遼河灘海地區(qū)原油地球化學特征及成因類型

楊偉偉，柳廣弟，王延山，高 崗，馮 淵

（1.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦124010；3.中國石油長慶油田分公司，陜西西安710021）

遼河灘海地區(qū)原油地球化學特征及成因類型

楊偉偉1，柳廣弟1，王延山2，高 崗1，馮 淵3

（1.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦124010；3.中國石油長慶油田分公司，陜西西安710021）

遼河灘海地區(qū)為遼河油田油氣生產(chǎn)的重要后備接替區(qū)，該區(qū)原油包括正常油、稠油和超稠油。稠油和超稠油主要分布于淺層，與生物降解、氧化作用有關。根據(jù)原油的沉積環(huán)境、母質類型和成熟度特征，將原油劃分為4類：Ⅰ類為伽馬蠟烷含量相對較高、姥/植比相對較低和“V”字形規(guī)則甾烷分布的成熟原油，分布在筆架嶺油田和月海油田中淺層；Ⅱ類成熟度偏高，低伽馬蠟烷和“L”形規(guī)則甾烷分布，分布于月海油田相對深層的沙河街組三段；Ⅲ類具有高三環(huán)萜烷、高伽馬蠟烷和“L”形規(guī)則甾烷分布的特征，為海南11和葵花16東營組三段原油，處于灘海東部生烴凹陷兩側；Ⅳ類以較低成熟度、低伽馬蠟烷和高姥/植比區(qū)別于前3類原油，分布在葵花島油田東營組。4種成因類型的原油指示遼河灘海地區(qū)存在多套有效烴源巖，月海油田深層和灘海東部葵花島油田東營組仍具有廣闊的勘探前景。

原油成因類型；生物標志物；成熟度；遼河灘海

1 石油地質概況

遼河灘海地區(qū)處于遼東灣北部，西起遼寧省西部葫蘆島，東至遼寧省營口市鈸魚圈連線以北，海圖水深5m以內的范圍［1-3］（圖1）。由陸灘、海灘、潮間帶和極淺海4部分組成，礦權登記面積為3475km2。經(jīng)過十幾年的勘探，遼河灘海地區(qū)已發(fā)現(xiàn)太古宇、古生界、中生界、古近系沙河街組四段（E2s4）、沙河街組三段（E2s3）、沙河街組二段（E3s2）、沙河街組一段（E3s1）、東營組三段（E3d3）、東營組二段（E3d2）、東營組一段（E3d1）和新近系館陶組（N g）等11套含油氣層系，以及太陽島、葵花島、筆架嶺和月海4個油氣田［2］。前人對該區(qū)油氣進行了大量研究，但主要涉及到油氣成藏條件及其控制因素［1-13］，明顯缺乏對原油地球化學特征及成因類型的認識，還不能滿足油氣精細勘探挖潛的需要。本文在研究原油地球化學特征的基礎上，按照生源、母質沉積環(huán)境和成熟度對該區(qū)原油成因類型進行了劃分，從而為有效烴源巖的預測，尤其是盆地中心無井區(qū)烴源巖的確認和油氣運移與成藏機理的研究提供有機地球化學依據(jù)。

圖1 遼河灘海地區(qū)構造位置與油田分布Fig.1Map showing tectonic zonation and oilfield distribution in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

2 樣品與實驗

研究共采集19個原油和4個油砂樣品，主要分布于筆架嶺（4個）、月海（9個）和葵花島油氣田（10個），這些樣品幾乎遍布各含油層系（N g，E d，E s，Mz，Pt）（表1）。此外，收集原油密度、粘度與族組成資料，便于研究原油宏觀地球化學特征。

實驗流程：首先采用超聲冷泡方法將油砂樣品進行分離，再用二氯甲烷與甲醇（93∶7）混合溶液抽提72h，然后將原油樣品與油砂抽提物沉淀瀝青質，可溶部分用氧化鋁/硅膠柱層析進行族組分分離，最后分別用石油醚、二氯甲烷和甲醇來洗脫飽和烴、芳烴和非烴組分。采用美國Thermo公司生產(chǎn)的Finnigan Trace-DSQ氣相色譜質譜聯(lián)用儀，完成對原油和油砂抽提物的飽和烴色譜-質譜（GC-MS）分析。條件：采用HP-5MS彈性石英毛細管柱（長60 m，內徑0.25mm），載氣為氦氣。升溫程序：初溫50℃持續(xù)1min；以20℃/min升溫至120℃；以4℃/min升至250℃；再以3℃/min升至310℃保持30 min。質譜電離能量70 eV。

