Natural Gas Geoscience >

2020 , Vol. 31 >Issue 4: 471 - 482

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2019.11.006

The molecular geochemical evidence of two accumulation stages of the Silurian reservoirs in Tazhong Uplift, Tarim Basin

  • Lin-xian CHI , 1 ,
  • Zhi-yao ZHANG 2 ,
  • Guang-you ZHU 2 ,
  • Hai-ping HUANG 1 ,
  • Jian-fa HAN 3 ,
  • Jing-fei LI 1
Expand
  • 1. China University of Geosciences，Beijing 100083，China
  • 2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Beijing 100083, China
  • 3. PetroChina Tarim Oilfield Company，Kolar 841000, China

Received date: 2019-09-18

  Revised date: 2019-11-19

  Online published: 2020-04-26

Supported by

The China National Petroleum Corporation (CNPC) Scientific Research and Technology Development Project(2019B⁃04)

Fold

Highlights

A large number of Silurian reservoirs have been found in the structural belt of the Tazhong Uplift of the Tarim Basin. Previous studies have shown that hydrocarbons were mainly formed in Hercynian Period. In this paper, advanced two-dimensional gas chromatography-time of flight mass spectrometry was used to identify molecular compounds in crude oil of Well TZ117. Two distinct molecular compounds with different maturity were found, indicating at least two stages of hydrocarbon accumulation. Among them, n-alkanes of crude oil are well preserved (nC7-nC28), and terpanes are abundant. Based on methylphenanthrene series compounds, crude oil is the product during the period of source rock with R O of 0.7%-0.9%. In addition, abundant diamondoids are detected, including adamantanes, diadamantanes and triadamantanes, with a total content of 1 425×10-6. Corresponding to high methyladamantanes index, crude oil is the product during the high-maturity stage of source rock with R O>1.6%. The difference between the maturity of the two types of parameters indicates that the reservoir has experienced at least two stages of oil and gas from different maturity sources. Comprehensive study of petroleum geology shows that the Silurian System in Tazhong area underwent oil and gas charging in the Late Caledonian and Himalayan stages, respectively. Well TZ117 captured both stages of oil and gas, and fluid inclusions also confirmed the two stages of hydrocarbon accumulation.

Cite this article

Lin-xian CHI , Zhi-yao ZHANG , Guang-you ZHU , Hai-ping HUANG , Jian-fa HAN , Jing-fei LI . The molecular geochemical evidence of two accumulation stages of the Silurian reservoirs in Tazhong Uplift, Tarim Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2020 , 31(4) : 471 -482 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2019.11.006

0 引言

塔里木盆地志留系面积约为24.9×104 km2，其主体分布于盆地中央坳陷区[1,2]。塔中11井在志留系首次获得勘探突破，随后在塔中地区志留系钻探的塔中117井等获得工业油气流，证实塔中地区志留系具有广阔的勘探前景。目前对塔中志留系的研究，主要是通过研究沥青砂岩的成因类型[3,4]、包裹体烃组分[5,6]、包裹体微量元素[7]等，并进行了一系列热模拟实验[8,9]，确定其油气充注期次[10,11,12]，油气成藏模式[13,14]，认为塔中志留系为2期或3期油气充注。但是，这些学者的研究对象多是通过储层沥青包裹体进行分析，志留系油气来源与成因仍存在一定争议，需要对志留系油藏原油分子组成进行更精细的刻画与分析。
全二维气相色谱—飞行时间质谱是分析原油分子组成的有效手段，常用来对成分复杂的原油样品进行分离[15,16]，相较于常规色谱而言，该方法精度更高，对含量较低的化合物响应更好[17]。全二维气相色谱技术是由ZHU等[18]率先引入油气地质应用，通过该技术在原油中检测到了一系列新的化合物[19]，发现了TSR作用的新指标[20]，较好地用于深层油气保存机制研究[21,22]、深层复杂油气成藏过程重建[23,24]，以及流体改造历史分析[25,26]，拓展了深层油气研究新思路[27,28]，解决了一系列地质难题。因此，对塔里木盆地志留系塔中117井原油进行全二维气相色谱分析，可以确定塔中志留系油藏的原油分子组成，对于油气来源、热成熟作用、热裂解作用等认识至关重要。确定塔里木盆地塔中地区志留系油藏的分子组成对指导志留系的勘探开发意义重大。

