高升-雷家地區(qū)未熟油藏形成條件分析

任 平

(中國(guó)石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010)

高升-雷家地區(qū)未熟油藏形成條件分析

任 平

(中國(guó)石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010)

高升-雷家地區(qū)未熟油具有較高密度、較高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量，低飽和烴含量、低飽芳比、高芳烴和非烴含量的特征。研究表明未熟油來(lái)自沙四段湖灣亞相環(huán)境下發(fā)育的特殊巖性段的油頁(yè)巖、白云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)白云巖，這些烴源巖不僅具有較強(qiáng)的生烴潛能，而且還具有優(yōu)越的排烴性能，為未熟油藏的形成提供了有利的條件。

高升-雷家地區(qū)；未熟油；湖灣亞相；特殊巖性；熱演化；生物標(biāo)志物；地球化學(xué)特征

未熟油(低熟油、未熟低熟油)是干酪根熱降解大量生烴作用階段以前所生成的石油[1]。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的油氣儲(chǔ)量大都屬于干酪根晚期熱降解生成的常規(guī)成熟油氣資源范圍，因此20世紀(jì)70年代后期逐漸發(fā)展起來(lái)的干酪根晚期熱降解生烴理論有效地指導(dǎo)了油氣資源評(píng)價(jià)與勘探。但世界上尤其是我國(guó)很多地區(qū)在油氣勘探中不斷發(fā)現(xiàn)的未熟油為干酪根晚期熱降解成烴理論提出了新的理論領(lǐng)域[2]。遼河盆地同我國(guó)大多數(shù)含油氣盆地一樣存在許多未熟油，這些未熟油主要分布在西部凹陷，尤其在西部凹陷的中北部地區(qū)最為集中。人們對(duì)未熟油的認(rèn)識(shí)主要是從甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC2920S/(S+R)開始的，這一指標(biāo)也就成為未熟油的初步判識(shí)工具。根據(jù)遼河盆地的實(shí)際情況，采取甾烷C2920S/20(S+R)=0.32為未熟油的劃分界限。

1 高升-雷家地區(qū)未熟原油特征

高升-雷家地區(qū)位于遼河盆地西部凹陷中部，是西部凹陷最為典型的未熟油產(chǎn)區(qū)。該區(qū)未熟油主要產(chǎn)出于中淺層，以高1、高3、雷11等為代表井，油層埋深一般在1 300～2 600 m，產(chǎn)出層位為沙河街組三段和四段。高升-雷家地區(qū)不僅為單一的未熟油產(chǎn)出區(qū)，而且還擁有可觀的地質(zhì)儲(chǔ)量，截止2008年底，上報(bào)的探明儲(chǔ)量已超過(guò)一億噸。

1.1 未熟油的物性特征

根據(jù)原油物性分析數(shù)據(jù)，該區(qū)未熟油密度主要分布在0.881～0.966 g/cm3，黏度為32.6～10269.5 mPa·s，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量25.7%～53.8%。相對(duì)成熟油而言，未熟原油物性的顯著特征就是膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高[3]，在密度相同情況下，成熟度越低，其膠質(zhì)瀝青質(zhì)的含量越高。雷39井αααC2920S/20(S+R)=0.128，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高達(dá)53.8%。

1.2 未熟油的地球化學(xué)特征

1.2.1 未熟油的飽和烴色譜特征

飽和烴色譜反映未熟油的正構(gòu)烷烴多呈雙峰型分布，前峰一般以nC17為主峰，后峰一般以nC23或nC25為主峰，nC23以后的正構(gòu)烷烴具有明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，nC21-/nC22+比值分布在0.38～0.85。Czochanska認(rèn)為具有高的Ph/nC18和低的Pr /Ph 是低熟油的一個(gè)重要特征[4-5]。西部凹陷的未熟油均具有較低的姥植比，而高升-雷家地區(qū)未熟油的姥植比在整個(gè)西部凹陷未熟油中最低，Pr/Ph一般在0.3～0.7，此外，該區(qū)未熟油還顯示nC17的突出優(yōu)勢(shì)(表1)，表明該區(qū)未熟油低等水生生物的貢獻(xiàn)最大，且在還原性較強(qiáng)的環(huán)境下形成的。

表1 高升-雷家地區(qū)未熟油飽和烴色譜參數(shù)

1.2.2 未熟油的族組成特征

高升-雷家地區(qū)未熟油的族組成具有飽和烴含量低、飽/芳比低，芳烴和非烴含量高的特點(diǎn)。如高2-2-2井，飽和烴僅為32.33%，而芳烴和非烴分別高達(dá)21.84%和35.33%，飽/芳比低至1.48。

