鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青地球化学特征及其来源分析

王自翔，王永莉，孙则朋，3，朱深圳，3，汪亘，3，徐亮，3，孙丽娜

（1中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司）（2中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心/中国科学院油气资源研究重点实验室）（3中国科学院大学；4长江大学湖北省非常规油气协同创新研究中心）

鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青地球化学特征及其来源分析

王自翔1，王永莉2，孙则朋2，3，朱深圳2，3，汪亘2，3，徐亮2，3，孙丽娜4

（1中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司）（2中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心/中国科学院油气资源研究重点实验室）（3中国科学院大学；4长江大学湖北省非常规油气协同创新研究中心）

系统采集了鄂尔多斯盆地西南部地区延长组8段沥青砂岩，对砂岩沥青的地球化学特征进行了研究，探讨了沥青的母质特征、形成环境和成熟度。研究结果表明：（1）长8段砂岩沥青中高碳数的正构烷烃优势明显，规则甾烷中C29含量相对较高，萜烷系列中四环萜烷含量较高，C24四环萜烷/(C24四环萜烷+C26三环萜烷)的值为0.26～0.52，C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)的值分布范围为0.06～0.41，这些都指示研究区长8段砂岩沥青母质来源为混合型，并且陆源有机质贡献较大；（2）砂岩沥青中Pr/Ph为0.67～1.07，同时，沥青中检测出低丰度的β胡萝卜烷，说明沥青形成环境为弱氧化—弱还原环境，较低丰度的伽马蜡烷与C30+藿烷指示沥青的母质形成于淡水或微咸水湖泊环境；（3）长8段砂岩沥青的C31藿烷22S/ (22S+22R)、C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)和C29重排甾烷20S/(20S+20R)均接近或已经达到平衡值，反映沥青为成熟沥青。将研究结果与已报道潜在烃源岩的生物标志化合物特征进行对比，显示出研究区长8段砂岩沥青主要来源于延长组7段烃源岩，表明长7段烃源岩是研究区最主要的烃源岩之一。

鄂尔多斯盆地；延长组8段；沥青；烃源岩；生物标志化合物；油源对比

1 引言

鄂尔多斯盆地是我国西部一个构造简单、地层平缓、沉降稳定的多旋回沉积型含油气盆地。早古生代为浅海台地，晚古生代发育为近海平原，至中生代则进入了内陆湖盆的形成发展时期［1］。三叠系延长组和侏罗系延安组是盆地中生界的两套主要烃源岩。晚三叠世时期，沉积中心位于盆地西南部地区，该区接受了一套湖泊相和三角洲相沉积，其中延长组7段（简称长7段）沉积的是一套深湖相—半深湖相富含有机质的暗色泥岩，东北方向、西南方向的两大三角洲前缘砂体为有效储集体［1-4］。延长组沉积以后，延安组的沉积中心向东北迁移至延安附近［5］。延安组以河流相和湖沼相沉积为主，其泥质烃源岩生烃条件较延长组差，河流砂岩为延安组重要的储集体［6］。

研究区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的西南部（图1a），是鄂尔多斯盆地的重点勘探区。本文系统采集了伊陕斜坡西南部的延长组8段（简称长8段）沥青砂岩（取样井位见图1b），对砂岩沥青的地球化学特征进行了研究，探讨了沥青的母质特征、形成环境和成熟度，同时收集了该区主要烃源岩地球化学特征进行油源对比，以期为该区油气勘探开发提供科学依据。

2 样品与实验方法

样品为鄂尔多斯盆地西南部地区17口钻井岩心的21个储层砂岩样品，均为延长组8段。砂岩样品用氯仿经索氏抽提72h，将抽提物沉淀沥青质后，用氧化铝/硅胶柱色谱进行分离。分别用正己烷和苯对饱和烃和芳烃馏分进行冲洗，用乙醚对非烃馏分进行冲洗。

饱和烃的分析鉴定是在美国安捷伦科技公司(Agilent)制造的色谱(6890N)—质谱(5973N)联用仪上进行的。色谱柱为HP-5MS(30m×0.32mm)，固定相涂膜厚度0.25μm，载气为He，起始温度80℃，以4℃/min升温至300℃，并且恒温30min。质谱离子源温度为250℃，电离电压为70eV。

图1 研究区位置及样品采集井位

3 结果与讨论

3.1 族组分及饱和烃总离子流（TIC）特征

研究样品氯仿沥青“A”含量及族组分含量见表1。砂岩氯仿沥青“A”含量较高，为0.26%~2.25%，平均为0.91%；沥青“A”以饱和烃为主，其相对含量达49.88%~84.15%，平均为70.29%；饱和烃与芳烃的比值为4.89~10.04（表1），绝大多数分布在5~6之间，表明这些样品可能同源。

