北部灣盆地稠油地球化學(xué)特征及成因分析

金秋月，楊希冰，胡 林，盧 梅

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司湛江實(shí)驗(yàn)中心，廣東湛江 524057）

0 引言

北部灣盆地為南海西部主要產(chǎn)油地區(qū)，其中潿西南凹陷和烏石凹陷先后發(fā)現(xiàn)W1，W2，W3，W4，W5 等稠油油田，引起勘探研究工作者的重視。稠油的典型特征是氧、硫、氮等元素含量高于常規(guī)原油。依照現(xiàn)階段行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，密度大于0.920 g/cm3的原油為重質(zhì)原油，密度為0.870～0.920 g/cm3的原油為中質(zhì)油；黏度為20～50 mPa·s 的原油為高黏油，黏度大于50 mPa·s 的原油為稠油［1-5］。稠油密度主要受瀝青質(zhì)含量的影響，黏度主要受非烴含量的影響。關(guān)于稠油的地球化學(xué)特征和成因，很多學(xué)者進(jìn)行過(guò)研究［2-8］，一般認(rèn)為存在原生型和次生改造型2 種成因類(lèi)型，其中水洗、生物降解與氧化作用被認(rèn)為是次生稠油形成的主要機(jī)制。

黃保家等［1］、潘賢莊［2］等專(zhuān)家和學(xué)者對(duì)北部灣盆地原油地球化學(xué)特征進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究［1-10］，但主要集中在對(duì)原油生物標(biāo)志物、油氣成烴成藏的研究上，針對(duì)北部灣盆地稠油的特征和成因機(jī)制尚無(wú)相關(guān)研究成果，制約了勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。針對(duì)當(dāng)前稠油研究存在的稠油地球化學(xué)特征、稠油來(lái)源、稠油成因機(jī)制不清等問(wèn)題，通過(guò)稠油物性和生物標(biāo)志物綜合分析，結(jié)合埋藏史演化恢復(fù)等技術(shù)手段，對(duì)稠油的形成原因和分布規(guī)律進(jìn)行研究，同時(shí)對(duì)次生改造形成的稠油降解程度進(jìn)行分析，以期為該區(qū)油氣勘探提供支持。

1 研究區(qū)概況

北部灣盆地為南海西部新生代斷陷沉積盆地［11-19］，盆地經(jīng)歷了古近紀(jì)裂陷階段和新近紀(jì)裂后熱沉降階段（圖1）。主要原油探區(qū)集中在潿西南凹陷和烏石凹陷，沉積古近系長(zhǎng)流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組和第四系地層，最大厚度達(dá)5 000 m。在始新統(tǒng)流二段沉積時(shí)期發(fā)育大范圍半深湖—深湖相沉積環(huán)境，形成由最大厚度達(dá)1 500 m 的油頁(yè)巖和頁(yè)巖組成的烴源巖層，分布在流二段上部和下部，為該區(qū)主力烴源巖。

圖1 北部灣盆地原油探區(qū)構(gòu)造位置與稠油油田分布圖Fig.1 Tectonic location and distribution of heavy oil fieldsin Beibuwan Basin

2 稠油地球化學(xué)特征

北部灣盆地多個(gè)油田均為稠油油田，主要集中在潿西南凹陷和烏石凹陷。潿西南凹陷稠油油藏主要分布在石炭系、角尾組和流一段地層，烏石凹陷稠油油藏主要集中在流二段和流三段地層。北部灣盆地稠油油藏原油密度整體較高、較稠。通過(guò)對(duì)北部灣盆地稠油統(tǒng)計(jì)分析（表1）可以看出，北部灣盆地稠油密度主要為0.896～0.969 g/cm3，平均為0.940 g/cm3；原油運(yùn)動(dòng)黏度為70.8～3 196.0 mPa·s，平均為898.6 mPa·s。原油含蠟量統(tǒng)計(jì)顯示淺層含蠟量較低，深層含蠟量較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.60%～18.30%，平均為6.22%。通過(guò)原油族組分分析，除W1-2 和W6-1 井飽和烴含量較高外，其余井飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.97%～48.43%，非烴瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.73%～39.67%，平均為24.45%。

表1 北部灣盆地稠油油藏物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Physical propertyparameters of heavy oil reservoirs in Beibuwan Basin

對(duì)北部灣盆地稠油生物標(biāo)志化合物甾、萜烷、同位素特征進(jìn)行分析（表2），選取樣品中C30-4-甲基甾烷豐度高低不等，四甲基甾烷指數(shù)（4-MSI）為1.03～3.69，其中W1-2 和W6-1 井原油樣品4-MSI 較低，其余樣品4-MSI 均大于2，表明生源存在差異；奧利烷指數(shù)較低，C29S/（S+R）值普遍較高，為0.24～0.71，反映成熟度較高，全油碳同位素和原油飽和烴碳同位素顯示普遍較重，為-29.4‰～-24.9‰，W1-2 井原油樣品C29S/（S+R）值較低，全油和飽和烴碳同位素均較輕，反映出成熟度較低，油源特征存在比較明顯的差異。

