Natural Gas Geoscience >

2020 , Vol. 31 >Issue 7: 962 - 969

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2020.03.012

Study on hydrocarbon accumulation stage of Jurassic Toutunhe Formation in Fudong Slope, Junngar Basin

  • Chao-wei LIU ,
  • Xu-guang GUO ,
  • Ze-sheng WANG ,
  • Ling-li ZHU ,
  • Rong ZHANG ,
  • Hong CHEN
Expand
  • Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Xinjiang Oilfield Company, PetroChina, Karamay 834000，China

Received date: 2019-12-09

  Revised date: 2020-03-21

  Online published: 2020-07-02

Supported by

China National Science and Technology Major Project(2017ZX05001-004)

Science and Technology Major Project of PetroChina(2017E-04-01)

Fold

Highlights

Based on previous studies, the carbon isotope, Pr/Ph ratio and biomarker characteristics are used to investigate the genesis of the Jurassic Toutunhe Formation in the Fudong Slope of Junggar Basin, and in combination with the characteristics of reservoir fluid inclusions, the hydrocarbon accumulation period is discussed. The results show that the carbon isotope of crude oil ranges from -27.59‰ to -29.97‰ with high Pr/Ph ratio, showing the character of mixed. The saturated hydrocarbon chromatography of the crude oil is complete but 25-norhopane can be detected which indicates that there are at least two periods of hydrocarbon charging. The hydrocarbon inclusions are located in micro-fractures within quartz grains with yellow fluorescence and micro-fractures through quartz grains with blue fluorescence. There are two uncontinuous major hydrocarbon accumulation stages. Oil and gas of the first stage is from Permian sapropelic source rocks and was destroyed in the Late Cretaceous. The second stage of oil and gas is a mixture of products from Jurassic humic source rocks and Permian sapropelic source rocks. The oil and gas accumulation process in the study area is characterized by “charging-damage-recharging”.

Cite this article

Chao-wei LIU , Xu-guang GUO , Ze-sheng WANG , Ling-li ZHU , Rong ZHANG , Hong CHEN . Study on hydrocarbon accumulation stage of Jurassic Toutunhe Formation in Fudong Slope, Junngar Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2020 , 31(7) : 962 -969 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.03.012

0 引言

阜康凹陷位于准噶尔盆地东部，是准噶尔盆地六大生烃凹陷之一，发育石炭系、二叠系和侏罗系3套有效烃源岩，油气资源丰富[1,2,3]。阜康凹陷周缘斜坡带处于迎烃面，油源条件充足，目前凹陷东斜坡和北斜坡侏罗系的油气勘探已获突破。本文研究区位于阜康凹陷东斜坡，区内断裂和不整合面发育，油气运移通道条件良好，成藏条件有利。自20世纪80年代对该区侏罗系展开油气勘探以来，先后发现了B27、Fd5、Fd16等多个侏罗系岩性油藏和出油气井点，以侏罗系头屯河组油藏为主[4]。但限于地震资料品质及油水关系复杂等因素的影响，后期部署的多数评价井效果并不理想。
近年来，随着“两宽一高”高密度三维地震资料的应用[5,6]，阜东斜坡侏罗系头屯河组油气勘探再获突破，其中F32井侏罗系头屯河组射孔后无压裂4.0 mm油嘴自喷试产获日产油101.4 t，日产气9 670 m3，展现了该区侏罗系头屯河组具备效益勘探的良好前景。
前人对准噶尔盆地阜东斜坡侏罗系头屯河组的研究主要集中在层序地层、沉积体系、储层特征及其演化方面[7,8,9,10]；对油气成因及来源也进行过一定的研究，通过研究已明确该区侏罗系天然气为来自侏罗系腐殖型源岩的低熟天然气[11,12,13]，但关于该区侏罗系原油来源尚存在一定的分歧，刘芳明[14]、蒋春雪[15]认为阜康凹陷北斜坡和东斜坡侏罗系原油主要来自侏罗系源岩，路俊刚等[16]、SONG等[17]、陈君青等[18]认为三台—阜东地区侏罗系原油主要来自于二叠系源岩。同时随着近年来油气勘探的不断深入，研究区东、西部侏罗系头屯河组油气特征差异越发明显；为此，有必要结合新钻井资料对该区侏罗系头屯河组原油成因做进一步的分析，并结合储层流体包裹体特征及埋藏—地热史来确定成藏期次，建立成藏模式，为阜东斜坡侏罗系头屯河组下一步的油气勘探提供依据。

