高郵凹陷赤岸油田原油芳烴地球化學(xué)特征研究

王 駿，白 俊，李興麗，劉平蘭，王兵杰

(中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,揚(yáng)州 江蘇 225009)

高郵凹陷赤岸油田原油芳烴地球化學(xué)特征研究

王 駿，白 俊，李興麗，劉平蘭，王兵杰

(中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,揚(yáng)州 江蘇 225009)

對(duì)高郵凹陷赤岸油田采集的30個(gè)原油樣品的芳烴組成進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。其分布特征和相對(duì)含量表明,原油母質(zhì)具明顯的低等藻類(lèi)輸入特征,沉積環(huán)境以咸化還原環(huán)境為主,根據(jù)萘系列、菲系列、二苯并噻吩系列化合物的相對(duì)含量分布差異,優(yōu)選出三甲基萘比值(1,2,5-/1,3,6-TMN)以及五甲基萘比值(1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN)等成熟度指標(biāo)，綜合分析了赤岸油田原油成熟度特征，總體屬于低熟—成熟原油。同時(shí)，采用1,2,5-/1,3,6-TMN和1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN成熟度參數(shù)探討了赤岸油田油氣運(yùn)移規(guī)律,結(jié)果顯示赤岸油田油氣運(yùn)移方向主要為近似東西向的運(yùn)移方向。

芳烴 地球化學(xué)特征 原油成熟度 油氣運(yùn)移 赤岸油田

高郵凹陷是蘇北盆地目前勘探程度最高、含油氣最為富集的一個(gè)凹陷，按其構(gòu)造格局和沉積特征，分別以真②斷層和漢留斷層為界，可劃分為三個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元，由南向北依次為：南部斷階帶、中部深凹帶和北部斜坡帶。赤岸油田位于高郵凹陷北斜坡西南部，是被一系列近東西向?yàn)橹鞯臄鄬忧懈疃纬傻臄啾?、斷塊群。主要含油氣層位是阜寧組(E1f)，油氣主要來(lái)源于阜寧組二段(E1f2)烴源巖生成原油。原油密度0.823 9～0.935 9 g/cm3，黏度8～195.3 mPa·s，凝固點(diǎn)20.5～39℃，地層水總礦化度14 828-32 363 mg/L，水型為NaHCO3和Na2SO4型。近年來(lái)，高郵凹陷原油飽和烴地球化學(xué)特征研究逐步加深，芳烴由于生物標(biāo)志物較復(fù)雜，受沉積環(huán)境等多種因素影響，目前研究相對(duì)較少。系統(tǒng)分析赤岸油田原油成因類(lèi)型、成熟度、油氣運(yùn)移方向和途徑等芳烴地球化學(xué)特征，為該區(qū)原油地球化學(xué)研究提供了新的研究方法和途徑。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)

赤岸油田共采集30個(gè)原油樣品，分布在韋11、韋9、韋2、韋15、韋15-10、韋8、韋6、韋5八個(gè)斷塊，主要來(lái)自阜寧組一段(E1f1)和E1f2儲(chǔ)層，一些樣品是(E1f1+E1f2)混采油 。原油族組分中飽和烴含量較高，其次是芳烴，非烴和瀝青質(zhì)含量較少。所用儀器是美國(guó)Thermo Fisher公司制造的色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS, thermo Fisher DSQ II),測(cè)試條件：色譜載氣，99.999%氦氣；進(jìn)樣口溫度270℃；色譜柱HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；升溫程序：初溫50 ℃，保持1 min，以3 ℃/min升至310 ℃，保持30 min；載氣：恒流模式，1 mL/min；分流進(jìn)樣，1 μL，分流比10∶1；質(zhì)譜：離子化方式，EI(70eV)；數(shù)據(jù)采集方式，多離子檢測(cè)(SIM)。

2 原油芳烴地球化學(xué)特征

2.1芳烴宏觀組成特征

芳香烴是原油的另一個(gè)重要的族組分，通常占原油15%～30%。芳烴化合物的組成受原始母質(zhì)的類(lèi)型、形成環(huán)境和熱演化成熟度的影響。對(duì)芳烴化合物的深入研究，是對(duì)飽和烴化合物研究的有力補(bǔ)充，它同樣可以提供豐富的生源和熱演化地球化學(xué)信息[1-2]。本次研究從原油樣品中檢測(cè)到的化合物近200種，主要包括檢測(cè)到了萘系列、菲系列、屈系列、硫芴系列、氧芴系列、芴系列、聯(lián)苯系列、芘系列等化合物。樣品間芳烴化合物含量(圖1)差異相對(duì)較小，萘系列含量介于51.8%～56.34%，平均49.19%；菲系列含量介于14.74%～19.39%，平均17.49%；聯(lián)苯系列含量介于2.41%～3.55%，平均2.86%；芴系列、氧芴系列、硫芴系列含量依次降低，分別為3.53%、2.74%、2.67%；原油芳烴化合物以萘、聯(lián)苯、菲和三芳甾烷系列為主，占總芳烴化合物的90%以上,多數(shù)樣品卡達(dá)烯、惹烯含量較低(圖1)，表明陸源高等植物輸入特征不明顯[3]。

