准噶尔盆地玛湖凹陷大油区不同类型原油分布及成因.pdf
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1、 石 油 勘 探 与 开 发 2023 年 8 月 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.50 No.4 731 文章编号:1000-0747(2023)04-0731-11 DOI:10.11698/PED.20230078 准噶尔盆地玛湖凹陷大油区不同类型原油分布及成因 党文龙1,2,高岗1,2,尤新才3,吴俊3,刘诗局1,2,晏奇3,何文军3,郭刘琳博1,2(1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249;2.中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249;3.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依
2、834000)摘要:基于不同层位潜在烃源岩地质-地球化学特征分析及原油类型划分,结合生烃热模拟实验,以揭示玛湖凹陷大油区不同性质原油的来源成因及分布规律。研究表明:玛湖凹陷发育 4 套潜在烃源岩,其中二叠系风城组烃源岩生烃潜力最高,有机质类型以型和型为主,生油能力强;其他层位烃源岩有机质类型主要为型,以生气为主。玛湖凹陷原油可分为 A 类、B 类和 C 类,其 C20、C21和 C23三环萜烷分布形态依次呈上升型、山峰型和下降型,三环萜烷相对含量和甾烷异构化参数逐渐增加,指示原油成熟度逐渐升高。不同类型原油的空间分布具有明显的有序性,其中 A 类原油靠近凹陷边缘,C 类原油集中在凹陷中部地区,
3、而 B 类原油处于 A 类与 C 类之间的斜坡区。油源对比和热模拟实验结果显示,3 类原油来源于不同热演化阶段的风城组烃源岩。玛湖凹陷原油特征差异性成因的新认识合理解释了 3 类原油的来源、分布和形成机理,对于玛湖凹陷全方位立体找油、全油气系统不同性质原油分布及有利勘探区预测均具有一定的指导作用。关键词:烃源岩;生烃潜力;原油分布;原油类型;油源对比;二叠系风城组;玛湖凹陷;准噶尔盆地 中图分类号:TE121.1 文献标识码:A Genesis and distribution of oils in Mahu Sag province,Junggar Basin,NW China DANG W
4、enlong1,2,GAO Gang1,2,YOU Xincai3,WU Jun3,LIU Shiju1,2,YAN Qi3,HE Wenjun3,GUO Liulinbo1,2(1.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.Exploration&Developm
5、ent Institute,PetroChina Xinjiang Oilfield Company,Karamay 834000,China)Abstract:Based on the geological and geochemical analysis of potential source rocks in different formations and the classification of crude oil types,combined with the hydrocarbon generation thermal simulation experiments,the so
6、urce,genesis,and distribution of different types of oils in the Mahu Sag province of the Junggar Basin are investigated.Four sets of potential source rocks are developed in the Mahu Sag.Specifically,the source rocks of Permian Fengcheng Formation have the highest hydrocarbon generation potential,and
