西湖凹陷平湖斜坡帶原油地球化學(xué)特征及油源探討

徐志星,劉 洋,張 武,黎 建,刁 慧

(中海石油(中國)有限公司 上海分公司,上海 200030)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

平湖斜坡帶地處西湖凹陷西部斜坡帶中段,南部為天臺斜坡帶,北部為杭州斜坡帶,東部緊鄰西湖凹陷生烴深洼-西次洼?？偯娣e約3 500 km2,為西高東低階梯狀下掉的緩坡帶,具有南北分區(qū),東西分帶的構(gòu)造特點(diǎn),自南往北可劃分為平湖區(qū)和平北區(qū),自西向東可劃分為高帶、中帶和低帶,低帶沉積巖最大埋深超過7 000 m(圖1)?？v向由下而上分為古新統(tǒng)寶石組、始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組以及中新統(tǒng)以上地層,其中主力產(chǎn)層為始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組下段。從20世紀(jì)70年代末到80年代初,地礦部進(jìn)行了以找油氣為目的的地質(zhì)調(diào)查,自南往北分別發(fā)現(xiàn)了平湖區(qū)Z構(gòu)造、F構(gòu)造、J構(gòu)造和平北區(qū)T構(gòu)造、B構(gòu)造、W構(gòu)造、K構(gòu)造等一系列含油氣構(gòu)造。1983年在J構(gòu)造鉆探了F1井,全井發(fā)現(xiàn)熒光顯示51層,地層測試獲得優(yōu)質(zhì)工業(yè)油流174 m3,天然氣408 000 m3,這是我國在東海石油普查勘探取得的一重大突破,自此拉開了東海油氣勘探的序幕。接著在平北區(qū)B構(gòu)造、W構(gòu)造、K構(gòu)造和T構(gòu)造分別鉆探了B1井、W1井、K1井和T1井,均有油氣顯示,展現(xiàn)了良好的油氣勘探前景。但平湖斜坡帶的油氣來源及成因機(jī)理一直困擾著勘探工作者,有的基于煤系烴源巖生烴特征分析,認(rèn)為油氣來源于東部深洼[1],有的基于原油地球化學(xué)特征分析,認(rèn)為斜坡帶原油具有近源成藏、短距離運(yùn)移的特點(diǎn)[2],也有的基于流體包裹體及碳同位素組成等研究成果,認(rèn)為斜坡帶原油主要為構(gòu)造內(nèi)成因并以側(cè)向運(yùn)移為主[3],以上研究都沒從物質(zhì)來源上對原油來源進(jìn)行分析,本文依據(jù)原油地球化學(xué)分析結(jié)果,在對不同構(gòu)造原油樣品分析結(jié)果進(jìn)行充分分析對比的基礎(chǔ)上,探討了西湖凹陷平湖斜坡帶原油成因及來源。

2 原油的地球化學(xué)特征

2.1 原油的族組成

平湖斜坡帶平北區(qū)各井的原油族組分以飽和烴含量高,芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)含量低為特點(diǎn)(表1),并且飽/芳比差別大,位于高帶的T構(gòu)造飽/芳比高達(dá)45.4,而低帶的K構(gòu)造的K2井和B構(gòu)造的B2井飽/芳比為3.0左右。K構(gòu)造與B構(gòu)造的非烴和瀝青質(zhì)含量不存在明顯區(qū)別,可能反映了該兩構(gòu)造母質(zhì)形成環(huán)境相似,原油的熱演化程度相近。T構(gòu)造的T1井的族組分含量差異較大,這不排除由于下而上或從低帶往高帶的運(yùn)移分餾作用影響的可能性。

圖1 平湖斜坡帶構(gòu)造區(qū)劃圖[據(jù)文獻(xiàn)3改]

表1 原油族組成數(shù)據(jù)