1 地质背景

塔中117井位于塔里木盆地中央隆起带北部斜坡构造带中段的11号构造带上（图1），该井于2002年在志留系获高产油流，探明石油地质储量303×104 t[29]。塔中11构造带油气藏含油层系为滨海潮坪相的下砂岩段[30]，岩性为细粒岩屑砂岩。塔中志留系自下而上划分为柯坪塔格组（下砂岩段）、塔塔埃尔塔格组（红色泥岩段和上砂岩段)和依木干他乌组(上泥岩段)。志留系油藏位于满加尔坳陷西侧，满加尔坳陷为公认的烃源岩有利发育区，为志留系油气成藏提供了充足的油气来源，包括寒武系和中上奥陶统2套烃源岩，具有多期生排烃史，奥陶纪末进入生油窗，志留纪末进入生干气阶段，此时烃源岩成熟度已达2.0%[31]；柯坪塔格组砂岩优质储集层分布范围广，孔隙度一般为9.07%[32]，渗透率约为40 μm2，属于低孔—中渗储层；塔塔埃尔塔格组的红色泥岩段分布范围广、厚度为40~172 m、钻井突破压力达20 MPa，是一套封闭性强的区域盖层[33]。可见，该区具备优越的成藏地质条件，各个地质条件和成藏要素之间匹配良好，有利于油气聚集成藏。
图1 塔中117井地理位置及志留系岩性剖面

（a）塔里木盆地位置；（b）塔中隆起位置；（c）塔中117井位置；（d）志留系岩性剖面

Fig.1 The location of Well TZ117 and lithologic profile of Silurian

2 样品与实验

2.1　样品特征

2.1.1　原油性质

选取117井4 343.0~4 453.5 m井段的4个井口原油样品进行测试，塔中117井原油密度为0.875 6~0.917 1 g/cm3（20 ℃），平均为0.891 1 g/cm3 ；动力黏度为10.83~33.46 mPa·s（50 ℃动力黏度），平均为20.00 mPa·s；平均凝固点<-30.0 ℃，平均含蜡量为2.63%，胶质为3.40%，沥青质为6.79%，气油比为74~162 m3/m3。塔中117井区原油样品为高黏度、含硫、含蜡中质油（表1）。
表1 塔中117井原油物性分析

Table 1 Physical properties of crude oil in Well TZ117

井号 取样深度/m 层位 密度/(g/cm3) 黏度/(mPa·s) 含蜡/% 胶质/% 沥青质/% 含硫量/% 凝固点/ ℃
20 ℃ 50 ℃ 50 ℃
塔中117 4 343.0 S 0.876 0.855 10.83 2.00 2.68 7.11 0.69 <-30.0
4 436.5 S 0.917 0.898 33.46 0.30 5.14 7.41 0.71 <-30.0
4 453.0 S 0.879 0.860 12.38 — — — — <-30.0
4 453.5 S 0.893 0.872 23.34 5.60 2.39 5.86 0.90 <-30.0

2.1.2　天然气性质

选取117井4 343.0~4 453.5 m的5个天然气样品进行组分同位素测试，塔中117井气体较湿，非烃气体含量较高。甲烷含量为69.30%~75.80%（平均为72.55%）; C 2 +含量均大于10%，气体干燥系数较低，平均为0.73;N2含量高，为11.74%~16.90%，平均为13.11%;CO2含量为0.53%~0.76%（平均为0.67%），表现出原油溶解气特征（表2），同位素分析显示，塔中117井天然气甲烷碳同位素δ13C1值偏高，分布在-39.8‰~-35.5‰之间。
表2 塔中117井天然气组分分析及组分碳同位素特征

