原油成熟度綜合判識:來自分子標志物參數(shù)的限定
——以東濮凹陷南部馬廠地區(qū)高蠟原油為例

唐友軍，呂岑

(長江大學資源與環(huán)境學院，湖北 武漢 430100)

徐田武，張云獻

(中石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 濮陽 457001)

李洪波，王霆

(長江大學資源與環(huán)境學院，湖北 武漢 430100)

東濮凹陷地處渤海灣盆地的西南邊緣，是臨清-東濮坳陷的一個組成部分，其西側(cè)超覆于內(nèi)黃隆起之上，東側(cè)以蘭聊斷裂與魯西隆起為界，北與莘縣凹陷相連，南為蘭考凸起。東濮凹陷橫跨魯、豫兩省，南寬北窄，呈NNE走向，是在古-中生界的基礎上，由于新生代地殼的張力作用逐漸裂解成雙斷式凹陷的含鹽沉積盆地，受塊斷運動差異性的影響，不同洼陷沉降幅度、烴源巖特征及熱演化生烴史存在較大差異。

東濮凹陷是一個勘探成熟度較高的地區(qū)，勘探面積5300km2，石油資源量12.37×108t、天然氣資源量3675×108m3。目前，累計探明石油儲量6.0113×108t，探明程度48.6%，天然氣探明儲量1388.29×108m3，探明程度37.8%。鹿坤、左銀輝等[1]通過生物標志化合物研究發(fā)現(xiàn)越靠近鹽巖發(fā)育區(qū)，有機質(zhì)來源中水生生物所占的比重就越大，烴源巖中有機質(zhì)豐度越高、類型越好。金強等[2]認為，高鹽度的沉積水體具有水體分層的現(xiàn)象，一般分3層：最上面一層為稀釋層，生物群落繁盛；中間層為鹽躍層；最下面一層為鹵水層，是一個強還原的閉塞環(huán)境。

前人對北部油氣田的勘探開發(fā)已進入成熟階段，勘探難度愈來愈大，落實后備資源，尋找更多油氣田已成為當務之急，因此，東濮凹陷南部地區(qū)的低豐度含油區(qū)慢慢進入人們的視野。目前，在南部地區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了唐莊油氣田、橋口油氣田、三春集油氣田、新霍油氣田、徐集油氣田及馬廠油氣田，均位于中央隆起帶的東部，累計發(fā)現(xiàn)儲量已達到73.45×106t(探明+控制)[3]。利用多種成熟度參數(shù)對馬廠地區(qū)高蠟原油成熟度進行綜合評價，明確研究區(qū)域原油成熟度程度，有助于該地區(qū)下一步勘探開發(fā)。

1 樣品與試驗方法

圖1 東濮凹陷構造綱要及樣品井位圖(修改自文獻[3])

圖2 馬廠地區(qū)典型原油樣品正構烷烴分布特征圖

8件原油樣品均來自東濮凹陷南部馬廠地區(qū)，平面分布見圖1。原油樣品在去除瀝青質(zhì)后先進行族組分分離, 得到飽和烴、芳烴和非烴餾分。烴源巖樣品經(jīng)前期處理后用氯仿索式抽提72h，得到的可溶有機物同樣在去除瀝青質(zhì)后進行族組分分離得到飽和烴、芳烴和非烴餾分。該次研究對原油和烴源巖的飽和烴及芳烴組分均進行了氣相色譜-質(zhì)譜分析, 試驗所用儀器是美國安捷倫科技公司的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀( Agilent 7890A-GC/5975C-MSD)。

2 原油飽和烴成熟度參數(shù)

2.1 正構烷烴參數(shù)

研究區(qū)原油樣品的正構烷烴分布類似(圖2)，大多數(shù)樣品主峰為nC14～nC15，整體上為單峰態(tài)、前峰型分布，基線基本平直，無明顯彎曲，并且不具明顯的奇偶優(yōu)勢，顯示出成熟原油的特征。姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)通常被作為反映沉積環(huán)境的重要地球化學參數(shù)指標而應用于油氣地球化學中。烴源巖有機質(zhì)的沉積環(huán)境、母質(zhì)類型及生物降解等信息可以從植烷系列的組成中反映出來[4,5]。Pr/Ph是判斷沉積環(huán)境為氧化或還原性以及確定原油成因類型的一個重要參考值，其劃分準則為弱還原-弱氧化環(huán)境(Pr/Ph=1～2)；還原環(huán)境(Pr/Ph=0.5～1.0)；強還原膏鹽沉積環(huán)境(Pr/Ph<0.5)。一般情況下Pr/Ph<1.0的為還原環(huán)境，Pr/Ph>2.5的為偏氧化的沉積環(huán)境。通過參數(shù)表(表1)可得知，Pr/Ph的值整體在1.0左右，反映了馬廠地區(qū)原油整體為弱還原-還原的沉積環(huán)境。一般而言，Pr/nC17和Ph/nC18值同樣也會受到成熟度的影響，會隨著成熟度的增高而變小[6]。由圖3的樣品生物標志化合物參數(shù)投點可知，數(shù)值主要集中在左下角，平均在0.55左右，整體在成熟階段，個別沙河街組三段中亞段的樣品，還未達到成熟階段，可能受生物降解所影響。

2.2 藿烷系列參數(shù)

新藿烷參數(shù)可能因為地區(qū)的不同呈現(xiàn)出一定的差異。一般認為，隨著有機質(zhì)熱演化程度的增加，不穩(wěn)定的Tm會向穩(wěn)定的Ts進行轉(zhuǎn)化，從而導致Ts/Tm增大[7]。從(圖4)可以看出，馬廠地區(qū)原油Ts/Tm整體不低，主要分布在0.6～0.8之間，大部分處于成熟原油范疇。

