史玉玲,侯讀杰,竇立榮,程頂勝

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 100083;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司;4.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院)

乍得H區(qū)塊Bongor盆地原油母質(zhì)生源特征

史玉玲1,2,侯讀杰1,2,竇立榮3,程頂勝4

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 100083;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司;4.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院)

分析了Bongor盆地原油樣品族組分、GC和 GC/MS,研究了原油的生物標(biāo)志化合物組成特征,對(duì)生成原油的烴源巖的母質(zhì)沉積環(huán)境進(jìn)行了探討。研究區(qū)的原油主要有正常原油和生物降解油這兩種類型,原油有機(jī)質(zhì)為混合型,高等植物是該盆地原油形成的主要母源,低等水生生物和菌藻類也對(duì)生源有貢獻(xiàn);同時(shí)細(xì)菌對(duì)高等植物改造作用非常重要。研究區(qū)原油樣品的Pr/Ph、伽馬蠟烷含量較高,伽馬蠟烷/C30藿烷分布于0.26～0.44,反應(yīng)成油環(huán)境為弱氧化 - 弱還原性的淡水 - 微咸水環(huán)境 ;原油具有高 C29甾烷 20S/(20S+20R) 、C29甾烷αββ/(αββ+ααα)、C3222S/22(S+R)和 Ts/Tm比值,顯示原油的成熟度高。

乍得;Bongor盆地;原油;生物標(biāo)志物;生物降解;母質(zhì);環(huán)境;成熟度

1 區(qū)域地質(zhì)概況

Bangor盆地位于西非裂谷系和中非裂谷系交匯部位,是由中-新生代陸相地層組成的、在中非剪切帶右旋走滑誘導(dǎo)背景之上發(fā)育起來(lái)的裂谷盆地,形成巨厚的湖相、河流相及沖積扇碎屑巖沉積,沉積地層厚度最大達(dá)10km。盆地早白堊世斷陷作用強(qiáng)烈,為盆地主構(gòu)造層。Bangor盆地從下至上沉積的地層分別為下白堊統(tǒng) Cailcedra、Mimosa、Kubla、Ronier、Bersay、Baobab 組和第三系 Basal組等。主要烴源巖分布在 Hauterivian階(Cailcedra組),Barremian階(Mimosa和 Kubla組),儲(chǔ)集層分布在Barremian階(Mimosa和 Kubla組)和Aptian階(Ronier組的下段),蓋層為Albian階(包括Bersay和Baobab組)的湖相泥巖,是一套區(qū)域蓋層,最終形成一套生儲(chǔ)蓋組合。

研究區(qū)塊主要位于Bangor盆地的北部,盆地東端約800km2的范圍內(nèi),局部北斷南超,控凹斷層為F3,沉降和沉積中心在北部,從北向南形成北部陡坡帶,中部深凹帶,南部斜坡帶,平面上以盆地明顯變窄、南部斜坡帶發(fā)育鏟式滑脫斷階帶為主要特征,展示出盆地北部具有廣闊的油氣勘探前景[1]。

由于Bongor盆地的地質(zhì)特征與中國(guó)東部的渤海灣盆地非常類似,技術(shù)人員把多年來(lái)在國(guó)內(nèi)形成的裂谷盆地地震勘探成熟技術(shù)成功應(yīng)用到乍得Bonger盆地。自2006年以來(lái),中油國(guó)際乍得有限公司在研究區(qū)先后提供井位46口,被采納32口,完鉆的18口井中有15口已獲得大量的工業(yè)油流,探明地質(zhì)儲(chǔ)量8億桶。但鑒于乍得地區(qū)基礎(chǔ)資料匱乏,為了獲得更多的油氣,對(duì)Bongor盆地原油母質(zhì)生源特征進(jìn)行研究是很有必要的。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 飽和烴色譜分析

儀器為美國(guó)惠普公司6890色譜儀。色譜柱為HP25ms石英彈性毛細(xì)柱(30m ×0.25mm ×0.25μm)。升溫程序從100℃升溫到300℃,升溫速率為4℃/min,載氣為氮?dú)?流速1mL/min),進(jìn)樣器溫度300℃,FID檢測(cè)器溫度300℃,分流比30∶1。

2.2 飽和烴色譜質(zhì)譜分析

儀器為美國(guó)惠普公司5890臺(tái)式質(zhì)譜儀。色譜柱為HP25ms石英彈性毛細(xì)柱(30m ×0.25mm×0.25μm)。升溫程序?yàn)?0 ℃恒溫2min,從50℃至100℃的升溫速率為20℃/min,100℃至310℃的升溫速率為3℃/min,310℃恒溫1515min。進(jìn)樣器溫度300℃,載氣為氦氣,流速為1104mL/min,掃描范圍為50～550amu。檢測(cè)方式為多離子掃描。