表1 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青族组分特征

图2为典型样品饱和烃GC-MS总离子流图（图2a）及质谱图（图2b—2d）。总离子流图（图2a）呈单峰型分布，主峰为C22，C22前呈微弱偶碳优势，C22以后呈微弱奇碳优势。

图2 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青典型样品饱和烃质谱图

3.2 正构烷烃及类异戊二烯烷烃

鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青具有相似的正构烷烃分布特征。碳数分布范围为C13~C36，主峰碳数为C20~C23，奇偶优势不明显，反映沥青母质为混合型，水生生物和陆源高等植物均有重要贡献；∑C21-/∑C22+值分布范围为0.65~1.05(表2)，高碳数正构烷烃的丰度略高于低碳数正构烷烃的丰度，说明沥青的母质类型为混合型，且陆生高等植物具有重要贡献。

沥青中的姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)的值可以很好地反映沉积环境，Pr/n C17值和Ph/n C18值通常用来研究母质类型、形成环境和成熟度［7-9］。前人研究认为，Pr/Ph>2.0反映氧化环境，Pr/Ph=1.0~2.0反映弱还原—弱氧化环境，Pr/Ph=0.5~1.0反映还原环境，Pr/Ph<0.5反映了强还原沉积环境［10-11］。华池—庆阳地区长8段砂岩沥青中Pr/Ph值分布范围为0.67~1.07(表2)，数值分布比较集中，绝大多数小于1，具微弱的植烷优势，反映沥青形成于还原—弱还原的沉积环境。由图3中长8段沥青数据投点可知，长8段抽提物的Pr/n C17值和Ph/n C18值分布在一个比较窄的数值范围内(图3，图4)，反映它们具有相似的母质来源［6］，母源为混合型，沉积环境处于还原—弱氧化的盐湖相—混合相环境中。

长8段沥青正构烷烃不存在奇偶优势，OEP值分布范围为0.94～1.26（表2），接近于1.0，反映沥青已成熟。

3.3 萜烷组成特征

研究样品中三环萜烷含量较低，五环萜烷含量较高（图2c）。原油中三环萜烷和四环萜烷的丰度能够有效地反映出原油母质的性质［12］。C25三环萜烷/C24四环萜烷、C25三环萜烷/C26三环萜烷和（C19三环萜烷+ C20三环萜烷）/C23三环萜烷的值可以用来判识原油母源性质，陆相原油中C25三环萜烷/C24四环萜烷值和C25三环萜烷/C26三环萜烷的值小于1；海相原油中则大于1［13-14］。鄂尔多斯盆地华池—庆阳地区砂岩沥青中的C25三环萜烷/C24四环萜烷值、（C19三环萜烷+C20三环萜烷）/C23三环萜烷和C25三环萜烷/C26三环萜烷的值分别为0.23~0.97、0.47~1.28和0.18~0.69（表3），这些值指示研究区长8段砂岩沥青具有相似的母质来源，均为混合型，并且陆源有机质贡献较大(图5)。另外，C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)的值分布范围为0.06~0.41，大多数小于0.3，C24四环萜烷/(C24四环萜烷+C26三环萜烷)的值为0.26~0.52（表3，图6），这些也指示出陆生高等植物对沥青母质的贡献较大［9］。

表2 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青正构烷烃和类异戊二烯烷烃分析数据表

图3 鄂尔多斯盆地西南部长8段沥青中Pr/Ph值与Pr/n C17值、Ph/n C18值相关特征

图4 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青与其他烃源岩中Pr/n C17值与Ph/n C18值相关关系

图5 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青中C25三环萜烷/C24四环萜烷与C25三环萜烷/C26三环萜烷相关图

图6 鄂尔多斯盆地长8段砂岩沥青中C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)与C24四环萜烷/(C24四环萜烷+C26三环萜烷)相关图

原油中伽马蜡烷的相对含量与古盐度成正相关，它是一种常见的表征古水体盐度的指标［15-16］。鄂尔多斯盆地华池—庆阳地区沥青中伽马蜡烷/αβ-C30藿烷值和C30+藿烷相对含量的分布范围分别是0.02~ 0.21和26.96%~42.12%（表3），其分布比较集中，指示华池—庆阳地区长8段砂岩沥青形成于相似的、较低盐度的沉积环境。另外，沥青样品中检测出低丰度β胡萝卜烷，说明沥青形成环境为弱氧化—弱还原环境。

