柴达木盆地西部第三系咸水湖相原油地球化学特征

*中国石油天然气集团公司95重点科技攻关项目(编号:970207)资助。

朱扬明,男,1954年11月生,教授,博士,有机地球化学专业。

2003-03-13收稿,2003-06-18改回。

黄第藩,等.1987.柴达木盆地西部第三系油源岩的地球化学和生油评价.柴达木盆地西部第三系咸水湖相原油地球化学特征*朱扬明1 苏爱国2 梁狄刚2 程克明2 彭德华3(1.浙江大学地球科学系杭州 310027;2.中国石油天然气股份有限公司油气地球化学重点实验室北京 100083;3.青海石油管理局石油勘探开发研究院甘肃敦煌 736202)摘 要 在系统分析柴达木盆地西部各油田40余个原油样品碳同位素和饱和烃、芳烃组成的基础上,全面剖析了该地区第三系湖相原油的地球化学特征。

研究结果表明,这些原油具有特殊的碳同位素组成和异常的生物标志物分布。

其全油碳同位素偏重(-26 ~-24 );正构烷烃系列单体烃碳同位素分布曲线呈水平状,表现出类同于海相有机质的碳同位素组成特征。

它们的生物标志物中正烷烃系列兼具奇碳和偶碳优势双重碳数分布模式;呈强植烷优势,Pr/Ph 值大多<0 6;伽玛蜡烷普遍异常丰富,C 35藿烷含量高,表征高盐、厌氧的咸水湖相沉积环境性质。

芳烃组份以萘、菲系列为主,而二苯并噻吩等含硫有机化合物相对含量较低,反映该地区咸水湖相原油源岩沉积相的特殊性。

柴西各油田原油地球化学参数在区域上呈规律性变化趋势,与其源岩沉积相的时空变迁相一致。

关键词 咸水湖相原油 碳同位素 生物标志物 芳烃 柴达木盆地中图分类号:T E121 文献标识码:A 文章编号:0563-5020(2004)04-0475-11柴达木盆地西部(以下简称柴西)面积约4 104km 2,广泛发育一套第三系咸水湖相烃源岩并生成大量油气。

自1977年发现尕斯库勒油田以来,该地区已相继找到十几个油气田,集中占全盆地80%~90%的油气储量和产量,因此被列为柴达木盆地目前至今后相当长一段时间内的重点勘探区。

发育有咸水湖相沉积的含油气盆地在我国为数不多,因而柴西地区的咸水湖相原油及其源岩的地球化学特征引起不少国内外学者研究兴趣(黄杏珍等,1993;Ritts et al.,1999;Hanson et al.,2001) 。

现有研究表明:本区的原油多为低熟原油,具有一般的咸水湖相原油性质。

但这类原油地球化学特征与其源岩沉积环境之间的内在关系方面尚有许多问题还没有阐明;而且,随着近年来盆地油气勘探的不断深入和新的含油构造的发现,有必要进一步认识原油地球化学性质的区域性变化规律,为明确下一步的勘探目标提供科学依据。

为此,本文在系统分析原油及源岩样品的基础上,重点对该地区咸水湖相原油独特的碳同位素组成和异常的生物标志物分布特征从成因机制上进行剖析,并结合源岩分析资料阐明其区域上的变化规律。

2004年10月地 质 科 学C HINESE JOURNAL OF GEOLOGY 39(4):475 4851 地质 地球化学背景与样品柴达木盆地在中-新生代总体上经历了早期断陷、中期坳陷和后期沉积坳陷中心转移3个构造演化阶段。

发育有中-下侏罗统淡水湖沼相、第三系咸水湖相和第四系生物气源岩3套烃源层系,分别主要分布在盆地的北缘、西部和东部;其中,第三系和中-下侏罗统主要烃源层的展布范围如图1所示。

