東濮凹陷胡慶地區(qū)原油地球化學特征與油源分析

呂立爽, 楊曉東, 張成富, 周 霞, 張魯惠

(1.長江大學 資源與環(huán)境學院，武漢 430100;2.中原油田分公司 勘探開發(fā)研究院 河南 濮陽 457001;3.中國石油集團測井有限公司 華北分公司，河北 任丘，062552;4.中國石化中原石油工程有限公司 地球物理測井公司，河南 濮陽457001)

胡慶地區(qū)位于河南省濮陽市東濮凹陷西部斜坡帶，主要產(chǎn)油區(qū)位于長垣斷層與石家集斷層夾持帶的第二臺階；產(chǎn)層主要有古近系沙河街組沙三中亞段、沙三下亞段，其次為沙一段、沙二段[1]。目前主要觀點認為東濮凹陷西部斜坡帶胡慶地區(qū)原油主要來自海通集洼陷的沙三下-沙四上亞段烴源巖，油氣通過長垣斷層輸導從第一臺階運移到第二臺階成藏[1-7]。2013年部署胡古2井主探古生界油氣藏，兼探長垣斷裂帶沙河街組含油氣情況。胡古2井鉆遇沙三下、沙四上亞段儲層及烴源巖，僅見到油跡1層(1.5 m)、熒光1層(4.5 m)，分析認為是保存條件差。2018年在第二臺階有利部位部署慶101井探沙三下亞段儲層及含油氣情況，該井鉆遇沙三下、沙四上亞段儲層，見到油斑1層(1.9 m)、油跡2層(4.13 m)、熒光25層(36.29 m)，電測解釋為5個干層、1個低產(chǎn)油層。探井未達到鉆探目的。

導致探井失利的因素很多，但是原油來源分析是首要的。通過油藏解剖發(fā)現(xiàn)，胡慶地區(qū)原油主要來自海通集洼陷的觀點難以解釋以下3個實際問題：第一、由于海通集洼陷西邊界、東邊界斷層(長垣斷層、文西斷層)活動，海通集洼陷斷失了沙三下-沙四上亞段[4](圖1)，僅在慶祖集以南殘存少量的沙三下-沙四上亞段，如何能成為規(guī)模性油藏的供烴層系？第二、目前海通集洼陷沙三中亞段烴源巖實測有機碳質量分數(shù)(wTOC)基本小于0.5%，屬于無效烴源巖；第三、李蕾等[3]指出原油通過長垣斷層由海通集洼陷輸導至胡慶第二臺階成藏，但是在西側同期形成的石家集斷層下盤發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模油田、封堵了大量油氣，這一情況用斷層差異輸導來解釋讓人難以信服。為此，再次取樣，分析胡慶地區(qū)原油的生物標志化合物特征以及烴源巖地球化學特征，結合實際地質條件，查明原油來源及成因，為勘探目標優(yōu)選提供依據(jù)。

1 地質概況

東濮凹陷胡慶地區(qū)構造上位于東濮凹陷西斜坡，自西向東分別發(fā)育走向北北東、傾向東的五星集斷層、石家集斷層、長垣斷層，將斜坡帶切割為3個斷階帶。長垣斷層下降盤為第一臺階，長垣斷層與石家集斷層之間為第二臺階，石家集斷層與五星集斷層之間為第三臺階[1-3](圖1)。洼陷帶自下而上發(fā)育沙三中亞段、沙三上亞段、沙二段、沙一段、東營組、館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系。斜坡帶自下而上發(fā)育石炭系-二疊系、中生界、沙四段、沙三下亞段、沙三中亞段、沙三上亞段、館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系。由于東營運動的影響，斜坡帶東營組已被剝蝕殆盡，沙河街組上部也不同程度遭受剝蝕。

圖1 研究區(qū)的構造及油巖樣品分布圖Fig.1 Structural outline and distribution of oil and rock samples in the study area

2 樣品與實驗

樣品來自東濮凹陷胡慶地區(qū)的鉆孔巖心，共選取原油樣品12件,烴源巖樣品3件，油砂樣品1件，在長江大學教育部油氣資源與勘探技術實驗室對樣品做了TOC與熱解分析、色譜、質譜分析等測試。