Table 2 Natural gas compounds and carbon isotopic of Well TZ117

井号 取样深度/m 层位 天然气组分/%

干燥

系数

 碳同位素/‰
C1 C2 C3 C 4 + N2 CO2 δ13C1 δ13C2 δ13C3 δ13C4
塔中117 4 343 S 69.30 5.62 3.6 3.93 16.9 0.63 0.69 -39.8 -38.4 -34.5 -29.8
4 425 S 74.09 8.34 3.98 3.11 11.74 0.74 0.73 -39.6 -37.2 -31.5 -28.5
4 436 S 75.80 5.51 3.10 2.95 12.10 0.53 0.76 — — — —
4 453 S 74.50 6.91 2.79 2.89 12.20 0.76 0.74 -35.5 -39.4 -35.1 -31.2
4 453 S 74.00 6.88 2.96 2.88 12.60 0.68 0.74 — — — —

2.1.3　地层流体PVT分析

选取117井4 402~4 452 m井段的原油样品进行热压模拟。储层流体三角图判别法通过3个烃类端元之间的比例关系来判识流体相态，塔中117井原油分析结果显示其分类组成：C1+N2（代表轻质组分）为35%，C2—C6+CO2（中质组分）为15%， C 7 +（重质组分）为50 %，依据重质组分的高低可以对流体相态进行划分，当参数点处于 C 7 +<11%区域时，指示流体相态为凝析气与干、湿气；当参数点处于 C 7 +>32%区域时，指示流体相态为正常原油[34]；当参数点位于两者之间的区域时，指示流体相态为挥发油。塔中117井原油重烃含量 C 7 +>32%，则其在油气藏流体类型三角图中位于原油区，指示塔中117井原油为正常原油（图2）。
图2 塔中117井流体类型三角图

Fig.2 The fluid tricomponent of Well TZ117

PVT相态图能够直观反映油气流体在地层条件下的赋存相态。对塔中117井 4 402~4 452 m井段取样进行PVT分析，结果显示地层流体相态特征表现为临界压力低（7.21 MPa），临界温度高（487.5 ℃），饱和压力低（18.55 MPa），地饱压差高（26.88 MPa）。临界凝析压力为20.18 MPa，临界凝析温度为487.5 ℃，地层温度处于临界温度左侧，反映油藏具有高液态烃含量正常油藏典型特征（图3）。
图3 塔中117井地层流体PVT相态图

Fig.3 The PVT phase diagram of fluid in Well TZ117

2.1.4　地层水性质与油藏保存

选取117井4 343.5~4 453.0 m井段的3个地层水样品进行检验。地层水的密度平均为1.034 5 g/cm3，氯根平均为4.20×104 mg/L，总矿化度为4.77×104~7.89×104 mg/L，平均为7.04×104 mg/L，水型为CaCl2 型（表3），没有与地表水沟通，证实塔中117井志留系油藏保存条件较好。
表3 塔中117井地层水离子矿化度含量数据

Table 3 Ion mineralization content of formation water in Well TZ117

井号 地层

深度

/m

 pH 离子浓度 密度/(g/cm3)

总矿

化度/(mg/L)

 水型
(K++Na+)/(mg/L) Ca2+/(mg/L) Mg2+/(mg/L) Cl-/(mg/L) OH-/(mg/L) SO4 2-/(mg/L) CO3 2-/(mg/L) HCO3 -/(mg/L) Ba2+/(mg/L) Sr2+/(mg/L) B/(mg/L)

塔中

117

 S 4 436.5 6.62 25 443 4 181 478 48 100 0 973 0 176 — — — 1.059 78 850 CaCl2
S 4 450.2 6.47 27 831 4 987 522 50 600 0 454 0 459 — — — 1.067 84 850 CaCl2
S 4 453.0 6.50 16 125 2 677 312 27 400 0 240 0 233 — — — 1.035 47 670 CaCl2

