南襄盆地泌阳凹陷西部稠油地化特征及意义

胡守志，李水福，何 生，王 华，杨道庆，林社清

(1.中国地质大学(武汉) 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074；2.中国石油化工股份有限公司 河南油田分公司研究院，河南 南阳 473132)

全球稠油、沥青砂、黑色页岩等非常规油气资源储量可观，具有比常规油气资源数倍的巨大潜力。作为21世纪重要的后备资源之一的稠油，对未来能源供给有着重要影响[1]。泌阳凹陷西部地区稠油油藏发育，了解其地质—地球化学特征与成因机理，对于该区稠油勘探及制定有效开发方案具有重要意义。

1 地质概况

泌阳凹陷位于河南省南部的唐河县和泌阳县，是南襄盆地中的一个次级凹陷。30多年的油气勘探已经证实了该凹陷是一个“小而肥”的凹陷[2]。西部地区发现和探明了井楼和古城2个稠油油田，区域上横跨南部陡坡带和北部斜坡带(图1)，其含油层系为核三段(Eh3，分为Ⅰ-Ⅷ油层组，其中Ⅰ-Ⅳ油层组为核三上段，Ⅴ-Ⅷ油层组为核三下段)，稠油探明储量为3 195×104t，油藏具有“浅、薄、散、小”的特点[3]。

2 样品与实验

采集到泌阳凹陷西部地区井楼原油5个，古城油田原油样品7个，共12个样品(图1)，做精细有机地球化学分析。

样品用正己烷沉淀沥青质后，分别用正己烷、2∶1的二氯甲烷与正己烷混合溶剂、无水乙醇和氯仿淋洗出饱和烃、芳香烃以及非烃组分[4]。对分离组分在Agilent7890A和Agilent5973(N)台式色谱—质谱仪进行饱和烃色谱及饱和烃、芳香烃色谱—质谱分析。饱和烃色谱分析条件：采用HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，以3 ℃/min速度自80℃升温至290 ℃，恒温20 min，载气为He。该测试在中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室完成。饱和烃色谱—质谱分析条件：采用DB-Petro(50 m×0.20 mm×0.50 μm)，以3 ℃/min速度自80 ℃升温至300 ℃，恒温20 min，载气为He；EI电流源70 eV，MID方式检测。芳香烃色谱—质谱分析条件：采用DB-Petro(50 m×0.20 mm×0.50 μm)，以3℃ min速度自80 ℃升温至300 ℃，恒温20 min，载气为He；EI电流源70 eV。该测试由中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所完成。

3 结果与讨论

3.1 原油物性与族组成

泌阳凹陷西部地区原油均属于粘稠的重质原油(密度大于0.934 g/cm3，黏度大于300 mPa·s)。原油族组成中饱和烃含量为33%～51%，芳烃含量为20%～35%，非烃和沥青质含量为24%～47%，饱芳比在1.0～2.0之间变化(表1)。根据前人研究成果[5]，与泌阳凹陷中部确认的核二段未熟—低熟原生稠油的高非烃和沥青质的族组成对比，推测该区稠油主要由次生变化引起的稠变，而原生不是其稠油的主要成因。

3.2 原油饱和烃特征

饱和烃气相色谱图显示该区原油正构烷烃和类异戊二烯烷烃微量或完全无法检测，其甾烷、萜烷以及β-胡萝卜烷含量凸显出来(图2)，表明该区原油均受到中等以上程度的生物降解。

原油中甾烷一般分为低分子量甾烷、规则甾烷、重排甾烷以及C30的4-甲基甾烷。本区大部分原油以规则甾烷(占总甾烷80%以上)为主，且生物构型(αααR)的规则甾烷以C29>C27>C28分布样式为特征，低分子甾烷和重排甾烷的含量较低(图3)。但泌浅10区块和楼3913原油的规则甾烷含量明显降低，甚至检测不到，而低分子量甾烷和重排甾烷含量大幅度增高，这主要是因原油受到严重生物降解，规则甾烷先于重排甾烷和低分子量甾烷降解所致。此外，样品中没有检测到C30的4-甲基甾烷，是生物降解所致还是母源本身缺乏有待进一步研究。由此表明，当原油受到中等—严重的生物降解时，一些常用来识别母源和成熟度的甾烷参数失效[6]，使用时需慎重。

