南襄盆地泌陽凹陷西部稠油地化特征及意義

胡守志，李水福，何 生，王 華，楊道慶，林社清

(1.中國地質(zhì)大學(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074；2.中國石油化工股份有限公司 河南油田分公司研究院，河南 南陽 473132)

全球稠油、瀝青砂、黑色頁巖等非常規(guī)油氣資源儲量可觀，具有比常規(guī)油氣資源數(shù)倍的巨大潛力。作為21世紀重要的后備資源之一的稠油，對未來能源供給有著重要影響[1]。泌陽凹陷西部地區(qū)稠油油藏發(fā)育，了解其地質(zhì)—地球化學特征與成因機理，對于該區(qū)稠油勘探及制定有效開發(fā)方案具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

泌陽凹陷位于河南省南部的唐河縣和泌陽縣，是南襄盆地中的一個次級凹陷。30多年的油氣勘探已經(jīng)證實了該凹陷是一個“小而肥”的凹陷[2]。西部地區(qū)發(fā)現(xiàn)和探明了井樓和古城2個稠油油田，區(qū)域上橫跨南部陡坡帶和北部斜坡帶(圖1)，其含油層系為核三段(Eh3，分為Ⅰ-Ⅷ油層組，其中Ⅰ-Ⅳ油層組為核三上段，Ⅴ-Ⅷ油層組為核三下段)，稠油探明儲量為3 195×104t，油藏具有“淺、薄、散、小”的特點[3]。

2 樣品與實驗

采集到泌陽凹陷西部地區(qū)井樓原油5個，古城油田原油樣品7個，共12個樣品(圖1)，做精細有機地球化學分析。

樣品用正己烷沉淀瀝青質(zhì)后，分別用正己烷、2∶1的二氯甲烷與正己烷混合溶劑、無水乙醇和氯仿淋洗出飽和烴、芳香烴以及非烴組分[4]。對分離組分在Agilent7890A和Agilent5973(N)臺式色譜—質(zhì)譜儀進行飽和烴色譜及飽和烴、芳香烴色譜—質(zhì)譜分析。飽和烴色譜分析條件：采用HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，以3 ℃/min速度自80℃升溫至290 ℃，恒溫20 min，載氣為He。該測試在中國地質(zhì)大學構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室完成。飽和烴色譜—質(zhì)譜分析條件：采用DB-Petro(50 m×0.20 mm×0.50 μm)，以3 ℃/min速度自80 ℃升溫至300 ℃，恒溫20 min，載氣為He；EI電流源70 eV，MID方式檢測。芳香烴色譜—質(zhì)譜分析條件：采用DB-Petro(50 m×0.20 mm×0.50 μm)，以3℃ min速度自80 ℃升溫至300 ℃，恒溫20 min，載氣為He；EI電流源70 eV。該測試由中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所完成。

3 結(jié)果與討論

3.1 原油物性與族組成

泌陽凹陷西部地區(qū)原油均屬于粘稠的重質(zhì)原油(密度大于0.934 g/cm3，黏度大于300 mPa·s)。原油族組成中飽和烴含量為33%～51%，芳烴含量為20%～35%，非烴和瀝青質(zhì)含量為24%～47%，飽芳比在1.0～2.0之間變化(表1)。根據(jù)前人研究成果[5]，與泌陽凹陷中部確認的核二段未熟—低熟原生稠油的高非烴和瀝青質(zhì)的族組成對比，推測該區(qū)稠油主要由次生變化引起的稠變，而原生不是其稠油的主要成因。

3.2 原油飽和烴特征

飽和烴氣相色譜圖顯示該區(qū)原油正構(gòu)烷烴和類異戊二烯烷烴微量或完全無法檢測，其甾烷、萜烷以及β-胡蘿卜烷含量凸顯出來(圖2)，表明該區(qū)原油均受到中等以上程度的生物降解。

原油中甾烷一般分為低分子量甾烷、規(guī)則甾烷、重排甾烷以及C30的4-甲基甾烷。本區(qū)大部分原油以規(guī)則甾烷(占總甾烷80%以上)為主，且生物構(gòu)型(αααR)的規(guī)則甾烷以C29>C27>C28分布樣式為特征，低分子甾烷和重排甾烷的含量較低(圖3)。但泌淺10區(qū)塊和樓3913原油的規(guī)則甾烷含量明顯降低，甚至檢測不到，而低分子量甾烷和重排甾烷含量大幅度增高，這主要是因原油受到嚴重生物降解，規(guī)則甾烷先于重排甾烷和低分子量甾烷降解所致。此外，樣品中沒有檢測到C30的4-甲基甾烷，是生物降解所致還是母源本身缺乏有待進一步研究。由此表明，當原油受到中等—嚴重的生物降解時，一些常用來識別母源和成熟度的甾烷參數(shù)失效[6]，使用時需慎重。