7、 contain mainly types II and I organic matters,with a high oil generation capacity.In contrast,the source rocks in other formations exhibit lower hydrocarbon generation potential,and contain mainly Type III organic matters,with dominant gas generation.Oils in the Mahu Sag can be classified as three
8、types:A,B and C,which reflect ascending,mountainous and descending C20-C21-C23 tricyclic terpenes abundance patterns in sequence,and gradually increasing relative content of tricyclic terpenes and sterane isomerization parameters,indicating an increasing oil maturity.Different types of oils are dist
9、ributed spatially in an obviously orderly manner:Type A oil is close to the edge of the sag,Type C oil is concentrated in the center of the sag,and Type B oil lies in the slope area between Type A and Type C.The results of oil-source correlation and thermal simulation experiments show that the three
10、 types of oils came from the source rocks of Fengcheng Formation at different thermal evolution stages.This new understanding of the differential genesis of oils in the Mahu Sag reasonably explains the source,distribution,and genetic mechanism of the three types of oils.The study results are of impo
11、rtant guidance for the comprehensive and three-dimensional oil exploration,the identification of oil distribution in the total petroleum system,and the prediction of favorable exploration areas in the Mahu Sag.Key words:source rock;organic matter;hydrocarbon generation potential;hydrocarbon generati
12、on thermal simulation;oil type;oil-source correlation;Permian Fengcheng Formation;Mahu Sag;Junggar Basin 引用:党文龙,高岗,尤新才,等.准噶尔盆地玛湖凹陷大油区不同类型原油分布及成因J.石油勘探与开发,2023,50(4):731-741.DANG Wenlong,GAO Gang,YOU Xincai,et al.Genesis and distribution of oils in Mahu Sag province,Junggar Basin,NW ChinaJ.Petroleum
13、Exploration and Development,2023,50(4):731-741.732 石油勘探与开发油气勘探 Vol.50 No.4 0 引言 玛湖凹陷是准噶尔盆地重要的富烃凹陷,近年来,油气勘探屡获重大突破,先后在断裂带和斜坡区发现了多个亿吨级的石油储量区,形成了多层系含油、多类型成藏的场面,是油气勘探的热点和重点区域1-6。玛湖凹陷多层系含油,其原油类型及来源研究对进一步勘探具有重要的指导意义。有关玛湖凹陷原油类型及来源,前人做了大量工作,最主要的观点是根据 C20、C21和 C23三环萜烷(tricyclic terpane,简称 TT)特征将原油分为上升型、山峰型和下降
