萊州灣凹陷墾利16油田混源油定量判析及勘探前景分析

劉慶順，楊海風(fēng)，郭 濤，溫宏雷，李果營

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

混源油是由不同母質(zhì)來源、沉積環(huán)境或演化階段的烴源巖所產(chǎn)生油氣混合而成，也可以是由同一套烴源巖在不同演化階段所產(chǎn)生的油氣經(jīng)多期充注混合而成[1]。中國東部渤海灣盆地油氣混源現(xiàn)象十分普遍，混源油定量評價對油源對比、資源評價及勘探部署具有重要意義?；煸从偷亩颗形鲋饕菍M成混源油的不同端元油的相對貢獻比進行定量評價，目前主要有穩(wěn)定碳同位素、生物標志化合物絕對濃度、配比實驗和多元數(shù)理統(tǒng)計等4種方法[2-4]，且每種方法都有其相應(yīng)的優(yōu)點和缺點。其中，穩(wěn)定碳同位素受次生改造作用影響較小，保留了原始生烴母質(zhì)特征[5-6]，實驗表明其與混源比例呈線性關(guān)系[7-8]，實際操作較為簡單，但是其僅代表了原油宏觀特性，在判斷油源方面差于生物標志化合物。生物標志化合物能夠直觀、定性判斷出混源油，但是得到生物標志化合物絕對濃度相對困難，另外，生物標志比值與混源比例為非線性關(guān)系[9-10]，求解過程較為復(fù)雜。該文將生物標志化合物與穩(wěn)定碳同位素2種方法結(jié)合起來，根據(jù)生物標志化合物與飽和烴、芳烴、非烴、瀝青質(zhì)和全油碳同位素的相關(guān)關(guān)系，選取飽和烴碳同位素并將其作為墾利16油田混源油混源比例計算方法，確定該油田混源油混源比例及其分布特征，證實萊州灣凹陷主洼沙四段咸化烴源巖的貢獻，同時，明確萊州灣凹陷南洼的生烴和供烴能力，進而有望打開南洼圍區(qū)的勘探局面。

1 研究區(qū)概況

萊州灣凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷東部，為典型的“北斷南超”箕狀斷陷凹陷，凹陷總面積約為1 500 km2。萊州灣凹陷共劃分為北部陡坡帶、主洼、南部斜坡帶(簡稱南斜坡)、南洼、中央構(gòu)造帶、萊西走滑帶和萊東走滑帶7個二級構(gòu)造單元。南部斜坡帶又被重力滑脫斷層分割為斜坡內(nèi)帶和斜坡外帶[11]，其中，墾利16油田位于南斜坡的斜坡外帶(圖1)。萊州灣凹陷發(fā)育沙三段和沙四段2套有效烴源巖[12]，其中，沙三段烴源巖巖性為泥巖和灰質(zhì)泥巖，表現(xiàn)出淡水—微咸水弱還原沉積環(huán)境；而沙四段烴源巖為泥巖、灰質(zhì)泥巖、白云巖、膏巖和鹽巖，表現(xiàn)出微咸水—咸水強還原沉積環(huán)境，2套烴源巖巖性組合及其所反映沉積環(huán)境具有明顯的差異性。

圖1 萊州灣凹陷墾利16、墾利10油田構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Kenli 16 and Kenli 10 Oilfields in Laizhouwan Sag

根據(jù)原油空間分布差異性，墾利16油田平面上可劃分為東部、西部、中部3個區(qū)塊，東部區(qū)塊以深層成藏為主，油氣主要分布在古近系和潛山；中部區(qū)塊油氣具有深淺復(fù)式成藏特征，油氣分布在新近系、古近系和潛山；西部區(qū)塊油氣以淺層成藏為主，油氣主要分布在新近系館陶組。為了與墾利16油田高硫原油進行對比，文中分析了緊鄰主洼墾利10油田常規(guī)原油，墾利10油田由2部分組成，分別位于北部陡坡帶和南斜坡的斜坡內(nèi)帶。

2 原油地球化學(xué)特征

2.1 原油物性特征

墾利16油田原油物性變化較大，原油密度為0.86～0.97 g/cm3，原油黏度為10～1 512 mPa·s，大多表現(xiàn)為中質(zhì)油和重質(zhì)油，少部分為輕質(zhì)油；而鄰近主洼的墾利10油田其原油物性變化同樣較大，原油密度為0.85～0.97 g/cm3，原油黏度為7～1 565 mPa·s。在原油密度和黏度方面，墾利10油田與墾利16油田原油性質(zhì)相似(圖2a)，而在原油含硫量方面，墾利16油田與墾利10油田具有明顯差異性。墾利16油田原油含硫量變化較大，原油含硫量為0.49%～3.02%，既有含硫原油(含硫量為0.50%～2.00%)，又有高含硫原油(含硫量大于2.00%)；而墾利10油田原油含硫量很低，為0.12%～0.63%，大部分為低含硫原油(含硫量小于0.50%)(圖2b)。

