松遼盆地南部梨樹斷陷混源油定量識別模式研究

李洪波，張 敏 長江大學地球環(huán)境與水資源學院

陳小慧 （ 油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 （長江大學），湖北 荊州434023）

一個含油氣盆地或是凹陷內，往往存在多套烴源巖生烴，或是一套烴源巖不同階段生烴的地質特征，由此導致一個油藏中的原油可能并不是單一來源，可能是2個或者2個以上來源，從而導致油藏中混源油的出現(xiàn)。顧名思義，混源油是指不同成因類型原油之間按一定比例向油藏混合充注所致。這種混源現(xiàn)象在斷陷盆地和疊合盆地的表現(xiàn)尤為突出[1，2]。

Peters等[3]較早進行了混源油混合比例研究，對英國北海Beatrice油田原油和烴源巖萜烷和甾烷組成研究，認為該原油為泥盆系和中侏羅統(tǒng)源巖的混合原油，并率先提出了利用碳同位素方法計算混源油中2類源巖的大致貢獻比例。此后國外相繼有混源油的報道，但在混源油混合比例判識上研究較少。國內這方面研究稍晚，王文軍等[4]較早研究了未熟油與成熟油的配比試驗，建立未熟油和成熟油混合的理論圖版，并在蘇北盆地主要油田進行應用。張水昌等[5]運用人工混合原油試驗，根據(jù)其中的C30－甲基甾烷和杜松烷含量的變化大致計算了中國珠江口盆地東部珠三凹陷部分原油中古近系文昌組海相源巖和恩平組煤系源巖的貢獻比例。陳建平等[6，7]運用碳同位素和分子組成參數(shù)研究了彩南油田原油的來源問題，認為其主要來源于侏羅系烴源巖。梁宏斌等[8]通過典型原油配比試驗，建立起冀中坳陷蘇橋－文安地區(qū)混源油定量識別圖版，并厘定其混合比例。對分布較為復雜的塔里木盆地海相原油，張敏等[9]同樣通過原油配比試驗，良好地證實了臺盆區(qū)海相原油主要來源于中－上奧陶統(tǒng)烴源巖?？v觀以上研究，混源油定量判識已在多個油氣田成功應用，但方法多集中于利用不同端元油混合配比試驗來研究混源油的混合比例。隨著生物標志物絕對定量技術的發(fā)展，可以嘗試利用化合物的絕對定量技術建立混源油定量識別圖版，判定混源油的混合比例，這樣既克服了以往配比試驗耗時，耗費人力財力的缺點，同時避免了人為配比過程中的試驗誤差問題。為此，筆者以梨樹斷陷混源油為研究對象，采用生物標志物絕對定量技術來嘗試開展混源油定量識別研究。

1 地質背景與樣品分布

梨樹斷陷構造上位于松遼盆地東南隆起區(qū)，是一個斷拗疊置型盆地，是松遼盆地斷陷群南端斷陷期持續(xù)時間最長、地層發(fā)育最為齊全、沉積厚度和埋藏深度最大 （斷陷層最厚8000m）、有機演化程度最高的盆地[10，11]，總面積2346km2?？碧綄嵺`已證實梨樹斷陷是一個成熟、獨立的箕狀斷陷盆地，拗陷期與松遼盆地相通，形成統(tǒng)一拗陷盆地。斷陷期主要發(fā)育了火石嶺組 （J3h）、沙河子組 （K1sh）、營城組 （K1y）和登婁庫組 （K1d）地層。梨樹斷陷可劃分為4個區(qū)塊 （帶）：桑樹臺洼陷帶、中央構造帶、北部斜坡帶和東南斜坡帶 （圖1）。斷陷盆地的不同發(fā)育時期和不同位置，沉積環(huán)境變化很大?？傮w而言，梨樹斷陷水體經(jīng)歷了淺→深→淺的演化過程，各層系沉積特征具有繼承性，西部陡坡帶一般發(fā)育沖積扇和扇三角洲，東部和北部的緩坡帶則以辮狀河三角洲為主，湖盆中心發(fā)育半深湖－深湖相沉積。研究表明梨樹斷陷深部主要烴源巖位于K1y和K1sh[12]。

