柴达木盆地西南地区天然气C5—C7轻烃地球化学特征

陈克非 ，周世新，李靖 ，张臣，张玉红 ，李源遽 ，马瑜

（1.甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州 730000；2.中国科学院 西北生态环境资源研究院，兰州 730000；3.中国科学院大学，北京 100049）

在柴达木盆地西南地区英东、乌南和扎哈泉油田油气勘探取得了重大突破，其中英东油田探明石油地质储量超过1×108t，乌南油田和扎哈泉油田致密油资源量达4×108～5×108t，勘探前景广阔[1-3]。目前对乌南油田已开展了原油生物标志化合物[4]、天然气组分和碳同位素的相关研究[5-6]，但英东油田和扎哈泉油田部分地区油气地球化学研究相对较少，并且在扎哈泉油田的扎11井区发现了纯气井，急需对新勘探区块油气来源和形成过程进行研究，探索柴西南地区有无新的油气成因类型。

轻烃是油气组分中一类重要的化合物，其组成特征可以在一定程度上帮助判识油气母质类型、成熟度和次生改造作用等[7-9]。根据轻烃组分中正庚烷、二甲基环戊烷和甲基环己烷来源差异性，可对生烃母质类型进行研究。C7轻烃组分主要受母质来源和成熟度的控制，此外沉积环境、次生改造作用对其组分也会造成一定影响。柴西南地区油气主要来自古近—新近系咸水湖泊沉积，该环境下烃源岩有机质来源及生烃过程有其特殊性[1，5]。目前利用轻烃对海相咸水环境、陆相淡水—微咸水环境下油气母质类型和成熟度判识的工作开展相对较多[7，10-11]，而咸化湖盆有机质热演化所处成熟阶段，轻烃分布特征及已建立轻烃的各项参数适用性，都还有待于进一步研究。

本文以C5—C7轻烃为研究重点，结合天然气组分和碳同位素特征，对英东、乌南和扎哈泉油田天然气中轻烃的母质类型、成熟度、油气生成温度和油气次生改造作用进行了研究，为研究区油气勘探提供依据。

1 地质概况及基本地化特征

柴达木盆地呈不规则的菱形，被祁连山、阿尔金山和昆仑山包围，面积达12.1×104km2.根据构造特征，柴达木盆地分为北部块断带、西部坳陷区和东部坳陷区[12]。英东、乌南和扎哈泉油田位于西部坳陷区西南部，其中，英东地区分为英东1号构造带和英东3号构造带，前者位置偏西北。英东1号构造带油气在油砂山断层上下盘都有分布，本次研究中对上下盘油气藏进行了对比分析。乌南油田和扎哈泉油田相邻或交错，其中乌南油田为柴西地区早期石油勘探命名的油区，主体在乌南油田和扎哈泉油田偏东位置（图1）。

图1 柴达木盆地西部地区油田分布概况（a）及采样点分布（b）

英东油田紧邻扎哈泉凹陷和茫崖凹陷，乌南油田和扎哈泉油田位于扎哈泉凹陷周边。扎哈泉凹陷下干柴沟组下段（）、下干柴沟组上段（）和上干柴沟组（N1）是主要的烃源岩层系，干酪根以Ⅱ型为主[3，13]。其中下干柴沟组下段烃源岩总有机碳含量主要分布在0.52%～1.94%（平均为0.88%），镜质体反射率为1.06%～1.14%（平均为1.10%）；下干柴沟组上段烃源岩总有机碳含量主要为0.21%～2.24%（平均为1.10%），镜质体反射率为0.70%～1.12%（平均为0.98%）；上干柴沟组烃源岩总有机碳含量为0.01%～1.98%，镜质体反射率为0.47%～0.90%，烃源岩生烃潜力大。茫崖凹陷烃源岩主要分布在下干柴沟组下段、下干柴沟组上段和上干柴沟组，有机质类型以Ⅱ型干酪根为主[14-16]。其中下干柴沟组下段烃源岩总有机碳含量主要为0.40%～0.60%，镜质体反射率平均值为1.10%；下干柴沟组上段烃源岩总有机碳含量主要为0.60%～0.80%，镜质体反射率在1.00%左右；上干柴沟组烃源岩总有机碳含量主要为0.40%～0.60%，镜质体反射率为0.60%～1.00%.