Ts/Tm是萜烷中最常见的成熟度指标，沥青中Ts/Tm分布在0.53～5.59（表3），除西189、镇237、庄110和正23等四口井的样品小于1外，其余样品中该值均大于1（图7），说明沥青已成熟。Ts/Tm分布范围较宽，并且与∑三环萜烷／∑藿烷成正相关（图8），这可能指示长8段砂岩沥青来源于不同成熟度原油的混合。C31藿烷22S/(22S+22R)也可以反映原油的成熟度［17-18］。研究样品中C31藿烷22S/(22S+22R)的值为0.45~0.59（表3），接近或已经达到平衡值，说明鄂尔多斯盆地西南部地区长8段砂岩沥青已成熟。

3.4 甾烷特征

原油中的甾烷分布特征常用于判断原油母质来源和成熟度［15-16，19-21］。鄂尔多斯盆地西南部地区长8段砂岩沥青中C27、C28和C29规则甾烷的相对含量分别为20.54%~35.12%、23.05%~30.41%和37.86%~52.04%（表4，图9），表明长8段砂岩沥青中甾烷的分布特征是C29规则甾烷含量最高，C28和C27规则甾烷含量较低（图2d），反映了沥青母质为水生生物和陆生高等植物，陆源高等植物贡献较大。规则甾烷/藿烷常用于表征原油母质中真核生物与原核生物的输入量。高的规则甾烷/藿烷值(≥1)指示原油是源于藻类生物的海相有机质［9］，而低的规则甾烷/藿烷值是陆源或者被微生物改造过的有机质特征［22］。本次研究中长8段砂岩沥青样品中规则甾烷/藿烷的值为0.13~ 0.82（表4），反映了陆生高等植物是沥青的重要来源，同时沥青也可能存在一定的微生物改造作用。4-甲基甾烷一般被认为来源于甲藻类和细菌［21，23］。本次研究中长8段砂岩沥青中检测出较丰富的4-甲基甾烷，4-甲基甾烷/规则甾烷的值分布在0.10~ 0.23之间（表4），反映了甲藻类和细菌是研究区沥青的母质来源之一。

图7 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青中Ts/Tm与C31藿烷22S/(22S+22R)相关图

图8 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青中Ts/Tm与∑三环萜烷／∑藿烷相关关系

图9 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青与其他烃源岩中不同碳数规则甾烷分布特征

烷22S／) 22R藿C31(22S+／烷萜烷环藿三∑∑／烷藿烷蜡马-C30伽β α m s/T T 7 0.4 0.66 .13 0 3.16 6 0.4 0.87 .21 0 2.86 5 0.4 0.69 .16 0 4.03 8 0.4 0.59 .13 0 1.47 5 0.5 0.15 .02 0 0.81 5 0.5 0.14 .02 0 0.77 5 0.5 0.14 .03 0 0.94 5 0.5 0.12 .04 0 1.92 5 0.5 0.13 .03 0 1.92 3 0.5 0.18 .04 0 1.61 6 0.5 0.15 .03 0 0.96 0 0.5 0.31 .06 0 1.50 1 0.5 0.19 .03 0 1.87 6 0.5 0.15 .03 0 0.53 5 0.5 0.30 .06 0 2.40 8 0.4 0.50 .08 0 3.15 0 0.5 0.47 .05 0 4.40 9 0.5 1.60 .15 0 5.59 8 0.4 0.77 .12 0 4.80 3 0.5 0.15 .04 0 1.19 3 0.5 0.17 .05 0 0.65表据数析分数参烷萜中青沥岩砂段8长部南西地盆斯多尔鄂3表C35 C34 +4.25 6.61 6.68 4.15 5.69 3.91 5.43 9.96 7.92 8.15 7.02 6.02 4.09 4.94 6.43 4.34 8.70 9.39 8.81 5.57 7.45 (% )量C30+2.12 0.96 7.79 6.75 1.57 6.96 0.43 0.32 6.83 6.67 3.03 2.17 3.57 7.09 0.69 8.15 1.10 9.12 7.62 1.26 1.56含433332343333323342333对相烷C30 7.99 9.92 8.13 2.67 9.40 0.97 7.89 4.92 6.12 7.41 6.46 5.62 5.82 1.10 5.41 3.48 8.57 9.19 0.48 8.36 7.18霍222234333333343323233 C29 + C279.88 29.12 34.08 30.58 49.03 22.08 31.68 34.75 27.05 25.92 20.51 32.21 30.61 31.81 33.90 38.36 20.33 31.68 31.90 40.37 31.26 3烷烷+／萜萜烷)环环藿三三0.19 0.26 0.21 0.25 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.09 0.05 0.04 0.09 0.14 0.15 0.32 0.38 0.04 0.05 C29 (C29C30烷烷+／烷)萜萜萜586072767803091314922环环环四四0.30.30.40.40.40.40.40.20.40.30.50.30.50.30.50.40.40.30.20.50.4 C24 (C24三C26烷烷+／）萜萜烷环环藿820166766774963021278三三0.20.30.30.30.00.00.00.00.00.00.00.10.00.00.10.20.20.40.30.00.0 C23 (C23C30) (%量/C26779198088969939066921含0.40.40.60.20.50.30.20.10.20.40.20.30.50.30.30.60.50.40.30.30.4对C25相烷萜)/C23环+ C20.74 0.79 0.86 0.71 0.54 0.59 0.54 0.47 0.51 0.59 0.59 0.57 0.72 0.56 0.68 0.78 0.93 0.28 1.89 0.57 0.59 0三(C19烷烷／萜萜环环三四0.87 0.78 0.83 0.32 0.67 0.53 0.23 0.52 0.31 0.80 0.26 0.79 0.58 0.51 0.38 0.80 0.81 0.89 0.97 0.30 0.56 C25C24*位212211111111111111111层长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8长8 2）50 70.8060637423573231237深度（m 33.3 211800.2 1985.3 2003.3 2112.1 2123.2 2137.8 2340.7 2359.3 1969.5 2173.7 2373.4 1923.3 1878.0 2650.0 2476.2 2023.3 1751.7 2752.0 2354.3 12位69696971784523井白西西西西西西镇镇镇镇镇吴庄环环午午罗演正2221189 189 189 147 147 150 237 300 484 110 305 105 221 221段亚2段8组长延为2”8长；“段亚1段8组长延为1”8长“*

