渤南低凸起東段蓬萊25-A構(gòu)造原油地球化學(xué)特征及油源分析

王廣源，牛成民，官大勇，劉朋波，燕 歌，周 鑫

(中國海洋石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)

王廣源,牛成民,官大勇,等.渤南低凸起東段蓬萊25-A構(gòu)造原油地球化學(xué)特征及油源分析[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,33(2):1-8.

WANG Guangyuan,NIU Chengmin,GUAN Dayong,et al.Geochemical characteristics and source study of crude oil from Penglai 25-A structure in eastern part of Bonan low-uplift[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2018,33(2):1-8.

引　言

渤南低凸起位于渤海海域南部，走向?yàn)闁|西向，四周被黃河口、渤中、渤東和廟西等生烴凹陷所包圍，郯廬斷裂帶西支從凸起中間穿過，2條北北東向走滑斷層將其切割成三大段，即自西向東逐級(jí)抬升的西段、中段和東段，東段寬大，西段窄小[1-2]。蓬萊25-A構(gòu)造位于渤南低凸起東段，北面為渤中凹陷，東面緊鄰廟西南洼，南面為黃河口凹陷，油源充足，且郯廬斷裂帶東支經(jīng)過本區(qū)，斷裂非常發(fā)育，油氣成藏條件優(yōu)越。目前該構(gòu)造已鉆探2口井，在新近系明化鎮(zhèn)組下段(簡稱明下段)、館陶組和古近系沙二段獲得油氣發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著良好的油氣勘探前景。

由于以往尚未對蓬萊25-A構(gòu)造原油的地球化學(xué)特征開展過系統(tǒng)研究，其油氣來源不清楚，制約了該區(qū)的油氣勘探進(jìn)程。本文利用最新的地化分析結(jié)果，對該區(qū)新近系和古近系原油的族組分、生物標(biāo)志化合物等特征進(jìn)行綜合分析，研究了原油的形成環(huán)境、母質(zhì)類型以及成熟度，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析其油源，以期為該構(gòu)造及圍區(qū)未鉆構(gòu)造下一步油氣勘探提供指導(dǎo)。

1　地質(zhì)概況

蓬萊25-A構(gòu)造位于渤南低凸起東段，構(gòu)造位置處于郯廬走滑斷裂渤南段東支西側(cè)，北部距中國海域已發(fā)現(xiàn)的最大油田——蓬萊19-3油田約9 km[3-5]。該構(gòu)造直到2012年才被三維地震資料所覆蓋，經(jīng)過2年多時(shí)間的處理，2015年利用三維地震資料進(jìn)行了精細(xì)構(gòu)造解釋，通過井震標(biāo)定和鄰區(qū)引層，重新落實(shí)了蓬萊25-A、蓬萊25-B和蓬萊19-C等多個(gè)構(gòu)造圈閉(圖1)。蓬萊25-A為邊界大斷層控制的掀斜斷塊構(gòu)造，受東西向長期活動(dòng)斷層和南北向走滑斷層共同控制，整體圈閉面積中等、埋藏較淺，其緊鄰渤中凹陷、渤東凹陷和廟西南洼等多個(gè)生烴凹(洼)陷，多洼供烴，油源充足，油氣成藏條件優(yōu)越。

目前，蓬萊25-A構(gòu)造已鉆探2口井，自上而下揭示了第四系平原組，新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古近系沙一段、沙二段、沙三段以及孔店組地層，缺失古近系東營組地層。新近系明下段和館陶組發(fā)育多套砂泥巖組合，在縱向上可以組成多套良好的儲(chǔ)蓋組合，沙一段為厚層泥巖，與沙二段砂巖縱向上組成一套儲(chǔ)蓋組合。已發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量超千萬噸，主要分布在新近系明下段、館陶組和古近系沙二段。

圖1　蓬萊25-A構(gòu)造區(qū)域位置Fig.1　Regional location map of Penglai 25-1 structure

2　樣品與實(shí)驗(yàn)分析

本次研究采集了蓬萊25-A構(gòu)造2口井的原油和油砂樣品共計(jì)29個(gè)(其中，新近系樣品27個(gè)，古近系沙二段僅2個(gè))，主要進(jìn)行了巖石可溶有機(jī)物、原油族組分、飽和烴氣相色譜(GC)和飽和烴氣相色譜質(zhì)譜(GC-MS)等分析。樣品首先脫水和去雜質(zhì)，然后分別用正己烷、二氯甲烷、無水乙醇(分析純)、氯仿(分析純)等試劑通過層析柱抽提各族組分。