3 原油物性及族組成特征

所采集的17個(gè)原油樣品分布在研究區(qū)塊11口井的不同層位。H區(qū)塊Bangor盆地的油藏原油樣品的密度與粘度變化較大,Ronier組原油以重質(zhì)稠油為主,地面原油平均密度0.935g/cm3,地面原油平均粘度11376mPa·s;Kubla組則為高粘度原油,地面原油平均粘度高達(dá)23.4mPa·s;Mimosa組的為輕質(zhì)中粘度油,地面原油平均密度0.8207g/cm3,地面原油平均粘度6.7mPa·s;Baobab油藏下部的原油屬于中質(zhì)稠油,地面原油平均密度0.8945g/cm3、地層原油平均密度0.837g/cm3,地層原油平均粘度25.6～47.9mPa·s。由此,可以說(shuō)明該區(qū)原油越靠近淺層原油的密度和粘度都越大;而原油的原生化學(xué)組成主要受控于母質(zhì)類型和演化程度,后生變化則與各種化學(xué)、物理-化學(xué)改造有關(guān),受生物降解形成的稠油的粘度一般大于100 mPa·s,有時(shí)甚至高達(dá)10000mPa·s以上。所以該區(qū)Ronier組原油可能因地層先反轉(zhuǎn)后剝蝕遭受生物降解的程度很大。

在Bongor盆地Ronier和Mimosa構(gòu)造帶上分布的原油大體上可以分兩種類型,一種是正常原油,主要分布在深度大于1500m的地層中,原油的密度、以及粘度較小,流動(dòng)性大,相應(yīng)的油層產(chǎn)能也應(yīng)較大,原油含飽和烴較高69.93%～84.71%,芳烴含量10.83%～17.65%,瀝青質(zhì)含量較低1.91%～5.88%,非烴含量1.91%～5.37%(圖1);另一種是生物降解油,一般分布在深度小于1500m的地層中,油藏埋藏深度淺,原油流動(dòng)性差,對(duì)應(yīng)的油層產(chǎn)能也較低,難以達(dá)到商業(yè)生產(chǎn)的油流標(biāo)準(zhǔn),生物降解作用使飽和烴含量降低,非烴含量增加,一般生物降解油的非烴大于20%,例如Mimosa-3井油層埋藏淺,原油遭受生物降解的影響,使飽和烴降低芳烴增加,具有較高的非烴,說(shuō)明生物降解程度較高。整體來(lái)看,該區(qū)原油飽和烴具有高飽芳比(1.64～7.82),反映了藻類母質(zhì)生源的輸入特征。

圖1 H區(qū)塊Bongor盆地原油族組分關(guān)系

4 原油飽和烴餾分特征

4.1 正構(gòu)烷烴

正構(gòu)烷烴是非生物降解原油飽和烴餾分中的優(yōu)勢(shì)組分,研究區(qū)淺層部分原油正構(gòu)烷烴系列分布不完整,缺失 C16以前的正構(gòu)烷烴,甚至完全無(wú)法識(shí)別。通常認(rèn)為這是因生物降解引起的環(huán)烷烴和異構(gòu)烷烴的富集,而使色譜難以分辨的結(jié)果,即原油遭受生物降解作用的標(biāo)志。

區(qū)內(nèi)Ronier CN-1井(1610.5～1617.3m)原油正構(gòu)烷烴完整,為正常原油;Mimosa-3井(954.2m)原油正構(gòu)烷烴豐度明顯降低,且色譜基線明顯飄移,表明原油僅受到輕微的生物降解;Mimosa-3井(568.7m)等原油飽和烴色譜圖出現(xiàn)UCM(unresolved complex mixture),正構(gòu)烷烴已基本損失殆盡,生物降解程度中等(如圖 2)。但在Ronier C-1井(392.2～402m)原油中檢測(cè)到較高含量與較完整系列的25-降藿烷,表明它遭受生物降解程度較為嚴(yán)重[2](如圖3)。由此可見,在該地區(qū)埋深較淺的原油受到了生物降解。

圖2 Bongor盆地原油飽和烴氣相色譜

圖3 Bongor盆地Ronier C-1原油中25-降藿烷分布

在大多數(shù)井的原油中,正烷烴系列為飽和烴餾分的主要成分。經(jīng)現(xiàn)有資料分析表明,檢測(cè)的正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍為nC11-nC34,多呈單峰態(tài)分布。主峰碳數(shù)在nC15-nC25之間,多數(shù)以nC23正構(gòu)烷烴為主峰,其分布特征常與藻類,特別是半咸水的藻類有機(jī)質(zhì)生源輸入有關(guān)[3-4]?！苙C21-/∑nC22+比值變化較大0.62～4.66,但總體小于1,最高是Ronier4井(1778～1780.8m)可達(dá)4.66,說(shuō)明該區(qū)原油成熟度高。色譜參數(shù)OEP、CPI均趨近于1,(C21+C22)/(C28+C29)值都大于1,最高達(dá)4.21,表明原油為成熟原油(表1,圖4)。

