4-甲基甾烷在油源对比中的应用——以渤南洼陷北部陡坡带为例<br/>

4-甲基甾烷在油源对比中的应用——以渤南洼陷北部陡坡带为例

2012-12-13张枝焕王顺华李文浩刘祎楠席伟军

沉积学报 2012年4期

昝灵张枝焕王顺华邢辉李文浩刘祎楠席伟军

(1.中国石油化工股份有限公司华东分公司石油勘探开发研究院南京 210011; 2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京 102249; 3.中国石油化工股份有限公司华东胜利油田石油开发中心山东东营 257000; 4.西北大学地质系西安 710069;5.中国石油化工股份有限公司华东胜利油田新疆勘探开发中心山东东营 257000)

4-甲基甾烷在油源对比中的应用
——以渤南洼陷北部陡坡带为例

昝灵1张枝焕2王顺华3邢辉2李文浩2刘祎楠4席伟军5

同一洼陷不同次洼的烃源岩及生成的原油,由于古气候、古沉积环境较为相似,其常规生物标志化合物和同位素特征差别非常小,给油源分析带来困难。通过GC-MS分析提取原油和烃源岩中分子化石信息,主要依据4-甲基甾烷的相对含量和不同构型的4-甲基甾烷的分布特征来进行油源对比,为类似地区的油源分析提供了一种新思路。渤南洼陷发育E和E两套主力烃源岩,中部次洼、西部次洼和渤南深洼E烃源岩的4-甲基甾烷/C29甾烷值分别为4.51、2.79、1.27,是由于烃源岩中沟鞭藻有机质占总有机质的比例不同所造成。不同地区原油C20、C21、C23三环萜烷和ααα20RC27、C28、C29规则甾烷等特征非常相似,成熟度相当,中、西、东三个地区原油的4-甲基甾烷/C29甾烷值分别为2.89,2.39和2.06,区别明显,各个地区4-甲基甾烷的构型也不同。对比结果表明,渤南洼陷北部陡坡带E和E油气均为近源成藏,主要来源于其临近次洼的E烃源岩。

4-甲基甾烷渤南洼陷北部陡坡带生物标志化合物油源分析

0 引言

甲基甾烷为甾类化合物的重要组成部分,主要包括4-甲基甾烷(包括C28～C30甲藻甾烷),3-甲基甾烷和2-甲基甾烷[1]。4-甲基甾烷既可由甲藻(沟鞭藻)形成,也可由某些细菌产生[2,3,4]。淡水湖泊相4-甲基甾烷主要为沟鞭藻生源[2,5]。在海洋和咸化湖泊环境,含4-甲基甾烷化合物的地层中往往较少发现沟鞭藻化石,其高丰度分布段正好处于微生物活动带,由此有人推测沉积物中存在的甾醇、甾酮等的细菌生物酶的还原产物,成为4-甲基甾烷的主要来源[3]。这两种来源的4-甲基甾烷一般丰度相对较高,且有沟鞭藻化石或细菌活动的证据。海相和陆相原油中都含有4-甲基甾烷,超盐度沉积环境下的陆相生油岩形成的原油中4-甲基甾烷含量低于源自淡水或微咸水环境下沉积的生油岩生成的原油[6]。渤海湾盆地E烃源岩为滨浅湖-深湖相沉积,富含沟鞭藻类渤海藻属和副渤海藻属[7],这是使用4-甲基甾烷进行油源对比的地质依据。应用4-甲基甾烷相对含量辅助油源对比的文献较常见[8～10],但依据其不同构型化合物的分布特征进行油源对比的报道鲜有,尝试使用4-甲基甾烷的相对含量和不同构型4-甲基甾烷的分布特征来进行油源对比。

1 区域地质概况

渤南洼陷位于济阳坳陷沾化凹陷的中部,是沾化凹陷的次一级构造单元,构造上为一北东走向、北陡南缓、东陡西缓的断陷湖盆。北以埕南断层为界与埕东凸起相连,西以义东断层为界与义和庄凸起相邻,南部紧临陈家庄凸起,东部以孤西断层为界,与孤北洼陷相邻。北部陡坡带发育三个次洼(图1),分别为西部次洼、中部次洼和渤南深洼,三个次洼E底部最大埋深分别为4 200m,4 200 m和5 000 m,东侧紧临孤北洼陷。义107断层与埕南断层交界以西为西部地区,对应洼陷带为西部次洼,义107断层以东、孤西断层以西为中部地区,对应洼陷带为中部次洼,埕东断层以南、孤西断层以西为渤南深洼,埕东断层以北、孤西断层以东为东部地区,埕东断层以南、孤西断层以东为孤北次洼。有关渤南洼陷油源分析的研究不少[11,12],但都集中在南部缓坡带,针对北部陡坡带精细油源对比的工作未见。为了明确不同地区原油的油源供给特征,为下一步勘探提供指导,共采集了E s和E s的6个原油样品、35个泥岩岩芯(岩屑)样品和10个油砂样品。