2 样品和实验方法

在英东、乌南和扎哈泉油田共采集天然气样品22个（表1），其中英东油田10个，扎哈泉油田9个，乌南油田3个。采样过程中直接将不锈钢瓶连接到井口进行采集，为去除钢瓶内空气，用天然气冲洗钢瓶3次以上。

采用安捷伦（Agilent）6890N气相色谱仪（GC）和5973N质谱仪（MS）联合分析天然气样品组分。仪器条件为HP-1柱，柱长100 m，内径0.25 mm，液膜厚0.5 μm；载气为高纯氦气。天然气直接进样，进样口温度150℃.气相色谱仪初始温度40℃，恒温15 min，程序升温以2℃/min升至120℃，恒温20 min，后以12℃/min升至290℃，恒温20 min.质谱仪接口温度280℃，离子源温度230℃，电离能70 eV，四极杆温度150℃，氦气流量1.0 mL/min，氢火焰离子检测器（FID），分离比20∶1，谱库NIST02L（美国）。获得了C5—C7系列轻烃化合物，轻烃化合物分离效果好（图2），各化合物鉴定结果见表2.

o l u e n e n C 7 0.5 8 0.4 1 0.3 6 0.5 0 0.5 3 0.6 2 0.3 6 0.3 9 0.5 6 0.5 0 2.6 5 0.7 7 0.4 9 0.2 2 0.2 0 0.5 7 0.3 9 0.2 9 0.3 9 0.5 1 0.3 7 0.2 9 T环C 5/2，戊2-）M反，4-，n C 7 M C C 6 8 2.7，1 1.8 6 2.4 1.6 0 2.6 1 5（0 2.1 6 2.3 2 2.6 8 2.1 4 2.2 2 1.8 9 1.6 0 1.3 7 2.6 1 2.5 1 2.0 4 2.7 1 2.2 8 2.2 8 1.8 5 1.9 3 8.7 7+1-+3 0，度（℃）1 2 6.9 1 2 8.4 1 3 0.4 1 2 0.9 1 2 7.3 1 2 4.4 1 2 7.4 1 3 2.1 1 2 4.2 1 3 3.3 1 2 1.4 1 3 0.2 1 2 1.3 1 2 5.6 1 2 5.7 1 2 7.2 1 2 9.3 1 2 9.1 1 3 0.1 1 2 5.1 1 2 8.3 1 4 1.7反1 4 1，D温+℃3-，T（）C 5 2，3-D M C 5顺为D -0.4 2 0.4 6 0.5 3 0.2 8 0.4 3 0.3 5 0.4 3 0.5 9 0.3 5 0.6 4 0.2 9 0.5 2 0.2 9 0.3 8 0.3 9 0.4 3 0.4 9 0.4 8 0.5 2 0.3 7 0.4 6 1.1 2 1，式/（）算-1.1 8 1.1 2 1.4 1 1.7 3 1.1 9 1.0 0 1.0 2 1.3 8 1.0 8 1.1 6 1.0 9 1.0 1 0.8 1 1.1 1 1.1 1 1.0 0 0.9 2 1.0 0 1.1 1 1.0 0 0.9 2 1.1 0 2，4 M烷计公己度2基温甲；-C 6 3-M C 6 M 3值+比烷烷己戊值（%）2基基4 3 4.0 4 3 4.2 2 4.2 0 3 3.1 5 2 7.6 4 3 2.9 2 3 0.8 9 2 9.7 9 2 8.5 9 3 4.8 7 3 6.8 1 2 9.6 2 3 2.1 3 3 0.0 7 3 1.8 0 1 3.9 6 3 7.9 6 3 4.7 5 3 0.6 0 2 7.6 6 4 8.6 7庚.6甲甲烷2 8 2-二=（值烷与2.1 9 2.1 6 2.7 8 2.4 0 1.9 9 2.4 0 2.3 9 2.4 0 1.9 7 1.9 5 2.0 0 3.6 7 1.9 9 2.2 5 2.2 9 1.8 3 1.7 5 2.3 2 2.8 5 1.8 3 1.9 0 1 2.4 2异3征值庚烷；异戊特基烷和甲分庚之二烷4烃轻C 9.1 2戊气=C 6（%）组M 2环C 5—2，2.2 1 2.6 2 2.5 2基M 2.1 2 5.1 2 5.0 2 1.5 