2.2　实验仪器与分析方法

采用美国Leco公司研发的全二维气相色谱—飞行时间质谱仪(GC×GC-TOFMS)，GC×GC系统由一个极性色谱柱和一个非极性色谱柱组成，中间由一个冷热双喷调制器组成。飞行时间质谱仪是美国Leco公司生产的Pegasus 4D；数据处理采用Chroma TOF软件。
一维柱系统采用Petro硅胶柱，长度50 m，直径0.2 mm，厚度0.5 μm；二维柱系统采用DB-17HT，长度3 m，直径0.1 mm，厚度0.1 μm。一维柱升温程序：加热至35 ℃保持0.2 min，然后以1.5 ℃/min升至210 ℃保持0.2 min，以2 ℃/min升至300 ℃，保持20 min；二维柱升温程序：加热至40 ℃保持0.2 min，然后以1.5 ℃/min升至215 ℃保持0.2 min，以2 ℃/min升至305 ℃，保持20 min；调制器温度比一维色谱高45 ℃。进样口温度300 ℃，进样量0.5 μL。载气为氦气，流速1.5 mL/min，调制周期为4 s，其中0.8 s热吹时间。TOF-MS实验条件：检测器电压1 600 V，采集速率100谱图/s，质量扫描范围为40~520 amu，离子源温度240 ℃，采集延迟时间为9 min。

3 实验结果

3.1　原油的化合物组成信息

用GC×GC-TOFMS分析塔中117井（4 402~4 452 m）原油样品，在信噪比大于100的条件下，塔中117井原油共检测到3 966个化合物。全二维气相色谱中，不同族的化合物因沸点差异大，分散在谱图的不同位置；同族的化合物因极性差异而在全二维色谱中呈瓦片状分布。3D图中峰越高、出峰越明显、峰颜色越红，表示该化合物含量越高。根据TOFMS提供的质谱信息及各化合物在全二维图谱上的分布特征，用ChromaTOF软件将样品中的化合物划分成不同类别的组分。原油样品检测到了链状烷烃、环烷烃、苯、萘、菲、单金刚烷、双金刚烷、三金刚烷、苯并噻吩、二苯并噻吩以及三环萜烷系列共11类组分[图4 (a)]。
图4 塔中117井原油样品的总离子全二维点阵图(a)及3D图(b)

图（a）中的点代表各个化合物出峰位置

Fig.4 GC×GC-TOFMS color contour chroma chromatogram (a) and FID 3D plot (b) for the TIC of Well TZ117

塔中117原油样品的正构烷烃分布范围为nC7—nC28，主峰碳为nC15；芳烃含量较高，样品中检测到了单环芳烃、双环芳烃、三环芳烃，其中单环芳烃含量最高[图4 (b)]，未检测到相对分子量高的四环芳烃、五环芳烃；含硫化合物系列含量较少，仅检测到了少量苯并噻吩及二苯并噻吩系列；常见的生物标志物检测到了丰富的三环萜烷及少量藿烷系列。将11类化合物按照饱和烃、芳烃分类，计算结果显示原油样品饱和烃、芳烃含量分别为57%、21%。

3.2　饱和烃类化合物

用特征离子m/z 191对样品内萜烷类进行筛选。塔中117井原油中检测到了丰富的萜烷类化合物（C19三环萜烷—C26三环萜烷均可以检测到），其中，含量最高的为C23三环萜烷，三环萜烷系列呈现出C19<C20<C21<C23的分布特征，四环萜含量较低，仅检测到C24四环萜烷。未检测到三芳甾烷，25-降藿烷系列[图5(a)]。在特征离子m/z 191下[图5(b)]，三环萜烷含量远高于藿烷含量，反映原油样品达到了成熟阶段[30]。
图5 塔中117原油样品在选择离子m/z 191、217下的全二维点阵图(a)及3D图(b)

Fig.5 GC×GC-TOFMS color contour chroma chromatogram (a) and FID 3D plot (b) for the m/z191，217 of Well TZ117