图1 渤南洼陷北部陡坡带T6构造图Fig.1 Regional T6 structuralmap of Northern steep slope zone of Bonan Sag

2 实验方法

先将200 g左右泥岩样品粉碎至100目,一小部分进行Rock-Eval热解分析和有机碳测定,剩余样品和油砂使用二氯甲烷通过索氏脂肪抽提器提取24 h。依据液-固吸附平衡原理对干燥后的抽提物和原油样品进行柱色层分离得到饱和烃、芳烃、非烃与沥青质4个族组分,将饱和烃和芳烃进行GC-MS分析。采用Finnigan公司Thermo-FinniganTrace-DSQ气相色谱质谱联用仪,色谱柱为HP-5MS弹性石英毛细柱(60 m X0.25 mm X0.25μm),色谱-质谱分析条件:载气为99.9999%氦气,进样口温度为300℃,升温程序为初温50℃(恒温1min),开始以20℃/min升温至120℃,以4℃/min升温至250℃,再以3℃/ min升温至310℃,保持30min,载气流速为1 mL/ min,采用EI(70eV)电子轰击方式,全扫描。使用MAT251同位素质谱仪(IR-MS)对原油、饱和烃、芳烃、非烃、沥青质的碳同位素分析。

3 烃源岩地球化学特征

如表1所示,研究区的三个次洼均具有较强的供烃能力。西部次洼E s暗色泥岩发育,TOC介于2.53%～9.18%,平均值为4.78%,有机质类型以Ⅱ1型为主,Ro在0.6%左右,综合评价为好烃源岩. s4主要为砂砾岩体,暗色泥岩仅在次洼中央发育,TOC介于1.38%～3.08%,平均值为2.22%,Ro在0.8%左右。中部次洼与西部次洼类似,E s暗色泥岩发育,TOC介于2.75%～5.08%,平均值为3.84%,有机质类型以Ⅱ1型为主,Ro介于0.71%～0.86%,综合评价为好烃源岩. s4主要发育砂砾岩体,暗色泥岩仅在次洼中央发育,TOC介于2.81%～3.68%,平均值为3.25%,Ro介于0.82%～1.18%,为较好烃源岩。渤南深洼为渤南油田最主要的生油洼陷,其E s3灰色、深灰色泥岩、油页岩组合最大厚度达1 000 m, TOC介于1.28%～5.34%,平均值为2.46%,Ro介于0.58%～1.21%,有机质类型以Ⅱ1型为主;E s4以暗色泥岩为主的砂泥岩和膏岩沉积,地层厚度近1 000 m[12],TOC介于0.5%～13.7%,平均值为1.64%,Ro介于0.74%～2.15%,有机质类型以Ⅱ2型为主。均为好的生油岩。

4 原油地球化学特征

表1 渤南洼陷北部陡坡带E s和E s烃源岩地球化学特征Table1 The geochem ical characteristics of source rocks in the third and the fourth member of the Shahejie Formation in the study area

/%西部次洼 E s3x洼陷层位TOC /% S1+S2/ (mg/g)氯仿沥青“A”/% R o 2.53～9.18 7.68～62.43 0.32～1.04 0.57～0.61 4.78(5) 23.89(5) 0.61(5) 0.59(3)中部次洼 E s3x 2.75～5.08 7.47～13.84 0.43～0.59 0.71～0.86 3.84(3) 9.68(3) 0.49(3) 0.78(3)深洼 E s3x 1.28～5.34 1.71～36.13 0.10～0.79 0.58～1.21 2.46(22) 11.83(13) 0.46(13) 0.85(6)西部次洼 E s4x 1.38～3.08 2.30～5.69 0.15～0.30 0.8 2.22(3) 3.81(3) 0.22(3) 0.8(1)中部次洼 E s4x 2.81～3.68 1.82～5.52 0.10～0.30 0.82～1.18 3.25(2) 3.67(2) 0.20(2) 1.05(3)深洼 E s4x 0.5～13.7 0.3～10.42 0.05～0.302 0.74～2.15 1.64(92) 1.76(53) 0.10(16) 1.23(14)