2 5.3 2 4.7 2 8.9 3 4.5 3 4.6 2 2.2 2 2.6 2 6.4 1 4.3 2 6.0 2 5.8 2 8.2 2 6.5 9.6然甲D二，3天1.7 5田中7.6 5 7.4 5 4.1 5 8.0 5 7.5 5 4.2 5 4.6 5 4.7 5 5.3 4 7.4 5 7.8 5 6.7 5 3.9 3 8.8 5 9.3 5 9.0 5 2.2 5 1.0 8 4.6物C 5/2 9.7 6 2.2 1合M C 5—C 7化4-扎2，D.7油C 5（%）.3 1 7 M C 哈泉D 1 9.8 1 5.8 2 0 5.7 6 9.5 2 0.7 1 6.9 2 1.0 2 0.5 2 0.7 1 6.3 1 0.1 1 8.0 2 0.1 2 0.6 1 9.7 4 6.9 1 4.7 1 5.1 1 9.6 2 2.6；2，C值∑M比和D烷南7（%）.9 4 6；∑己4 6、乌.1 4 7 i C 5-.8 4 6和基.5 4 9.3 4 6.6 4 8.9 4 8.1 4 6.1 3 8.2 4 7.5 4 1.7 4 5.6 4 5.2 4 1.7 4 8.7 4 4.8 4 4.1 4 3.9 5 0.9 5 1.2之甲东5.7 4 8烃三英地烷与构烷盆异己木n C 5-7（%）4 4.1 4 5.4 4 5.0 3 6.6 4 5.0 4 3.1 4 2.7 4 5.2 4 0.6 4 3.7 4 3.0 4 1.9 3 5.8 4 4.1 4 2.6 4 6.0 4 0.8 4 4.7 4 5.9 4 1.6 4 4.0 4 7.5中基C 7轻二达柴C 7（%）9.0 7.9 7.0 1 5.5 8.4 7.7 1 0.7 5.9 C 5-1 1.3 1 0.3 1 8.8 1 0.6 2 2.5 1 0.3 1 2.2 1 2.3 1 0.5 1 0.4 9.9 1 4.5 5.2 1.2位n C 7（%）C 5—M值-比1烃甲C 6—山表组上油砂山组上油砂山组上油砂山组上油砂山组组下油砂山组下油砂山组-山山山组下油砂山组山和；2-正砂砂组下油砂山组下油砂山组组下油砂山组下油砂山组上干柴沟组上干柴沟组上干柴沟组下油砂山组上干柴沟组下干柴沟组砂砂C 6/3烷砂M庚与7—油油层油油油；i C 5-上下下下下之物苯烃合甲构有烷化正所C 5—C 7轻之；T中的4 9度（m）9 6 6.0—9 9 2烷值1 Y 1-2-B 4 Y 2 7-1-A 6 Y 3 3-1-A 6 Y 3 8-3-C Y 2 9-1 Y 4-2 Y 9-4 Y D 3 0 1 Y D 3-3 L 4-5 W 8-1 1 W B 6-1 9 Z 1 1-3 3-5 Z 1 1-4-4 5 Z 1 1-8-5 Z 2 1 8 Z 7-1-5 Z 7-2-3 Z 9-2-1 Z P 1 Z T 3深6.1 1 2 8 8.3—1 3 1 8.1 1 7 3 9.0—1 8 0 2.0 1 8 3 6.2—2 0 0 1.8 1 2 7 1.5—1 3 4 2.9 2 8 3 8.2—2 8 9 6.8 3 0 1 8.7—3 1 0 3.7 2 0 8 1.3—2 2 1 9.9 2 0 1 2.2—2 0 2 3.3 2 3 1 3.3—2 4 9 1.4 2 0 4 1.6—2 3 0 5.5 1 3 6 1.7—1 4 2 0.7 1 6 3 1.8—1 7 3 4.0 9 3.0—己比4 4.1 3 5 3 0.8—3 5 3 4.7 2 4 3 2.2—2 8 4 0.6 3 1 4 4.0—3 1 5 0.0 7—基己e/n C 7—；n C 5-环烷甲环和己2至基烃/环烷烷甲号2与烃间o l u e n B-编品-烷0 0）庚环1样中烷Y 1正烃庚C×田布C 6—盘=（号构造带上1 3盘1号构造带油田分油之值东品东东号构造带下南7—C 5—C 7轻正泉烷C 5）；样英英英乌哈庚M n C 7/M扎C 5-C烷3-；D

