0 引言
玛湖凹陷是准噶尔盆地重要的富烃凹陷，近年来，油气勘探屡获重大突破，先后在断裂带和斜坡区发现了多个亿吨级的石油储量区，形成了多层系含油、多类型成藏的场面，是油气勘探的热点和重点区域[1⇓⇓⇓⇓-6]。玛湖凹陷多层系含油，其原油类型及来源研究对进一步勘探具有重要的指导意义。有关玛湖凹陷原油类型及来源，前人做了大量工作，最主要的观点是根据C20、C21和C23三环萜烷（tricyclic terpane，简称TT）特征将原油分为上升型、山峰型和下降型3类，并认为这3种类型原油分别来源于二叠系风城组、下乌尔禾组和佳木河组烃源岩[7⇓⇓⇓-11]。在此基础之上，部分学者虽然也提出了其他观点，认为不同类型原油来源于不同层位烃源岩[12⇓-14]，也有学者认为原油主要来源于风城组烃源岩，但并未从内在原因进行深入研究[15⇓⇓-18]。笔者发现，玛湖凹陷不同类型原油在不同层位均有分布，即使风城组内部也存在不同类型原油。为了明确立体满凹富油的玛湖凹陷大油区勘探方向，认识玛湖凹陷已发现的大量不同类型原油的来源及成因已成为亟需重新认识的关键问题。本文基于玛湖凹陷不同层位原油及烃源岩地球化学参数、烃源岩生烃热模拟实验等资料，结合地质背景和前人研究成果，进行系统的原油类型划分和油源对比，揭示玛湖凹陷大油区不同类型原油来源及分布规律，厘清不同类型原油的成因，旨在为玛湖凹陷进一步立体油气勘探提供重要的参数依据。
1 研究区地质概况
准噶尔盆地位于新疆维吾尔自治区北部，是中国西部大型叠合含油气盆地，总面积约13×104 km2（见图1a ）[19-20]。玛湖凹陷位于准噶尔盆地的西北缘，构造样式表现为倾角为3°~5°的东南倾单斜，是准噶尔盆地最富烃的凹陷之一，其西北部与乌夏断裂带和克百断裂带相邻，东部与英西凹陷、三个泉凸起和夏盐凸起紧邻，南部与达巴松凸起接壤，面积约5×103 km2（见图1b ）[14,21 -22]。玛湖凹陷地层发育较全，自下而上发育石炭系（C）、二叠系佳木河组（P1j）、风城组（P1f）、夏子街组（P2x）、下乌尔禾组（P2w）、上乌尔禾组（P3w）；三叠系百口泉组（T1b）、克拉玛依组（T2k）、白碱滩组（T3b）；侏罗系八道湾组（J1b）、三工河组(J1s)、西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）；白垩系吐谷鲁群（Kltg）以及古近系、新近系与第四系（见图1c ）。其中石炭系—二叠系、下乌尔禾组—上乌尔禾组、二叠系—三叠系、三叠系—侏罗系、侏罗系—白垩系等之间形成多套区域性不整合[23-24]。玛湖凹陷多层系含油，主要产层为下三叠统百口泉组（T1b）和二叠系上、下乌尔禾组（P3w、P2w），凹陷内及其周缘累计探明石油地质储量近30×108 t，主力烃源岩为二叠系风城组，主要盖层为夏子街组、下乌尔禾组、白碱滩组和吐谷鲁群的厚层泥质岩（见图1c ）[26]。本文主要以玛湖凹陷大油区为研究对象，包括研究区各烃源岩层及多套含油层系。
2 烃源岩特征
2.1 主要烃源岩分布情况
