三塘湖盆地原油类型及形成环境分析

三塘湖盆地原油类型及形成环境分析

煤成油与其它油气成油的组合特征不可否认，澳大利亚吉普斯兰盆地、加拿大马更什盆地和印度尼西亚马哈卡坎三角洲的油气生产量相同。中国图哈盆地生产的大部分气田都与煤系源岩有关。由于煤成油具有一些典型的生物标志物组合特征,如高的姥植比、丰富的三环二萜类和四环二萜类和丰富的陆源三萜类,从而与其它成因的原油形成鲜明的对比。三塘湖盆地南邻吐哈盆地,西邻准噶尔盆地,是在早古生代基底上发展起来的叠合型盆地,面积约为2.3万km2。盆地内中生界为一套煤系地层,上古生界为一套火山岩、火山碎屑岩和湖相沉积,并夹薄煤层。在塘参1井侏罗系西山窑组首获商业油流之后,又在条2井、条3井和塘参3井的侏罗系和二叠系见到了大量油气显示,尤其是塘参3井,见油气显示的井段长达数百米。这一现象无疑是三塘湖盆地已发生大规模油气生成与运移聚集过程的直接证据。如何认识这些不同构造部位、不同层位原油(或油显示)的性质、成因类型、相互关系以及各自的油源层等,是该盆地当前油气勘探中迫切需要解决的问题。原油的性质和家族组成特征1中生界烃源岩的原油性质与石油地质条件相似的吐哈盆地侏罗系原油相比,三塘湖盆地侏罗系原油具有油质偏重、凝固点和粘度偏高、含蜡量高的特征,其含蜡量高达32.72%,属典型的高蜡原油。而吐哈盆地的侏罗系原油大多为低密度、低粘度、低凝固点的轻质油和凝析油,且以低含蜡量(低于10%)为特征,属低—中等含蜡原油(见表1)。尽管两盆地内的中生界烃源岩均属湖沼相的煤系沉积,但其原油性质差异较大。上述特征无疑是两盆地烃源岩中有机显微组分组成和生烃演化特征不同的客观反映。2“风化壳”上的油从原油族组成来看,三塘湖盆地侏罗系和二叠系成熟原油和油显示并无本质区别:饱和烃含量为60%～70%,芳烃含量为10%～20%,极性组分(非烃+沥青质)约占20%。而产自塘参3井1706.21m井深风化壳(后文简称“风化壳”)上的油显示,其族组成具有饱和烃含量低(40%),芳烃含量高(高于30%),以及极性组分含量高(高于30%)的特点,表明这是一类较为特殊的原油。而相邻吐哈盆地原油的族组成具有饱和烃含量高(高于75%)、芳烃含量低(低于10%)和非烃+沥青质含量低的特点,这与其轻质油和凝析油的属性是相吻合的。显然,这一现象揭示,尽管三塘湖盆地与吐哈盆地的烃源岩性质相似,但它们所生成原油的宏观化学组成却存在显著差异,这是值得注意的。原油生物特征的分布和组成1不同盆地的原油分布正构烷烃是三塘湖盆地原油和油显示饱和烃馏分中的优势组分(含量约占饱和烃馏分的45%～75%),且碳数分布完整,表明这些原油或油显示并未遭到生物降解作用的破坏。塘参1井侏罗系原油的正构烷烃系列含量最高,达73.56%,塘参3井风化壳上油显示该含量最低,仅为43.40%,其它油显示介于两者之间。此外,不同原油及油显示具有明显不同的正构烷烃分布和组成特征。塘参1井侏罗系原油的正构烷烃系列碳数分布前低后高,主峰碳数为nC25,奇碳优势明显,nC21-/nC22+值小于1,这与其高含蜡量的特征相吻合,且这些蜡与植物组织表皮的角质层有关。