遼西低凸起JZ25-1S太古界潛山原油地球化學特征及來源分析

趙婷婷，羅小平，吳 飄，3，徐云龍，3，羅 健，孫延旭，3

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 濱海 300450；2.成都理工大學 能源學院，成都 610059；3.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059；4.成都理工大學 沉積地質研究院，成都 610059)

潛山油氣藏勘探最早始于1909年美國的摩羅縣古潛山油田，之后多個國家均在潛山中發(fā)現了高產油流[1]，證明了潛山油氣藏的巨大勘探潛力。由于潛山均經歷過多期構造運動的改造，其油氣藏表現出類型多樣和成藏模式復雜的特點[2-4]，如儲集層分布的地質時代跨度大，巖性類型多樣，油氣藏具有“新生古儲”或“自生自儲”的特點，油氣層在潛山風化殼和內幕均可富集等[5]。目前關于潛山油氣藏能否形成規(guī)模性富集的研究主要集中在3個主要的問題上，即油源、儲層和圈閉問題，本文即是對研究區(qū)油源問題的分析和探討。

近年來渤海灣盆地一大批潛山油氣藏獲得重大勘探突破[5-11]。遼西低凸起作為渤海遼東灣海域潛山的主要分布區(qū)之一，已在JZ20-2太古界變質巖和中生界火山巖潛山、錦州25-1南(JZ25-1S)太古界變質巖潛山、SZ36-1下古生界碳酸鹽巖潛山等區(qū)域獲得油氣突破[12-13]。前人研究表明，渤海灣含油氣盆地的重要油氣富集形式之一就是以潛山儲層為主的復式油氣聚集[14-16]。由于渤海灣盆地潛山的儲層及構造特征與古近系儲層及構造特征之間存在差異，相應地，油氣成藏差異性也較大，必然導致油氣性質的差異。前人曾對遼西低凸起已發(fā)現油氣田的成藏模式及機理進行了大量研究，但針對JZ25-1S油氣田原油的地球化學特征的研究較少，且針對該油氣田的油源問題缺乏系統(tǒng)的研究，極大地制約著該區(qū)下一步的油氣勘探進程。開展遼西低凸起潛山與古近系儲層的油氣地球化學特征及來源對比研究，可以完善該地區(qū)潛山油氣的成藏機理。因此，筆者在總結前人對該區(qū)沉積—構造演化特征方面的研究成果的基礎上，通過有機地球化學分析及油—源生物標志化合物特征對比，系統(tǒng)研究了錦州南(JZS)油田JZ25-1S古近系和太古界潛山原油的地球化學特征及其來源，以期為遼西低凸起古潛山下一步的油氣勘探部署提供技術支撐。

1 區(qū)域地質概況

錦州25-1S地區(qū)油氣藏位于遼東灣海域遼西低凸起中北段，與東北方向的錦州25-1油(氣)田以鞍部相連，南側為綏中36-1油田，西側以遼西1號大斷層與遼西凹陷相鄰，東側向遼中凹陷下傾。其構造是一北東走向的潛山—披覆背斜，被遼西2號斷層分割為東西2個高點(圖1)。區(qū)內主要發(fā)育新近系明化鎮(zhèn)組(N1m)和館陶組(N1g)，古近系東營組(E3d)和沙河街組一段—三段(E3s1、E3s2、E3s3)，基底為上太古界，缺失古近系沙河街組四段和孔店組、中生界、古生界以及元古界[17]。其中，沙二段發(fā)育細—中粒長石巖屑砂巖或巖屑長石砂巖；太古界發(fā)育灰白色、肉紅色片麻巖和碎裂巖，局部為花崗巖，為本區(qū)的2套主力含油儲層[18](圖1)。以本區(qū)8口井2套層系的油樣以及轉換構造帶上的JZ25-1-10D井潛山油樣為研究對象，通過原油地球化學特征分析，揭示該地區(qū)的原油特征及油源條件，有利于深化對該區(qū)潛山油氣聚集與成藏過程的認識。