飽和烴氣相色譜分析是在HP-6890氣相色譜儀上進(jìn)行的，色譜分析：HP-PONA毛細(xì)柱(50 m ×0.23 mm×0.5 μm)，初始溫度為50 ℃，恒溫3 min，以5 ℃/min速率升溫至300 ℃后恒溫25 min，氮?dú)饬魉贋?.0 mL/min，分流比為20:1，進(jìn)樣溫度300 ℃，檢測器溫度為300 ℃。

飽和烴氣相色譜質(zhì)譜分析是在Thermo-Fisher Trace-DSQⅡ氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀上進(jìn)行的，測試條件：載氣99.999%氦氣，進(jìn)樣口溫度300 ℃，傳輸線溫度為250 ℃，色譜柱為HP-5MS彈性石英毛細(xì)柱(60 m×0.25 mm×0.25 m)，初始溫度50 ℃，恒溫1 min，以15 ℃/min升溫至100 ℃，以2 ℃/min升溫至200 ℃，再以1 ℃/min升至315 ℃，保持20 min，載氣流速為1 mL/min，質(zhì)譜采用EI(70 eV) 電子轟擊方式，燈絲電流為100 mA，倍增器電壓為1 200 V，全掃描，地球化學(xué)參數(shù)比值均按照峰面積計(jì)算。

3　原油族組分

在有機(jī)質(zhì)性質(zhì)相近的前提下，與低成熟度的原油相比，成熟度高的原油具有烴類組分含量較高、極性組分含量較低的特征[6]。統(tǒng)計(jì)蓬萊25-A構(gòu)造原油族組分參數(shù)(表1)發(fā)現(xiàn)，新近系和古近系原油族組分存在較明顯差異，反映出油源的多樣性。新近系原油中飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.94%～52.87%，平均32.59%，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.49%～24.59%，平均15.75%；非烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.68%～28.46%，平均24.14%；瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.11%～41.00%，平均16.73%。各組分含量高低順序依次是：飽和烴，非烴，瀝青質(zhì)，芳烴，飽/芳比為1.16～17.80，平均3.99，非/瀝比為0.59～3.18，平均1.73，具有較高飽和烴含量、高飽/芳比、中等非烴含量和低非/瀝比特征，表現(xiàn)為成熟原油特征。古近系原油中飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.08%～44.30%，平均33.69%，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.79%～20.60%，平均18.20%； 非烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.36%～33.75%，平均32.56%；瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.46%～20.6%，平均14.03%。各組分含量高低順序依次是：飽和烴，非烴，芳烴，瀝青質(zhì)，飽/芳比為1.12～2.81，平均1.96，非/瀝比為1.64～4.20，平均2.92，呈“兩低兩高”特征，即飽和烴含量低、飽/芳比低、非烴含量偏高和非/瀝比高，與全國其他地區(qū)未熟-低熟油的原油族組分特征相近[7]。

表1　蓬萊25-A構(gòu)造不同層位原油族組分參數(shù)Tab.1　Parameters of crude oil components in various layers of Penglai 25-A structure

