塔河油田奥陶系原油三芳甾分布及原油族群划分

李美俊，王铁冠，王春江，张卫彪

（1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249;2.中国石油大学地球科学学院，北京 102249; 3.中国石油化工股份有限公司勘探开发研究院，北京 100083）

塔河油田奥陶系原油三芳甾分布及原油族群划分

李美俊1，2，王铁冠1，2，王春江1，2，张卫彪3

（1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249;2.中国石油大学地球科学学院，北京 102249; 3.中国石油化工股份有限公司勘探开发研究院，北京 100083）

根据原油和烃源岩抽提物芳烃馏分的色谱质谱分析结果，对塔里木盆地塔河油田奥陶系原油和烃源岩有机质三芳甾（TAS）分布特征进行研究。结果表明:三芳甾分布差异可以有效地划分奥陶系原油的族群及来源;绝大多数奥陶系原油具有C2820S和C2820R相对于C2620S，C2620R+C2720S和C2720R优势的三芳甾分布特征，而塔河油田东部九区T904和塔东地区TD2井原油具有相反的特征;以LN46、TZ12等井为代表的中上奥陶统泥灰岩具有类似于塔河油田奥陶系原油的三芳甾分布特征，而以KN1、TD2等井为代表的寒武系黑色泥岩具有类似于T904和TD2井原油的三芳甾分布特征;可将塔河油田奥陶系原油划分为来自寒武系烃源岩的原油族群和来自中上奥陶统烃源岩的原油族群两个成因类型;判识寒武系烃源层油气来源的三芳甾地球化学判识标准为C26/C2820S＞0.30，C27/C2820R TAS＞0.75;中上奥陶统烃源层油气来源的三芳甾判识标准为C26/C2820S＜0.30，C27/C2820R TAS＜0.30。

三芳甾;原油族群;寒武系;奥陶系;塔里木盆地

三芳甾（TAS）可能来自单芳甾（MAS）的进一步芳构化和脱甲基化［1－5］，例如C27单芳甾可以转化成为C26三芳甾，所以C26-C27-C28三芳甾相对含量同样可以用来判识原油有机质的生源构成。但常规色谱-质谱（GC-MS）分析得到的m/z 231质量色谱图上，C26R和C27S三芳甾往往共流出，所以该参数并没有得到广泛应用。但应用色谱－质谱－质谱（GCMS-MS）可以将C26R和C27S三芳甾分开，有研究者利用C26-C27-C28三芳甾三角图进行了源岩有机质的生源构成判识，并与C27-C28-C29规则甾烷得出的结果进行对比［6］。三芳甾与规则甾烷相比，C-10和C-13位上少了一个甲基，而在C-17位上增加了一个甲基，从而对C-20位的异构化过程产生空间位阻，所以三芳甾C-20异构化成熟度参数对高成熟轻质油或凝析原油更为有效，例如C26TAS（20S）/ （20S+20R）参数值的变化比C29甾烷的两个成熟度参数（20S）/（20S+20R）和（ββ）/（ββ+αα）在高成熟阶段对成熟度变化更敏感些［5，7］。Peterson等［5，8］利用C27/C2820R TAS和C26/C2820S TAS关系图成功进行了原油族群划分。张水昌等［9-11］研究发现，塔里木盆地寒武系来源原油的三芳甾分布中，C2620R，C2620S+C2720R和C2720S三芳甾的相对含量较高，C2820S+C2820R的含量相对较低，而中上奥陶统来源的原油具有相反的特征。米敬奎等［12］利用三芳甾的相对含量的变化进行了寒武系和奥陶系来源原油的配比试验，探讨了轮南地区部分油藏寒武系油源的贡献，王广利等［13］利用三芳甾的分布特征研究了有机质沉积环境。笔者以塔里木盆地塔北隆起奥陶系油藏为例，探讨三芳甾化合物在原油族群划分和油气成因判识中的应用。

1 地质概况

塔河油田位于塔里木盆地塔北隆起阿克库勒凸起的南部，原油主要产自奥陶系碳酸盐岩储层，是一个地质储量超过亿吨级的大型海相碳酸盐岩油藏。塔河油田主体勘探区位于轮南油田桑塔木断裂以南，王铁冠等［14-15］认为塔河油田已发现的绝大多数奥陶系油藏，属于同一族群，来源于中上奥陶统烃源层。但笔者研究发现，塔河油田个别井的原油具有不同于奥陶系原油的特征，特别是具有不同的三芳甾分布特征，本文选取该地区代表性原油样品和寒武系、中上奥陶统烃源岩样品，确定其油气成因类型和油气来源，建立塔河油田奥陶系油藏三芳甾相对含量相关的油气成因判识标准。

