塔里木盆地典型来自于寒武系－下奥陶统烃源岩原油的同位素组成特征及其成因探讨

The oils, recently found sourced from the Cambrian-Lower Ordovician strata rocks in the Tarim Basin, NW China, were characterized by enrichment in 13C, with the values of bulk oils around -28‰, which were typically heavier than those oils sourced from the Middle-Upper Ordovician strata by 3-6‰. The reversal stable carbon isotopic patterns were found between the 13C enriched oils and their mother kerogens. Based on the most recently results from the Tarim Basin, this work is aimed to probe the 13C enriched oils comprehensively by the methods of organic petrology, organic geochemistry and paleo-biogeochemistry, to investigate the synchronous variations of the stable isotopes between the oils, their mother kerogens and the inorganic minerals, and then to make the diagnostic analyses of the reversal carbon isotopic patterns between the 13C enriched oils and the kerogens. Combined with the geological background settings of the two sets of main source rocks for the marine crude oils in the Tarim Basin, whether or not the 13C enriched crude oils bear the representative nature will be scrutinized throughout the basin, and then to evaluate the relative contributions of each set of source rocks to the extensive occurring marine crude oils in the Tarim Basin, NW China.

近年来在塔里木盆地发现典型来自于寒武系－下奥陶统烃源岩的原油具有富集13C的特征、其全油稳定碳同位素比值基本上集中在－28‰左右，比来自于中上奥陶统烃源岩的原油偏重3－6‰；同时原油与其母质干酪根之间稳定碳同位素分布存在倒转的特征。本工作结合塔里木盆地海相油气藏勘探研究活动中的最新问题发现，研究目标针对典型源自寒武系－下奥陶统烃源岩的原油富集13C的同位素分布特征入手，综合运用有机岩石学、有机地球化学和古生物地球化学等研究手段深入研究原油及其与烃源岩母质干酪根和无机碳酸盐稳定同位素之间的协同演化成因机制、探讨原油与母质干酪根之间稳定碳同位素倒转现象发生的制约因素。结合塔里木盆地两套海相主力烃源岩发育的具体地质演化背景，分析这些典型源自寒武系－下奥陶统烃源岩的原油富集13C同位素特征在盆地内海相油藏中的代表性，并尝试在此基础上探讨两套海相主力烃源岩针对塔里木盆地海相油藏的相对贡献。

本项目研究工作结合塔里木盆地海相油气藏勘探研究活动中的最新问题发现，研究目标针对典型源自寒武系-下奥陶统烃源岩的原油富集13C的同位素分布特征入手，探讨了原油及其与烃源岩母质干酪根和无机碳酸盐稳定同位素之间的协同演化成因机制；分析这些典型源自寒武系-下奥陶统烃源岩的原油富集13C同位素特征在盆地内海相油藏中的代表性。通过4年的研究工作，取得以下主要认识：1）、对塔里木盆地库鲁克塔格南区展开系统的露头剖面研究工作，认识到塔东地区寒武系烃源岩δ13C非均质展布是由于寒武纪时期海平面下降引起浮游藻/底栖藻比率改变而导致的，并提出塔里木盆地部分原油富集13C很可能是上寒武统烃源岩局部排烃、聚集、成藏的结果。将库鲁克塔格南北两区的多个剖面与TD2井钻井剖面地层曲线进行对比，建立一个受DOC（Dissolved Organic Carbon）控制的动态分层的“三分海洋模型”，即寒武纪海洋可划分为浅水区解耦带、化变区耦合带（有机-无机碳跃变及耦合区带）及深水区解耦带。该海洋模型与当时大气-海洋中高二氧化碳分压有关，能够解释在地史中出现过的更为普遍的同时期有机-无机碳在台地区及深盆区的分异现象。2）、结合生烃母质、热成熟度对干酪根、热解油碳同位素的制约影响及“三分海洋模型”，综合对比元古代广泛存在的脂质体与干酪根之间广泛存在的稳定碳同位素倒转现象及华南下古生界出现黑色页岩建造中可溶组分与不可溶组分之间的碳同位素倒转现象，提出塔里木盆地寒武系-下奥陶统烃源岩有机质存在的δ13C沥青“A”＞δ13C干酪根的现象更有可能是当时大气-海洋高二氧化碳分压引起海水强烈分层，以及频繁的海平面波动，导致异质初级生物母质沉积的结果。3）、综合分析塔里木盆地台盆区烃源岩发育特征、有机质热演化程度、以及生物发育特征等因素，初步研究结果认为目前发现的TD2(Є)和TZ62(S)等原油富集13C同位素的成因可能是它们衍生于局部发育的上寒武统烃源岩、与高丰度的碳酸盐沉积密切相关；而成烃生物母质主要来自于冷生物种（比如硅藻、蓝细菌等）的贡献、受控于冰期冷事件SPICE（the Steptoean Positive Carbon Isotope Excursion）的约束。这些原油的发现只是个别特殊油藏的特征，不能代表塔里木盆地整体寒武系烃源岩的贡献特征，将其作为寒武系烃源岩贡献的端元油藏加以应用讨论是有问题的。