相对而言,条2井、条3井和塘参3井风化壳油显示的正构烷烃系列碳数分布十分相似,其中正构烷烃各碳数丰度变化缓慢,且前峰群较后峰群略显优势,主峰碳数分别为nC17、nC19和nC21,nC21-/nC22+值大于1,说明低等生源对这类原油的贡献明显高于对塘参1井侏罗系原油的贡献。塘参3井下二叠统油显示,因其正构烷烃分布中前峰群的优势特别显著而自成一类,其主峰碳数为nC18和nC20,nC20与nC21之间的丰度变化呈陡坎状,而非渐变,且nC21-/nC22+值大于1(见表2)。三塘湖盆地不同原油和油显示中正构烷烃系列分布特征的上述差异,可能暗示了该盆地的原油可分为3种类型,即塘参1井侏罗系原油、塘参3井风化壳油显示、塘参3井其它原油。它们可能代表了三塘湖盆地3种不同成因的原油类型。而吐哈盆地轻质油和凝析油的正构烷烃系列则具有主峰碳数低、轻重比高、nC21-/nC22+值大于1的特点(见表2),反映出它与三塘湖盆地的原油在成烃母质上存在某种差异。程克明的研究结果表明,木栓质体是吐哈盆地煤系烃源岩中煤成油的重要原始生烃组分,而在三塘湖盆地侏罗系煤系烃源岩中,孢子体和角质体则是重要的原始成烃母质。两盆地烃源岩中重要的生烃显微组分的不同,可能是其正构烷烃系列具有不同分布模式的重要原因。2不同井位的侏罗系原油和油显示众所周知,姥植比(Pr/Ph)是一个反映沉积环境的氧化或还原性和确定原油成因类型的重要参数。弱氧化偏酸性的成煤环境是煤系烃源岩和煤成油中具有高姥植比的内在原因。因此,高的Pr/Ph值常作为判别煤成油的重要地化指标。在三塘湖盆地原油中,产自塘参1井侏罗系西山窑组的原油Pr/Ph值最高,达4.87,明显高于吐哈盆地的煤成油(见表2),显示出煤系烃源岩成因的特征;而产自其它井不同层位的原油和油显示中,其Pr/Ph值明显低于前者,一般为1～2。由此可以推测,塘参1井侏罗系的原油在成因上不同于其它井的原油和油显示。此外,不同原油和油显示中的Pr/nC17值和Ph/nC18值都存在一定的差异,如塘参1井侏罗系原油的Pr/nC17值较高(高于0.8),而其它井的原油此比值较低(小于0.5),Pr/nC18值在不同的原油中较为接近,为0.15～0.25。吐哈盆地煤成油的Pr/nC17值为0.4～0.8,低于塘参1井侏罗系原油,高于三塘湖盆地其它井原油和油显示,但其Ph/nC18值小于0.15,明显低于三塘湖盆地的原油。这一现象表明三塘湖盆地不同井所产原油和油显示的成因是有差异的,且其侏罗系原油与吐哈盆地煤成油在Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18组成上也存在一定的差异,这可能与两盆地中煤系烃源岩沉积—成岩(成煤)环境的不同有关。3组烷体系的地球化学特征塘参1井侏罗系原油中,三环萜烷和四环萜烷这两个系列标志物的丰度极低,在饱和烃馏分RIC上检测不到。但在其它油显示饱和烃RIC上均能检测出来,其中三环萜烷系列的含量为0.3%～0.8%,四环萜烷含量均小于0.5%。值得注意的是在不同原油(油显示)中,三环萜烷系列的分布形式存在显著差异。如图1a所示,塘参1井侏罗系原油的三环萜烷系列分布不完整,其中C19、C20成员丰度最高,其它碳数的成员丰度很低,但C24—C26四环萜烷系列不仅完整而且丰度较高,四环萜烷/三环萜烷值高于1.0(为1.12),这一特征与中生界煤系烃源岩中三环萜烷和四环萜烷系列的分布与组成相似,说明它们之间存在较为密切的成因联系。