油族划分是含油气盆地分析必不可少的工作，通过油族划分，确定原油的成因类型，可以反推烃源岩的性质。目前，许多学者^[1-3]对油族划分进行过研究，但对不同盆地原油类型的划分结果^[4-6]差别较大，所选取的参数也各不相同^[7-9]。综合来看，油族划分主要选取能反映烃源岩沉积环境、母质来源及原油成熟度的参数。多参数油族划分可以利用更多的地质信息，使油族划分的结果更加科学、合理。前人对赛汉塔拉凹陷油族划分的研究较少，笔者通过对该凹陷12口井17个原油物性数据及12个分子地球化学数据的分析，综合选取反映原油油源及成熟度的生物标志化合物参数对原油进行油族划分，并对不同油族的空间分布及与烃源岩的关系进行讨论，以期为该区的油气勘探提供地球化学依据。

赛汉塔拉凹陷位于二连盆地腾格尔坳陷西部，凹陷南、北两端均为北东走向，中部为北北东走向，总体呈一舒缓“S”形。凹陷西北为苏尼特隆起，南临温都尔庙隆起，东临查干诺尔凸起，东西宽约23 km，南北长约100 km，总面积约2 300 km²，基底埋深大于5 000 m，是腾格尔坳陷内最大的凹陷（图 1）^[10]。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 赛汉塔拉凹陷构造区带划分 Fig. 1 Tectonic units of Saihantala Sag

赛汉塔拉凹陷是二连盆地内较早获得工业油流的凹陷之一。从1981年赛1井首获工业油流至今，历经30余年的勘探，共钻探井111口，其中工业油流井37口，低产油流井7口，已发现腾二段（K₁ bt₂）、腾一段（K₁ bt₁）、阿四段（K₁ ba₄）、阿三段（K₁ ba₃）和古生界（Pz）共5套含油层系，探明石油地质储量1 458万t，预测石油地质储量4 042万t。

二连盆地赛汉塔拉凹陷经历了断陷成湖、扩张深陷、萎缩消亡的断陷湖盆的完整发育阶段^[11-14]，自下而上依次发育古生界基底，侏罗系（J），下白垩统阿尔善组（K₁ba）、腾格尔组（K₁ bt）、赛汉塔拉组（K₁ bs），上白垩统（K₂ e）及古近系（E）地层，以下白垩统地层为主。其中，阿尔善组岩性为砂砾岩、深灰色泥岩互层，腾格尔组主要发育深灰色泥岩、泥质砂岩、灰色砂岩，而赛汉塔拉组岩性主要为杂色砂砾岩与灰色泥岩互层^[15-16]。赛汉塔拉凹陷自下而上发育阿尔善组、腾一段和腾二段等3套烃源岩，由于腾二段烃源岩处于成熟阶段早期，镜质体反射率为0.40%~0.85%，仅在赛东洼槽局部达到0.70%~0.85%，因此腾二段不是赛汉塔拉凹陷的主力烃源岩。阿尔善组—腾一段沉积期为湖盆发育的全盛时期，阿四段—腾一段为连续沉积，是一个完整的水进系列。该凹陷发育了2套重要的烃源岩（阿尔善组和腾一段烃源岩）^[17]。

采集赛汉塔拉凹陷12个原油样品进行原油地球化学特征分析，样品覆盖了凹陷内不同地区，涉及到阿四段、腾一段和腾二段等3个含油层系。此外，收集整理了12口探井17个原油物性数据（表 1，图 2）。采集的原油样品全部进行了饱和烃色质（GC/MS）分析。GC/MS分析在HP6890 Gc/5973MSD色质联用仪上进行，色谱柱为30 m× 0.32 mmHP-5 Ms弹性石英毛细管柱，载气为氦气。

表 1(Table 1)