圖1 梨樹斷陷構造劃分與原油樣品分布圖

梨樹斷陷目前主要發(fā)現(xiàn)的油氣田為八屋油氣田、太平莊油田、七棵樹油田、秦家屯油田、四五家子油田、后五家戶油氣田和皮家油氣田。該研究主要在前4個油氣田采集了原油樣品，原油樣品來自于探井與部分開發(fā)井 （圖1），大多數(shù)開發(fā)井開發(fā)時間較短，平面上覆蓋了斷陷的主要產(chǎn)油區(qū)，縱向上，由淺層泉Ⅰ段 （K1q1）到深層K1sh均有分布。原油樣品具有廣泛性和代表性。

2 試驗條件與方法

原油定量后，經(jīng)層析柱族組分分離，提取飽和烴進行下一步分析測試。

飽和烴色譜－質譜定量分析：Agilent 6890N－5975IMSD色譜/質譜儀，色譜柱為 HP－5MS，30m×0.25mm×0.25μm，汽化室溫度為300℃，進樣方式是脈沖不分流進樣且采用恒流模式，載氣流速為1.0ml/min。柱爐溫的升溫程序為：50℃恒溫1min，以20℃/min升至100℃，然后再以3℃/min升溫至315℃，恒溫18min。質譜采用EI電離方式，電子能量為70eV，接口溫度為280℃，采集方式為全掃描和選擇離子采集模式，全掃描質量范圍50～550amu。生物標志化合物標樣為5α－雄甾烷。

3 結果與討論

3.1 原油成因類型特征

通過對梨樹斷陷原油飽和烴和芳烴分子組成研究，可將梨樹斷陷原油劃分為2種成因3種類型。Ⅰ類原油具有較高的C24四環(huán)二萜/C26三環(huán)萜烷比值，較低的三環(huán)萜烷/五環(huán)三萜、伽馬蠟烷/C30藿烷、Ts/Tm、C29Ts/C29降藿烷、C30重排/C30藿烷和ββ/ （ββ＋αα）－C29甾烷比值；Ⅱ類原油則相反，具有較低的C24四環(huán)二萜/C26三環(huán)萜烷比值，較高的三環(huán)萜烷/五環(huán)三萜、伽馬蠟烷/C30藿烷、Ts/Tm、C29Ts/C29降藿烷、C30重排/C30藿烷和ββ/（ββ＋αα）－C29甾烷比值；Ⅲ類原油各參數(shù)介于Ⅰ類和Ⅱ類原油之間，為典型的混源油。另外，化合物質量濃度上，Ⅰ類原油與Ⅱ類原油差異顯著，Ⅲ類原油同樣是介于前兩者之間，表現(xiàn)出混源特征 （表1）。進一步的油源對比表明，Ⅰ類原油主要來源于K1y下部，Ⅱ類原油來源于K1sh中上部烴源層張敏，李洪波，趙紅靜 .梨樹－伏龍泉地區(qū)油氣地球化學特征研究 .長江大學，2011.。

表1 梨樹斷陷不同類型原油分子化合物參數(shù)與質量濃度變化表

3.2 端元油樣品與配比計算參數(shù)的選取

圖2 BK62－3井和QK1－2井端元油與部分混源油倍半萜和五環(huán)三萜類化合物組成變化特征

由于原油在配比過程中不存在化學反應，因此，當用A、B油樣進行配比試驗時，在已知這2個油樣化合物的質量分數(shù)后，由不同比例的A、B油樣配比成混合油樣的化合物質量分數(shù)，可通過配比比例進行加權加和計算得出。也就是說，新配比油樣的化合物質量分數(shù)可以通過數(shù)學計算方法得到。理論上，在不存在誤差的情況下，原油按一定的比例配比后，由于存在加權加和性，新配比的原油樣品中某個化合物的質量分數(shù)，應和新配比原油樣品兩個端元樣混合的百分比成線性關系，且這種正相關關系不受端元油化合物質量分數(shù)大小的影響。由此可見，就配比計算研究的地球化學意義講，在地質體中，當不同來源的原油混合后在沒有發(fā)生明顯的次生變化的情況下，原油混合后化合物的質量分數(shù)特征是應嚴格遵循加權加和關系的。也就是說，在所選擇的端元樣品進行了質量分數(shù)分析的前提下，混合后化合物質量分數(shù)的理論計算結果可以更準確地表示原油混合后化合物組成和質量分數(shù)的變化特點。

