C29重排谷甾烷在油源對(duì)比研究中的應(yīng)用
——以銀額盆地查干凹陷為例

萬濤 ，張洪安 ，張寶君 ，李繼東 ，李建國(guó) ，程雪彤 ，周勇水 ，司敏娜

（1.中國(guó)石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001；2.中國(guó)石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001）

0 引言

前人對(duì)查干凹陷烴源巖發(fā)育特征及熱演化史、原油地化特征、油氣來源及成藏期次進(jìn)行了系統(tǒng)研究［1-3］，明確額很和虎勒洼陷是查干凹陷的2個(gè)主力生烴洼槽，巴音戈壁組烴源巖為主要油源巖，烴源巖和原油生物標(biāo)志物中植烷含量具有明顯優(yōu)勢(shì)（0.4＜Pr/Ph＜0.8），反映其成烴母質(zhì)形成于弱還原—還原環(huán)境；伽馬蠟烷指數(shù)主要分布在0.3～0.7，指示微咸水沉積環(huán)境。淺層降解稠油的形成與喜馬拉雅時(shí)期構(gòu)造擠壓抬升有關(guān)。隨著勘探不斷深入，發(fā)現(xiàn)不同構(gòu)造帶、不同層系之間原油性質(zhì)和成熟度差異很大，籠統(tǒng)地將油氣來源歸結(jié)于巴音戈壁組已滿足不了生產(chǎn)的需要，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)研究區(qū)油氣成藏規(guī)律認(rèn)識(shí)不清。由于下白堊統(tǒng)巴音戈壁組一段、二段（以下簡(jiǎn)稱巴一段、二段）烴源巖姥植比和伽馬蠟烷指數(shù)相近，常用指示沉積環(huán)境的地球化學(xué)指標(biāo)無法區(qū)分2套烴源巖。為了解決這一難題，本文通過對(duì)比分析巴一段、二段烴源巖巖性、古生物化石、熱演化程度，首次提出C29重排谷甾烷不受烴源巖熱演化程度影響，主要與烴源巖原始母質(zhì)中植物的貢獻(xiàn)有關(guān)，可作為指示母質(zhì)類型的地球化學(xué)指標(biāo)來進(jìn)行油源對(duì)比的觀點(diǎn)。據(jù)此，對(duì)查干凹陷2個(gè)重點(diǎn)區(qū)帶的源藏對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行研究，取得了良好的應(yīng)用效果。這一認(rèn)識(shí)對(duì)銀額、二連等中生代盆地的油源對(duì)比研究具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

查干凹陷地理上位于內(nèi)蒙古烏拉特后旗，構(gòu)造上位于銀額盆地東部，為一北東向展布的箕狀凹陷，由虎勒洼陷、額很洼陷、毛墩次凸、罕塔廟洼陷、五華單斜坡構(gòu)成，平面上呈“三洼一凸一斜坡”的構(gòu)造形態(tài)（見圖1）。查干凹陷是在晚古生代褶皺基底之上發(fā)育的陸內(nèi)拉分裂谷盆地，經(jīng)歷了早白堊世裂陷和斷拗轉(zhuǎn)換、晚白堊世-古近紀(jì)拗陷、新近紀(jì)構(gòu)造反轉(zhuǎn)4個(gè)演化階段，凹陷內(nèi)殘留下巴一段、二段，蘇紅圖組一段、二段（以下簡(jiǎn)稱蘇一段、二段）和銀根組［4-5］，上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組及第四系地層。其中：巴一段為凹陷早期充填地層，以2套灰色、深灰色礫巖和2套灰黑色、深灰色泥巖互層為特征，厚度在200～1 000 m，以近岸水下扇、深湖相為主；巴二段主要為深灰色、灰色泥巖，以及白云質(zhì)泥巖與灰色砂巖、粉砂巖、砂礫巖、雜色礫巖互層，厚度在200～800 m，以扇三角洲、半深湖—深湖相為主；蘇一段下部以深灰色、灰褐色玄武巖為主，夾灰色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及砂礫巖，上部為淺灰色砂巖、含礫砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾灰色泥巖，厚度在300～700 m，以扇三角洲、濱淺湖相為主，伴有多期火山活動(dòng)；蘇二段以2套深灰色、灰黑色玄武巖和2套紫紅色、褐色泥巖夾灰色砂巖、含礫砂巖為特征，厚度在600～1 000 m，以扇三角洲、洪泛平原相為主，伴有2期火山活動(dòng)；銀根組以灰色砂礫巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾紫紅色、灰綠色泥巖為主，厚度在200～800 m，以河流相為主，與下伏蘇紅圖組呈角度不整合接觸；烏蘭蘇海組巖性為紅褐色、棕黃色泥巖和砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)砂巖、砂巖、含礫砂巖，厚度在200～800 m，為洪泛平原相，也是查干凹陷區(qū)域性蓋層，與下伏銀根組呈平行不整合接觸；第四系為地表未固結(jié)的淺棕色、黃色黏土及粉砂巖、砂礫巖，與下伏烏蘭蘇海組呈平行不整合接觸［6-8］。