圖1 南襄盆地泌陽凹陷西部油田構(gòu)造及樣品位置

區(qū)塊井號層位深度/m飽和烴/%芳香烴/%非烴/%瀝青質(zhì)/%飽/芳C29甾烷ββ/(αα+ββ)伽馬蠟烷/C29藿烷Ts/Tm 25-降藿烷/C30藿烷古城油田泌124泌125泌淺10井樓油田古323Eh3Ⅳ804.8～849.647.5225.8321.714.931.840.391.040.200古412Eh3Ⅵ631.4～634.236.4235.0824.653.851.040.303.120.160古4705Eh3Ⅴ610.0～638.846.2422.1726.814.782.090.391.940.140古4919Eh3Ⅴ563.4～588.046.6424.1724.175.021.930.391.620.140古574Eh3Ⅳ262.8～271.038.2726.1829.186.371.46null1.410.140古580Eh3Ⅳ190.0～199.633.1219.6741.775.441.68null1.370.150古J5907Eh3Ⅳ231.4～241.041.3521.5530.007.091.920.371.370.150樓3913Eh3Ⅳ157.0～162.836.6229.1127.207.071.26null0.490.374.85樓3917Eh3Ⅳ279.2～282.049.5826.5721.452.401.870.441.140.210樓1131Eh3Ⅴ369.6～380.451.0925.1618.345.402.030.452.590.273.43樓2111Eh3Ⅲ207.6～232.646.7827.0622.024.151.730.430.870.448.67樓J1520Eh3Ⅲ123.6～134.841.2131.5423.963.291.310.420.910.323.96

圖2 南襄盆地泌陽凹陷西部原油飽和烴氣相色譜圖

原油萜烷總體特征分成兩類：一類以五環(huán)三萜占優(yōu)勢，為中等降解級別的原油，主要分布在古城的泌124和泌125區(qū)塊以及井樓的樓3917井；另一類以長鏈三環(huán)萜占優(yōu)勢，且C30藿烷明顯受到不同程度降解，為嚴重降解級別的原油(圖3)。該特征表明藿烷比長鏈三環(huán)萜烷更易遭受生物降解。長鏈三環(huán)萜、Ts、Tm、C29降藿烷以及伽馬蠟烷似乎還未受生物降解影響(圖3)，因此，這些參數(shù)是飽和烴生物標志化合物中反映研究區(qū)油源的主要參數(shù)。前人對泌陽凹陷烴源巖的研究表明，核三上段烴源巖Ts/Tm比值較高，伽馬蠟烷含量相對較低；而核三下段Ts/Tm比值較低，伽馬蠟烷含量很高[7]。由于研究區(qū)C30藿烷受到不同程度的降解，常用的伽馬蠟烷指數(shù)(伽馬蠟烷/C30藿烷)不再有效，而C29藿烷在此降解級別下似乎還受到降解破壞，因此，本研究選擇伽馬蠟烷/C29藿烷比值作為伽馬蠟烷含量的參照。由表1可見，古城泌125區(qū)塊的核三下段原油伽馬蠟烷/C29藿烷比值最高，其次是泌淺10區(qū)塊的核三上段原油，最低的是泌124區(qū)塊的古323核三上段原油；同樣，井樓地區(qū)樓1131核三下段原油最高，而核三上段原油相對較低，除樓3917外，其它都小于1。這表明了西部地區(qū)核三下段原油來自核三下段母源，而核三上段原油均不同程度混入了核三下段來源的原油，甚至有些區(qū)塊以核三下段來源為主。此外，古城地區(qū)核三上段、下段原油Ts/Tm比值均較低(表1)，其比值的相近也暗示了核三上段原油中混入了較多量核三下段來源的油；而井樓原油該比值相對較高，且區(qū)內(nèi)樣品變化相對較大，這不僅與核三上段、下段來源的混入量有關，也可能其母源與古城原油母源不一。

此外，井樓部分原油樣品還檢測到常存在于嚴重生物降解原油中的25-降藿烷(表1)，這些原油的C30藿烷受到一定程度降解，而規(guī)則甾烷(除樓3913原油降解完全外)卻分布完整，但與之處于相同降解級別的古城原油則具有完全不同的特征：規(guī)則甾烷基本完全降解，C30藿烷明顯降解，其降解程度明顯強于井樓原油(圖3)，卻未檢測到25-降藿烷(表1)。這表明古城、井樓原油中化合物受到生物降解的順序不相同，即生物降解具有選擇性，也暗示著兩個地區(qū)原油受生物降解的機制不一致。

