柴達(dá)木盆地西部南區(qū)原油芳烴分子組成特征及意義

陽鵬

摘要：通過對柴達(dá)木盆地西部南區(qū)78個(gè)原油樣品進(jìn)行GC-MC分析，對原油的芳烴分子組成特征，沉積環(huán)境、母質(zhì)來源及熱演化程度進(jìn)行了研究。研究表明，萘系列中的1，2，5-TMN、1，2，7-TMN、1，2，5，6-TeMN和菲系列中的惹烯以及甲基菲中的9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布模式指示該區(qū)原油生烴母質(zhì)可能主要以低等水生生物為主并混有高等植物輸入；三芴系列的相對組成特征和DBT/P比值及三芳甾烷的C26三芳甾烷20S/C28三芳甾烷20S比值則指示原油形成于半成水、成水湖相沉積環(huán)境；萘系列成熟度參數(shù)和甲基菲指數(shù)不適合用來袁征該區(qū)原油熱演化程度，而烷基二苯并噻吩系列中的4-MDBT/1-MDBT和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT等參數(shù)更適合用來描述該區(qū)原油成熟度，利用4，6-DMDBT/1，4-DMDBT比值折算出原油RC值為0.56%～1.00%，平均值為0.66%，指示該區(qū)原油大多為低熟油。

關(guān)鍵字：柴達(dá)木盆地；原油；芳烴；分子組成特征

中圖分類號：TE122.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

柴達(dá)木盆地西南地區(qū)是柴達(dá)木盆地油氣最富集的地區(qū)，第三系咸水湖相烴源巖的廣泛分布為該區(qū)油氣資源奠定了基礎(chǔ)。咸水湖相烴源巖及其所形成烴類的地球化學(xué)特征，既不同于淡水湖相，又不同于海相烴源巖及原油的地球化學(xué)特征。發(fā)育有成水湖相沉積的含油氣盆地在我國為數(shù)不多，因而柴西地區(qū)的咸水湖相原油及其源巖的地球化學(xué)特征引起不少國內(nèi)外學(xué)者研究興趣。但是大多以飽和烴為主要研究對象，而對芳烴系列化合物的研究相對薄弱。本文試圖通過對柴達(dá)木盆地西部南區(qū)原油芳烴分子組成進(jìn)行剖析，并結(jié)合其他學(xué)者的相關(guān)研究成果，來介紹該區(qū)原油的生烴母質(zhì)、沉積環(huán)境以及熱演化程度。

1地質(zhì)背景

柴達(dá)木盆地自古遠(yuǎn)古代結(jié)晶基底形成開始，經(jīng)晚喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的推覆縮距才形成了現(xiàn)今的面貌。柴達(dá)木盆地西部以茫崖一英雄嶺凹陷軸部將其分成南區(qū)和北區(qū)，南區(qū)是指昆侖山以北至獅子溝一油砂山斷裂以南的地區(qū)，主要包括尕斯斷陷和昆北斷陷，發(fā)育有紅獅凹陷、扎哈泉凹陷和切克里克凹陷。柴達(dá)木盆地西部南區(qū)第三系生油層分布廣泛，自上而下發(fā)育獅子溝組（N³₂）、上油砂山組（N²₂）、下油砂山組（N^-1₂）、上干柴溝組（N₁）、下干柴溝組（E₃）和路樂河組（E₁₊₂）等6套地層。

2樣品與實(shí)驗(yàn)

樣品取自于柴達(dá)木盆地西部南區(qū)，主要分布在尕斯庫勒、紅柳泉、花土溝、七個(gè)泉、獅子溝、烏南、油砂山、躍東和躍進(jìn)Ⅱ號油田。樣品的分析工作在長江大學(xué)地球化學(xué)測試分析研究中心完成。主要方法是將原油經(jīng)異辛烷沉淀瀝青質(zhì)后直接進(jìn)行GC-MS分析。GC-MS分析在HP689/5793MSD上完成；色譜柱為HP-5MS（30m×0.25mm×0.25μm），載氣為氦氣；升溫程序?yàn)?0℃恒溫2min，然后以4℃/min的程序升溫至300℃，再恒溫15min。質(zhì)譜采用多離子檢測模式，質(zhì)譜電離方式EI，離子源電離能量70eV，質(zhì)量掃描范圍50～550amu，掃描間隔2s。芳烴化合物定性主要是依據(jù)其質(zhì)譜特征及色譜相對保留時(shí)間與公開發(fā)表文獻(xiàn)的對比，其定量均采用質(zhì)荷比為分子離子的質(zhì)量色譜圖峰面積。