3 原油地球化學特征

3.1 宏觀特征

表1 遼河灘海地區(qū)樣品采集與產(chǎn)層分布Table 1Map show ing sampling locations and pay zone distribution in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

遼河灘海地區(qū)原油物性差異較大，包括正常油、稠油和超稠油，原油密度在0.7970～1.0415g/cm3之間，粘度在1.5～59070.0mPa·s之間。原油物性在平面上和縱向上的分布都有一定的規(guī)律性，總體上表現(xiàn)為由深到淺、由凹陷中心向邊緣，原油密度和粘度逐漸增大。根據(jù)原油的密度和粘度特征可以將研究區(qū)原油大致分為兩個族群（圖2，圖3）。第一類，原油密度大于0.9300g/cm3，粘度大于50mPa·s，屬于稠油和超稠油。主要分布在葵花島和月海油氣田的淺層，垂向上埋深一般小于1800m，只有月海油田的海南1井稠油在深于2800m的地層中（圖2）；第二類，原油密度小于0.9300g/cm3，粘度小于50mPa·s，屬于正常原油，在遼河灘海地區(qū)各油田均有分布，垂向上埋深一般大于1800m（圖2，圖3）。

圖2 遼河灘海地區(qū)原油密度-粘度相關圖Fig.2 Crude oil density vs.viscosity in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

圖3 遼河灘海地區(qū)原油密度-深度相關圖Fig.3 Crude oil density vs.depth in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

圖4 遼河灘海地區(qū)原油族組成特征Fig.4 Ternary plot showing group compositions of crude oil in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

從原油的族組成特征分布圖（圖4）亦可以明顯地將遼河灘海地區(qū)原油劃分為兩個族群：第一類，表現(xiàn)為飽和烴含量低（飽和烴含量大都低于55％，最低為30％），芳香烴、非烴和瀝青質含量高的特點，主要分布在月海油田和葵花島油田的淺層；第二類，表現(xiàn)為飽和烴含量相對較高（飽和烴含量大都高于60％，最高達90％），芳香烴、非烴和瀝青質含量低的原油，在遼河灘海地區(qū)各油田均有分布，埋深一般大于1800m。

原油族組成特征與物性特征具有很好的一致性，即原油的飽和烴含量愈低，芳香烴、非烴和瀝青質含量愈高，原油的密度和粘度愈大，對應于稠油和超稠油，主要分布于中央低凸起構造帶上的月海油田和灘海東部凸起構造帶上的葵花島油田的淺層（淺于1800m），主要與油氣藏保存條件較差和次生改造作用有關。

3.2 烴類組成與分布特征

在原油飽和烴氣相色譜圖（圖5）中，除了生物降解油外，遼河灘海地區(qū)原油飽和烴分布既有“單峰”型，也有“雙峰”型。同時，由原油飽和烴色譜圖（圖5）可以清楚地看到，原油遭受生物降解的程度隨深度變淺而逐漸加深，從正構烷烴的少量損失，異戊間二烯烷烴相對含量變大，直至正構烷烴和異戊間二烯烷烴逐漸消失，只保留甾、萜類化合物，甚至甾、萜類化合物也受到影響。深層正構烷烴系列完整的原油對應于正常原油，而淺層正構烷烴降解型原油屬于稠油和超稠油，表明淺部原油由于保存條件差、微生物活動比較活躍，原油受到了微生物降解作用的影響。

圖5 遼河灘海地區(qū)原油飽和烴色譜Fig.5 The chromatogram of saturated hydrocarbons from crude oil in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

