蠡縣斜坡北段古近系沙河街組一段油氣來源分析

林小云，鄧曉暉，薛穎，龔劉憑，金成林

（長江大學地球科學學院，湖北武漢430100）

蠡縣斜坡北段古近系沙河街組一段油氣來源分析

林小云，鄧曉暉，薛穎，龔劉憑，金成林

（長江大學地球科學學院，湖北武漢430100）

蠡縣斜坡是位于冀中坳陷中部饒陽凹陷西部的次級構(gòu)造，是一個在前古近紀古隆起上發(fā)育起來的西抬東傾、北東走向的繼承性寬緩沉積斜坡。理清斜坡北段古近系沙河街組油氣來源，是油氣成藏研究的基礎，對該區(qū)的勘探開發(fā)具有重要的意義。通過對斜坡北段原油及烴源巖地球化學特征分析，選取正構(gòu)烷烴、甾萜烷等地化指標進行油源綜合對比，結(jié)果表明，蠡縣斜坡北段原油植烷優(yōu)勢明顯，伽馬蠟烷含量相對較高，形成于咸水還原沉積環(huán)境，未熟—低熟的特征，主要來源于沙一下亞段烴源巖層。

油氣來源；正構(gòu)烷烴；類異戊二烯烴；甾萜烷；沙一段；蠡縣斜坡北段

蠡縣斜坡位于河北省高陽縣西演鄉(xiāng)，構(gòu)造上屬于渤海灣盆地西北部冀中坳陷中部饒陽凹陷任西洼槽西部，高陽低凸起東側(cè)（圖1）。斜坡在第三紀經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，其構(gòu)造演化主要可以劃分為基底的初始斷陷期、東營末再度活化期以及明化鎮(zhèn)末基本定型期三個期次。主要發(fā)育古近系孔店組和沙河街組，主要研究目的層段為沙河街組[1-2]。

油氣來源分析不僅是油氣成藏機理及成藏模式研究的基礎，對勘探開發(fā)和目標優(yōu)選具有重要的意義[3]。本文在對研究區(qū)原油及烴源巖樣品飽和烴色—質(zhì)譜資料分析的基礎上，分別從烴源巖及原油正構(gòu)烷烴分布特征、甾萜烷組成特征以及甾萜烷參數(shù)等指標開展油源綜合對比研究，重點分析蠡縣斜坡北段沙一下亞段原油特征，并確定油氣來源。

1 烴源巖特征

蠡縣斜坡在孔店組―沙河街組沉積時期經(jīng)歷了初始斷陷―斷陷深陷―斷陷萎縮期，主要發(fā)育一套河湖相沉積體系[4]，古近系沙一下亞段和沙三段烴源巖為饒陽凹陷蠡縣斜坡北段主要的烴源巖[5-6]。

圖1 蠡縣斜坡構(gòu)造綱要圖（據(jù)杜金虎等，2002）Fig.1Structure of Li County slope

沙一下亞段烴源巖有機碳含量0.24%～3.62%，氯仿瀝青“A”含量0.007 2%～0.564 7%，總烴含量（80～3 444）×10-6，S1+S2含量0.13～24.81 mg/g，有機質(zhì)豐度高，按照湖相烴源巖的評價標準，屬于較好烴源巖。沙一下亞段烴源巖有機質(zhì)以Ⅱ1型為主，具有較大的生烴潛力（表1）。烴源層埋藏相對較淺，烴源巖處于低成熟階段。

沙三段烴源巖有機碳含量0.12%～1.41%，均值0.67%，氯仿瀝青“A”含量0.021 3%～0.281 4%，均值0.081 8%，烴含量平均值為670×10-6，按照湖相烴源巖評價標準，屬于中等烴源巖（表1）。從統(tǒng)計資料來看沙三段烴源巖母質(zhì)類型偏差，有機質(zhì)類型主要是以混合型為主的Ⅱ2型。沙三段烴源巖基本屬于成熟階段[7]。

表1 蠡縣斜坡北段烴源巖特征統(tǒng)計Table 1Statistic of characteristics of hydrocarbon source rocks North Li County slope

2 油氣來源分析

油氣來源分析中油源對比指標主要包括正構(gòu)烷烴，類異戊二烯烷烴，甾、萜烷類化合物及穩(wěn)定碳同位素組成等[8]。

2.1 正構(gòu)烷烴

正構(gòu)烷烴的組分和碳數(shù)分布特征能很好地反映有機質(zhì)的類型和熱演化程度以及沉積環(huán)境特征。研究區(qū)收集到的28個泥巖和原油樣品的OEP值在0.81～1.29，主要集中分布在1左右，奇偶優(yōu)勢不明顯。主峰碳數(shù)分布在nC17～nC29，其中源巖樣品主峰碳數(shù)多小于nC25，局部有些樣品超過nC25，原油和油砂分布在nC23～nC25，這表明該地區(qū)源巖可能主要來自于浮游生物和藻類等低等生物來源特征（表2）。