圖2 墾利10油田和墾利16油田原油物性特征Fig.2 Physical property characteristics-supplementary regression curves of crude oils from Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

朱光有[13]等認為，原油含硫量可以作為油源對比的一個有效指標。墾利10油田原油密度與含硫量關(guān)系斜率較低，原油含硫量變化不大，表現(xiàn)出正常成因原油特征；而墾利16油田原油密度與含硫量關(guān)系斜率較高，原油含硫量差異明顯，具有咸化成因原油的貢獻，表明原油來源于不同沉積環(huán)境的烴源巖，在一定程度上也說明墾利16油田原油具有混源特征。

2.2 原油碳同位素特征

對墾利10油田和墾利16油田原油或壁心樣品碳同位素進行分析。其中，墾利10油田選取5個原油樣品，墾利16油田選取4個壁心樣品和22個原油樣品。墾利10油田含油層段全油碳同位素為-27.5‰，飽和烴碳同位素為-28.7‰；而墾利16油田含油層段碳同位素分布范圍較廣。其中，全油碳同位素為-27.3‰～-26.3‰，平均為-26.9‰，飽和烴碳同位素為-28.4‰～-27.0‰，平均值為-27.8‰(表1)。墾利10油田原油和飽和烴碳同位素均明顯輕于墾利16油田。由于芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)在實際化驗中不易分離，容易造成分析數(shù)據(jù)偏差，因此，該文不再針對芳烴、非烴和進行單獨分析。

表1 墾利10與墾利16油田含油層段碳同位素特征Table 1 Carbon isotope characteristics of oil-bearing intervals in Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

2.3 原油生物標志化合物

基于原油生物標志化合物分析，根據(jù)原油咸化程度和成熟度差異可將萊州灣凹陷墾利16油田和墾利10油田原油成因類型劃分為淡水型、咸化型和混源型3類[14](圖3)。淡水型原油具有“三高兩低”的特點，即高Pr/Ph、高Ts/Tm、高重排甾烷和低伽馬蠟烷、低C35升藿烷(圖3a)，高Pr/Ph、低伽馬蠟烷和低C35升藿烷的特征表明原油來自沙三段淡水—微咸水弱還原環(huán)境沉積烴源巖，該類原油主要分布在臨近主洼的墾利10油田，該類原油含硫量普遍較低。咸化型原油具有“三低兩高”的特點，即低Pr/Ph、低Ts/Tm、低重排甾烷和高伽馬蠟烷、高C35升藿烷(圖3b)，低Pr/Ph、高伽馬蠟烷和高C35升藿烷的特征表明原油來自沙四段咸水強還原膏巖環(huán)境沉積烴源巖，該類原油含硫量也往往明顯偏高，在墾利16油田有少量分布?；煸葱驮偷纳飿酥净衔飬?shù)介于淡水型原油和咸化型原油之間(圖3c)，具有明顯的混源特點，該類原油在墾利16油田分布最為廣泛。

圖3 墾利10和墾利16油田原油萜烷和甾烷色譜-質(zhì)譜特征Fig.3 GC-MS characteristics of terpanes and steranes in crude oil from Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

3 混源油定量分析

混源油的定量研究主要是對其組成的不同端元油比例進行定量評價[15-16]。該文結(jié)合穩(wěn)定碳同位素法和生物標志化合物法的優(yōu)缺點，將2種方法相結(jié)合，利用生物標志化合物明確2個端元油，再利用穩(wěn)定碳同位素與混源比例的線性關(guān)系定量分析混源油。具體方法如下：首先，綜合利用反映沉積環(huán)境、母質(zhì)類型和成熟度的生物標志化合物的參數(shù)比值(Pr/Ph、伽馬蠟烷/C30升藿烷和Ts/Tm)選取2個原油樣品，將其作為混源油定量分析的端元油，其中，斜坡內(nèi)帶墾利10油田沙三上亞段2 063 m原油樣品作為淡水型原油的端元油(圖4a)，斜坡外帶墾利16油田沙三上亞段1 250 m原油樣品作為咸化型原油的端元油(圖4b)；然后，將原油飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)穩(wěn)定碳同位素分別與生物標志化合物參數(shù)進行對比，通過相關(guān)關(guān)系分析，選取相關(guān)性較好的飽和烴碳同位素作為判斷混源油定量分析的有效參數(shù)。由圖4可知，飽和烴碳同位素與反映沉積環(huán)境生物標志參數(shù)Pr/Ph和伽馬蠟烷/C30升藿烷有很好的相關(guān)關(guān)系，隨著原油飽和烴碳同位素值的增大，Pr/Ph值減小，伽馬蠟烷/C30升藿烷值增大，2個生物標志參數(shù)均說明混源油中淡水型原油比例增大，這也是利用原油飽和烴碳同位素開展混源油定量分析的前提和理論基礎(chǔ)。