圖3 南襄盆地泌陽凹陷西部地區(qū)原油甾、萜烷質(zhì)量色譜圖

3.3 芳烴化合物特征

芳烴檢測結(jié)果表明，研究區(qū)原油芳烴化合物主要由萘、菲系列化合物和三芳甾烷化合物組成，其中井樓油田(樓3917除外)、古城油田泌淺10區(qū)塊主要為三芳甾烷，而萘系列、菲系列以及三芴系列等化合物均未檢測到；而樓3917、泌124區(qū)塊和泌125區(qū)塊則以萘系列和菲系列為主要組分。不同樣品所檢測得到的系列有所差異，但幾乎所有樣品都檢測到了熒蒽、甲基熒蒽，芘、甲基芘系列和屈艸、甲基屈艸系列等一些反映母質(zhì)中陸源物質(zhì)貢獻的化合物[8]，表明該區(qū)原油的母源有陸源高等植物輸入。

芳烴總體分布特征圖(圖4)也可明顯地將泌陽凹陷西部地區(qū)原油劃分為2種類型，第一類是以芳香甾烷系列為主，萘、菲系列含量很少的“后峰型”原油，也為降解嚴重的原油，主要分布在井樓地區(qū)(樓3917除外)和古城地區(qū)的泌淺10區(qū)塊；第二類正好相反，是以萘、菲系列為主，而芳香甾系列含量相對較低的“前峰型”原油，其降解程度明顯低于第一類原油，分布于樓3917、古城的泌124區(qū)塊和泌125區(qū)塊。

圖4 南襄盆地泌陽凹陷西部地區(qū)原油芳烴分布

前人研究表明，原油受到生物降解程度不同，對其中芳烴化合物影響程度也不同[9]。研究區(qū)原油均遭受一定程度生物降解破壞，使得萘系列、菲系列、二苯并噻吩系列以及三芴系列等化合物的含量受到影響，嚴重降解者甚至檢測不到，使得常用表征原油成熟度[10,11]和沉積環(huán)境的芳烴參數(shù)[12,13]在該區(qū)內(nèi)也無法使用或失效，只有抗生物降解能力很強的三芳甾烷系列存在于所有檢測的泌陽凹陷西部地區(qū)原油中。三芳甾烷在芳烴餾分中的相對豐度是表征母源輸入特征的指標之一[8]，而成熟度的標度除了三芳甾烷豐度[10]外，還有如三芳甾烷/

(三芳甾烷+單芳甾烷)、低分子量單芳或三芳甾烷/(低分子量單芳或三芳甾烷+規(guī)則單芳或三芳甾烷)、C26-三芳甾20S/(20S+20R)等[14,15]。然而，當原油遭受生物降解時，三芳甾烷在芳烴餾分中的相對豐度因生物降解強度增加而增加。因此，三芳甾烷相對豐度不能作為嚴重生物降解原油的母源輸入標志和成熟度標度。但只要原油沒有遭受到特別嚴重降解(10級)，其三芳甾烷本身受降解影響較小[16]，其內(nèi)部化合物比值類參數(shù)仍可用于表征原油成熟度。

由(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷與C20/(C20+C28R)-三芳甾烷關系圖(圖5)可見，用芳烴的三芳甾烷參數(shù)可以較好地將泌陽凹陷西部地區(qū)原油分為兩類，與芳烴總體分布特征劃分的原油類型一致，且這些三芳甾烷的參數(shù)表明第一類原油成熟度較低，而第二類原油成熟度較高。同樣，(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷與飽和烴中抗生物降解能力較強的生標參數(shù)C24-四環(huán)萜烷/C26(S+R)-長鏈三環(huán)萜烷關系圖(圖5)也可將研究區(qū)原油分為與前面結(jié)論一致的兩類原油。因此，當原油受到嚴重降解時，用適當?shù)娜肩尥閰?shù)可以較好地將原油分類并推斷其成熟度高低。

圖5 南襄盆地沁陽凹陷西部地區(qū)原油三芳甾烷相關參數(shù)關系

4 結(jié)論

1)研究區(qū)的飽和烴生物標志化合物特征表明，核三下段原油來自核三下段母源，而核三上段原油均不同程度混入了核三下段來源的原油，甚至有些區(qū)塊以核三下段來源為主。此外，井樓和古城原油的母源可能不一致。

2)古城、井樓相同降解級別的稠油具有不同的生物標志化合物分布特征，表明這兩個地區(qū)的原油具有不同的生物降解選擇性，推測兩個地區(qū)原油的生物降解機制可能不同。

3)芳烴的總體分布特征圖、(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷與C20/(C20+C28R)-三芳甾烷關系圖以及(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷與C24-四環(huán)萜烷/C26-三環(huán)萜烷關系圖可將該區(qū)原油劃分為2種類型。

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