表2 北部灣盆地稠油地球化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of geochemical characteristics of heavy oil in Beibuwan Basin

3 稠油油源特征分析

實(shí)驗(yàn)分析中烴源巖樣品采用三氯甲烷作溶劑，利用索氏抽提法對(duì)烴源巖樣品中可溶有機(jī)質(zhì)瀝青進(jìn)行提取。使用正己烷脫去瀝青質(zhì)以后，采用硅膠——氧化鋁柱色層法分離出飽和烴、芳香烴和非烴。通過(guò)Thermo DSQII 型氣相色質(zhì)聯(lián)用儀對(duì)飽和烴餾分進(jìn)行色譜質(zhì)譜分析，配置60.00 m×0.32 mm×0.25μm 毛細(xì)色譜柱，升溫起始溫度為100 ℃，載氣為氦氣，采用恒流模式，離子源溫度為230 ℃，進(jìn)樣口溫度設(shè)置為310 ℃，采用全掃描采集方式，藿烷采集M+值為191，25-降霍烷采集M+值為177，甾烷采集M+值為217，M+為特征離子。

通過(guò)對(duì)烴源巖藿烷系列（m/z=191），25-降霍烷系列（m/z=177）和甲基甾烷系列（m/z=217）的生物標(biāo)志物質(zhì)量色譜圖（圖2）對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)北部灣盆地共存在2 套烴源巖，分別為流二段上部油頁(yè)巖和下部油頁(yè)巖。其中，流二段上部烴源巖為濱淺湖—半深湖相沉積，代表低等水生生物的ααα20 RC27規(guī)則甾烷含量較高（圖2），代表水生藻類(lèi)的C30-4-甲基甾烷含量較低，代表陸源輸入物的ααα20 RC29規(guī)則甾烷含量較高，重排甾、萜烷含量較低，且成熟度相對(duì)較低。流二段下部烴源巖為半深湖—深湖相，代表水生藻類(lèi)的C30-4-甲基甾烷含量高，代表陸源輸入物的ααα20 RC29規(guī)則甾烷含量相對(duì)較低，重排甾烷的含量較高，成熟度相對(duì)較高。

圖2 北部灣盆地稠油與流二段烴源巖甾、萜烷對(duì)比（a）W1-2 井油，2 821 m；（b）W6-1 井油，3 236 m；（c）W7-2 井油，1 913 m；（d）W3-2 井油，742 m；（e）W5-3 井頁(yè)巖，2 455 m；（f）W5-3 井頁(yè)巖，2 765 mFig.2 Comparison of gonane and terpenes in heavy oil and hydrocarbon source rocks in BeibuwanBasin

為探尋不同類(lèi)型原油與供烴組合之間的親緣關(guān)系，通過(guò)對(duì)典型稠油樣品與烴源巖生物標(biāo)志物對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)W1-2 井油樣具有Ts/Tm 值較低、不發(fā)育25-降霍烷、C30-4-甲基甾烷含量低的特征，與流二段上部烴源巖具有相似的生物標(biāo)志化合物指紋特征；W6-1 井油樣顯示Ts/Tm 值較低，不發(fā)育25-降霍烷，C30-4-甲基甾烷含量中等，具有流二段上、下2套烴源巖混源的特征，綜合分析油樣成熟度較低。考慮該井區(qū)發(fā)育厚層流二段上部烴源巖，烴源巖埋深較大，已進(jìn)入成熟門(mén)限，認(rèn)為原油主要為本地生成的低熟稠油和深洼帶生成的成熟原油的混源特征。W3-2 和W7-2 井油樣成熟度高，不發(fā)育25-降霍烷，C30-4-甲基甾烷含量高，為流二段下部烴源巖早期生成的成熟原油，顯示出較好的親緣關(guān)系。綜合考慮原油成熟度、對(duì)比結(jié)果、源巖-原油空間分布關(guān)系等，認(rèn)為W1-2 井為流二段上部烴源巖早期生成的稠油，W6-1 井為本地生成的低熟稠油和深洼帶生成的成熟原油的混合來(lái)源，W3-2 和W7-2 井為深洼帶下部烴源巖生成的成熟原油。

