Question

油气地球化学特征及其成因

Answer 1

一、原油地球化学特征

（一）原油物性

与柴达木盆地西部第三系原油物性明显不同，冷湖地区原油物性以低密度、低粘度、低含硫量、中等—高含蜡量的轻质原油为特征。从三号到五号构造，原油凝固点、含蜡量降低，而310 ℃前总收率、饱和烃+芳烃含量则逐渐增高，这主要与原油母源类型、原油成熟度及油藏保存条件有关。从三号向五号构造，原油母源类型变差，油藏埋藏深度逐渐加深，原油成熟度变大。鱼卡油田原油物性与冷湖地区原油有较大差异，其原油密度大，粘度高，凝固点低，非烃和沥青质含量高，属于低成熟原油。马海和南八仙地区原油为凝析油（表4-9）。

表4-9 柴北缘原油物性

（二）原油地球化学特征

1.原油轻烃组成和分布

原油轻烃组成与分布与母质类型和成熟度密切相关。母质类型好的原油，轻烃组成以正构烷烃高、支链烷烃相对低、苯和甲苯含量低为特征。冷湖地区原油轻烃组成中，从三号构造到五号构造，正构烷烃含量从45%以上降到 30%以下，环烷烃则从 30%～35%升高至40%以上，芳烃含量从低到高。四号构造处于过渡位置。三号构造原油轻烃组成相对于五号构造富含正构烷烃、贫环烷烃，说明三号原油母源类型优于五号原油，原油成熟度也低于五号原油，这也与原油的物性分析相一致（图4-46）。

鱼卡地区中1井原油轻烃组成中，正构烷烃含量高达80.72%，说明其成油母质类型好，和其中侏罗统J₂d⁶、J₂d⁷混合型母源（部分油页岩属于Ⅰ型）相吻合。

从异丁烷/正丁烷和异戊烷/正戊烷比值看，冷湖三号原油比冷湖五号原油低，说明冷湖三号原油的母源类型好于五号（Leythaeuser，1982）。四号构造接近三号的，其原油轻烃iC₄/n C₄ 和 iC₅/n C₅ 比值与冷湖三号原油接近；四号构造接近五号的，其原油轻烃 iC₄/n C₄和 iC₅/n C₅ 比值与冷湖五号原油接近。异庚烷/正庚烷比值也与此类似（图4-47）。

图4-46 柴北缘侏罗系原油轻烃组成百分含量三角图

图4-47 柴北缘侏罗系原油轻烃 iC₄/n C₄ 和异庚烷/正庚烷关系

2.生物标志化合物特征

（1）原油饱和烃气相色谱特征。冷湖地区原油正构烃碳数分布在C₁₀—C₃₈，以低碳数烷烃含量高为特征。主峰碳在 n C₁₀—n C₁₇之间，一般在 3～10 之间，OEP 值在1.0～1.2之间，CPI 值为1.1左右，基本无奇偶优势，属于成熟原油；类异戊二烯烷烃丰富，原油姥植比（Pr/Ph）在2.0～5.0之间，具姥鲛烷优势，反映了母源沉积环境的较强氧化作用和成油母源陆源输入占主体的特征。冷湖地区与南八仙、马海原油 Pr/n C₁₇与Ph/n C₁₈比值较低，分别小于0.35和0.2，反映原油已经成熟；而鱼卡原油 Pr/n C₁₇与 Ph/n C₁₈比值稍高，分别在0.55和0.2以上，说明原油成熟度低于冷湖原油（图4-48）。

