齊玉民，郝鵬，王渝，佟朝暉，李志勇，王巖巖

（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司中海油實驗中心，天津 300452）

0 引言

位于渤海海域渤中凹陷的石南陡坡帶一直是渤中凹陷一個重要的、具有極大勘探價值的構(gòu)造帶，是石臼坨凸起億噸級大油田油氣運移的必經(jīng)之路，成藏位置十分有利，勘探潛力巨大［1-2］。近年來，渤中凹陷西次洼陡坡帶油氣勘探取得重大突破，新近系、古近系都獲得了不同程度的油氣發(fā)現(xiàn)，揭示了該區(qū)復式油氣成藏的特點。

為了實現(xiàn)陡坡帶油氣的進一步挖潛，油源分析成為油氣勘探過程中亟待解決的重點工作內(nèi)容之一。前人對渤中凹陷西次洼鄰近的南堡35-2油田的油氣地球化學特征和來源［3］及渤中西次洼的層序地層［4］、成藏主控因素等［5-6］進行了研究，也取得了一定的認識，但是對渤中凹陷西次洼烴源巖地球化學特征缺乏系統(tǒng)分析。尤其對于多套烴源巖導致的多源混源成藏，精細油源對比是十分必要的工作，必須依據(jù)多種地球化學數(shù)據(jù)，采用綜合分析手段，明確主力烴源巖，得出鑒別各套烴源巖的組合參數(shù)，才能準確判斷源巖和油之間的成因聯(lián)系［7-13］。本文利用多種地球化學資料，重點討論了烴源巖的地球化學特征，從有機質(zhì)來源和沉積環(huán)境角度總結(jié)出生物標志化合物鑒定標志，分層次綜合研究石油與洼陷內(nèi)發(fā)育的多套烴源巖的聯(lián)系，以期對渤中西次洼陡坡帶的油氣運聚成藏研究和進一步的勘探提供基礎(chǔ)認識。

1 地質(zhì)背景

渤中凹陷是渤海海域面積最大的二級構(gòu)造單元，位于渤海海域西南部，面積約1.2×104km2，是渤海灣盆地古近紀和新近紀的沉積和沉降中心，也是最富烴凹陷之一［14］。渤中西次洼位于渤中凹陷的西北部，為一個次級單元，面積約2 000 km2，其北與石臼坨凸起南部斷層相連，西南緊鄰沙壘田凸起，東部為渤中凹陷主洼，主要沉積地層包括古近系沙河街組（Es）、東營組（E3d）和新近系館陶組（N1g）、明化鎮(zhèn)組（N1m），烴源巖主要發(fā)育在沙三段、沙一段、東三段和東二下亞段［6］。渤中西次洼北部陡坡帶發(fā)育長期活動斷裂溝通油源，油氣運移通暢，目前在古近系東三段、東二段和新近系館陶組、明下段均獲得了較好油氣發(fā)現(xiàn)。

2 烴源巖地球化學特征

2.1 烴源巖基本特征

據(jù)統(tǒng)計，渤中凹陷西次洼沙三段烴源巖有機質(zhì)豐度相對較高，總體為優(yōu)質(zhì)烴源巖。其總有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.75%～4.29%，平均為1.99%；生烴潛量為1.08～24.34 mg/g，平均為6.16 mg/g；干酪根以Ⅱ2型為主，鏡質(zhì)體反射率（Ro）基本大于0.7%，整體處于成熟演化階段。沙一段烴源巖達到了一般—好級別。其總有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.46%～2.80%，平均為1.16%；生烴潛量為1.94～18.76 mg/g，平均為5.95 mg/g；干酪根以Ⅱ型和Ⅰ型為主，鉆遇樣品Ro大部分大于0.7%，顯示為成熟階段。東三段烴源巖從一般到很好級別均有分布。其總有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.46%～3.02%，平均為1.84%；生烴潛量為1.44～20.88 mg/g，平均為9.9 mg/g；Ⅱ1和Ⅰ型干酪根占多數(shù)，有機質(zhì)處于低熟—成熟階段。東二下亞段樣品有機質(zhì)豐度最低，差和一般烴源巖占絕大多數(shù)。其總有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.27%～1.90%，平均為0.91%；生烴潛量為0.53～1.17 mg/g，平均為3.40 mg/g；干酪根屬Ⅱ型，總體處于未熟—低熟油生成階段（見圖1）。結(jié)合有效烴源巖分布范圍以及生烴基本條件，沙三段、沙一段以及東三段是渤中凹陷西次洼最主要烴源巖發(fā)育層位。