图1 南襄盆地泌阳凹陷西部油田构造及样品位置

区块井号层位深度/m饱和烃/%芳香烃/%非烃/%沥青质/%饱/芳C29甾烷ββ/(αα+ββ)伽马蜡烷/C29藿烷Ts/Tm 25-降藿烷/C30藿烷古城油田泌124泌125泌浅10井楼油田古323Eh3Ⅳ804.8～849.647.5225.8321.714.931.840.391.040.200古412Eh3Ⅵ631.4～634.236.4235.0824.653.851.040.303.120.160古4705Eh3Ⅴ610.0～638.846.2422.1726.814.782.090.391.940.140古4919Eh3Ⅴ563.4～588.046.6424.1724.175.021.930.391.620.140古574Eh3Ⅳ262.8～271.038.2726.1829.186.371.46null1.410.140古580Eh3Ⅳ190.0～199.633.1219.6741.775.441.68null1.370.150古J5907Eh3Ⅳ231.4～241.041.3521.5530.007.091.920.371.370.150楼3913Eh3Ⅳ157.0～162.836.6229.1127.207.071.26null0.490.374.85楼3917Eh3Ⅳ279.2～282.049.5826.5721.452.401.870.441.140.210楼1131Eh3Ⅴ369.6～380.451.0925.1618.345.402.030.452.590.273.43楼2111Eh3Ⅲ207.6～232.646.7827.0622.024.151.730.430.870.448.67楼J1520Eh3Ⅲ123.6～134.841.2131.5423.963.291.310.420.910.323.96

图2 南襄盆地泌阳凹陷西部原油饱和烃气相色谱图

原油萜烷总体特征分成两类：一类以五环三萜占优势，为中等降解级别的原油，主要分布在古城的泌124和泌125区块以及井楼的楼3917井；另一类以长链三环萜占优势，且C30藿烷明显受到不同程度降解，为严重降解级别的原油(图3)。该特征表明藿烷比长链三环萜烷更易遭受生物降解。长链三环萜、Ts、Tm、C29降藿烷以及伽马蜡烷似乎还未受生物降解影响(图3)，因此，这些参数是饱和烃生物标志化合物中反映研究区油源的主要参数。前人对泌阳凹陷烃源岩的研究表明，核三上段烃源岩Ts/Tm比值较高，伽马蜡烷含量相对较低；而核三下段Ts/Tm比值较低，伽马蜡烷含量很高[7]。由于研究区C30藿烷受到不同程度的降解，常用的伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/C30藿烷)不再有效，而C29藿烷在此降解级别下似乎还受到降解破坏，因此，本研究选择伽马蜡烷/C29藿烷比值作为伽马蜡烷含量的参照。由表1可见，古城泌125区块的核三下段原油伽马蜡烷/C29藿烷比值最高，其次是泌浅10区块的核三上段原油，最低的是泌124区块的古323核三上段原油；同样，井楼地区楼1131核三下段原油最高，而核三上段原油相对较低，除楼3917外，其它都小于1。这表明了西部地区核三下段原油来自核三下段母源，而核三上段原油均不同程度混入了核三下段来源的原油，甚至有些区块以核三下段来源为主。此外，古城地区核三上段、下段原油Ts/Tm比值均较低(表1)，其比值的相近也暗示了核三上段原油中混入了较多量核三下段来源的油；而井楼原油该比值相对较高，且区内样品变化相对较大，这不仅与核三上段、下段来源的混入量有关，也可能其母源与古城原油母源不一。