圖1 查干凹陷構(gòu)造單元及油藏分布

查干凹陷發(fā)育中生代斷陷湖盆，2008年毛1井蘇二段試油突破工業(yè)油流關(guān)之后，先后發(fā)現(xiàn)了烏力吉和中央構(gòu)造帶2個(gè)重要含油區(qū)帶［9-10］。縱向上，查干凹陷發(fā)育巴一段、二段，蘇一段、二段和銀根組5套含油層系。該凹陷勘探面積約2 000 km2，目前有各類鉆井91口，是銀根-額濟(jì)納旗盆地勘探程度最高的凹陷。鉆探證實(shí)，查干凹陷西部的虎勒洼陷主要發(fā)育巴二段烴源巖，額很洼陷發(fā)育巴一段和巴二段2套烴源巖，在凹陷東部罕塔廟洼陷部署的哈1井未鉆遇暗色地層。目前勘探上發(fā)現(xiàn)的油氣主要圍繞虎勒、額很兩大生烴洼陷分布，平面上受巴潤(rùn)斷裂系和毛西斷層控制（見圖1）。在中央構(gòu)造帶西翼發(fā)現(xiàn)了意16塊、意10塊蘇一段、二段稀油油藏，在中央構(gòu)造帶東翼發(fā)現(xiàn)了意9塊巴二段、蘇一段稀油油藏，油氣聚集于巴潤(rùn)斷裂系形成的反向斷鼻、斷塊圈閉中。在烏力吉構(gòu)造帶深層發(fā)現(xiàn)了力1塊巴一段砂礫巖裂縫稀油油藏、祥6塊巴二段構(gòu)造-巖性稀油油藏。烏力吉構(gòu)造帶淺層發(fā)育毛1塊蘇二段稠油油藏和毛8塊銀根組稠油油藏，油氣聚集于毛西斷層下降盤的斷背斜、斷鼻圈閉中（見圖1）。

2 烴源巖類型及其分布特征

巴一段沉積時(shí)期湖盆較小，烴源巖分布局限，主要在額很洼陷發(fā)育，發(fā)育深湖相灰黑色、深灰色泥巖（見圖2a，2b）。巖心觀察巴一段烴源巖中植物炭屑豐富，還發(fā)現(xiàn)了魚化石，表明烴源巖原始母質(zhì)中既有植物的貢獻(xiàn)，也有動(dòng)物的貢獻(xiàn)。額很洼陷巴一段烴源巖厚度在100～600 m，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）主峰為 0.8%～1.2%。其中：中等烴源巖（0.6%≤TOC≤1.0%）占比39.1%，好烴源巖（TOC＞1.0%）占比39.1%，中—好烴源巖樣品占比高達(dá)78.2%，烴源巖TOC在查干凹陷所有層段中最高。烴源巖碳同位素δ13C值較輕，分布在-23.34‰～-28.41‰，平均為-26.75‰，其中超過41%的樣品δ13C值輕于-28‰；干酪根類型以Ⅱ1型為主，部分樣品達(dá)到Ⅰ型干酪根標(biāo)準(zhǔn)。巴一段烴源巖熱解峰溫（Tmax）總體較高，平均為 450.9℃，主要分布在439～469℃。烴源巖達(dá)到了成熟—高成熟熱演化階段。