4　原油生物標(biāo)志化合物特征

4.1　飽和烴氣相色譜

飽和烴正構(gòu)烷烴碳數(shù)的分布特征可以綜合反映原油的沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)輸入類型以及成熟度等地球化學(xué)特征[8-10]，但當(dāng)原油遭受生物降解等稠變作用時(shí)，正構(gòu)烷烴往往損失嚴(yán)重，在飽和烴氣相色譜圖上一般存在明顯的UCM“鼓包”[11]。通過分析發(fā)現(xiàn)，新近系和古近系原油的飽和烴氣相色譜圖分布特征差異明顯(圖2)，其中，新近系原油的飽和烴色譜基線抬升明顯，UCM“鼓包”明顯，普遍遭受了不同程度的生物降解，正構(gòu)烷烴基本被消耗殆盡，以異構(gòu)烷烴和類異戊二烯烴為主，姥植比(Pr/Ph)介于1.22～2.15，平均1.5，表明新近系原油屬姥鮫烷優(yōu)勢型[12-13]，形成于弱還原-弱氧化沉積環(huán)境；古近系原油的飽和烴氣相色譜圖分布形態(tài)呈后峰型，正構(gòu)烷烴豐富，未見反映原油生物降解的UCM“鼓包”，主峰碳nC25，C21+C22/C28+C29值為0.46，奇偶優(yōu)勢指數(shù)(OEP)為1.18，表明古近系原油中高碳數(shù)的正構(gòu)烷烴占優(yōu)勢，正構(gòu)烷烴奇偶優(yōu)勢較明顯，原油成熟度較低，原油中姥植比(Pr/Ph)為0.68，屬姥植均勢型[12-13]，說明古近系原油形成于還原沉積環(huán)境。

圖2　蓬萊25-A構(gòu)造不同層位部分原油和油砂飽和烴氣相色譜Fig.2　Gas chromatograms of saturated hydrocarbon of crude oil and oil sand in various layers of Penglai 25-A structure

4.2　生物標(biāo)志化合物反映的生源特征

由于蓬萊25-A構(gòu)造新近系原油埋藏較淺，普遍遭受了不同程度的生物降解，觀察離子碎片m/z191(圖3)發(fā)現(xiàn)，萜類化合物遭到破壞， C25-降藿烷成為主峰，C30藿烷被大量消耗，伽馬蠟烷同樣受到影響，用來分析有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型和沉積環(huán)境變得不可行。但觀察離子m/z217(圖3)發(fā)現(xiàn)，甾烷系列化合物基本沒有受到生物降解影響，形態(tài)仍然完好，可以作為研究有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型及熱演化程度的重要參數(shù)[14-15]。新近系C27、C28和C29規(guī)則甾烷的相對含量分別為34.55%～40.11%、19.19%～27.00%、34.56%～37.18%，平均值分別為38.12%、24.7%及37.18%，平均相對含量為C27> C29>C28；古近系C27、C28和C29規(guī)則甾烷的相對含量分別為41.30%～42.81%、16.25%～27.33%、31.37%～40.94%，平均值分別為42.06%、21.79%及36.15%，平均相對含量為C27> C29>C28。在圖譜上分布特征都呈不對稱“V”字形分布(圖3)。這表明蓬萊25-A構(gòu)造新近系和古近系原油的形成沉積環(huán)境均有豐富的陸源有機(jī)質(zhì)來源，原油都具有陸源高等植物與低等水生藻類和菌藻類有機(jī)質(zhì)混合母源的特征。從蓬萊25-A構(gòu)造原油和油砂中5αααC27-C28-C29規(guī)則甾烷三角對比圖(圖4)可知，新近系和古近系甾烷分布非常相近，樣品點(diǎn)都落在代表陸源高等植物與低等水生藻類和菌藻類有機(jī)質(zhì)混合來源(Ⅳ)的區(qū)域內(nèi)，表明新近系和古近系原油的生源與沉積環(huán)境非常相似。

圖3　蓬萊25-A構(gòu)造不同層位原油、油砂的飽和烴萜烷(m/z 191)和甾烷(m/z 217)的質(zhì)量色譜Fig.3　Mass chromatographs of saturated hydrocarbon terpane(m/z 191)and sterane(m/z 217)series of crude oil and oil sand in various layers ofPenglai 25-A structure

圖4　蓬萊25-A構(gòu)造不同層位原油和油砂C27、C28、C29規(guī)則甾烷相對含量三角圖Fig.4　Triangular diagram of C27,C28 and C29 regular sterane of crude oil and oil sand in various layers of Penglai 25-A structure