1.2.3 未熟油的甾萜烷特征

高升-雷家地區(qū)未熟油飽和烴餾分中檢測(cè)到豐富的甾萜烷類化合物。①在甾烷分布中，以規(guī)則甾烷為主，僅有少量的重排甾烷，規(guī)則甾烷又以C28甾烷占優(yōu)勢(shì)。有研究表明，豐富的C28規(guī)則甾烷代表咸化水介質(zhì)條件下某些藻類的大量輸入。②未熟油中檢測(cè)出高含量的伽馬蠟烷，其含量與環(huán)境的含鹽度及還原環(huán)境呈正相關(guān)，伽馬蠟烷/αβC30霍烷比值均大于0.2，較低的伽馬蠟烷/C30藿烷比值是微咸-半咸水環(huán)境烴源巖的重要標(biāo)志[6]，反映烴源巖沉積于相對(duì)咸化且還原度較高的水介質(zhì)中。③具有很低的成熟度參數(shù)，αααC2920S/20(S+R)和C29ββ/(αα+ββ)分別為0.128～0.306和0.192～0.252，具有典型的未熟油特性。④未熟油中普遍檢測(cè)到較高豐度的能夠代表有機(jī)質(zhì)未熟特征的生物標(biāo)志化合物，如13α(H)14α(H)三環(huán)萜烷和8α(H)升補(bǔ)身烷(圖1)，證實(shí)未熟油的低演化程度。

圖1 未熟原油的未熟生物標(biāo)志物特征

1.2.4 未熟油的脫羥基維生素E特征

脫羥基維生素E是一種含氧化合物,在未熟油的芳烴餾分中檢測(cè)到較高含量的脫羥基維生素E的出現(xiàn)，不僅可表征咸化強(qiáng)還原水介質(zhì)的存在，且這類標(biāo)志物大都發(fā)現(xiàn)于演化程度較低或未成熟的樣品中, 因而它可作為低熟或未熟的標(biāo)志[7-8]。當(dāng)Ro在0.6%～0.7%時(shí)，可檢測(cè)到少量脫羥基維生素E，但脫羥基維生素E/菲比值小于0.5；Ro≥0.75%時(shí)，烴源巖中的脫羥基維生素E完全消失。高升-雷家未熟油中檢測(cè)出較豐富的脫羥基維生素E， 脫羥基維生素E/菲比值大于2，脫羥基維生素E的高含量亦表征研究區(qū)原油的未熟特性。

2 未熟油藏形成條件分析

2.1 未熟烴源巖分析

高升-雷家地區(qū)存在兩套主要的烴源巖，即沙四段和沙三段，沙四段烴源巖主要沉積于半封閉的湖灣環(huán)境，沙三段則以半深湖和深湖沉積為主。通過(guò)沉積環(huán)境、水體含鹽度、生物標(biāo)志物特征等對(duì)比，未熟油來(lái)自沙四段烴源巖。

2.1.1 沉積環(huán)境

鹽湖相強(qiáng)還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的早期保存和早期轉(zhuǎn)化。在碳酸鹽和硫酸鹽沉積階段，水介質(zhì)呈堿性，在無(wú)機(jī)鹽類的催化和觸媒的作用下，類脂化合物易水解或化學(xué)分解為相應(yīng)的醇和脂肪酸，進(jìn)一步還原生成烴類。蛋白質(zhì)和碳水化合物經(jīng)醋化分解還原也可以生成烴類。這種咸水或半咸水環(huán)境烴源巖形成的未熟油在我國(guó)比較普遍[9-10]。

本區(qū)沙四沉積時(shí)期，高升雷家地區(qū)以閉塞的湖灣環(huán)境為主，湖灣規(guī)模較大，周邊水系不發(fā)育，水體鹽度較高且偏堿性，沉積了含有碳酸鹽巖的生油建造。烴源巖主要發(fā)育于湖灣亞相特殊巖性段——油頁(yè)巖、白云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)白云巖和低平泥巖段中。烴源巖具有Pr/Ph低值(0.19～0.51)、伽馬蠟烷/αβC30霍烷高值(0.148～0.851)的特點(diǎn)，指示烴源巖形成于還原—強(qiáng)還原咸水湖相沉積環(huán)境。未熟油基本圍繞沙四段湖灣亞相烴源巖分布(圖2)，說(shuō)明沙四段湖灣亞相烴源巖是未熟油的主要烴源巖。