2 原油物性特征

從研究區(qū)原油的基本物性數據來看，沙二段原油包括正常原油、凝析油和重質稠油，但以正常原油為主(表1)。凝析油分布在JZ25-1S-2井和JZ25-1S-3井1 670.5～1 688.0 m層段，具低密度(均值為0.754 g/cm3)、低黏度(均值為0.801 mPa·s)、特低凝固點(均值小于-20 ℃)、低含蠟(均值為0.265%)、低含硫(均值為0.015%)、膠質+瀝青質含量低(均值為0.71%)的特征；重質稠油僅分布于JZ25-1S-3井1 690.5 m井段，高密度(0.94 g/cm3)、高黏度(80.82 mPa·s)、膠質+瀝青質含量中等(17.71%)、特低凝固點、低含蠟、低含硫。所有原油含硫量均小于0.3%，反映其源巖沉積于淡—微咸水環(huán)境[19]。此外，對比發(fā)現，正常原油中的輕原油(相對密度在0.8～0.9 g/cm3)和中質原油(相對密度在0.900～0.934 g/cm3)物性差異明顯，中質原油具中—高黏度(均值為35.89 mPa·s)，特低凝固點(均值小于-20 ℃)，含蠟量低(均值為1.68%)，膠質+瀝青質含量中等(均值為14.3%)的特征，而輕原油則呈現出低黏(均值為9.6mPa·s)，中—高凝固點(均值為2 ℃)、中—高含蠟量(均值為7.2%)，膠質+瀝青質含量中等(均值為13.2%)的特征，推測與輕質原油主要來源于周緣深洼高成熟烴源巖有關。太古界原油主要為輕質原油，相對密度在0.864～0.901 g/cm3，低黏度，低硫，膠質+瀝青質含量中等，含蠟量和凝固點均極低，而位于構造高部位JZ25-1S-4D井以及轉換構造帶上的JZ25-1-10D井的原油顯示為高凝固點和高含蠟量。

圖1 遼西低凸起JZ25-1S油氣田區(qū)域位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Regional location and stratigraphic section of Jinzhou 25-1S oil and gas field, Liaoxi Low Uplift

表1 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及鄰區(qū)原油物性特征統(tǒng)計Table 1 Physical properties of crude oil in Jinzhou 25-1S area and adjacent areas, Liaoxi Low Uplift

3 原油地球化學特征

3.1 原油族組成

從原油族組分實驗分析資料可以看出(表2)，沙二段原油和太古界原油總體上芳烴含量高(E3s2均值18.6%，Ar均值為18.3%)，飽和烴含量中等(E3s2均值46.9%，Ar均值53.8%)，非烴+瀝青質含量較高(E3s2均值21.9%，Ar均值15.1%)，飽芳比大部分小于3，顯示原油成熟度較低或遭受生物降解嚴重[20]。其中，JZ25-1S-2井沙二段原油為凝析油、JZ25-1S-1井1 641.5～1 648.5 m井段原油和JZ25-1S-4D井太古界原油以及JZ25-1-10D井原油為輕質原油，呈高飽和烴、低芳烴、低非烴、低瀝青質“三低一高”的特征，顯示原油未受生物降解。

3.2 原油族組成碳同位素特征

碳同位素具有繼承效應，其值分布能反映源巖有機質的性質[21]。對JZ25-1S地區(qū)及鄰區(qū)的JZ25-1-10D井共5口井11個油樣進行分析表明，沙二段和太古界油樣的原油及其族組分同位素都表現出δ13C飽和烴<δ13C原油<δ13C芳烴<δ13C瀝青質<δ13C非烴的特征。原油碳同位素分布在-26.2‰～-24.3‰，比一般陸相原油碳同位素(-29‰)偏重3‰～4‰，飽和烴碳同位素分布在-27.2‰～-24.9‰，芳烴碳同位素比飽和烴偏重1.5‰左右，芳烴、非烴、瀝青質3個組分之間的同位素分餾效應小。同位素分餾效應小于2‰一般出現在咸水環(huán)境形成的未熟—低熟油中[22-23]，中國海相原油的δ13C值一般大于-26‰，陸相淡水微咸水湖相沉積一般小于-27‰，沼澤相及咸水湖相沉積的δ13C值一般也大于-26‰[24]。據此分析，JZ25-1S地區(qū)具有海相原油或咸水湖相的碳同位素特征，可能與烴源巖有機質沉積時的海侵有關。此外， JZ25-1S-4D井太古界油樣以及JZ25-1-10D太古界油樣的原油、飽和烴以及芳烴碳同位素最重(圖2)，明顯區(qū)別于該區(qū)其他油樣，指示該井原油可能與其他原油不同源。其中JZ25-1-10D井的非烴碳同位素異常高，可能與該井油樣受運移距離影響小有關。