2.2 原油的族組分碳同位素

圖2 平湖斜坡帶族組份碳同位素對比

與平湖油氣田(J1、S1井)原油相比,平北區(qū)各井原油族組分碳同位素普遍偏重(圖1),尤其是芳烴、非烴和瀝青質(zhì)組分碳同位素比平湖油氣田原油重2‰左右。Bonilla等(1986)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),原油隨運(yùn)移距離的增加,飽和烴組分碳同位素趨向變輕,而芳烴組分同位素變化很小[4]。平北區(qū)各井原油芳烴組分碳同位素值重于平湖油氣田原油,反映兩者的生成母質(zhì)可能存在差別,也可能為原油運(yùn)移距離的差別所致。而從平北區(qū)原油碳同位素值范圍推斷,可能有陸源高等植物有機(jī)質(zhì)參與生油,該區(qū)各井的芳烴組分碳同位素趨于相同,則顯示生油母質(zhì)相似。而就平北區(qū)各井本身來看,原油族組分碳同位素差別都小于1‰,變化不大。

陳踐發(fā)(1992)通過對世界各大盆地的研究,發(fā)現(xiàn)在煤系地層中干酪根相對富集重碳同位素,煤系地層中可溶有機(jī)質(zhì)烷烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)的碳同位素組成與非煤系地層源巖中可溶有機(jī)質(zhì)的碳同位素分布特征有明顯的差別[5]。與平湖油氣田原油相比,平北原油母質(zhì)更偏向煤系烴源巖;也可能由于平北斷裂復(fù)雜,油氣運(yùn)移距離短使得族組份碳同位素偏重。

2.3 原油生物標(biāo)志化合物特征

圖3 平湖斜坡帶原油飽和烴色譜圖

表2 原油飽和烴色譜分析參數(shù)

(2)萜類化合物特征。原油M/Z123質(zhì)量色譜圖上看(圖4),從平北區(qū)北部的K構(gòu)造的K2井到南部的T2井再到平湖區(qū)的J1井都具有異常高的二萜類化合物,其碳數(shù)分布范圍為C19～C20,兩者連線呈上升型。以4β-19(20)-降海松烷豐度最高,具海松酸骨架的三環(huán)二萜類組成的70.3%～85.1%(以峰面積計(jì)算)。而高碳數(shù)(C27～C30)的甾類生物標(biāo)志化合物含量相對低,表明斜坡帶原油主要由豐富的二萜化合物作為貢獻(xiàn)源,甾萜烷類貢獻(xiàn)相對低。一般認(rèn)為樹脂體的生源為高等植物,而二萜類化合物則是樹脂來源的標(biāo)志物,是陸源高等植物輸入的重要標(biāo)志[8]。但不同類型的樹脂植物,甚至同一樹脂植物的不同部位,所分泌的樹脂的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)可能不同[8-10]。具海松烷骨架的三環(huán)二萜來源于裸子植物松柏目樹脂。而各井原油萜烷譜圖中除了發(fā)現(xiàn)豐富的二萜類化合物外,在M/Z191圖譜上還發(fā)現(xiàn)少量的r-羽扇烷、奧利烷等非藿烷類的五環(huán)三萜烷,這些三萜烷雖然也是陸源高等植物的標(biāo)志,但其生源來源于被子植物[9]。這些萜類化合物圖譜的鑒定結(jié)果表明原油母巖主要來源于陸相高等植物,以裸子植物為主。從原油生物標(biāo)志化合物參數(shù)的對比來看(表3),平北區(qū)各井原油Ts/Tm、C30藿/莫及C3122S/22(S+R)成熟度參數(shù)總體上與平湖區(qū)相當(dāng),反映了原油屬低熟—成熟的特征。γ-蠟烷為水體鹽度分層的典型標(biāo)志,平北區(qū)北部K構(gòu)造的K2和T構(gòu)造的T2井原油γ-蠟烷/C31藿烷分別為0.36和0.4,而平湖區(qū)則為0.04～0.06,考慮到平湖斜坡帶生源母質(zhì)多形成于局限海灣、潟湖環(huán)境[11-14],推測平北區(qū)K構(gòu)造、T構(gòu)造比該區(qū)B構(gòu)造B2井和平湖區(qū)J構(gòu)造的J1井原油生源母質(zhì)更趨于咸化環(huán)境,則B構(gòu)造和J構(gòu)造原油的生油母質(zhì)則推測為相對淡水沉積環(huán)境,考慮到T構(gòu)造和K構(gòu)造多井位于斜坡高帶,則推測原油為低帶生源并經(jīng)歷了運(yùn)移過程,于高帶聚集,否則咸化環(huán)境與高帶沉積相不符。

