原油地球化学特征

Question

如题所述

Answer 1

一、原油类型及物理性质

Muglad和Melut盆地原油多为不透明或半透明状的褐色、棕褐色，原油API重度介于14.5～59.2之间(表2－1，表2－2)，黏度介于0.6～1478mPa·s之间，倾点介于10～45℃之间，多大于或接近40℃，为高凝油;低气/油比(26～90scf/b);原油具有陆相原油的典型特征，即含蜡量普遍较高，多为高含蜡原油，少数为含蜡原油(表2－1，表2－2)，普遍低含硫(含硫量S＜0.2%)。根据原油重度，可将原油分为重质油、中质油和轻质油。

表2－1 Muglad盆地Fula凹陷原油物性

续表

表2－2 Melut盆地原油物性

续表

重质油重度API＜20，低含蜡，是深部下白垩统烃源岩生成液态烃沿断裂垂向运移聚集并遭受氧化和生物降解作用的产物，为次生型重质油。生物降解作用消耗了部分饱和烃，族组成中以非烃、沥青质为主，饱和烃含量明显偏低(表2－3)。由于蜡的主要成分是长链正构烷烃，生物降解作用会消耗蜡质，所以本区重质油含蜡量小于5%。

中质油重度为20＜API＜34，是Muglad和Melut盆地最主要的原油类型。受轻度生物降解作用的影响，族组成中非烃、沥青质含量较高，饱和烃含量低于60%(表2－3)。含蜡量变化较大，介于5.72%～49%之间，为高蜡油。中质油是烃源岩成熟阶段的产物。

轻质油重度34＜API＜45，是Muglad和Melut盆地次要的原油类型，主要产出于下白垩统砂岩，族组成中饱和烃含量较高，大于80%，局部有凝析油产出，是较高成熟阶段的产物，原油没有遭受生物降解作用的影响。

表2－3 苏丹Muglad和Melut盆地原油族组成

二、原油轻烃组成特征

原油轻烃是原油的重要组成部分，它能提供有关原油成因及成熟度方面的信息。图2－7是轻烃化合物色谱及鉴定图，由图2－7可见，研究区内原油样品中仅检测到微量的芳香烃化合物(苯和甲苯)，表明原油的生成环境与煤系无关;但链烷烃和环烷烃的相对丰度有很大的差异，是母质类型和生物降解双重因素影响的结果。如Fula凹陷Moga－22井、FulaN－6井和FulaC－1井原油检测到高丰度甲基环己烷和微量的正庚烷，其正庚烷含量为1.72%～6.58%，其他9个样品中均检测到高丰度的正庚烷，正庚烷含量为48.09%～80.42%(表2－4)。

图2－7 Muglad盆地Fula凹陷(左)和Melut盆地Fal－1井(右)原油轻烃化合物色谱

表2－4 原油轻烃数据

注:H为庚烷值;I为异庚烷值。

三、原油全油色谱特征

Melut盆地和Muglad盆地原油全油色谱特征较为相似，正构烷烃丰富，碳数分布范围较宽，色谱面貌呈前峰型或微弱双峰型，C_21－/C₂₂₊为0.6～3.54，说明原油母质为陆生高等植物和低等水生生物混合输入;CPI、OEP分别为1.06～1.27、1.01～1.15，奇偶优势无或微弱，表明原油已成熟，相对来说，Muglad盆地原油成熟度稍高于Melut盆地原油;Pr/Ph为1.49～2.20，说明源岩沉积于弱氧化的沉积环境(图2－8;表2－5)，相对来说，Muglad盆地源岩沉积环境比Melut盆地更有利于有机质的保存。FulaN－21原油色谱富含轻烃组分，表明该油藏成藏后有凝析油注入。

表2－5 原油全油色谱参数

四、原油饱和烃生物标志物组成

1.三环萜烷和四环萜烷

从表2－6与图2－9可看出，原油中三环萜烷和四环萜烷的丰度极低，从原油三环萜烷和四环萜烷的分布特征分析，Muglad盆地和Melut盆地原油具有相似的特征，以C₂₁－三环萜为主峰，表现为非海相油的特征;此外C₂₄－四环萜含量相对C₂₆－三环萜较高，反映水体为微咸水－半咸水沉积环境。

