冀中地區(qū)文安油田原油非均質(zhì)性及其意義

徐 真，張春明

（1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北荊州434023； 2.長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北荊州434023）

冀中地區(qū)文安油田原油非均質(zhì)性及其意義

徐 真1，2，張春明1，2

（1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北荊州434023； 2.長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北荊州434023）

通過全油GC/MS分析，揭示了冀中地區(qū)文安油田分子組成上的非均質(zhì)性。研究認(rèn)為，文安油田至少存在兩類不同成因類型的原油（Ⅰ類和Ⅱ類）。Ⅰ類原油具有較高的甾/藿比，生物標(biāo)志化合物（甾烷、伽馬蠟烷、4-甲基甾烷）含量相對較高，芳香族化合物（甲基菲、三芳甾烷以及甲基二苯并噻吩）含量相對較低；Ⅱ類原油具有較低的甾/藿比，生物標(biāo)志化合物含量相對較低，芳香族化合物含量相對較高。兩類原油的分布具有規(guī)律性：Ⅰ類原油分布于南區(qū)的議論堡構(gòu)造帶；Ⅱ類原油分布于北區(qū)的史各莊構(gòu)造帶。研究表明，文安油田至少存在兩個油氣富集體系。

非均質(zhì)性；成因類型；原油；文安油田；冀中地區(qū)

文安油田位于冀中地區(qū)文安斜坡南段，具北東展布、東抬西傾的沉積特征，東臨大城凸起，北與霸縣洼槽、西與任西洼槽及馬西-鄚州洼槽相鄰（圖1）。漸新世中后期，在區(qū)域扭應(yīng)力持續(xù)作用下，發(fā)育了向洼槽傾伏的4個鼻狀構(gòu)造帶以及呈雁行排列的北東向正斷層，自南向北依次為議論堡、長豐鎮(zhèn)、史各莊、蘇橋鼻狀構(gòu)造帶，是文安斜坡主要油氣聚集帶。斷裂體系、鼻狀構(gòu)造與地層超覆、不整合和巖性尖滅相配合，形成了本區(qū)以構(gòu)造巖性為主體，以巖性油藏為輔的油藏模式[1]。文安油田含油層系主要是奧陶系、二疊系、古近系沙河街組三段、沙河街組二段、沙河街組一段、東營組、新近系館陶組。該區(qū)物源主要來自大城凸起，由東向西延伸，形成的三角洲多層疊加平行于斜坡分布。

圖1 冀中文安地區(qū)構(gòu)造單元劃分與油藏分布Fig.1 Structural units and distribution of reservoirs in Wen'an，Jizhong area

多年勘探實踐證明，文安油田是一個油氣資源豐富、由不同層系、不同類型油氣藏組成的復(fù)合油氣聚集區(qū)，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，油氣富集規(guī)律有待深入研究[2]。本文試圖在詳細(xì)剖析文安油田原油（油砂）樣品分子組成的基礎(chǔ)上，揭示其非均質(zhì)性的變化規(guī)律，為深入認(rèn)識該區(qū)油氣聚集特征提供地球化學(xué)依據(jù)。

1 樣品與實驗

我們對文安油田采集了11件原油樣品和9件油砂樣品；本次樣品主要分布于古近系沙河街組（E s），東營組（E d），新近系館陶組（N g）油藏（表1）。而樣品的分析工作是在長江大學(xué)地球化學(xué)測試分析研究中心完成的。我們采用原油直接進(jìn)行色譜/質(zhì)譜分析技術(shù)，即取一定量的原油（或油砂氯仿抽提物）用異辛烷溶解，其次加入標(biāo)樣（飽和烴生物標(biāo)志物絕對含量的定量標(biāo)樣為D4-C29膽甾烷，芳烴絕對含量的定量標(biāo)樣為D8-二苯并噻吩），用超聲波使其均勻溶解，靜置12 h后，取上部清液，直接進(jìn)行色譜/質(zhì)譜（GC/MS）分析。其中GC/MS分析在HP6890/5973MSD上完成；色譜柱為HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25μm），膜厚為0.25 mm，內(nèi)徑為0.10μm，載氣為氦氣；而升溫程序為40℃時恒溫2 min，然后以4℃/min的升溫速率升至300℃，再恒溫15 min；然后采用多離子檢測。質(zhì)譜條件為：+EI/QIMS，離子源電離能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍為50～550 amu，掃描間隔為2 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 正構(gòu)烷烴與類異戊二烯烴

