中這些值很低,說明董志-正寧地區原油形成于淡水湖泊環境。

圖7 原油中γ-蠟烷/C30藿烷比值與>C30藿烷相對含量(%)相關圖Fig.7 Cross plot of gammacerane/αβ-C30 hopane ratio vs.relative abundance of>C30 hopane of the crude oil samples

2.3 原油的成熟度

許多生物標志化合物參數可以用來確定研究原油的成熟度。鄂爾多斯盆地董志-正寧地區原油C29甾烷20S/(20S+20R)和ββ/(αα+ββ)比值分別為0.49～55和0.53～0.59(表2),Huang等[19]提出成熟原油中這兩個參數大于0.4,圖8指示董志-正寧地區原油均為成熟原油。圖9為重排甾烷/規則甾烷與C31霍烷22S/(22S+22R)相關圖,圖中原油樣品分布在較小的范圍內,并且分布特征反映了原油均為成熟原油。另外,C29重排甾烷20S/(20S+20R)和C29三環萜烷/(C29三環萜烷+C30霍烷)比值都已用來研究原油的成熟度[6,12,16]。董志-正寧地區原油中C29重排甾烷20S/(20S+20R)比值為0.45～ 0.62,該比值大都達到了平衡值;董志-正寧地區原油中C29三環萜烷/(C29三環萜烷+C30霍烷)比值為0.020～0.062,類似于塔里木盆地陸相成熟原油[16];正構烷烴不存在奇偶優勢,OEP為1.01～1.11,數值接近于1,這些參數均反映了成熟原油的特征。

圖8 原油中C29甾烷20S/(20S+20R)與ββ/(αα+ββ)比值相關圖Fig.8 Cross plot of C29 sterane 20S/(20S+20R)vs.ββ/(αα+ββ)ratios of the crude oil samples

2.4 油源對比

為了進行油源對比,我們對鄂爾多斯盆地延長組長7和延安組延6潛在烴源巖進行了生物標志化合物分析,結果列于表1～3和圖2～8。所研究的延長組長7和延安組延6烴源巖均為黑色泥巖。由表1和圖2可知,延安組潛在烴源巖的正構烷烴和類異戊二烯烷烴組成與董志-正寧地區原油的明顯不同,前者具有較高的Pr/Ph比值;可是延長組的長7烴源巖該比值與董志-正寧地區原油的相似。規則甾烷含量和甾烷成熟度參數(C2920S/(20S+20R)和ββ/ αα+ββ)是重要的油源對比指標。延安組潛在烴源巖規則甾烷是C29甾烷含量很高(表2和圖4),甾烷C2920S/(20S+20R)和ββ/(αα+ββ)值低,這些值與董志-正寧地區原油沒有可對比性,可是延長組烴源巖的該比值與董志-正寧地區原油的相似(表2和圖7)。延安組烴源巖中萜烷的C24四環萜烷/(C24四環萜烷 +C26三環萜烷)、C25/C26三環萜烷和C19+20/C23三環萜烷比值較高,三環萜烷/藿烷比值較高;但是延長組烴源巖中這些比值與延安組烴源巖的相反,與董志-正寧地區原油的相似(表3和圖5)。從上述資料可以看出,董志-正寧地區原油主要與長7烴源巖具有親緣關系,說明董志-正寧地區原油主要來自長7烴源巖。以前的研究已經證明了延安組烴源巖形成于湖沼環境,有機質為腐植型,烴轉化率低,有機質成熟度較低[20](Ro=0.53%～0.65%),因此形成工業性油藏的可能性小。延長組烴源巖形成于淺湖-半深湖,有機碳含量較高,主要分布在0.6% ～6.0%之間;有機質類型為混合型;有機質已成熟, Ro值主要分布在0.70%～0.96%之間(未發表資料),從而延長組應是董志-正寧地區原油可能的烴源巖。其中下部長7生油層組,為湖盆發育全盛期產物,生油性能明顯好于其他層段,是董志-正寧地區原油的主力烴源巖。

