濟陽坳陷車鎮(zhèn)凹陷原油類型及其地球化學(xué)特征

金洪蕊

濟陽坳陷車鎮(zhèn)凹陷原油類型及其地球化學(xué)特征

金洪蕊

（中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015 ）

通過對濟陽坳陷車鎮(zhèn)凹陷烴源巖和原油樣品進行系統(tǒng)的地球化學(xué)分析，認為該地區(qū)的原油主要分為四類，Ⅰ類原油來自該地區(qū)沙四段烴源巖，其γ蠟烷指數(shù)中等，重排甾烷不發(fā)育，4-甲基甾烷豐富，且具有C35升藿烷“翹尾”特征，表明其母巖沉積于高鹽度還原環(huán)境，這類油主要分布在大王北地區(qū) ；Ⅱ類油來自沙三段烴源巖，其γ蠟烷含量較低，Pr/Ph、重排甾烷較高，且成熟度較高，母質(zhì)沉積環(huán)境為淡水－微咸水、弱氧化－弱還原的沉積環(huán)境；Ⅲ類原油來自該地區(qū)沙一段烴源巖，具有高γ蠟烷含量、低4-甲基甾烷、低Pr/Ph、低成熟度的特征，其母質(zhì)以低等水生生物和藻類為主，且顆石藻與硅藻類對其貢獻較大，烴源巖沉積環(huán)境為半咸化還原環(huán)境；Ⅳ類原油各參數(shù)值介于Ⅱ類Ⅲ類原油之間，為沙一段和沙三段烴源巖混源供烴，該類油主要見于大王北地區(qū)。車西地區(qū)以沙三段烴源巖為主力油源。

車鎮(zhèn)凹陷；油源；地球化學(xué)特征；沉積環(huán)境；生烴母質(zhì)

濟陽坳陷車鎮(zhèn)凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷的西北部，北鄰埕子口凸起，西接慶云凸起，南為無棣凸起和義和莊凸起，東與沾化凹陷相連，是一個東西長、南北窄的狹長形陸相斷陷盆地，勘探面積約2 400km2。構(gòu)造上整體具備北斷南超的特點，是典型的早第三紀復(fù)合扭張斷陷凹陷（范振峰，2005），凹陷內(nèi)斷層發(fā)育、構(gòu)造單元分割性較強，發(fā)育了車西、大王北、郭局子三個次洼陷。經(jīng)過三十多年的勘探，發(fā)現(xiàn)了太古界、古生界、中生界、古近系、新近系等多套含油氣層系，探明了大王莊、富臺、東風(fēng)港等多個油氣田，勘探實踐表明,車鎮(zhèn)凹陷含油氣層系多、油氣藏類型復(fù)雜，是一個資源豐富的復(fù)式油氣聚集區(qū)，具有巨大的勘探潛力（張家震等，2005）?？碧胶脱芯孔C實，由于盆地發(fā)育過程中斷裂活動和斷陷作用的多幕性，控制了該地區(qū)多旋回沉積的形成，并發(fā)育了沙河街組沙四上、沙三段和沙一段三套地球化學(xué)特征不同的烴源巖（孔祥星等，2005；任擁軍等，2010）。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖

1 樣品與實驗

本次研究所取原油樣品主要分布在車鎮(zhèn)凹陷下第三系沙河街組。將樣品用氯仿溶解，氧化鋁吸附，然后在硅膠-氧化鋁色層柱上，用正己烷沖洗出飽和烴餾分，用二氯甲烷與正己烷的混合溶液（二氯甲烷：正己烷為7:3）沖洗出芳烴餾分。

在GC6890-MS5973N型氣相色譜／質(zhì)譜聯(lián)用儀上，配置DB-5型毛細色譜柱（60m×0.25mm×0.25μm），進行色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析。氣相色譜分析條件：升溫程序的初始溫度為100℃，以4℃/min,速率，升溫至320℃，再恒溫20min，以氦氣作載氣，分流比為20∶1，流量1mL/min。質(zhì)譜分析條件：采用EI源，電子轟擊能量70eV,做多離子掃描采集。

