路俊剛，陳世加，王緒龍，王 熠，張紀智，石正灝

(1.西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川成都 610500;2.西南石油大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500;3.新疆油田分公司，新疆克拉瑪依 834000)

準東三臺－北三臺地區(qū)儲層瀝青和稠油特征與成因分析

路俊剛1，2，陳世加1，2，王緒龍3，王 熠1，張紀智1，石正灝1

(1.西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川成都 610500;2.西南石油大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500;3.新疆油田分公司，新疆克拉瑪依 834000)

根據原油、儲層抽提物和烴源巖地球化學特征，對三臺－北三臺地區(qū)儲層瀝青和稠油成因進行分析，并研究瀝青和稠油對勘探的影響。結果表明:該區(qū)稠油和儲層瀝青分布廣泛，稠油主要分布在侏羅系和三疊系地層中，瀝青主要分布在侏羅系頭屯河組及其以上地層中;稠油和儲層瀝青均表現出嚴重生物降解的特征，且來源單一，主要來自二疊系平地泉組烴源巖;三臺－北三臺地區(qū)儲層瀝青和重質稠油主要是低－未成熟階段的原油遭嚴重生物降解的結果，中質稠油主要是成熟階段原油遭中等生物降解或散失所致;研究區(qū)源巖生烴高峰期產物并沒有遭受嚴重破壞，具有較好勘探前景，下步勘探應以中細砂巖分布帶和構造下傾部位儲層為主要目標。

生物降解;儲層瀝青;稠油成因;三臺－北三臺;準噶爾盆地

三臺－北三臺地區(qū)發(fā)現大量稠油和儲層瀝青，其成因很多［1-7］，有低演化階段形成的原生稠油，有成熟階段原油遭生物降解、水洗、氣侵等形成的次生稠油和瀝青。三臺－北三臺地區(qū)緊鄰阜康凹陷，阜康凹陷為準噶爾盆地三大生油凹陷(阜康凹陷、瑪湖凹陷和盆一井西凹陷)之一，根據最新資源評價結果，其生油量為三大生油凹陷之首，緊鄰阜康凹陷的三臺－北三臺地區(qū)一直以來都是阜康凹陷油氣運移有利指向區(qū)，但是其探明儲量僅為盆一井西凹陷周緣探明儲量的1/5，瑪湖凹陷周緣探明儲量的1/27，探明儲量中54%為稠油，除此之外，儲層中還見到大量瀝青。目前，對造成探明儲量低的原因及瀝青和稠油的成因認識不清，直接影響了研究區(qū)的勘探工作。因此，筆者根據原油、儲層抽提物和烴源巖地球化學特征，對三臺－北三臺地區(qū)儲層瀝青和稠油特征與成因進行分析，并研究瀝青和稠油對勘探的影響。

1 地質概況

三臺－北三臺地處準噶爾盆地東部帳北斷褶帶南部，東西分別為吉木薩爾凹陷和阜康凹陷，北到B56井區(qū)，南到阜康斷裂帶，面積約2 000 km2(圖1)。該區(qū)勘探始于20世紀80年代，先后發(fā)現北三臺油田和三臺油田。油氣藏類型多樣，以斷鼻、斷塊、斷背斜為主，從石炭系到第三系均發(fā)現油氣層，勘探程度較高。

圖1 三臺－北三臺構造位置Fig.1 Construction location of Santai-Beisantai

因所處構造部位特殊，海西運動尤其是燕山運動以來，先后遭受數次強度不等的構造抬升剝蝕，使北三臺隆起上分布了多條剝蝕尖滅線。從剝蝕強度看，三疊紀末期的印支運動、西山窯組沉積末期的燕山運動一幕、侏羅紀末期的燕山運動二幕和白堊紀末期的燕山運動三幕剝蝕強度最大。

多期構造運動使研究區(qū)南部第三系地層直接覆蓋在三疊系之上，構造高部位則出現了侏羅系直接暴露地表的情況，對該區(qū)油氣運移、成藏及保存影響深遠。

2 原油和儲層瀝青特征

2.1 原油分類

根據DZ/T 0217-2005石油天然氣儲量計算規(guī)范，結合研究區(qū)原油物性及地化特征，可將原油分為4類:輕質油(密度小于0.84 g/cm3)、正常原油(密度為0.84～0.88 g/cm3)、中質油(密度為0.88～0.92 g/cm3)和重質油(密度大于0.92 g/cm3)。其中，密度大于0.9 g/cm3的原油成因非常特殊，除與成熟度有關外，還存在不同程度生物降解，黏度較大，普遍大于100 mPa·s，本文中稱為稠油。根據研究需要，進一步將稠油分為兩類，分別為中質稠油(密度為0.9～0.92 g/cm3)和重質稠油(密度大于0.92 g/cm3)。

