含氮化合物在潛江凹陷不同運移模式中的指示作用

彭敏，劉明

（中石化江漢油田分公司勘探開發研究院，湖北 武漢 430223）

隨著油藏地球化學的興起和發展，非烴地球化學研究越來越深入，人們越來越認識到原油中中性含氮化合物指示油氣運移聚集的實用價值。繼國外學者發現含氮化合物可以作為油氣二次運移的示蹤性有效指標后，從20世紀90年代中后期到目前，國內外科研院所及大專院校相繼開展了中性含氮化合物研究工作，在油氣運移聚集方向、充注路徑、成藏模式等方面開展一系列的研究［1－3］，先后在塔里木、大港等油田的油氣勘探研究中取得了良好的應用效果，展現了含氮化合物在油氣運移聚集研究方面獨特的優勢和潛力。潛江凹陷為一復雜疊合鹽湖盆地，盆地內的有效烴源巖從低演化到高演化階段廣泛分布，生成的油氣形式多種多樣［4］。地質構造運動、斷層切割和地層的不同接觸關系形成了多種形式的油氣藏，前人嘗試運用飽和烴和生標參數等方法研究了油氣的充注運移方向，但成效不大。作為研究油氣二次運移示蹤性有效指標，中性含氮化合物對油氣勘探具有十分重要的作用。為此，筆者對含氮化合物在潛江凹陷不同運移模式中的指示作用進行了研究。

1 樣品與試驗

樣品主要選擇了潛江凹陷2個主要油源層的原油樣品，以潛北鐘市油田為代表的潛江組原油和馬王廟油田為代表的新溝嘴組原油 （新下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為新溝嘴組下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油層組），各原油樣品的地化參數見表1。

表1 研究區各原油樣品生物標志化合物參數表

各原油經二步法分離出中性含氮化合物后［5－8］，由色譜－質譜 （GC－MS）進行檢測。檢測儀器為Agi－lent6890N－5973N色譜－質譜聯用儀，色譜柱為長30m，涂層厚度0.25μm，柱內徑0.2mm HP－5MS彈性熔融石英毛細柱，載氣為氦氣，柱升溫程序為60℃恒溫2min，以8℃／min升溫至150℃，再以4℃／min升溫至320℃ ，恒溫10min，進樣口溫度為300℃，進樣方式為脈沖無分流方式，電子能量是70eV，離子源溫度是230℃，色譜－質譜接口溫度230℃，多離子掃描方式，樣品中加入苯基咔唑為內標。

2 結果與討論

2.1 鐘市油田油氣運移

潛江凹陷是一個內陡斷陷，特別在潛北斷裂帶，斷裂相當發育。這些斷裂帶活動強，斷層相互切割，有一定的開啟程度，易于形成油氣運移的通道，能夠使油氣沿著斷層、不整合面作垂向運移。鐘市油田處于潛江凹陷潛北斷裂帶上，發育多套含油層。油源對比研究表明 （見表2），潛二段原油與潛三段原油同屬低成熟－成熟原油，各生物標志化合物參數一致，而潛四段原油則為成熟原油，與潛二段、潛三段原油有明顯區別。在異戊二烯類烷烴參數、碳同位素、族組成及原油物性等各項指標上，潛二段與潛三段2層原油也基本相同，都與潛四段原油有明顯的區別，這些都說明了潛二段、潛三段原油為同源石油。

表2 鐘市油田潛江組各段原油地球化學參數對比表

原油的輕重比、鎳卟啉分布等常規運移參數可用于研究該區的油氣運移，研究發現，當潛三段油氣在向潛二段運移過程中，原油輕組分明顯增多，其正構烷烴主峰碳數明顯前移，∑nC－21／∑nC＋22增加，鎳卟啉含量降低，指示出潛三段原油向潛二段發生了運移。

在鐘市油田，含氮化合物也表現出明顯的運移效應，不僅表現在含氮化合物的總量明顯減小，而且在各異構體分布上，屏蔽型二甲基咔唑明顯富集，半裸型或全裸二甲基咔唑則相對含量降低。含氮化合物總量從潛三段的91.71μg／g下降為潛二段的74.83μg／g （見表3），屏蔽型與全裸型參數1，8－／2，7－DMC比值從1.66增加到2.43，1，8－／2，6－DMC從5.82上升到9.95，1，8－／∑NEX'S－DMC從0.57上升至0.81，屏蔽型比半裸型1，8－／1，3－DMC則從2.05增加到2.57，1，8－／1，7－DMC也均有不同程度的升高。同時，半裸型比全裸型的異構體1，3－／2，5－DMC也有相對富集的趨勢，其比值從1.09上升至1.24。

對苯并咔唑而言，直型苯并咔唑 ［a］由于受儲層砂巖空間的阻力小，較易通過砂巖儲集體發生運移，運移相對較快一些，而半球型苯并咔唑 ［c］體積大，較難通過砂巖中的微孔隙，運移相對較慢。所以，隨著油氣的運移，苯并咔唑 ［a］相對富集，在鐘市油田，［a］／（［c］＋［a］）從0.44上升至0.45，由于運移距離相對較短，也表現出了微弱的運移效應。

表3 鐘市油田含氮化合物運移參數表

油氣運移研究結果表明，在潛北鐘市油田，隨著油氣向上運移，無論是常規的輕重比、鎳卟啉等地球化學參數，還是含氮化合物運移參數，均指示出油氣運移的方向是從潛三段向潛二段發生了明顯運移。顯示了鐘市油田潛二段油藏是潛三段原油沿荊沙組不整合面和斷層縱向運移而形成的次生油氣藏（見圖1），為一種下生上儲的成藏模式。