图2 柴达木盆地英东油田Y4-2样品天然气轻烃GC-MS图谱

表2 柴达木盆地西南地区天然气C5—C7轻烃气相色谱-质谱轻烃鉴定结果

3 天然气中轻烃地球化学特征及应用

3.1 生气母质类型

C5—C7轻烃的正构烷烃、异构烷烃和环烷烃关系可以判识天然气母质类型。源于腐泥型母质的轻烃组分富含正构烷烃，而腐殖型母质生成的轻烃组分则富含异构烷烃和芳烃。研究区大多数样品都表现为正构烷烃含量高的特征（图2），Y4-2样品天然气轻烃组成中正戊烷、正己烷和正庚烷含量高，苯和甲苯含量相对较低，具有腐泥型特点。英东、乌南和扎哈泉油田天然气中C5—C7正构烷烃含量为35.8%～47.5%，平均为43.1%；异构烷烃为38.2%～51.2%，平均为46.3%（表1）。若以C5—C7轻烃中正构烷烃相对含量30%为界划分腐泥型和腐殖型有机质母质[17-18]，则主体表现为腐泥型天然气，有个别靠近腐殖型天然气区域。

C7轻烃系列中正庚烷、甲基环己烷和各种二甲基环戊烷相对组成常用于天然气母质类型的研究，其中正庚烷（nC7）主要来自藻类和细菌，二甲基环戊烷（DMCC5）主要来自水生生物的类脂化合物，甲基环己烷（MCC6）主要来自高等植物木质素、纤维素和醇类等，可很好指示有机质来源。英东、乌南和扎哈泉油田天然气样品整体靠近正庚烷（图3），C7轻烃系列中正庚烷含量为17.6%～84.6%，平均为54.4%；二甲基环戊烷相对含量普遍较低，绝大多数样品低于20.0%；甲基环己烷相对含量有较大变化，为9.6%～34.6%（表1），表明天然气主要为腐泥型天然气。其中英东和扎哈泉油田天然气分布相对集中，表明这两个地区的天然气母质类型相似；乌南油田天然气轻烃组分中甲基环己烷含量增加，反映有腐殖型天然气的贡献。个别样品分布较异常，如Y33-1-A6，Z218和ZT3，其中Y33-1-A6和Z218均受到生物降解作用的影响；正庚烷为热敏性化合物，样品ZT3具有高正庚烷含量，反映出其具有高成熟度。

图3 柴达木盆地英东、乌南和扎哈泉油田天然气C7轻烃三角图

天然气碳同位素常用来研究天然气的成因类型和成熟度。由于柴达木盆地咸化湖盆有机质本身干酪根碳同位素较重，造成咸化湖盆的天然气重烃碳同位素普遍偏重，因此不宜使用传统的乙烷碳同位素值（δ13C2=-29.0‰）为界来划分油型气和煤型气，使用δ13C2=-24.8‰为界划分柴西天然气成因类型[5]，发现研究区主体表现为腐泥型有机质的特点，在乌南油田和扎哈泉油田存在混合气和煤型气（表3）。

此外，从C1/（C2+C3）与δ13C1交会图可以看出（图4），英东、乌南和扎哈泉油田天然气为热成因天然气，大多数样品位于Ⅱ型干酪根区域，或Ⅱ型和Ⅲ型干酪根区域之间（根据天然气成熟度增长趋势），乌南油田和扎哈泉油田有部分天然气样品位于或靠近Ⅲ型干酪根区域，表明研究区天然气主要有油型气，在乌南油田和扎哈泉油田有煤型气和混合气，这与上述研究具有较好的一致性。样品ZT3，Z11-33-5和Z11-4-45在碳同位素研究中表现为腐殖型天然气，而在轻烃研究中表现为腐泥型天然气，这可能与天然气中气体组分C1—C3与C5—C7两者来源的差异有关，深层腐殖型天然气向上运移，与中浅层腐泥型油气混合，导致天然气中C1—C3馏分表现为腐殖型天然气特征，而C5—C7则表现为腐泥型天然气特征。