图2 研究区E s烃源岩抽提物甾萜烷烃指纹化合物分布化合物代号:萜烷T1.C19三环萜烷;T2.C20三环萜烷;T3.C21三环萜烷;T4.C22三环萜烷;T5.C23三环萜烷;T6.C24三环萜烷;T7.C25三环萜烷;T8.C24四环萜烷;T9.C26三环萜烷;T10.C26三环萜烷;T11.C28三环萜烷;T12.C28三环萜烷;T13.C29三环萜烷;T14.C29三环萜烷;T15.Ts;T16.Tm;T17.C29降藿烷;T18.C29 Ts;T19.重排藿烷;T20.C29降莫烷;T21.C30藿烷;T22.C30莫烷;T23.C31升藿烷(22S);T24.C31升藿烷(22R);T25.伽马蜡烷;T26.升莫烷(20R);T27.C32升藿烷(22S);T28.C32升藿烷(22R);T29.C33升藿烷(22S);T30.C33升藿烷(22R);T31.34升藿烷(22S);T32.34升藿烷(22R);T33.35升藿烷(22S);T34.35升藿烷(22R)。甾烷S1。孕甾烷;S2。升孕甾烷;S3.5α,13β,17α-重排甾烷(20S);S4.5α,13β,17α-重排甾烷(20R);S5.5α,14α,17α-甾烷(20S)+24-M-13α,17β-重排甾烷(20S);S6.5α,14β,17β-甾烷(20R)+24-E-13β, l7α-重排甾烷(20S);S7.5α,14β,17β-甾烷(20S)+24-M-13α,17β-重排甾烷(20R);S8.5α,14α,17α-甾烷(20R);S9.24-E-13β,17α-重排甾烷(20R); S10.24-E-13α,17β-重排甾烷(20S);S11.24-M-5α,14α,17α-甾烷(20S);S12.24-M-5α,14β,17β-甾烷(20R)+24-E-13α,17β-重排甾烷(20R);S13.24-M-5α,14β,17β-甾烷(20S);S14.24-M-5α,14α,17α-甾烷(20R);S15.24-E-5α,14α,17α-甾烷(20S);S16.24-E-5α,14β,17β-甾烷(20R);S17.24-E-5α,14β,17β-甾烷(20S);S18.24-E-5α,14α,17α-甾烷(20R)。Fig.2 The fingerprint showing the distribution of steranes and terpanes in extracts ofmudstones in the third member of Shahejie Formation in the study area

北部陡坡带原油地球化学特征如下:正构烷烃分布较完整,碳数分布范围为n C11～n C34,呈近似正态型分布,主峰碳数为n C23,∑C/∑C为1.13～ 1.56,CPI为1.02～1.07,OEP为1.04～1.09,奇偶优势不明显;Pr/Ph为1.17～1.55,Pr/n C17为0.35～ 0.62,Ph/n C18为0.26～0.48;几乎不含β胡萝卜烷;三环萜烷含量较低,三环萜烷/五环萜烷为0.05～ 0.17,C20、C21、C23三环萜烷分布呈上升型分布;伽马蜡烷指数为0.04～0.07,表明其形成于淡水沉积环境;规则甾烷中 ααα20RC27、C28、C29甾烷呈不对称“V”形分布,ααα20RC27相对含量最高,ααα20R甾烷C27/C29为1.20～1.48,说明有机质母源以低等水生生物为主,同时存在高等植物的贡献;重排甾烷含量较高,重排甾烷/规则甾烷为0.13～0.23,其中西部地区原油重排甾烷/规则甾烷为0.12～0.13,中东部地区原油介于0.20～0.23;孕甾烷含量不高,(孕甾烷+升孕甾烷)/规则甾烷为0.07～0.12;4-甲基甾烷/C29甾烷介于1.89～3.27,平均值为2.45;C29甾烷ααα20S/(20S+20R)为0.41～0.44,C31升藿烷22S/(22S+22R)达0.57～0.58,Ts/(Ts+Tm)为0.52～0.66,MPI1为0.50～0.80,C28-三芳甾20S/ (20S+20R)为0.54～0.60,表明原油处于中等成熟阶段;C26-三芳甾烷(20S)/C28-三芳甾烷(20S)为0.41～0.52,说明为淡水沉积环境。