14、型 3 类,并认为这 3种类型原油分别来源于二叠系风城组、下乌尔禾组和佳木河组烃源岩7-11。在此基础之上,部分学者虽然也提出了其他观点,认为不同类型原油来源于不同层位烃源岩12-14,也有学者认为原油主要来源于风城组烃源岩,但并未从内在原因进行深入研究15-18。笔者发现,玛湖凹陷不同类型原油在不同层位均有分布,即使风城组内部也存在不同类型原油。为了明确立体满凹富油的玛湖凹陷大油区勘探方向,认识玛湖凹陷已发现的大量不同类型原油的来源及成因已成为亟需重新认识的关键问题。本文基于玛湖凹陷不同层位原油及烃源岩地球化学参数、烃源岩生烃热模拟实验等资料,结合地质背景和前人研究成果,进行系统的原油类型划
15、分和油源对比,揭示玛湖凹陷大油区不同类型原油来源及分布规律,厘清不同类型原油的成因,旨在为玛湖凹陷进一步立体油气勘探提供重要的参数依据。1 研究区地质概况 准噶尔盆地位于新疆维吾尔自治区北部,是中国西部大型叠合含油气盆地,总面积约 13104 km2(见图 1a)19-20。玛湖凹陷位于准噶尔盆地的西北缘,构造样式表现为倾角为 35的东南倾单斜,是准噶尔盆地最富烃的凹陷之一,其西北部与乌夏断裂带和克百断裂带相邻,东部与英西凹陷、三个泉凸起和夏盐凸起紧邻,南部与达巴松凸起接壤,面积约 5103 km2(见图 1b)14,21-22。玛湖凹陷地层发育较全,自下而上发育石炭系(C)、二叠系佳木河组(
16、P1j)、风城组(P1f)、夏子街组(P2x)、下乌尔禾组(P2w)、上乌尔禾组(P3w);三叠系百口泉组(T1b)、克拉玛依组(T2k)、白碱滩组(T3b);侏罗系八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t);白垩系吐谷鲁群(Kltg)以及古近系、新近系与第四系(见图 1c)。其中石炭系二叠系、下乌尔禾组上乌尔禾组、二叠系三叠系、三叠系侏罗系、侏罗系白垩系等之间形成多套区域性不整合23-24。玛湖凹陷多层系含油,主要产层为下三叠统百口泉组(T1b)和二叠系上、下乌尔禾 图 1 准噶尔盆地构造区划图(a)、玛湖凹陷区域构造图(b)及地层综合柱状图(c)(据文献
17、18,25修改)2023 年 8 月 党文龙 等:准噶尔盆地玛湖凹陷大油区不同类型原油分布及成因 733 组(P3w、P2w),凹陷内及其周缘累计探明石油地质 储量近 30108 t,主力烃源岩为二叠系风城组,主要 盖层为夏子街组、下乌尔禾组、白碱滩组和吐谷鲁群的厚层泥质岩(见图 1c)26。本文主要以玛湖凹陷大油区为研究对象,包括研究区各烃源岩层及多套含油层系。2 烃源岩特征 2.1 主要烃源岩分布情况 玛湖凹陷发育石炭系、下二叠统佳木河组、下二叠统风城组和中二叠统下乌尔禾组4 套潜在烃源岩17,25,27-28(见图 2)。其中,下乌尔禾组烃源岩分布范围较广(见图 2a),岩性以深灰色黑色
18、泥岩和炭质泥岩为主,厚度为 0150 m,由北向南厚度依次增加;风城组烃源岩是迄今发现最古老的碱湖烃源岩,也是玛湖凹陷主力烃源岩层位,其优质烃源岩分布面积约 3 800 km2,厚度为 50300 m(见图 2b),岩性以泥质白云岩、白云质泥岩为主,主要分布在玛北地区1,25;佳木河组和石炭系烃源岩分布类似,整体呈西北厚东南薄的特征,佳木河组烃源岩主要以泥岩和凝灰质泥岩为主,厚度为 25250 m(见图 2c);石炭系泥岩主要集中在西北缘,厚度为 0200 m(见图 2d)。图 2 准噶尔盆地玛湖凹陷不同层位烃源岩厚度平面分布图(据文献12修改)2.2 有机地球化学特征 根据岩石总有机碳含量、
19、热解(Rock-Eval)参数分别绘制了烃源岩 TOC 与生烃潜量(S1+S2)关系图、Tmax与 HI 关系图、Tmax与深度关系图以及 Ro与深度的关系图(见图 3),对玛湖凹陷不同层位烃源岩有机质丰度、类型和成熟度进行对比分析。结果显示,烃源岩的 TOC 和生烃潜量(S1+S2)具有较好的线性关系(见图 3a),这反映同一层位烃源岩母质类型相对稳定,但不同层位烃源岩有机质丰度和类型差异较大。通常,根据 TOC 和生烃潜量(S1+S2)将烃源岩划分为差、中等、好和极好,其有机碳含量界限分别为 0.5%,1.0%,2.0%;生烃潜量值界限分别为 2,6,20 mg/g。风城组烃源岩有机碳含量