圖1 渤中凹陷西次洼烴源巖評價

2.2 生物標志化合物組合特征

烴源巖的生物標志物組合受沉積環(huán)境、母源有機質(zhì)類型和有機質(zhì)熱演化程度等多方面因素的影響［15］。前人研究表明，渤中凹陷沙河街組和東營組烴源巖均形成于古近紀裂陷期的陸相湖盆環(huán)境［16］，致使東營組和沙河街組各套烴源巖的生物標志物分布特征具有一定的相似性，但沉積環(huán)境和有機質(zhì)母源的差異，使得它們在生物標志物組合特征上又有所不同。

沙三段和沙一段烴源巖正構(gòu)烷烴分布絕大多數(shù)為前峰型，主峰碳均在C22以下（見表1），奇偶優(yōu)勢指數(shù)（OEP）接近1.00，表明母質(zhì)來源以低等水生生物為主；東三段部分層位奇偶優(yōu)勢明顯（OEP＞1.20），并且存在高碳數(shù)（C27以上）的正構(gòu)烷烴分布，主要反映了陸源有機質(zhì)的輸入。沙三段姥鮫烷植烷豐度比 （Pr/Ph）為0.91～1.55，表明為弱還原—弱氧化的沉積環(huán)境；沙一段泥巖Pr/Ph為0.52～0.81，具有明顯的植烷優(yōu)勢，代表了強還原環(huán)境，該時期湖泊類型可能為半咸水—咸水湖泊；東三段 Pr/Ph為 0.53～3.05，部分樣品大于 3.00，具有明顯的姥鮫烷優(yōu)勢，可能代表一定氧化條件下陸源有機質(zhì)的輸入，結(jié)合其具有較高的總有機碳質(zhì)量分數(shù)和較好的有機質(zhì)類型（見圖1），推測東三段以濱淺湖—中深湖淡水湖相沉積為主。

表1 渤中凹陷西次洼烴源巖地化參數(shù)統(tǒng)計

渤中西次洼烴源巖樣品中萜烷系列化合物中的藿烷系列、三環(huán)萜烷和非藿烷的五環(huán)三萜烷廣泛存在（見圖2）。3套烴源巖中三環(huán)萜烷化合物的豐度存在明顯差異，其中 C24/C26（S+R）（C24四環(huán)萜與 C26（S+R）三環(huán)萜豐度比）能夠反映沉積時期陸源有機質(zhì)的輸入［17］。沙三段該值中等，表明陸源有機質(zhì)輸入有限；沙一段有所下降，平均值僅為0.42，表明該時期陸源輸入很少，有機質(zhì)來源主要為低等水生生物；東三段該值上升，平均值達到了2.75，表明陸源有機質(zhì)輸入高，這與正構(gòu)烷烴反映的結(jié)果是一致的。值得一提的是，全區(qū)的烴源巖樣品中奧利烷/C30藿烷指數(shù)大多在0.10以下，但是東三段奧利烷豐度在3套烴源巖中相對最高，再次表明東三段陸源生物標志化合物發(fā)育，C24/C26（S+R）可以作為區(qū)分各套烴源巖的可靠指標。

東三段和沙三段γ蠟烷異常指數(shù)均小于1.00，沙一段3個泥巖樣品的γ蠟烷異常指數(shù)都在1.20以上（見圖2），表明沙一段烴源巖沉積時期，耐鹽生物繁盛，γ蠟烷豐富，該時期為具有水體分層的強還原咸水湖環(huán)境，與低的Pr/Ph相符。

