鄂爾多斯盆地富縣地區延長組長6、長7段原油地球化學特征及油源對比

黃彥杰，耿繼坤，白玉彬，3，孫兵華，黃 禮

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院，西安 710065；2.大慶油田有限責任公司 國際勘探開發公司，黑龍江 大慶 163000；3.陜西省油氣成藏地質學重點實驗室，西安 710065；4.延長油田股份有限公司 富縣采油廠，陜西 延安 716000)

鄂爾多斯盆地是我國第二大沉積盆地，蘊含著豐富的油氣資源。上三疊統延長組長6段和長7段致密油非常富集，主要分布于延長組沉積時期三角洲相分流河道砂體中，是鄂爾多斯盆地致密油主要勘探目標。鄂爾多斯盆地原油性質及油源厘定研究一般認為，原油均來自于長7段及長9段烴源巖，其他層位泥頁巖生烴潛力較低，生油作用有限[1-4]。其中，多數研究集中于盆地中西部，而對盆地東南部富縣地區研究較為匱乏。

隨著鄂爾多斯盆地致密油勘探開發的不斷深入，富縣地區展示出了較大的勘探潛力。已有研究成果揭示，富縣地區延長組長2、長6、長7段原油，雖生標化合物顯示有不同成熟度，但均主要來自長7段烴源巖[5-7]。筆者根據最新的原油和烴源巖地球化學資料，對長6、長7段原油地球化學特征進行研究，并通過油源對比，明確原油來源。

1 區域地質概況

富縣地區位于鄂爾多斯盆地東南部，面積約為350 km2(圖1)。長7段沉積時期為湖盆大面積發育的鼎盛時期，水體不斷加深，半深湖—深湖沉積大面積發育，水生生物及浮游生物大量繁盛，發育廣泛分布的優質烴源巖。富縣地區位于沉積中心，普遍發育深湖—半深湖相泥頁巖，為延長組油氣藏的形成提供了良好的物質基礎[8](圖1)。長6段沉積時期發育主要受控于北東物源的大型曲流河三角洲沉積體系。研究區位于富縣三角洲前緣亞相，發育水下分流河道及水下分流間灣亞相[8]。

研究區發育長7段中下部的長73亞段富有機質頁巖，其在測井曲線上表現出“高伽馬、低電位、高聲波時差和高電阻”的“三高一低”特征(圖2)。長7段上部的長71、長72亞段為半深湖—深湖亞相沉積，暗色泥巖發育，富有機質泥頁巖與不含有機質泥頁巖在測井曲線上較易區分。研究區長73亞段烴源巖厚度大，平均厚度45 m，分布面積廣。TOC含量平均為5.06%；氯仿瀝青“A”含量平均為0.41%；生烴潛量(S1+S2)平均為13.1 mg/g，干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型為主，生油能力強，鏡質體反射率平均為0.76%，開始進入生油高峰[9]。

2 原油物性及族組成特征

長6、長7段原油物理性質相似，為同類原油。原油顏色均以黃綠色為主；密度分布在0.835～0.857 g/cm3，平均為0.845 g/m3；動力黏度(50 ℃)為2.73～15.76mPa·s，平均為9.05mPa·s；凝固點為5～33 ℃，平均為15.45 ℃。原油整體具有低密度、低黏度、較低凝固點的“三低”特征，為輕質原油。

圖2 鄂爾多斯盆地富縣地區典型井烴源巖電測曲線響應Fig.2 Petrophysical logging curves of source rocks from typical wells in Fuxian area, Ordos Basin

烴源巖生油母質類型及成因影響原油的族組成[10]。研究區長6、長7段原油族組分數據表顯示(表1)：飽和烴含量最高，質量分數為53.04%～79.49%；芳烴質量分數較低，為9.35%～16.22%；非烴及瀝青質質量分數較低，分別為2.12%～8.26%及0.32%～19.16%；“飽芳比”較高，為4.33～6.51。反映原油為同類原油，生油母質較好，成熟度較高，并且未經歷生物降解作用。

