沾化凹陷渤南洼陷沙河街组原油成因类型及分布特征

宋国奇，刘 华，蒋有录，谷国翠，刘雅利，卢 浩

(1.中国石化胜利油田分公司，山东东营 257001;2.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266580)

作为高成熟探区，沾化凹陷渤南洼陷区的油气成因问题一直受到关注，研究成果主要集中于烃源岩地化特征差异和主力层系油气的来源[1－7］，尚缺乏对油气来源整体的认识。目前，各种地化测试手段为精细油源对比提供了依据，可以系统确定出已发现油气的来源层系和归属，明确不同烃源岩所生油气的空间分布，其成果可为含油气系统的划分[8］、油气运移方向和运移路径的追踪[9－15］提供有效的预测。据此，笔者以地质背景和大量的地球化学分析数据为基础，对渤南洼陷内有效烃源岩和已发现原油的地化特征进行分析，明确了原油的成因类型及其分布特征，从而为下一步油气勘探提供理论依据。

1 研究区概况

渤南洼陷位于沾化凹陷的中部，构造上为一北陡南缓、东陡西缓的断陷湖盆，北以埕东断层为界与埕子口凸起相连，西以义东断层为界与义和庄凸起相邻，南部紧靠陈家庄凸起，东侧为孤东断层，与孤北洼陷相连(图1)。该区接受了巨厚的中、新生代沉积，自下而上发育孔店组、沙河街组、东营组、馆陶组和明化镇组地层，其中沙河街组是该区主要的生含油层系。沙三段作为渤南洼陷主要的含油层系，油气藏类型众多，油气主要来自本层段的烃源岩，而沙四段沉积特征较复杂，沉积环境变化较大[16－20］，沙四段烃源岩的地球化学特征在纵向上存在一定的差异，不同层段烃源岩的油源贡献程度不同。

图1 渤海湾盆地渤南洼陷构造位置Fig.1 Tectonic location of Bonan Subsag in Bohai Bay Basin

2 烃源岩特征

受构造运动和古气候的共同控制，渤南洼陷古近系经历了多个沉积旋回，发生过多次湖侵过程，形成多套烃源岩。目前，沙河街组烃源岩是主要的研究对象，其中沙三段和沙四段2套主力烃源岩对渤南洼陷的油气生成起着重要的作用。

2.1 沙三段烃源岩

沙三段为深湖至半深湖相沉积，广泛沉积深灰色、灰色泥岩、油页岩、油泥岩，主要集中于洼陷中部偏北。据地化分析，沙三段烃源岩的有机碳含量为3.9% ～19%，氯仿沥青“A”为0.3%左右，干酪根类型以Ⅰ、Ⅱ1型为主，其中沙三下亚段烃源岩以页岩、油页岩为主，是本区最为重要的一套优质烃源层。

本次研究所取的烃源岩样品主要分布于沙三下亚段，少数为埋藏相对较深的沙三中亚段。沙三中、下亚段烃源岩分析所得的各项地化指标均较为相似，且纵向上叠置，可看作为同一套烃源岩。总体来说，沙三段烃源岩在地化特征上表现为“一低二高”的特征，即低伽马蜡烷/C30藿烷、高Ts/(Ts+Tm)、高姥植比的特征(图2)。其中，C30甲基甾烷不发育，规则甾烷C27R、C28R、C29R呈不对称的“V”型分布，αααC2720R 含量高于 αααC2920R 含量，说明水生生物和陆源高等植物均有输入，其中水生生物输入占优势;C27－三降藿烷Ts和Tm含量相差较大，成熟度指标C31S/(S+R)主要分布于0.56 ～0.59，平均在 0.58 左右，说明该烃源岩已进入生油门限。

2.2 沙四段烃源岩

图2 渤海湾盆地渤南洼陷沙三段烃源岩地化指标谱图Fig.2 Geochemical chromatogram of source rocks in 3rd member of Shahejie Formation，Bonan Subsag in Bohai Bay Basin

图3 渤海湾盆地渤南洼陷沙四段膏盐间烃源岩地化指标谱图Fig.3 Geochemical chromatogram of evaporate source rocks in 4th member of Shahejie Formation，Bonan Subsag in Bohai Bay Basin

沙四段为一套浅湖—深湖相沉积，泥灰岩、泥质灰岩和灰质泥岩是主要的烃源岩类型。烃源岩有机碳含量多介于0.93% ～1.5%，有机质类型在洼陷以Ⅰ、Ⅱ1型为主，处于成熟—高成熟阶段，具有较大的生烃潜力。由于沙四段含有大量的膏盐，且膏盐间和膏盐下的烃源岩具有不同的地化特征，据此分为2类烃源岩。