2 烴源巖特征

車鎮(zhèn)凹陷沙一段烴源巖為暗色泥巖、油頁巖，分布范圍廣，暗色泥巖厚度在車西地區(qū)一般為200m左右，在大王北地區(qū)可達400 m以上。有機碳含量在0.07%～15.93%之間，平均為4.66%，大部分都在2.0％以上。氯仿瀝青“A”含量在0.01%～2.16％，平均為0.59％。生烴潛量在0.37～70.35 mg/g，平均為28.77 mg/g，總體為優(yōu)質(zhì)－高豐度烴源巖；干酪根類型以Ⅰ型為主；只在洼陷中心Ro達到0.5%，總體處于低熟油生成階段。

沙三段烴源巖以深灰色油泥巖、深灰色泥巖、暗色油頁巖為主，洼陷中心厚度超過600 m。有機碳含量在0.15%～15.50%之間，平均為3.07%，大部分都在1.0％以上。氯仿瀝青“A”含量在0.01%～2.79％，平均為0.47％。生烴潛量在0.11～91.50 mg/g，平均為16.42 mg/g，總體為優(yōu)質(zhì)烴源巖。干酪根類型以Ⅰ-Ⅱ型為主。在洼陷帶Ro基本大于0.5%，處于成熟到生油高峰演化階段。無論成熟烴源巖的體積，還是生烴基本條件都表明沙三段是該地區(qū)最主要的烴源巖發(fā)育層位。

圖2 四類原油甾、萜生物標志物分布特征

沙四段烴源巖以含膏泥巖、白云巖和鈣質(zhì)泥巖為主，夾薄層油頁巖，分布范圍局限，主要分布在大王北郭局子地區(qū)，其有機碳含量在0.11%～31.51%之間，平均為2.48%，大部分都在1.0％以上。氯仿瀝青“A”含量在0.01%～2.15％，平均為0.44％。生烴潛量在0.13～60.98 mg/g，平均為8.96 mg/g，總體為優(yōu)質(zhì)烴源巖，干酪根類型以Ⅰ型為主。在洼陷帶Ro基本大于0.5%，處于成熟到生油高峰演化階段。

3 原油地球化學(xué)特征及來源研究

3.1 原油的分類

根據(jù)原油的類異戊二烯烴、甾類化合物、帖類化合物特征差異,將車鎮(zhèn)地區(qū)原油劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種成因類型（表1、圖2）。

Ⅰ類油為成熟油，甾烷異構(gòu)化參數(shù)C2920S/(20S+20R)值為0.38～0.53，規(guī)則甾烷分布以C27略占優(yōu)勢的“V”字型分布為主，Pr/Ph值為0.26～0.93，平均值為0.57，Ts/Tm比值在0.26～0.93之間，平均值為0.40，伽馬蠟烷含量中等，伽馬蠟烷指數(shù)為0.11～0.26，平均值為0.40，升藿烷系列化合物含量分布呈反轉(zhuǎn)上升型分布，C35五升藿烷與C34四升藿烷比值大于1，有C35五升藿烷“翹尾”現(xiàn)象，這類油主要分布在大王北和郭局子地區(qū)。

表1 車鎮(zhèn)凹陷不同類型原油特征參數(shù)表

Ⅱ類油重排甾烷含量較高，原油飽和烴色譜顯示姥鮫烷優(yōu)勢，Pr/Ph值平均值為1.25，規(guī)則甾烷含量為C27> C29> C28，呈“V”字型分布，甾烷異構(gòu)化參數(shù)C2920S/(20S+20R)值為0.33～0.51，4-甲基甾烷含量較豐富，萜烷中伽馬蠟烷極不發(fā)育，伽馬蠟烷指數(shù)為0.04～0.10，Ts/Tm比值略高于Ⅰ類油，平均值為0.66。