2 塔河油田奥陶系原油三芳甾分布

原油中的三芳甾系列存在于原油芳烃族组分中，用常规的GC-MS进行分析，采用m/z 231即可进行检测。图1为C26～C28三芳甾的分子结构，图2为反映三芳甾组成的m/z231质量色谱图。

图1 规则甾烷和三芳甾分子结构对比图Fig.1 Molecular structure of regular sterane and triaromatic steroid

塔河油田奥陶系原油都可检测出完整的C26-C27-C28三芳甾系列。图2中代表性原油样品T453、S91和S86井的三芳甾分布图显示C2620S，C2620R+ C2720S和C2720R三芳甾三个化合物峰相对较低，而C2820S和C2820R三芳甾相对偏高，反映出C2820S和C2820R三芳甾优势，塔河油田奥陶系绝大多数原油具有类似的特征。

在研究中发现，位于塔河油田东部九区的个别奥陶系原油三芳甾分布具有明显不同的特征，例如T904井（图2）奥陶系原油C2620S，C2620R+C2720S和C2720R三芳甾相对较高，而C2820S和C2820三芳甾偏低，具有C2620S，C2620R+C2720S和C2720R三芳甾优势。

为了更直观地辨识这种差别，求取C27/C2820R TAS和C26/C2820STAS值，T904井原油的C26/C2820STAS为0.50，而其他奥陶系原油都低于0.30， T904井原油的C27/C2820R TAS值为0.80，而其他奥陶系原油都低于0.30。在C27/C2820R TAS-C26/ C2820S TAS相关图上，可明显地将两类原油区分开。

为便于对比，分析位于塔里木盆地东部的TD2井寒武－奥陶系原油样品，该原油被认为是典型的寒武系来源［9-12］，塔河油田T904井和TD2井具有类似的三芳甾分布特征（图2、3），后者的C26/C2820S TAS和C27/C2820R TAS值分别为0.40和0.79，与T904井原油的参数值非常相近，表明T904井与TD2井原油属于同一原油成因类型，应具有相同的油气来源。

图2 塔里木盆地部分奥陶系原油及寒武系、中上奥陶统烃源岩样品三芳甾分布（m/z231）Fig.2 Distribution of triarom atic steroids（m/z231）of selected O rdovician oils and representative Cambrian and m iddle-upper Ordovician source rocks from Tarim Basin

图3 C26/C28 20S与C27/C28 20R三芳甾比值相关图划分塔河油田原油类型Fig.3 C26/C28 20S versus C27/C28 20R triaromatic steroid ratios helps distinguish two petroleum fam ily in Tahe Oilfield

3 代表性源岩有机质三芳甾分布特征及油源对比

塔里木盆地台盆区主要发育两套烃源层:寒武系－中下奥陶统和中上奥陶统，轮南油田、塔河油田等奥陶系油藏主要来自中上奥陶统烃源岩［9-12，14-15］。分析KN1井、TD2井和柯坪露头区下寒武统玉尔吐斯组（∈1y）黑色页岩有机质的三芳甾的分布特征，图2表明下寒武统玉尔吐斯组烃源岩的C2620S，C2620R+ C2720S和C2720R三芳甾三个化合物峰相对于C2820S和C2820R明显偏高，C26/C2820S TAS都大于0.35，而C27/C2820R TAS值大于0.80，与TD2和T904井原油非常相近，在相关图上聚成一类，表明TD2、T904等井的原油应为寒武系来源。根据代表性寒武系烃源岩样品的分析结果，笔者提出判识寒武系烃源层油气来源的三芳甾地球化学参数判识标准为:C26/C2820S TAS＞0.30;C27/C2820R TAS＞0.75。

分析代表性中上奥陶统泥灰岩样品，图2显示LN46和TZ12井中上奥陶统泥灰岩的三芳甾分布特征，与塔河油田大多数奥陶系油藏具有类似的分布特征，即具有相对较高的C2820S和C2820R三芳甾和相对较低的C2620S，C2620R+C2720S和C2720R三芳甾含量。在相关图上聚成一类，表明塔河油田绝大多数奥陶系油藏为中上奥陶统来源。本文提出判识中上奥陶统烃源层油气来源的三芳甾地球化学化学判识标准为:C26/C2820S TAS＜0.30;C27/C2820R TAS＜0.30。

TZ45井为塔里木盆地塔中隆起上的一口代表性油井，在上奥陶统良里塔格组（6.020～6.150 km）产出轻质油。该原油样品中也检测出完整的C26～C28三芳甾系列，即具有相对较高的C2620S，C2620R+C2720S和C2720R三芳甾含量，但略低于T904井和TD2井原油样品，C26/C2820STAS和C27/ C2820R TAS分别为0.31和0.66。在C27/C2820RC26/C2820STAS相关图上，介于奥陶系和寒武系成因原油类型之间。王铁冠等［16］证实，该井原油具有寒武系和奥陶系混合成因特征。