(1)沙四段膏盐间烃源岩多为暗色泥岩，具有“一低二高”特征，即高伽马蜡烷/C30藿烷(均大于0.20)、高 Ts/(Ts+Tm)、低姥植比的特征。规则甾烷C27R、C28R、C29R的分布呈近似对称“V”型，αααC2720R含量略高于 αααC2920R 含量，C27－ 三降藿烷Ts与Tm含量相差较大(图3)。

(2)膏盐下烃源岩具有低伽马蜡烷/C30藿烷(均小于 0.20)、高 Ts/(Ts+Tm)、高姥植比的特征，为淡水—微咸水环境沉积，其地化特征与沙三段烃源岩相似。

3 原油地化特征及成因分析

渤南洼陷原油分布广泛，主要储集于沙一段、沙二段、沙三段和沙四段的碎屑岩储集层中。根据38块原油样品的饱和烃色谱、色—质谱分析结果，对不同层系的原油特征进行了总结，明确了不同层系、不同地区原油的成因及其来源。

沙一段原油分布较少，主要分布在罗家地区，根据所取样品的地化特征分析，正构烷烃呈双峰分布，后主峰碳明显高于前主峰碳，表明原油遭受轻微的生物降解。沙二段原油样品呈前峰型分布，原油正构烷烃∑C21－/∑C22+介于 0.65 ～0.94，奇偶优势不明显，CPI和OEP值接近于1。沙三段原油伽马蜡烷含量偏低，成熟度参数ααα20RC29甾烷22S/(22S+22R)较高，C31升藿烷22S/(22S+22R)值为0.54 ～0.60，平均值为0.58。沙四段原油中伽马蜡烷含量较高，分布于0.26 ～1.65，Ts/(Ts+Tm)分布于0.13 ～0.39，表明原油来源于还原性较强的盐湖环境;成熟度参数ααα20RC29甾烷22S/(22S+2R)分布于0.33 ～3.95，表明成熟度相对偏高。

根据所分析原油的类异戊二烯烷烃、正构烷烃和生物标志物参数等指标的综合对比，可将该地区原油成因类型划分为沙三型、沙四型和混合型3大类(图4)。

3.1 沙三型原油

沙三型原油主要具有“一低二高”的特征，即低伽马蜡烷/C30藿烷、高Ts/(Ts+Tm)、高Pr/Ph。其中伽马蜡烷/C30藿烷值较低，分布于0.05～0.18，主要集中于0.09附近;Ts/(Ts+Tm)值较高，分布于 0.30 ～0.67，主要集中于0.45附近;具有中等偏高成熟度，C29甾烷20S/(20S+20R)分布于0.31 ～0.44，主要集中于0.40 附近，Pr/Ph 分布于 0.87 ～1.36。从原油谱图对比可以发现(图5)，该类型原油4－甲基甾烷较为发育，规则甾烷 C27、C28、C29的分布呈不对称的”V”型，C27含量明显高于C29含量，两者含量比值平均为1.88。该类原油主要分布于洼陷中心及洼陷附近沙三中下亚段储层中，埋藏相对较深。据地化特征推断，沙三型原油来源于沙三段烃源岩。

图4 渤海湾盆地渤南地区原油、烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷－Pr/Ph相关图Fig.4 Gammacerane/C30hopane and Pr/Ph correlation of crude oils and source rocks in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

图5 渤海湾盆地渤南洼陷沙三型原油甾萜烷谱图对比Fig.5 Contrast of sterane and terpane spectra of Es3crude oils in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

沙三型原油按照其成熟度特征及分布区域也可细分为2个亚类:沙三Ⅰ型原油的成熟度较低，C29甾烷20S/(20S+20R)参数均小于 0.4，主要分布于洼陷中心的沙三中上层段中，埋深相对较浅;沙三Ⅱ型原油的C29甾烷20S/(20S+20R)参数介于0.41～0.44之间，成熟度相对较高，主要分布于洼陷中心及附近的渤深4断阶带上，层系主要位于沙三中下亚段(图5)。

3.2 沙四型原油

据分析，沙四型原油主要分布在沙四段储层中，零星分布于沙一段和沙二段地层。与沙三型原油相比，沙四型原油具有高伽马蜡烷/C30藿烷值、高成熟度、低Pr/Ph值、低4－甲基甾烷和三环萜烷含量的特点。按照油气来源及分布区域可进一步分为沙四Ⅰ型和Ⅱ型2个亚类，这2个亚类具有不同的特征及来源。