目前所发现的油气田主要分布在盆地的西部和北缘地区(图1)。

西部含油气区以茫崖 英雄岭凹陷轴部为界分成南区和北区,南区由西向东分布的油田有七个泉、红柳泉、狮子沟、花土沟、跃进一号(尕斯库勒)、跃进二号和乌南油田等;北区主要有咸水泉、油泉子、南翼山、开特米里克、尖顶山及大风山构造等油气田。

北缘地区主要有冷湖、南八仙和鱼卡3个油气田。

图1 柴达木盆地油气田分布图Fig.1 A sketch map showing di stribution of oil and gas fields in the Qai dam Basi n柴达木盆地西部第三系生油层纵向上分布广泛,从路乐河组(E 1-2)到上油砂山组(N 22)均有分布;在横向上受湖盆的演化变迁控制,各层位生油岩分布范围有很大变化。

古新统-渐新统下部(E 1-2-E 13)深湖-半深湖相生油层主要发育于茫崖 英雄岭凹陷;渐新统中上部-中新统下部(E 23-N 11)生油岩分布范围扩大,是本区的主力烃源层;中新统上部-上新统生油层(N 21-N 2)主要发育于小梁山凹陷及茫崖 英雄岭凹陷的部分地区。

这些生油岩的TOC 较低,大多低于0 5%;而其氯仿沥青 A 含量相对较高,一般在0 07%到0 14%之间。

柴西地区第三系原油物性呈一定的区域性变化趋势,南区原油比重较高,在0 84~0 96范围,其中跃进地区的一些浅层油藏原油因生物降解作用比重较高;北区原油油质476地 质 科 学2004年相对轻些,比重变化在0 77至0 87之间,其中开特米里克和南翼山深层油藏原油属轻质油,比重低。

原油的含蜡量主要变化在9%到26%之间,跃进一号和跃进二号油田中部分原油含蜡量较高,属中-高蜡原油。

这些原油的含硫量均不高;南区原油相对较高,为0 12%~0 60%;北区原油均<0 10%;明显不同于江汉盆地的第三系典型咸水湖相原油,后者含硫量高达2%~10%。

本研究在盆地西部各油田现场采集了40余个代表性原油样品及第三系生油岩样品;同时,为了进行对比研究,还采集了盆地北缘各油气田的侏罗系原油样品。

原油样品全部进行了全油气相色谱(GC)和饱和烃、芳烃组份色质(GC/MS)分析;测试在江汉石油学院测试分析研究中心完成,GC 分析在HP6890气相色谱仪上进行,色谱柱为60m 0 32mm HP -5MS 弹性石英毛细管柱;GC/MS 分析在HP6890GC/5973MSD 色质联用仪上进行,色谱柱为30m 0 32mm HP -5MS 弹性石英毛细管柱。

部分原油样品进行全油、族组份和单体烃碳同位素分析,测试在中国石油勘探开发研究院实验中心完成,所用仪器为MAT -252气相色谱 同位素质谱仪。

生油岩样品也进行了相应的地球化学分析。

2 原油碳同位素组成特征(1)全油与族组份柴西地区第三系咸水湖相原油全油碳同位素组成重, 13C 值主要集中在-26 至-24 之间(表1);与江汉盆地潜江凹陷咸湖相原油相当(-27 2 ~-23 9 );反映出咸水湖相原油碳同位素偏重的一般特征。

虽然许多人都注意到这个地球化学特征,但都难以作出合理的解释。

按常规观点,原油的碳同位素取决于有机质生物源。

一般认为来源于陆源高等植物的有机质碳同位素重,如煤成油 13C 通常变化在-26 至-24 之间;而源于水生生物的有机质碳同位素轻,如古生代海相和深湖相原油碳 13C 大多<-30 。

