沾化凹陷渤南洼陷沙河街組原油成因類型及分布特征

宋國(guó)奇，劉 華，蔣有錄，谷國(guó)翠，劉雅利，盧 浩

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東東營(yíng) 257001;2.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580)

作為高成熟探區(qū)，沾化凹陷渤南洼陷區(qū)的油氣成因問(wèn)題一直受到關(guān)注，研究成果主要集中于烴源巖地化特征差異和主力層系油氣的來(lái)源[1－7］，尚缺乏對(duì)油氣來(lái)源整體的認(rèn)識(shí)。目前，各種地化測(cè)試手段為精細(xì)油源對(duì)比提供了依據(jù)，可以系統(tǒng)確定出已發(fā)現(xiàn)油氣的來(lái)源層系和歸屬，明確不同烴源巖所生油氣的空間分布，其成果可為含油氣系統(tǒng)的劃分[8］、油氣運(yùn)移方向和運(yùn)移路徑的追蹤[9－15］提供有效的預(yù)測(cè)。據(jù)此，筆者以地質(zhì)背景和大量的地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)渤南洼陷內(nèi)有效烴源巖和已發(fā)現(xiàn)原油的地化特征進(jìn)行分析，明確了原油的成因類型及其分布特征，從而為下一步油氣勘探提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

渤南洼陷位于沾化凹陷的中部，構(gòu)造上為一北陡南緩、東陡西緩的斷陷湖盆，北以埕東斷層為界與埕子口凸起相連，西以義東斷層為界與義和莊凸起相鄰，南部緊靠陳家莊凸起，東側(cè)為孤東斷層，與孤北洼陷相連(圖1)。該區(qū)接受了巨厚的中、新生代沉積，自下而上發(fā)育孔店組、沙河街組、東營(yíng)組、館陶組和明化鎮(zhèn)組地層，其中沙河街組是該區(qū)主要的生含油層系。沙三段作為渤南洼陷主要的含油層系，油氣藏類型眾多，油氣主要來(lái)自本層段的烴源巖，而沙四段沉積特征較復(fù)雜，沉積環(huán)境變化較大[16－20］，沙四段烴源巖的地球化學(xué)特征在縱向上存在一定的差異，不同層段烴源巖的油源貢獻(xiàn)程度不同。

圖1 渤海灣盆地渤南洼陷構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location of Bonan Subsag in Bohai Bay Basin

2 烴源巖特征

受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和古氣候的共同控制，渤南洼陷古近系經(jīng)歷了多個(gè)沉積旋回，發(fā)生過(guò)多次湖侵過(guò)程，形成多套烴源巖。目前，沙河街組烴源巖是主要的研究對(duì)象，其中沙三段和沙四段2套主力烴源巖對(duì)渤南洼陷的油氣生成起著重要的作用。

2.1 沙三段烴源巖

沙三段為深湖至半深湖相沉積，廣泛沉積深灰色、灰色泥巖、油頁(yè)巖、油泥巖，主要集中于洼陷中部偏北。據(jù)地化分析，沙三段烴源巖的有機(jī)碳含量為3.9% ～19%，氯仿瀝青“A”為0.3%左右，干酪根類型以Ⅰ、Ⅱ1型為主，其中沙三下亞段烴源巖以頁(yè)巖、油頁(yè)巖為主，是本區(qū)最為重要的一套優(yōu)質(zhì)烴源層。

本次研究所取的烴源巖樣品主要分布于沙三下亞段，少數(shù)為埋藏相對(duì)較深的沙三中亞段。沙三中、下亞段烴源巖分析所得的各項(xiàng)地化指標(biāo)均較為相似，且縱向上疊置，可看作為同一套烴源巖。總體來(lái)說(shuō)，沙三段烴源巖在地化特征上表現(xiàn)為“一低二高”的特征，即低伽馬蠟烷/C30藿烷、高Ts/(Ts+Tm)、高姥植比的特征(圖2)。其中，C30甲基甾烷不發(fā)育，規(guī)則甾烷C27R、C28R、C29R呈不對(duì)稱的“V”型分布，αααC2720R 含量高于 αααC2920R 含量，說(shuō)明水生生物和陸源高等植物均有輸入，其中水生生物輸入占優(yōu)勢(shì);C27－三降藿烷Ts和Tm含量相差較大，成熟度指標(biāo)C31S/(S+R)主要分布于0.56 ～0.59，平均在 0.58 左右，說(shuō)明該烴源巖已進(jìn)入生油門限。