沙四Ⅰ型原油伽马蜡烷/C30藿烷值相对较高，大于0.20，C29规则甾烷含量相对较高，孕甾烷、甲基甾烷含量很高，具有很高的Ts/Tm值，为强还原咸化沉积环境的产物，可推测来源于沙四段膏盐间烃源岩。主要依据有:①有机质母源以高等植物贡献为主;②伽马蜡烷/C30藿烷值均较高，平均为0.42，与沙四段膏盐间烃源岩伽马蜡烷/C30藿烷值相似;③沙四Ⅰ型原油Pr/Ph值分布于0.45～0.56，平均为0.50，沙四段膏盐间烃源岩Pr/Ph值平均为0.85;④沙四Ⅰ型原油与沙四段膏盐间烃源岩均具有较低的孕甾烷、升孕甾烷。

沙四Ⅱ型原油中伽马蜡烷/C30藿烷值较沙四Ⅰ型明显偏低，均小于0.20，三环萜烷含量偏高，Pr/Ph和成熟度均较高，Ts、Tm 相对接近，C21、C22比C28、C29含量低。该类原油与沙四段膏盐下烃源岩具有很好的相关性，可以推测来源于沙四段膏盐下烃源岩。

3.3 混源型原油

混源型原油主要为沙二段、沙三中上亚段以及沙四段原油，该类原油地化特征介于沙三型和沙四型之间(图4)，推断其来源于沙三段和沙四段膏盐下烃源岩。主要依据:①母源类型相同。根据正烷烃分布特征、主峰碳位、∑nC22－/∑nC22+值及C27－C28－C29规则甾烷相对含量显示混源型原油与沙三段与沙四段烃源岩均以相同物质输入为主;②混源型原油伽马蜡烷/C30藿烷值中等，介于沙三型和沙四型原油之间，平均为0.13，表明微咸水环境;③混源型原油中，C29胆甾烷 ββ/(ββ +αα)位于0.43 ～0.58 之间，C2920S/(20R+20S)集中在0.43 ～0.46 左右，属于中等成熟度;④混源型原油Pr/Ph值集中在0.53～0.77，平均为 0.64，介于沙三型和沙四型原油之间。该类原油主要分布于距离洼陷较远的靠近罗家缓坡带地区。

4 原油成因分布特征

根据上述原油分类，结合原油及烃源岩的地化特征在平面和剖面上的分布规律，对研究区已发现油藏中的油气与烃源岩的空间对应关系进行了分析。

4.1 平面分布关系

渤南洼陷原油甾、萜烷特征分析表明，生油洼陷附近已发现油藏中原油萜烷、甾烷色谱图的特征与洼陷沙三中、下亚段烃源岩的特征相一致，表现为低伽马蜡烷、高姥植比的特点;渤南洼陷断阶带附近原油的谱图特征表现为高伽马蜡烷含量、低孕甾烷、升孕甾烷的特征，与沙四段膏盐间烃源岩一致;南部缓坡带原油的谱图特征介于沙三和沙四段烃源岩之间，表现为混源特征(图6)。

图6 渤海湾盆地渤南洼陷原油类型平面分布Fig.6 Plane distribution of crude oil types in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

4.2 纵向分布关系

从原油类型纵向分布来看，沙三型原油主要分布在沙三段储层中，来源于沙三段烃源岩所产生的油气;沙四型原油分布在沙四上亚段及沙三中上亚段，来源于沙四段烃源岩;混源型原油则主要分布于离洼陷较远的缓坡地带，油气来源于沙三和沙四段烃源岩的混合油气(图7)。纵向各层系上的对应关系也具有一定的差异，多数沙四上、沙三中下亚段层系中的石油属自生自储型，即来自本层系;少数沙三和沙四亚段油藏为混源原油。

5 结论

(1)地化特征分析表明，渤南洼陷存在沙三和沙四2套有效烃源岩，其中沙四具体分为膏盐间和膏盐下2套烃源岩，它们在伽马蜡烷含量、姥植比、成熟度参数等指标上存在明显差异。

(2)与烃源岩相对应，已发现原油大致分为5类，其中沙三Ⅰ型原油埋藏较浅，分布在沙三中上亚段，沙三Ⅱ型原油分布层位较深，成熟度较高，与沙三段烃源岩相吻合;沙四Ⅰ型原油分布零星，来源于沙四段膏盐间烃源岩，沙四Ⅱ型原油主要来源于沙四段膏盐下烃源岩;混源型油气来源于沙三和沙四段烃源岩，油气分布远离油源中心。

图7 渤海湾盆地渤南洼陷罗62－义159剖面原油类型分布Fig.7 Distribution of crude oil type along Luo62 － Yi159 section in Bonan Subsag，Bohai Bay Basin

(3)油源对比认为渤南洼陷深洼带的沙三、沙四段油藏均为自生自储油藏;断阶带沙四段油藏较少，断阶带沙三段油藏多为沙三、沙四段烃源岩的混源油。

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