3 原油生物標志化合物特征

3.1 原油飽和烴氣相色譜特征

研究區原油抽提物正構烷烴分布基本一致，碳數分布表現為前單峰形態(圖3)，峰型完整，主峰碳基本為nC15，偏向低分子量烷烴，表明原油為同類原油且性質較好，生油母質是以藍綠藻為主的低等水生生物。CPI值與OEP值均接近，但不小于1，平均值分別為1.09和1.04，表現為奇偶均勢的特點，即原油處于成熟演化階段。nC21-/nC22+比值介于1.17～1.80，平均值為1.56，反映原油正構烷烴為單峰形態，說明生油母質以低等水生生物為主，有機質類型好[11]。(nC21+nC22)/(nC28+nC29)比值分布在1.54～1.97，均值為1.76，說明低碳數鏈烷烴相對具有優勢，反映原油油質較輕，母質沉積環境為還原環境，原油成熟度較高，達到成熟演化階段(表2)[12]。

表1 鄂爾多斯盆地富縣地區長6、長7段原油族組分數據

原油姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)比值是指示生油巖母質類型及沉積環境的良好參數之一[13]。強還原、高鹽環境沉積物中，植烷往往占據絕對優勢，豐度高；在沼澤環境即氧化環境中，姥鮫烷往往具有較強優勢[14]。研究區原油Pr/Ph值分布在0.87～1.38，平均為1.1，表現為姥植均勢，表明母質來源于還原性淡水—微咸水沉積環境(表2)。原油中Pr/nC17值分布在0.19～0.42，平均為0.33；Ph/nC18值分布在0.14～0.49之間，平均為0.32，分布區間較窄(表2)。長6、長7段原油母源類型相似，以低等水生生物為主，并混有部分陸生植物來源，且成熟度較高(圖4)。

圖3 鄂爾多斯盆地富縣地區典型井長6、長7段原油飽和烴氣相色譜Fig.3 Gas chromatography of saturated hydrocarbons in Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

表2 鄂爾多斯盆地富縣地區長6、長7段原油與烴源巖飽和烴色譜參數

圖4 鄂爾多斯盆地富縣地區長6、長7段原油 Pr /nC17與Ph/nC18值相關圖Fig.4 Correlation between Pr/nC17 and Ph/nC18 values of Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

3.2 萜烷類化合物特征

原油樣品中萜烷系列豐度高、分布完整，主要以三環萜烷、藿烷類和伽馬蠟烷組成，整體呈現出藿烷類系列含量高，三環萜烷系列峰型較低，伽馬蠟烷值低的特征。藿烷中比較突出的峰型為C30-藿烷，其次為C27-三降藿烷，說明研究區長6段、長7段原油為同類原油，生油母質類型主要以原核生物(細菌)等為主；三環萜烷類峰值較低說明原油生油母質也含部分細菌和藍綠藻[14]。

研究區原油伽馬蠟烷指數分布在0.05～0.29，數值較低，說明原始有機質為陸相沉積環境，沉積水體含鹽量較低[15]。Ts/Tm比值一般用來輔助判斷原油成熟度，成熟度越高比值越大[16]。研究區原油Ts/Tm值分布在1.95～5.90，平均3.86，說明原油已經成熟。C31藿烷22S/(22S+22R) 值為 0.49～0.51，已接近平均值，也反映原油達成熟階段(表3)[17]。C29降藿烷含量與C30重排藿烷含量均較高，反映生油母質含部分陸源有機質貢獻，沉積環境為弱還原半深湖相[17-18]。

原油中四環萜烷和三環萜烷的含量是反映生油母源性質的良好參數[18]。研究區原油C24四環萜烷/(C24四環萜烷+ C26三環萜烷)及C25三環萜烷/C24四環萜烷比值均小于1，說明生油母質沉積環境為陸相沉積環境，且陸源有機質貢獻較多；2個參數分布區間較窄，說明研究區原油來自于相同類型的生油母質[19-20]。