巴二段沉積時(shí)期湖盆擴(kuò)大，烴源巖在額很、虎勒洼陷發(fā)育，以半深湖—深湖相深灰色泥巖為主（見圖2c，2d），此外還發(fā)育灰色泥巖、白云質(zhì)泥巖。巖心觀察巴二段烴源巖，未見植物炭屑，表明烴源巖原始母質(zhì)中植物的貢獻(xiàn)小。

圖2 查干凹陷巴一段、巴二段烴源巖巖心照片

額很洼陷巴二段暗色泥巖厚度在300～800 m，虎勒洼陷暗色泥巖厚度在100～500 m。烴源巖TOC主峰為0.6%～1.0%，中等烴源巖占比最高，達(dá)46.2%，好烴源巖占比21.9%，中—好烴源巖樣品占比高達(dá)68.1%，略低于巴一段烴源巖。巴二段烴源巖碳同位素δ13C值分布范圍在-21.97‰～-31.36‰，平均為-27.05‰，其中有超過35%的樣品δ13C值輕于-28‰；干酪根類型以Ⅱ1型為主，部分樣品達(dá)到Ⅰ型干酪根標(biāo)準(zhǔn)。巴二段烴源巖Tmax主要分布范圍在436～455℃，平均為445.8℃。烴源巖處于成熟熱演化階段。

3 C29重排谷甾烷與烴源巖原始母質(zhì)

動(dòng)物中含有豐富的膽甾烷，而植物中則含有豐富的谷甾烷、麥角甾烷等甾烷化合物［11］。研究表明，膽甾烷化合物在低溫下比較穩(wěn)定，常用來指示沉積環(huán)境和判斷有機(jī)質(zhì)演化程度［12-14］。而關(guān)于烴源巖原始母質(zhì)中植物的貢獻(xiàn)與谷甾烷、麥角甾烷生物標(biāo)志化合物相對(duì)富集關(guān)系的研究，目前尚未見諸報(bào)道。為此，本文針對(duì)巴一段、二段烴源巖原始母質(zhì)中植物貢獻(xiàn)的差異性，選用甾烷化合物m/z 217質(zhì)量色譜圖來開展油源對(duì)比研究。將C29重排谷甾烷含量（C29重排谷甾烷峰面積與甾烷化合物峰面積總和的比值（圖中⑤）），以及成熟度指標(biāo)——C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值（C29-αββ/（ααα+αββ））峰面積的比值（圖中（⑧+⑨）/（⑦+⑧+⑨+⑩））來定量區(qū)分巴一段和巴二段烴源巖（見圖3）。

對(duì)比分析認(rèn)為：巴一段烴源巖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井巴一段與意2井巴二段烴源巖成熟度指標(biāo)一致 （見圖3a，3c），C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值均為0.43，但C29重排谷甾烷含量差別很大，分別為5.6%，1.7%，在植物炭屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的巴一段灰黑色、深灰色泥巖中含量高，在植物炭屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的巴二段深灰色泥巖中含量低。