上述原油地球化學特征和成因分類為配比計算端元樣品的選取提供了基礎。理論上，絕對的端元油地球化學參數(shù)應該位于所有原油參數(shù)分布的2個極端。以此為基礎，結合梨樹斷陷地質特征及其不同類型原油的分布特征，選取了秦家屯油田 QK1－2井1127～1168.8m 的K1q1原油和八屋油氣田BK62－3井2178～2181.6m營Ⅲ段 （K1y3）原油分別作為Ⅰ類和Ⅱ類原油的端元油，進行了配比計算分析。2樣品相關地球化學參數(shù)值見表1。圖2直觀展示了端元油與混源油的地球化學特征變化。圖2左列為倍半萜組成，可以看出從上到下，BK62－3井Ⅱ類原油的特征逐漸發(fā)生變化，暗示了Ⅰ類原油混合比例逐漸增大，化合物組成向Ⅰ類原油過渡，直到完全顯現(xiàn)QK1－2井Ⅰ類原油的特征。最為明顯的就是隨著Ⅰ類原油混入比例的增加，C15重排補身烷豐度逐漸減低，8β－補身烷豐度逐漸升高。而圖2右列的五環(huán)三萜類化合物，由于Ⅰ類原油系列化合物質量分數(shù)要遠遠高于Ⅱ類原油，數(shù)值差異在1～2個數(shù)量級。如表1所示，QK1－2井Ⅰ類端元油三環(huán)萜和五環(huán)三萜質量濃度達到了42.76×10－6，BK62－3Ⅱ類端元油為1.37×10－6，兩者相差了大約30倍。因此質量分數(shù)5%的QK1－2井Ⅰ類原油的混入，就可使得五環(huán)三萜類化合物組成特征類似于Ⅰ類原油。

圖3 QK1－2井和BK62－3井原油配比計算后部分化合物比值變化趨勢

由于Ⅰ類原油三環(huán)萜和五環(huán)三萜、甾烷化合物質量分數(shù)均高于Ⅱ類原油數(shù)十倍仍至上百倍，因此，混源油中化合物的質量分數(shù)主要取決于Ⅰ類原油的質量分數(shù)。也就是說當質量分數(shù)5%QK1－2井Ⅰ類原油和質量分數(shù)95% 的BK62－3Ⅱ類原油混合后，三環(huán)萜和五環(huán)三萜，甾烷組成就可能已經(jīng)表現(xiàn)出QK1－2井Ⅰ原油的特征。圖3更清楚地反映了這一特點：QK1－2井Ⅰ類原油混入質量分數(shù)在0～5%范圍內，C29Ts/C29藿烷和C30重排/C30藿烷變化迅速，分別為2.10～0.64與0.96～0.21，而后雖然QK1－2井Ⅰ原油混合比例增加，但是上述兩參數(shù)變化幅度較小，難以反映出混合比例變化的特征。倍半萜化合物質量濃度在Ⅰ原油和Ⅱ類原油之間變化較小，變化幅度在一個數(shù)量級之內，表1中分別為18.48×10－6和6.30×10－6。圖3中C15重排/8β－補身烷的變化也較為均勻，更能反映混合程度與組成的變化。究其原因，上述不同類型化合物參數(shù)的變化特征主要是因為三環(huán)萜、五環(huán)三萜與甾烷在2類原油中質量濃度相差較大，為幾十到上百倍，因此使得該類化合物參數(shù)比值多反映質量濃度高的原油特征。說明上述化合物組成變化不能較好的反映混合油化學組成的變化規(guī)律。然而倍半萜化合物在兩類原油之間質量濃度差異較小，倍數(shù)基本在十以內，使得其參數(shù)比值能均勻地表征出混合程度與原油組成之間的一致性變化 （圖3）。