由于在5αααC27-C28-C29規(guī)則甾烷三角圖上新近系和古近系重疊太多，故根據(jù)C27、C28、C29規(guī)則甾烷相對含量不能有效區(qū)分具體哪套烴源巖層段產(chǎn)生的原油。但4-甲基C30甾烷在渤海油田沙三段地層中廣泛存在且是最具代表性特征的甾烷化合物，當(dāng)4-甲基甾烷指數(shù)(4-甲基C30甾烷/∑C29規(guī)則甾烷)大于0.25時(shí)，即可認(rèn)為原油來自沙三段烴源巖[16-18]。觀察離子碎片m/z217(圖3)發(fā)現(xiàn)，蓬萊25-A構(gòu)造原油具有中高含量的4-甲基甾烷，計(jì)算其4-甲基甾烷指數(shù)，發(fā)現(xiàn)新近系原油4-甲基甾烷指數(shù)介于0.25～0.47，平均0.34，古近系原油4-甲基甾烷指數(shù)介于0.26～0.35，平均0.31，由此可以確定蓬萊25-A構(gòu)造新近系和古近系原油來自沙三段烴源巖。

4.3　原油成熟度

有機(jī)質(zhì)演化過程中，往往都伴隨著甾烷、萜烷分子發(fā)生“異構(gòu)化反應(yīng)”，隨著有機(jī)質(zhì)熱演化程度的增加，藿烷類的ββ型向βα型和αβ型轉(zhuǎn)變，甾烷的ααα型向αββ型轉(zhuǎn)變，側(cè)鏈上R型向R+S型的差向異構(gòu)化等[11]。因此，衡量原油成熟度最有效的指標(biāo)是甾烷的立體異構(gòu)化參數(shù)，最常用的是甾烷C29ααα20S/(20R+20S)和C29αββ/(αββ+ααα)比值。計(jì)算蓬萊25-A構(gòu)造2口探井新近系和古近系原油、油砂甾烷C29立體異構(gòu)化參數(shù)，發(fā)現(xiàn)新近系的甾烷C29ααα20S/(20S+20R) 和C29αββ/(αββ+ααα)分別為0.33～0.44和0.41～0.46，平均值分別為0.36和0.42，古近系的甾烷C29ααα20S/(20S+20R) 為0.20～0.22，平均0.21，C29αββ/(αββ+ααα)為 0.23，古近系原油成熟度明顯低于新近系原油。根據(jù)渤海海域原油成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn)[19]，將蓬萊25-A構(gòu)造原油劃分為未熟油和成熟油(圖5)，未熟油主要分布在古近系，成熟油主要分布在新近系。

圖5　蓬萊25-A構(gòu)造不同層位原油成熟度劃分Fig.5　Saturation division of crude oil in various layers of Penglai 25-A structure

5　油源分析

從前述的族組分和生物標(biāo)志化合物等原油地球化學(xué)特征來看，蓬萊25-A構(gòu)造新近系和古近系原油具有相同的沉積環(huán)境和母質(zhì)來源，都來自沙三段烴源巖，但原油成熟度卻差別較大，新近系成熟度高，古近系成熟度低，說明蓬萊25-A構(gòu)造新近系和古近系原油來自不同凹(洼)陷內(nèi)的沙三段烴源巖。

從生標(biāo)化合物參數(shù)對比圖(圖6)中可以看出，蓬萊25-A構(gòu)造新近系原油與PL19-3-5/6井新近系原油的萜類化合物都遭到破壞，都出現(xiàn)C25-降藿烷，在部分井C25-降藿烷成為主峰，C30藿烷被大量消耗，伽馬蠟烷同樣受到影響，甾烷系列化合物形態(tài)完好，重排甾烷含量均中等，4-甲基C30甾烷含量均很高，C27規(guī)則甾烷含量大于C29規(guī)則甾烷，呈不對稱“V”字形分布，具有很好的可對比性。蓬萊19-3油田作為中國海域已發(fā)現(xiàn)的最大油田，主要含油層系為新近系明下段和館陶組，前人在油氣來源方面有深入的研究[16-17,20]，認(rèn)為PL19-3-5/6井新近系原油來自渤中凹陷沙三段烴源巖。因此，推斷蓬萊25-A構(gòu)造新近系成熟原油來自渤中凹陷沙三段烴源巖。