圖1 高郵凹陷南赤岸油田原油芳烴宏觀組成特征

2.2芳烴組成與原油成因及生源

赤岸油田原油芳烴中萘、菲、三芳甾烷含量最多,含有極微量稠環(huán)芳烴類(lèi),如熒蒽、苯并熒蒽、芘、惹烯等化合物,說(shuō)明該地區(qū)高等植物輸入特征不明顯[4]。

2.2.1 烷基萘異構(gòu)體分布及其指示意義

烷基萘化合物異構(gòu)體分布與有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和沉積環(huán)境有關(guān)[5]。1,2,5-三甲基萘(TMN)和1,2,5,6-四甲基萘(TeMN)可能源于高等植物生源的五環(huán)三萜香樹(shù)素或樹(shù)脂生物的雙環(huán)二萜刺柏酸，可作為高等植物生源的標(biāo)志物[4]。研究發(fā)現(xiàn)[4-6]，湖相油的1,2,5-三甲基萘占該系列的9.5%左右，海相油的1,2,5,6-四甲基萘占該系列的10%以下。赤岸油田原油中萘系列化合物以二甲基萘含量最高，占萘系列總量的25.45%～39.10%，平均為31.20%，甲基萘含量占萘系列的19.34%～27.34%，平均為31.20%，三甲基萘含量占萘系列的18.03%～28.68%，平均23.56%，四甲基萘含量占萘系列的4.97%～8.13%，平均6.87%，五甲基萘含量最少，占萘系列的0.44%～0.81%，平均0.67%(圖2)。表明，赤岸油田原油形成于還原的咸水湖相環(huán)境。赤岸油田原油的1,2,5-/1,3,6-TMN值在0.34～0.48，表示有機(jī)質(zhì)輸入主要以低等水生生物輸入為主[5-6]。

圖2 赤岸油田油田原油萘系列相對(duì)含量柱狀圖

2.2.2 “三芴”系列化合物組成及其指示意義

三芴系列化合物的相對(duì)含量，通常用來(lái)指示原油的形成環(huán)境。這是因?yàn)槿滔盗谢衔锒加幸粋€(gè)五元環(huán)，其中9-碳位為α碳原子，從結(jié)構(gòu)化學(xué)來(lái)看，它的芳香性比較差，可能易于發(fā)生取代反應(yīng)。在弱氧化環(huán)境中，以氧的取代為其特征，從而使氧芴的含量占優(yōu)勢(shì)；在強(qiáng)還原的海相和鹽湖相環(huán)境中，以硫的取代為主，使硫芴占優(yōu)勢(shì)[7-9]。姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)是最常用的指示有機(jī)質(zhì)所處氧化還原環(huán)境的參數(shù)，在Pr/Ph和硫芴/氧芴相關(guān)關(guān)系圖中，赤岸油田原油硫芴/氧芴比值在0.85～1.60之間，平均為1.05，原油落在咸水湖相沉積環(huán)境中(圖3),進(jìn)一步證實(shí)赤岸油田原油形成于咸化還原環(huán)境[10]。

圖3 赤岸油田原油Pr/Ph和SF/OF相關(guān)圖

2.3原油芳烴熱演化指標(biāo)篩選及演化階段判識(shí)

對(duì)于芳烴生物標(biāo)志物熱演化指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要研究應(yīng)用了萘系列、菲系列、烷基二苯并噻吩系列等相關(guān)指標(biāo)[10]。本次研究，采用蘇北盆地應(yīng)用效果較好的成熟度指標(biāo)，原油飽和烴甾烷異構(gòu)化指數(shù)SM[C29ααα20S/20(S+R)]作為基礎(chǔ)，進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)常規(guī)的萘系列、菲系列以及烷基二苯并噻吩系列都與SM之間沒(méi)有很好的正相關(guān)性，有的甚至出現(xiàn)了負(fù)相關(guān)，說(shuō)明芳烴常規(guī)成熟度指標(biāo)不能作為原油成熟度指標(biāo)來(lái)表征赤岸油田原油成熟度(圖4)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，三甲基萘(TMN)中1,2,5-/1,3,6-TMN比值與原油熱演化表現(xiàn)出出良好的正相關(guān)性，且在高演化階段未出現(xiàn)逆向轉(zhuǎn)化(圖5a)，說(shuō)明1,2,5-/1,3,6-TMN比值可以作為判斷赤岸油田原油成熟度的參數(shù)。以1,2,5-/1,3,6-TMN比值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)五甲基萘(PMN)中1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值，與1,2,5-/1,3,6-TMN比值也呈現(xiàn)出了很好的相關(guān)性(圖5b)，說(shuō)明1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值也可以作為判斷赤岸油田原油成熟度的指標(biāo)。