2.2 稠油和儲層瀝青分布

三臺－北三臺地區(qū)稠油和儲層瀝青分布廣泛，探明儲量中稠油比例較大，達到54%。其中以重質稠油為主，占稠油總量的67.6%，中質稠油占研究區(qū)稠油總量的32.4%。如圖2所示，研究區(qū)從石炭系到古近系地層均有稠油分布，但稠油絕大部分分布在侏羅系－三疊系地層，約為研究區(qū)稠油總量的78.89%。儲層瀝青主要分布在侏羅系頭屯河組及其以上地層，構造高部位在三疊系地層(T60井)也出現瀝青(圖3)。

圖2 稠油不同層位分布比例Fig.2 Viscous oil content of different formation layers

2.3 原油和儲層瀝青普遍遭生物降解

三臺－北三臺地區(qū)經歷多期構造運動，構造高部位多次被剝蝕，保存條件較差，原油和儲層瀝青生物降解嚴重。

該區(qū)不同密度原油的飽和烴色譜特征明顯不同［8］:正常油和輕質油飽和烴色譜正構烷烴分布完整，保存條件較好;中質油存在輕微的生物降解，主要以散失作用為主，正構烷烴保存較為完整;中質稠油普遍遭中等生物降解，正構烷烴部分保存;重質稠油降解更為強烈，正構烷烴全部被降解。含瀝青儲層抽提物與重質稠油飽和烴色譜特征基本一致，也表現出嚴重生物降解的特征。

圖3 儲層熒光照片Fig.3 Fluorescent photographs in reservoirs

3 油源分析

3.1 烴源巖特征

研究區(qū)主要發(fā)育二疊系平地泉組(P2p)和侏羅系(J)兩套烴源巖。

二疊系平地泉組烴源巖有機質類型較好［9］，總體以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，有機質豐度較高，屬于較好烴源巖級別。烴源巖在J2+3沉積期進入生烴門限，K1沉積早期達到成熟階段，K1沉積末期達到高成熟階段。

侏羅系烴源巖有機質類型總體以Ⅲ型為主，屬于典型的腐殖型烴源巖，有機質豐度較高，屬于好烴源巖級別。烴源巖在侏羅紀晚期進入生烴門限，在白堊紀晚期達到生烴高峰。

3.2 油源對比

研究區(qū)原油多受嚴重生物降解，烴組分大量損失，對油源對比指標影響較大，但原油碳同位素特征受其影響較小。

3.2.1 全油碳同位素

全油碳同位素是油源對比常用的指標，特別是對于有機質類型差別較大的烴源巖生成的油，對比效果非常好。不同類型的有機質生成的全油碳同位素不同，類型好的有機質生成的碳同位素較輕，類型差的有機質生成的碳同位素較重，全油碳同位素較對應干酪根碳同位素輕約2‰～3‰。碳同位素特征除受有機質類型影響外，還受到成熟度和次生變化的影響，隨成熟度增加原油碳同位素變重，變化幅度約為2‰。

如圖4所示，研究區(qū)原油根據全油碳同位素可以分為3類:

(1)第一類(A區(qū))。全油碳同位素大于－28‰，這些樣品主要是阜東斜坡的F2、F4、F5和F11井的侏羅系原油，屬于典型的侏羅系來源的油，雖不屬于研究區(qū)，但是均來源于阜康凹陷，與研究區(qū)原油具有很好的對比性。

(2)第二類(B區(qū))。全油碳同位素分布在－28‰～－30‰范圍內，這類井目前只有3口井，分別為B27、B34和B81井，分布在北三臺凸起西斜坡區(qū)。這類油全油碳同位素輕于侏羅系來源油，但又重于二疊系平地泉組來源的油，屬于混源油。

(3)第三類(C區(qū))。全油碳同位素分布在－30‰～32.2‰范圍內，這類原油在研究區(qū)占大多數，油源主要為二疊系平地泉組。

圖4 全油碳同位素分布Fig.4 Carbon isotopes scatter diagram of oil

3.2.2 族組分碳同位素

有機地球化學和同位素地球化學研究已經證實，石油的族組分碳同位素組成與有機體的生物化學組分之間存在著十分明顯的繼承關系。盡管在石油的形成過程中伴隨著同位素分餾作用，但同位素組成特征依然可被繼承并保存在石油中，因此根據不同族組分碳同位素組成特征可以區(qū)分不同原油的類型，追溯其形成環(huán)境。研究表明石油在運移過程中族組分的變化會導致其碳同位素含量相對減少，但這種變化幅度非常小，不會對分析結果產生太大影響。