表1 乍得 H區(qū)塊Bongor盆地原油飽和烴色譜特征

圖4 Bongor盆地飽和烴CPI和OEP參數(shù)關(guān)系

4.2 類異戊二烯烷烴

類異戊間二烯烷烴是原油中支鏈烷烴的一種,在氣相色譜中的豐度常常是較高的,而且其分布特征具有較好的穩(wěn)定性,其中的植烷(Ph)和姥鮫烷(Pr)的分布具有一定的生源和環(huán)境指示意義,高的Pr/Ph(＞3.0)指示氧化條件下的陸源有機(jī)質(zhì)的輸入,低比值(＜0.16)代表缺氧環(huán)境通常是鹽湖環(huán)境條件。研究區(qū)原油的 Pr/Ph相當(dāng)接近,除Ronier4井(1778.0-1780.8m)外 ,其他樣品值都在2.10左右,且分布在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)(1.88～2.24),反映它們來(lái)自一個(gè)類似的生物源[5](圖5),說(shuō)明原油母質(zhì)來(lái)源于弱氧化-弱還原環(huán)境下的陸相Ⅲ型有機(jī)質(zhì)。

圖5 Bongor盆地原油中 Pr/nC17與 Ph/nC18關(guān)系

4.3 甾烷特征

由圖6知,除井Mimosa-3(954.2m)以外,C27-C28-C29指紋基本一致,呈不規(guī)則的“V”字型,表現(xiàn)為 C27＞C28＜C29,C27/C29值為 0.3～0.87,既沒有表現(xiàn)出典型的湖相特征,也沒有典型的河-湖沼澤相特征,而是介于兩者之間的一種類型,即生油母質(zhì)以陸源高等植物為主,同時(shí)有部分水生生物注入。Mimosa-3井(954.2m)原油甾烷表現(xiàn)為C27甾烷大于C29甾烷的階梯型分布,具有相當(dāng)含量的甲藻甾烷和C31甾烷,反映了藻類生源的貢獻(xiàn)。(孕甾烷+ 升孕甾烷)/αααC29(20R)甾烷為 0.02～0.56,指示低等水生物(藻類)對(duì)生源有一定的貢獻(xiàn)[6]。

圖6 Bongor盆地原油規(guī)則甾烷指紋對(duì)比

重排甾烷/規(guī)則甾烷比值分布在0.06～0.32之間,這表明這些原油來(lái)自富含粘土、沉積環(huán)境呈弱氧化性的泥巖。規(guī)則甾烷/17α(H)-藿烷的比值低0.06～0.75,指示了原油來(lái)源于陸源或微生物改造過(guò)的有機(jī)質(zhì)。4-甲基甾烷/規(guī)則甾烷比值分布在0.02～0.12之間,4-甲基甾烷一般來(lái)自甲藻類,但是也存在細(xì)菌之中[7-8]。原油中一定量的4-甲基甾烷存在,一方面說(shuō)明甲藻類對(duì)原油的形成也作出了一定貢獻(xiàn),另一方面說(shuō)明原油形成于淡水-微咸水的沉積環(huán)境。

原油的成熟度參數(shù)如表2所示,其中C29甾烷20S/(20S+20R)和ββ/(ββ+αα)比值是指示原油成熟度的可靠參數(shù)之一。從甾烷成熟度參數(shù)C29甾烷20S/(20S+20R) 和 C29甾烷αββ/(αββ+ααα) 來(lái)看,Bongor盆地原油的17個(gè)原油的甾烷參數(shù)20S/(20S+20R)均大于0.4,屬于成熟原油的范疇[9],但未達(dá)到生油高峰。

表2 Bongor盆地原油甾、萜烷分子地球化學(xué)特征

4.4 萜烷特征

原油藿烷系列碳數(shù)分布范圍為 C27～C35(缺C28),以 17α(H),21β(H)-C30藿烷為主峰 ,C31～C35藿烷豐度依次降低,指示與碎屑巖沉積環(huán)境有關(guān)[10-11]。原油中普遍含有較高的C29、C30重排藿烷(B2、B3)和 C29Ts化合物(A2),一般相伴出現(xiàn)在陸相原油中,可能表征著有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境的弱氧化-弱還原性[12]。引人注目的是,原油檢測(cè)到中等豐度的伽馬蠟烷,伽馬蠟烷/C30藿烷比值為0.26～0.44。伽馬蠟烷是一個(gè)異常鹽度或穩(wěn)定水體分層的標(biāo)志。由于伽馬蠟烷含量變化常與沉積水體的鹽度密切相關(guān),只有在超鹽環(huán)境中具有異常高的伽馬蠟烷值,而在一般的淡水沉積中其豐度常很低,說(shuō)明該區(qū)原油有機(jī)相為偏咸水沉積環(huán)境。