樣品中的可溶有機質按照常規(guī)方法進行萃取和族組分分離，對樣品進行72 h的抽提后，首先用正己烷沉淀過濾瀝青質，得到的氯仿瀝青用硅膠氧化鋁層析柱來進行族組分的分離，依次通過加正己烷、正己烷+二氯甲烷混合溶劑、二氯甲烷+甲醇混合溶劑來得到飽和烴、芳烴和非烴組分[8]。

色譜-質譜分析是使用HP6890氣相色譜(GC),色譜柱為HP-5型30 m×0.25 mm×0.25 μm毛細柱。進樣方式：脈沖不分流注入；色譜升溫程序：50℃恒溫1 min，然后以3℃/min升至315℃并恒溫14 min，載氣為氦氣；離子化方式為電子轟擊。

3 原油地球化學特征

3.1 原油的飽和烴組成特征

胡慶地區(qū)所產(chǎn)原油中的鏈烷烴主要包括正構烷烴和異構烷烴2個系列。正構烷烴廣泛分布于菌藻類及高等植物等生物體中，是油氣的主要烴類組成[9]。它不僅能反映母源輸入的差異，而且還能體現(xiàn)沉積環(huán)境的特征。對研究區(qū)原油樣品分析得出，正構烷烴系列整體呈現(xiàn)單峰態(tài)、前峰型分布型式(主峰碳數(shù)大多數(shù)為C14-C15)，基線平直，未發(fā)生明顯的彎曲，并且不具明顯的奇偶優(yōu)勢，顯示出成熟原油的特征(圖2)。姥植比(Pr/Ph)是有機地球化學研究中常用來判別有機質古環(huán)境氧化-還原程度的參數(shù)[10]。由于姥鮫烷是氧化環(huán)境產(chǎn)物，而植烷是還原環(huán)境產(chǎn)物，因而Pr/Ph>1.0，且該值越高其成烴古環(huán)境氧化程度越高，同時表明古環(huán)境水體越淺(沼澤、濕地、海陸交互相等)，常稱之為姥鮫烷優(yōu)勢[11]。胡慶地區(qū)樣品的Pr/Ph平均值在0.55左右，體現(xiàn)出強還原環(huán)境特征；少部分比值>1.0，可能緣于斷陷湖盆上部水體環(huán)境動蕩(下部仍保持還原環(huán)境)，導致有機質輸入來源多變(有高等植物輸入)，但其主要來源仍以低等水生生物為主(表1)。表1中西斜坡原油正構烷烴CPI、OEP除了新慶29井與慶67井以外，都在1.0附近，表明為成熟原油特征。新慶29井與慶67井CPI、OEP正構烷烴具有奇偶優(yōu)勢，表明成熟度較低。

表1 胡慶地區(qū)第二臺階原油正構烷烴參數(shù)Table 1 Parameters of crude oil n-alkanes in the second step of Huqing area

圖2 胡慶地區(qū)原油正構烷烴系列分布特征Fig.2 Distribution characteristics of n-alkanes in crude oil from Huqing area

3.2 原油的甾烷、萜烷組成特征

C27甾烷指示低等水生生物來源，C29甾烷指示高等生物來源[12-14]。在質量色譜圖中(圖3)，第二臺階原油的C27甾烷>C29甾烷>C28甾烷，除了慶67井沙一段原油呈“L”形分布外，其余原油的C27甾烷、C28甾烷、C29甾烷均呈不對稱的“V”形分布，表征沙一段原油來自以低等水生生物為主的母質，其余原油則由低等水生生物與高等生物混合的生物生成。三環(huán)萜烷為某些低等水生藻類的細胞膜中的三環(huán)類異戊二烯醇所形成[15-16]，第二臺階的原油三環(huán)萜烷呈正態(tài)分布，以C23為主峰，說明胡慶地區(qū)原油的生油母質以藻類為主。

圖3 胡慶地區(qū)原油m/z 191、m/z 217質量色譜圖Fig.3 m/z 191, m/z217 mass chromatogram of crude oil in Huqing area