图2－8 原油气相色谱指纹图

表2 -6 原油饱和短t首脑生物标志物参数

图2－9 原油萜烷和甾烷分布图(一)

图2－9 原油萜烷和甾烷分布图(二)

图2－9 原油萜烷和甾烷分布图(三)

2.藿烷系列

藿烷类生源是原核生物(细菌)。从藿烷系列的分布特征看(图2－9)，Muglad盆地和Melut盆地原油特征既有相似性:T_s＞T_m，表明均为成熟原油;以C₃₀－藿烷为主峰，C₂₉－降藿烷次之(C₂₉藿烷/C₃₀藿烷比值小于0.5)(图2－10);升藿烷丰度随碳数增加而依次降低，为陆相原油特征。也有明显不同的生标特征:Muglad盆地原油相对Melut盆地具有较高含量的C₃₀－未知萜(该化合物出峰位置在T_s和T_m之间)、C₂₉T_s、C₃₀－重排藿烷和C₂₉－重排藿烷(表2－6;图2－11，图2－12)，显示烃源岩原始沉积环境为亚氧化沉积环境，而且C₃₀－未知萜化合物丰度与C₃₀－重排藿烷丰度具有良好的线性正相关(图2－11)，它们的伴生关系显示它们具有相同的母质来源:富含黏土的、沉积在亚氧化环境沉积物中的细菌有机质。C₃₀－未知萜化合物丰度与C₂₉T_s丰度有弱的线性正相关性(图2－12)。Melut盆地原油饱和烃不含或含量极低的C₃₀－未知萜，C₂₉和C₃₀－重排藿烷含量也较低。

图2－10 Muglad与Melut盆地伽马蜡烷含量的差异

图2－11 C₃₀－未知萜化合物与C₃₀－重排藿烷的伴生关系

图2－12 C₃₀－未知萜化合物与C₂₉T_s的伴生关系

3.25－降藿烷

25－降藿烷系列是藿烷被生物降解后产生的新化合物，包括C₂₆和C₂₈－C₃₄17α(H)、21β(H)和17β(H)、21α(H)－25降藿烷系列。苏丹不同酸值原油中，特别是Muglad盆地Fula凹陷原油普遍含有25－降藿烷(图2－13)。按照Peters和Moldowan(1993)生物降解级别的划分，表明该区原油经历了严重的生物降解，但多数原油色谱图上正构烷烃分布完整，表明至少存在两期油气充注过程。

图2－13 苏丹部分原油中检测出25－降藿烷

通常采用“C₂₉25－降藿烷/C₃₀藿烷”作为一项指标(表2－6)，用以估算25－降藿烷的相对丰度，表征有机质遭受生物降解作用的程度。

4.伽马蜡烷

伽马蜡烷是一个异常盐度或稳定水体分层的标志，其含量变化常与沉积水体的盐度密切相关，只有在盐度较高时才会出现伽马蜡烷含量高的现象。伽马蜡烷的检出表征苏丹两大沉积盆地的烃源岩原始沉积环境为陆相半咸水沉积环境，但从伽马蜡烷相对C₃₀藿烷的丰度来看，Muglad盆地原油明显高于Melut盆地，前者伽马蜡烷/C₃₀藿烷比值介于0.19～0.34之间，后者介于0.12～0.14之间(表2－6;图2－10)。表明前者烃源岩的原始沉积环境水体分层性要高于Melut盆地，当然，生物降解作用也会使抗降解的伽马蜡烷相对富集。

5.甾烷系列

甾烷类的生源是真核生物(如藻类、浮游动植物和高等植物)。Muglad盆地和Melut盆地原油藿烷/甾烷远大于10(表2－6;图2－14)，表明原油母质来源中以细菌生源为主;相对来说，Melut盆地油源岩母质比Muglad盆地油源岩母质更富含细菌有机质，前者原油的藿烷/C₂₉ααα(20R)甾烷浓度比值为58.37～76.77，后者为22.47～36.86。和重排藿烷分布特征相反，Muglad原油重排甾烷含量相对低于Melut盆地(表2－6;图2－15)，但两盆地原油孕甾烷含量普遍很低。原油C₂₇－C₂₉规则甾烷组成呈V字形分布，表明这些原油的有机质生源构成具有混合型有机质特征，但相对来说，Muglad盆地原油相对富含C₂₇规则甾烷(图2－15)，显示其原始母质相对发育低等水生生物。未检出海相标志的C₃₀－4甲基甾烷。