圖2 沙四段湖灣亞相烴源巖與未熟油分布

2.1.2 有機(jī)質(zhì)豐度

特殊巖性段泥巖各項(xiàng)豐度指標(biāo)明顯高于泥巖段(表2)，總體上沙四段烴源巖各項(xiàng)豐度指標(biāo)超出最好生油巖標(biāo)準(zhǔn)，充分顯示湖灣亞相生油巖的高有機(jī)質(zhì)豐度。高有機(jī)質(zhì)豐度是形成未熟油重要特征，再次表明未熟油與沙四段烴源巖有直接關(guān)系。

2.1.3 有機(jī)質(zhì)類型

在不同的沉積環(huán)境、水介質(zhì)條件下，生油巖的巖性、有機(jī)質(zhì)的輸入及保存條件也不會(huì)相同。湖灣亞相的白云質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖等特殊巖性的干酪根顯微組分以腐泥無(wú)定形為主，主要為降解的藻類和少部分降解的陸生植物，其含量高，為92.5%～98.5%，僅含有少量的殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組微量或沒有。干酪根H/C原子比大于1.5，干酪根碳同位素偏輕，反映以藻類等低等水生生物輸入為主。湖灣亞相泥巖干酪根顯微組分雖仍以腐泥無(wú)定形為主，但含量有所降低，為82.1%～84.1%，各項(xiàng)類型參數(shù)均低于特殊巖性段的泥巖。綜合判別，湖灣亞相特殊巖性段泥巖有機(jī)質(zhì)類型最優(yōu)，為Ⅰ型，湖灣亞相泥巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型(表3)。

表2 高升-雷家地區(qū)沙四段不同巖性烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度

備注：3.03～9.68為區(qū)間值，5.45為平均值

總之未熟油形成與特定的沙四段湖灣相烴源巖有直接的關(guān)系，研究表明[11]已知未熟油藏以近源分布(或源內(nèi)成藏)為主,分區(qū)分塊特征明顯,未出現(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)移過(guò)程。也證實(shí)湖灣相烴源巖是未熟油形成的主要烴源巖。

2.2 未熟階段有機(jī)質(zhì)熱演化生烴模式

未熟油系指干酪根熱降解大量生烴之前所生成的石油。由于原始有機(jī)生物體所攜帶的僅僅是少量的烴類化合物，從這個(gè)意義上講，未熟油應(yīng)該是有機(jī)質(zhì)熱力作用的產(chǎn)物。在研究有機(jī)質(zhì)熱演化生烴特征時(shí)，一方面分析有機(jī)質(zhì)組成特征變化，另一方面利用紅外光譜、元素組成、巖石熱解、孢粉顏色指數(shù)、藻類體熒光光譜、生物標(biāo)志物等手段剖析有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)及生烴的變化特征，明確高升雷家地區(qū)未熟階段有機(jī)質(zhì)熱演化存在兩個(gè)明顯的生烴階段(圖3)。

第一生烴階段：埋深小于2 300 m，Ro小于0.4%，非烴類化合物由于去官能團(tuán)、脫雜原子等作用大量向烴類轉(zhuǎn)化，使有機(jī)質(zhì)中烴類含量增加。

表3 高升-雷家地區(qū)沙四段不同巖性烴源巖有機(jī)質(zhì)類型參數(shù)

圖3 有機(jī)質(zhì)演化生烴模式與生標(biāo)參數(shù)的關(guān)系

第二生烴階段：埋深在2 300～2 900 m，Ro為0.4%～0.6%，可溶有機(jī)大分子和干酪根早期生烴。進(jìn)入該階段的烴源巖更有利，生烴量更大。

2.3 未熟油藏形成條件分析

高升-雷家地區(qū)發(fā)現(xiàn)的未熟油藏具有如下特征：①埋深較淺，一般小于2 500 m，含天然氣較少；②與優(yōu)質(zhì)生油巖相關(guān)聯(lián)；③大多與構(gòu)造回返相關(guān)聯(lián)，存在明顯的地層抬升；④巖性構(gòu)造和構(gòu)造巖性油藏占有較大比例。

2.3.1 生烴條件

形成于強(qiáng)還原、咸化水介質(zhì)湖灣環(huán)境的特殊巖性段泥巖，具有有機(jī)質(zhì)豐度高、母質(zhì)類型好、菌藻類低等生物輸入占優(yōu)勢(shì)的特征，為未熟階段有機(jī)質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化提供豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3.2 排烴條件