4 油源對比

4.1 生物來源對比

烴源巖與其生成的原油的生物標志化合物在化學組成上存在相似性，這就為油源對比提供了可能[17-18]。在圖4中，所取烴源巖樣品的C27甾烷、C28甾烷、C29甾烷存在差異，第二臺階沙一段烴源巖呈弱“L”形，第一臺階沙三中亞段烴源巖(胡82井 4 215.92 m深度)呈不對稱的“V”形，第二臺階沙三下亞段烴源巖(胡7-18井2 338 m深度)呈“L”形，烴源巖母質以低等水生生物為主。沙一段烴源巖與沙三下亞段烴源巖三環(huán)萜烷呈正態(tài)分布，以C23為主峰，而第一臺階沙三中亞段烴源巖三環(huán)萜烷以C21為主峰。這些差異表明這3套烴源巖的生烴母質雖然都為藻類，但是可能為不同的藻類。與原油母質類型相比，胡慶地區(qū)第二臺階的原油來自第一臺階沙三中亞段烴源巖的可能性不大，第二臺階的原油與第二臺階的沙河街組烴源巖具有親緣關系。

圖4 胡慶地區(qū)烴源巖m/z 191、m/z 217質量色譜圖Fig.4 m/z 191, m/z217 mass chromatogram of source rocks in Huqing area

4.2 生成環(huán)境對比

表1中除了趙4-3、趙4-6井外，其余樣品的Pr/Ph均小于0.55，指示原油生成于強還原環(huán)境；趙4-3井和趙4-6井因為離物源更近，Pr/Ph較高，為弱還原環(huán)境。從圖3的伽馬蠟烷分布看，原油伽馬蠟烷含量基本都高于C31藿烷，表明原油生成于弱咸化環(huán)境。第一臺階的胡82井烴源巖伽馬蠟烷含量比C31藿烷低，說明原油與第一臺階烴源巖形成環(huán)境不一致。值得注意的是來自慶67井沙一段原油伽馬蠟烷豐度遠高于其他原油樣品中的伽馬蠟烷，說明沙一段原油生成于咸化環(huán)境，與自身沙一段烴源巖具有相似的生成環(huán)境，沙一段水體的咸度比沙三中亞段、沙三下亞段高。

4.3 成熟度對比

隨著成熟度的增加，C29甾烷的α構型向β構型轉化，生物構型R向地質構型S轉化，C29甾烷也指示成熟度[19-20]。圖4中位于第一臺階的胡82井沙三中亞段烴源巖樣品的C29甾烷αββ/(αββ+ααα)和C29甾烷ααα20S/(20S+20R)豐度，與所有原油樣品存在很大差異；然而原油樣品的C29甾烷αββ/(αββ+ααα)和C29甾烷ααα20S/(20S+20R)與第二臺階的烴源巖具有相似性，表明原油不可能來自第一臺階的沙三中亞段烴源巖。

4.4 原油密度對比

根據(jù)文獻報道[2-3]，第一臺階的原油為輕質油，密度在 0.794 6～0.818 3 g/cm3；第二臺階的原油密度為 0.840 4～0.871 4 g/cm3，屬于中質油：兩種原油密度的差異表明其來源及成因的不同。海通集洼陷沙三中段埋深普遍大于3 700 m，測試鏡質體反射率>1.0%，處于成熟-高熟階段，這與第一臺階發(fā)現(xiàn)的原油密度指示的成熟度一致，與第二臺階原油性質相反。

4.5 溫度、壓力對比

對胡慶地區(qū)部分油藏溫度及壓力系數(shù)進行測試(表2)，第一臺階油藏溫度、壓力系數(shù)高；第二臺階油藏由淺至深溫度、壓力系數(shù)都較低，為常溫常壓油藏。溫度、壓力系數(shù)的巨大差異說明第一臺階與第二臺階為2個獨立的體系。結合前文所述資料及分析，胡慶地區(qū)第一臺階與第二臺階是被長垣斷層分隔的、封閉的、獨立的油氣成藏系統(tǒng)。

5 結 論

東濮凹陷胡慶地區(qū)存在3類油藏，第一類是第二臺階的沙一段強還原的咸化環(huán)境烴源巖生成的原油在沙一段儲層中富集，為自生自儲常溫常壓油藏，埋藏深度淺；第二類為第二臺階的弱咸化環(huán)境烴源巖生成的原油在沙二段、沙三段儲層中短距離聚集，是近源聚集的常溫常壓油藏，埋藏深度中等；第三類為第一臺階的海通集洼陷生成的高成熟原油，屬于近源聚集的高溫高壓油藏，埋藏深度大。由淺至深，3類油藏在空間上形成了3個分隔的、封閉的、獨立的油氣成藏系統(tǒng)。