2.2 沙四段烴源巖

圖2 渤海灣盆地渤南洼陷沙三段烴源巖地化指標(biāo)譜圖Fig.2 Geochemical chromatogram of source rocks in 3rd member of Shahejie Formation，Bonan Subsag in Bohai Bay Basin

圖3 渤海灣盆地渤南洼陷沙四段膏鹽間烴源巖地化指標(biāo)譜圖Fig.3 Geochemical chromatogram of evaporate source rocks in 4th member of Shahejie Formation，Bonan Subsag in Bohai Bay Basin

沙四段為一套淺湖—深湖相沉積，泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖是主要的烴源巖類型。烴源巖有機(jī)碳含量多介于0.93% ～1.5%，有機(jī)質(zhì)類型在洼陷以Ⅰ、Ⅱ1型為主，處于成熟—高成熟階段，具有較大的生烴潛力。由于沙四段含有大量的膏鹽，且膏鹽間和膏鹽下的烴源巖具有不同的地化特征，據(jù)此分為2類烴源巖。

(1)沙四段膏鹽間烴源巖多為暗色泥巖，具有“一低二高”特征，即高伽馬蠟烷/C30藿烷(均大于0.20)、高 Ts/(Ts+Tm)、低姥植比的特征。規(guī)則甾烷C27R、C28R、C29R的分布呈近似對(duì)稱“V”型，αααC2720R含量略高于 αααC2920R 含量，C27－ 三降藿烷Ts與Tm含量相差較大(圖3)。

(2)膏鹽下烴源巖具有低伽馬蠟烷/C30藿烷(均小于 0.20)、高 Ts/(Ts+Tm)、高姥植比的特征，為淡水—微咸水環(huán)境沉積，其地化特征與沙三段烴源巖相似。

3 原油地化特征及成因分析

渤南洼陷原油分布廣泛，主要儲(chǔ)集于沙一段、沙二段、沙三段和沙四段的碎屑巖儲(chǔ)集層中。根據(jù)38塊原油樣品的飽和烴色譜、色—質(zhì)譜分析結(jié)果，對(duì)不同層系的原油特征進(jìn)行了總結(jié)，明確了不同層系、不同地區(qū)原油的成因及其來(lái)源。

沙一段原油分布較少，主要分布在羅家地區(qū)，根據(jù)所取樣品的地化特征分析，正構(gòu)烷烴呈雙峰分布，后主峰碳明顯高于前主峰碳，表明原油遭受輕微的生物降解。沙二段原油樣品呈前峰型分布，原油正構(gòu)烷烴∑C21－/∑C22+介于 0.65 ～0.94，奇偶優(yōu)勢(shì)不明顯，CPI和OEP值接近于1。沙三段原油伽馬蠟烷含量偏低，成熟度參數(shù)ααα20RC29甾烷22S/(22S+22R)較高，C31升藿烷22S/(22S+22R)值為0.54 ～0.60，平均值為0.58。沙四段原油中伽馬蠟烷含量較高，分布于0.26 ～1.65，Ts/(Ts+Tm)分布于0.13 ～0.39，表明原油來(lái)源于還原性較強(qiáng)的鹽湖環(huán)境;成熟度參數(shù)ααα20RC29甾烷22S/(22S+2R)分布于0.33 ～3.95，表明成熟度相對(duì)偏高。

根據(jù)所分析原油的類異戊二烯烷烴、正構(gòu)烷烴和生物標(biāo)志物參數(shù)等指標(biāo)的綜合對(duì)比，可將該地區(qū)原油成因類型劃分為沙三型、沙四型和混合型3大類(圖4)。