在其它油显示中,三环萜烷系列完整,碳数范围为C19—C29,且丰度较高,其中C21和C23的相对丰度高于其它碳数的三环萜烷。但四环萜烷系列极不完整,仅检测到C24一个化合物,且丰度较低,其中四环萜烷/三环萜烷值小于0.2,显示出与上古生界烃源岩相似的三环萜烷系列分布与组成特征。这一现象绝非偶然,应是暗示了这些原油与上古生界烃源岩之间具有密切的亲缘关系。在塘参3井风化壳油显示中,除了可检测出13β(H),14α(H)构型的三环萜烷系列外,还检测到13β(H),14β(H)、13α(H),14β(H)和13α(H),14α(H)这3种构型的三环萜烷系列,而这3种构型的三环萜烷一般只在成熟度偏低的样品中检测到。由此可以推测,塘参3井风化壳油显示的成熟度偏低,属于一种未成熟—低成熟油。完整且丰度较高的三环萜烷系列常出现于以藻类为主要成烃母质的地质样品中,如下古生界烃源岩中常可检测出C19—C35长链三环萜烷。而不完整的三环萜烷和高含量完整的四环萜烷系列同时并存这一现象,一般出现在微生物活动强烈的煤系烃源岩及其生成的原油中。上述塘参1井侏罗系原油三环萜烷与四环萜烷系列的分布特征,说明这类原油可能源于中生界煤系烃源岩,而其它原油则可能源于那些富含藻类体的上古生界烃源岩。4塘湖盆地中生界烃源岩中治疗产物的分布和组成三塘湖盆地不同层位原油(油显示)中藿烷系列分布特征十分相似,C27—C35呈近似的正态分布。就其相对含量而言,塘参3井风化壳的未成熟—低成熟油中含量最高,约占饱和烃馏分的15.67%,其次为塘参3井的下二叠统油显示,该含量约为5%,其它几个原油或油显示样品中该含量约为1%。应当注意的是,在塘参1井侏罗系原油中没有检测出伽马蜡烷,却检测出1个C31六环藿烷,其它油显示中均可检测出伽马蜡烷(丰度不同)而都没有检测出C31六环藿烷。其中条2井、条3井和塘参3井风化壳油显示中伽马蜡烷丰度较高,伽马蜡烷/C30藿烷值大于0.2,塘参3井下二叠统油显示中伽马蜡烷丰度较低,该比值小于0.1(见表3)。无独有偶,三塘湖盆地中生界煤系烃源岩中藿烷系列的分布和组成与塘参1井侏罗系原油相似,上二叠统烃源岩中藿烷系列的分布和组成与条2井、条3井和塘参3井风化壳油显示的相似,下二叠统和石炭系烃源岩中藿烷系列的分布和组成与塘参3井下二叠统油显示的相似。这几组岩-油中藿烷系列与伽马蜡烷组成的相似性,无疑表明了它们彼此之间存在的亲缘关系。尤其有意义的是,在塘参3井风化壳油显示饱和烃馏分中检测到了C26—C3025-降藿烷系列,其它原油和油显示中则不存在该系列标志物,而在烃源岩中该系列标志物也仅见于上二叠统低成熟烃源岩中,这也从一个侧面说明该油显示可能源于上二叠统烃源岩。5侏罗系原油中的哌烷三塘湖盆地原油中,甾烷系列含量与其成因类型有关。如塘参1井侏罗系原油中甾烷含量仅占饱和烃馏分的0.07%,而在塘参3井风化壳的油显示中该含量则达3.97%,其它油显示中为0.5%左右。图1b为不同原油中甾烷的分布与组成特征。塘参1井侏罗系原油中,C29重排和规则甾烷在甾烷组成中占绝对优势,C28甾烷含量次之,C27甾烷含量极低,几乎难以检测出来。