圖4 C29甾烷20S/(20S+20R)與萘、菲系列成熟度參數(shù)相關(guān)性

圖5 1,2,5-/1,3,6-TMN比值1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值熱演化相關(guān)性分析及演化階段劃分

依據(jù)SM值判別蘇北盆地成熟度標(biāo)準(zhǔn)[11]，以SM值為0.30和0.42為低熟和成熟的界限，對(duì)應(yīng)的1,2,5-/1,3,6-TMN比值也分別為0.37和0.46。赤岸油田原油SM值在單個(gè)斷塊內(nèi)變化很小，但是1,2,5-/1,3,6-TMN比值在單個(gè)斷塊內(nèi)部變化比較明顯，如韋2斷塊，原油SM值基本上都為0.43，而1,2,5-/1,3,6-TMN比值變化范圍則為0.41～0.46，變化相對(duì)較明顯(圖5a)。斷塊之間，1,2,5-/1,3,6-TMN比值變化也較明顯。韋11斷塊原油1,2,5-/1,3,6-TMN比值為0.40～0.44，韋2斷塊原油介于0.41～0.46，高于韋8斷塊的0.34～0.41，韋5、韋6斷塊介于0.37～0.4。五甲基萘1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值差異幅度稍大些，韋11斷塊平均2.30，韋2斷塊平均2.67，韋15斷塊平均2.54，韋8斷塊平均2.12，韋6、韋5斷塊分別為2.25和2.16(圖5b)。綜合對(duì)比上述三個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)，得出赤岸油田原油熱演化程度為低熟—成熟階段，且斷塊內(nèi)部成熟度SM值差異小，芳烴成熟度參數(shù)差異相對(duì)較大，不同斷塊間成熟度差異明顯，顯示出芳烴成熟度參數(shù)的優(yōu)越性。

2.4油氣運(yùn)移示蹤

原油在充注運(yùn)移的過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，隨油氣運(yùn)移距離增加，原油成熟度呈現(xiàn)出不斷降低的特征，即油氣差異運(yùn)距規(guī)律。結(jié)合赤岸油田油氣來(lái)源，以及原油成熟度參數(shù)的分布規(guī)律，判斷赤岸油田原油的運(yùn)移方向。

飽和烴甾烷異構(gòu)化指數(shù)SM[C29ααα20S/20(S+R)]能夠很好地研究蘇北盆地油氣運(yùn)移方向和路徑。研究發(fā)現(xiàn)，1,2,5-/1,3,6-TMN、1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值與SM之間呈現(xiàn)出很好的正相關(guān)性，說(shuō)明1,2,5-/1,3,6-TMN、1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值可以作為研究赤岸油田油氣運(yùn)移的指標(biāo)。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沿韋9到韋5斷塊，1,2,5-/1,3,6-TMN比值由0.43降到0.39，1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值由2.67降到2.16，沿韋15到韋8斷塊，1,2,5-/1,3,6-TMN比值由0.46降到0.36，1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值由2.61降到2.12，說(shuō)明赤岸油田油氣運(yùn)移的方向主要為韋9到韋5斷塊、韋15到韋8斷塊，即赤岸油田油氣運(yùn)移的方向主要呈近似東西向的運(yùn)移方向，與飽和烴異構(gòu)化參數(shù)研究結(jié)果具有一致性，說(shuō)明用芳烴成熟度參數(shù)研究赤岸油田油氣運(yùn)移是可行的(圖6)。從圖6中也可以看出，自南向北，芳烴成熟度參數(shù)1,2,5-/1,3,6-TMN和1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN都有下降的趨勢(shì)，說(shuō)明赤岸油田原油的充注點(diǎn)除了北部的車(chē)邏鞍槽凹陷外，也有一部分原油應(yīng)來(lái)自南部馬家嘴地區(qū)。

圖6 1,2,5-/1,3,6-TMN，1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值示蹤赤岸油田油氣運(yùn)移路徑