图2－14 Muglad盆地与Melut盆地原油母质组成对比

五、原油芳烃地球化学组成

利用芳香烃组分中不同类别化合物的展布可以判断原油原始有机质的来源、沉积环境、成熟度及生物降解程度。烷基苯和烷基萘等低分子量烃类是非生物降解原油芳香烃组分中的优势成分，而在生物降解油中它们往往是最先受影响的成分。图2－16为苏丹原油芳香烃总离子流色谱图，从中可以清楚地看出:高酸值原油遭受严重生物降解，从而使得多数色谱能分辨的低分子量芳烃基本丢失，而形成特征的色谱鼓包(图2－16A);低酸值原油，遭受轻微的生物降解，只有少量低分子量芳烃损失，而富含烷基萘、烷基菲和烷基二苯并噻吩(图2－16B)。

图2－15 Muglad盆地与Melut盆地重排甾烷与重排藿烷的相关性

苏丹原油芳香烃化合物参数见表2－7。

表2－7中:MPI－1=1.5(2－+2－MP)/(P+1－+9－MP);Rc－1=0.6MPI－1+0.4;

MDR=4－/1－MDBT;Rc－2=0.263ln(MDR)+0.903;

三芳甾烷比值:TriArSt－(C₂₀+C₂₁)/(C₂₆+C₂₇+C₂₈)。

表2－7 原油芳烃生物标志物参数

续表

1.烷基菲系列

烷基菲系列化合物是苏丹原油中重要的芳烃化合物，从烷基菲分布的质量色谱图(图2－17)可以看出，不同酸值原油烷基菲的含量不同，但均含有较高的二甲基菲化合物，同时9MP、1MP含量高于3MP和2MP。利用甲基菲指数可以粗略地判断原油的热成熟度。如表2－7所示，根据甲基菲指数计算的原油源岩镜质体反射率R_o在0.62～0.86之间(除去降解较重的原油，因为较重的降解作用会使甲基菲指数失真)，反映它们是湖相烃源岩正常生油窗口的产物。

2.二苯并噻吩

二苯并噻吩(硫芴，DBT)在苏丹原油中较为丰富(图2－18)。利用二苯并噻吩/菲(DBT/P)及甲基二苯并噻吩/甲基菲(MDBT/MP)分别表征二苯并噻吩及甲基二苯并噻吩相对丰度，这两项参数与沉积环境及源岩类型有密切关系，同时成熟度对其有一定影响。二苯并噻吩与S含量无明显相关性(图2－19)，但发生明显生物降解的原油，其二苯并噻吩/菲的比值明显增大，这是因为二苯并噻吩比菲化合物更抗生物降解。

图2－16 苏丹高酸值原油芳烃总离子流图(一)

图2－16 苏丹低酸值原油芳烃总离子流图(二)

图2－17 KelaN－1原油烷基菲系列化合物分布图

图2－18 苏丹原油二苯并噻吩系列化合物分布图

图2－19 苏丹原油二苯并噻吩与硫含量的相关性

3.三芳甾烷

图2－20是所研究的样品中芳烃m/z231质量色谱图，显然，C₂₆－C₂₈三芳甾烷的分布在所有样品中极为相似，呈现C₂₈－三芳甾烷含量高，C₂₇－三芳甾烷、C₂₆－三芳甾烷含量低的分布特征说明它们的油源相近。需要指出的是，原油芳烃中短链三芳甾烷相对较高，但在饱和烃中短链甾烷含量相对较低。