如圖 5 所示，B4、B7、B83、T13、B16 井與 B27、B34井原油族組分碳同位素曲線形態(tài)明顯不同，后者明顯偏重，結合烴源巖特征，認為前者原油來源于二疊系平地泉組源巖，后者來源于侏羅系源巖。

綜上所述，研究區(qū)儲層抽提物和原油主要來源于二疊系平地泉組，侏羅系源巖原油較少，只存在于北三臺凸起西斜坡區(qū)個別井。

圖5 原油族組成碳同位素曲線Fig.5 Carbon isotope curves of oil group composition

4 儲層瀝青和稠油成因

4.1 演化階段性

研究區(qū)稠油和儲層瀝青遭受嚴重生物降解，部分產物中出現25-降藿烷，說明其降解程度已達到6級以上［10］，此時正構烷烴、類異戊二烯烷烴已被全部降解，甾萜烷也部分被降解，判識原油成熟度的輕烴參數和甾烷異構化等參數已經難以適用。而油源對比表明研究區(qū)原油來源單一，主要來自二疊系平地泉組烴源巖，w(Ts)/w(Tm)判識原油成熟度敏感性較強［11］，能夠適用原油成熟度判識［8］。

根據原油和儲層抽提物w(Ts)/w(Tm)比值特征(圖6)，儲層瀝青和重質油成熟度較低，w(Ts)/w(Tm)分布在0.2～0.3，應屬于二疊系平地泉組烴源巖低—未演化階段的產物(Ro＜0.65%)［8］;中質油成熟度較高，w(Ts)/w(Tm)分布在0.3～0.5，應屬于二疊系平地泉組烴源巖0.65%～0.9%演化階段的產物［8］。

圖6 儲層瀝青和不同密度原油w(Ts)/w(Tm)與C29w(ββ)/w(ββ+αα)關系Fig.6 Relationship between w(Ts)/w(Tm)and C29w(ββ)/w(ββ+αα)of different density oil and reservoir bitumen

4.2 成藏過程

二疊系烴源巖在中晚侏羅世開始進入生烴門限，生成的成熟度較低的油氣沿斷裂和不整合面運移，進入三臺－北三臺凸起三疊系和中下侏羅統儲層，由于當時處于燕山運動Ⅱ幕劇烈活動期，油氣保存較差，大部分油氣遭散失和生物降解作用形成瀝青和稠油。由于瀝青和稠油充填孔隙，堵塞喉道，大大降低了儲層的儲滲條件［12］，阻止了后期油氣的充注。

早白堊世，成熟油氣沿斷裂運移，并沿不整合面或順層進入三臺－北三臺凸起高部位晚侏羅統和白堊系儲層，三疊系和中下侏羅統部分瀝青堵塞不是很嚴重的儲層也得到該期油氣補充，該期油主要分布在顆粒邊緣或未被瀝青充填的溶蝕孔中。油氣進入儲層后因保存條件較差，部分發(fā)生中等生物降解和散失作用形成中質油。

5 研究區(qū)勘探前景

5.1 生烴高峰期產物未受嚴重破壞

資源量是油氣勘探的物質基礎，源巖生烴高峰期產物是油氣資源的主體部分。研究區(qū)原油主要來源于二疊系平地泉組源巖，有機質類型主要以Ⅰ型和Ⅱ1型為主。按照生烴理論，偏腐泥型有機質在Ro為0.65% ～1.3%處于生烴高峰期［13］，該期產物(成熟原油)也是油氣勘探的主要目標(圖7)。如果這期產物遭到破壞，將使該地區(qū)失去勘探的物質基礎。

圖7 腐泥型有機質生烴曲線Fig.7 Hydrocarbon generation curve of sapropelic organic matters

分析認為，研究區(qū)稠油絕大部分為重質稠油，且主要為低—未成熟階段產物遭強烈生物降解和散失的結果，只有少部分是成熟階段原油遭中等生物降解和散失形成的。因此，研究區(qū)大規(guī)模存在的儲層瀝青和稠油主體并不是成熟原油油藏遭破壞的結果，生烴高峰期產物沒有遭受大規(guī)模的破壞(圖7)，依然具有較好的勘探前景。