圖3 查干凹陷巴一段、二段烴源巖甾烷化合物特征

鏡質(zhì)組反射率是目前鑒定烴源巖有機(jī)質(zhì)熱成熟度的最佳參數(shù)［15］。該參數(shù)隨熱演化程度增加而增大，但不會(huì)因熱演化程度減弱而減小，其實(shí)質(zhì)是在熱動(dòng)力作用下鏡質(zhì)組化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的物理光學(xué)反映。通過對(duì)研究區(qū)巴一段和巴二段烴源巖系統(tǒng)取樣分析，建立烴源巖C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值、C29重排谷甾烷含量與鏡質(zhì)組反射率的關(guān)系（見圖4）。可以看出：巴一段、二段烴源巖C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值與鏡質(zhì)組反射率呈良好指數(shù)相關(guān)性（見圖4a），表明C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值可以反映烴源巖的熱演化程度；但2套烴源巖C29重排谷甾烷含量與鏡質(zhì)組反射率沒有相關(guān)性（見圖4b），巴一段烴源巖C29重排谷甾烷含量整體高于巴二段烴源巖，且2套烴源巖C29重排谷甾烷均不受烴源巖熱演化程度影響，表明C29重排谷甾烷含量主要與烴源巖原始母質(zhì)中植物的貢獻(xiàn)有關(guān)。因此，C29重排谷甾烷含量可作為指示母質(zhì)類型的地球化學(xué)指標(biāo)來進(jìn)行油源對(duì)比。

圖4 查干凹陷巴一段、二段烴源巖C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值、C29重排谷甾烷含量與鏡質(zhì)組反射率的關(guān)系

4 油源對(duì)比

油源對(duì)比是依靠地質(zhì)和地球化學(xué)證據(jù)來確定原油和烴源巖之間的成因聯(lián)系的。油源對(duì)比實(shí)際上包括2個(gè)方面——不同儲(chǔ)層中原油之間的對(duì)比和原油與烴源巖之間的對(duì)比，通過對(duì)比研究可以判斷原油運(yùn)移的方向、距離及其次生變化，進(jìn)而圈定可靠的油源區(qū)，確定勘探目標(biāo)，有效地指導(dǎo)油氣的勘探和開發(fā)工作。

適用原油與原油的對(duì)比指標(biāo)較多，如原油族組分（飽和烴、芳香烴和非烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、正構(gòu)烷烴、碳同位素及異戊間二烯型的萜類衍生物（異構(gòu)烷烴、甾烷、多環(huán)萜類）。烴源巖與原油的對(duì)比則較為困難，主要因?yàn)橛筒刂械脑褪窃谏蛶r生成后經(jīng)運(yùn)移作用而在儲(chǔ)層中聚集起來的，這種經(jīng)歷過運(yùn)移的原油與在生油巖中所殘留的烴類相比，性質(zhì)必然發(fā)生變化。為減少這種性質(zhì)變化對(duì)油源對(duì)比造成誤判，須選用某些在生油過程及油藏形成過程中都基本保持穩(wěn)定的生物標(biāo)志化合物作為對(duì)比指標(biāo)［15］。基于研究區(qū)原油來源于巴一段、二段烴源巖，結(jié)合2套烴源巖C29重排谷甾烷含量變化大的特征，優(yōu)選C29重排谷甾烷含量和C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值2個(gè)重要指標(biāo)來區(qū)分查干凹陷烏力吉構(gòu)造帶和中央構(gòu)造帶不同層系的原油（見圖5（m/z 217質(zhì)量色譜））。

圖5 查干凹陷烏力吉構(gòu)造帶和中央構(gòu)造帶原油甾烷化合物特征

根據(jù)查干凹陷已發(fā)現(xiàn)原油的甾烷化合物特征，將2個(gè)重點(diǎn)區(qū)帶的原油劃分為4類：第1類原油主要分布于烏力吉構(gòu)造帶深層力1塊和祥6塊，為巴一段、二段稀油（見圖1），具有高C29重排谷甾烷含量（4.9%～6.8%）、高成熟度特征，C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值在0.51～0.55（見圖5a、圖5b、圖6）；第2類原油主要分布于烏力吉構(gòu)造帶淺層毛1塊和毛8塊（見圖1），為蘇二段和銀根組稠油，具有中等C29重排谷甾烷含量（2.6%～4.3%）、中等成熟度特征，C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值在0.42～0.47（見圖5c、圖5d、圖6），是后期遭受降解形成的稠油油藏［14-19］；第3類原油主要分布于中央構(gòu)造帶東翼意9塊（見圖1），為巴二段和蘇一段稀油，具有中等C29重排谷甾烷含量（2.2%～2.4%）、中等成熟度特征，C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值在 0.40～0.41（見圖5e、圖5f、圖6），C29重排谷甾烷含量和成熟度指標(biāo)均略低于烏力吉構(gòu)造帶淺層稠油；第4類原油主要分布于中央構(gòu)造帶西翼意16塊和意10塊（見圖1），為蘇一段、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規(guī)則甾烷異構(gòu)化值在0.35～0.39（見圖5g、圖5h、圖6）。