3.3　金刚烷类化合物

高丰度的金刚烷一直被作为判断原油高成熟或发生了强烈裂解的标志，金刚烷系列在正常成熟原油中含量较少，一般仅可检测到单金刚烷系列。塔中117井原油样品中检测到了丰富的金刚烷类化合物（图6，表4），根据飞行时间质谱提供的化合物质谱图，推断有43个金刚烷类化合物存在。其中单金刚烷类化合物含量高，种类较多。塔中117井样品中检测到单金刚烷38个，浓度为1 361.80×10-6；双金刚烷12个，浓度为58.86×10-6；三金刚烷检测到3个，浓度为4.07×10-6。
图6 塔中117原油样品的总金刚烷全二维点阵图

Fig.6 GC×GC-TOFMS color contour chroma chromatogram for total adamantanes of Well TZ117

表4 塔中117井原油样品不同取代基金刚烷个数

Table 4 Numbers of different substituents of adamantanes in crude oil of Well TZ117

特征离子 个数
一个取代基的金刚烷 (m/z 135) 6
二个取代基的金刚烷 (m/z 149) 9
三个取代基的金刚烷 (m/z 163) 15
四个取代基的金刚烷 (m/z 177) 7
一个取代基的双金刚烷 (m/z 187) 3
二个取代基的双金刚烷 (m/z 201) 6
三个取代基的双金刚烷 (m/z 215) 2
一个取代基的三金刚烷 (m/z 239) 2

3.3.1　单金刚烷系列

图7(a)是原油样品中单金刚烷类化合物的全二维点阵图，图中标出了各个单金刚烷化合物出峰位置（1~38），其中，各个化合物含量高低可由3D图中各个峰的峰高来判断[图7(b)]。样品中单金刚烷化合物系列在点阵图上的响应较为清晰，表明其金刚烷系列含量较高。利用单金刚烷不同特征离子m/z=136、135、149、163、177、191和205，对其结构式进行鉴定，并按数字排序。其中，各个特征离子代表在金刚烷上有着不同数量的取代基（表4），如m/z=135，代表金刚烷上存在一个取代基。除了19个可以确定其化学式的单金刚烷类化合物，还检测到只能确定其取代基碳数的19个单金刚烷类化合物。
图7 塔中117井原油样品中单金刚烷的全二维点阵图(a)及3D图(b)

图(a)中标记了常规单金刚烷系列化合物的分布情况，(a)图中数字代表各个单金刚烷化合物，(b)图中将不同取代基碳数的金刚烷用虚线分开，Cn-代表取代基共含n个碳，图中给出了部分金刚烷结构式

Fig.7 GC×GC-TOFMS color contour chroma chromatogram (a) and FID 3D plot (b) for adamantanes of Well TZ117

3.3.2　双金刚烷系列

用特征离子m/z 188、m/z 187、m/z 201、m/z 215、m/z 229对样品内不同取代基的双金刚烷进行检测，样品中共检测到12个双金刚烷系列化合物[图8(a)]，其含量为58.86×10-6，各个双金刚烷系列化合物含量高低可通过峰的高低来判断[图8(b)]。双金刚烷系列化合物的鉴定结果及顺序编号见表5。
图8 塔中117井原油样品中双金刚烷的全二维点阵图(a)及3D图(b)

Fig.8 GC×GC-TOFMS color contour chroma chromatogram (a) and FID 3D plot (b) for diadamantanes of Well TZ117