此外，井楼部分原油样品还检测到常存在于严重生物降解原油中的25-降藿烷(表1)，这些原油的C30藿烷受到一定程度降解，而规则甾烷(除楼3913原油降解完全外)却分布完整，但与之处于相同降解级别的古城原油则具有完全不同的特征：规则甾烷基本完全降解，C30藿烷明显降解，其降解程度明显强于井楼原油(图3)，却未检测到25-降藿烷(表1)。这表明古城、井楼原油中化合物受到生物降解的顺序不相同，即生物降解具有选择性，也暗示着两个地区原油受生物降解的机制不一致。

图3 南襄盆地泌阳凹陷西部地区原油甾、萜烷质量色谱图

3.3 芳烃化合物特征

芳烃检测结果表明，研究区原油芳烃化合物主要由萘、菲系列化合物和三芳甾烷化合物组成，其中井楼油田(楼3917除外)、古城油田泌浅10区块主要为三芳甾烷，而萘系列、菲系列以及三芴系列等化合物均未检测到；而楼3917、泌124区块和泌125区块则以萘系列和菲系列为主要组分。不同样品所检测得到的系列有所差异，但几乎所有样品都检测到了荧蒽、甲基荧蒽，芘、甲基芘系列和屈艹、甲基屈艹系列等一些反映母质中陆源物质贡献的化合物[8]，表明该区原油的母源有陆源高等植物输入。

芳烃总体分布特征图(图4)也可明显地将泌阳凹陷西部地区原油划分为2种类型，第一类是以芳香甾烷系列为主，萘、菲系列含量很少的“后峰型”原油，也为降解严重的原油，主要分布在井楼地区(楼3917除外)和古城地区的泌浅10区块；第二类正好相反，是以萘、菲系列为主，而芳香甾系列含量相对较低的“前峰型”原油，其降解程度明显低于第一类原油，分布于楼3917、古城的泌124区块和泌125区块。

图4 南襄盆地泌阳凹陷西部地区原油芳烃分布

前人研究表明，原油受到生物降解程度不同，对其中芳烃化合物影响程度也不同[9]。研究区原油均遭受一定程度生物降解破坏，使得萘系列、菲系列、二苯并噻吩系列以及三芴系列等化合物的含量受到影响，严重降解者甚至检测不到，使得常用表征原油成熟度[10,11]和沉积环境的芳烃参数[12,13]在该区内也无法使用或失效，只有抗生物降解能力很强的三芳甾烷系列存在于所有检测的泌阳凹陷西部地区原油中。三芳甾烷在芳烃馏分中的相对丰度是表征母源输入特征的指标之一[8]，而成熟度的标度除了三芳甾烷丰度[10]外，还有如三芳甾烷/

(三芳甾烷+单芳甾烷)、低分子量单芳或三芳甾烷/(低分子量单芳或三芳甾烷+规则单芳或三芳甾烷)、C26-三芳甾20S/(20S+20R)等[14,15]。然而，当原油遭受生物降解时，三芳甾烷在芳烃馏分中的相对丰度因生物降解强度增加而增加。因此，三芳甾烷相对丰度不能作为严重生物降解原油的母源输入标志和成熟度标度。但只要原油没有遭受到特别严重降解(10级)，其三芳甾烷本身受降解影响较小[16]，其内部化合物比值类参数仍可用于表征原油成熟度。

由(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷与C20/(C20+C28R)-三芳甾烷关系图(图5)可见，用芳烃的三芳甾烷参数可以较好地将泌阳凹陷西部地区原油分为两类，与芳烃总体分布特征划分的原油类型一致，且这些三芳甾烷的参数表明第一类原油成熟度较低，而第二类原油成熟度较高。同样，(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷与饱和烃中抗生物降解能力较强的生标参数C24-四环萜烷/C26(S+R)-长链三环萜烷关系图(图5)也可将研究区原油分为与前面结论一致的两类原油。因此，当原油受到严重降解时，用适当的三芳甾烷参数可以较好地将原油分类并推断其成熟度高低。