沙一段和沙三段規(guī)則甾烷系列化合物中，ααα 20R-C27，C28，C29甾烷均呈“V”字型或“L”型分布，即C27＞C28，C28＜C29，都略具 C27優(yōu)勢，不存在明顯差異，東三段烴源巖具有 C29優(yōu)勢（見圖 2）。 C29S/（R+S）（（ααα+αββ）C2920S/20（R+S）甾烷豐度比）反映成熟度總體上較低，其中沙三段和沙一段段烴源巖達到了成熟，東三段為低熟階段。C30-4-甲基甾烷的豐度在不同層系烴源巖中存在較明顯的差異，可以作為區(qū)分不同層系烴源巖的又一標志。沙一段和東三段4MSI（C30-4-甲基甾烷與C29甾烷豐度比）都不到1.00，在沙三段4MSI的平均值高達1.42，這與當時的低水動力的湖盆發(fā)育環(huán)境密不可分，水體穩(wěn)定且形成分層，水體底部形成的缺氧環(huán)境適宜溝鞭藻等藻類的發(fā)育［18-19］（見表1）。

綜合考慮渤中凹陷西次洼烴源巖的沉積環(huán)境、有機質(zhì)類型及成熟度等因素，選擇 C24/C26（S+R）、C29S/（R+S）、γ蠟烷異常指數(shù)及4MSI等4個參數(shù)來有效表征不同層段烴源巖的特征，它們是研究區(qū)油源對比的可靠參數(shù)。其中：沙三段C24/C26（S+R）值中等，γ蠟烷異常指數(shù)呈低值，而 C29S/（R+S），4MSI呈高值；沙一段 γ 蠟烷異常指數(shù)呈高值，C24/C26（S+R）和4MSI呈低值，C29S/（R+S） 值中等； 東三段C29S/（R+S）、γ 蠟烷異常指數(shù)、4MSI等 3個參數(shù)呈低值，而C24/C26（S+R）呈高值（見表1、圖 2）。

圖2 渤中凹陷西次洼烴源巖與陡坡帶原油飽和烴質(zhì)量色譜

3 原油地球化學特征及類型劃分

本次研究對采集的12個原油樣品進行了詳細的有機地球化學分析，含油層位主要是新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組以及古近系沙河街組，樣品在東區(qū)和西區(qū)均有分布。物性數(shù)據(jù)顯示，原油主要為中、輕質(zhì)油，含蠟量高，含硫量低，淺層油樣遭受了一定程度的生物降解作用，密度和黏度較深層原油樣品高（見表2）。

通過計算C29-25-降藿烷與C30藿烷豐度比發(fā)現(xiàn)，其比值均在0.09以下，表明研究區(qū)整體受原油生物降解作用的程度較低，所以，在進行油源對比、成熟度參數(shù)運用時，生物降解作用的影響可以不計。為了增加油源對比的可信度，筆者首先依據(jù)原油的地球化學特征將樣品進行類型劃分。

3.1 利用原油及族組分碳同位素劃分原油類型

原油的同位素組成取決于母源有機質(zhì)類型、生成環(huán)境和成熟度，不同來源的石油往往在穩(wěn)定碳同位素組成上有較大的差異，可以應(yīng)用于油油對比［8］。研究區(qū)不同原油樣品的碳同位素值差異較大，在原油δ13C和飽和烴δ13C圖中，東區(qū)4號東三段樣品明顯不同于其他樣品，原油δ13C和飽和烴δ13C值均最高；1號和2號樣原油δ13C較高。西區(qū)8號和9號樣原油δ13C最低，飽和烴δ13C值相對較高。東區(qū)新近系的3號樣和西區(qū)其余6個樣品的原油δ13C和飽和烴δ13C值具有相對較低的同位素值，分布在相近的區(qū)域，反映它們成因的相似性（見圖3）。

表2 原油樣品的基本特征

3.2 利用規(guī)則甾烷構(gòu)型及成熟度劃分原油類型

陡 坡 帶 原 油 C29ββ/（αα +ββ） （ββ-C29甾 烷 與（αα+ββ）-C29甾烷豐度比）為 0.37～0.53，屬低熟—成熟油。通過繪制C29S/（R+S）與 C29ββ/（αα+ββ）成熟度參數(shù)相關(guān)圖，可以將研究區(qū)12個原油樣品劃分為3類。其中，東區(qū)4號成熟度最高，1號和2號樣成熟度次之，其余 9 個樣品的 C29ββ/（αα+ββ）在 0.43～0.48（見圖 4）。