2.2 馬王廟油田油氣運移

馬王廟油田位于潛江凹陷南部，油氣產層為新溝嘴組，是一個受基底隆起控制、繼承性發育的鼻狀構造，其西南側面臨總口、潘場生烴向斜。地質研究表明，馬王廟地區屬過剩壓力低值區（2～4MPa），而西南側周磯－總口－潘場一帶均為過剩壓力高值區 （6～14MPa），油氣將從高過剩壓力的總口、潘場向馬王廟一帶運移。同時，伴隨馬王廟地區古鼻狀構造形成所派生的一系列北東向斷裂系統和裂縫體系，為油氣運移創造了良好的條件。在油源關系上，馬王廟地區具有雙重油源，一是本區新溝嘴組下段提供的未成熟－低成熟原油，二是由西南側總口－潘場向斜一帶運移而來的高成熟原油，而以西－南側的供油面積多，油源豐富，是主要的供油區。

圖1 含氮化合物總量指示鐘市油田油氣運移方向

從馬王廟及拖市、總口新溝嘴組下段原油的有機地球化學參數 （見圖2）來看，各原油異戊二烯類烷烴Pr／Ph相對較低，都小于25%，Ph／nC18 相對較高，均大于50%，各樣品點之間非常接近，各個區的原油同屬于半咸水－咸水湖相沉積環境的產物，原油之間表現了良好的親緣性。

從馬王廟油田及拖市、總口地區新溝嘴組下段原油的生物標志化合物參數對比分析 （見表1），表征原油成熟度的主要參數C29甾烷20S／ （20S＋20R）均大于0.40，C29甾烷aββ／ （aββ＋aaa）除馬30井較低外，其他原油均在0.4以上，C32藿烷22S／（22S＋22R）均大于0.50，說明各個原油同為成熟原油，只是在洼子中的總3X和拖3井原油成熟度較高。原油都含有豐富的伽馬蠟烷，伽馬蠟烷／C30霍烷大于0.75，各個原油表現為具有相同的沉積環境，同為半咸水－咸水湖相。三環萜烷較為豐富，三環萜烷／總萜多在0.28以上，可能說明原油經過了較長距離的運移。各項生標參數說明了在馬王廟地區產自不同斷塊、不同層位、不同埋深以及曾受生物降解的新溝嘴組原油，屬于同一種原油類型，與總口、拖市地區的原油有良好的親緣關系。

生物標志化合物參數由于受原油成熟作用和運移效應的雙重影響，有時在油氣運移研究中有多解性，如位于洼子內部的拖3井，其C29甾烷運移參數和馬王廟地區原油混合在一起，無法判斷運移方向 （見圖3）。研究結果表明，潛南地區原油中含氮化合物的分布受成熟作用的影響卻較小，油氣從總口、拖市向馬王廟油田運移過程中，含氮化合物的總量、1，8－／2，7－DMC和1，8－／1，3－DMC等參數均表現出明顯的運移效應。在靠近總口生油洼陷的總口、拖市地區，原油中含氮化合物總量表現出明顯的高值，達27.3～34.82μg／g以上，隨著油氣沿著北東向斷裂系統和裂縫體系運移，到達馬13井區、馬16井區時，含氮化合物總量明顯降低，在馬13井為25.72μg／g，而到馬16井區則降到16.74μg／g。但在距離生油中心相對較近的馬30井含氮化合物的總量為21.00μg／g，而到馬36井區 的 馬 36 斜 9－3 井 和馬36斜4－71 井 則 降 低 至16.28μg／g 和 16.17μg／g，都反映了油氣運移方向確實自西南向東北方向運移。

但在馬24井區，含氮化合物的總量卻出現了異常高值 （65.94μg／g），經分析研究后認為，馬24井油層由于埋深較淺，當油氣運移至馬24井區時，保存條件變差，由于受生物降解和水洗作用的影響，原油正構部分被降解，非烴富集，使單位質量的原油中含氮化合物含量顯著增大，使分析結果呈現異常高值。

含氮化合物的異構體在較長距離的運移過程中，同樣表現出較好的運移效應 （見圖4）。具體表現在屏蔽型的1，8－DMC有富集趨勢，而全裸型的二甲基咔唑如2，7－DMC受儲層的吸附而明顯減少，所以1，8－／2，7－DMC隨油氣運移距離的增加比值逐漸增大，從總口、拖市地區的1.40左右，到馬13井增加到1.62，至馬24井增至1.70。同樣，馬30井區此值為1.67，油氣運移至馬36井區增加至2.50左右。屏蔽型的1，8－DMC相對于半裸型的二甲基咔唑如1，3－DMC也有富集趨勢，該比值從總口、拖市地區的1.20左右，到馬13井增大為1.29，至馬24井增至1.38，當運移至馬36井區則已增加至2.10以上。

圖3 馬王廟、總口及拖市地區原油C29甾烷參數指示運移效應圖

圖4 1，8－／2，7－DMC指示油氣運移圖

3 結論

1）在鐘市油田的潛江組原油運移中，含氮化合物各項參數明顯變化，總體表現為總量的減少和屏蔽型二甲基咔唑富集，指示出鐘市油田的潛二段原油來源于潛三段，說明含氮化合物在指示油氣的垂向運移聚集中應用效果好。

2）油源研究表明，馬王廟油田的新溝嘴組原油主要來自總口－潘場向斜，含氮化合物的分布明顯指示出油氣運移的方向是從總口－潘場地區向馬王廟地區，說明潛江凹陷油氣的側向運移對含氮化合物分布有一定的控制作用。

3）在潛江凹陷不同的油氣勘探層位、不同的油氣運移聚集模式中，含氮化合物均能較好的指示油氣的運移方向，在油源對比前提下，分析含氮化合物的分布有利于指導油氣勘探。

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