显然,从有机质生物源上无法解释咸水湖相原油碳同位素偏重的原因,因源岩干酪根显微有机组份组成和生物标志物分布均表明这些原油的成油母质主要为水生生物有机质。

国外许多学者对此进行过探讨,Schidlo wski et al.(1984)指出在高盐环境中有机质碳同位素重是由于其水体中因CaCO 3的沉淀导致溶解的C O 2浓度低所致;而Pe -ters et al.(1996)则认为这是由于咸水湖相环境中光合生物过分繁盛造成CO 2浓度低的缘故。

最近,Schouten et al.(2001)认为上述两种因素都与高盐生态中有机质碳同位素偏重有关。

可见,咸水湖相环境中溶解的CO 2少是致使有机质碳同位素重的根本原因,因其能导致自养生物中13C 分馏作用减弱(Popp et al.,1998)。

这些原油的饱和烃和芳烃组份碳同位素组成也反映出咸水湖相有机质的特殊性。

图2是柴西地区第三系咸水湖相原油及北缘侏罗系湖沼相原油这两组份 13C 值的分布图,图中的直线( 13C 芳=1 14 13C 饱+5 46)是Sofer(1984)依据大量原油数据统计回归出来作为区分海相与陆相原油的分界线。

北缘侏罗系湖沼相原油均在陆相油一侧,表明这种原油分类法的合理性;而西部第三系咸水湖相原油却全落在海相油一侧,似乎意味着咸水湖相原油具有海相有机质的碳同位素组成特征。

这种情况也出现在江汉盆地高盐相原油中(Peters et al.,1996)。

实际上,这种用碳同位素组成划分原油类型的方法,并4773期朱扬明等:柴达木盆地西部第三系咸水湖相原油地球化学特征非区分原油源岩的沉积相,而是区分其有机质类型。

由于咸水湖相有机质生物源与海相沉积类似,主要为水生生物和细菌,因而在上述图中有相近的分布范围。

在柴西地区咸水湖相原油族组份碳同位素组成中还有一个值得注意的现象:在饱和烃、芳烃、非烃和沥青质组份之间, 13C 值相差很小,饱和烃与沥青质的 13C 的差值仅478地 质 科 学2004年图2 柴达木盆地原油饱和烃与芳烃组份碳同位素组成分布图Fig.2 Isotopic composition of aromatic vs.s aturate fractions of crude oils from the Qaidam Basin 1 左右;而在一般淡水湖相的原油中此差值较大,如盆地北缘侏罗系原油的此值在3 。

这表征咸水湖相原油成烃母质的特殊性,可能是其在成烃过程中同位素分馏不显著。

(2)单体烃碳同位素如图3所示,本区咸水湖相原油C 13~C 33正构烷烃系列的单体烃碳同位素 13C 值变化不大(在1 范围),虽有一定的波动,但没有随碳数呈上升或下降的变化趋势,整条分布曲线总体上呈水平状分布。

而北缘南八仙油田侏罗系湖沼相原油(仙5井和仙6井)的正烷烃单体烃碳同位素分布曲线则完全不同,其 13C 值随碳数的增加呈明显变低的趋势,高碳数部分要轻3 左右。

图3 柴达木盆地原油正构烷烃单体烃碳同位素分布曲线Fig.3 Carbon isotopic compositions of indi vidual n -alkanesin oils from the Qai dam Basin 许多学者还研究过不同类型原油的正烷烃碳同位素曲线的分布模式。

Murray et al.(1994)和Schouten et al.(2001)一致认为,碳同位素随碳数增加而变轻的分布表征陆源高等植物有机质生物源。

这种观点可用上述的南八仙原油来证实。

该油田原油经油源对比表明来源于中-下侏罗统煤系烃源岩,有机质生物源主要来自高等植物,它们的正烷烃 13C 值分布就呈这种模式。

已有研究表明,海相原油正烷烃 13C 值分布曲线随碳数增加一般呈水平或增高的分布模式(Murray et al.,1994)。

关于咸水湖相原油正烷烃的 13C 值分布曲线类型报道不多。