板橋－北大港地區(qū)部分原油地球化學(xué)特征及成因分析

孫 超，侯讀杰，張小濤，馬 寧 （中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （北京）能源學(xué)院，北京100083）

1 地質(zhì)背景

板橋－北大港地區(qū)涉及的板橋凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷中北部，為西斷東抬的箕狀斷陷，軸向與滄東斷裂帶平行，呈長(zhǎng)條狀，西翼陡，東翼較平緩。板橋斷裂構(gòu)造帶為走向近南北的斷鼻帶，西側(cè)為板橋凹陷，東側(cè)為歧口凹陷，南北被海河斷層和大張坨斷層所夾持；北大港潛山構(gòu)造帶位于板橋和歧口凹陷之間，為中生代以來(lái)發(fā)育的大型背斜隆起帶，北東走向，其南部以港西斷層－港八井?dāng)鄬訛榻缗c岐口凹陷相隔，北部以大張坨斷層為界與板橋凹陷相隔[1，2]。板橋凹陷為長(zhǎng)期發(fā)育的生烴凹陷，古近系沙河街組和東營(yíng)組厚度為4～5km，沙河街組是最主要的烴源巖層、儲(chǔ)集層和油氣產(chǎn)層[3]。

筆者對(duì)板橋－北大港地區(qū)部分原油所做的試驗(yàn)分析及研究，主要是為了認(rèn)識(shí)該地區(qū)原油的地球化學(xué)特征，依此對(duì)原油進(jìn)行了類(lèi)型劃分，分析不同類(lèi)型原油的母質(zhì)及其沉積環(huán)境。

2 樣品和試驗(yàn)條件

選取了板橋－北大港地區(qū)不同井位不同層段的原油樣品做試驗(yàn)分析，涉及原油儲(chǔ)集層層位包括古近系漸新統(tǒng)沙河街組 （Es）、東營(yíng)組 （Ed），新近系中－上新統(tǒng)館陶組 （Ng）。對(duì)原油樣品做了全油碳同位素試驗(yàn)分析及原油族組分分離，其中飽和烴餾分用于進(jìn)行飽和烴色譜分析 （GC），飽和烴餾分中去正構(gòu)烷烴組分進(jìn)行色譜－質(zhì)譜 （GC－MS）、色譜－質(zhì)譜－質(zhì)譜 （GC－MS－MS）分析。色譜分析所用儀器為Agilent7890A，色譜柱為30m×0.32mm的HP－5彈性石英毛細(xì)柱；色譜－質(zhì)譜分析在Agilent6890/5975i聯(lián)用儀上完成；色譜－質(zhì)譜－質(zhì)譜分析儀器為Varian450GC/320MS聯(lián)用儀，所用色譜柱為30m×0.25mm的VF－5MS彈性石英毛細(xì)柱。

3 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比分析相關(guān)試驗(yàn)所得的譜圖 （圖1）、數(shù)據(jù)參數(shù)并結(jié)合相關(guān)物性資料，總體體現(xiàn)該地區(qū)原油性質(zhì)存在明顯的差異。為了便于對(duì)選取的原油樣品地球化學(xué)特征的討論，依據(jù)全油碳同位素值分布特征并結(jié)合生物標(biāo)志物相關(guān)參數(shù)將其分成3類(lèi) （表1）。

表1 板橋－北大港地區(qū)部分原油地球化學(xué)參數(shù)

3.1 全油碳同位素值及基本特征

第1類(lèi)原油全油碳同位素值分布于－28.8‰～－27.8‰，飽和烴相對(duì)含量明顯偏低，芳烴和非烴含量相對(duì)較高，一般導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因是原油成熟度比較低或是原油遭受了生物降解，從原油樣品的正構(gòu)烷烴分布來(lái)看，nC13～nC35均有分布，分布相對(duì)完整，表明原油沒(méi)有受到生物降解作用的影響。

第2類(lèi)原油樣品全油碳同位素分布于－27.2‰～－26.5‰，較第1類(lèi)厚油偏重，生物標(biāo)志化合物組合特征與第1類(lèi)存在著明顯的差異，體現(xiàn)出2類(lèi)原油具有不同的生烴母質(zhì)和沉積環(huán)境。部分原油樣品遭受生物降解程度達(dá)中等－嚴(yán)重，正構(gòu)烷烴及類(lèi)異戊二烯烷烴分布不完整，甚至被耗盡，且在遭受生物降解的6個(gè)樣品中除中8－25K井Ng和板78－12井Ed原油中等生物降解外，其他樣品發(fā)現(xiàn)25－降藿烷的出現(xiàn)，表明降解程度達(dá)到嚴(yán)重級(jí)別。族組分特征分為2種情況：正常原油飽和烴相對(duì)含量高、大于70%，而生物降解原油飽和烴相對(duì)含量明顯偏低、小于62%。