圖9 原油中重排甾烷/規則甾烷比值與C31 22S/(22S+22R)相關圖Fig.9 Cross plot of diasterane/regular steranes vs.C31 hopane 22S/(22S+22R)ratio of the crude oil samples

3 結論

鄂爾多斯盆地董志-正寧地區是鄂爾多斯盆地中生界油氣勘探新區,以往對該地區原油及其烴源巖地球化學研究尚未見報道過,對該地區原油的成因知之甚少。本文對董志-正寧地區原油中生物標志化合物研究進行了較為系統地研究。該地區原油的甾烷以C29含量較高,含有較多的四環萜烷,存在具有松香烷結構的三環萜烷,這些說明原油的母質除了菌藻類外,陸源高等植物作出了重要貢獻。原油中類異戊二烯烷烴組成,反映了原油形成于弱還原環境;原油中伽瑪蠟烷和>C30藿烷含量很低,指示了原油形成于淡水環境。原油中C29甾烷和C31藿烷異構體參數接近或達到平衡值,正構烷烴CPI值接近于1,說明原油為成熟原油。油源對比表明,董志-正寧地區原油主要來自長7烴源巖。

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Geochem ical Characteristics and Genesis of Crude Oil from Dongzhi-Zhengning Area of Ordos Basin

DUAN Yi1MA Chun-lin2YU Yong-jin2LIU Jun-feng2LIU Yi-cang3HE Jin-xian1WU Bao-xiang1XU Li1ZHANG Xiao-li1

(1.Key Laboratory of Gas Geochem istry;Institute of Geology and Geophysics;CAS,Lanzhou 730000; 2.The Second Oil Production Plant of Changqing Oilfield Company,Qingyang,Gansu 745000; 3.The fourth Project of Low Permeability of Changqing Oilfield Com pany,Qingyang,Gansu 745000)

Ordos basin is a large inner continental sedimentary basin in China,with an area of about37 X104km2.t contains abundant Mesozoic crude oil resources with an reserve estimation of up to 10 X 108metric tons of oil from Mesozoic reservoirs.These crude oils are derived nonmarine source rocks,so that it has also been used as a typical model of a nonmarine sedimentary basin generating oil.It contains six structural units.Stratigraphic sequences involving Mesozoic petroleum geology principally are Upper Triassic Yanchang Formation and Lower Jurassic Yanan Formation,which are both hydrocarbon source rocks and reservoirs of Mesozoic oils and gases in Ordos basin.Dongzhi-Zhengning area is a new Mesozoic petroleum exploration target in the Ordos basin.Understanding the genesis of oil from this area is very important for revealing the formation law of oil reservoir and guiding petroleum exploration and development in this area.However,the research on geochemistry of crude oils from Dongzhi-Zhengning area has been not performed and genesis of the oil is still known little.In this paper,biomarker compounds in oils from the region and Mesozoic source rock from Ordos basin were systematically analyzed.The genesis of the oilwas discussed by studying the geochemical characteristics of these biomarker compounds.Similar geochemical features of oils from Dongzhi-Zhengning area suggestgeneration from a source withmixed terrgenous and algal-bacterial organicmatter.The biomarker distributions of the oils show that they were formed under aweak reducing and freshwater environment.Molecular maturity parameters indicate that the crude oils aremature.The results of oil-source rock correlation showed that the oilwasmainly derived from Chang-7 source rock.

Ordos Basin;crude oil from Dongzhi-Zhengning area;biomarker compound;compositional and distributional characteristics;genesis

段毅 男 1956年出生 博士 研究員 有機地球化學 E-mail:duany@lzb.ac.cn

P593

A

1000-0550(2011)05-1002-08

①中國科學院支甘項目、國家自然科學基金項目(批準號:40872092,40772069)和“973”項目(編號:2005CB422105)資助。

2010-11-05;收修改稿日期:2011-01-15