5.2 有利勘探方向

中晚侏羅世，來自二疊系平地泉組的低演化階段的產物成藏后受嚴重破壞形成稠油和儲層瀝青，這些瀝青和稠油對儲層物性有重大影響，它類似于充填在儲層孔隙及裂縫中的填隙物一樣，可使儲層孔滲降低，并且可改變后期油氣聚集規(guī)律［12］。

5.2.1 中細砂巖分布帶

研究表明，三臺－北三臺地區(qū)二疊系源巖早期生成的演化程度較低的油，主要進入孔滲較好、排替壓力較低的粗砂巖中［12］，后遭破壞形成高密度的稠油和儲層瀝青，因此該區(qū)井位部署時應找瀝青較少的中細砂巖分布帶，該分布帶更易富集后期成熟和高成熟油氣。

5.2.2 構造下傾部位

三臺－北三臺地區(qū)儲層瀝青和稠油分布層位多，從石炭系到白堊系均有出現，但主要出現在構造高部位不整合面和地層尖滅線附近，層位上主要分布在侏羅系齊古組、頭屯河組和三疊系克拉瑪依組。這些稠油和儲層瀝青黏度大，流動性較弱，可嚴重堵塞孔喉，與孔滲較差的儲層可形成遮擋帶，在構造下傾部位形成瀝青－巖性圈閉，后期成熟或高成熟階段產物可聚集成藏。從不同密度原油分布來看，稠油和儲層瀝青分布對原油聚集成藏具有明顯的控制作用。該地區(qū)輕質油呈“裙帶狀”分布在構造凸起向凹陷延伸的斜坡區(qū)，這說明大量分布的瀝青堵塞孔喉，在斜坡區(qū)形成瀝青封堵帶，后期密度較小的原油可在斜坡區(qū)下傾方向聚集成藏。

6 結論

(1)研究區(qū)儲層瀝青和稠油分布廣泛，稠油占探明儲量的54%，主要分布在侏羅系－三疊系儲層，且均遭生物降解，中質稠油遭中等生物降解，重質稠油遭強烈生物降解。儲層瀝青主要分布在侏羅系頭屯河組及其以上地層，也遭受嚴重生物降解。

(2)原油主要來源于二疊系平地泉組源巖，符合w(Ts)/w(Tm)判識原油成因的同源條件，重質稠油為低—未成熟產物，中質稠油為成熟階段產物。

(3)生烴高峰期油氣沒有遭到大規(guī)模破壞，改變了前人提出的稠油是成熟油經過多期調整和破壞的認識，大大增強了研究區(qū)的勘探信心。

(4)稠油和儲層瀝青可嚴重堵塞孔喉，改變后期油氣富集規(guī)律，下步勘探應以中細砂巖分布帶和構造下傾部位儲層為主要目標。

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Characteristics and origin analysis of viscous oil and reservoir bitumen in Santai-Beisantai area

LU Jun-gang1，2，CHEN Shi-jia1，2，WANG Xu-long3，WANG Yi1，ZHANG Ji-zhi1，SHI Zheng-hao1
(1.College of Resource and Environment，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China;2.Reservoir Geology and Development Project National Key Laboratory，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China;3.Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，China)

According to the geochemical characteristics of crude oil，reservoir bitumen and source rocks，the origin of viscous oil and reservoir bitumen was analyzed.The effects of bitumen and viscous oil on the exploration were researched.The results show that the viscous oil distributes widely in Jurassic and Triassic formation，and the reservoir bitumen distributes mainly in the Toutunhe formation and above the formation.Both viscous oil and reservoir bitumen are suffered from strong biodegradation，and most hydrocarbon components and n-alkanes in oil are loss.The oil and bitumen in the region come mainly from Pingdiquan group source rocks of Permian.The heavy viscous oil and reservior bitumen all derived from the result that the low-maturity crude oil suffered from loss and strong biodegradation.The medium density oil comes from the result that the mature oil suffered from loss and moderate biodegradation.The oil and gas at peak stage is not destroyed seriously，and the later target of exploration should be middle-fine sandstone belt and the downdip part of the Santai-Beisantai uplift.

biodegradation;reservoir bitumen;origin of viscous oil;Santai-Beisantai;Junggar Basin

TE 122.1

A >

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.05.005

1673-5005(2011)05-0027-05

2011－02－06

國家“973”項目(2006CB202305);四川省重點學科項目(SZD0414)

路俊剛(1980－)，男(漢族)，山東濰坊人，講師，博士，主要從事石油天然氣地質與油氣地球化學研究和教學工作。

(編輯 徐會永)