图2－20 苏丹原油三芳甾系列化合物分布图

4.三芴系列

芴、氧芴、硫芴是三类分子环系结构相似的化合物，习惯上称为“三芴”系列化合物，通常认为是烃源岩和原油沉积环境的良好指标。一般而言，陆相淡水烃源岩及原油芴含量高，沼泽相煤及煤成油氧芴含量高，盐湖相、海相碳酸盐岩烃源岩及原油硫芴(二苯并噻吩)化合物含量高。

从图2－21可以看出，Muglad盆地原油(图中的三角点)芴含量高于Melut盆地(图中的圆点)，说明两个盆地的烃源岩原始沉积有机相存在差异，而且在Muglad盆地内，不同生烃灶的原始沉积有机相也存在明显差异，如KelaN－1原油硫芴含量高达90%以上，说明其烃源岩原始沉积环境为咸水沉积环境。

图2－21 苏丹原油三芴系列组成图

六、原油碳、氢同位素组成

1.原油碳同位素组成特征

原油基本上继承其生烃母质的稳定碳同位素组成特征，但是在烃源岩成熟生烃和油气运移过程中，还会发生碳同位素组成的分馏效应，通常成熟度对有机质碳同位素组成分馏效应的影响有限，所引起的δ¹³C值变化范围不超过2‰～3‰(Peters等，1993)。因此，一般碳同位素δ¹³C值相差达到2‰～3‰以上的原油才认为是不同来源的原油。但在来源相同时，降解作用会使碳同位素变重。

对苏丹18个不同酸值原油的全油碳同位素统计，其δ¹³C值分布范围为－27.58‰～－30.31‰，碳同位素明显偏重，且Muglad盆地与Melut盆地原油碳同位素组成接近(图2－22)，均具有典型湖相原油特征，其中Melut盆地原油碳同位素组成变化不大(相差不超过2‰)，说明其原油为同一来源;而Muglad盆地原油碳同位素变化较大，表明这些原油可能来自不同的生烃灶或经历不同程度的生物降解作用。

图2－22 苏丹原油全油δ¹³C组成特征及对比

2.原油氢同位素组成

氢同位素组成的变化主要反映与沉积环境及水介质盐度的相关性(沈平，1993)。不同水体、不同生物来源形成的石油和天然气氢同位素分布有明显差异。对苏丹18个原油的全油氢同位素统计，其δD值分布范围为－88.77‰～－128.71‰，反映藻类生源(图2－23)。

3.原油碳、氢同位素相关性

苏丹原油碳、氢同位素的相关性见图2－24。显然二者之间没有什么相关性，只是Muglad盆地原油氢同位素明显重于Melut盆地的原油，说明前者烃源岩原始沉积水体更具有分层性和局限性;Muglad盆地原油碳同位素也稍重于Melut盆地的原油，说明前者烃源岩母质稍偏腐殖型。

七、原油族群划分

按照油藏地球化学的理论与方法，原油族群(Oilpopulation)是指具有相同或相似物理、化学性质以及相同源岩有机相，来自同一烃源层或(和)同一烃源灶，又具有相似成藏经历的原油。划分为同一族群的原油，理应属于同一油气系统的原油。

对苏丹18个原油样品的分子标志物、原油碳、氢同位素(图2－22，图2－23)综合研究发现，苏丹原油绝大多数具有化学组成高度的一致性，以及分子标志物分布指纹惊人的相似性。据此可以认为，苏丹原油具有相似的陆内湖泊相的原始有机质以及成藏历史的相似性，但也存在差异性。

图2－23 苏丹原油全油δ¹³D组成特征及对比

图2－24 苏丹原油碳、氢同位素的相关性

研究发现，苏丹原油重排藿烷和伽马蜡烷含量变化较大，并且这两类化合物具有较强的指相意义，因此可作为原油分类的指标。从图2－25可看出，Melut盆地北部凹陷原油特征相近，应源于同一生烃灶;Muglad盆地原油源于不同次凹的AbuGabra组烃源岩，由于有机微相的差异，原油母质组成变化较大，如FulaNE－1、FulaNE－3井原油来自Fula北凹陷;FulaC－1、FulaN－21原油来自Fula凹陷;KelaN－1原油来自Nugara凹陷;Suf－1原油来自Sufyan凹陷。

图2－25 Muglad与Melut盆地原油母质组成对比