經(jīng)研究樣品中正構(gòu)烷烴和類異戊二烯烷烴的分布特征顯示，文安油田北區(qū)東營組和館陶組原油具有明顯的微生物降解作用[3，4]，尤其是館陶組原油類異戊二烯烷烴遭到嚴(yán)重蝕變；而文安南區(qū)埋藏較淺的油砂樣品也具有較嚴(yán)重的微生物降解特征（表1；圖2）。在圖2中主要分布有甾、藿烷類化合物，而看不到明顯的正異構(gòu)烷烴的分布，這是明顯微生物降解的特征。

通過對未遭受降解的原油樣品分析發(fā)現(xiàn)，正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布范圍較寬，從C10到C40均有分布。文安南區(qū)樣品主峰碳多位于C23—C25；而北區(qū)樣品主峰碳數(shù)稍有向前移的特征，且具較豐富的低碳數(shù)化合物。分析發(fā)現(xiàn)所有樣品均具較低的Pr/Ph值（＜0.71），表明其油源環(huán)境具有較強(qiáng)的還原性[5]；通過詳細(xì)對比發(fā)現(xiàn)，文安油田南區(qū)與北區(qū)樣品的Pr/Ph值也存在一定的差別（南區(qū)為0.05～0.27，北區(qū)為0.61～0.71），這表明文安油田南、北兩區(qū)原油存在一定程度的差異。而Pr/n C17與Ph/n C18的散點關(guān)系常被用來進(jìn)行原油對比研究（圖3）?？傮w而言，所有樣品分布區(qū)均屬于還原性較強(qiáng)區(qū)域，這與Pr/Ph所示一致。相比較而言，文安南區(qū)比文安北區(qū)原油的還原性更強(qiáng)。這一特征初步說明樣品間所存在的聯(lián)系與區(qū)別。

2.2 五環(huán)三萜類

文安油田樣品中均檢出具有豐富的五環(huán)三萜類化合物，其中伽馬蠟烷相對含量具有明顯變化特征。在文安南區(qū)多數(shù)樣品中，參數(shù)伽馬蠟烷/ R-C31藿烷（G/R-C31H）變化范圍在1.00～3.42，而文安北區(qū)多數(shù)樣品分布范圍小于1.00?？傮w而言，富伽馬蠟烷的樣品主要分布于文安南區(qū)，而文安北區(qū)樣品中伽馬蠟烷含量相對較低（表1）。由于伽馬蠟烷的出現(xiàn)一般表明沉積環(huán)境水體的分層性，通常具有較高的鹽度，因此伽馬蠟烷的這一分布特征表明文安油田南、北區(qū)塊原油成因上的差異。

表1 冀中文安地區(qū)樣品信息及部分地化參數(shù)Table1 Information of oil samples and some geochemical parameters of Wen'an，Jizhong area

圖2 冀中文安南區(qū)微生物降解樣品總離子流圖Fig.2 Total ion currents ofmicrobial degradation samPles from southern Wen'an，Jizhong area

圖3 冀中文安地區(qū)原油樣品Pr/n C17與Ph/n C18散點圖Fig.3 Scattergram of Pr/n C17and Ph/n C18for crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area

參數(shù)Ts/Tm值主要受熱演化程度和沉積環(huán)境特征兩因素控制[6]。本次分析的樣品，其Ts/Tm值表現(xiàn)出明顯變化的特征（表1）。對于文安南區(qū)樣品，Ts/Tm值變化較大：最低值僅為0.28，最高值達(dá)1.16，大多數(shù)樣品表現(xiàn)出低值（＜0.6）。而文安北區(qū)樣品中，Ts/Tm值總體相對較高（0.85～1.10）。這一特征表明，文安油田南、北區(qū)原油存在明顯的非均質(zhì)性。