δ 1 3 C 1（腐殖型）R o—**1.5 1.0 1.1 0.8 1.3 1.4 1.3 1.4 1.2 1.1 1.2 1.1 1.2 1.1 1.2 1.0 1.2 1.0 1.0 1.1 1.2 1.2.8 R o—*δ 1 3 C 1（腐泥型）C O 2 2 4--.7-4.7-2 1.8 2 2 3 3.6-2 6.5（‰C 3 H 8-2 4.7-2 3.2-2 4.3-2 3.8-2 5.0-2 5.6-2 4.4-2 7.4-2 3.9-2 4.3-2 5.0-2 3.9-2 4.2）.4-2 5.2-2 5.2-2 3.6-2 3.9-2 3.5位-.1 1素同碳-C 2 H 6-2 7.2-2 6.8-2 6.7-2 6.8-2 7.6-3 0.9-2 7.8-2 8.7-2 7.0-2 6.8-2 7.0-2 4.3-2 6.1 5.1-2 6.0-2 9.4-2 6.8-2 7.2-2 5.3-2 6.5-2 1.8天H 4-3 7.9-3 6.6-3 7.7-3 7.4-3 9.5-4 0.5-3 9.6-4 0.0-3 9.5-4 0.5-3 9.5-2 8.6-4 2.1-3 4.8-3 3.5-3 9.1-4 2.8-4 2.0-4 1.0-3 9.2-3 9.4-3 6.8气然同位素2.0 4.0 6.2 C C 1 C 2+C 3碳6.7 1 8.9 1 6.0 1 0.9 1 6.3 1 1.8 1 0.6 1 9.5 1 1.5 1 0.9 1 0.4 1 0.0 1 2.5 1 1.6 3.2 7.2 6.2 1组及分.8 2 9.9 3 3 6.4.8 C 1 C 1+C 5.9 7 0气0 1 0 7 0 4 0 5 0.9 4 0.9 3 0.9 0 0.9 3 0.9 1 0.9 0 0.9 4 0.9 0 0.9 0 0.9 0 0.9 0 0.9 1 0.9 0 0.8 9 0.9 9 0.7 3 0.8 6田.8然天C 5 H 1 2 0.2 5 0.1 6 0.2 0 0.4 0 0.2 1 0.1 9 0.2 9 0.2 6 0.3 1 0.4 0 0.4 2 0.1 7 0.2 8 0.2 8 0.2 3 0.1 1 0.5 8 0.2 0 0.2 3 0.3 2 0.3 9 0.3 1.9油n泉哈扎i C 5 H 1 2 0.3 1 0.1 7 0.2 0 0.4 1 0.2 0 0.1 9 0.3 3 0.2 8 0.2 5 0.4 1 0.3 1 0.1 7 0.2 1 0.2 7 0.2 1 0.0 8 0.6 0 0.2 0 0.2 1 0.2 4 0.4 1 0.3 4和南、乌0 1）1 1 0.0 n C 4 H 1 0 0.0 1 0 0 0 0 0.0 1 0 0 0 1 1 0.0 1 0.6 0 0.0 1 0.7 4 0.7 0 0.0 2.0 6 0.0 0 4 0 1 0.8.0.7.0分英2东（%组气地盆i C 4 H 1 0 1.2 4 0.4 8 0.5 8 1.0 1 0.5 8 0.7 4 1.0 4 0.7 9 1.2 0 1.0 1 0.8 9 0.4 1 0.7 2 0.4 6 0.4 3 0.1 5 1.2 0 0.9 5 0.4 8 0.6 9 1.0 1 1.1 1木天达然C 3 H 8 1.0 0 0.3 8 0.4 3 0.6 8 0.4 4 0.6 0 0.7 9 0.6 0 0.8 8 0.6 8 0.6 4 2.5 1 0.6 2 2.3 5 2.6 1 0.1 0 7.1 2 0.8 1 3.3 3 0.5 6 5.6 7 0.9 0表柴C 2 H 6 9.9 1 4.2 7 4.9 5 6.6 3 4.9 5 6.2 9 6.7 3 3.5 9 6.0 9 6.6 3 7.1 4 6.2 0 6.2 8 5.2 4 6.1 8 0.1 8 1 4.2 3 9.4 7 9.6 2 6.2 7 1 2.4 3 1 1.1 0.0 3 H 4 7 3.3 4 8 7.9 3 8 6.3 0 7 9.9 6 8 8.0 3 8 1.6 6 7 9.5 0 8 1.6 1 8 0.3 9 7 9.9 6 8 0.7 6 8 7.3 2 8 6.3 3 8 8.0 5 8 6.6 3 9 5.6 5 6 7.9 7 7 3.9 8 8 0.8 7 8 2.1 1 7 1.5 2 7 3.8 1 C 1 Y 1-2-B 4 Y 2 7-1-A 6 Y 3 3-1-A 6 Y 3 8-3-C Y 2 9-1 Y 4-2 Y 9-4 Y D 3 0 1 Y D 3-3 L 4-5 W 8-1 1 W B 6-1 9 Z 1 1-3 3-5 Z 1 1-4-4 5 Z 1 1-8-5 Z 2 1 8 Z 7-1-5 Z 7-2-3 Z 9-2-1 Z P 1 Z T 3深1［6.1 1 2 8 8.3—1 3 1 8.1 1 7 3 9.0—1 8 0 2.0 1 8 3 6.2—2 0 0 1.8 1 2 7 1.5—1 3 4 2.9 2 8 3 8.2—2 8 9 6.8 3 0 1 8.7—3 1 0 3.7 2 0 8 1.3—2 2 1 9.9 2 0 1 2.2—2 0 2 3.3 2 3 1 3.3—2 4 9 1.4 2 0 4 1.6—2 3 0 5.5 1 3 6 1.7—1 4 2 0.7 1 6 3 1.8—1 7 3 4.0献4.1 3 5 3 0.8—3 5 3 4.7 2 4 3 2.2—2 8 4 0.6 3 1 4 4.0—3 1 5 0.0 7］）自4 9度（m）9 6 6.0—9 9 2引文9 3.0—4.3 9（3 4.1 3 l g R o-2 4 1号编B-品2-*δ 1 3 C 1=样1 Y 2.2；*4布构造带田分号构造带上盘1构造带下盘号号1田油1 5.8 l g R o-品3油南泉样东东东英英英乌哈扎*δ 1 3 C 1=

