柴达木盆地西部南区原油芳烃分子组成特征及意义

2024.02.12

阳鹏

摘要：通过对柴达木盆地西部南区78个原油样品进行GC-MC分析，对原油的芳烃分子组成特征，沉积环境、母质来源及热演化程度进行了研究。研究表明，萘系列中的1，2，5-TMN、1，2，7-TMN、1，2，5，6-TeMN和菲系列中的惹烯以及甲基菲中的9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布模式指示该区原油生烃母质可能主要以低等水生生物为主并混有高等植物输入；三芴系列的相对组成特征和DBT/P比值及三芳甾烷的C26三芳甾烷20S/C28三芳甾烷20S比值则指示原油形成于半成水、成水湖相沉积环境；萘系列成熟度参数和甲基菲指数不适合用来袁征该区原油热演化程度，而烷基二苯并噻吩系列中的4-MDBT/1-MDBT和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT等参数更适合用来描述该区原油成熟度，利用4，6-DMDBT/1，4-DMDBT比值折算出原油RC值为0.56%～1.00%，平均值为0.66%，指示该区原油大多为低熟油。

关键字：柴达木盆地；原油；芳烃；分子组成特征

中图分类号：TE122.1 文献标识码：A

柴达木盆地西南地区是柴达木盆地油气最富集的地区，第三系咸水湖相烃源岩的广泛分布为该区油气资源奠定了基础。咸水湖相烃源岩及其所形成烃类的地球化学特征，既不同于淡水湖相，又不同于海相烃源岩及原油的地球化学特征。发育有成水湖相沉积的含油气盆地在我国为数不多，因而柴西地区的咸水湖相原油及其源岩的地球化学特征引起不少国内外学者研究兴趣。但是大多以饱和烃为主要研究对象，而对芳烃系列化合物的研究相对薄弱。本文试图通过对柴达木盆地西部南区原油芳烃分子组成进行剖析，并结合其他学者的相关研究成果，来介绍该区原油的生烃母质、沉积环境以及热演化程度。

1地质背景

柴达木盆地自古远古代结晶基底形成开始，经晚喜马拉雅运动的推覆缩距才形成了现今的面貌。柴达木盆地西部以茫崖一英雄岭凹陷轴部将其分成南区和北区，南区是指昆仑山以北至狮子沟一油砂山断裂以南的地区，主要包括尕斯断陷和昆北断陷，发育有红狮凹陷、扎哈泉凹陷和切克里克凹陷。柴达木盆地西部南区第三系生油层分布广泛，自上而下发育狮子沟组（N32）、上油砂山组（N22）、下油砂山组（N-12）、上干柴沟组（N1）、下干柴沟组（E3）和路乐河组（E1+2）等6套地层。

2样品与实验

样品取自于柴达木盆地西部南区，主要分布在尕斯库勒、红柳泉、花土沟、七个泉、狮子沟、乌南、油砂山、跃东和跃进Ⅱ号油田。样品的分析工作在长江大学地球化学测试分析研究中心完成。主要方法是将原油经异辛烷沉淀沥青质后直接进行GC-MS分析。GC-MS分析在HP689/5793MSD上完成；色谱柱为HP-5MS（30m×0.25mm×0.25μm），载气为氦气；升温程序为40℃恒温2min，然后以4℃/min的程序升温至300℃，再恒温15min。质谱采用多离子检测模式，质谱电离方式EI，离子源电离能量70eV，质量扫描范围50～550amu，扫描间隔2s。芳烃化合物定性主要是依据其质谱特征及色谱相对保留时间与公开发表文献的对比，其定量均采用质荷比为分子离子的质量色谱图峰面积。

3结果与讨论

3.1萘系列化合物。柴达木盆地西部南区原油样品中检则到了丰富的萘系列化合物，主要包括萘（N）甲基萘（MN）二甲基萘（DMN）、三甲基萘（TNN）、四甲基萘（TeMN）和乙基萘。通过对萘系列的分布特征分析发现，样品中萘系列主要分布特征为低碳数取代化合物丰度相对较高，而高碳数取代化合物萘则随取代基的增加，相对丰度具有降低的趋势。

热演化是影响萘系列分布的重要因素。α-位取代萘异构体的空间阻碍作用强于β-位且热稳定性比β-位差，随热演化程度的增加，β-位取代萘异构体的相对丰度升高，因此可以利用β-位取代萘异构体与α-位取代萘异构体的比值来衡量原油的热演化程度。常用参数有MNR、DNR-1、TNR-1、TNR-2、TMNr、TeMNr。

本次研究选取了DNR-1、TNR-2、TMNr、TeMNr四个指标来研究原油成熟度。DNR-1值介于1.95-7.59、TNR-2值分布于0.28-1.06（表1），利用公式（Rca=0.49+0.09*DNR、Pcb=0.4+0.6*TNR-2）换算的原油Rca和Rcb曲值分别为0.67%-1.17%、0.57%-1.03%，指示该区原油处于成熟阶段；而由TMNr和TeMNr的相关关系图（图1）也可以看出该区原油都处在成熟到高熟阶段，显然这都与利用饱和烃参数得到的结果相矛盾。因此，可以看出烷基萘系列成熟度参数对于成熟一高熟原油较为实用，而不适合于低成熟原油。

此外，有一部分烷基萘可以指示原油母质来源。卡达烯、12，5-TMN、12，5，6-TeMN可作为高等植物生源的标志物，12，7-TMN可能来源于被子植物组成香树脂醇，12，6-TMN可能与微生物输入先质有关，因此，它们组分的不同可能预示原油具有不同来源。原油样品的1，2，5-TMN占TMN的4.82%-18.01%，平均值为8.22%，12，5，6-TeMN占TeMN的6.52%-16.51%，平均值为10.06%（表1）。根据王志勇等研究成果，可知该区属于咸水湖相环境。