C3222S/22(S+R)比值幾乎均大于0.52,說(shuō)明研究區(qū)原油已達(dá)到成熟。Ts/Tm比值與重排甾烷含量一樣,通常也作為成熟度參數(shù);該研究區(qū)原油中該比值較高,幾乎均大于1,也說(shuō)明原油成熟度較高。

5 結(jié)論

(1)乍得 H區(qū)塊Bongor盆地原油存在正常原油和生物降解原油兩類,生物降解原油主要分布在研究區(qū)的淺層,其芳烴、非烴和瀝青質(zhì)的含量相對(duì)比較高。

(2)所有生標(biāo)特征都指示原油的母質(zhì)以高等植物為主,低等水生生物和菌藻類也對(duì)生源有貢獻(xiàn),為混合型;主峰碳數(shù)多為nC23,在nC21-nC25之間含量較高,nC23正構(gòu)烷烴為主峰的分布特征常與藻類,特別是半咸水的藻類有機(jī)質(zhì)生源輸入有關(guān)。原油中Pr/Ph、4-甲基甾烷和伽馬蠟烷含量的特征顯示原油形成于弱氧化-弱還原沉積環(huán)境,水體為淡水-微咸水。另外,高等植物在成油的演化過(guò)程中有細(xì)菌作用。

(3)根據(jù) CPI、C29甾烷 20S/(20S+20R) 、C29甾烷αββ/(αββ+ααα) 、C3222S/22(S+R) 和 Ts/Tm等原有地球化學(xué)參數(shù)研究表明,研究區(qū)原油的成熟度普遍高,大多數(shù)原油沒有明顯的正烷烴奇偶優(yōu)勢(shì)。

[1] 肖學(xué),胡俊卿,吳建平,等.塔里木盆地阿北-順北區(qū)塊古近系油氣成藏條件[J].石油地質(zhì)與工程,2006,20(6):16-17,37.

[2] 梁勇,黑華麗,田春雨.高效原油降解菌的生物降解作用與室內(nèi)模擬巖心驅(qū)油研究[J].石油地質(zhì)與工程,2010,24(2):124-129.

[3] 侯讀杰,王鐵冠.陸相油氣地球化學(xué)研究[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1996:1-100.

[4] 侯讀杰,王鐵冠.松遼盆地朝長(zhǎng)地區(qū)原油的地球化學(xué)特征[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào),1999,(2):27-33.

[5] 段毅,吳保祥,張輝,等.鄂爾多斯盆地西峰油田原油地球化學(xué)特征及其成因[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2006,(2):301-310.

[6] 柴華,胡望水,唐友軍,等.遼河盆地宋家洼陷中生界油藏地球化學(xué)特征及油源對(duì)比[J].石油地質(zhì)與工程,2008,22(1):22-24.

[7] 黃江慶,王韶華.中揚(yáng)子區(qū)海相地層油氣源對(duì)比方法探討[J].石油地質(zhì)與工程,2007,21(3):7-10.

[8] 文志剛,唐友軍,余秋華.蘇丹Muglad盆地六區(qū)塊原油的地球化學(xué)特征[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2007,(4):66-70.

[9] 黃彥慶,侯讀杰.準(zhǔn)噶爾盆地四棵樹凹陷原油地球化學(xué)特征分析[J].天然氣地球科學(xué),2009,(2):282-286.

[10] 張新建,王婧韞,揚(yáng)麗英.N凹陷的油源判識(shí)[J].石油與天然氣地質(zhì),2001,(3):264-266.

[11] 程錦翔,高永娟,柳正.華北地區(qū)東部下古生界烴源巖特征及其影響因素[J].石油地質(zhì)與工程,2007,21(2):1-3.

[12] 邱芳.大民屯凹陷基巖油氣藏油氣運(yùn)聚規(guī)律研究[J].石油地質(zhì)與工程,2006,20(3):1-3,7.

編輯:吳官生

TE125.2

A

2010-09-26;改回日期:2010-11-02

史玉玲,1987年生,2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)資源勘查工程專業(yè),在讀碩士生,研究方向?yàn)橛蜌獠匦纬蓹C(jī)理與勘探。

國(guó)家自然科學(xué)基金(40972097)“高酸值原油的酸性化合物組成與成因機(jī)理”。

1673-8217(2011)01-0005-05