图4 柴达木盆地英东、乌南和扎哈泉油田天然气C1/（C2+C3）与δ13C1交会图

3.2 天然气成熟度

轻烃的庚烷值和异庚烷值在判断油气成熟度方面得到了广泛应用，文献［19］通过分析中国不同类型沉积盆地的原油和凝析油，对不同成熟度原油的庚烷值和异庚烷值进行了划分，并得到广泛应用，此方法将原油分为4类：①低成熟油，异庚烷值不大于1.00，庚烷值不大于20.00%；②成熟油，异庚烷值为1.00～3.00，庚烷值为20.00%～30.00%；③高成熟油，异庚烷值为3.00～10.00，庚烷值为30.00%～40.00%；④过成熟油，异庚烷值大于10.00，庚烷值大于40.00%.

柴达木盆地西部以腐泥型有机质为主，本文应用文献［19］建立的图版，对研究区的轻烃成熟度进行了研究，发现英东、乌南和扎哈泉油田天然气异庚烷值为1.75～12.42，平均为2.72；庚烷值为4.15%～48.67% ，平均为30.59%，表明天然气多处于成熟—高成熟阶段（图5）。

天然气中碳同位素δ13C与烃源岩热演化程度具有良好的正相关性，其中甲烷碳同位素δ13C1可较好地进行烃源岩成熟度的研究。根据文献［17］提出的甲烷碳同位素与镜质体反射率关系式，得到英东、乌南和扎哈泉油田天然气成熟度为0.8%～1.5%，平均为1.2%（表3），表明天然气为成熟阶段产物。比较而言，轻烃估算得到的天然气成熟度较甲烷碳同位素计算得到的成熟度偏高，这可能与生气母质类型有关。异庚烷值和庚烷值既与烃源岩成熟度有关，也受到母质类型的影响，咸水湖相有机质主要来源于藻类和细菌，在相同热演化程度条件下，咸水湖相烃源岩会生成更多的正庚烷和异构烷烃，导致庚烷值和异庚烷值变大。研究区天然气干燥系数为0.73～0.99，平均为0.89，具有湿气特征。综合认为研究区天然气主要为腐泥型烃源岩在成熟阶段形成的原油伴生气，在乌南油田和扎哈泉油田有少量成熟度更高的煤型气和混合气。

图5 柴达木盆地英东、乌南和扎哈泉油田天然气庚烷值与异庚烷值交会图

轻烃参数2-甲基己烷与3-甲基己烷比值（2-MC6/3-MC6）会随着成熟度的增加而增加，通过这一参数可判断油气成熟度的差异性。英东油田天然气2-MC6/3-MC6为 1.00～1.73，平均为 1.23；乌南油田 2-MC6/3-MC6为0.81～1.09，平均为0.97；扎哈泉油田2-MC6/3-MC6为0.92～1.11，平均为1.03（表1）。表明英东油田天然气成熟度相对较高，乌南油田和扎哈泉油田天然气成熟度较低。

通过研究单一构造带不同部位油气热成熟度，可较好地对油气成藏特征做进一步讨论。英东1号构造带上盘天然气轻烃参数2-MC6/3-MC6为1.12～1.73，平均为1.33，下盘天然气2-MC6/3-MC6为1.00～1.38，平均为1.13（表1），表明英东1号构造带上盘天然气成熟度较下盘高。天然气甲烷碳同位素也表现出相似特征，英东1号构造带上盘天然气δ13C1为-39.9‰～-36.6‰，平均为-37.8‰；下盘天然气δ13C1为-40.5‰～-39.6‰，平均为-40.0‰（表3），研究认为造成上下盘油气成熟度差异的主要原因是断层的封闭和输导作用，英东1号构造带油气成藏主要包括2期，以晚期成藏为主，在此期间，强烈的构造运动形成了油砂山断层，地层构造样式基本定型。来自扎哈泉凹陷的油气向上运移至英东1号构造带下盘储集层，由于油砂山断层活动使下盘储集层和上盘泥岩对接，泥岩的涂抹作用使下盘油气无法继续沿断层向上运移。而英东1号构造带上盘储集层可持续接受来自茫崖凹陷烃源岩生成的油气，或者是来自更深层的油气，最终使得上盘油气成熟度偏高。