4 稠油成因分析

稠油成因主要有原生和次生2 種影響因素［20-26］，其中，由于有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境、干酪根熱演化差異生成的稠油為原生成因，次生成因主要是指油氣生成后經(jīng)過(guò)運(yùn)移、重力分異、水洗和生物降解等對(duì)原有的物理和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了次生改造而形成。次生稠油隨著次生改造程度不同，原油組分和地球化學(xué)特征差異顯著。黃第藩等［27］認(rèn)為烴源巖在未成熟階段（Ro<0.6%），可以生成一定量的原油，其物性主要取決于其烴源巖的顯微組分及成烴環(huán)境。油氣藏中原油遭受生物降解是在地層水與地表水存在連通條件下發(fā)生，油藏中一般可檢出含少量溶解氧氣和多種微生物，目前在油田中已發(fā)現(xiàn)的微生物達(dá)100 種以上的細(xì)菌、真菌、霉菌和酵母，它們均可對(duì)烴類(lèi)進(jìn)行不同程度的破壞［20-27］。

通過(guò)對(duì)稠油甾烷αααC29S/（S+R）和C29ββ/（αα+ββ）成熟度判識(shí)圖版（圖3）進(jìn)行分析，得出W1-2 井稠油成熟度低，其次為W6-1 井，稠油處于成熟門(mén)限附近，其余稠油和北部灣盆地潿西南凹陷和烏石凹陷正常原油成熟度接近，無(wú)明顯差異，表明稠油大部分為烴源巖正常成熟原油。

圖3 北部灣盆地稠油成熟度判識(shí)圖版Fig.3 Identification chart of heavy oil maturity in BeibuwanBasin

選取W1-2 井2 821 m 油樣、W3-2 井742 m 油樣、W6-1 井3 236 m 油樣、W7-1 井1 308 m 油樣4個(gè)典型稠油樣品全烴譜圖（圖4）進(jìn)行分析。W1-2 井原油地球化學(xué)分析表明，原油色譜圖完整，CPI=1.5，w（Pr）/w（Ph）=2.45，顯示為后峰型，甾烷色質(zhì)譜圖表明甾烷αααC29S/（S+R），C29ββ/（αα+ββ）值較低，呈未熟油特征，為未受到生物降解的原生稠油。W6-1 井稠油全烴譜圖顯示基線平整，為前峰型，CPI=1.14，w（Pr）/w（Ph）=2.61，甾烷色質(zhì)譜圖表明甾烷C29ββ/（αα+ββ）為剛進(jìn)入成熟門(mén)限，αααC29S/（S+R）值較高。

W3-2 井742 m 油樣和W7-1 井1 308 m 油樣原油地球化學(xué)分析表明，色譜圖基線隆起，全烴色譜的碳數(shù)分布主要集中在C20—C35，甾烷C29S/（S+R）和C29ββ/（αα+ββ）顯示為成熟型原油，C20之前的低碳數(shù)烷烴缺失，同時(shí)出現(xiàn)大量復(fù)雜化合物。其中，W3-2 井正構(gòu)烷烴基本消失殆盡，W7-1 井原油CPI=1.02，w（Pr）/w（Ph）=2.54，全烴色譜圖表明原油遭受較明顯的生物降解，異戊間二烯烴出現(xiàn)輕度消耗，導(dǎo)致地球化學(xué)特征和原油物性發(fā)生變化。

北部灣盆地烏石凹陷W7 油田稠油油藏埋深為1 300～2 100 m，其余油藏埋深均較淺，大部分不超過(guò)1 000 m，地溫低，蓋層薄，容易受地表水影響，發(fā)生生物降解。W7 油田埋深較深，且主要為流二段、流三段目的層。通過(guò)對(duì)W7-2 井儲(chǔ)層進(jìn)行包裹體均一溫度測(cè)試，沉積埋藏史、熱史分析（圖5），得出W7-2 井原油充注時(shí)間主要為20～16 Ma，對(duì)應(yīng)的油藏古埋深僅為1 000～1 500 m，對(duì)應(yīng)古地溫僅為70～90 ℃，且流二段油藏上部遭受大規(guī)模的抬升剝蝕，直接上覆地層為潿洲組上部砂泥互層地層，油氣充注時(shí)油藏埋深較淺，地溫較低，適合微生物生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而對(duì)油藏進(jìn)行不同程度的生物降解，使原油稠化。

圖4 北部灣盆地不同油藏稠油全烴譜圖（a）W1-2 井2 821 m 油樣；（b）W3-2 井742 m 油樣；（c）W6-1 井3 236 m 油樣；（d）W7-1 井1 308 m 油樣Fig.4 Characteristics of total hydrocarbon spectrum of heavy oil in different reservoirs in Beibuwan Basin

圖5 北部灣盆地W7-2 井埋藏史、熱史和均一溫度分布Fig.5 Burial history,thermal history and uniform tem‐perature distribution of well W7-2 in Beibuwan Basin