1 地质概况

研究区位于准噶尔盆地二级构造单元阜康凹陷东部斜坡区，其东与北三台凸起毗邻，为一构造相对平缓的单斜构造（图1）。受燕山晚期构造运动的影响，研究区侏罗系发育近东西向展布的正断层，是油气运聚的重要通道。研究区侏罗系广泛发育，自下而上分别为下侏罗统八道湾组（J1 b）和三工河组（J1 s）、中侏罗统西山窑组（J2 x）和头屯河组（J2 t）以及上侏罗统齐古组（J3 q）。八道湾组和三工河组主要为河流—滨浅湖相沉积，沉积以煤系地层为主，是研究区重要的煤系烃源岩层；西山窑组内部发育煤层，是重要的成煤期；头屯河组和齐古组主要表现为冲积扇—河流相沉积，砂岩与泥岩呈韵律状交互出现（图1）。
图1 研究区位置及阜东斜坡侏罗系综合柱状图

Fig.1 Location of the study area and the stratigraphic column of Jurassic in Fudong Slope

中侏罗统头屯河组是研究区目前的重点勘探层位，发育三角洲平原亚相河道沉积[9]，受多期河道迁移的影响，河道砂体发育，但单层砂体变化快，平面上连续性较差，具有“一砂一藏”的特征。

2 油气地球化学特征及来源分析

阜东斜坡区侏罗系头屯河组油气同产，原油密度为0.801 7~0.911 5 g/cm3，平均原油密度为0.855 3 g/cm3；黏度为2.14~147.68 mPa·s，均值为22.31 mPa·s；含蜡量为2.71%~9.48%，均值为6.52%；凝固点为-12~20 ℃，均值为7.91 ℃；主体为中、低蜡含量的轻—中质原油。天然气主要为原油伴生气，气油比一般小于300 m3/t（表1）。从平面上看，从东部的靠近凸起带到西部的靠近凹陷区侏罗系头屯河组原油密度逐渐变小，对应的黏度变小，气油比呈现出增大的趋势。
表1 阜东斜坡侏罗系头屯河组油井试油及原油物性数据

Table 1 physical properties of oil in Toutunhe Formation, Fudong Slope

井号 日产量 原油物性

气油比

/(m3/t)

油/t 气/（104 m3） 密度/(g/cm3) 黏度/(mPa·s) 含蜡量/% 凝固点/℃
Fd8 5.54 0.911 5

重

↓

轻

 147.68

大

↓

小

 2.71 -4

低

↓

高

F29 6.15 0.884 9 22.33 5.98 10
Fd9 0.8 0.860 2 9.79 8.84 17
B27 4.82 0.022 0.856 1 6.83 2.9 6 45
Fd7 3.6 0.852 0 6.4 6.92 10
Fd052 9.54 0.05 0.887 3 23.82 8.13 18 52
Fd5 10.25 0.066 0.837 8 6.6 3.31 0 64
Fd5 28.56 0.433 0.835 2 6.83 9.48 0 152
F009 20.64 0.231 0.847 5 6.44 4.59 -12 112
F32 101.4 0.967 0.841 8 5.82 8.4 20 95
Fd2 6.67 0.024 0.818 2 3.85 2.87 8 36
F28 31.23 0.869 0.801 7 2.14 8.6 10 278
从原油碳同位素来看，阜东斜坡区F28井、Fd5井等侏罗系头屯河组原油碳同位素值介于-27.59‰~-29.97‰之间，主体重于三台油田B10井和甘河油田T22井典型二叠系源岩产物碳同位素[17]，但略轻于阜康凹陷D1井[19]及阜康凹陷北斜坡Fb3井典型侏罗系源岩产物碳同位素（图2）。原油姥植比呈现出类似的特征，除Fd7井外，阜东斜坡区侏罗系头屯河组原油姥植比大于三台油田B10井和甘河油田T22井原油姥植比，同时小于D1井和Fb3井原油姥植比。
图2 原油碳同位素与姥植比交会图