圖3 原油和飽和烴的穩(wěn)定碳同位素組成

圖 4 原油 C29S/（R+S）與 C29ββ/（αα+ββ）相關(guān)性

綜上分析，研究區(qū)原油可以分為4種類型：Ⅰ類原油主要分布于陡坡帶東區(qū)古近系油層中，為4號樣品；Ⅱ類原油也主要分布于東區(qū)古近系油層中，包括1，2號樣品；Ⅲ類原油成熟度相近，但是碳同位素組成有較大差異，因此，Ⅲ類原油可以細分為2類，Ⅲ1類分布于西區(qū)古近系油層中，包括8，9號樣品，Ⅲ2類分布于全區(qū)新近系油層中，包括 3，5，6，7，10，11，12 號樣品。

如圖5所示，Ⅰ類原油主要表現(xiàn)為低γ蠟烷、高4-甲基甾烷、 中等 C24四環(huán)萜烷和高 C29ββ/（αα+ββ）；Ⅱ類原油以高 γ蠟烷、低 4-甲基甾烷、低 C24四環(huán)萜烷和較低的 C29ββ/（αα+ββ）為特征；Ⅲ類原油主要表現(xiàn)為低γ蠟烷、中等4-甲基甾烷、低C24四環(huán)萜烷和中等 C29ββ/（αα+ββ）。

圖5 渤中凹陷西次洼陡坡帶烴源巖與原油生標對比

4 油源對比

研究區(qū)12個原油樣品與東三段烴源巖生物標志化合物參數(shù)相差較大，均呈現(xiàn)低的C24/C26（S+R），東營組烴源巖的貢獻不明顯（見圖5a）。Ⅰ類原油對應(yīng)沙三型原油，4MSI呈高值，γ蠟烷異常指數(shù)呈低值，顯示與沙三段烴源巖成因的相關(guān)性；Ⅱ類原油具有高的γ蠟烷異常指數(shù)和低的4MSI值，與沙一段烴源巖相關(guān)性最密切；Ⅲ類原油表現(xiàn)為相對中等的γ蠟烷豐度和C30-4-甲基甾烷豐度，表現(xiàn)出沙一段來源和沙三段來源油的混合，結(jié)合原油碳同位素數(shù)據(jù)以及C30-4-甲基甾烷相對豐度，Ⅲ1類混合原油中沙一段來源油混入的比例可能較高，Ⅲ2類混合原油中沙三段來源油混入的比例可能較高。

渤中凹陷西次洼陡坡帶不同飽和烴生物標志化合物油源對比結(jié)果表明，研究區(qū)東部和西部新近系原油地球化學特征類似，但是古近系原油差異大。東區(qū)具有多源多次充注的成藏特征，既存在單源原油也存在混源原油，西區(qū)原油很可能由同一套沙河街組烴源巖供烴，烴類沿斷層向上運移，經(jīng)過上下不整合面分別到達新近系和古近系地層成藏，原油地球化學特征在垂向上無明顯變化。

5 結(jié)論

1）沙三段、沙一段和東三段烴源巖是渤中凹陷西次洼主力烴源巖，沙三段、沙一段和東三段烴源巖是渤中凹陷西次洼主力烴源巖，沙河街組烴源巖形成于弱還原—還原環(huán)境，有機質(zhì)母源以低等水生生物為主，生烴潛力高于東三段，東三段烴源巖具有明顯的陸源有機質(zhì)輸入。

2）根據(jù)同位素和成熟度特征可以將原油分為3類：Ⅰ類原油具有高的C30-4-甲基甾烷，低的γ蠟烷、中等 C24四環(huán)萜烷和高 C29ββ/（αα+ββ）；Ⅱ類原油以高γ蠟烷、低4-甲基甾烷、低C24四環(huán)萜烷和較低的C29ββ/（αα+ββ）為特征；Ⅲ類原油主要表現(xiàn)為低 γ 蠟烷、中等4-甲基甾烷、低C24四環(huán)萜烷和中等C29ββ/（αα+ββ）。

3）Ⅰ類原油源于沙三段烴源巖；Ⅱ類原油來源于沙一段烴源巖；Ⅲ類原油為沙三段和沙一段混源成藏，陡坡帶原油生標特征與東營組烴源巖親緣關(guān)系較遠。

4）渤中凹陷西次洼陡坡帶東、西部新近系原油地化特征類似，但是古近系原油差異大。西區(qū)原油很可能由同一套沙河街組烴源巖供烴，東區(qū)具有多源多次充注的成藏特征，既存在單源原油也存在混源原油。

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