玛湖凹陷发育石炭系、下二叠统佳木河组、下二叠统风城组和中二叠统下乌尔禾组4套潜在烃源岩[17,25,27 -28]（见图2 ）。其中，下乌尔禾组烃源岩分布范围较广（见图2a ），岩性以深灰色—黑色泥岩和炭质泥岩为主，厚度为0~150 m，由北向南厚度依次增加；风城组烃源岩是迄今发现最古老的碱湖烃源岩，也是玛湖凹陷主力烃源岩层位，其优质烃源岩分布面积约3 800 km2，厚度为50~300 m（见图2b ），岩性以泥质白云岩、白云质泥岩为主，主要分布在玛北地区[1,25]；佳木河组和石炭系烃源岩分布类似，整体呈西北厚东南薄的特征，佳木河组烃源岩主要以泥岩和凝灰质泥岩为主，厚度为25~250 m（见图2c ）；石炭系泥岩主要集中在西北缘，厚度为0~200 m（见图2d ）。
2.2 有机地球化学特征
根据岩石总有机碳含量、热解（Rock-Eval）参数分别绘制了烃源岩TOC与生烃潜量（S1+S2）关系图、Tmax与HI关系图、Tmax与深度关系图以及Ro与深度的关系图（见图3 ），对玛湖凹陷不同层位烃源岩有机质丰度、类型和成熟度进行对比分析。结果显示，烃源岩的TOC和生烃潜量（S1+S2）具有较好的线性关系（见图3a ），这反映同一层位烃源岩母质类型相对稳定，但不同层位烃源岩有机质丰度和类型差异较大。通常，根据TOC和生烃潜量（S1+S2）将烃源岩划分为差、中等、好和极好，其有机碳含量界限分别为0.5%，1.0%，2.0%；生烃潜量值界限分别为2，6，20 mg/g。风城组烃源岩有机碳含量主要分布在中等—好，生烃潜量（S1+S2）也整体处于中等—好；石炭系、佳木河组和下乌尔禾组烃源岩有机碳含量明显高于风城组烃源岩，主要处于好—极好，但其生烃潜量却分布在差—好范围内。整体来看，风城组烃源岩TOC含量整体处于中等—好，相同TOC值的风城组烃源岩具有更高的生烃潜量（S1+S2）（见图3a ），表明风城组烃源岩生烃能力明显高于其他层位烃源岩。烃源岩Tmax与HI关系图显示，风城组烃源岩母质类型主要为Ⅱ型和Ⅰ型，具有极好的生油能力，而其他层位烃源岩样品大多数分布在Ⅲ型范围内，部分石炭系样品属于Ⅱ2型（见图3b ），显示了倾气特征，生油能力极差。烃源岩Tmax和Ro均随深度的增加而增大（见图3c 、图3d ），且4个层位的烃源岩大部分达到了成熟阶段，石炭系烃源岩甚至达到了高成熟阶段。总的来说，玛湖凹陷风城组烃源岩生烃能力强且以生油为主，其他层位烃源岩生烃能力较低，以生气为主，生油能力差。
2.3 生物标志化合物特征
生物标志化合物是进行烃源岩特征分析和油源对比的重要依据。研究区烃源岩饱和烃色谱质谱（GC-MS）对比图显示（见图4 ），不同层位烃源岩生物标志化合物特征也存在明显差异。下乌尔禾组烃源岩岩性以泥岩和炭质泥岩为主，总离子流图（TIC）为明显的双峰特征，且多数具有后峰优势，姥植比（Pr/Ph）明显较高，多数样品大于2.5；三环萜烷相对含量明显较低，Tm、C29藿烷和C31藿烷相对含量较高，且Ts、C35藿烷含量极低；C27-C28-C29规则甾烷呈“√”型，具有C29甾烷优势（见图4a ），整体表现出煤系或炭质泥岩的特征。风城组烃源岩主要为泥岩和白云质泥岩，主要特点是具有明显的β-胡萝卜烷和γ-蜡烷含量优势，指示高盐度的沉积环境；甾烷相对含量明显较高；C20、C21和C23三环萜烷呈上升型，相对含量主要受成熟度影响；C27-C28-C29规则甾烷呈上升型（见图4b ）。研究区钻遇佳木河组和石炭系烃源岩的井较少，佳木河组以风城1井为代表，石炭系主要以盐探1井为代表，其中佳木河组烃源岩生物标志化合物特征与风城组较为相似，具有明显的β-胡萝卜烷和γ-蜡烷优势，C20、C21和C23三环萜烷呈上升型和山谷型，C27-C28-C29规则甾烷呈上升型（见图4c ），但是由于样品较少，代表性较差；石炭系烃源岩生物标志化合物特征差异较大，C20、C21和C23三环萜烷呈上升型和下降型皆有，β-胡萝卜烷含量、C27-C28-C29规则甾烷峰型差异均较大（见图4d ），可能受到了原油浸染作用的影响。