表 1 赛汉塔拉凹陷原油物理性质 Table 1 The physical properties of crude oil in Saihantala Sag 井名 深度/m 层位 API（/ °） 黏度（/ mPa·s） 凝固点/ ℃ w（硫）/ % w（蜡）/ % [w（胶质）+ w（沥青质）]/% 赛16 1 686.0~1 687.0 K1ba 37.70 49.31 48 0.04 22.20 6.65 2 376.0~2 377.0 37.35 36.89 41 0.05 24.92 10.53 赛2 2 047.2~2 076.6 K1ba 36.21 89.19 43 0.06 17.05 11.90 赛42 2 212.8~2 224.6 K1ba 38.98 8.65 35 0.10 24.85 4.55 赛69 17 64.4~1 804.0 K1ba 34.11 15.02 31 0.07 17.20 15.20 赛79 1 887.4~1 914.0 K1ba 34.99 8.90 22 0.16 11.60 14.40 赛81 2 007.8~2 021.0 K1ba 34.07 29.05 28 0.12 17.60 19.30 赛69 1 411.2~1 429.2 K1 bt1 33.42 14.54 30 0.18 17.50 18.70 赛83 2 029.4~2 052.0 K1 bt1 37.11 6.46 27 0.17 35.88 21.51 赛1 1 784.8~1 807.8 K1 bt2 32.67 14.79 29 0.13 17.10 15.00 1 848.0~1 855.0 31.97 28.49 38 0.20 19.10 23.30 赛44 1 875.8~1 918.2 K1 bt2 31.05 18.93 30 0.17 18.20 26.43 赛56 1 402.4~1 528.0 K1 bt2 28.48 84.93 34 0.22 36.96 31.94 1 501.0~1 507.0 29.06 49.33 28 0.20 16.60 1 525.0~1 528.0 28.71 57.27 34 0.31 17.60 赛80 2 179.0~2 200.5 K1 bt2 32.75 10.30 23 0.12 16.95 17.87 赛84 1 560.0~1 577.0 K1 bt2 28.51 76.31 37 0.28 20.10 33.70

下载CSV 表 1 赛汉塔拉凹陷原油物理性质 Table 1 The physical properties of crude oil in Saihantala Sag

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 赛汉塔拉凹陷腾一段底面构造图及油样井分布 Fig. 2 Oil Samples distribution and bottom structure map of the first member of Tenggeer Formation in Saihantala Sag

整体上赛汉塔拉凹陷原油为低含硫量、低黏度的不饱和黑油，原油硫质量分数为0.045%~0.310%。原油黏度变化明显，不同井区相同层位原油黏度有差异，主要为6.46~89.19 mPa.s，总体属于低黏度原油（表 1）。原油API为28°~39°，并随深度的增加而增加（图 3），阿尔善组和腾一段原油均比腾二段原油密度小、油质轻。原油含硫量和胶质+沥青质含量具有较好的相关关系（图 4），阿尔善组原油呈现低胶质+沥青质含量的特征，整体反映出阿尔善组原油成熟度更高。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 赛汉塔拉凹陷原油API随深度变化关系 Fig. 3 The API change of crude oil with depth in Sanhantala Sag

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 赛汉塔拉凹陷原硫与油胶质+沥青质含量关系 Fig. 4 The relationship between resin+asphaltene content and sulfur content in Sanhantala Sag

赛汉塔拉凹陷原油均未遭到生物降解，腾二段原油的正构烷烃具有奇偶优势，主峰碳为nC₂₁。植烷含量相对较高，w（Pr）/w（Ph）为0.49，表明其形成于还原环境。阿尔善组原油与腾一段原油的饱和烃气相色谱特征相近，主峰碳前移，为nC₁₇~nC₂₁，正构烷烃奇偶优势基本消失，显示出比腾二段原油具有更高成熟度的特征；w（Pr）/w（Ph）为0.59~0.78，比腾二段原油略高，表明阿尔善组和腾一段原油的形成环境与腾二段原油的形成环境相似（图 5）。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 赛汉塔拉凹陷原油饱和烃气相色谱 Fig. 5 The saturated hydrocarbon chromatography of crude oil in Saihantala Sag

阿尔善组、腾一段和腾二段原油的萜烷和甾烷特征相近（图 6），3个层位中原油的伽马蜡烷含量均较低，w（伽马蜡烷）/w（C₃₀霍烷）为0.10~0.22，甾烷中重排甾烷含量很低，规则甾烷含量高，w（重排甾烷）/w（规则甾烷）为0.03~0.08，3个层位中原油的C₂₇—C₂₉规则甾烷均呈“V”字形分布，C₂₇规则甾烷含量低于C₂₉规则甾烷，反映出这些原油具有单一油源的特征。原油的甾烷异构化程度有所不同，w（C₂₉ 20S）[/ w（C₂₉ 20S）+ w（C₂₉ 20R）]为0.35~0.44，w（C₂₉ ββ）[/ w（C₂₉ ββ）+ w（C₂₉αα）]为0.31~0.47（表 2），表明腾二段原油的成熟度较腾一段和阿尔善组原油均偏低。生物标志化合物参数反映出赛汉塔拉凹陷已发现的原油基本为低成熟油—成熟油。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 赛汉塔拉凹陷原油生物标志化合物 Fig. 6 The biomarker characteristics of crude oil in Saihantala Sag

表 2(Table 2)