Ⅲ類原油成熟度較低，為低熟油，甾烷異構(gòu)化參數(shù)C2920S/(20S+20R)值為0.12～0.32，重排甾烷不發(fā)育，規(guī)則甾烷中αααC2820R膽甾烷含量較高，原油飽和烴色譜顯示植烷優(yōu)勢，Pr/Ph值為0.39～0.68，平均值為0.46，萜烷中Ts/Tm平均值為0.26，伽馬蠟烷含量非常豐富，伽馬蠟烷指數(shù)為0.44～1.22，明顯高于Ⅰ、Ⅱ類原油，C35五升藿烷與C34四升藿烷為正常的下降型分布。

Ⅳ類原油的甾烷異構(gòu)化參數(shù)C2920S/(20S+20R)值為0.30～0.38，成熟度較低，Pr/Ph值為0.76～1.06，平均值為0.94，伽馬蠟烷含量較豐富，伽馬蠟烷指數(shù)為0.14～0.33，介于Ⅱ類油和Ⅲ類油之間，無C35五升藿烷“翹尾”現(xiàn)象。

3.2 原油的地球化學(xué)特征

3.2.1沉積環(huán)境特征

γ蠟烷指數(shù)、類異戊二烯烴中姥鮫烷（Pr）和植烷(Ph)比值都可用來反映烴源巖的沉積環(huán)境。γ蠟烷是一種非藿烷類三萜烷，據(jù)研究它來源于一種叫做四膜蟲的原生動物（Peters K .E.Moldowan，1983），高含量的γ蠟烷可能與高鹽度沉積環(huán)境以及是否有某種嗜鹽菌的發(fā)育有關(guān)（Mackenzie A S，1983），沉積環(huán)境的鹽度還與沉積物中的地球化學(xué)元素有關(guān)(王憲峰等,2020)。C31～C35藿烷主要與細菌中檢測的C35四羥基細菌藿烷醇有關(guān)，C35的四羥基細菌藿烷醇在成巖早期以S-C鏈的形式與大分子相連，而后在成巖作用過程中S-C鏈斷裂形成C35藿烷(侯讀杰等,1996)。在強還原的條件下，C35骨架的藿烷就會被優(yōu)先保存下來[8]。因此C35藿烷高端優(yōu)勢分布，指示了母巖沉積環(huán)境的還原性較強。

從γ蠟烷/C30藿烷與Pr/Ph關(guān)系圖上（圖3），可看出四類原油咸化還原程度不同。Ⅲ類原油的γ蠟烷指數(shù)最高，遠大于其它三類原油，且Pr/Ph較低，表明其烴源巖沉積于咸化且較還原的沉積環(huán)境。Ⅱ類原油與其它三類相比，其Pr/Ph最大，且γ蠟烷指數(shù)較低，指示其母巖沉積淡水弱氧化環(huán)境。Ⅰ類原油γ蠟烷指數(shù)中等且具有高C35藿烷含量特征，亦表明了其母巖環(huán)境的還原性（圖4）。Ⅳ類原油的參數(shù)值介于其它類型原油之間。

圖3 原油γ蠟烷指數(shù)與 Pr/ Ph關(guān)系圖

圖4 原油γ蠟烷指數(shù)與C35/C34關(guān)系圖

3.2.2成熟度特征

就熱演化程度而言，Ⅲ類原油的成熟度低于Ⅰ類和Ⅱ類原油，為低熟油，其甾烷異構(gòu)化參數(shù)C2920S/(20S+20R)為0.12～0.31，C29ββ/(ββ＋αα)為0.15～0.27。而Ⅰ類和Ⅱ類原油的成熟度較高，其C2920S/(20S+20R)值分別為0.39～0.53、0.34～0.51，表明該兩類原油為烴源巖進入生油門限到生油高峰期前后生成的產(chǎn)物，為成熟油（圖5）。