3 三类原油分布及其来源
3.1 空间分布
玛湖凹陷原油生物标志化合物谱图特征整体相似，包括总离子流图（TIC）无明显的基线漂移、具有明显的前峰型特征、β-胡萝卜烷和γ-蜡烷含量具明显优势、C27-C28-C29规则甾烷呈上升型等（见图5 ）。其主要差异体现在C20、C21和C23三环萜烷峰型及相对含量、β-胡萝卜烷相对含量和甾烷异构化参数等。根据C20、C21和C23三环萜烷分布形态，将玛湖凹陷原油划分为A类、B类和C类3种类型（见图5 、表1 ）。其中，A类原油C20、C21和C23三环萜烷分布形态呈上升型，三环萜烷相对含量较低，基本小于C30藿烷，β-胡萝卜烷相对含量较高，甾烷异构化参数较小，表明原油成熟度较低；C类原油C20、C21和C23三环萜烷分布形态呈下降型或下凹型，三环萜烷相对含量高，明显高于C30藿烷，β-胡萝卜烷相对含量较小，甾烷异构化参数高，表明原油成熟度较高；B类原油C20、C21和C23三环萜烷分布形态呈山峰型，三环萜烷相对含量变化较大，β-胡萝卜烷相对含量和甾烷异构化参数位于A类和C类之间，表明原油成熟度处于两者之间。
表1 准噶尔盆地玛湖凹陷大油区原油类型划分表 |
| 原油类型 | 三环萜烷峰型 | β-胡萝卜烷/n-Cmax | γ-蜡烷/C30-藿烷 | ββ/(αα+ββ)-C29甾烷 | TT/(TT+ C30-藿烷) | 分布区域 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A类 | 上升型 | 0.29~4.86 1.38 | 0.30~0.80 0.59 | 0.18~0.58 0.46 | 0.15~2.09 0.72 | 凹陷边缘 |
| B类 | 山峰型 | 0.05~1.54 0.47 | 0.33~0.59 0.49 | 0.49~0.65 0.58 | 0.63~4.49 1.50 | 斜坡区 |
| C类 | 下降型 | 0.12~0.50 0.34 | 0.31~0.82 0.40 | 0.57~0.73 0.65 | 1.23~7.45 2.67 | 凹陷中部 |
注：分子为数值范围，分母为平均值 |
玛湖凹陷主要含油层系（风城组、下乌尔禾组、上乌尔禾组、百口泉组及克拉玛依组）的原油类型平面分布图显示（见图6 ），不同类型原油在空间上有序分布，从凹陷边缘到内部，依次发育A类、B类、C类原油。不同类型原油在空间上分布具有明显的继承性，A类原油分布广泛，几乎每个层系都有分布，平面上主要集中在玛南斜坡高部位以及玛北地区，更靠近凹陷边缘（见图6 ）；B类原油分布层位也较广泛，但平面分布范围较小，主要集中在玛南斜坡区，比A类原油更靠近凹陷内部（见图6a —图6d ）；C类原油主要分布在百口泉组和克拉玛依组（见图6d 、图6e ），平面上集中在玛湖凹陷中部，分布范围较广。
3.2 油气来源
3.2.1 有机质碳同位素组成对比