3結(jié)果與討論

3.1萘系列化合物。柴達(dá)木盆地西部南區(qū)原油樣品中檢則到了豐富的萘系列化合物，主要包括萘（N）甲基萘（MN）二甲基萘（DMN）、三甲基萘（TNN）、四甲基萘（TeMN）和乙基萘。通過對萘系列的分布特征分析發(fā)現(xiàn)，樣品中萘系列主要分布特征為低碳數(shù)取代化合物豐度相對較高，而高碳數(shù)取代化合物萘則隨取代基的增加，相對豐度具有降低的趨勢。

熱演化是影響萘系列分布的重要因素。α-位取代萘異構(gòu)體的空間阻礙作用強(qiáng)于β-位且熱穩(wěn)定性比β-位差，隨熱演化程度的增加，β-位取代萘異構(gòu)體的相對豐度升高，因此可以利用β-位取代萘異構(gòu)體與α-位取代萘異構(gòu)體的比值來衡量原油的熱演化程度。常用參數(shù)有MNR、DNR-1、TNR-1、TNR-2、TMNr、TeMNr。

本次研究選取了DNR-1、TNR-2、TMNr、TeMNr四個(gè)指標(biāo)來研究原油成熟度。DNR-1值介于1.95-7.59、TNR-2值分布于0.28-1.06（表1），利用公式（R_ca=0.49+0.09*DNR、P_cb=0.4+0.6*TNR-2）換算的原油R_ca和R_cb曲值分別為0.67%-1.17%、0.57%-1.03%，指示該區(qū)原油處于成熟階段；而由TMNr和TeMNr的相關(guān)關(guān)系圖（圖1）也可以看出該區(qū)原油都處在成熟到高熟階段，顯然這都與利用飽和烴參數(shù)得到的結(jié)果相矛盾。因此，可以看出烷基萘系列成熟度參數(shù)對于成熟一高熟原油較為實(shí)用，而不適合于低成熟原油。

此外，有一部分烷基萘可以指示原油母質(zhì)來源。卡達(dá)烯、12，5-TMN、12，5，6-TeMN可作為高等植物生源的標(biāo)志物，12，7-TMN可能來源于被子植物組成香樹脂醇，12，6-TMN可能與微生物輸入先質(zhì)有關(guān)，因此，它們組分的不同可能預(yù)示原油具有不同來源。原油樣品的1，2，5-TMN占TMN的4.82%-18.01%，平均值為8.22%，12，5，6-TeMN占TeMN的6.52%-16.51%，平均值為10.06%（表1）。根據(jù)王志勇等研究成果，可知該區(qū)屬于咸水湖相環(huán)境。

3.2菲系列化合物。原油樣品中檢測到豐富的菲系列化合物，主要包括菲（P）、甲基菲（MP）、二甲基菲（DMP）、三甲基菲（TMP）等，總體分布特征為DMP>MP>TMP>P。

MP是烷基菲系列中研究最深入的一類化合物，常見的4個(gè)異構(gòu)體包括1-MP、9-MP、3-MP、2-MP，隨著熱演化程度的增加，9-MP和1-MP的相對豐度升高，3-MP、2-MP的相對豐度降低。MPI和MPR都是依據(jù)此原理得到成熟度參數(shù)。柴西南地區(qū)原油樣品MPI-1值介于0.37-0.93（表1），由此折算出的Rc為0.62%-0.96%，指示該區(qū)原油大多為成熟油，與實(shí)際情況不符，這可能與所研究的有機(jī)質(zhì)性質(zhì)或干酪根的類型有關(guān)。Alexander曾指出，應(yīng)用MPI必須十分謹(jǐn)慎，它適用于研究煤巖或Ⅲ、Ⅳ型干酪根的樣品，不適用于富氫有機(jī)質(zhì)的研究。而柴達(dá)木盆地西部南區(qū)原油的生油母質(zhì)類型一般為Ⅱ型干酪根，所以該參數(shù)可能不適合用來研究研究區(qū)原油的熱演化程度。此外，MP分布特征亦受生源的影響。一般認(rèn)為2-MP和3-MP熱穩(wěn)定性較高，是Ⅰ型和Ⅱ型干酪根高成熟度階段的產(chǎn)物，1-MP在源于Ⅲ型有機(jī)質(zhì)和煤的陸相油中較豐富，而9-MP主要和海棺有機(jī)質(zhì)有關(guān)，但也有研究認(rèn)為在半咸水一成水還原環(huán)境的富含菌類和藻類等低等生物的煤中，易生成9-甲基菲。該區(qū)原油甲基菲具有9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布特征（圖2），與渤海灣盆地渤南洼陷以低等水生生物為主要生源的甲基菲分布模式一致，并且樣品中檢測到較低含量的惹烯，反映了該區(qū)原油生烴母質(zhì)可能主要以低等水生生物為主并混有少量的高等植物輸入。