通過研究伽馬蠟烷參數(shù)（G/R-C31H）與Ts/ Tm值的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，兩參數(shù)具有較好的相關(guān)性（圖4）。這一相關(guān)關(guān)系表明，參數(shù)Ts/Tm值主要受控于源巖的環(huán)境，其次才是熱演化程度。這也說明，上述有關(guān)重排化合物的分布主要受控于源巖沉積環(huán)境。也就是說，文安油田分布的原油應(yīng)具有不同的成因類型。

圖4 冀中文安地區(qū)原油樣品Ts/Tm值與伽馬蠟烷/ R-C31藿烷參數(shù)值（G/R-C31H）相關(guān)圖Fig.4 Correlation between Ts/Tm and gammacerane/R-C31hoPane for crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area

2.3 甾類

文安油田樣品中均檢出豐富的甾烷系列化合物（圖5a），且規(guī)則甾烷占主導(dǎo)地位，其豐度遠(yuǎn)高于重排化合物。從峰高來看，規(guī)則甾烷C27，C28，C29異構(gòu)體ααα-20R的豐度均呈現(xiàn)出以C29為主峰的不對稱“V”字分布。C29甾烷異構(gòu)化參數(shù)ααα-20S/（20S+20R）的成熟度指標(biāo)在文安南區(qū)樣品中分布于0.15～0.33，且多數(shù)樣品小于0.20，此外，多數(shù)樣品均有5（β）-甾烷類化合物的檢出，表明南區(qū)原油具有低熟-未熟原油的特征[7]。而文安北區(qū)樣品C29甾烷異構(gòu)化參數(shù)分布于0.30～0.51之間，且大多數(shù)樣品在0.36以上（表1）。由此可見，文安油田北區(qū)原油成熟度明顯高于南區(qū)。

甾烷與藿烷比值具有明顯變化的特征，文安南區(qū)樣品大多數(shù)分布于2.22～4.37，表現(xiàn)出相對較高值；北區(qū)樣品大多數(shù)分布在0.36～0.59（表1）；表明文安南、北區(qū)有機(jī)質(zhì)生物來源的差異。我們對南區(qū)樣品詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，文108井區(qū)兩個樣品（表1；圖1）分布于0.31～0.70；分布特征偏似于文安北區(qū)樣品（表1）。從井位分布來看，文108井處在文安油田南、北交界處，可能是因為受到霸縣洼槽油氣運移的影響，這預(yù)示著霸縣洼槽油氣資源較豐富。

由于樣品是直接進(jìn)行全油GC/MS分析，因此在m/z 231質(zhì)量色譜上可同時檢出4-甲基甾烷和三芳甾類化合物[8，9]（圖5b），可在同一基準(zhǔn)上來剖析樣品中的飽和烴類與芳香烴類的相對組成特征。從4-甲基甾烷類與三芳甾烷類化合物的相對豐度分布特征來看，文安南區(qū)樣品普遍富含4-甲基甾烷類，而文安北區(qū)原油普遍富含三芳甾類化合物。這一分布特征初步表明文安油田南、北區(qū)塊芳烴類化合物存在明顯非均質(zhì)性。

圖5 冀中文安地區(qū)原油樣品質(zhì)量色譜圖Fig.5 Mass chromatograms of crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area 4-MS3.4-甲基甾烷3號峰；TAS5.三芳甾烷5號峰

2.4 分子組成與原油成因類型

對原油（油砂）樣品分子組成的剖析表明，文安油田南區(qū)和北區(qū)原油的飽和烴和芳烴分子組成存在明顯的非均質(zhì)性。下面綜合分析這兩類化合物的分布特征，以期對該區(qū)不同成因類型原油有一明確認(rèn)識。