Fig.2 Diagram of carbon isotope and ratio of Pr/Ph

假定三台油田B10井和甘河油田T22井原油碳同位素均值为-30.93‰为典型二叠系源岩产物碳同位素特征，阜康凹陷D1井原油碳同位素值为-26.09‰为典型侏罗系源岩产物碳同位素特征，利用假定2个端元原油碳同位素定量计算阜东斜坡侏罗系头屯河组原油混合比例，经计算，除F28井、Fd2井以及Fd7井外，二叠系来源的原油对阜东斜坡侏罗系头屯河组原油的贡献达到51%~80%，多数井在60%以上，在一定程度上反映出阜东斜坡区侏罗系头屯河组原油应主要来自于二叠系腐泥型源岩。平面上，研究区侏罗系头屯河组原油密度向凹陷方向（F29井→F28井）逐渐变轻的同时其对应的原油碳同位素组成呈现变重的趋势，表明越靠近凹陷侏罗系来源油气混合比例越大。
研究区侏罗系头屯河组原油族组分碳同位素曲线与典型二叠系腐泥型源岩产物或典型侏罗系腐殖型源岩产物族组分碳同位素曲线形态和分布范围也存在差异（图3），阜东斜坡侏罗系头屯河组原油族组分碳同位素值明显高于三台油田T22井和T55井典型二叠系腐泥型源岩产物，低于D1井和Fb3井典型侏罗系源岩产物；且三台油田T22井和T55井二叠系源岩产物以及D1井和Fb3井侏罗系源岩产物非烃组分碳同位素组成要重于其对应的芳烃组分碳同位素组成；但阜东斜坡区B27井和Fd2井侏罗系头屯河组原油非烃组分碳同位素组成却明显轻于其对应的芳烃组分碳同位素组成，混源特征较为明显。
图3 原油族组成碳同位素曲线

Fig.3 Carbon isotope cruves of group components

综上所述, 结合研究区烃源岩特征, 认为：研究区侏罗系头屯河组原油为二叠系腐泥型源岩和侏罗系腐殖型源岩产物的混合；由于构造位置的差异，2种油气来源混合比例存在一定的差异，斜坡带北部的Fd7井和Fd2井以及东部F28井原油碳同位素组成相对较重，侏罗系源岩产物混合比例应更大。
研究区侏罗系头屯河组原油萜烷化合物中C19三环萜烷含量较低，明显低于C20和C21三环萜烷，同时伽马蜡烷含量较高，与研究区典型二叠系源岩产物特征较为相似；但C24四环萜烷的含量却高于C26三环萜烷，又与侏罗系源岩产物特征存在一定的相似性。此外，多位学者在研究区侏罗系头屯河组原油生物标志物中还发现了一定丰度的25-降藿烷[17,18]，笔者在研究区侏罗系头屯河组原油生物标志物中也发现了此类现象，Fd5井试油获高产，其原油饱和烃色谱完整但萜烷化合物中含有完整的25-降藿烷系列（图4），表明研究区侏罗系头屯河组至少存在2期油气的充注过程。
图4 Fd5井侏罗系头屯河组原油饱和烃色谱及萜烷化合物特征

Fig.4 TIC chromatogram,m/z 177 and m/z 191 mass chromatogram of saturated hydrocarbon of Jurassic Toutunhe Formation oil in Well Fd5

3 流体包裹体特征及成藏期次分析

作为成岩矿物结晶时所捕获的部分成矿流体，流体包裹体包含着诸如储层成岩史、流体运聚成藏史等丰富的信息，根据流体包裹体的分布、荧光特征及均一温度判别油气成藏期次已被广泛认可[20,21,22]。