20、主要分布在中等好,生烃潜量(S1+S2)也整体处于中等好;石炭系、佳木河组和下乌尔禾组烃源岩有机碳含量明显高于风城组烃源岩,主要处于好极好,但其生烃潜量却分布在差好范围内。图 3 准噶尔盆地玛湖凹陷不同层位烃源岩地球化学特征(图 d 据文献29)734 石油勘探与开发油气勘探 Vol.50 No.4 整体来看,风城组烃源岩 TOC 含量整体处于中等好,相同 TOC 值的风城组烃源岩具有更高的生烃潜量(S1+S2)(见图 3a),表明风城组烃源岩生烃能力明显高于其他层位烃源岩。烃源岩 Tmax与 HI 关系图显示,风城组烃源岩母质类型主要为型和型,具有极好的生油能力,而其他层位烃源岩样品大多数分
21、布在型范围内,部分石炭系样品属于2型(见图 3b),显示了倾气特征,生油能力极差。烃源岩 Tmax和 Ro均随深度的增加而增大(见图 3c、图 3d),且 4 个层位的烃源岩大部分达到了成熟阶段,石炭系烃源岩甚至达到了高成熟阶段。总的来说,玛湖凹陷风城组烃源岩生烃能力强且以生油为主,其他层位烃源岩生烃能力较低,以生气为主,生油能力差。2.3 生物标志化合物特征 生物标志化合物是进行烃源岩特征分析和油源对比 的 重 要 依 据。研 究 区 烃 源 岩 饱 和 烃 色 谱 质 谱(GC-MS)对比图显示(见图 4),不同层位烃源岩生物标志化合物特征也存在明显差异。下乌尔禾组烃源岩岩性以泥岩和炭质泥
22、岩为主,总离子流图(TIC)为明显的双峰特征,且多数具有后峰优势,姥植比(Pr/Ph)明显较高,多数样品大于 2.5;三环萜烷相对含量明显较低,Tm、C29藿烷和 C31藿烷相对含量较高,且 Ts、C35藿烷含量极低;C27-C28-C29规则甾烷呈“”型,具有 C29甾烷优势(见图 4a),整体表现出煤系或炭质泥岩的特征。风城组烃源岩主要为泥岩和白云质泥岩,主要特点是具有明显的-胡萝卜烷和-蜡烷含量优势,指示高盐度的沉积环境;甾烷相对含量明显较高;C20、C21和 C23三环萜烷呈上升型,相对含量主要受成熟度影响;C27-C28-C29规则甾烷呈上升型(见图 4b)。研究区钻遇佳木河组和石炭
23、系烃源岩的井较少,佳木河组以风城 1 井为代表,石炭系主要以盐探 1 井为代表,其中佳木河组烃源岩生物标志化合物特征与风城组较为相似,具有明显的-胡萝卜烷和-蜡烷优势,C20、C21和 C23三环萜烷呈上升型和山谷型,C27-C28-C29规则甾烷呈上升型(见图 4c),但是由于样品较少,代表性较差;石炭系烃源岩生物标志化合物特征差异较大,C20、C21和 C23三环萜烷呈上升型和下降型皆有,-胡萝卜烷含量、C27-C28-C29规则甾烷峰型差异均较大(见图 4d),可能受到了原油浸染作用的影响。3 三类原油分布及其来源 3.1 空间分布 玛湖凹陷多层系含油,主要产层包括二叠系风城组(P1f)
24、、上乌尔禾组(P3w)和三叠系百口泉组(T1b)、克拉玛依组(T2k)等。有关玛湖凹陷原油类型划分前人做了大量工作7-9,11-12,主要是利用 C20、C21和 C23三环萜烷分布形态作为划分原油类型和判识原油来源的指标。本文在此研究基础上,搜集整理了大量玛湖凹陷不同层系的原油饱和烃色谱质谱(GC-MS)图,根据 C20、C21和 C23三环萜烷分布形态对玛湖凹陷原 油进行了系统的分类,并绘制了玛湖凹陷主要含油 层系原油类型平面分布图,明确了原油类型空间分布规律。玛湖凹陷原油生物标志化合物谱图特征整体相似,包括总离子流图(TIC)无明显的基线漂移、具有明显的前峰型特征、-胡萝卜烷和-蜡烷含量
25、具明显优势、C27-C28-C29规则甾烷呈上升型等(见图 5)。其主要差异体现在 C20、C21和 C23三环萜烷峰型及相对含量、-胡萝卜烷相对含量和甾烷异构化参数等。根据C20、C21和 C23三环萜烷分布形态,将玛湖凹陷原油划分为 A 类、B 类和 C 类 3 种类型(见图 5、表 1)。其中,A 类原油 C20、C21和 C23三环萜烷分布形态呈上升型,三环萜烷相对含量较低,基本小于 C30藿烷,-胡萝卜烷相对含量较高,甾烷异构化参数较小,表明原油成熟度较低;C 类原油 C20、C21和 C23三环萜烷分布形态呈下降型或下凹型,三环萜烷相对含量高,明显高于 C30藿烷,-胡萝卜烷相对含
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