表据数析分烷甾青沥岩砂段长部南西地盆斯多尔鄂表

重排甾烷/规则甾烷值可以用来评价原油的成熟度［19］。鄂尔多斯盆地西南部地区长8段沥青中C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)的值分别为0.47~0.61和0.44~0.56（表4），Hanson等［9］认为成熟原油中这两个参数大于0.4，因此长8段沥青均为成熟沥青（图10）。另外C29重排甾烷20S/(20S+20R)的值为0.41~0.70（表4），并且大多已达到平衡值，也反映了成熟沥青的特征。

图10 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青中C29甾烷20S/(20S+20R)与C29甾烷ββ／(αα+ββ)相关图

3.5 油源对比分析

前人研究结果表明，延安组和延长组是鄂尔多斯盆地中生界的两套主要烃源岩。徐丽等［24］研究认为延安组是在湖沼相弱氧化环境下形成的，其成烃母质主要为陆源物质，C29甾烷含量很高，达60%~73%,明显高于长8段砂岩沥青的C29甾烷含量；成熟度指标C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(αα+ββ)分别为0.35~ 0.43和0.42~0.46，总体略低于长8段砂岩沥青。这说明华池—庆阳地区长8段砂岩沥青并非来源于延安组烃源岩。而延长组4+5段至长8段烃源岩形成于浅湖相—深湖相的沉积环境，有机质含量较高，类型为Ⅱ型+Ⅲ型，Ro值为0.75%～0.96%［24］，它们可能是研究区长8段砂岩沥青的烃源岩。

为了进一步确定研究区长8段砂岩沥青的油源，在此将沥青生物标志化合物特征与已报道的延长组烃源岩（主要为长7段烃源岩和长8段烃源岩）生物标志化合物特征做比对，进行油源对比研究。正构烷烃中Pr/Ph的值和规则甾烷中C27、C28和C29的相对丰度是可靠的油源对比指标。由图4、图9和图11可以看出，研究区长8段砂岩沥青和长7段烃源岩分布范围较一致，而与长8段烃源岩差异较大，指示研究对象可能来自于长7段烃源岩。结合上文分析数据可以看出，鄂尔多斯盆地西南部地区长8段砂岩沥青的生物标志化合物特征与长7段烃源岩相似，说明研究区沥青主要来源于长7段烃源岩。

图11 鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青和烃源岩的C29规则甾烷相对含量与Pr/Ph值相关关系图

长7段烃源岩包括下部的油页岩与中上部的暗色泥页岩，研究显示这两类烃源岩之间也存在较大差异［25］。通过饱和烃质谱图对比可发现(图12)，沥青的总离子流图与长7段泥页岩相似，而与长7段油页岩总离子流图相比差异明显，但长7段油页岩萜烷分布特征与沥青更为相似；长7段泥页岩Ts/Tm的值较高，而长7段油页岩Ts含量低于或略高于Tm，沥青样品的Ts/Tm的值恰好介于二者之间。结合上文可以推断，长8段砂岩沥青可能是长7段油页岩与长7段泥页岩的混合来源，不同来源的原油以不同比例发生混合，使得沥青中Ts/Tm的值分布发生变化，并且其变化范围在长7段下部油页岩和中上部泥页岩Ts/Tm的值之间。