表5 塔中117井原油样品金刚烷定量

Table 5 Quantitation of adamantanes in crude oil samples of Well TZ117

编号 名称 含量/(10-6) 编号 名称 含量/(10-6)
1 金刚烷 36.62 28 C4-金刚烷 9.18
2 1-甲基金刚烷 196.98 29 C4-金刚烷 7.46
3 2-甲基金刚烷 59.69 30 C4-金刚烷 6.37
4 1-乙基金刚烷 40.26 31 C4-金刚烷 11.86
5 2-乙基金刚烷 31.57 32 1,3,5,7-四甲基金刚烷 4.55
6 1-正丙基金刚烷 13.56 33 1,2,5,7-四甲基金刚烷 26.47
7 2-正丙基金刚烷 7.28 34 C4-金刚烷 3.96
8 1,3-二甲基金刚烷 161.08 35 C4-金刚烷 4.29
9 1,4-二甲基金刚烷(顺式) 72.7 36 C4-金刚烷 8.35
10 1,4-二甲基金刚烷(反式) 68.97 37 C4-金刚烷 22.36
11 1,3-二甲基金刚烷 78.67 38 C4-金刚烷 5.11
12 C2-金刚烷 25.2 39 双金刚烷 9.62
13 C2-金刚烷 17.26 40 4-甲基双金刚烷 16.06
14 1-乙基-3-甲基金刚烷 46.93 41 1-甲基双金刚烷 6.48
15 C3-金刚烷 11.54 42 3-甲基双金刚烷 5.33
16 C3-金刚烷 20.5 43 4,9-二甲基双金刚烷 2.48
17 1,3,5-三甲基金刚烷 48.36 44 1,4+2,4-二甲基双金刚烷 2.77
18 1,3,6-三甲基金刚烷 44.35 45 4,8-二甲基双金刚烷 3.94
19 1,3,4-三甲基金刚烷(顺式) 47.69 46 C2-双金刚烷 3.85
20 1,3,4-三甲基金刚烷(反式) 46.08 47 C2-双金刚烷 1.55
21 C3-金刚烷 40.58 48 C2-双金刚烷 1.76
22 C3-金刚烷 11.99 49 C3-双金刚烷 1.88
23 C3-金刚烷 12.32 50 C3-双金刚烷 3.14
24 C3-金刚烷 19.81 51 三金刚烷 1.93
25 C3-金刚烷 25.31 52 9-甲基三金刚烷 1.6
26 C3-金刚烷 7.44 53 5-甲基三金刚烷 0.54
27 1-乙基-3,5二甲基金刚烷 17.85

3.3.3　三金刚烷系列

三金刚烷类用特征离子m/z 239、m/z 240、m/z 253、m/z 267进行检测，共检测到3个三金刚烷系列化合物[图9(a)]，其含量为4.07×10-6，图9(b)中给出了各个化合物对应结构式。
图9 塔中117井原油样品中三金刚烷的全二维点阵图(a)及3D图(b)

Fig.9 GC×GC-TOFMS color contour chroma chromatogram (a) and FID 3D plot (b) for triadamantanes of Well TZ117

4 讨论

4.1　烃类成分及指示意义

随着原油热演化程度的增加，原油族组分逐渐由高碳数的化合物向着低碳数的化合物转变[35]，小分子的金刚烷类化合物则会随着演化程度的增加而逐渐富集。有学者提出，金刚烷类化合物来源于原油中多环烃类裂解，而甾烷、藿烷等是典型的多环芳烃类。塔中117井原油分析结果显示，原油中检测到大量的萜烷类化合物，及少量的甾烷类化合物，表明此时塔中117井原油并不是烃源岩高演化阶段的产物。而在原油中检测到了含量超过1 000×10-6的金刚烷系列化合物，显然，高丰度的金刚烷系列化合物很可能来自外来油源的混入。
原油中碳优势指数CPI，奇偶优势OEP是有效的成熟度判断参数[36]，随原油成熟度增加而趋近于1，塔中117井原油CPI、OEP约为1（表6），表明原油不具有奇偶碳优势，指示原油成熟度较高。C29甾烷异构体C2920S/(20S+20R)，也常用于评价原油成熟度，随着成熟度增加，R构型的甾烷向更稳定的S型转变[36]，当R O值为1.0%左右时达到平衡，平衡值为0.50~0.55。塔中117井原油C2920S/(20S+20R)平均值为0.47，指示原油为低熟—成熟原油。此外，C29Ts/C29NH、Ts/Tm等也能反映原油成熟
表6 塔中117井生物标志物参数