原油Pr/Ph值分布范圍在1.29～2.71之間（表2），普遍顯示姥鮫烷優(yōu)勢（圖5），指示研究區(qū)母源處于弱還原-氧化原始沉積環(huán)境。不過部分月海油田和葵花島油田原油的姥鮫烷和植烷含量由于受到了微生物降解作用，Pr/Ph比偏低或者含量太低無法計算其比值，不能作為有效指標。原油奇偶優(yōu)勢不太明顯，正構烷烴奇偶優(yōu)勢指數(shù)OEP值大都接近平衡值1，只有葵花島油田葵花7、葵花9和遼海18-1-1東營組二和東營組三段原油的成熟度偏低，OEP值在1.16～1.38（表2）。表明研究區(qū)原油總體為成熟油，個別原油成熟度偏低。

雖然遼河灘海地區(qū)淺層原油遭受了不同程度的生物降解作用，損失了正構烷烴和姥、植烷，生物降解程度輕微至中等［14-16］。只有個別樣品甾烷特征受到影響，多數(shù)樣品表現(xiàn)為甾、萜烷分布完整，可進行生物標志物指紋對比。原油中的甾類化合物包括孕甾烷、重排甾烷和C27—C29規(guī)則甾烷系列，以規(guī)則甾烷系列為主要成分，其次為重排甾烷系列，低分子量孕甾烷系列含量較低，未見有4-甲基甾烷系列化合物。

比較分析原油的C27，C28，C29規(guī)則甾烷分布特征發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)不同區(qū)塊原油樣品的ααα20R C27，ααα20R C28，ααα20R C29規(guī)則甾烷分布差別很大，ααα20R C27甾烷/C29甾烷的比值分布在0.6～2.4（表2），表明研究區(qū)存在著多種生源構成的原油，反映了多油源特征。遼河灘海地區(qū)原油甾烷異構化程度有高有低，ααα20S/（20S+20R）C29甾烷比值分布范圍為0.18～0.48，多數(shù)為0.3～0.4；αββ/（αββ+ααα）20R C29甾烷比值分布范圍為0.27～0.57，大多數(shù)介于0.4～0.5（表2；圖6），說明研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)原油雖然均已成熟，但不同地區(qū)不同層系原油的成熟程度存在差異。其中月海油田仙鶴4井沙河街組三段原油甾烷異構化程度最高，反映其成熟度偏高，其油源巖演化程度較高；葵花島油田葵花7、葵花9和遼海18-1-1東營組二段和東營組三段原油的甾烷異構化程度偏低，ααα20S/（20S+20R）C29甾烷比值僅為0.18～0.29，與OEP值一致（表2），反映其成熟度偏低。重排甾烷化合物的濃度可受多種因素影響，成熟度已被證明是重要的影響因素，仙鶴4井沙河街組三段原油成熟度較高，其重排甾烷含量也較高（圖7b）。

表2 遼河灘海地區(qū)原油基本地球化學參數(shù)Table 2 Basic geochem ical parameters of crude oils in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

圖6 遼河灘海地區(qū)原油成因類型劃分Fig.6 Genetic types of crude oils in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

原油的萜類化合物以五環(huán)三萜烷系列（藿烷）為主，低分子量三環(huán)萜烷系列含量相對較低（圖6），可能與生源中藻類和微生物所占比例較低有關［17］。三環(huán)萜烷/五環(huán)萜烷比值的分布范圍主要為0.04～0.24，葵花16井和海南11井東營組三段原油的偏高（分別為0.30和0.43）（表2）。原油的三環(huán)萜烷系列特征相似，表現(xiàn)為以C21或C23三環(huán)萜烷為主峰的分布形式。藿烷系列的主要特征是，以17α，21β（H）-C30藿烷為主峰，C31—C35藿烷相對豐度依次降低，并含有一定量的新藿烷和重排藿烷。遼河灘海原油三降新藿烷Ts具有隨著成熟度增加而增加的趨勢，如成熟度較高的仙鶴4井沙河街組三段原油Ts/Tm值較大（表2）。

此外，原油中均含有一定含量的伽馬蠟烷，據(jù)前人研究，伽馬蠟烷的含量高、低可以反映母源巖沉積時水體分層程度與水體鹽度，含量高表明沉積水體偏咸或水體分層明顯［7-19］。整體上筆架嶺油田和月海油田原油的伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷/C30-藿烷值一般大于0.15（表2）；而葵花島油田東營組二、東營組三段原油伽馬蠟烷含量普遍較低，伽馬蠟烷/C30-藿烷值一般小于0.1（表2）。由此說明了不同地區(qū)原油母源的原始沉積水體性質不同。