3.3 混源油定量評價圖版的建立與混合特征評價

針對遴選出的評價參數(shù)，建立梨樹斷陷混源油混合程度判識圖版 （圖4），主要以C15重排/8β－補身烷參數(shù)為標準來進行混源油混合比例的計算和混合特征的評價。由此也可計算圖2中混源油的混合比例，2種端元油按照質量分數(shù)5∶95、10∶90、30∶70、50∶50和70∶30混合后的倍半萜和五環(huán)三萜類化合物組成特征變化。

圖4 梨樹斷陷混源油混合程度判識圖版

梨樹斷陷混源油主要來源于八屋、七棵樹和太平莊等地區(qū)。由圖4可以看出，八屋地區(qū)原油主要位于Ⅰ類原油混合質量分數(shù)為2%～30%，其中營城組5段 （K1y5）樣品Ⅰ類原油混合質量分數(shù)位于2%～18%，K1y3的2樣品Ⅰ類原油混合質量分數(shù)分別約為24%和29%，另外K1q1樣品Ⅰ類原油混合質量分數(shù)為60%。上述混合質量分數(shù)特征說明隨著層位變淺，Ⅰ類原油混合的質量分數(shù)逐漸增加。實際上，梨樹斷陷來源于K1y下部烴源層的Ⅰ類原油多分布于淺層的K1q與K1d，來源于K1sh中上部的Ⅱ類原油多分布于深層的K1y和K1sh，八屋地區(qū)混源油的如此混合特征與梨樹斷陷原油整體分布特征不謀而合，更加佐證了所計算混合質量分數(shù)的準確性。七棵樹地區(qū)原油中Ⅰ類原油混合質量分數(shù)為37%～60%，太平莊地區(qū)原油中Ⅰ類原油混合質量分數(shù)為34%～50%。

定量計算的混合比例揭示梨樹斷陷的混源油主體為來源于K1sh中上部烴源層的Ⅱ類原油，質量分數(shù)基本位于50%以上，不同地區(qū)來源于K1y下部烴源層的Ⅰ類原油混入的程度存在差異。八屋地區(qū)靠近混源油分布區(qū)的西側，來源于K1y下部烴源層的Ⅰ類原油混入有限，推測這與該區(qū)西側分布的大量Ⅱ類原油 （比如：八屋BK60區(qū)塊和SN54區(qū)塊）具有一定關聯(lián)；太平莊和七棵樹地區(qū)位于混源油分布區(qū)的東側，來源于K1y下部烴源層的Ⅰ類原油混入程度相對較高。上述混源油分布特征暗示，梨樹斷陷混源油主體為來源于K1sh中下部烴源層原油，在較深層系尋找較高成熟度原油應為下一步主要的勘探方向。

4 結 論

1）通過對不同類型化合物參數(shù)與質量濃度的研究，發(fā)現(xiàn)倍半萜C15重排/8β－補身烷參數(shù)能良好的展示梨樹斷陷混源油混合比例變化的特征，并由此建立了梨樹斷陷混源油混合識別圖版。

2）八屋地區(qū)混源油中來源于K1y下部烴源層的Ⅰ類原油混合質量分數(shù)主要為2%～30%，原油層位越淺Ⅰ類原油混合比例越高；七棵樹和太平莊地區(qū)混源油中Ⅰ類原油混合質量分數(shù)分別為37%～60%和34%～50%。

3）不同地區(qū)原油混合比例定量判識揭示梨樹斷陷混源油區(qū)的西側來源于K1y下部烴源層的原油混入有限，東側該類原油混入程度相對較高。縱向上，存在淺層較深層該類原油混入較多的情況。梨樹斷陷混源油主體仍為來源于K1sh中上部烴源層的原油。

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