Table 6 The ratio of biomarker compounds in Well TZ117

井号 埋深/m CPI OEP Pr/Ph

Pr/

nC17

Ph/

nC18

 Ts/Tm

Hopane/

Moretane

C3122S/

(22S+22R)

C29Ts/

C29NH

C30DH/

C30H

C2920S/

(20S+20R)

C29αββ/

(ααα+αββ)

 MPI
塔中117井 4 436.5 1.07 1.00 0.78 0.48 0.48 0.69 10.28 0.55 0.25 0.03 0.47 0.66 2.04
4 304.2 1.07 0.98 0.79 0.33 0.41 0.53 10.25 0.58 0.18 0.04 0.48 0.63 1.91
4 425.5 1.00 0.99 0.71 0.32 0.37 0.63 8.94 0.55 0.22 0.04 0.47 0.64 1.82

注：CPI为碳优势指数; OEP为奇偶优势指数; Pr为姥鲛烷; Ph为植烷; Ts为18 (H) ⁃22,29,30⁃三降霍烷；Tm为 17 (H) ⁃22,29,30⁃三降霍烷; Hopane/Moretane为霍烷/莫烷; S/(S+R)、ββ/(αα+ββ)为不同构型化合物比值; C29Ts/C29H=C29Ts/17α(H), 21β(H)⁃30⁃降霍烷; C30DH/C30H =17α(H) 降霍烷 /17α(H), 21β(H)⁃霍烷

度，均指示原油为低熟—成熟原油[37]。

4.2　成熟度分析

4.2.1　甲基菲指数

原油成熟度的评价一直是研究的热点话题，目前常采用的方法包括生物标志物(甾、萜异构化比值)估算成熟度、芳烃类化合物（异构化比值）估算成熟度、天然气化合物组成和同位素组成估算成熟度、金刚烷成熟度指标等。生物标志物估算法显示原油为低熟—成熟原油。塔中117井原油检测到丰富的芳烃类化合物，其甲基菲指数为1.82~2.04，基于RADKE[38]建立的甲基菲指数与等效镜质体反射率之间的关系：
R O=0.60 MPI+0.40， 0.65%<R O<1.35%
计算结果显示R O值约为0.7%~0.9%，指示现阶段原油的成熟度相当于烃源岩生油窗阶段产物，与原油总体密度较大的特征相吻合。

4.2.2　甲基金刚烷指数

金刚烷类由LANDA等[39]首先在石油中发现，金刚烷作为高成熟原油的指标[40,41,42]，因其较强的热稳定性和抗裂解能力而被应用于评价原油的成熟度和裂解程度。不同的烷基取代位置直接影响着金刚烷的稳定性，由此得到2个金刚烷成熟度指标[43,44]，分别是甲基单金刚烷指数MAI[MAI=1-MA/(1-MA+2-MA)]、甲基双金刚烷指数MDI[MDI=4-MD/(1-MD+3-MD+4-MD)]。甲基金刚烷指数与镜质体反射率R O间的对应关系见表7。
表7 甲基金刚烷指数与镜质体反射率R O关系[41]

Table 7 Relation between methyladamantane index and vitrinite reflectance[41]

MAI/% MDI/% R O/%
50~70 30~40 1.1~1.3
70~80 40~50 1.3~1.6
80~90 50~60 1.6~1.9
>90 >60 >1.9
计算结果显示塔中117井MAI值为77%，位于R O=1.3%~1.6%区间，且接近于1.6%；MDI值为58%，位于R O=1.6%~1.9%区间，且接近于1.9%；因此，金刚烷参数所指示的R O值应大于1.6%，反映金刚烷应为烃源岩高成熟阶段的产物。
DAHL等[37]研究表明，未裂解原油存在一定量的3-+4-甲基双金刚烷，金刚烷类化合物在地质演化过程中既不会被破坏也不会生成，只能通过裂解产生。基于上述原理提出用3-+4-甲基双金刚烷含量评价原油裂解程度：原油裂解程度=（1－未裂解原油3-+4-甲基双金刚烷含量/被测原油中3-+4-甲基双金刚烷含量）×100，塔中117井3-+4-甲基双金刚烷含量为21.39×10-6（表7）， 塔中地区未裂解原油3-+4-甲基双金刚烷含量为10×10-6，计算结果显示该油裂解程度约为50%，反映双金刚烷系列应来源于烃源岩高成熟演化阶段的产物。