圖4 墾利10、墾利16油田原油飽和烴碳同位素與生物標志化合物關(guān)系Fig.4 Relationship between carbon isotopes of saturated hydrocarbons and biomarkers in crude oil from Kenli 10 Oilfield and Kenli 16 Oilfield

混源油混油比例計算方法如下，取2個端元油(淡水型原油和咸化型原油)的飽和烴碳同位素值分別為-28.8%和-27.0%，原油樣品中該參數(shù)實測值為Z，淡水型原油的混入比例為X,咸化型原油的混入比例為Y，則Z=-28.8X-27.0Y，且X+Y=1，繼而可以分別得出淡水型原油和咸化型原油的混入比例。通過計算，臨近主洼墾利10油田咸化型原油混入比例均小于9.0%，為典型的淡水型原油；而墾利16油田咸化型原油混入比例變化較大，為14.0%～100.0%，平均值為55.0%，除少部分為咸化型原油外，大部分為混源型原油。

4 混源油分布特征及其指示意義

4.1 混源油分布特征

從平面上看，墾利16油田各區(qū)塊原油均表現(xiàn)出淡水型和咸化型原油的混源現(xiàn)象，西塊咸化型原油混入比例為56.3%～67.0%，平均值為60.6%，中塊咸化型原油混入比例為14.2%～100.0%，平均值為53.8%，東塊咸化型原油混入比例為26.2%～84.4%，平均值為55.1%，各區(qū)塊混源程度基本相當(dāng)；從縱向上看，墾利16油田原油混源程度與地層層位具有相關(guān)性，其中，沙三上亞段地層咸化型原油混入比例最高，為73.2%～100.0%，平均值為89.0%，沙四段咸化型原油混入比例較高，為78.8%～84.4%，平均值為82.5%，館陶組咸化型原油混入比例中等，為45.0%～67.0%，平均值為57.7%，中生界咸化型原油混入比例較低，為30.8%～38.1%，平均值為35.4%，沙三下亞段咸化型原油混入比例最低，為14.2%～36.6%，平均值為25.1%。墾利16油田沙三上亞段咸化型原油的混入比例最高，推測可能是由于咸化型原油通過沙三上亞段頂部的區(qū)域不整合面發(fā)生大規(guī)模油氣運移造成。

4.2 勘探前景分析

萊州灣凹陷南洼是一個典型的邊緣小洼陷，洼陷面積僅為35 km2，其最大埋深為4 500 m，洼陷圍區(qū)遲遲未獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)，洼陷生烴能力一直存在爭議，嚴重制約著南洼及其圍區(qū)勘探。從地質(zhì)結(jié)構(gòu)上看(圖5)，墾利16油田東塊緊鄰南洼，與萊州灣凹陷主洼之間又有中央構(gòu)造帶相隔，主洼烴源巖生成的油氣難以向東塊運移。因此，東塊具咸化性質(zhì)混源油的發(fā)現(xiàn)，首次證實了南洼的生烴和供烴能力，進而一舉打開了南洼圍區(qū)的勘探局面。同時，臨近主洼墾利10油田原油性質(zhì)為典型的淡水型原油，主要來源于主洼沙三段烴源巖，一直未發(fā)現(xiàn)咸化型原油，由于幾乎所有探井未揭示深層沙四段烴源巖，沙四段烴源巖生烴能力及勘探潛力一直存在爭議。因此，墾利16油田西塊混源油的發(fā)現(xiàn)，首次明確了主洼沙四段烴源巖的貢獻；預(yù)示著萊州灣凹陷主洼及南部斜坡帶深層沙四段蘊含著巨大的勘探潛力。

圖5 萊州灣凹陷墾利16油田油藏模式Fig.5 Reservoir model of Kenli 16 Oilfield in Laizhouwan sag

5 結(jié) 論

(1) 墾利16油田原油普遍具有混源特征，平面上原油混源程度基本相當(dāng)，縱向上原油混源程度與地層層位具有相關(guān)性，其中，沙三上亞段咸化型原油混入比例最高，平均值為89.0%。

(2) 墾利16油田原油飽和烴碳同位素與反映沉積環(huán)境生物標志參數(shù)Pr/Ph和伽馬蠟烷/C30升藿烷具有很好的線性相關(guān)關(guān)系，前人實驗研究也表明，碳同位素與混源比例呈很好的線性關(guān)系，這是利用飽和烴碳同位素進行混源油定量分析的前提和基礎(chǔ)。

(3) 墾利16油田西塊混源油的發(fā)現(xiàn)，證實萊州灣凹陷主洼沙四段咸化烴源巖的貢獻，預(yù)示著萊州灣凹陷主洼及南部斜坡帶深層沙四段蘊含著巨大的勘探潛力；另外，墾利16油田東塊混源油的發(fā)現(xiàn)，明確南洼的生烴和供烴能力，進而有望打開南洼圍區(qū)的勘探局面。