5個原油樣品中除了雁50井以外，其他4個原油樣品均表現(xiàn)出植烷優(yōu)勢，這說明它們主要為脂肪酸還原產(chǎn)物，形成于相對較強的還原環(huán)境。其他23個泥巖樣品中除了淀21井（Es1）和雁68井（Es2）的Pr/Ph大于1以外，其他都小于1，這也說明主要為脂肪酸還原產(chǎn)物。由此可知原油及大多數(shù)源巖樣品都具有相同的還原環(huán)境。

2.2 類異戊二烯烷烴

姥鮫烷和植烷的分布特征可以反映該地區(qū)的沉積環(huán)境。姥鮫烷/植烷比一直用以表示母質(zhì)沉積的氧化還原環(huán)境。蠡縣斜坡北段地區(qū)大部分樣品均具有較強的植烷優(yōu)勢?？傮wPr/Ph比值均較低，其它均分布在0.18～0.98，表明其成油環(huán)境的還原性。根據(jù)Pr/nC17與Ph/nC18比值相關圖中可以看出，高59井（Es1下）、淀21井（Es1）和雁68井（Es2）三個泥巖樣品落在混合型以外，其他樣品均落在還原環(huán)境區(qū)，這也揭示出強還原環(huán)境的特點（圖2）。

表2 28個樣品生物標志化合物參數(shù)Table 2Symbolic biologic artifact parameters of 28 samples

圖2 樣品Pr/nC17與Ph/nC18比值相關圖Fig.2Ratio correlation diagram of sample Pr/nC17and Ph/nC18

2.3 甾、萜烷類化合物

甾烷類化合物幾乎都來源于真核生物。蠡縣斜坡北段樣品中C27-C28-C29規(guī)則甾烷的分布形態(tài)大致相似，呈現(xiàn)C27甾烷＞C28甾烷＜C29甾烷的不對稱“V”型分布，說明烴源巖生源構(gòu)成陸源有機質(zhì)有一定貢獻[9]。

其中，6個原油樣品均表現(xiàn)出C28甾烷＜C27甾烷＜C29甾烷反“L”型（圖3），顯示C29甾烷含量較高的特征，反映原油母質(zhì)以陸源高等植物輸入為主，同時具有此特征的樣品還包括Es1、Es3和Es4-Ek的泥巖。樣品3、7、19和20表現(xiàn)出了不同的特點，C27甾烷或者C28甾烷要大于其他兩者，這可能是局部有水生生物或者富藻類的輸入導致（圖4）。由此可見，大多數(shù)源巖樣品與原油樣品均以陸源植物輸入為主，其中原油對應的源巖樣品大多來自于沙一下亞段。

圖3 原油（油砂）飽和烴甾烷系列（m/z217）特征分布圖Fig.3Feature distribution of saturated hydrocarbon and sterane(m/z217)of crude oil(oil sand)

圖44 個源巖樣品飽和烴甾烷系列（m/z217）特征分布圖Fig.4Feature distribution of saturated hydrocarbon and sterane(m/z217)of 4 source rock samples

另外，烴類是甾萜類化合物直接熱解的產(chǎn)物，不同異構(gòu)體含量比值是十分有效的成熟度指標[10-11]。由C2920s/C2920（S+R）與ββ-C29ββ/（αα+ββ）的值組成的成熟度圖可見，該地區(qū)中6個原油或者油砂樣品均落在未成熟―低成熟。源巖樣品中除了淀21井（Es1）泥巖、高24井（Es1下）泥巖、高20井（Es1下）泥巖和雁60井（Es2）泥巖落在低成熟—成熟區(qū)，其他泥巖樣品均落在未成熟區(qū)，而這些源巖樣品均來自于沙一下亞段烴源巖，結(jié)合前面的分析據(jù)此推測原油可能來自于沙一下亞段泥巖。

根據(jù)以往研究表明，γ蠟烷指數(shù)在我國半咸水―咸水沉積及鹽湖相沉積環(huán)境的低熟油及烴源巖中一般高于0.6，而淡水沉積環(huán)境的低熟油及烴源巖中一般低于0.2。該地區(qū)21個樣品中均檢測到C30霍烷和γ蠟烷，γ蠟烷指數(shù)在0.49～2.93，豐度變化較大，但是均大于0.2，反映水體有較高的鹽度和高等植物的參入。Ts/Tm+Ts比值是常用的生物標志化合物參數(shù)。Moldowan等認為該比值的變化可能受有機相控制。評價來自同一有機相中相同源巖的原油時，Ts/（Tm+ Ts）為最為可靠的成熟度指標。隨著熱演化程度的提高，Ts/（Tm+Ts）比值增加。該地區(qū)樣品中Ts/（Ts+ Tm）值分布范圍在0.04～0.53，原油主要集中在0.4～0.5（表3）。