3.2菲系列化合物。原油样品中检测到丰富的菲系列化合物，主要包括菲（P）、甲基菲（MP）、二甲基菲（DMP）、三甲基菲（TMP）等，总体分布特征为DMP>MP>TMP>P。

MP是烷基菲系列中研究最深入的一类化合物，常见的4个异构体包括1-MP、9-MP、3-MP、2-MP，随着热演化程度的增加，9-MP和1-MP的相对丰度升高，3-MP、2-MP的相对丰度降低。MPI和MPR都是依据此原理得到成熟度参数。柴西南地区原油样品MPI-1值介于0.37-0.93（表1），由此折算出的Rc为0.62%-0.96%，指示该区原油大多为成熟油，与实际情况不符，这可能与所研究的有机质性质或干酪根的类型有关。Alexander曾指出，应用MPI必须十分谨慎，它适用于研究煤岩或Ⅲ、Ⅳ型干酪根的样品，不适用于富氢有机质的研究。而柴达木盆地西部南区原油的生油母质类型一般为Ⅱ型干酪根，所以该参数可能不适合用来研究研究区原油的热演化程度。此外，MP分布特征亦受生源的影响。一般认为2-MP和3-MP热稳定性较高，是Ⅰ型和Ⅱ型干酪根高成熟度阶段的产物，1-MP在源于Ⅲ型有机质和煤的陆相油中较丰富，而9-MP主要和海棺有机质有关，但也有研究认为在半咸水一成水还原环境的富含菌类和藻类等低等生物的煤中，易生成9-甲基菲。该区原油甲基菲具有9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布特征（图2），与渤海湾盆地渤南洼陷以低等水生生物为主要生源的甲基菲分布模式一致，并且样品中检测到较低含量的惹烯，反映了该区原油生烃母质可能主要以低等水生生物为主并混有少量的高等植物输入。

3.3三芴系列。三芴系列是指F、SF和OF，常用于指示沉积环境。OF含量在弱还原和弱氧化环境中较高；在还原环境中，F含量较丰富；在强还原环境中，SF占优势。样品中这一特征并不明显，总体表现为SF和OF含量相当且都低于F（图3）。这可能是由于不同实验分析方法造成的。本次使用的是全油GC-MS分析技术，以往使用的是芳烃族组分GC-MS分析技术。族组分的分离过程可能会导致OF和F的流失以及SF的相对富集。但如果采用相同实验分析技术，三芴系列的相对组成仍然可以有效地判断沉积环境。如吐哈盆地煤成油的SF在三芴系列中含量仅为3%-8%，OF含量高达60%以上；冀中坳陷淡水湖相原油的SF含量为21%，OF的含量为36%。研究区原油样品中SF含量在18.82%-56.35%，平均值为30.61%，明显高于煤成油和淡水湖相原油，指示该区为强还原环境。

另外，结合DBrI伊和Pr/Ph的变化也可用来判识沉积环境。原油样品中DBrI伊的范围较小，比值均小于1.0。我们引用Hughes等的图版，从图4可以看出，该区样品都落在湖相超盐度区，指示该区属于咸水湖相强还原环境。

二苯并噻吩系列化合物分布特征除与沉积环境有关外，还受热演化程度的影响。常见的参数有MDR和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT。从图5可以看出，MDR、4，6-DMDBT/1，4-DMDBT与0L 0L ctC29甾烷20S/（20S+20R）之间具有良好的正相关性，表明这两个参数适用于该区原油。根据公式（RC=0.11*（4，6-DMDBT/1，4-DMDBT）+0.49）换算的原油RC值为0.56%-1.00%（表1），平均值为0.66%，指示该区原油大多为低熟油，这与根据饱和烃参数所计算的原油成熟度是一致的。

3.4三芳甾烷系列。三芳甾烷系列的分布特征与沉积环境及母质来源等因素均有关系。淡水环境形成的有机质中C28三芳甾烷占有一定的优势，而在咸水、半咸水环境中形成的有机质中C26三芳甾烷的丰度较高，所以C26三芳甾烷20S/C28三芳甾烷20S比值是生源输入或沉积环境的有效标志，例如济阳坳陷半成水、咸水湖相烃源岩该比值为0.57-0.94，在淡水、微咸水中为0.2-0.45。柴西南地区原油样品中该比值介于0.37-0.93（表1），指示该区原油形成于半或水、咸水沉积环境。

4结论

（1）原油样品中的12，5-TMN、12，5，6-TeMN在TMN和TeMN的定量分析特征、三芴系列的相对分布特征、DBT/P以及C26三芳甾烷20S/C28三芳甾烷20S等参数均指示该区原油形成于半咸水、咸水湖相还原环境。

（2）原油样品中检测到的12，5-TMN、12，7-TMN、12，5，6-TeMN以及微量的惹烯指示原油母质来源有高等植物的输入，而甲基菲中的9-MP>2-MP>1-MP>3-MP的分布模式则指示其生源可能主要以低等水生生物为主。

（3）原油样品中的萘系列成熟度参数以及甲基菲指数均表明这些芳烃参数不适合低熟原油，而烷基二苯并噻吩系列中的4-MDBT/1-MDBT和4，6-DMDBT/1，4-DMDBT则更适合柴达木盆地西部南区原油，利用4，6-DMDBT/1，4-DMDBT比值得到原油的RC值平均在0.66%，指示该区原油多为低熟油。