乌南油田和扎哈泉油田分布在沉积斜坡区，发育岩性油气藏，且靠近生烃中心，有较多的致密储集层，此外该地区断层较发育。采集的样品Z218，ZP1，Z7-1-5和Z7-2-3主要分布在扎哈泉凹陷中心部位，构造位置低，其轻烃参数2-MC6/3-MC6为0.92～1.11，平均为0.99；样品Z9-2-1，Z11-33-5，Z11-4-45和Z11-8-5主要分布在斜坡部位，构造位置较高，其轻烃参数2-MC6/3-MC6为1.00～1.11，平均为1.06.对比研究表明，斜坡部位分布的油气成熟度偏高一点。天然气甲烷碳同位素也展示了相同的成熟度差异特征，扎哈泉凹陷中心部位天然气δ13C1为-42.8‰～-39.4‰，平均为-41.3‰；斜坡部位天然气δ13C1为-39.2‰～-33.5‰，平均为-36.7‰.推断在乌南地区和扎哈泉地区，凹陷中心部位油气为烃源岩进入生烃门限后，排出的油气就近聚集在储集层中；而位于斜坡部位的油气，主要为更深层烃源岩生成的油气沿断层向上运移聚集形成。

3.3 油气生成温度

油气生成温度能反映油气从烃源岩生成时的地下温度，主要反映油气形成时的地层温度。文献［8］提出的轻烃稳态催化成因理论认为，轻烃中的异构烷烃是通过烷基环丙烷开环形成，不同的开环反应会形成不同的产物，反应速率常数满足阿仑尼乌斯公式，产物质量分数比值对数与温度具有线性关系，因此在不同温度条件下，C7异构烷烃质量分数比值的对数会有差异。文献［9］基于文献［20］的研究，推导出一个油气生成温度（T，℃）与2，4-二甲基戊烷/2，3-二甲基戊烷（2，4-DMC5/2，3-DMC5）的关系式：

（1）式不受盆地类型、温度史、生油层时代、干酪根类型和岩性的影响。

根据（1）式计算得到英东油田油气生成温度为121～133℃，主要集中在125～130℃，其次为130～133℃；乌南油田和扎哈泉油田油气生成温度为121～142℃，主要集中在125～130℃，其次为120～125℃（表1），整体来看，英东油田油气生成温度较乌南油田和扎哈泉油田油气生成温度偏高，与轻烃参数2-MC6/3-MC6具有较好的一致性。

通过查阅文献资料[2，21-23]，对比研究了七个泉、狮子沟、尕斯库勒、英东、乌南、扎哈泉和昆北油田的流体包裹体均一化温度和油气生成温度相关关系。流体包裹体均一化温度记录的是流体充注储集层时的地层温度，其温度范围较广，通常来讲油气在储集层中聚集时的地层温度应低于其生成温度，为方便研究，不考虑两者之间差异性。图6a表现出流体包裹体均一化温度范围较宽，而油气生成温度范围相对较窄，生成温度处于流体包裹体均一化温度范围之中。进一步研究发现，生成温度与流体包裹体均一化温度主峰有关，以狮子沟和扎哈泉地区为例，在狮子沟油田，储集层流体包裹体得到两个均一化温度主峰值，分别为110～120℃，140～150℃[21]，轻烃得到的生成温度为97～116℃（平均为108℃），生成温度大体处于流体包裹体均一化温度主峰低值区间；扎哈泉油田流体包裹体均一化温度包括两个主峰值，分别为90～100℃，120～130 ℃[2]，轻烃得到的生成温度为125～142℃（平均为129℃），生成温度主体处于流体包裹体均一化温度主峰高值区间。在同一油气藏中会有不同成熟度、不同类型油气的混合，混合均匀的油气表现为主体部分油气的地化特征，因此推测轻烃计算得到的生成温度能反映现今油气藏中主体部分油气的形成温度。流体包裹体均一化温度主峰代表了主要的流体活动事件，结合油气生成温度和埋藏史，认为在狮子沟油田，油气聚集主要和早期成藏事件有关，在扎哈泉油田，油气聚集主要和晚期成藏事件有关。综合上述讨论认为，在柴西南地区，轻烃计算获得的油气生成温度能大致反映现今油气藏中主要流体形成时的温度，也即代表了主成藏流体的有效充注。