3.1 沙三型原油

沙三型原油主要具有“一低二高”的特征，即低伽馬蠟烷/C30藿烷、高Ts/(Ts+Tm)、高Pr/Ph。其中伽馬蠟烷/C30藿烷值較低，分布于0.05～0.18，主要集中于0.09附近;Ts/(Ts+Tm)值較高，分布于 0.30 ～0.67，主要集中于0.45附近;具有中等偏高成熟度，C29甾烷20S/(20S+20R)分布于0.31 ～0.44，主要集中于0.40 附近，Pr/Ph 分布于 0.87 ～1.36。從原油譜圖對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)(圖5)，該類型原油4－甲基甾烷較為發(fā)育，規(guī)則甾烷 C27、C28、C29的分布呈不對(duì)稱的”V”型，C27含量明顯高于C29含量，兩者含量比值平均為1.88。該類原油主要分布于洼陷中心及洼陷附近沙三中下亞段儲(chǔ)層中，埋藏相對(duì)較深。據(jù)地化特征推斷，沙三型原油來(lái)源于沙三段烴源巖。

圖4 渤海灣盆地渤南地區(qū)原油、烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷－Pr/Ph相關(guān)圖Fig.4 Gammacerane/C30hopane and Pr/Ph correlation of crude oils and source rocks in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

圖5 渤海灣盆地渤南洼陷沙三型原油甾萜烷譜圖對(duì)比Fig.5 Contrast of sterane and terpane spectra of Es3crude oils in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

沙三型原油按照其成熟度特征及分布區(qū)域也可細(xì)分為2個(gè)亞類:沙三Ⅰ型原油的成熟度較低，C29甾烷20S/(20S+20R)參數(shù)均小于 0.4，主要分布于洼陷中心的沙三中上層段中，埋深相對(duì)較淺;沙三Ⅱ型原油的C29甾烷20S/(20S+20R)參數(shù)介于0.41～0.44之間，成熟度相對(duì)較高，主要分布于洼陷中心及附近的渤深4斷階帶上，層系主要位于沙三中下亞段(圖5)。

3.2 沙四型原油

據(jù)分析，沙四型原油主要分布在沙四段儲(chǔ)層中，零星分布于沙一段和沙二段地層。與沙三型原油相比，沙四型原油具有高伽馬蠟烷/C30藿烷值、高成熟度、低Pr/Ph值、低4－甲基甾烷和三環(huán)萜烷含量的特點(diǎn)。按照油氣來(lái)源及分布區(qū)域可進(jìn)一步分為沙四Ⅰ型和Ⅱ型2個(gè)亞類，這2個(gè)亞類具有不同的特征及來(lái)源。

沙四Ⅰ型原油伽馬蠟烷/C30藿烷值相對(duì)較高，大于0.20，C29規(guī)則甾烷含量相對(duì)較高，孕甾烷、甲基甾烷含量很高，具有很高的Ts/Tm值，為強(qiáng)還原咸化沉積環(huán)境的產(chǎn)物，可推測(cè)來(lái)源于沙四段膏鹽間烴源巖。主要依據(jù)有:①有機(jī)質(zhì)母源以高等植物貢獻(xiàn)為主;②伽馬蠟烷/C30藿烷值均較高，平均為0.42，與沙四段膏鹽間烴源巖伽馬蠟烷/C30藿烷值相似;③沙四Ⅰ型原油Pr/Ph值分布于0.45～0.56，平均為0.50，沙四段膏鹽間烴源巖Pr/Ph值平均為0.85;④沙四Ⅰ型原油與沙四段膏鹽間烴源巖均具有較低的孕甾烷、升孕甾烷。

沙四Ⅱ型原油中伽馬蠟烷/C30藿烷值較沙四Ⅰ型明顯偏低，均小于0.20，三環(huán)萜烷含量偏高，Pr/Ph和成熟度均較高，Ts、Tm 相對(duì)接近，C21、C22比C28、C29含量低。該類原油與沙四段膏鹽下烴源巖具有很好的相關(guān)性，可以推測(cè)來(lái)源于沙四段膏鹽下烴源巖。