图4-48 柴北缘侏罗系原油 Pr/n C₁₇与 Ph/n C₁₈关系

（2）甾烷类组成特征。冷湖地区与南八仙地区原油规则甾烷组成以 C₂₉＞C₂₇＞C₂₈甾烷分布为特征，为不对称的 V 字型分布，反映成油母源中陆源有机质输入占重要位置（图4-49至图4-52）。冷湖三号原油的 C₂₇甾烷含量略高于生油岩，冷湖四号原油和荧光砂岩C₂₇甾烷含量高于冷湖四号的生油岩，冷湖五号原油 C₂₇甾烷含量高（30%～40%），说明这些地区的原油可能来自于周围母质类型更好的烃源岩。鱼卡地区原油规则甾烷内分布形式则为 C₂₇＞C₂₉＞C₂₈ （图4-53），反映成油母质中低等水生生物占重要比例，与此相对应，光学显微镜下鱼卡地区中侏罗统混合型烃源岩中藻类及其降解产物在源岩显微组分中含量较高。图4-54 表明柴北缘原油可分成两大类：第Ⅰ类主要为鱼卡地区和马海原油；第Ⅱ类为冷湖构造带、潜伏地区和南八仙原油。第Ⅰ类原油以 C₂₇含量大于 45%为特征，C₂₉含量小于 20%，原油母质中以低等水生生物输入占优势；第Ⅱ类原油 C₂₇含量小于40%，C₂₉含量介于30%～65%之间，C₂₇含量介于20%～40%之间，原油母质中以陆源高等植物输入占优势。

图4-49 冷湖三号原油和烃源岩甾烷组成三角图

图4-50 冷湖四号原油和烃源岩甾烷组成三角图

图4-51 冷湖五号原油和烃源岩甾烷组成百分数三角图

图4-52 南八仙-马海地区原油和烃源岩甾烷组成百分数三角图

（3）藿烷类。柴北缘侏罗系原油中含有一定量的三环萜烷，其三环萜烷/藿烷＞0.05，一般在0.1以上。低碳数三环萜烷分布形式为 C₁₉ ＞ C₂₀ ＞ C₂₁ ＞ C₂₃ ＞，C₂₃三环萜烷 ＜ C₂₄四环萜烷。柴北缘原油三环萜烷和 C₂₄四环萜烷相对丰度关系与吐哈盆地侏罗系煤成油非常相似，反映了成油母源较氧化的煤系有机质特征：含有较高的 Ts和 C₂₉ Ts，Ts/Tm比值一般＞1，C₂₉Ts/C₂₉藿烷介于 0.04～0.65 之间（一般在 0.4～0.55 之间），这与高成熟阶段Tm向 Ts转化有关。除鱼卡地区原油外，柴北缘其他地区原油伽马蜡烷含量很低，伽马蜡烷/C₃₀藿烷在0.02～0.1范围（一般在0.05），反映成油母源形成于淡水环境。鱼卡地区原油伽马蜡烷/C₃₀藿烷达0.26，明显高于冷湖地区原油，说明其母源水体有一定盐度；C₃₀重排藿烷比较发育，C₃₀重排藿烷/C₃₀藿烷一般在 0.1～0.3 之间，反映成油母质为酸性介质环境，鱼卡地区原油 C₃₀重排藿烷/C₃₀藿烷比值很低，为 0.06，说明其成油母质沉积环境为偏碱性。

图4-53 鱼卡断陷原油和烃源岩甾烷组成百分数三角图

图4-54 不同地区原油甾烷组成百分数三角图

（4）碳同位素特征。柴北缘原油碳同位素值为-25‰～-33‰（表4-10）。原油碳同位素与母源干酪根类型、成烃过程中的分馏及原油成熟度密切相关，而母质类型是影响原油碳同位素的主要因素。运移作用导致的同位素分馏效应一般在1‰左右，而成熟度影响也不会超过2‰，因此柴北缘原油碳同位素如此大的差异表明其母质类型有差异。从地区看，原油碳同位素最低值为鱼卡地区，其原油碳同位素值在-31.8‰～-33‰，与中侏罗统J₂ d ⁶ 混合型母源（部分油页岩属于Ⅰ型）相一致。冷湖地区原油中，从三号至五号构造，原油碳同位素值由-30‰左右逐渐偏重至-25‰左右，说明三号构造原油母源类型优于五号构造原油，三号原油母源偏Ⅱ型母质，而五号构造原油母源偏Ⅲ型。这与其他地球化学指标所反映的特征一致。南八仙原油碳同位素均较重，为-27.2‰～-24.5‰，反映成油母源以Ⅲ型为主。马海地区原油组分同位素与南八仙原油基本一致，说明二者属于同一成因母源，但马海全油碳同位素相对较轻，为-28.4‰。图 4-55 为柴北缘原油单体烃碳同位素分布类型曲线。图中明显可见：冷湖三号构造原油碳同位素偏轻，冷湖五号原油碳同位素偏重，冷湖四号原油介于两者之间。临近三号油田的，其原油单体烃碳同位素类型分布与三号原油相近；近五号油田的，其原油单体烃碳同位素类型分布曲线与五号原油类似，同样反映了原油母源类型的差异。