图3 研究区E s烃源岩抽提物甾萜烷烃指纹化合物分布Fig.3 The fingerprint showing the distribution of steranes and terpanes in extracts ofmudstones in the fourth member of Shahejie Formation in the study area

不同地区原油常规甾萜类生物标志物特征非常相似(图4),成熟度区别也不大。主要区别在于4-甲基甾烷含量的不同,从北部陡坡带中部、西部到东部地区,原油中4-甲基甾烷含量依次降低(图5)。碳同位素特征也有所差别,北部陡坡带中部原油比东部原油碳同位素组分偏轻(图6),与4-甲基甾烷含量分布特征正好相反。

5 油源分析

5.1 原油与E s、E s烃源岩的对比

5.2 不同地区原油油源分析

图4 研究区沙三段和沙四段原油分离物甾萜烷烃指纹化合物分布Fig.4 The fingerprint showing the distribution of steranes and terpanes in crude oils of the fourth member of the Shahejie Formation in the study area

北部陡坡带原油常规饱和烃生物标志物分布特征非常相似,显示其似乎来源于同一烃源岩。但经过4-甲基甾烷精细对比后发现,三个地区的原油存在一定差别,同时三个次洼的烃源岩也存在类似的区别,但不同地区原油与对应次洼的烃源岩特征非常相似(图8～图11)。陡坡带西部原油的αββ20S-4-甲基甾烷相对含量最高,ααα20R-4-甲基甾烷相对含量最低,西部次洼沙三段烃源岩也具有这一特征。陡坡带中部原油 αββ20R-4-甲基甾烷相对含量最高, ααα20R-4-甲基甾烷相对含量最低,中部次洼的烃源岩具有相似特征。陡坡带东部原油不同构型甲基甾烷分布特征与中部原油类似,区别在于其αββ20R-4-甲基甾烷相对含量较中部高,与渤南深洼烃源岩特征相似。孤北洼陷义155井的4-甲基甾烷中αββ20S-甲基甾烷相对含量最高,αββ20R-4-甲基甾烷相对含量最低,与义更103井和义104-1侧原油4-甲基甾烷分布特征差别明显,即排除了孤北洼陷对陡坡带东部的油源贡献。

图5 北部陡坡带不同地区原油4-甲基甾烷分布特征Fig.5 4-methyl steranes distribution characteristics of crude oils in different area

图6 北部陡坡带不同地区原油碳同位素分布特征Fig.6 Carbon isotope distribution characteristics of crude oils in different atea

图7 渤南洼陷北部陡坡带原油与E和E烃源岩部分生物标志物参数分布特征对比Fig.7 Partial biomarker parameters comparation between crude oils and E and E source rocks in Northern steep slope zone of Bonan sag

不同地区原油(油砂)的4-甲基甾烷除了构型有差别外,其含量也不同。中部地区原油(油砂)的4-甲基甾烷/C29甾烷值最高,介于1.77～2.46,平均值为2.81;中部次洼E s烃源岩也具有类似特征,4-甲基甾烷/C29甾烷介于2.75～6.72,平均值为4.51。东部地区原油(油砂)的4-甲基甾烷/C29甾烷值最低,介于1.33～2.23,平均值为1.75;渤南深洼E s烃源岩也具有相似特征,4-甲基甾烷/C29甾烷介于0.51～ 2.38,平均值为1.27。西部地区原油(油砂)的4-甲基甾烷/C29甾烷值介于前两者之间,为0.88～3.3,平均值为2.14,西部次洼的烃源岩与其特征相似,4-甲基甾烷/C29甾烷介于0.76～3.48,平均值为2.79。

图8 原油(a)与E烃源岩(b)不同构型4-甲基甾烷分布特征Fig.8 Distribution characteristics of 4-methyl steranes isomers in crude oils(a)and E source rocks(b)

图9 西部地区原油与西部次洼沙三段烃源岩4-甲基甾烷对比图注:1.ααα(20S)C30-4-甲基甾烷;2.αββ(20S)C30-4-甲基甾烷;3.αββ(20R)C30-4-甲基甾烷;4.ααα(20R)C30-4-甲基甾烷.Fig.9 Correlation of 4-methyl steranes between crude oils from western zone and source rocks in the third member of Shahejie Formation from the west sag