2.4.1 三組分變化與成因類型

首先分析典型的生物標(biāo)志化合物ααα-20RC29甾烷、C30藿烷以及芳烴中甲基菲三組分相對含量的變化特征（表1）。分析發(fā)現(xiàn)，文安南區(qū)多數(shù)樣品甲基菲的相對含量分布于2%～9%，而文安北區(qū)多數(shù)樣品分布于55%～83%；文安南區(qū)多數(shù)樣品甾烷相對含量為60%～80%，而文安北區(qū)多數(shù)樣品為5%～17%；藿烷相對含量變化為13%～73%，文安南、北兩區(qū)變化不太明顯。將三組分相對含量作圖加以研究可明顯看出樣品分別聚集在3個不同的區(qū)域（圖6）：文安南區(qū)樣品主要集中在富甾烷區(qū)，文安北區(qū)樣品主要集中在富甲基菲區(qū)，而所有微生物降解樣品均集中在富藿烷區(qū)。這一區(qū)域分布特征表明文安油田南、北區(qū)具有不同類型的原油，微生物的降解作用似乎具有蝕變甲基菲的同時增大藿烷相對含量的特征。

圖6 冀中文安地區(qū)原油樣品甲基菲-甾烷-藿烷相對含量三角圖Fig.6 Triangular diagram of the relative content of methylPhenanthrene，sterane and hoPane in crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area MP.甲基菲；C29S.ααα-R-C29甾烷異構(gòu)體；C30H.C30藿烷

2.4.2 多組分變化與成因類型

通過對飽和烴和芳烴多組分相對含量變化特征進(jìn)行分析，以期對本區(qū)原油的成因類型作進(jìn)一步探討。實驗中選擇典型的、具有明顯變化特征的組分ααα-R-C29甾烷（C29S）、C30藿烷（C30H）、伽馬蠟烷（Gam）、4-甲基甾烷（4-MS，圖5）、甲基菲（MP）、三芳甾烷（TAS，圖5）、甲基二苯并噻吩（MDBT），其相對百分含量列于表1。

從甾烷的相對含量來看，文安北區(qū)所有原油樣品分布于4.0%～25.5%，多數(shù)樣品分布于10.5%～13.1%，表現(xiàn)出相對較低值；而文安南區(qū)樣品的分布范圍為17.9%～58.2%；通過對文安南區(qū)樣品研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)樣品甾烷相對含量分布于36.8%～58.2%之間，只有位于文108井區(qū)三樣品（表1；圖1）分布于17.9%～25.5%；而文108井區(qū)兩個樣品分布特征似乎介于文安北區(qū)樣品與南區(qū)多數(shù)樣品的中間（表1）。具有相似變化特征的還有4-甲基甾烷和伽馬蠟烷相對含量的變化（表1）。

對甲基菲的相對含量的分析發(fā)現(xiàn)，文安南區(qū)樣品分布于1.1%～20.3%，大多數(shù)樣品分布于1.1%～7.0%，顯示出相對較低值特征。文安北區(qū)樣品分布于12.8%～72.7%；館陶組原油顯示最低的甲基菲含量（表1），可能與微生物降解相關(guān)；而大多數(shù)樣品分布于42.9%～72.7%，顯示相對較高值特征。同樣，在文108井區(qū)出現(xiàn)異常分布，最低值為3.3%，可能與微生物降解相關(guān)；分布于11.4%～20.3%的樣品具有介于文安南區(qū)與文安北區(qū)樣品的中間特征。此外，三芳甾烷類和甲基二苯并噻吩的相對含量也具有相似的變化趨勢（表1）。