表4-10 柴北缘原油碳同位素数据

图4-55 柴北缘原油饱和烃单体烃碳同位素特征

（5）原油的成熟度。生物标志化合物的一个重要应用是确定烃源岩和原油的成熟度。成熟度参数主要有两类：一类与裂解反应有关，另一类与不对称碳原子的异构化有关（Peters等，1993）。在活的生物体中只存在R构型，随成熟度增加 R构型逐渐向 S构型转化，随成熟度的增加甾烷的生物构型向地质构型转化。在石油窗之前的未成熟阶段，该比值一般小于0.25，门限值为0.4，热演化终点即平衡值为0.55，此时相当于镜质体反射率R _o 大约为0.9%左右。20 S和20 RC₂₉规则甾烷的 C-14、C-17 位上的异构化作用，使ββ/（ββ+αα）比值以井空值增加到 0.7 左右（0.67～0.71 为平衡状态；Seifert 和 Moldown，1986）。该比值与源岩有机质输入无关，达到平衡状态时比20 S/（20 R+20 S）比值稍晚，因此在高成熟阶段ββ/（αα+ββ）更为有效。应用C₂₉甾烷ββ/（ββ+αα）对20 S/（20 S+20 R）的曲线，在描述源岩或原油成熟度方面特别有效（Seifert 和 Moldowan，1986）。冷湖四号、五号、南八仙、潜伏地区原油成熟度都大于本地区的烃源岩，表明这些地区原油主要来自于邻近埋藏更深、成熟度更高的烃源岩。而冷湖三号原油部分与本区烃源岩成熟度相当，部分原油高于本区烃源岩，表明冷湖三号原油除大部分来源于邻近成熟度高的烃源岩外，少部分是本区烃源岩生成的。鱼卡地区原油和泥岩的成熟度相当，表明鱼卡原油来自于本区的烃源岩（图4-56～图4-61）。图4-62 表明不同地区原油成熟度有差别。柴北缘侏罗系原油以鱼卡地区成熟度最低，ββ-C₂₉/ΣC₂₉比值为 0.3 左右，表明刚达到门限值（0.25）。其次为南八仙油气田和潜伏地区原油。冷湖五号原油成熟度最高，原油ββ-C₂₉/ΣC₂₉比值接近0.7，接近于平衡状态。其他地区原油为成熟原油。冷湖三号和四号原油成熟度相当；马海原油成熟度比南八仙高；冷湖三号原油成熟度分布范围较大，说明其成因可能较复杂。岩样中重排甾烷的含量普遍低于油样。C₂₉的13β（H）17α（H）重排甾烷在油样中明显高于规则甾烷 C₂₇20 R峰，而岩样则一般低于此峰，重排甾烷总量上随成熟度增加而增大，因此根据重排甾烷含量判断原油成熟度高于生油岩样。反映原油成熟度的藿烷异构化参数 C₃₂藿烷S/（S+R）比值均在0.6 以上，只有鱼卡地区原油较低，为 0.55，尚未达到0.6平衡值，说明冷湖地区原油基本为成熟原油，而鱼卡地区原油成熟度较低。

图4-56 冷湖三号原油和烃源岩成熟度比较

图4-57 冷湖四号原油和烃源岩成熟度比较

图4-58 潜伏地区原油和烃源岩成熟度比较

图4-59 冷湖五号原油和烃源岩成熟度比较

图4-60 马海和南八仙原油和烃源岩成熟度比较

图4-61 鱼卡地区原油和烃源岩成熟度比较

图4-62 不同地区原油成熟度比较

二、天然气地球化学特征

1.天然气组分特征

天然气组分含量与源岩母质类型、成熟度及运移、生物降解、油气层温度、压力等有关，但主要由母质类型和成熟度所决定。表4-11 为柴北缘天然气组分含量，可见柴北缘天然气均以烃类气体为主，但各地区天然气组分组成也有一定差异。鄂博梁、马海、冷湖二和三及四号高点天然气甲烷含量相对较高，重烃含量相对较低，干燥系数 C₁/C_1-5在96.9%～99.09%之间（干燥系数较高），属于干气性质；而南八仙地区天然气甲烷含量相对较低，重烃含量相对较高，C₁/C_1-5在93%左右（干燥系数也较高），C₁/C₂⁺在15左右，接近干气性质（同时天然气中氮气含量较低，在 4%左右）。马海、南八仙天然气组分性质有一定相似性，但比例关系不同。一般地讲，氮气相对甲烷更易运移，甲烷较重烃气更易运移。而天然气中氮气含量较高，说明母源成熟度非常高（已达过成熟阶段），干气或近干气的性质也表明这点。