3.1　流体包裹体特征

显微镜下可观察到阜东斜坡侏罗系头屯河组储层主要发育2期流体包裹体：一期油气包裹体分布于石英颗粒的微裂隙中，一般成带分布、呈透明无色[图5（a）,图5（b）]，显示黄绿色、黄色荧光[图5（c）]；另外一期包裹体成带状分布于切穿石英颗粒微裂隙中，或因溶蚀而成群分布于长石矿物中，该期次包裹体呈透明无色—淡褐色[图5（d）, 图5（e）]，显示蓝色荧光[图5（f）]。通过对流体包裹体分布及显微荧光特征分析初步认为阜康凹陷东斜坡侏罗系头屯河组储集层至少经受2期油气充注。
图5 阜东斜坡侏罗系头屯河组流体包裹体偏光—荧光照片

Fig.5 Polarized light and fluorescent microscope of hydrocarbon inclusion of Jurassic Toutunhe Formation in Fudong Slope

3.2　成藏期次分析

阜东斜坡区侏罗系储集层油气包裹体均一温度呈现双峰型的分布特征（图6），主峰分别为50~60 ℃以及65~85 ℃，虽然不同层位储集层中油气包裹体温度存在一定的差异，但对于整个研究区侏罗系储层成藏时间应基本一致。为此，结合Fd5井埋藏史和地温史（图7）分析认为，阜东斜坡区侏罗系头屯河组存在早白垩世中晚期以及古近纪晚期至今2期成藏过程。
图6 阜东斜坡侏罗系烃类包裹体均一温度分布

Fig.6 Distribution of homogenization temperatures of hydrocarbon inclusions in Jurassic samples from Fudong Slope

图7 Fd5井埋藏史和地温史

Fig.7 Burial-thermal history of Well Fd5

阜康凹陷二叠系烃源岩在中—晚侏罗世达到生烃门限[15,23]，侏罗系烃源岩在白垩纪晚期达到生烃门限[15,24]。早白垩世，由于侏罗系源岩尚未达到生烃门限，二叠系烃源岩构成了研究区头屯河组的第一期油气充注[图8（a）]；早白垩世晚期，受燕山Ⅲ幕构造运动的影响，研究区遭到抬升，白垩系中上统受到不同程度的剥蚀，因此，早期充注的二叠系油气在局部受到一定的破坏[图8（b）]。古近纪晚期至今，随着侏罗系埋深的增加，侏罗系腐殖型源岩也开始成熟生烃，二叠系源岩和侏罗系源岩生成的油气构成了研究区侏罗系头屯河组第二期的油气充注[图8（c）]，故现今原油油质总体较轻，且普遍含气，原油碳同位素、姥植比以及族组分碳同位素呈现出混源的特征。
图8 阜东斜坡侏罗系头屯河组成藏模式

Fig.8 Accumulation process of the oil and gas from the Jurassic Toutunhe Formation in Fudong Slope

4 结论

（1）准噶尔盆地阜东斜坡区侏罗系头屯河组原油姥植比为 1.92~3.62，全油碳同位素值为-27.59‰~-29.97‰，原油族组分碳同位素曲线介于典型二叠系腐泥型源岩产物和典型侏罗系腐殖型源岩产物之间，为侏罗系腐殖型源岩和二叠系腐泥型源岩产物的混合，但主体来源于二叠系腐泥型源岩。
（2）研究区侏罗系头屯河组油气包裹体主要成带状分布于切穿石英颗粒微裂隙和沿石英颗粒微裂隙中，发黄色和浅蓝色荧光；储层油气包裹体均一温度呈双峰，综合分析认为研究区侏罗系头屯河组存在2期油气充注：第一期为早白垩世中晚期，二叠系腐泥型源岩生成油气的充注并在晚白垩世遭到一定程度的破坏；第二期为古近纪晚期至今，侏罗系源岩产物与二叠系源岩产物的混合充注。
（3）研究区侏罗系头屯河组原油密度由东向西（F29井→F28井）逐渐变小，对应原油碳同位素呈现变重的趋势，表明越靠近凹陷，侏罗系来源油气和二叠系来源高熟油气混合比例越大，是寻找轻质油的有利领域。

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