3.3三芴系列。三芴系列是指F、SF和OF，常用于指示沉積環(huán)境。OF含量在弱還原和弱氧化環(huán)境中較高；在還原環(huán)境中，F(xiàn)含量較豐富；在強(qiáng)還原環(huán)境中，SF占優(yōu)勢。樣品中這一特征并不明顯，總體表現(xiàn)為SF和OF含量相當(dāng)且都低于F（圖3）。這可能是由于不同實(shí)驗(yàn)分析方法造成的。本次使用的是全油GC-MS分析技術(shù)，以往使用的是芳烴族組分GC-MS分析技術(shù)。族組分的分離過程可能會(huì)導(dǎo)致OF和F的流失以及SF的相對富集。但如果采用相同實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)，三芴系列的相對組成仍然可以有效地判斷沉積環(huán)境。如吐哈盆地煤成油的SF在三芴系列中含量僅為3%-8%，OF含量高達(dá)60%以上；冀中坳陷淡水湖相原油的SF含量為21%，OF的含量為36%。研究區(qū)原油樣品中SF含量在18.82%-56.35%，平均值為30.61%，明顯高于煤成油和淡水湖相原油，指示該區(qū)為強(qiáng)還原環(huán)境。

另外，結(jié)合DBrI伊和Pr/Ph的變化也可用來判識沉積環(huán)境。原油樣品中DBrI伊的范圍較小，比值均小于1.0。我們引用Hughes等的圖版，從圖4可以看出，該區(qū)樣品都落在湖相超鹽度區(qū)，指示該區(qū)屬于咸水湖相強(qiáng)還原環(huán)境。

二苯并噻吩系列化合物分布特征除與沉積環(huán)境有關(guān)外，還受熱演化程度的影響。常見的參數(shù)有MDR和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT。從圖5可以看出，MDR、4，6-DMDBT/1，4-DMDBT與0L 0L ctC29甾烷20S/（20S+20R）之間具有良好的正相關(guān)性，表明這兩個(gè)參數(shù)適用于該區(qū)原油。根據(jù)公式（RC=0.11*（4，6-DMDBT/1，4-DMDBT）+0.49）換算的原油RC值為0.56%-1.00%（表1），平均值為0.66%，指示該區(qū)原油大多為低熟油，這與根據(jù)飽和烴參數(shù)所計(jì)算的原油成熟度是一致的。

3.4三芳甾烷系列。三芳甾烷系列的分布特征與沉積環(huán)境及母質(zhì)來源等因素均有關(guān)系。淡水環(huán)境形成的有機(jī)質(zhì)中C₂₈三芳甾烷占有一定的優(yōu)勢，而在咸水、半咸水環(huán)境中形成的有機(jī)質(zhì)中C₂₆三芳甾烷的豐度較高，所以C₂₆三芳甾烷20S/C₂₈三芳甾烷20S比值是生源輸入或沉積環(huán)境的有效標(biāo)志，例如濟(jì)陽坳陷半成水、咸水湖相烴源巖該比值為0.57-0.94，在淡水、微咸水中為0.2-0.45。柴西南地區(qū)原油樣品中該比值介于0.37-0.93（表1），指示該區(qū)原油形成于半或水、咸水沉積環(huán)境。

4結(jié)論

（1）原油樣品中的12，5-TMN、12，5，6-TeMN在TMN和TeMN的定量分析特征、三芴系列的相對分布特征、DBT/P以及C₂₆三芳甾烷20S/C28三芳甾烷20S等參數(shù)均指示該區(qū)原油形成于半咸水、咸水湖相還原環(huán)境。

（2）原油樣品中檢測到的12，5-TMN、12，7-TMN、12，5，6-TeMN以及微量的惹烯指示原油母質(zhì)來源有高等植物的輸入，而甲基菲中的9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布模式則指示其生源可能主要以低等水生生物為主。

（3）原油樣品中的萘系列成熟度參數(shù)以及甲基菲指數(shù)均表明這些芳烴參數(shù)不適合低熟原油，而烷基二苯并噻吩系列中的4-MDBT/1-MDBT和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT則更適合柴達(dá)木盆地西部南區(qū)原油，利用4，6-DMDBT/1，4-DMDBT比值得到原油的RC值平均在0.66%，指示該區(qū)原油多為低熟油。