3 油源對比

上述研究已經(jīng)明確蠡縣斜坡北部地區(qū)原油形成于咸水還原沉積環(huán)境。主峰碳數(shù)較小，奇偶優(yōu)勢不明顯，類異戊二稀烷烴表現(xiàn)出低Pr/Ph、Ts/Ts+Tm、Pr/ nC17、Pr/nC18，表現(xiàn)未成熟―低熟原油的特征，含有一定量的伽馬蠟烷，這一系列特征均反映出原油咸水強還原有機質(zhì)生烴環(huán)境。與此同時，對比的源巖中與對應原油特征具有相似性的大多數(shù)為沙一下亞段烴源巖。

圖5 不同碳數(shù)規(guī)則甾烷分布Fig.5Regular sterane distribution of different carbon amout

表3 萜類標志化合物參數(shù)Table 3Symbolic terpenoid parameters

源巖中的干酪根在一定條件下熱裂解形成石油及天然氣，大部分運移聚集圈閉形成油氣藏，還有少部分保留在源巖中[12-13]。來自同一源巖層的油氣在化學組成上具有的相似性和來自不同源巖層的油氣在化學組成上的差異性正是油源對比的基本依據(jù)。根據(jù)不同碳數(shù)規(guī)則甾烷分布圖中可以看出（圖5），油樣及油砂樣品均落入浮游植物區(qū)域，各樣品中與原油樣品化學組成具有相似性的源巖均來自于沙一下亞段烴源巖；再結(jié)合前面正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴、成熟度等分析我們可以推斷Es1下原油可能來自于沙一下亞段的烴源巖。

4 結(jié)論

蠡縣斜坡北段地區(qū)雖具有較大的勘探潛力，但具體油氣來源、油氣運移以及成藏模式都沒有清楚統(tǒng)一的認識。對該地區(qū)作油源對比分析是個實質(zhì)性的突破，實現(xiàn)了對研究區(qū)具體油源的鑒別，解決了長期以來北段地區(qū)的油氣源來源問題，為該地區(qū)之后的油氣運移及成藏特征分析提供了重要依據(jù)。利用常規(guī)地球化學特征分析方法，選擇有生源意義的地球化學參數(shù)進行油源對比，最終得到如下結(jié)論：

1）蠡縣斜坡北段原油樣品的OEP值在0.81～1.29，主要集中分布在1左右，奇偶優(yōu)勢不明顯，植烷優(yōu)勢明顯，伽馬蠟烷含量相對較高，表現(xiàn)出原油形成于咸水還原沉積環(huán)境。

2）甾烷成熟度等參數(shù)揭示原油顯示出未熟―低熟的特征。與烴源巖對比分析顯示，原油甾烷成熟度參數(shù)、規(guī)則甾烷分布、正構(gòu)烷烴、類異戊二烯烷烴等地化特征與Es1下烴源巖地化特征相似，推斷原油可能來自于沙一下亞段烴源巖。

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（編輯：嚴駿）

Analysis on oil and gas source of 1stmember of Shahejie Formation of Paleogene on northern Li County slope

Lin Xiaoyun,Deng Xiaohui,Xue Ying,Gong Liuping and Jin Chenglin
(College of Geosciences,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China)

Li County slope,the secondary structure located in the western part of Raoyang sag of central Hebei depression,is one of the W-E low-lying,the N-E inheritance of wide flat sedimentary slope developed on pre Paleogene uplife.Sorting out the oil and gas source of northern section of slope in Shahejie formation is the foundation of hydrocarbon accumulation research,and also has important significance to the exploration and development of this area.Through the analysis of the geochemistry characteristics of crude oil and source rocks in the northern slope section,and the comprehensive contrast to the geochemical indicators such as N-alkanes and steranes and terpanes,the results show that the crude of northern Li County slope phytane has obvious advantages and relatively high gamma cerane content.It formed in the sedimentary enviroment of salt water reduction with the characteristics of up?ripe-immature,mainly from the hydrocarbon source rock of the 1stmember of Shahejie Formation.

oil and gas source,N-alkanes,isoprenoid hydrocarbon,steranes and terpanes,1stmember of Shahejie Formation, northern Li County slope

TE122.1

A

2014-11-17。

林小云（1965—），女，教授，博士，油氣成藏地質(zhì)與資源評價。