表4-11 不同地区天然气组分含量平均值

冷湖地区天然气组分含量变化较大。从三号至五号，甲烷含量逐渐增高（从三号的48%增加到五号的90%），重烃含量逐渐降低（从三号的49%降低到五号的1%），与此同时N₂（包括H₂）从三号的3%增高到五号的11%。冷湖地区天然气组分的差异，主要受断裂系统、与油藏关系、母源的成熟度及天然气保存条件等因素控制。重烃含量高的，天然气往往与油藏伴生；重烃含量低的，则与原油的关系不密切。五号构造天然气母源较三号高，因而导致天然气组分中甲烷含量高。在断裂带及构造高点部位，重烃含量常常较高。因为保存条件好，则天然气中重烃含量相对较低；相反保存条件差的，随着天然气中甲烷的散失天然气中重烃含量相对上升。

2.天然气碳同位素特征

碳同位素是判别煤型气和油型气以及确定气源岩成熟度的很好指标。大量资料表明，油型气甲烷碳同位素分布在-76‰～-30‰范围，主频在-50‰～-32‰。生物成因气δ¹³C₁一般＜55‰（Rice，1981），煤型热解气δ¹³C₁较油型热解气δ¹³C₁重，一般＞-43‰（戴金星，1992）。乙烷碳同位素的δ¹³C₂值具有较强的稳定性和母质继承性，一般煤型气δ¹³C₂＞-27‰，油型气δ¹³C₂＜-28‰。

表4-12为柴北缘天然气碳同位素组成。从表中可以看出，无论马海、南八仙还是鄂博梁，天然气碳同位素均较重（甲烷碳同位素重于-32‰、乙烷碳同位素重于-25‰），三个地区天然气碳同位素相近，应属同源的产物，为典型的煤成气类型。

根据戴金星等提出的煤成气δC₁-R_o回归方程计算气源岩R_o值，可见博1井和中3井天然气的成熟度最高，分别为2.97%和2.29%，气源岩处于过成熟阶段；马中1井和仙3井天然气气源岩所对应的R_o值为1.67%～1.91%，气源岩应属高成熟的煤成气。

表4-12 柴北缘天然气碳同位素组成

三、柴北缘油气源

柴北缘第三系烃源岩不发育，原油地球化学特征明显有别于柴达木盆地西部第三系原油，因此可以排除第三系油源岩的可能性。

1.冷湖构造带、南八仙、马海油气来源于下侏罗统Ⅲ₁型（部分Ⅱ型）烃源岩

冷湖构造带地球化学特征主要表现为：

（1）原油属于成熟原油。正构烃碳主峰碳在 n C₁₀～n C₁₇之间，一般在3～10之间，OEP 值在1.0～1.2之间，CPI 值为1.1左右，基本无奇偶优势，Pr/n C₁₇与Ph/n C₁₈比值较低，分别小于0.35和0.2；有较高的 Ts和 C₂₉Ts，Ts/Tm比值一般＞1，C₂₉Ts/C₂₉藿烷介于0.04～0.65之间，一般在0.4～0.55之间，说明成油母源为具高成熟度的有机质。反映原油成熟度的甾烷异构化参数 C₂₉甾烷S/（S+R）比值一般在0.4 以上，藿烷异构化参数 C₃₂藿烷S/（S+R）比值均在0.6以上，说明原油为成熟到高熟。