表 2 赛汉塔拉凹陷原油基本地球化学参数 Table 2 The basic geochemical parameters of crude oil in Saihantala Sag 井名 深度/m 层位 w（伽马蜡烷）/ w（C30霍烷） w（C30*）/ w（C29Ts） w（Pr）/ w（Ph） w（Pr）/ w（nC17） w（Ph）/ w（nC18） w（重排 甾烷）/w（规 则甾烷） CPI w（C29 20S）/ [w（C29 20S）+ w（C29 20R）] w（C29ββ）/ [w（C29ββ）+ w（C29αα）] w（C31 22S）/ [w（C31 22S）+ w（C31 22R）] 赛4-31 1 044.6~1 082.0 K1ba 0.18 0.57 0.69 0.23 0.34 0.08 1.15 0.44 0.47 0.60 赛4-3 990.0~1 073.0 K1ba 0.18 0.46 0.69 0.23 0.35 0.08 1.15 0.43 0.46 0.60 赛93 1 661.8~1 673.4 K1ba 0.22 0.52 0.78 0.22 0.29 0.07 1.15 0.40 0.37 0.59 赛32 759.0~835.2 K1 bt1 0.18 0.43 0.64 0.28 0.43 0.06 1.16 0.40 0.36 0.60 赛32-1x 747.0~843.4 K1 bt1 0.17 0.45 0.67 0.27 0.39 0.07 1.16 0.42 0.40 0.60 赛36-12 1 086.8~1 117.0 K1 bt1 0.11 0.44 0.66 0.24 0.37 0.07 1.19 0.41 0.38 0.60 赛36-10 1 065.0~1 156.8 K1 bt1 0.10 0.41 0.68 0.25 0.38 0.06 1.19 0.40 0.37 0.60 赛36-1 1 162.0~1 181.2 K1 bt1 0.14 0.51 0.68 0.23 0.34 0.08 1.16 0.42 0.41 0.59 赛83x 2 025.6~2 052.0 K1 bt1 0.14 0.51 0.58 0.25 0.45 0.06 1.18 0.40 0.41 0.60 赛63-2x 1 426.2~1 441.4 K1 bt2 0.14 0.35 0.49 0.37 0.78 0.03 1.25 0.35 0.31 0.60 赛33 1 848.4~2 024.6 K1 bt 0.14 0.38 0.59 0.36 0.63 0.07 1.23 0.38 0.37 0.60 赛27 1 656.2~2 311.0 混采 0.15 0.54 0.64 0.22 0.36 0.08 1.16 0.42 0.44 0.62

下载CSV 表 2 赛汉塔拉凹陷原油基本地球化学参数 Table 2 The basic geochemical parameters of crude oil in Saihantala Sag

来自同一烃源岩层或同一油源区的原油为同一油族，同一油族的原油由于运移、保存、后期蚀变等差异会造成地球化学特征的差异，因此地球化学特征相同或相似的同一组原油称为一个油群。油族划分的常用方法为聚类分析法，通过选取反映烃源岩沉积环境、有机质类型及成熟度等参数进行聚类分析，将不同沉积环境的烃源岩生成的原油或同一有机相烃源岩不同阶段生成的原油分开，以确定烃源岩与油气藏的关系，并进一步指导油气勘探。由于造成原油组成差异的原因十分复杂，所以需要综合运用多种参数来进行聚类分析。

油族划分的参数可分为2类，一类为反映烃源岩的有机质来源的参数，即烃源岩有机相；另一类为反映原油成熟度的参数，即同一有机相烃源岩不同成熟度排出的原油^[18-19]。根据生物标志化合物的检测结果（参见表 2），选取伽马蜡烷/C₃₀霍烷，C₃₀^*/C₂₉Ts，Pr/Ph及重排甾烷/规则甾烷等参数进行聚类分析。其中，伽马蜡烷含量可以反映烃源岩沉积时的水体分层程度与水体盐度，含量高表明沉积水体偏咸或水体分层明显^[20-21]。Peters等^[18]的研究指出，C₃₀^*起源于沉积在富含黏土的，氧化—亚氧化环境沉积物中的细菌有机质。C₂₉Ts在原油中广泛存在，因此C₃₀ ^*/C₂₉Ts高可以反映烃源岩是在氧化—亚氧化环境中沉积的。Pr/Ph是经常使用的参数，但由于热成熟度和母源输入的干扰，用于判断烃源岩氧化—还原条件的可信度低，可结合其他参数综合判断。用于判别原油成熟度的参数有很多，比较可靠的有甾烷异构化指数[C₂₉ 20S（/ C₂₉ 20S + C₂₉20R）和C₂₉ββ（/ C₂₉ββ +C₂₉αα）]、烷烃参数（OEP和CPI）以及重排甾烷/规则甾烷。甾烷异构化指数对低成熟度的原油效果明显，而重排甾烷/规则甾烷则可用于评价高成熟度的原油。本次研究选取的参数考虑了烃源岩的沉积环境、母质来源以及成熟度等方面的影响。