圖4 平湖斜坡帶原油生物標(biāo)志化合物分布

(3)甾類化合物特征。甾烷類的生源意義主要反映真核生物(如藻類、浮游植物和高等植物)的貢獻(xiàn)。甾烷碳數(shù)的分布受有機(jī)質(zhì)輸入的影響,是強(qiáng)有力的生源指示參數(shù)[15]。Summons R E(1987)、K.E.彼得斯(1995)等提出用C27-C28-C29規(guī)則甾烷的相對含量來推斷沉積有機(jī)質(zhì)的來源,他們認(rèn)為C27甾烷主要來源于藻類等低等水生生物,而C29甾烷主要來源于高等植物[16-17]。平湖斜坡帶各井原油甾烷的C29豐度較高,表明高等植物對油源生源有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)較大(圖4),規(guī)則甾烷C27-C28-C29連線呈反“L”型,平北區(qū)K構(gòu)造K2井原油aaaRC27/C29值在0.16左右(表3),而高帶T構(gòu)造和J構(gòu)造明顯低于該值,反映了往高帶陸源高等植物貢獻(xiàn)越大。各井原油主要為重排膽甾烷和規(guī)則甾烷,缺少4-甲基甾烷。成熟度參數(shù)C2920S/20(S+R)值在0.45左右,屬于成熟原油,這一結(jié)論與飽和烴OEP參數(shù)分析結(jié)論相近。C29ββ/(aa+ββ)參數(shù)值為0.50左右,高于C2920S/20(S+R)參數(shù),由于甾烷中aβββ組分比aaa組分易于運(yùn)移,而位于高帶的T2井該值似乎更大,達(dá)到了0.68,因此推測平湖斜坡帶平北區(qū)和平湖區(qū)高帶原油可能經(jīng)歷了運(yùn)移作用,從而使ββ構(gòu)型甾烷相對富集。

表3 平湖斜坡帶原油生物標(biāo)志化合物參數(shù)

(4)原油分類。根據(jù)上述分析,西湖凹陷平湖斜坡帶原油大致可分為兩種類型,一種以中-低帶的K構(gòu)造、B構(gòu)造和F構(gòu)造為代表,具有較低的飽芳比,較高的非烴和瀝青質(zhì)含量,飽和烴色譜主峰呈近后峰型,具備相對較低的ββ構(gòu)型甾烷。而T構(gòu)造與J構(gòu)造以上地化參數(shù)則反之(表4)。對比分析可能說明了位于斜坡高帶的T構(gòu)造和J構(gòu)造原油歷經(jīng)了相對充分的油氣運(yùn)移過程,使得原油ββ構(gòu)型相對富集。同時(shí)γ-蠟烷含量指示了高帶原油母質(zhì)形成環(huán)境為含鹽的相對還原環(huán)境,這種矛盾可能說明了低帶生油往高帶運(yùn)移聚集,恰是合理的。盡管如此,平湖斜坡帶各構(gòu)造原油主要差異表現(xiàn)在族組成、正構(gòu)烷烴及類異戊二烯烴的各項(xiàng)參數(shù)含量上,萜烷、甾烷的圖譜和各項(xiàng)參數(shù)差異不大,前者的差異可能是由于油氣運(yùn)移致使組份分異所致,后者差異較小可能說明其母質(zhì)來源較為一致性。