（2）成油母质中陆源有机质输入比例较多。原油类异戊二烯烷烃丰富，原油姥植比Pr/Ph为2.0～5.0之间，具姥鲛烷优势，反映了母源沉积环境的较强氧化作用和成油母源陆源输入占主体的特征。规则甾烷内组成中，以C₂₉＞C₂₇＞C₂₈甾烷分布为特征。含有一定量的三环萜烷，其三环萜烷/藿烷＞0.05，一般在0.1以上。低碳数三环萜烷分布形式为C₁₉＞C₂₀＞C₂₁＞C₂₃、C₂₃三环萜烷＜C₂₄四环萜烷，反映了成油母源为氧化程度较高的煤系有机质特征。伽马蜡烷含量很低，伽马蜡烷/C₃₀藿烷为0.02～0.1（一般在0.05），反映成油母源形成于淡水环境。C₃₀重排藿烷比较发育，C₃₀重排藿烷/C₃₀藿烷一般在0.1～0.3之间，反映成油母质形成于酸性介质环境。

（3）原油经过了一定距离的运移。原油异胆甾烷含量高，C₂₉甾烷20 Rαββ/ααα比值介于1.06～2.5之间，含有一定量的孕甾烷，反映原油经过了一定距离的运移。

总之，冷湖构造带原油地球化学特征反映的是一种以陆源有机质输入占重要比例的、氧化条件较好的沼泽-半深湖-深湖亚相-滨浅湖亚相源岩沉积环境特征，既有煤沼环境有机质沉积，又以半深湖-深湖亚相沉积为主体，与柴北缘下侏罗统烃源岩沉积环境相吻合。

南八仙与马海地区母源主要为伊北次凹的高成熟期侏罗系源岩，其源岩主要发育在滨浅湖相和沼泽相，表现为湖相和沼泽相交替沉积。半深湖亚相分布范围较小，主要发育于凹陷中部。环境为酸性介质，还原性较差，水生生物不甚繁育，陆源有机质占有重要比例。有机质类型较差，以Ⅲ₁—Ⅲ₂型为主。因此，南八仙和马海地区原油成油母源以Ⅲ₁型为主。天然气以典型的煤型气为主。马海有一定的运移效应，比南八仙运移距离大，是否是经南八仙运移过来的有待进一步研究。

2.鱼卡地区原油来源于中侏罗统Ⅱ型有机质

鱼卡地区原油地球化学性质主要表现在：

（1）原油为低成熟原油。原油Pr/nC₁₇与Ph/nC₁₈比值稍高，分别在0.55和0.2以上，表明原油成熟度较低；含有一定量的三环萜烷，其三环萜烷/藿烷为0.05。低碳数三环萜烷分布形式为C₂₃＞C₁₉＞C₂₁＞C₂₀，C₂₃三环萜烷＜C₂₄四环萜烷。含有较高的Ts和C₂₉Ts，Ts/Tm比值0.62，C₂₉Ts/C₂₉藿烷为0.322，说明成油母源成熟度较低。甾烷异构化参数C₂₉甾烷S/（S+R）仅为0.33，尚未达到热演化平衡终点。藿烷异构化参数C₃₂藿烷S/（S+R）比值为0.55，尚未达到0.6平衡值，属于低成熟原油。

（2）成油母质中为Ⅱ型有机质。规则甾烷内分布形式为C₂₇＞C₂₉＞C₂₈，反映成油母质中低等水生生物占重要比例。重排甾烷含量较冷湖地区原油低，重排甾烷/规则甾烷比值为0.33，反映成油母质为较冷湖地区源岩介质更偏碱性的沉积环境；伽马蜡烷有一定含量，伽马蜡烷/C₃₀藿烷为0.26，反映成油母源形成环境有一定盐度。C₃₀重排藿烷不甚发育，C₃₀重排藿烷/C₃₀藿烷为0.066，反映成油母质生成于偏碱性介质环境；原油碳同位素较低，为-31.8‰～-33‰，反映混合型母源（部分油页岩属于Ⅰ型）。

（3）原油经过了一定距离的运移。异胆甾烷含量高，C₂₉甾烷20 R αββ/ααα比值介于1.06～2.5之间，含有一定量的孕甾烷，反映原油经过了一定距离的运移；异胆甾烷含量不高，C₂₉甾烷20 R αββ/ααα比值为0.488，含有一定量的孕甾烷，说明原油运移距离较近。

鱼卡地区原油地球化学特征表明原油来源于中侏罗统Ⅱ型有机质，原油为低成熟原油。

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