從生標(biāo)化合物參數(shù)對比圖(圖6)中可以看出，蓬萊25-A構(gòu)造古近系原油與PL25-6-1/2井新近系原油沒有遭受生物降解，萜、甾類化合物形態(tài)完好，均沒有出現(xiàn)C25-降藿烷，都以C30藿烷為主峰，Ts含量都低于Tm，伽馬蠟烷和重排甾烷含量都很低，C29規(guī)則甾烷立體異構(gòu)化參數(shù)都很小，原油成熟度都非常低，C27規(guī)則甾烷含量都大于C29規(guī)則甾烷含量，呈不對稱“V”字形分布，4-甲基C30甾烷均為中高含量，具有很好的可對比性。蓬萊25-6油田發(fā)現(xiàn)于2000年，目前已探明和控制石油地質(zhì)儲(chǔ)量超億噸。該油田位于廟西南洼，主要含油層系為新近系館陶組，油氣主要為未熟—低熟油[3]，由于未熟—低熟油都具有短距離運(yùn)移聚集、近源成藏的特征[7]，認(rèn)為蓬萊25-6油田原油來自廟西南洼沙三段烴源巖[17,20]。由于蓬萊25-A構(gòu)造古近系原油與PL25-6-1/2井新近系原油具有親緣關(guān)系，因此，推斷蓬萊25-A構(gòu)造古近系未熟原油來自廟西南洼沙三段烴源巖。

通過對蓬萊25-A構(gòu)造新近系和古近系原油油源的分析，認(rèn)為該區(qū)存在遠(yuǎn)源(油源來自渤中凹陷)和近源(油源來自廟西南洼)2種油氣運(yùn)聚模式(圖7)：第一種為渤中凹陷沙三段烴源巖生成的成熟油氣，經(jīng)過潛山不整合面和館陶組底部穩(wěn)定分布的厚砂巖進(jìn)行長距離的橫向運(yùn)移，然后在斷層作用下進(jìn)行垂向分配，最終在距離渤中凹陷油源較遠(yuǎn)的蓬萊25-A構(gòu)造圈閉的新近系中聚集成藏，這就構(gòu)成了新近系遠(yuǎn)源運(yùn)聚成藏模式； 第二種為廟西南洼沙三段烴源巖生成的未熟—低熟油首先通過斷層進(jìn)行垂向運(yùn)移，然后沿不整合面進(jìn)行短距離的橫向運(yùn)移，最后通過斷層進(jìn)行垂向運(yùn)移，在緊鄰生烴洼陷的蓬萊25-A構(gòu)造圈閉的古近系中聚集成藏，這就構(gòu)成了古近系近源運(yùn)聚成藏模式。

圖6　蓬萊25-A構(gòu)造與蓬萊19-3/25-6油田的原油和油砂飽和烴萜烷(m/z 191)和甾烷(m/z 217)質(zhì)量色譜Fig.6　Mass chromatographs of saturated hydrocarbon terpane(m/z 191)and sterane(m/z 217)series of crude oil and oil sand in various layers of Penglai 25-A structure and Penglai 19-3/25-6 oilfield

圖7　蓬萊25-A構(gòu)造油氣成藏模式(剖面位置見圖1)Fig.7　Hydrocarbon accumulation modes in Penglai 25-A structure

6　結(jié)　論

(1)蓬萊25-A構(gòu)造新近系和古近系原油族組分存在較明顯差異，新近系原油中各族組分含量高低順序依次是：飽和烴，非烴，瀝青質(zhì)，芳烴，飽/芳比平均3.99，非/瀝比平均1.73，具有高飽/芳比和低非/瀝比的特征，而古近系原油中各族組分含量高低順序依次是：飽和烴，非烴，芳烴，瀝青質(zhì)，飽/芳比平均1.96，非/瀝比平均2.92，具有低飽/芳比和高非/瀝比的特征。

(2)蓬萊25-A構(gòu)造新近系和古近系原油沉積環(huán)境和母質(zhì)來源非常相似，都形成于還原-弱氧化沉積環(huán)境，原油母質(zhì)為混合型，高等陸源植物與低等水生藻類和菌藻類對原油的生成均有貢獻(xiàn)，且以低等水生生物貢獻(xiàn)較大，4-甲基甾烷指數(shù)都很高，原油來源于沙三段烴源巖。

(3)蓬萊25-A構(gòu)造古近系為未熟油，新近系為成熟油。油源對比結(jié)果表明，古近系未熟油來自廟西南洼沙三段烴源巖，新近系成熟油來自渤中凹陷沙三段烴源巖。

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