表4 平湖斜坡帶原油分類

3 油源探討

3.1 原油類型差異原因分析

從平湖斜坡帶典型井的原油物性分析,發(fā)現(xiàn)從高帶到中帶再到低帶原油含蠟量和膠質(zhì)含量呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(圖5),推測為原油從低帶往高帶運(yùn)移,重組份運(yùn)移慢,輕質(zhì)組份運(yùn)移快所致[18]。5a(20S)/5a(20R)與14β17β(20R)/5a(20R)交匯圖能較為準(zhǔn)確地反映油氣運(yùn)移的地質(zhì)色層效應(yīng)[18-20],甾烷參數(shù)投點(diǎn)顯示位于高帶的T2、K1井位于運(yùn)移作用的前端,低帶各井則位于后端,則從低帶到高帶原油運(yùn)移產(chǎn)生了明顯的地質(zhì)色層效應(yīng)(圖6)。

圖5 平湖斜坡帶高帶-低帶原油物性對比

圖6 平湖斜坡帶原油地質(zhì)色層效應(yīng)分析

3.2 原油母質(zhì)來源分析

西湖凹陷原油生源母質(zhì)來自于平湖組,但對泥巖與煤層生油貢獻(xiàn)存在較大爭論。對比分析了平湖組泥巖與煤層生物標(biāo)志化合物(圖6),發(fā)現(xiàn)泥巖普遍具有C27優(yōu)勢,規(guī)則甾烷C27-C28-C29構(gòu)型表現(xiàn)為“V”字型,即C28

鉆井資料表明,平湖組為大套暗色泥巖夾薄煤層的沉積特征。熊斌輝(2007)通過穩(wěn)定的地震相顯示認(rèn)為平湖組沉積范圍延伸到了釣魚島隆褶帶,為寬闊穩(wěn)定的沉積環(huán)境,地勢平而寬闊,幾米的海平面升降和構(gòu)造升降都可以導(dǎo)致海水漫過海堤深入內(nèi)地。而濱海低地的積水又形成了大大小小無數(shù)個(gè)淺水湖塘,構(gòu)成沼澤濕地環(huán)境,有利于煤層形成[21]。為煤層作為生油母質(zhì)來源提供了優(yōu)越的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖7 平湖斜坡帶泥巖與煤層生物標(biāo)志化合物圖譜

4 結(jié) 論

(1)研究區(qū)原油的(∑C21)/(∑C22)比值較大、族組分同位素較重,前者在0.52～1.05之間,后者在-28%～(-25%)之間,反映了原油母質(zhì)中陸相高等植物貢獻(xiàn)居多;具異常高的海松酸骨架的三環(huán)二萜類組成,為源于陸相高等植物裸子植物松柏目樹脂,也反映了陸源高等植物的貢獻(xiàn);甾烷C2920S/20(S+R)值在0.45左右,同時(shí)原油Ts/Tm、C30藿/莫及C3122S/22(S+R)等成熟度參數(shù)顯示原油的演化程度屬低成熟—成熟度的特征。

(2)高帶—超覆帶原油相對中—低帶原油具有較高的飽/芳比,較低的非烴和瀝青質(zhì)含量,飽和烴色譜主峰呈近后峰型,ββ構(gòu)型甾烷富集。同時(shí)原油物性(蠟含量、膠質(zhì)含量)顯示高帶含量少,低帶含量高;并且甾烷參數(shù)交匯圖顯示高帶原油相對低帶位于運(yùn)移作用的前端。據(jù)此認(rèn)為高帶—超覆帶原油與中—低帶原油的差異為運(yùn)移作用產(chǎn)生的色層效應(yīng)所致。

(3)煤巖則普遍具有C29優(yōu)勢,規(guī)則甾烷C27-C28-C29構(gòu)型表現(xiàn)為反“L”型,表明生物來源為陸相高等植物為主,并且萜烷以三環(huán)萜烷為主,C19-C20三環(huán)萜烷連線呈上升型,C30藿烷含量較高,與該地區(qū)原油生物標(biāo)志化合物各項(xiàng)特征具相似性。據(jù)此推測平湖組煤層對原油生成貢獻(xiàn)占絕對優(yōu)勢。并且煤層作為主要生烴來源具備沉積基礎(chǔ)。