3.3 原油飽和烴色譜特征

沙二段原油和太古界原油的飽和烴色譜特征具有相似性，在色譜圖(圖3)和色譜參數(表3)上表現得較為清楚。原油的色譜曲線基線漂移嚴重，明顯見生物降解形成的“UCM”鼓包，且均為單高峰—后峰態(tài)；在色譜參數上，主峰碳以C25為主，C21-/C22+介于0.16～1.06之間，且主要分布在0.16～0.65，表明高碳數的正構烷烴占優(yōu)勢；Pr/Ph一般在1.3左右，顯示姥鮫烷優(yōu)勢，反映沉積環(huán)境具有弱氧化—弱還原性[20]，Pr/nC17一般在2.72左右，Ph/nC18均值2.59，均為高值，表明原油受到生物降解的程度較大[25]，JZ25-1S-1井太古界原油Pr/nC17值達到4.88，Ph/nC18值達到7.99，受生物降解最嚴重。此外，沙二段原油的飽和烴OEP均值為1.27，太古界原油OEP均值為1.05，沙二段原油的飽和烴分布存在一定的奇偶優(yōu)勢，說明沙二段原油成熟度可能較低[20]。

JZ25-1S-2井沙二段和JZ25-1S-3井沙二段1 670.5～1 688 m層段凝析油、JZ25-1S-4D井太古界輕質原油以及JZ25-1-10D井太古界原油與本區(qū)大部分原油飽和烴色譜特征有很大差異。大部分原油的色譜曲線圓滑，無生物降解形成的“UCM”鼓包，主峰碳以C17為主，表現為單峰型—前峰態(tài)，C21-/C22+介于0.92～10.34，反映低碳數正構烷烴占優(yōu)勢，OEP介于1.09～1.12，奇偶優(yōu)勢不明顯，說明原油的成熟度較高[20]。在姥植烷分布方面，Pr/Ph介于1.23～1.8，顯示姥鮫烷優(yōu)勢，Pr/nC17和Ph/nC18均小于1，表明沉積環(huán)境具弱氧化—弱還原性[26]，且原油受生物降解的程度較小。

表2 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及JZ25-1-10D井原油族組分和碳同位素統(tǒng)計Table 2 Crude oil composition and carbon isotope statistics of JZ25-1S area and JZ25-1-10D well, Liaoxi Low Uplift

圖2 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及JZ25-1-10D井原油及其族組分穩(wěn)定碳同位素對比曲線Fig.2 Stable carbon isotope correlation curves of crude oil and its group componentsin JZ25-1S area and JZ25-1-10D well, Liaoxi Low Uplift

圖3 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)部分井及鄰區(qū)原油飽和烴色譜圖及甾烷m/z 217、萜烷m/z 191質量色譜圖Fig.3 Chromatograms of saturated hydrocarbons and mass chromatograms of steranes m/z 217 and terpanes m/z 191in some wells and adjacent areas of JZ25K-1S area, Liaoxi Low Uplift

3.4 原油甾烷特征

JZ25-1S地區(qū)沙二段原油和太古界大部分原油甾烷組成具有相似性(圖3e-i)，以規(guī)則甾烷為主，重排甾烷較豐富，孕甾烷和升孕甾烷含量極低，10.C29ββ/(αα+ββ); 11.4-甲基C30甾烷/C29規(guī)則甾烷; 12.伽馬蠟烷/C30αβ霍烷; 13.Ts/Tm; 14.25-降霍烷。

表3 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及鄰區(qū)原油飽和烴色譜、甾萜化合物參數特征Table 3 Characteristics of saturated hydrocarbon chromatography and steroid and terpene compound parameters of crude oil in Jinzhou 25-1S area and adjacent areas, Liaoxi Low Uplift

在規(guī)則甾烷中，所有樣品均表現為C27>C29>C28，呈不對稱的偏“V”型或偏“L”型分布，說明原油的母質來源中藻類等浮游動植物輸入占優(yōu)勢[27]。