4 结论

（1）鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青中高碳数的正构烷烃优势明显，规则甾烷中C29含量相对较高，萜烷系列中四环萜烷含量较高，C25/C26和(C19+C20)/ C23分别为0.18~0.69和0.47~1.28，C24四环萜烷/(C24四环萜烷+C26三环萜烷)的值为0.26~0.52，C23三环萜烷/ (C23三环萜烷+C30藿烷)值的分布范围为0.06~0.41，这些都指示研究区长8段砂岩沥青母质来源为混合型，并且陆源有机质贡献较大。

（2）长8段砂岩沥青中Pr/Ph为0.67~1.07，同时，沥青中检测出低丰度的β胡萝卜烷，说明沥青形成环境为弱氧化—弱还原环境。较低丰度的伽马蜡烷与C30+藿烷指示沥青的母质形成于淡水或微咸水湖泊环境。

图12 鄂尔多斯盆地西南部长8段典型砂岩沥青样品与长7段油页岩、泥页岩饱和烃质谱图（油页岩和泥页岩饱和烃谱图据文献［25］）

（3）长8段砂岩沥青中正构烷烃奇偶优势不明显，OEP值分布范围为0.94～1.26，C31藿烷22S/(22S+22R)、C29甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)和C29重排甾烷20S/(20S+20R)均接近或已经达到平衡值，都反映了长8段砂岩沥青为成熟沥青。

（4）通过鄂尔多斯盆地西南部长8段砂岩沥青及长7段烃源岩和长8段烃源岩生物标志化合物研究，发现研究区长8段砂岩沥青的生物标志化合物特征与长7段烃源岩的相似，可能来自于同一油源，由此推断研究区长8段砂岩沥青来自于长7段烃源岩。

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编辑：黄革萍

Geochem ical Characteristics and Oil-source Correlation of Bitumen
in Sandstone of Chang-8 M ember in Southwestern Ordos Basin

Wang Zixiang,Wang Yongli,Sun Zepeng,Zhu Shenzhen,Wang Gen,Xu Liang,Sun Li′na

21 bituminous sandstone samples of Chang-8 member in southwestern Orders Basin were collected,and the biomarkers of bitumen were detected by means of GC-MS.The compositional and distributional characteristics of biomarker compounds of bitumen samples were studied and the origin of bitumen is discussed.The result shows that:(1)The relative content of tetracyclic terpane to hopanes and C29regular steranes to C27are high,C24tetracyclic terpane/(C24tetracyclic terpane +C26tricyclic terpane)ranges from 0.26 to 0.52，C23tricyclic terpane/(C23tricyclic terpane+C30hopanes)ranges from 0.06 to 0.41,these data indicate that their organic parentmaterials aremixed ones and the higher land plantsmake a great contribution to the oil generation.(2)The low-content ofβ-carotane,gammacerane and C30+hopanes，and that the ratio of Pr/Ph is 0.67~ 1.07，indicate that the oil was formed under the weak oxidizing to weak reducing freshwater or brackish-water lacustrine environment.(3)Several ratios,including C31hopanes 22S/(22S+22R)，C29sterane 20S/(20S+20R)，C29steraneββ(/αα+ββ) and C29diasterane 20S/(20S+20R),completely or almost completely reached such equilibrium value that it indicates the studied bitumens are mature.The results of oil-source rock correlation show that the geochemical characteristics of bitumen in sandstone of Chang-8 Member from southwest area of Ordos Basin are similar to those of the upper Triassic Chang-7 subsection,so it is proposed that the bitumen originatedmainly from the Chang-7 source rock.

Bitumen;Source rock;Biomarkers;Oil-source correlation;Ordos Basin

TE135+.6

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.02.005

1672-9854(2017)-02-0031-09

2015-08-07；改回日期：2016-12-30

王自翔：1988年生，2016年中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心毕业，获博士学位。主要从事油气地球化学研究。通讯地址：430223湖北省武汉市东湖高新区大学园路18号江汉油田勘探开发研究院；E-mail:zx_wang@sina.cn

W ang Zixiang：Postdoctor in Jianghan Oilfield Branch Company,SINOPEC.Add:18 Daxueyuan Rd.,Donghu High-tech Zone,Wuhan,Hubei,430223,China