图5 南襄盆地沁阳凹陷西部地区原油三芳甾烷相关参数关系

4 结论

1)研究区的饱和烃生物标志化合物特征表明，核三下段原油来自核三下段母源，而核三上段原油均不同程度混入了核三下段来源的原油，甚至有些区块以核三下段来源为主。此外，井楼和古城原油的母源可能不一致。

2)古城、井楼相同降解级别的稠油具有不同的生物标志化合物分布特征，表明这两个地区的原油具有不同的生物降解选择性，推测两个地区原油的生物降解机制可能不同。

3)芳烃的总体分布特征图、(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷与C20/(C20+C28R)-三芳甾烷关系图以及(C20+C21)-三芳甾烷/∑三芳甾烷与C24-四环萜烷/C26-三环萜烷关系图可将该区原油划分为2种类型。

参考文献:

[1] 牛嘉玉,刘尚奇,门存贵,等. 稠油资源地质与开发利用[M]. 北京:科学出版社,2002．

[2] 蔡佳,罗家群,甘华军,等. 南襄盆地泌阳凹陷隐蔽油气藏模式与富集规律[J]. 石油实验地质,2009,31(3)：244-248．

[3] 刘桂兰. 稠油资源地质与开发利用[D]. 北京：中国地质大

学，2008．

[4] 蒋启贵,王强,马媛媛,等. 全二维色谱飞行时间质谱在石油地质样品分析中的应用[J]. 石油实验地质,2009,31(6)：627-632.

[5] 李素梅,庞雄奇,高先志,等. 辽河西部凹陷稠油成因机制[J]. 中国科学D辑,2008,38(增刊Ⅰ)：138-149．

[6] 包建平,朱翠山. 生物降解作用对辽河盆地原油甾萜烷成熟度参数的影响[J]. 中国科学D辑,2008,38(增刊Ⅱ)：38-46．

[7] 罗家群,甘华军,蔡佳,等. 泌阳凹陷下第三系核三上、下亚段油源差异及地球化学特征[J]. 石油天然气学报(江汉石油学院学报),2008,30(2)：20-24．

[8] 孟仟祥,张松林,催明中,等. 不同沉积环境湖相低熟原油的芳烃分布特征[J]. 沉积学报,1998,17(1)：121-126．

[9] 倪春华,包建平,顾忆. 生物降解作用对芳烃生物标志物参数的影响研究[J]. 石油实验地质,2008,30(4)：386-389．

[10] 李林强,林壬子. 利用芳烃化合物研究东濮凹陷西斜坡地区原油成熟度[J]. 沉积学报,2005,23(2)：361-365．

[11] 李水福,何生. 原油芳烃中三芴系列化合物的环境指示作用[J]. 地球化学,2008,37(1)：45-50．

[12] 李振广,冯子辉,宋桂侠,等. 松辽盆地原油芳烃分布、组成特征与原油类型划分[J]. 石油与天然气地质,2005,26(4)：494-500．

[13] 朱扬明,张洪波,傅家谟,等. 塔里木不同成因原油芳烃组成和分布特征[J]. 石油学报,1998,19(3)：33-37．

[14] BEACH F, PEAKMAN T M, ABBOTT G D, et al. Laboratory thermal alteration of triaromatic steroid hydrocarbons[J]. Organic Geochemistry, 1989, 14(1): 109-111．

[15] 梁狄刚,陈建平. 中国南方高过成熟区海相油源对比研究[J]. 石油勘探与开发,2005,32(2)：8-14．

[16] HUANG H P, BOWLER B F J, OLDENBURGA T B P, et al. The effect of biodegradation on polycyclic aromatic hydrocarbons in reservoired oils from the Liaohe Basin, NE China [J]. Organic Geochemistry,2004,35(11-12): 1619-1634.