圖7 遼河灘海地區(qū)原油萜烷與甾烷色譜-質譜Fig.7 The terpane and sterane chromatographymass spectrometry of saturated hydrocarbons from crude oil in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

4 原油成因類型

綜合遼河灘海地區(qū)原油物性、族組成、生物標志化合物特征的研究結果，根據(jù)原油的沉積環(huán)境、母質類型和成熟度等特征可將研究區(qū)原油劃分為4類（圖6）。

Ⅰ類：筆架嶺油田和月海油田中淺層（沙河街組一段、東營組及其上部層系）原油，包括正常原油和生物降解稠油、超稠油。以架4-1井東營組三段原油為代表（圖7a），其主要特征是伽馬蠟烷含量相對較高，姥/植比相對較低，伽馬蠟烷/C30-藿烷值在0.15～0.30之間，姥/植比在1.25～1.75之間（生物降解稠油除外），反映其母源巖形成于偏還原環(huán)境中；ααα20R C27，ααα20R C28，ααα20R C29規(guī)則甾烷指紋分布呈“V”字形，ααα20R C27略占優(yōu)勢；原油OEP值接近于1，并且甾烷異構化程度較高，ααα20S/（20S+20R）C29甾烷比值為0.29～0.36，αββ/（αββ+ααα）20R C29甾烷比值為0.38～0.53，為成熟油。

Ⅱ類：為月海油田沙河街組三段相對深層原油，以仙鶴4井深達3350 m原油樣品為代表（圖7b）。其標志性特征為：原油成熟度高，ααα20S/（20S+20R）C29甾烷比值為0.46，重排甾烷含量最高，不同于其他類型原油；ααα20R C27，ααα20R C28，ααα20R C29規(guī)則甾烷指紋分布為“L”形，ααα20R C27明顯占優(yōu)勢；伽馬蠟烷含量較低，伽馬蠟烷/C30-藿烷值為0.03，明顯低于Ⅰ類原油。

圖8 遼河灘海地區(qū)原油成因類型分布Fig.8 Distribution of genetic types of crude oil in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfields

Ⅲ類：此類原油僅有兩個油樣，分別為海南11和葵花16東營組三段原油（圖7c）。顯著特征是三環(huán)萜烷含量相對較高，三環(huán)萜烷/五環(huán)萜烷值分別為0.30和0.43，指示藻類和微生物生源輸入較高［14-15，17-19］；伽馬蠟烷含量相對較高，與Ⅰ類原油相似；ααα20R C27，ααα20R C28，ααα20R C29規(guī)則甾烷指紋分布為“L”形，與Ⅱ類原油相似。仔細分析發(fā)現(xiàn)，這兩個油樣分別位于遼河灘海地區(qū)東部凹陷兩側的月海油田和葵花島油田，指示月海原油與葵花島油田部分原油同源，反映了東部生烴凹陷的雙向供烴特征。

Ⅳ類：為葵花島油田東營組二段和東營組三段原油，以遼海18-1-1東營組二段原油為代表（圖7d）。典型特征是：原油成熟度較低，OEP值在1.16～1.38之間，甾烷異構化指數(shù)ααα20S/（20S+ 20R）C29甾烷比值僅為0.18～0.29，同時與成熟度相關的參數(shù)Ts/Tm分布于0.68～1.19，多為Ts＜Tm，與前3類原油明顯不同；伽馬蠟烷含量相對較低，伽馬蠟烷/C30-藿烷值小于0.1，與Ⅰ類、Ⅲ類原油不同；ααα20R C27，ααα20R C28，ααα20R C29規(guī)則甾烷呈現(xiàn)出“V”字形分布，ααα20R C29略占優(yōu)勢的特征；姥/植比相對較高，均大于1.9（生物降解油除外），與伽馬蠟烷含量較低相對應，說明其源巖形成于偏氧化環(huán)境中，沉積水體鹽度低。