未熟階段烴源巖發(fā)生排烴作用是未熟油成藏必要和關(guān)鍵的因素，也是未熟油與成熟油成藏最本質(zhì)的區(qū)別所在。烴源巖發(fā)生排烴，可概括為內(nèi)因和外因兩大類因素。

內(nèi)因指烴源巖本身所固有的屬性。①滿足烴源巖自身的充填和吸附作用。烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度越高、總烴含量越高，越容易滿足烴源巖自身的吸附條件，同時(shí)有機(jī)質(zhì)類型越好，未熟階段的生烴潛能高，為進(jìn)一步排烴創(chuàng)造有利條件。高升-雷家地區(qū)湖灣亞相發(fā)育的特殊巖性泥巖具有先天的優(yōu)越性，瀝青“A”平均含量已高達(dá)0.422%，總烴平均為2 459×10-6，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出烴源巖自身吸附條件。②烴源巖自身的巖性特征和巖性組合。研究證實(shí)，黏土礦物如蒙脫石、伊利石對(duì)瀝青的吸附能力強(qiáng)于碳酸巖礦物，這就決定湖灣亞相發(fā)育的特殊巖性白云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖等有利于瀝青的早期運(yùn)移。此外，由于碳酸巖礦物的易碎性，容易斷裂產(chǎn)生裂隙，這些裂隙為早期生成的未熟油提供良好的運(yùn)移通道。再則，由于湖灣亞相安靜的水體環(huán)境，烴源巖微細(xì)水平層理極其發(fā)育。巖心層理面上常能發(fā)現(xiàn)瀝青的斑跡，在鏡下可見熒光瀝青沿微細(xì)層理面滲出，這些微細(xì)層理面成為湖灣亞相烴源巖早期排烴的又一優(yōu)越條件。

外因指烴源巖固有屬性以外的因素，如溫度、壓力、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等。高升-雷家地區(qū)未熟油主要分布在地層發(fā)生抬升(構(gòu)造回返)的部位，研究認(rèn)為地層抬升而引起的烴源巖體系與運(yùn)載體系(儲(chǔ)集體)兩者之間壓力差的變化是生油層發(fā)生排烴的重要外因。由于地層抬升，運(yùn)載體系的孔隙壓力顯著下降，而生油層體系內(nèi)部的壓力受靜水壓力降低的影響相對(duì)較小，結(jié)果使生油層體系與運(yùn)載體系之間的壓力差進(jìn)一步加大，促進(jìn)油氣從生油層中排出。

2.3.3 運(yùn)聚條件

從本質(zhì)上講，未熟油的運(yùn)聚條件與成熟油沒有大的差別，都是在運(yùn)載體中經(jīng)過(guò)二次運(yùn)移在適宜的圈閉中聚集成藏[12-13]。高升-雷家地區(qū)未熟油從烴源巖到圈閉的運(yùn)聚過(guò)程有如下特點(diǎn)：①湖灣亞相烴源巖排出的未熟油運(yùn)載體首先是烴源巖體系內(nèi)部的裂隙、層間縫和薄層砂，隨后才經(jīng)斷層、裂隙系統(tǒng)、不整合面等發(fā)生進(jìn)一步運(yùn)移，在合適的圈閉中聚集成藏，因此，烴源巖體系同時(shí)又成為未熟油的運(yùn)載體系；②未熟油排出后原始能量較低，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高，黏度較大，所以一般以短距離運(yùn)移成藏為主；③未熟油藏主要分布在古隆起、古斜坡的構(gòu)造背景下，以巖性油藏為主；④地層抬升不僅促進(jìn)未熟油的排烴，同時(shí)抬升區(qū)域往往成為未熟油運(yùn)移的有利指向。

3 結(jié)論

(1)未熟油具有較高密度、較高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量，低飽和烴含量、低飽芳比、高芳烴和非烴含量，低Pr/Ph比、豐富的伽馬蠟烷和脫羥基維生素E等特征。

(2)湖灣亞相環(huán)境下發(fā)育的特殊巖性組合不僅具有有機(jī)質(zhì)豐度高、母質(zhì)類型好、生烴潛能高的特征，而且還具有優(yōu)越的排烴性能，是形成未熟油的主要烴源巖。

(3)未熟油藏主要分布在古隆起、古斜坡的構(gòu)造背景下，地層抬升不僅促進(jìn)未熟油的排烴，同時(shí)抬升區(qū)域往往成為未熟油運(yùn)移的有利指向。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)02-0038-04

2014-09-16

任平，工程師，1968年生，1991年畢業(yè)于遼河油田職工大學(xué)精細(xì)化工專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣地質(zhì)、地球化學(xué)方面的科研工作。

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