五環(huán)三萜烷是由6個異戊二烯結構單元組成的5個環(huán)且包含有30個碳原子的環(huán)烷烴。它主要分為藿烷系列和非藿烷系列兩類。藿烷類化合物主要來源于細菌或者原核生物，而細菌藿四醇就是藿烷類化合物的前驅(qū)體，大都存在烴源巖和原油中，一般具有完整的系列，是一種分布廣泛且在地球化學中有著重大影響的生物標志化合物，它能指示有機質(zhì)的來源和成熟度[8]。

表1 東濮凹陷南部馬廠原油生標參數(shù)表

圖4 馬廠地區(qū)原油Ts/Tm柱狀圖 圖5 馬廠地區(qū)原油22S/(22S+22R)柱狀圖

2.3 甾烷類化合物參數(shù)

一般而言，甾烷C29-αββ/(αββ+ααα)和甾烷C29-ααα20S/(20S+20R)與成熟度成正相關關系，即隨著成熟度變高，該比值逐漸增加，而甾烷的生物構型R逐漸轉(zhuǎn)化為地質(zhì)構型S，α構型逐漸轉(zhuǎn)化為β構型[11,12]。計算結果(圖6)顯示，其中大部分原油樣品的C29-αββ/(αββ+ααα)分布在0.42～0.50，平均為0.45，除個別樣品外，異構化程度較高，均已達到成熟階段。

3 原油芳烴成熟度參數(shù)特征

3.1 三芳甾烷化合物參數(shù)

通常認為三芳甾烷(TAS)是由單芳甾烷(MAS)在深度受熱后進一步芳構化和脫甲基化的產(chǎn)物，具有強烈的抗生物降解性，比如C27單芳甾能轉(zhuǎn)化成為C26三芳甾，所以可以用有機質(zhì)中的C26-C27-C28三芳甾相對含量來判識它的生源構成。相關研究表明，三芳甾烷的低碳數(shù)異構體的相對豐度受熱力作用的影響，而高碳數(shù)異構體的分布則主要受其他母源影響。但在常規(guī)GC-MS分析中得到的m/z=231質(zhì)量色譜圖中，通常會看到C26R和C27S三芳甾出現(xiàn)共溢現(xiàn)象，所以該參數(shù)并沒有得到較為廣泛的應用[13]。

三芳甾烷與規(guī)則甾烷存在一定的差異，三芳甾烷在C-10和C-13位上比規(guī)則甾烷少了一個甲基，而在C-17位上增加了一個甲基，由此對C-20位的異構化過程產(chǎn)生了空間位阻[14]，成功利用C27/C2820R TAS和C26/C2820S TAS關系圖對原油族群進行了劃分。

圖6 馬廠地區(qū)原油甾烷成熟度參數(shù)相關圖 圖7 三芳甾系列比值圖

圖8 折算鏡質(zhì)體反射率對比圖

圖9 馬廠地區(qū)原油烷基二苯并噻吩成熟度參數(shù)圖

3.2 烷基萘和烷基菲成熟參數(shù)

烷基萘和烷基菲等系列芳烴化合物相關的成熟度參數(shù)可以很好地指示原油和沉積有機質(zhì)的成熟度。由于甲基或其他烷基在苯環(huán)上取代位置的變化而產(chǎn)生不同的異構體。不同異構體的熱穩(wěn)定性不同，相對于熱穩(wěn)定性低的異構體，穩(wěn)定性高的異構體含量會隨著成熟度的提高而增加，因而可以作為良好的成熟度指標。如三甲基萘(TMN)相關的成熟參數(shù)TNR-2定義為(1,3,7-TMN+2,3,6-TMN)/(1,3,5-TMN+1,3,6-TMN+1,4,6-TMN)[15]，根據(jù)有機質(zhì)實測的Ro，得到TNR-2參數(shù)值與成熟度之間的換算關系為：Rc2=0.4+0.6×TNR-2[16]。

3.3 烷基二苯并噻吩成熟度參數(shù)

石油和沉積有機質(zhì)中的烷基二苯并噻吩類化合物相關的地球化學參數(shù)，可用于指示成熟度和有機質(zhì)沉積環(huán)境[17]。由于該類化合物普遍存在于石油和沉積有機質(zhì)中，熱穩(wěn)定性高，在高成熟原油和有機質(zhì)中也具有相當?shù)呢S度，受生物降解影響也小，因而得到了廣泛應用。早期曾鑒定出少量的多甲基取代的異構體，如4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)、2,4-DMDBT、1,4-DMDBT，提出了MDR(4-甲基二苯并噻吩/1-甲基二苯并噻吩)、(4,6)/(1,4+4,6)DMDBT等成熟度參數(shù)。

圖9為馬廠地區(qū)原油MDR的(4,6)/(1,4+4,6)DMDBT的關系圖，可以看出該地區(qū)原油MDR約為4.0～6.0之間，MDR與(4,6)/(1,4+4,6)-DMDBT大致呈正相關關系，且具有相對較高的參數(shù)值，可能指示該區(qū)域原油整體具有較高的成熟度。

4 結論

1)東濮凹陷南部馬廠地區(qū)原油正構烷烴系列分布完整并且不具明顯的奇偶優(yōu)勢，顯示出成熟原油的特征。姥植比等參數(shù)指示了原油形成于偏還原沉積環(huán)境。