第3類(lèi)原油樣品顯著的特征是全油碳同位素值異常重，分布于－25.5‰～－24.8‰，原油的碳同位素值除受母質(zhì)類(lèi)型影響外，隨著原油成熟度增加其碳同位素產(chǎn)生小于2‰的變重，高鹽環(huán)境也可以造成原油碳同位素值偏重[4]，同時(shí)重碳同位素異常的發(fā)現(xiàn)還可能表明淡水綠藻群落突然繁盛[5]。

3.2 異戊二烯烷烴和β－胡蘿卜烷

姥鮫烷 （Pr）和植烷 （Ph）通常認(rèn)為是來(lái)自藍(lán)細(xì)菌和生活在透光帶的藻類(lèi)，Ph在強(qiáng)還原的沉積環(huán)

圖1 板橋－北大港地區(qū)原油色譜和質(zhì)譜圖

境中占有優(yōu)勢(shì)，而Pr在弱氧化－氧化環(huán)境中具有一定優(yōu)勢(shì)[5]。β－胡蘿卜烷通常被認(rèn)為是藻類(lèi)母質(zhì)輸入和沉積水介質(zhì)高鹽度及還原條件的良好指標(biāo)，主要存在于缺氧的、含鹽湖沉積中的藻類(lèi)有機(jī)質(zhì)[6]。

第1類(lèi)原油Pr/Ph值均小于1，體現(xiàn)沉積時(shí)期的環(huán)境為還原－強(qiáng)還原，類(lèi)胡蘿卜烷系列具有一定的含量，β－胡蘿卜烷和γ－胡蘿卜烷豐度相對(duì)較高；第2類(lèi)原油樣品中正常原油Pr/Ph值介于1.15～1.22之間，Pr占一定優(yōu)勢(shì)，且原油β－胡蘿卜烷發(fā)育弱也體現(xiàn)了弱還原－弱氧化的沉積環(huán)境；第3類(lèi)原油Pr/Ph值大于1.55，β－胡蘿卜烷不發(fā)育，反映了弱氧化－氧化的沉積環(huán)境。

3.3 五環(huán)三萜類(lèi)

伽馬蠟烷來(lái)源于原生動(dòng)物、光合硫細(xì)菌或藻類(lèi)等簡(jiǎn)單的低等水生植物，高的伽馬蠟烷指數(shù)值反映了較強(qiáng)的還原性和高鹽度的沉積環(huán)境[7]。奧利烷為指示源巖有機(jī)質(zhì)輸入和地質(zhì)年代的生物標(biāo)志化合物。Ts/Tm是常用以確定原油成熟度的參數(shù)指標(biāo)，同時(shí)水體鹽度增大能抑制Ts的形成[8]。第1類(lèi)原油伽馬蠟烷指數(shù)分布于0.43～0.48，明顯偏高，很好地反映了還原－強(qiáng)還原、半咸水－咸水的沉積環(huán)境特征。C29Ts和C30重排藿烷含量很低，分別對(duì)應(yīng)的參數(shù)C29Ts/αβ－C29藿烷和C30重排藿烷/αβ－C30藿烷值范圍為0.22～0.26、0.03～0.04，指示著還原性的沉積環(huán)境[9]。Ts/ （Ts＋Tm）值介于0.35～0.37明顯偏低，基本上反映了樣品的成熟度較低，且沉積時(shí)期為半咸水－咸水、還原－強(qiáng)還原的環(huán)境特征 （圖3）。

第2類(lèi)原油伽馬蠟烷指數(shù)小于0.3，明顯低于第1類(lèi)原油，指示著水介質(zhì)含鹽度較低。C29Ts和C30重排藿烷較為發(fā)育，高含量的C30重排藿烷指示淡水－微咸水、淺湖－半深湖相的亞氧化環(huán)境。奧利烷含量較第1類(lèi)原油偏高，18α－奧利烷/αβ－C30藿烷值介于0.05～0.11之間，意味著成烴母質(zhì)中有陸源高等植物有機(jī)質(zhì)生物源輸入，但比例很低。Ts/（Ts＋Tm）值受生物降解的影響[10]，嚴(yán)重生物降解的原油該值波動(dòng)較大、明顯偏低。

第3類(lèi)原油指示沉積環(huán)境的化合物發(fā)育情況以及反映成熟度的相關(guān)參數(shù)值與第2類(lèi)原油樣品中未受生物降解的原油相似，體現(xiàn)了成熟油的性質(zhì)，淡水、弱氧化－氧化的沉積環(huán)境特征。

3.4 甾烷類(lèi)