綜合分析認(rèn)為W1-2 井為原生型低熟稠油，W6-1 井稠油顯示全烴譜圖平整，未發(fā)生生物降解，顯示為成熟度相對(duì)較低的成熟原油。通過(guò)對(duì)原油生物標(biāo)志化合物進(jìn)行分析，顯示W(wǎng)6-1 井稠油生物標(biāo)志物齊全，四甲基甾烷指數(shù)中等，原油主要為井區(qū)流二段上部烴源巖和深洼帶流二段下部烴源巖生成的原油混合而成，同時(shí)受運(yùn)移、擴(kuò)散、吸附等因素的影響，原油變稠。W3-2 井和W7-1 井為受到生物降解的次生稠油。

在生物降解形成的稠油中，飽和烴中的正構(gòu)烷烴首先被消耗，其次為異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴，然后消耗甾烷類(lèi)和萜烷類(lèi)化合物［8-11］。Peters 等［12］通過(guò)大量的稠油樣品地球化學(xué)分析，總結(jié)了不同生物降解程度下化合物的破壞程度（圖6）。稠變程度不同，原油分子組構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，25-降藿烷系列等是標(biāo)志性的生物降解產(chǎn)生的化合物。通過(guò)對(duì)生物降解成因的稠油全烴色譜分析，結(jié)合生物標(biāo)志物特征（參見(jiàn)圖2），可以看出降解較厲害的W3-2和W7-1 等井正構(gòu)烷烴系列被不同程度消耗，類(lèi)異戊二烯烷烴系列豐度降低，但均未檢測(cè)出25-降霍烷系列化合物，表明生物降解形成的稠油主要出于1～6 級(jí)的降解程度。

圖6 生物降解對(duì)典型成熟原油的影響［12］Fig.6 Effects of biodegradation on typical mature crude oil

5 稠油分布特征

北部灣盆地現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)稠油油藏，稠油不僅分布在埋深小的剝蝕區(qū)，在斜坡帶和近洼區(qū)也均有分布。以烏石凹陷W6 和W7 油田為例（圖7），受烏石凹陷烴源巖展布特征、沉積埋深、熱演化程度差異、上覆蓋層厚度及油氣充注時(shí)期油藏古埋深等影響，在W6 油田超過(guò)3 000 m 的流二段和在W7油田1 000～2 000 m 的中淺層油藏均分布有稠油。分析認(rèn)為烏石凹陷流二段下部烴源巖生成的油氣運(yùn)移至W6 油田和本地低熟流二段上部烴源巖生成的原油混合形成稠油油藏，W7 油田油藏主要為流二段下部烴源巖生成早期原油經(jīng)過(guò)斷裂、砂體運(yùn)移至W7-2 和W7-1 井，其中W7-2 井由于油氣充注時(shí)古埋深較淺，地溫較低，遭受生物降解。通過(guò)研究認(rèn)為，北部灣盆地構(gòu)造剝蝕區(qū)主要發(fā)育流二段下部烴源巖早期生成而后遭受生物降解而成的稠油，近洼帶存在局部低熟烴源巖生成的低熟稠油，斜坡帶存在由于低熟稠油和成熟原油混合而成的稠油，通過(guò)對(duì)稠油成因和成藏機(jī)理研究，對(duì)本地區(qū)優(yōu)化勘探開(kāi)發(fā)部署，指導(dǎo)油區(qū)勘探具有重要意義。

圖7 北部灣盆地烏石凹陷稠油分布及成藏模式圖Fig.7 Distribution and accumulation pattern of heavy oil in Wushi Sag of Beibuwan Basin

6 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)北部灣盆地稠油進(jìn)行分析，認(rèn)為北部灣盆地稠油主要分布在凸起、斜坡帶和近洼帶，稠油主要表現(xiàn)為高密度、高黏度特征。

（2）北部灣盆地存在3 類(lèi)稠油。第一類(lèi)為凹陷中央流二段下部烴源巖生成原油運(yùn)移成藏，遭后期抬升剝蝕，遭受生物降解，此類(lèi)原油成熟度高，C30-4-甲基甾烷含量高；第二類(lèi)稠油主要分布在近洼帶，為本地低熱演化油頁(yè)巖、頁(yè)巖生成原油，原油成熟度低，C30-4-甲基甾烷含量低的特征，埋深處于生烴門(mén)限附近，為早期原生稠油；第三類(lèi)稠油主要分布在斜坡帶，主要為深洼流二段下部烴源巖生成成熟原油和本地流二段上部烴源巖生成的較低成熟度稠油混合而成，原油C30-4-甲基甾烷含量中等，此類(lèi)油藏埋深大于3 000 m，未受到生物降解的混合型稠油。

（3）北部灣盆地生物降解型稠油主要為正構(gòu)烷烴系列、類(lèi)異戊二烯烷烴系列遭受不同程度降解而成，降解程度較低，稠油的分布受烴源巖展布特征、沉積埋深、熱演化程度差異、上覆蓋層厚度及油氣充注時(shí)期油藏古埋深等綜合影響。