C27、C28和C2920R生物构型相对丰度的变化顺序是C29≫C28≫C27。塘参1井侏罗系原油甾烷的组成与吐哈盆地煤成油的甾烷组成完全一致,说明陆源有机质是这类原油的主要生烃母质。条2井油显示的甾烷分布构成反“L”型,其中C27和C28甾烷丰度明显较塘参1井侏罗系原油高,但仍略低于C29甾烷。塘参3井下二叠统油显示的甾烷分布则构成近对称的“V”型,说明低等生源藻类体在这两个原油形成过程中起了重要作用。甾烷碳数分布较为特殊的是条3井和塘参3井风化壳油显示,它们与其它原油的主要差别在于C28丰度较高,这一特征与上二叠统烃源岩中甾烷分布特征十分相似,表明藻类的成油贡献是主要的。塘湖盆地油气成油成因分析通过前文对三塘湖盆地不同原油和油显示中烃类宏观化学组成和生物标志物分布与组成特征的系统对比分析,可发现塘参1井侏罗系原油与其它油显示存在本质的区别,主要表现在:侏罗系原油中正构烷烃系列具明显的奇碳优势,Pr/Ph比值高;三环萜烷系列中C19和C20的相对丰度高于C23和C24,四环萜烷系列中检测到C24、C25和C26这3个化合物,其相对丰度高于三环萜烷系列;三萜烷组成中藿烷系列丰富,且检测到C31六环藿烷,缺乏伽马蜡烷,甾烷组成中,C29重排甾烷和规则甾烷占绝对优势,C27甾烷含量极低。这一系列的特征与侏罗系烃源岩中生物标志物的分布与组成具有较好的可比性,油源研究的结果证实了该原油来源于三塘湖盆地中生界的煤系烃源岩层,属煤成油的范畴1。其它井的几个原油和油显示的地球化学特征具有较明显的相似性,说明它们具有相似的成因。它们与上古生界烃源岩在生物标志物的分布和组成上具有较好的可比性,油源研究的结果证实了这些原油来源于该盆地上古生界湖相烃源岩层,属于上古生界湖相成因原油1。但是,这些湖相成因原油的成熟度存在明显差异(见表2)。如塘参3井风化壳油显示的C2920S/(20S+20R)值仅为0.28,属于未成熟—低成熟油的范畴,其烃源层是上二叠统一套富含藻类的泥灰岩。其它几个油显示的C2920S/(20S+20R)值大于0.50,均属成熟原油,其生物标志物的分布与组成特征与下二叠统和石炭系烃源岩具有较好的可比性,是源于上古生界烃源岩的成熟原油。应当指出的是,在上述源于上古生界烃源岩的成熟原油中,生物标志物的分布与组成仍存在一定差异,如塘参3井下二叠统油显示的C27甾烷丰度较高,伽马蜡烷丰度较低,可能系下二叠统和石炭系烃源岩干酪根热降解的产物;条3井侏罗系油显示在生物标志物组成上具有C28甾烷和伽马蜡烷含量高的特点,与上二叠统一套富含藻类的泥灰岩相似,它可能是上二叠统烃源岩有机质成熟演化的产物;条2井油显示的生物标志物组成特征介于塘参3井下二叠统油显示和条3井侏罗系油显示之间,具有混源油的特征。由此可见,依据各类生物标志物分布、组成特征及其与不同层位烃源岩之间的相互关系,可把三塘湖盆地原油和油显示分为中生界煤成油和上古生界湖相成因油两大类;依据成熟度,又可把上古生界湖相成因原油分为成熟原油和未成熟-低成熟原油。中生界煤系思想中的原料对三塘湖盆地不同原油和油显示中生物标志物分布和组成特征的剖析表明,这些原油可分为煤成油和湖相成因油两大类。其中煤成油以塘参1井中侏罗统西山窑组的原油为代表,其正构烷烃系列具明