4.2.3　天然气分析

塔中117井天然气分析显示，其天然气乙烷碳同位素δ13C2<-28‰,为典型的油型气特征[45]。油型气成因判识图版显示[图10(a)]，塔中117井天然气为原油裂解气，成熟度接近1.0%。根据戴金星[46]建立的油型气δ13C1—R O之间的关系式δ13C1≈15.8 LgR O－42.2 ，折算出天然气成熟度为1.4%~1.6%，更接近于金刚烷参数指示的成熟度。根据其碳同位素分布特征[图10(b)],其碳同位素分布存在反转现象[47] ，甲烷碳同位素已偏离原有趋势，指示油藏可能存在高熟干气的混入。
图10 塔中117天然气成因判识图版（a）及同位素分布图（b）

Fig.10 Origin(a) and isotopic distribution（b） for natural gas of Well TZ117

分子化合物分析结果显示，其正构烷烃分布完整，表明原油保存较好；丰富的高分子生物标志物的发现，表明原油未经历强烈的热蚀变、热裂解作用，不具备烃源岩高成熟阶段特征；甲基菲指数计算显示，原油样品为烃源岩R O=0.7%~0.9%阶段的产物。塔中117井油气具有原油密度偏大，气体干燥系数偏低的特点，表现为正常成熟原油的特征。因此，原油样品主体是烃源岩生油窗阶段的产物。而在原油样品中大量金刚烷系列化合物的发现，不符合原油低熟—成熟的特征。甲基金刚烷指数换算的成熟度显示，金刚烷类化合物应来源于烃源岩R O>1.6%阶段产物；用3-+4-甲基双金刚表征原油裂解程度结果显示，原油样品裂解程度约为50%，与甲基金刚烷指数计算结果相同，表明金刚烷类化合物来源于烃源岩高成熟演化阶段的产物。
甲基菲所指示成熟度、天然气甲烷碳同位素所指示成熟度与甲基金刚烷所指示成熟度之间的差异可能是由于后期油气充注对早期油气的影响，金刚烷类化合物大部分来源于后期高熟油气，指示后期油气成熟度。而天然气同位素与甲基菲所指示成熟度的不同则是因为后期充注流体可能以气为主，则天然气同位素所反映成熟度更接近于后期流体，而甲基菲指数所反映的成熟度更偏向于早期油藏流体的成熟度。塔中117井区油气来源具有多期性。流体包裹体分析也证实了[6,48]，塔中志留系存在明显的多期油气充注，早期充注发生在加里东晚期，此时寒武系烃源岩快速生烃[49,50]。晚期充注发生在燕山—喜马拉雅期使得塔中志留系形成大量油气藏并被保存下来。

5 结论

（1）运用全二维气相色谱—飞行时间质谱仪，对塔中117井原油样品进行分析，结果显示，塔中117井正构烷烃分布完整，且含有丰富的萜烷类化合物，依据甾烷、萜烷等生物标志物成熟度参数与甲基菲指数换算得到的成熟度（R O=0.7%~0.9%），以及天然气干燥系数偏低的特征，判断塔中117井原油主体为烃源岩生油窗阶段生成的产物。
（2）高丰度的金刚烷类化合物的发现，表明塔中117井原油的形成并非单一来源。根据甲基金刚烷指数换算的成熟度，金刚烷类化合物为烃源岩R O>1.6%阶段产物。塔中117井区油藏存在至少2期油气充注，且以早期正常成熟油气为主体，晚期存在高成熟油气充注。

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