3.3 甾烷類化合物特征

甾烷類化合物一般用于生油母質類型的判別、母質沉積環境的識別及成熟度的判斷[7]。一般情況下，C27甾烷通常來源于低等水生生物和藻類；C29甾烷主體以陸生高等植物來源為主，但也有硅藻及褐藻為C29甾烷母源的情況[21]。

研究區長6、長7段原油分布特征明顯，表現為同類原油，其中，重排甾烷豐度最高，其次為孕甾烷，升孕甾烷豐度較低。規則甾烷構型均呈反“L”字形分布，表明原油生油母質為陸相混合型母質，以低等水生生物及浮游動物為主，也包括部分陸生高等植物。原油C29甾烷含量相對較高，除了部分陸生高等植物來源貢獻，也可能是生油母質在排出油氣時，受黏土礦物酸性轉化的影響[18]。

甾烷異構化參數αααC2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)是指示原油成熟度及運移情況的良好生標參數，隨著成熟度的增加，二者數值逐漸萜烷；F.C31霍烷22S/(22R+22S)；G.αααC2920S/(20S+20R)；H.重排甾烷/規則甾烷；I.孕甾烷/規則甾烷；J.孕+升孕/規則甾烷增大，達到成熟階段的平衡值分別為0.52～0.55和0.67～0.71[22]。研究區長6、長7段原油αααC2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)均值分別為0.57和0.66，均接近平衡值，表現為成熟原油的特征(表3，圖5)[12]。

表3 鄂爾多斯盆地富縣地區長6、長7段原油與烴源巖萜甾類化合物特征參數統計

注：A.20RC29αββ/(αββ+ααα)；B.Ts/Tm；C.伽馬蠟烷指數；D.C24四環萜烷/(C24四環萜烷+C26三環萜烷)；E.C25三環萜烷/C24四環

原油中重排甾烷和規則甾烷的比值通常作為原油成熟度的專屬參數來判別原油是否達到成熟[22]，研究區長6、長7段原油重排甾烷/規則甾烷值分布在0.24～0.31，表明已達到成熟階段，成熟度相似，為同類原油(表3)。

孕甾烷(C21)與升孕甾烷(C22)對原油生油母質來源具有良好的專屬性，不僅能判斷其來源，還能指示其沉積環境，反映沉積水體含鹽量的高低[23]。研究區長6、長7段原油孕甾烷/規則甾烷比值分布在0.12～0.22，反映沉積水體含鹽量低；孕甾烷+升孕甾烷/規則甾烷比值分布在0.17～0.31，反映生油母質主要以低等水生生物為主，部分含有高等植物，表現為混合型[22]。

圖5 鄂爾多斯盆地富縣地區長6、長7段原油αααC2920S/(20S +20R)和C29ββ/(ββ+αα)相關圖Fig.5 Correlation between αααC2920S/(20S +20R) and C29ββ/(ββ+αα) of Chang 6 and Chang 7 crude oils in Fuxian area, Ordos Basin

4 油源對比

4.1 原油和烴源巖指紋譜圖對比

在原油與不同層位烴源巖生物標志化合物對比譜圖(圖6)中也可看出，研究區長6、長7段原油和長 73亞段烴源巖C30藿烷含量較高而C30重排藿烷含量均很低，長7段烴源巖C29Ts含量均比原油C29Ts含量高，可能是烴源巖在生成原油之后有部分酸性礦物轉化的結果。Tm含量較低且相對豐度接近。原油與烴源巖伽馬蠟烷含量基本相似。原油和長73亞段烴源巖與長71亞段暗色泥巖的C27、C28、C29甾烷分布特征明顯不同，表現為原油和長73亞段烴源巖的C27甾烷豐度相對較低，C29甾烷豐度明顯偏高(圖6)，而長71亞段暗色泥巖則表現為C27甾烷含量高，C29甾烷含量相對較低?？梢?，富縣地區長6、長7段原油與長73亞段烴源巖具有親緣關系，與長71亞段暗色泥巖親緣關系不明顯，推測原油主要來源于長73亞段烴源巖。