图10 中部地区原油与中部次洼沙三段烃源岩4-甲基甾烷对比图Fig.1 0 Correlation of4-methyl steranes between crude oils from themiddle zone and source rocks in the third member of Shahejie Formation from themiddle sag

图11 东部地区原油与渤南深洼沙三段烃源岩4-甲基甾烷对比图Fig.1 1 Correlation of4-methyl steranes between crude oils from the eastern zone and source rocks in the third member of Shahejie Formation from the Bonan deep sag

6 结论

(2)不同地区原油 C20、C21、C23三环萜烷和ααα20RC27、C28、C29规则甾烷等特征非常相似,成熟度相当,中、西、东三个地区原油的4-甲基甾烷/C29甾烷值分别为2.89,2.39和2.06,依次降低,原油的碳同位素特征与之相反,4-甲基甾烷的构型也不同。

(3)依据烃源岩和原油中4-甲基甾烷含量和不同构型4-甲基甾烷的分布特征进行油源对比,为类似地区的油源分析提供了一种新思路。研究结果表明,北部陡坡带E s和E油气均为近源成藏,主要来源于其临近次洼的E s烃源岩。

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Application of 4-M ethyl Steranes in Oil-Source Correlation: A case study from northern steep slope zone of Bonan Sag

ZAN Ling1ZHANG Zhi-huan2WANG Shun-hua3XING Hui2LIWen-hao2LIU Yi-nan4XIWei-jun5

(1.Research Institute of Petroleum Exp loration and Development of East China Com pany of Sinopec,Nanjing 210011; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249; 3.Petroleum Development Center of ShengliOilfield,Sinopec,Dongyin,Shandong 257000; 4.Geology Department of Northwestern University,Xi'an 710049; 5.Xinjiang Exploration&Development Center of Shengli Oilfield Sinopec,Dongyin Shandong 257000)

Because of the samilar paleoclimate and palosedimentary environment,regular biomarkers and isotope distinction of the source rocks and generated petroleum in the sub-sag belong to the same sag is tiny,which bring difficulties to oil-source correlation.By extractingmolecular fossils information using GC-MS technology,according to the relative contentof4-methyl steranes and distribution characteristics of4-methyl steranes isomers,oil-source correlation work are performed,which provides a new method for oil-source correlation in similar area.E sand Etwo sets of source rocks are developed in the study area,they are characterized by high organicmatter abundance,mature to over mature thermal evolution degrees.Organic matter of Eare formed in brackish-saline water with reductive environment,organicmatter of E sare formed in fresh-salinewaterwith reductive environment,organicmatter inputof both source rocks are dominated by lower aquatic organisms and terrigenous higher plants,while terrigenous higher plants aremore abundant near provenance.Relative content of 4-methyl steranes of E ssource rocks is higher than that of Esource rocks,indicating the better organicmatter input of E ssource rocks.The value of 4-methyl steranes/C29steranes of E ssource rocks in themiddle,west and deep sub-sag is 4.51,2.79 and 1.27,respectively,which is caused by the different proportion of dinophyceae in total organicmatter.The distribution characteristics of C20,C21, C23tricyclic terpanes andααα20RC27,C28,C29regular steranes of oils with alikematurity in different region is quite similar,4-methyl steranes/C29steranes value of crude oils in themiddle,west and east region is 2.89,2.39,2.06, respectively,whichmake a big difference,while the carbon isotope characteristics of crude oils are opposite,distribution characteristics of4-methyl steranes isomers of each region is also different.Oil-source correlation demonstrate that E sand E scrude oils of northern steep slope zonemainly originate from E ssource rocks in nearby sag,crude oils of the western zone are provided by E ssource rocks of thewestern sag,crude oils of themiddle zone are provided by E ssource rocks of themiddle sag,crude oils of the eastern zone are provided by E sSource rocks of deep sag in the eastern zone,and no contribution from source rocks of the Gubei Sag.

4-methyl sterane;Bonan sag;northern steep slope zone;biomarker;oil-source correlation

昝灵男 1984年出生博士石油地质学 E-mail:zl442100@163.om

P593

1000-0550(2012)04-0770-09

2011-08-06;收修改稿日期:2011-10-18