受構造和沉積演化控制，遼河灘海地區(qū)形成了沙河街組三段、沙河街組一段和東營組三段3套烴源巖［1，20］。從不同成因類型原油的分布特征來看（圖8），遼河灘海西部地區(qū)存在兩種成因類型原油：中淺層的Ⅰ類原油與深層成熟度較高的Ⅱ類原油，說明西部凹陷至少存在兩套有效烴源巖層系。因此除了目前勘探程度較高的中淺層之外，深層也具有勘探潛力。東部地區(qū)的原油類型主要是Ⅳ類成熟度偏低的原油，含油層系為東營組，結合其烴源巖熱演化史分析［2］，深部沙河街組三段和沙河街組一段烴源巖均已進入高演化階段的生氣期，東營組三段烴源巖進入生油窗，但演化程度較低，因此，灘海東部東營組三段泥巖應為Ⅳ類原油的源巖。此外，Ⅲ類原油的分布說明了東部生烴凹陷具有雙向供烴的特征，中央低凸起構造帶的有利位置使其原油具有雙向來源，是遼河灘海地區(qū)油氣最為富集的區(qū)塊。

5 結論

根據(jù)原油的沉積環(huán)境、母質類型和成熟度特征將遼河灘海地區(qū)原油劃分為4類，Ⅰ類原油為伽馬蠟烷含量相對較高、姥/植比相對較低和“V”字形規(guī)則甾烷分布的成熟原油；Ⅱ類原油，以高成熟度、低伽馬蠟烷和“L”形規(guī)則甾烷分布為特征；Ⅲ類原油表現(xiàn)為高三環(huán)萜烷、高伽馬蠟烷和“L”形規(guī)則甾烷分布特征；Ⅳ類原油以成熟度較低、低伽馬蠟烷和高姥/植比區(qū)別于前3類原油。從不同成因類型原油的分布特征來看，遼河灘海西部地區(qū)的筆架嶺油田和中央低凸起構造帶上的月海油田大都為Ⅰ類原油，月海油田深層沙河街組三段存在Ⅱ類原油；Ⅲ類原油為海南11和葵花16東營組三段原油，處于灘海東部生烴凹陷兩側，證實了遼河灘海東部凹陷的雙向供烴特征；Ⅳ類原油分布于灘海東部地區(qū)葵花島油田東營組，為新勘探層系。多種成因類型原油的存在表明遼河灘海地區(qū)存在多套有效烴源巖，月海油田及其深層和葵花島油田東營組仍具有較大的勘探潛力。

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（編輯 高 巖）

Geochem ical behaviors and genetic types of crude oil in tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfield

YangWeiwei1，Liu Guangdi1，Wang Yanshan2，Gao Gang1and Feng Yuan3

（1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Liaohe Oilfield Company，Panjin，Liaoning 124010，China；3.PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an，Shaanxi710021）

Tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfield are important regions for production replacement.The crude oil types in the study area includes normal oil，heavy oil and super-heavy oil，of which the later two aremostly distributed in th shallow layers and are related to biodegradation and oxidation.According to sedimentary environment，organic matter types and maturity，the crude oils are grouped into 4 types.TypeⅠismature oil with relatively high contentof gammacerane，low Pr/Ph and‘V’normal sterane，and occurs in themiddle to shallow reservoirs of Bijialing and Yuehai oilfields；TypeⅡis high mature oilwith low content of gammacerane and‘L’normal sterane，and occurs in the relatively deep third member of Shahejie Fm in Yuehai oilfield；TypeⅢfeatures in high contents of tricyclic terpane，and gammacerane and‘L’normal sterane，and occurs in the 3rd member of Dongying Fm of Hainan-11 and Kuihua-16 oilfields on both sides of the hydrocarbon kitchen；TypeⅣis relatively low mature oil with low content of gammacerane but high Pr/Ph，and occurs in the Dongying Fm of Kuihuadao oilfield.The four genetic types of crude oil indicate that there are several favorable source rocks developed in the tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfield，and the deep layer of Yuehai oilfield and the Dongying Fm of Kuihuadao oilfield still have great petroleum potential.

genetic type of crude oil，biomarker，maturity，tidal zone and shallow water area of Liaohe oilfield

TE122.1

A

0253-9985（2011）05-0642-09

2010-09-17；

2011-08-20。

楊偉偉（1985—），女，博士研究生，油氣成藏。