3 結(jié)論

(1)赤岸油田原油芳烴中赤岸油田原油芳烴中萘、菲、三芳甾烷三者含量最多，烷基萘化合物中以二甲基萘含量最高，赤岸油田原油的1,2,5-/1,3,6-TMN值在0.34～0.48，原油硫芴/氧芴比值在0.85～1.60之間，表明赤岸油田原油母質(zhì)具明顯的藻類(lèi)輸入特征,沉積環(huán)境以咸化還原環(huán)境為主。

(2)明確了原油芳烴中1,2,5-/1,3,6-TMN、1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN比值為赤岸油田原油成熟度參數(shù)，補(bǔ)充了高郵凹陷原油成熟度參數(shù)的單一性。

(3)赤岸油田沿近東西向，1,2,5-/1,3,6-TMN以及1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN芳烴成熟度參數(shù)呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，說(shuō)明赤岸油田油氣運(yùn)移的方向?yàn)榻鼥|西向，與飽和烴異構(gòu)化參數(shù)研究結(jié)果一致，說(shuō)明芳烴成熟度參數(shù)研究赤岸油田油氣運(yùn)移是可行的。

[1] 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院地質(zhì)研究所．中國(guó)陸相油氣生成[M].北京:石油工業(yè)出版社,1982:114-129.

[2] 李水福,何生,張冬梅，等.南陽(yáng)凹陷高蠟原油的地球化學(xué)特征[J].新疆石油地質(zhì)，2006,27(4):414-418.

[3] 何大雙,侯讀杰,孫超，等.白云深水凹陷高成熟原油芳烴地球化學(xué)特征研究[J].地球化學(xué),2014,43(1):77-87.

[4] 肖睿祺,張敏．柴達(dá)木盆地七個(gè)泉油田原油芳烴地球化學(xué)特征研究．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)[J].2014,32(11):1-4.

[5] 朱揚(yáng)明，張洪波，傅家謨，等．.塔里木不同成因原油芳烴組成和分布特征[J].石油學(xué)報(bào)，1998，19(3):33-37．

[6] Alexander，Larcher A V,Kagi R I,etal．The use of plant-derived bimarker for correlation of oils with source rocks in the Cooper Eromango Basin Systems Australia[J].The APEA Jourmal,1988,28:310-323.

[7] 黃光輝．礦物燃料中的芴及其衍生物的有機(jī)地球化學(xué)意義與成因初探[C]//劉德漢，史繼揚(yáng)，吳澤霖,等．中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室研究年報(bào)(1987)．北京：科學(xué)出版社，1988:211-220．

[8] 任擁軍，李瑞雪．西藏措勤盆地下白堊統(tǒng)海相灰?guī)r的芳烴地球化學(xué)特征[J].沉積學(xué)報(bào)，2011,19(2)：282-286.

[9] 孟江輝，劉洛夫，張敏，王英，等.原油芳烴的沉積環(huán)境指示作用[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011，6(40)：901-906.

[10] 王志勇，鄭建京，杜宏宇，等.東疆地區(qū)原油芳烴地球化學(xué)特征及其意義[J].沉積學(xué)報(bào)，2011,1(29)：184-190.

[11] 徐健.高郵凹陷北斜坡韋碼地區(qū)阜寧組油氣富集差異分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2015,2(37):164-171.

(編輯 曹征遠(yuǎn))

Geochemical characteristics of aromatic hydrocarbon of crude oil from Chi’an Oilfield in Gaoyou Sag

Wang Jun，Bai Jun，Li Xingli，Liu Pinglan， Wang Bingjie

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany，SINOPEC，Yangzhou225009，China)

The aromatic compound characteristics of 30 crude oil samples collected from Chi’an Oilfield of Gaoyou Sag was researched.The distribution and relative content of the aromatic fraction indicated an oxidizing type of depositional environment，with a notable lower algae input.Alkyl-naphthalene，alkyl-phenanthrene and alkyl-dibenzothiophen,two optimal parameters of 1,2,5-/1,3,6-TMN and 1,2,3,5,6-/1,2,3,6,7-PMN were founded to assess the maturity characteristics of crude oil from Chi’an Oilfield.The crude oil shows characteristics of low maturity-mature oil .At the same time，oil and gas migration in Chi’an oilfield was discussed using the maturity parameters.The results displayed that the oil and gas migration in Chi’an Oilfield is approximately east-west migration direction.

aromatic hydrocarbon;geochemical characteristics;crude oil maturity;oil and gas migration；Chi’an Oilfield

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.02.005

TE122.13

A

2015-05-28；改回日期2015-07-08。

王駿(1973—)，工程師，現(xiàn)從事有機(jī)地球化學(xué)研究工作。電話：0514-87762398，E-mail：wjun.jsyt@sinopec.com。

攻關(guān)項(xiàng)目：江蘇油田分公司(JS 12002)。