选取原油伽马蜡烷/C₃₀霍烷，C₃₀^*/C₂₉Ts，Pr/Ph，重排甾烷/规则甾烷及异构化等参数进行聚类分析，赛汉塔拉凹陷原油可划分为2个油族（图 7）。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 赛汉塔拉凹陷原油油族划分：聚类分析谱系 Fig. 7 Cluster analysis of pedigree for oil families of crude oil in Saihantala Sag

油族1：主要是赛4、赛32、赛36、赛93、赛83x井区（图 8）腾一段和阿尔善组油藏原油，为腾一段和阿尔善组烃源岩成熟阶段排出的原油。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 赛汉塔拉凹陷不同油族原油平面分布 Fig. 8 Planar distribution of different oil families in Saihantala Sag

油族2：主要是赛63井区（图 8）腾二段油藏原油，为腾一段或腾二段烃源岩成熟阶段早期排出的原油。

油族1（腾一段和阿尔善组原油）成熟度较高，Pr/nC₁₇与Ph/nC₁₈均相对较低，甾烷异构化程度相对较高。油族2（腾二段原油）成熟度较低（图 9）。不同层段原油在Pr/Ph与伽马蜡烷/C₃₁霍烷离散图上显示出这2类原油的特征，伽马蜡烷指数差别不大，主要是Pr/Ph存在轻微差异（图 10），反映出所有原油的来源相近，仅成熟度有差异，说明Pr/Ph的差异也是由于原油的成熟度造成的。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 赛汉塔拉凹陷原油Pr/nC17与Ph/nC18（a）及C29 20S/（C29 20S+ C29 20R）与C29ββ /（C29ββ + C29αα）（b）关系 Fig. 9 Cross-plots of Pr/nC17and Ph/nC18(a) and C29 20S/(C29 20S+ C29 20R) and C29ββ /(C29ββ +C29αα)(b) of crude oil in Saihantala Sag

图 10

Fig. 10

下载eps/tif图 图 10 赛汉塔拉凹陷不同层段原油伽马蜡烷/C30霍烷与Pr/Ph关系 Fig. 10 The relationship between Pr/Ph and gammacerane/C30Hopane of crude oil of different layers in Saihantala Sag

烃源岩在不同成熟阶段排出的油气性质不同，在宏观上主要体现为原油的API和GOR会随着成熟度的增加而变大。根据成熟度对原油进行油族划分简便易行，这种划分方法对同一类型的烃源岩生成的原油效果明显，对于多套烃源岩或不同有机相烃源岩生成的原油，则需要使用不受成熟度影响或成熟度影响较小的生物标志化合物参数进行对比。二连盆地为代表的小型断陷湖盆烃源岩形成环境相似，母质类型较为单一，对于同一有机相的烃源岩，根据Pepper等^[18]烃源岩的生烃模型，烃源岩在不同成熟阶段生成油气的量是可以定量估算的，通过按原油成熟度对原油进行划分，可以估算每一类原油的总量及每一类原油的空间分布，进而根据总资源量与探明储量的关系，推测出剩余资源量及其分布，并进一步指导油气的勘探。赛汉塔拉凹陷烃源岩主要为腾一段和阿尔善组，整体上成熟度偏低，勘探应以中等成熟度原油为主，勘探层位也应集中在阿尔善组和腾一段储层中；对腾二段以上的浅层储层，更应关注油气的运移条件。

（1）赛汉塔拉凹陷原油为低含硫量、低黏度的不饱和黑油。

（2）原油的饱和烃气相色谱及萜烷和甾烷色谱-质谱显示出3个层位原油的烃源岩沉积环境相似，为烃源岩在不同成熟阶段排出的原油，阿尔善组和腾一段原油成熟度均高于腾二段原油。

（3）选取原油伽马蜡烷/C₃₀霍烷，C₃₀ ^*/C₂₉Ts，Pr/Ph，重排甾烷/规则甾烷及甾烷异构化等参数作聚类分析，将赛汉塔拉凹陷原油划分为2个油族。油族1为烃源岩在成熟阶段排出的原油，以阿尔善组和腾一段原油为代表，油族2为烃源岩在成熟阶段早期排出的原油，以腾二段原油为代表。