4 原油类型划分的碳同位素证据

通常认为，有机质的成熟作用会引起碳同位素的分馏效应，随成熟度增加，原油的δ13C也会升高，但由于成熟度引起的δ13C变化幅度一般不超过2‰～3‰［16］。塔河油田奥陶系原油及馏分碳同位素值偏负，普遍低于－32‰，一般为－32‰～－33‰，反映出绝大多数奥陶系油藏相同的油气成因类型（图4）。

图4 塔河油田奥陶系原油的馏分碳同位素值分布指纹Fig.4 Fingerprint of fraction carbon isotope com position of Ordovician crude oil in Tahe Oilfield

相对而言，T904井和TD2井原油及其馏分稳定碳同位素值明显偏正，TD2井原油δ13C约为－28.5‰，T904井约为－29.7‰，高出其他奥陶系原油约3‰～4‰，饱和烃、芳烃、非烃及沥青质等馏分碳同位素具有同样的特征，表明T904井和TD2井具有明显不同于其他奥陶系原油的成因类型，塔北隆起轮南油田和塔中地区寒武系来源原油也具有同样的碳同位素组成特征［11］。

5 结论

（1）塔河油田奥陶系原油中普遍含有丰富的三芳甾，三芳甾是判识塔河油田原油成因类型的特征分子标志物。

（2）提出判识研究区寒武系烃源层油气来源的三芳甾地球化学参数判识标准，即C26/C2820STAS＞0.30，C27/C2820R TAS＞0.75。判识中上奥陶统烃源层油气来源的三芳甾地球化学化学判识标准为C26/C2820S TAS＜0.30，C27/C2820R TAS＜0.30。

（3）T904和TD2井原油的C2620S，C2620R+ C2720S和C2720R三芳甾的相对丰度明显高于C2820S和C2820R三芳甾，并与TD2和KN1井寒武系黑色泥岩具有可比性;塔河油田其他奥陶系原油正好相反，具有C2820S和C2820R三芳甾优势，并与LN46和TZ12井等中上奥陶统泥灰岩具有可比性。塔河油田奥陶系原油可划分为来自于寒武系烃源岩的原油族群和来自于中上奥陶统烃源岩的原油族群。

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Distribution of triaromatic steroids and oil fam ily classification of Ordovician oils in Tahe Oilfield

LIMei-jun1，2，WANG Tie-guan1，2，WANG Chun-jiang1，2，ZHANGWei-biao3

（1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China; 2.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China; 3.Petroleum Exploration＆Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China）

Based on GC-MS analyses of aromatic fractions of oils and source rock extracts，a series of triaromatic steroids （TAS）were detected in Ordovician oils from Tahe Oilfield，Tarim Basin.The results show that the distribution of TAS can be applied to define the oil family and origination.The contents of C2820Sand C2820R triaromatic steroids inmost of the oil samples are relatively higher than those of C2620S，C2620R+C2720Sand C2720R TAS.However the oils from the well T904 in the eastern Tahe Oilfield and well TD2 from the east part of Tarim Basin are characterized by relatively high contents of C2620S，C2620R+C2720S and C2720R derivatives.The distribution of triaromatic steroids of middle-upper Ordovician marl from the wells LN46 and TZ12 resembles that of themost Ordovician oils from Tahe Oilfield.The distribution of triaromatic steroids of typical Cambrian black shales from wells KN1 and TD2 resembles thatof oils from wells 904 and TD2.By using C26/ C2820S versus C27/C2820R triaromatic steroids plot，two genetic oil families can be easily classified:oil family derived from Cambrian and m iddle-upper Ordovician source rocks，which is also supported by bulk carbon isotopic compositions.Finally，a criterion relative to triaromatic steroidswas proposed，which can be used to classify oil families.Oilswith C26/C2820STAS＞0.30 and C27/C2820R TAS＞0.75 are thought to be derived from Cambrian source rocks，and oilswith C26/C2820STAS＜0.30 and C27/C2820R TAS＜0.30 from middle-upper Ordovician source rocks.

triaromatic steroid（TAS）;oil family;Cambrian;Ordovician;Tarim Basin

TE 122.11

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2012.05.004

1673-5005（2012）05-0020-05

2012－03－12

国家自然科学基金项目（41072101）

李美俊（1972－），男（汉族），重庆人，副教授，博士，博士后，从事有机地球化学及环境化学的教学和科研工作。

（编辑 徐会永）