原油、抽提物及干酪根碳同位素组成是进行油源对比的重要参数，由于成熟度和源岩母质类型的影响，成熟度越高或偏向腐殖型的烃源岩碳同位素组成相对较重。准噶尔盆地玛湖凹陷不同层位烃源岩干酪根与抽提物碳同位素组成关系图显示（见图7a ），风城组烃源岩干酪根碳同位素值基本都小于−25.5‰，抽提物碳同位素组成值小于−28‰，属于Ⅱ型和Ⅰ型有机质；而其他层位烃源岩干酪根碳同位素值明显大于−25.5‰，抽提物碳同位素值大部分大于−28‰，表明风城组烃源岩以生油为主，其他层位烃源岩以生气为主。玛湖凹陷原油碳同位素组成与不同层位烃源岩抽提物碳同位素组成对比图显示（见图7b —图7f ），玛湖凹陷原油碳同位素值分布在−31.6‰~−28.3‰，与风城组烃源岩抽提物碳同位素值具有很好的对应关系，而与其他层位（碳同位素值大部分大于−28‰）相差较大，很显然，这表明了玛湖凹陷不同层位原油主要来源于风城组烃源岩。
3.2.2 生物标志化合物参数对比
除碳同位素组成外，生物标志化合物参数也是油源对比的重要方法之一。图8 是不同层位烃源岩和玛湖凹陷原油的Pr/Ph与β-胡萝卜烷/n-Cmax、Pr/Ph与γ-蜡烷/C30-藿烷以及(C19TT+C20TT)/C23TT与C24TeT/C26TT的关系图，生物标志化合物参数显示风城组烃源岩主要沉积于缺氧还原、盐度较高的水体，以藻类输入为主；上乌尔禾组烃源岩主要沉积于弱还原—弱氧化的微咸水—淡水中，以高等植物输入为主；佳木河组烃源岩特征与风城组相似，但由于样品较少代表性不强；石炭系烃源岩沉积水体环境变化较大，以高等植物输入为主。图8 中玛湖凹陷原油样品基本与风城组烃源岩样品的位置重叠，而与其他层位烃源岩具有一定差异，进一步表明了玛湖凹陷原油主要来源于风城组烃源岩。
综合上述研究区烃源岩厚度、生烃潜力、碳同位素组成、生物标志化合物等参数，结合原油地球化学特征及地质分布特征，认为玛湖凹陷不同层系、不同类型的原油均主要来源于风城组烃源岩。首先，风城组既是优质的烃源岩，也是良好的油气聚集层，已发现的原油显示，风城组内部存在A类、B类和C类3种类型原油（见图6a ），因此，“不同类型原油来源于不同层位烃源岩”的认识就不合理。其次，风城组烃源岩有机碳含量虽然相对其他层位较低，但烃源岩厚度大，氢指数和生烃潜量较高，有机质类型以Ⅱ型和Ⅰ型为主，生油能力强；其他层位烃源岩有机碳含量虽然相对较高，但生烃潜力较差，有机质类型以Ⅲ型为主，以生气为主，缺乏生油能力（见图3 ）。玛湖凹陷多层系含油，凹陷内与周缘累计探明石油地质储量近30×108 t，只有厚度大、生油能力强的风城组烃源岩才具备提供大量液态石油的能力。最后，碳同位素组成和生物标志化合物特征显示（见图7 、图8 ），玛湖凹陷原油与风城组烃源岩特征具有很好的对应关系，与其他层系烃源岩特征相差甚远，进一步证明玛湖凹陷原油主要来源于风城组烃源岩。
4 三类原油成因及勘探意义
4.1 成因分析
通常，原油物性及地球化学特征主要受烃源岩母质类型及成熟度的影响。上述研究表明玛湖凹陷原油主要来源于风城组烃源岩，即A类、B类和C类原油均主要来源于风城组烃源岩。已发现烃源岩生物标志化合物特征显示（见图4 ），风城组烃源岩的C20、C21和C23三环萜烷分布形态基本都为上升型，似乎只与A类原油相似，但进一步研究发现，不同类型原油之间的差异可能主要是由热演化差异造成的。
4.2 空间分布模式及勘探意义