4-甲基甾烷主要來源于勾鞭藻，勾鞭藻主要在淡水或微咸水中繁衍，一般認為在淡水沉積物中才具有很高的4-甲基甾烷優(yōu)勢[28]。JZ25-1S地區(qū)沙二段原油和太古界原油的∑4-甲基C30甾烷/∑C29規(guī)則甾烷均在0.5左右，具有一定的4-甲基甾烷含量，原油的母質沉積環(huán)境可能是海相或湖相環(huán)境。而從甾烷質譜圖(圖3e-j)來看，JZ25-1S-4D井太古界原油和JZ25-1-10D井太古界原油在4-甲基甾烷含量上遠高于本區(qū)主體原油，反映該類原油的母質沉積水體鹽度低于本地區(qū)主體原油的母質水體鹽度，可能為淡水湖相環(huán)境。

3.5 原油萜烷特征

從JZ25-1S地區(qū)沙二段和太古界原油萜烷m/z191質譜圖(圖3k-p)可以看出，三環(huán)萜烷在萜烷組成中含量極低，以五環(huán)三萜烷為主。五環(huán)三萜烷中以αβ-C30藿烷為主峰，次為αβ-C29降藿烷，并且沙二段原油和太古界大部分原油萜烷組成伽馬蠟烷/αβ-C30霍烷大多分布在0.1左右，具有較高的伽馬蠟烷含量。伽馬蠟烷是咸水還原環(huán)境的標志物，其廣泛分布于碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖生成的原油中[29-32]，因此可認為JZ25-1S地區(qū)主體原油母質沉積水體環(huán)境為高鹽度還原環(huán)境。而JZ25-1S-4D井太古界原油和JZ25-1-10D井太古界原油的伽馬蠟烷含量極低(表3)，與上述主體原油對比明顯，進一步說明兩類原油母質來源存在差異。

3.6 原油成熟度特征

甾烷和萜烷隨有機質熱演化會呈現出有規(guī)律的變化，其異構體的比值常用來指示有機質或原油的成熟度[33-35]。從JZ25-1S地區(qū)甾萜烷化合物參數(表3)和C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)相關關系來看，沙二段和太古界大部分原油均處于成熟階段，僅JZ25-1-10D井沙二段原油處于低熟階段，Ts/Tm的分布規(guī)律不明顯，可能與JZ25-1S地區(qū)原油遭受生物降解程度不同有關。

4 油源分析

4.1 JZ25-1S周緣烴源巖分布及生標特征

遼東灣地區(qū)古近系烴源巖主要分布在古近系東三段、沙一、沙三段；JZ25-1S構造帶所在的遼西低凸起及兩側的遼西凹陷中洼與遼中凹陷中洼都分布3套烴源巖。其中東三段烴源巖成熟度整體較低，遼西低凸起區(qū)未達到生烴門限，僅在深洼區(qū)域達到低成熟階段。沙一段地層較薄，一般厚度在50 m左右，烴源巖厚度20～30 m、沙三段烴源巖厚度在150 m左右；沙一、沙三段烴源巖為富烴源巖，整體演化程度較高，遼西低凸起區(qū)達到低熟階段，凹陷內達到成熟—凝析油階段，沙三段為該區(qū)主力烴源巖[35]。

通過分析對比JZ25-1S周緣不同構造帶東三段、沙一、沙三段3套烴源巖的伽馬蠟烷(圖4a-f,表4)、4-甲基甾烷、甲藻甾烷及甾烷ααC27(20R)∶ααC28(20R)∶ααC29(20R)分布模式(圖4g-l)，可以很好區(qū)分不同構造帶烴源巖。東三段烴源巖在遼西凹陷表現為4-甲基甾烷含量較高，伽馬蠟烷含量低，在遼西低凸起二者含量均極低，而在遼中凹陷二者含量變化大，東三段烴源巖成熟度低，遼西低凸起為未成熟，兩側凹陷烴源巖甾烷參數C29ααS/(S+R)為0.10～0.21，C29ββ/(αα+ββ)為0.26～0.29，為低成熟早期，對油氣成藏貢獻不大(表4)。沙一段烴源巖4-甲基含量低，伽馬蠟烷高，遼中凹陷中洼JX1-1地區(qū)伽馬蠟烷特高，甾烷αα(20R)C27∶C28∶C29呈“L”或稱“V”型分布，表明為微咸水—咸水沉積環(huán)境，以水生生物輸入為主的混合有機質，烴源巖已達到低熟—成熟階段，可為油氣藏提供油源。沙三段烴源巖廣泛分布，遼西中洼具有伽馬蠟烷低，4-甲基甾烷特高，甲藻甾烷含量低，甾烷αα(20R)C27∶ C28∶C29呈“L”型分布；遼西低凸起中段烴源巖伽馬蠟烷低，4-甲基甾烷低—中等，甲藻甾烷含量低，甾烷αα(20R)C27∶C28∶ C29呈以C27為優(yōu)勢不對稱“V”型分布；遼中凹陷中洼伽馬蠟烷低，4-甲基甾烷低—中等，甲藻甾烷含量高，甾烷αα(20R)C27∶C28∶C29呈“L”型分布；表明沙三段為淡水沉積環(huán)境，以水生生物輸入為主混合有機質[36-37]，烴源巖達到成熟—凝析油階段，能為油氣藏提供大量成熟油氣。