4.2 正構烷烴特征對比

原油在運移及成藏過程中，由于地質作用或地球化學作用導致其族組成發生變化，但生物標志物分布較為穩定，因為其主要受生油母質類型和沉積環境控制。因此，使用生物標志物指紋特征進行油源對比結果較為可靠[24]。從Pr/nC17、Ph/nC18相關圖上看，研究區原油投點與本區長73亞段烴源巖耦合程度高，投點相對集中；而與長71亞段暗色泥巖及志丹長73亞段烴源巖吻合性較差，表明研究區原油可能為本區長73亞段烴源巖貢獻，并沒有進行大規模長距離運移(圖7a)。

圖6 鄂爾多斯盆地富縣地區長7段烴源巖(a，b)與長6、長7段原油(c，d)生標化合物對比Fig.6 Biomarkers of Chang 7 source rocks (a,b) and Chang 6 and Chang 7 crude oils (c,d) in Fuxian area, Ordos Basin

4.3 甾萜類生物標志物組合特征對比

根據Ts/Tm與αααC29S/(S+R)、αααC2920S/(20S+20R)與C29ββ/(ββ+αα)、重排甾烷/規則甾烷與C31霍烷22S/(22S+22R)的交會圖(圖7b-d)可以看出，長6、長7段原油數據點分布非常集中，表明其為單一性質的原油。研究區長73亞段烴源巖與長6、長7段原油對比耦合程度較好，投點相對集中；而與長71亞段暗色泥巖及志丹地區長73亞段烴源巖差異較為明顯。分析認為，研究區長6、長7段原油為本區長73亞段烴源巖貢獻，而非長7段上部暗色泥巖；原油未進行長距離運移，并非來自志丹長73亞段烴源巖。

通過規則甾烷(C27-C28-C29αααR)圖版(圖8)可知，長6、長7段原油C29甾烷相對含量高，規則甾烷組成分布相對集中，投點密集，分布與長73亞段烴源巖規則甾烷投點類似，耦合程度好；而原油與長71亞段暗色泥巖吻合性差，投點相距較遠；與志丹長73亞段烴源巖差異也較為明顯。說明本區原油是本區長73亞段烴源巖成熟運聚的結果，與長71亞段暗色泥巖關系不大，并且與志丹烴源巖沒有明顯親緣關系，說明原油未進行大規模長距離運移。

5 結論

(1)鄂爾多斯盆地富縣地區上三疊統延長組長6、長7段原油物理性質與族組成相似，整體呈低密度、低黏度、較低凝固點的特征，表現為油質輕、流動性好，屬于輕質原油；具有飽和烴含量高，“飽芳比”高，芳烴、非烴和瀝青質含量較低的特征。

(2)長6、長7段原油生物標志化合物特征相似，成熟度相近，均為成熟原油；生油母質以低等水生生物來源為主，并有部分陸生植物來源；母源沉積環境為弱還原的淡水—微咸水陸相沉積環境。

圖7 鄂爾多斯盆地富縣地區長6、長7段原油與長7段烴源巖及志丹地區長73亞段烴源巖生物標志化合物特征對比Fig.7 Biomarkers of Chang 6 and Chang 7 crude oils and Chang 7 source rocks in Fuxian area and Chang 73 source rocks in Zhidan area, Ordos Basin

圖8 鄂爾多斯盆地富縣地區長6、長7段原油與長7段 烴源巖及志丹地區長3亞段烴源巖規則甾烷含量特征對比Fig.8 Regular sterane distributions of Chang 6 and Chang 7 crude oils and Chang 7 source rocks in Fuxian area and Chang 73 source rocks in Zhidan area, Ordos Basin

(3)富縣地區延長組長6、長7段原油主要為本地長73亞段烴源巖貢獻；長7段上部暗色泥巖雖然有輔助作用，但作用較??；與湖盆中心志丹地區長73亞段烴源巖對比差異明顯，沒有明顯親緣關系，說明原油未進行大規模長距離運移。