已有研究表明，玛湖凹陷发育大量深大断裂，这些断裂主要形成于印支期，对应于玛湖凹陷风城组烃源岩的生油高峰期，断裂断距大、断层缝直接与烃源岩沟通，是油气运移的良好通道[10,30]。玛湖凹陷不同类型原油在剖面上的分布特征显示（见图10 ），凹陷边缘部位风城组烃源岩埋深相对较浅，成熟度相对较低，生成的原油成熟度也相对较低，因此，凹陷边缘主要以A类原油为主（见图6 ）；凹陷内部风城组烃源岩成熟度高，主要生成C类原油，原油沿断裂运移至中上二叠统—三叠系优质储集层中聚集成藏，次生断裂和多期不整合面为油气提供调整及侧向运移通道；凹陷斜坡区主要分布B类原油，为A类原油和C类原油的混合。总的来说，玛湖凹陷大油区烃源岩潜力大、断裂众多、储集层发育，为典型的源-断-储耦合与源内成藏模式（见图10 ）。据此推测，玛中地区深部位可能发育大量成熟度更高、油质更轻的C类原油或天然气；由凹陷边缘到凹陷内部，风城组内依次发育A类、B类、C类原油，油藏类型依次由常规油藏过渡到致密油气聚集再到页岩油气聚集。
玛湖凹陷不同类型原油来源于不同热演化阶段的风城组烃源岩这一新认识，有效地解释了不同类型原油的来源和成因问题，是对风城组作为凹陷主力烃源岩的客观认识，对于凹陷不同部位、不同深度风城组烃源岩的主力贡献区的确认以及凹陷全方位立体找油进行深入的源-储关系研究提供了新视角，对玛湖凹陷大油区全油气系统不同性质原油分布及有利勘探区预测具有极为重要的指导作用。
5 结论
玛湖凹陷发育4套潜在烃源岩，其中，风城组烃源岩有机碳含量处于中等—好，烃源岩厚度大、氢指数和生烃潜量较高，有机质类型以Ⅱ型和Ⅰ型为主，生油能力极强；石炭系、佳木河组和下乌尔禾组烃源岩虽然有机碳含量相对较高，但有机质类型以Ⅲ型为主，以生气为主，不具备大量生油的能力。
根据C20、C21和C23三环萜烷特征，将玛湖凹陷原油划分为A类、B类和C类。A类、B类、C类原油三环萜烷分布形态依次呈上升型、山峰型和下降型，其三环萜烷相对含量和甾烷异构化参数（比如ββ/(αα+ββ)-C29甾烷）逐渐增加，β-胡萝卜烷含量逐渐减小，指示原油成熟度逐渐升高。
不同类型原油的空间分布具有明显的有序性和继承性。其中，A类原油分布层系广泛，平面上主要集中在玛南斜坡高部位以及玛北地区，更靠近凹陷边缘；B类原油分布层位广泛，平面分布范围较小，主要集中在玛南斜坡区；C类原油平面上主要集中在玛中地区，分布范围较广。
油源对比和热模拟实验等结果显示，玛湖凹陷不同层系的A类和C类原油来源于不同热演化阶段的风城组烃源岩，而B类原油为A类和C类原油的混合。玛湖凹陷大油区为典型的源-断-储耦合与源内成藏模式，推测玛中地区深部位多层段应发育大量成熟度更高、油质更轻的C类原油或天然气；由凹陷边缘到凹陷内部，依次发育A类、B类、C类原油，油气类型依次为常规油-致密油-页岩油。
在进行油源对比分析时，首先考虑原油、抽提物及干酪根碳同位素组成特征，其次是风城组来源油典型的特征参数，如γ-蜡烷/C30-藿烷、β-胡萝卜烷/n-Cmax、(C19TT+C20TT)/C23TT等参数。此外，识别被运移烃浸染的烃源岩也是至关重要的。
符号注释：
HI——氢指数，mg/g；Ro——镜质体反射率，%；S1——岩石中的游离烃含量，mg/g；S2——岩石中的热解烃含量，mg/g；Tmax——岩石最高热解峰温度，℃；TOC——总有机碳含量，%。