3.2.3母質(zhì)輸入特征

各類原油中均檢測到豐富的規(guī)則甾烷，Ⅰ類原油和Ⅱ類原油的規(guī)則甾烷分布為C27>C29>C28，呈“V”型分布；Ⅲ類原油的規(guī)則甾烷分布以C27>C28>C29為主，呈“L”型分布，上述甾烷分布特征表明,原油的母質(zhì)來源于低等水生生物與高等植物共同輸入的混源有機質(zhì)。Ⅲ類原油中C28甾烷含量較Ⅱ類和Ⅲ類原油高，指示顆石藻、硅藻類的輸入更多一些(洪志華等，1997)。Ⅰ類原油4-甲基甾烷發(fā)育，4-甲基甾烷除來源于某些藻類外，其先質(zhì)還可能是細菌中的4-甲基甾醇和4，4-二甲基甾醇 （黃第藩等，1989）。Ⅱ類原油的重排甾烷含量較高，高含量的重排甾烷指示其母源中粘土類礦物豐富（謝文彥等，2004），除此之外，重排甾烷的形成還受烴源巖的熱演化程度，以及沉積環(huán)境的氧化還原性所控制（朱揚明等，1997）。

圖5 原油C2920S/(20S+20R)和 C29ββ/(ββ＋αα)關(guān)系圖

3.3 油氣來源

根據(jù)該地區(qū)原油和烴源巖地球化學(xué)特征，通過油巖對比認為，Ⅰ類原油γ蠟烷指數(shù)中等，重排甾烷不發(fā)育，4-甲基甾烷豐富，且具有C35升藿烷“翹尾”特征，該類油來自沙四段烴源巖，Ⅱ類原油重排甾烷發(fā)育，且成熟度較高，萜烷中伽馬蠟烷極不發(fā)育，該類油來自沙三段烴源巖，Ⅲ類原油具有高γ蠟烷含量、低4-甲基甾烷、低Pr/Ph、低成熟度的特征，油巖對比顯示，其來源于沙一段烴源巖，Ⅳ類原油各參數(shù)值介于Ⅱ類和Ⅲ類原油之間，為沙一段和沙三段烴源巖混源供烴。

4 結(jié)論

車鎮(zhèn)凹陷在發(fā)育過程中，形成了古近系沙一段、沙三段、沙四段三套烴源巖，其中沙四段分布范圍局限，主要分布在大王北郭局子地區(qū)。沙一段烴源巖為暗色泥巖、油頁巖，其生物標志物中具有植烷優(yōu)勢以及低熱演化程度、高γ蠟烷含量的特征；沙三段和沙四段兩套烴源巖成熟度較高，其中沙三段烴源巖重排甾烷豐富，γ蠟烷不發(fā)育；沙四段烴源巖γ蠟烷含量中等，4-甲基甾烷含量豐富，且具有C35升藿烷“翹尾”特征。通過油源對比發(fā)現(xiàn)，Ⅰ類油來源于該地區(qū)沙四段烴源巖，這類油主要分布在大王北地區(qū)，Ⅱ類油和Ⅲ類油分別來源于沙三段和沙一段烴源巖，Ⅳ類原油則為沙一段與沙三段共同供烴的混源油。

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Types and Their Geochemical Characteristics of Crude Oil in the Chezhen Sag, Jiyang Depression

JIN Hong-rui

(Research Institute of Exploration and Development, Shengli Oilfield Division, Sinopec Group, Dongying, Shandong 257015)

Analyses of crude oil and source rock samples show that crude oil in the Chezhen sag, Jiyang depression may be divided into 4 types. The typeⅠwas originated in the Fourth Member (Es4) of the Shahejie Formation and is characterized by medium gammacerane index, low diasterane, high 4-methylsterane and C35hopane. The type Ⅱ was originated in the Third Member (Es3) of the Shahejie Formation and is characterized by low gammacerane index, high maturity, high diasterane, indicating the source rock deposited in fresh-slightly saline water and weak redox environment. The type Ⅲ was originated in the First Member (Es1) of the Shahejie Formation and is characterized by high gammacerane index, low maturity and high C28sterane, showing the biological source mainly composed of low-grade aquatic thallophyta and algae, especially, coccolithophoridae and diatom in brackish and reducing sedimentary environment. The type Ⅳ is mixed oil originated from the Third Member (Es3) and the First Member (Es1) together.

Chezhen sag; crude oil; geochemical characteristic; sedimentary environment; hydrocarbon parent material

P618.13

A

1006-0995（2021）03-0421-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.013

2020-08-01

金洪蕊(1970— )，女，河北滄州人，碩士，高級工程師，從事油氣地球化學(xué)研究工作