3.3 混源型原油

混源型原油主要為沙二段、沙三中上亞段以及沙四段原油，該類原油地化特征介于沙三型和沙四型之間(圖4)，推斷其來(lái)源于沙三段和沙四段膏鹽下烴源巖。主要依據(jù):①母源類型相同。根據(jù)正烷烴分布特征、主峰碳位、∑nC22－/∑nC22+值及C27－C28－C29規(guī)則甾烷相對(duì)含量顯示混源型原油與沙三段與沙四段烴源巖均以相同物質(zhì)輸入為主;②混源型原油伽馬蠟烷/C30藿烷值中等，介于沙三型和沙四型原油之間，平均為0.13，表明微咸水環(huán)境;③混源型原油中，C29膽甾烷 ββ/(ββ +αα)位于0.43 ～0.58 之間，C2920S/(20R+20S)集中在0.43 ～0.46 左右，屬于中等成熟度;④混源型原油Pr/Ph值集中在0.53～0.77，平均為 0.64，介于沙三型和沙四型原油之間。該類原油主要分布于距離洼陷較遠(yuǎn)的靠近羅家緩坡帶地區(qū)。

4 原油成因分布特征

根據(jù)上述原油分類，結(jié)合原油及烴源巖的地化特征在平面和剖面上的分布規(guī)律，對(duì)研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)油藏中的油氣與烴源巖的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了分析。

4.1 平面分布關(guān)系

渤南洼陷原油甾、萜烷特征分析表明，生油洼陷附近已發(fā)現(xiàn)油藏中原油萜烷、甾烷色譜圖的特征與洼陷沙三中、下亞段烴源巖的特征相一致，表現(xiàn)為低伽馬蠟烷、高姥植比的特點(diǎn);渤南洼陷斷階帶附近原油的譜圖特征表現(xiàn)為高伽馬蠟烷含量、低孕甾烷、升孕甾烷的特征，與沙四段膏鹽間烴源巖一致;南部緩坡帶原油的譜圖特征介于沙三和沙四段烴源巖之間，表現(xiàn)為混源特征(圖6)。

圖6 渤海灣盆地渤南洼陷原油類型平面分布Fig.6 Plane distribution of crude oil types in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

4.2 縱向分布關(guān)系

從原油類型縱向分布來(lái)看，沙三型原油主要分布在沙三段儲(chǔ)層中，來(lái)源于沙三段烴源巖所產(chǎn)生的油氣;沙四型原油分布在沙四上亞段及沙三中上亞段，來(lái)源于沙四段烴源巖;混源型原油則主要分布于離洼陷較遠(yuǎn)的緩坡地帶，油氣來(lái)源于沙三和沙四段烴源巖的混合油氣(圖7)?？v向各層系上的對(duì)應(yīng)關(guān)系也具有一定的差異，多數(shù)沙四上、沙三中下亞段層系中的石油屬自生自儲(chǔ)型，即來(lái)自本層系;少數(shù)沙三和沙四亞段油藏為混源原油。

5 結(jié)論

(1)地化特征分析表明，渤南洼陷存在沙三和沙四2套有效烴源巖，其中沙四具體分為膏鹽間和膏鹽下2套烴源巖，它們?cè)谫ゑR蠟烷含量、姥植比、成熟度參數(shù)等指標(biāo)上存在明顯差異。

(2)與烴源巖相對(duì)應(yīng)，已發(fā)現(xiàn)原油大致分為5類，其中沙三Ⅰ型原油埋藏較淺，分布在沙三中上亞段，沙三Ⅱ型原油分布層位較深，成熟度較高，與沙三段烴源巖相吻合;沙四Ⅰ型原油分布零星，來(lái)源于沙四段膏鹽間烴源巖，沙四Ⅱ型原油主要來(lái)源于沙四段膏鹽下烴源巖;混源型油氣來(lái)源于沙三和沙四段烴源巖，油氣分布遠(yuǎn)離油源中心。

圖7 渤海灣盆地渤南洼陷羅62－義159剖面原油類型分布Fig.7 Distribution of crude oil type along Luo62 － Yi159 section in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

(3)油源對(duì)比認(rèn)為渤南洼陷深洼帶的沙三、沙四段油藏均為自生自儲(chǔ)油藏;斷階帶沙四段油藏較少，斷階帶沙三段油藏多為沙三、沙四段烴源巖的混源油。

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