由此可見，文安油田南區(qū)、北區(qū)存在明顯分子組成上的非均質(zhì)性；這一非均質(zhì)性與其成因存在密切關(guān)系。選取ααα-R-C29甾烷、伽馬蠟烷、甲基菲、甲基二苯并噻吩的相對百分含量作對比研究，結(jié)果展示了這種非均質(zhì)性及其與成因類型的關(guān)系（圖7）。圖中均可以明顯看出Ⅰ類區(qū)與Ⅱ類區(qū)間有一個交集；換而言之本區(qū)樣品可分為3個類型：Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)不具交集的樣品似具“端元油”（End-member oil）特征，而交集區(qū)的樣品似具混源油特征[10～14]。因此，文安油田至少存在兩類不同成因油氣的聚集：Ⅰ類原油主要分布在文安油田南區(qū)的議論堡構(gòu)造帶；Ⅱ類原油主要分布在文安油田北區(qū)的史各莊構(gòu)造帶。文108井區(qū)處在文安油田南、北交界，樣品且具有混合油特征，預(yù)示霸縣洼槽的原油業(yè)已運移到議論堡鼻狀構(gòu)造帶，也從側(cè)面說明霸縣洼槽油氣資源的豐富。

圖7 冀中文安地區(qū)原油樣品典型飽和烴-芳烴相對含量相關(guān)圖Fig.7 Correlation diagram of the relative amounts of tyPical saturated hydrocarbons and aromatic hydrocarbons for crude oil samPles from Wen'an，Jizhong area

3 結(jié)論

1）全油GC/MS定量分析，既可減少由于組分分離過程帶來的誤差，同時也可在同一基準(zhǔn)上獲得各化合物的相對含量的變化及分布特征；在某種程度上為我們提供了另一剖析原油分子組成非均質(zhì)性的分析研究方法。

2）文安油田南區(qū)、北區(qū)至少存在兩種不同的成因類型的原油，Ⅰ類原油具有較高的甾/藿比，且芳香族化合物（甲基菲、三芳甾烷以及甲基二苯并噻吩）含量相對較低；Ⅱ類原油則具有較低的甾/藿比，且烴類生物標(biāo)志化合物（甾烷、伽馬蠟烷、4-甲基甾烷）含量相對較低。

3）Ⅰ類原油主要分布于油田南區(qū)的議論堡構(gòu)造帶，Ⅱ類原油主要聚集于油田北區(qū)的史各莊構(gòu)造帶，預(yù)示著文安油田至少存在兩個油氣富集體系。文108井區(qū)樣品具有兩類原油混合特征，預(yù)示著霸縣洼槽具有豐富的油氣資源。

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（編輯 張亞雄）

Heterogeneity of crude oil from W en'an oilfield in Jizhong area and its im plications

Xu Zhen1，2and Zhang Chunming1，2

（1.Key Laboratory of Oil and Gas Resources and Exploration Techniques，Ministry of Education，Yangtze University，Jingzhou，Hubei434023，China； 2.Depatment of Geochemistry，Yangtze University，Jingzhou，Hubei434023，China）

The whole oil GC/MS analysis shows thatmolecular constituents of oil in the Wen'an oilfield in the Jizhong area have certain heterogeneity.According to this study，it is believed thatat least two genetic tyPes of oil（TyPeⅠand TyPeⅡ）occur in the Wen'an oilfield.The TyPeⅠoil is characterized by relatively high sterane-hoPane ratio，relatively higher content of biomarkers（sterane，gammacerane and 4-methyl sterane）and relatively lower content of aromatic comPounds（methylPhenanthrene，triaromatic sterane and methyldibenzothio-Phene）.In contrast，the TyPeⅡoil features in lower sterane-hoPane ratio，relatively lower content of biomarkers and relatively higher contentof aromatic comPounds.The distribution of these two tyPes of oil shows certain regularity，with the tyPeⅠoil occurring in the YilunPu structural belt in the southern Part and the TyPeⅡoil distributed in the Shigezhuang structural belt in the northern Part.At least two Petroleum systems occur in the Wen'an oilfield.

heterogeneity，genetic tyPe，crude oil，Wen'an oilfield，Jizhong area

TE133.1

A

0253-9985（2010）03-0321-06

2009-09-28。

徐真（1984—），男，碩士研究生，油氣地球化學(xué)。

國家自然科學(xué)基金項目（40772091）。