圖4 遼西低凸起中段及兩側凹陷烴源巖萜烷m/z 191質量色譜Fig.4 Mass chromatography of terpene m/z 191 in source rock of Liaoxi Low Uplift and both sides

表4 遼西低凸起及兩側凹陷烴源巖飽和烴甾萜特征Table 4 Characteristics of saturated hydrocarbon steroids and terpenes in source rocks of Liaoxi Low Uplift and both sides

圖5 遼西低凸起JZ25-1地區(qū)油樣及周緣生烴區(qū)各套烴源巖4-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷與伽馬蠟烷/C30藿烷關系Fig.5 Relationship between 4-methyl sterane/C29 regular sterane and gammacerane/C30 hopanein oil samples in JZ25-1 area and various sets of source rocks in surrounding hydrocarbon generation area, Liaoxi Low Uplift

4.2 JZ25-1S油源分析

伽馬蠟烷/C30藿烷與4-甲基甾烷/∑C29甾烷的關系可通過判斷有機質水質的鹽度與形成環(huán)境來區(qū)分不同來源的烴源巖或原油[38]。從JZ25-1S地區(qū)油樣的投點來看(圖5)，JZ25-1S地區(qū)主體原油具有混源油特征，其中遼西凹陷沙三段烴源巖貢獻大，混入有遼中凹陷沙一段烴源巖生成的原油，JZ25-1-10D井太古界原油由于具相對較高的4-甲基甾烷含量和較低的伽馬蠟烷含量，與遼西凹陷沙三段的特征接近，可能為遼西凹陷沙三段單一來源的原油。

5 結論

(1)在原油物性上，遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)沙二段和太古界原油以輕質原油和中質原油為主，中—高黏度、低凝、低含蠟的中質原油與低黏、中—高凝、中—高含蠟的輕質原油物性特征對比明顯。

(2)在原油地球化學特征上，沙二段原油和太古界原油總體上均呈現出微生物降解原油特征，中等飽和烴、高芳香烴、高非烴+瀝青質；原油碳同位素比一般陸相原油碳同位素偏重，芳烴、非烴、瀝青質3個組分之間的同位素分餾效應小；飽和烴色譜曲線明顯見到生物降解形成的鼓包，單高峰—后峰態(tài)，Pr/Ph一般在1.3左右，Pr/nC17、Ph/nC18均為高值。

(3)JZ25-1S地區(qū)主體原油的甾萜烷特征表現出較高伽馬蠟烷豐度、C27重排甾烷和4-甲基甾烷含量中等，甲藻甾烷含量低，規(guī)則甾烷C27、C28、C29指紋呈不對稱的偏“V”或偏“L”型分布，反映出其母質沉積環(huán)境為有一定鹽度的弱還原環(huán)境，有機質以藻類等浮游動植物輸入為主，且原油成熟度低，受生物降解嚴重。JZ25-1S-4D井和JZ25-1-10D井太古界原油的甾萜烷特征表現出伽馬蠟烷含量極低、4-甲基甾烷含量較高，反映出母質沉積環(huán)境為鹽度較低的淡水弱還原環(huán)境，原油成熟度高，受生物降解較弱。

(4)JZ25-1S地區(qū)主體原油具有混源油特征，其中遼西凹陷沙三段烴源巖貢獻大，此外有遼中凹陷沙一段或遼西凹陷東三段烴源巖的供油，JZ25-1S-4D井和JZ25-1-10D井太古界原油為遼西凹陷沙三段烴源巖單一供油。