图6 柴达木盆地西南地区流体包裹体均一化温度与油气生成温度对比（a）和油气生成温度平均值分布特征（b）

对比柴西南地区数个油田油气生成温度平均值，发现七个泉、狮子沟油田油气生成温度平均值较低，分别为108℃和109℃；英东、乌南和扎哈泉油田较高，分别为127℃，124℃和129℃；尕斯库勒油田和昆北油田居中，分另为115℃和116℃（图6b）。整体来看，在柴西南地区，自西向东油气生成温度呈逐渐上升的趋势，表明油气成熟度逐渐增加。通过分析柴西南地区各油田天然气甲烷碳同位素、原油密度和气油比特征，同样发现相似的成熟度变化特征。七个泉油田δ13C1为-49.6‰～-39.8‰，平均为-44.0‰；狮子沟油田δ13C1为-45.6‰～-39.2‰，平均为-41.7‰[5-6]；英东、乌南和扎哈泉油田天然气δ13C1为-42.8‰～-28.6‰，平均为-38.5‰（表3），表明英东、乌南和扎哈泉油田天然气成熟度更高。七个泉油田原油平均密度为0.863 0 g/cm3，狮子沟油田为 0.854 0 g/cm3，尕斯库勒油田为 0.864 0 g/cm3，英东油田为 0.842 0 g/cm3，乌南油田为 0.849 0 g/cm3，扎哈泉油田为 0.849 7 g/cm3，昆北油田为0.859 0 g/cm3，从七个泉和狮子沟油田到英东、乌南和扎哈泉油田，原油密度呈逐渐减小趋势，亦说明原油成熟度逐渐增加[3]。在实际采样时也发现，狮子沟油田气油比低，英东、乌南和扎哈泉油田气油比高。综上所述，英东、乌南和扎哈泉油田油气成熟度高于七个泉和狮子沟油田。

3.4 油气次生改造

可利用轻烃参数正庚烷与甲基环己烷比值和甲苯与正庚烷比值来判断油气的次生改造。图7表明在英东、乌南和扎哈泉油田大多数油气未遭受次生改造作用，个别遭受了生物降解、蒸发分馏和水洗的次生改造。样品Y33-1-A6的正庚烷与甲基环己烷比值较低，表明其遭受了生物降解。样品L4-5具有甲苯与正庚烷比值高特征（表1），表明此样品为发生蒸发分馏作用后的残余油气，且乌南油田有腐殖型天然气供给，整体表现出正庚烷与甲基环己烷比值偏低的特征。样品ZT3正庚烷与甲基环己烷比值高，表明其具有成熟度高特征，这可能与该样品采集层位较深、烃源岩热演化程度更高有关；同时此样品表现出低于正常的甲苯与正庚烷比值，表明其遭受了水洗作用，推测该储集层中油气为从凹陷运移到斜坡高部位聚集，油气在连通储集层中发生长距离运移，油气在以水溶相方式运移过程中优先消耗掉甲苯。样品Z218在图7中未表现出次生改造作用，而在图3中有异常，可能为该样品受到一定程度的生物降解作用，正庚烷和甲基环己烷含量同时减小，因正庚烷未发生明显降低或后期有烃类持续充注，导致正庚烷与甲基环己烷比值未发生明显减小。这些次生改造作用中生物降解作用会使正庚烷含量减小，进而影响利用轻烃判断生烃母质类型，如图3中的样品Y33-1-A6和Z218.

图7 柴达木盆地英东、乌南和扎哈泉油田天然气甲苯与正庚烷比值和正庚烷与甲基环己烷比值交会图

4 结论

（1）英东、乌南和扎哈泉油田天然气主要为油型气，在乌南油田和扎哈泉油田有少量煤型气和混合气。

（2）根据轻烃成熟度指标，英东、乌南和扎哈泉油田天然气多处于成熟—高成熟演化阶段，甲烷碳同位素计算获得的天然气成熟度为0.8%～1.5%，平均为1.2%，对比认为轻烃估算结果偏高，在英东、乌南和扎哈泉油田天然气主要为烃源岩成熟阶段形成的原油伴生气，在乌南油田和扎哈泉油田有少量成熟度更高的煤型气和混合气。

（3）英东油田天然气轻烃指标2-MC6/3-MC6相对较高，而乌南油田和扎哈泉油田相对较低，说明前者成熟度高于后者。英东1号构造带上盘天然气成熟度较下盘高；在乌南地区和扎哈泉地区，靠近生烃凹陷中心部位天然气成熟度低于斜坡部位天然气成熟度。

（4）在柴西南地区轻烃计算得到的油气生成温度能大致反映现今油气藏主体部分油气的形成温度。英东、乌南和扎哈泉油田油气生成温度平均值高于七个泉和狮子沟油田油气生成温度平均值，表明英东、乌南和扎哈泉油田油气成熟度更高。

（5）英东、乌南和扎哈泉油田个别油气藏遭受了生物降解、蒸发分馏和水洗的次生改造作用。