根據(jù)查干凹陷烴源巖和原油C29重排谷甾烷含量與C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值關(guān)系（見圖6），建立烴源巖與原油的對(duì)應(yīng)關(guān)系：C29重排谷甾烷含量大于4.9%，為“巴一”型原油；C29重排谷甾烷含量小于2.0%，為“巴二”型原油；C29重排谷甾烷含量在2.0%～4.9%，為巴一段、二段“混源”型原油。

圖6 C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值和C29重排谷甾烷含量的關(guān)系

烏力吉構(gòu)造帶深層巴一段、二段稀油具有高C29重排谷甾烷含量、高成熟度特征，來自巴一段烴源巖；烏力吉構(gòu)造帶淺層蘇紅圖組和銀根組稠油具有中等C29重排谷甾烷含量、中等成熟度的“混源”特征，來自巴一段和巴二段烴源巖，“混源”比例中巴一段烴源巖貢獻(xiàn)相對(duì)較大。

中央構(gòu)造帶西翼蘇紅圖組稀油具有C29重排谷甾烷含量低、成熟度較低的特征，為巴二段烴源巖“單源”供烴。中央構(gòu)造帶東翼發(fā)現(xiàn)的巴二段和蘇紅圖組稀油具有中等C29重排谷甾烷含量、中等成熟度的“混源”特征，來自巴一段和巴二段烴源巖，“混源”比例中巴二段烴源巖貢獻(xiàn)相對(duì)較大。目前中央構(gòu)造帶東翼勘探程度最低，由巴一段和巴二段烴源巖“雙源”供烴，條件優(yōu)越，為勘探潛力區(qū)。

5 結(jié)論

1）查干凹陷巴一段烴源巖以灰黑色泥巖為主，植物炭屑豐富，表明烴源巖原始母質(zhì)中有植物的貢獻(xiàn)，生物標(biāo)志物中C29重排谷甾烷含量高；巴二段烴源巖以深灰色泥巖為主，未見植物炭屑，生物標(biāo)志物中C29重排谷甾烷含量低。C29重排谷甾烷不受烴源巖熱演化程度影響，主要與烴源巖原始母質(zhì)中植物的貢獻(xiàn)有關(guān)，可作為指示母質(zhì)類型的地球化學(xué)指標(biāo)來進(jìn)行油源對(duì)比。

2）根據(jù)C29重排谷甾烷含量和C29規(guī)則甾烷異構(gòu)化值2個(gè)重要指標(biāo)，將查干凹陷2個(gè)重點(diǎn)區(qū)帶的原油劃分為4類：烏力吉構(gòu)造帶深層高C29重排谷甾烷含量和高成熟度的稀油、烏力吉構(gòu)造帶淺層中等C29重排谷甾烷含量和中等成熟度的稠油、中央構(gòu)造帶東翼中等C29重排谷甾烷含量和中等成熟度的稀油、中央構(gòu)造帶西翼低C29重排谷甾烷含量和中等偏低成熟度的稀油。

3）源藏對(duì)應(yīng)關(guān)系研究結(jié)果表明：C29重排谷甾烷含量大于4.9%，為“巴一”型原油；C29重排谷甾烷含量小于2.0%，為“巴二”型原油；C29重排谷甾烷含量在2.0%～4.9%，為巴一段、二段“混源”型原油。烏力吉構(gòu)造帶深層稀油為“巴一”型，烏力吉構(gòu)造帶淺層稠油和中央構(gòu)造帶東翼稀油為巴一段、二段“混源”型，中央構(gòu)造帶西翼稀油為“巴二”型。