ααα－20R－（C27＋C28＋C29）規(guī)則甾烷相對(duì)含量常被作為生源參數(shù)[11]，利用其相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)三角圖可以用來(lái)確定生源 （圖2）。圖2中第1類(lèi)原油規(guī)則甾烷相對(duì)含量主體表現(xiàn)為ααα－20R－C29甾烷＞ααα－20RC27甾 烷 ＞ααα－20R－C28甾 烷，ααα－20R－C29甾 烷、ααα－20R－C27甾 烷、ααα－20R－C28甾烷相對(duì)含量分布區(qū)間分 別 介 于 0.42～0.43、0.28～0.29、0.29～0.30之間，可以看出C29規(guī)則甾烷的含量占據(jù)主導(dǎo)地位，反映生烴母質(zhì)可能來(lái)源于陸源高等植物或者與硅藻的輸人有關(guān)。該類(lèi)原油樣品的全油碳同位素值偏輕，結(jié)合規(guī)則甾烷的分布特征認(rèn)為有機(jī)質(zhì)來(lái)源構(gòu)成可能以低等水生生物和菌藻類(lèi)為主，母源形成環(huán)境為湖相半咸水－咸水、還原－強(qiáng)還原。第2類(lèi)原油樣品中規(guī)則甾烷相對(duì)含量的順序是ααα－20R－C27甾烷＞ααα－20RC29甾烷＞ααα－20R－C28甾烷，其中ααα－20R－C27甾烷含量≥0.38、ααα－20R－C28甾 烷 含 量 分 布 于 0.23～0.30，反映生源以水生生物為主。第3類(lèi)原油中規(guī)則甾烷相對(duì)含量的順序與第2類(lèi)原油一致，但C27規(guī)則甾烷相對(duì)含量更高，ααα－20R－C27甾烷相對(duì)含量達(dá)到0.43及以上，C28規(guī)則甾烷相對(duì)含量明顯偏低，考慮到碳同位素值的異常偏重，認(rèn)為這種總體分布特征可能是由于水介質(zhì)變淡導(dǎo)致嗜鹽藻類(lèi)減少，而處于弱氧化－氧化條件下，淡水綠藻等水生生物廣泛發(fā)育引起的。

圖2 板橋－北大港地區(qū)部分原油C27～C29規(guī)則甾烷的相對(duì)含量三角圖

第1類(lèi)原油重排甾烷含量明顯偏低，對(duì) 應(yīng) 的 參 數(shù) αβ－（20S＋20R）－C27重排甾烷/C27－規(guī)則甾烷值小于0.2，主體顯示為低熟油的特征。第2類(lèi)原油中ββ/ （ββ＋αα）－C29甾烷和20S/ （20S＋20R）－C29甾烷值并沒(méi)有因生物降解的程度不同而發(fā)生較大的變化，分別分布于0.35～0.52、0.44～0.56，重排甾烷含量豐富，αβ－（20S＋20R）－C27重排甾烷/C27－規(guī)則甾烷值大于0.46，總體反映了成熟油的特征。第3類(lèi)原油反映成熟度相關(guān)參數(shù)值大體與第2類(lèi)原油樣品中未受生物降解的原油相似，體現(xiàn)了成熟油的特征。

圖3 板橋－北大港地區(qū)部分原油20S/（20S＋20R）－C29甾烷與ββ/ （ββ＋αα）－C29甾烷關(guān)系圖 （a[12]，b[13]）

4 結(jié) 論

1）研究區(qū)原油樣品的全油碳同位素值的分布特征結(jié)合生物標(biāo)志物組合特征及相關(guān)參數(shù)很好地區(qū)分了來(lái)自于不同沉積環(huán)境、不同生源的原油，依此將研究區(qū)原油分為3類(lèi)。

2）3類(lèi)原油樣品在全油碳同位素值分布上存在差異。第1類(lèi)原油該值偏輕，而第3類(lèi)明顯偏重。原油成熟度程度上第1類(lèi)原油以低熟油為主，其余兩類(lèi)原油樣品主體處于成熟階段。第1類(lèi)原油β－胡蘿卜烷含量和伽馬蠟烷含量偏高，Pr/Ph值小于1，而第2、3類(lèi)原油奧利烷和C30重排藿烷含量偏高，Pr/Ph值大于1。第1類(lèi)原油樣品生烴母質(zhì)以水生生物、藻類(lèi)為主，咸水、還原－強(qiáng)還原的沉積環(huán)境；第2、3類(lèi)原油樣品沉積環(huán)境特征為淡水、弱氧化－氧化，生烴母質(zhì)前者以水生生物為主并有少量的陸源高等植物輸入，后者以浮游生物為主。

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