高升-雷家地区未熟油藏形成条件分析

2015-07-02任平

石油地质与工程 2015年2期

关键词：亚相高升生烃

任平

(中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010)

高升-雷家地区未熟油藏形成条件分析

任平

(中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010)

高升-雷家地区未熟油具有较高密度、较高胶质沥青质含量，低饱和烃含量、低饱芳比、高芳烃和非烃含量的特征。研究表明未熟油来自沙四段湖湾亚相环境下发育的特殊岩性段的油页岩、白云质泥岩、灰质泥岩、钙质页岩、泥质白云岩，这些烃源岩不仅具有较强的生烃潜能，而且还具有优越的排烃性能，为未熟油藏的形成提供了有利的条件。

高升-雷家地区；未熟油；湖湾亚相；特殊岩性；热演化；生物标志物；地球化学特征

未熟油(低熟油、未熟低熟油)是干酪根热降解大量生烃作用阶段以前所生成的石油[1]。目前国内外现有的油气储量大都属于干酪根晚期热降解生成的常规成熟油气资源范围，因此20世纪70年代后期逐渐发展起来的干酪根晚期热降解生烃理论有效地指导了油气资源评价与勘探。但世界上尤其是我国很多地区在油气勘探中不断发现的未熟油为干酪根晚期热降解成烃理论提出了新的理论领域[2]。辽河盆地同我国大多数含油气盆地一样存在许多未熟油，这些未熟油主要分布在西部凹陷，尤其在西部凹陷的中北部地区最为集中。人们对未熟油的认识主要是从甾烷异构化参数αααC2920S/(S+R)开始的，这一指标也就成为未熟油的初步判识工具。根据辽河盆地的实际情况，采取甾烷C2920S/20(S+R)=0.32为未熟油的划分界限。

1 高升-雷家地区未熟原油特征

高升-雷家地区位于辽河盆地西部凹陷中部，是西部凹陷最为典型的未熟油产区。该区未熟油主要产出于中浅层，以高1、高3、雷11等为代表井，油层埋深一般在1 300～2 600 m，产出层位为沙河街组三段和四段。高升-雷家地区不仅为单一的未熟油产出区，而且还拥有可观的地质储量，截止2008年底，上报的探明储量已超过一亿吨。

1.1 未熟油的物性特征

根据原油物性分析数据，该区未熟油密度主要分布在0.881～0.966 g/cm3，黏度为32.6～10269.5 mPa·s，胶质+沥青质含量25.7%～53.8%。相对成熟油而言，未熟原油物性的显著特征就是胶质沥青质含量高[3]，在密度相同情况下，成熟度越低，其胶质沥青质的含量越高。雷39井αααC2920S/20(S+R)=0.128，胶质沥青质含量高达53.8%。

1.2 未熟油的地球化学特征

1.2.1 未熟油的饱和烃色谱特征

饱和烃色谱反映未熟油的正构烷烃多呈双峰型分布，前峰一般以nC17为主峰，后峰一般以nC23或nC25为主峰，nC23以后的正构烷烃具有明显的奇偶优势，nC21-/nC22+比值分布在0.38～0.85。Czochanska认为具有高的Ph/nC18和低的Pr /Ph 是低熟油的一个重要特征[4-5]。西部凹陷的未熟油均具有较低的姥植比，而高升-雷家地区未熟油的姥植比在整个西部凹陷未熟油中最低，Pr/Ph一般在0.3～0.7，此外，该区未熟油还显示nC17的突出优势(表1)，表明该区未熟油低等水生生物的贡献最大，且在还原性较强的环境下形成的。

表1 高升-雷家地区未熟油饱和烃色谱参数

1.2.2 未熟油的族组成特征

高升-雷家地区未熟油的族组成具有饱和烃含量低、饱/芳比低，芳烃和非烃含量高的特点。如高2-2-2井，饱和烃仅为32.33%，而芳烃和非烃分别高达21.84%和35.33%，饱/芳比低至1.48。

1.2.3 未熟油的甾萜烷特征

高升-雷家地区未熟油饱和烃馏分中检测到丰富的甾萜烷类化合物。①在甾烷分布中，以规则甾烷为主，仅有少量的重排甾烷，规则甾烷又以C28甾烷占优势。有研究表明，丰富的C28规则甾烷代表咸化水介质条件下某些藻类的大量输入。②未熟油中检测出高含量的伽马蜡烷，其含量与环境的含盐度及还原环境呈正相关，伽马蜡烷/αβC30霍烷比值均大于0.2，较低的伽马蜡烷/C30藿烷比值是微咸-半咸水环境烃源岩的重要标志[6]，反映烃源岩沉积于相对咸化且还原度较高的水介质中。③具有很低的成熟度参数，αααC2920S/20(S+R)和C29ββ/(αα+ββ)分别为0.128～0.306和0.192～0.252，具有典型的未熟油特性。④未熟油中普遍检测到较高丰度的能够代表有机质未熟特征的生物标志化合物，如13α(H)14α(H)三环萜烷和8α(H)升补身烷(图1)，证实未熟油的低演化程度。

图1 未熟原油的未熟生物标志物特征

1.2.4 未熟油的脱羟基维生素E特征

脱羟基维生素E是一种含氧化合物,在未熟油的芳烃馏分中检测到较高含量的脱羟基维生素E的出现，不仅可表征咸化强还原水介质的存在，且这类标志物大都发现于演化程度较低或未成熟的样品中, 因而它可作为低熟或未熟的标志[7-8]。当Ro在0.6%～0.7%时，可检测到少量脱羟基维生素E，但脱羟基维生素E/菲比值小于0.5；Ro≥0.75%时，烃源岩中的脱羟基维生素E完全消失。高升-雷家未熟油中检测出较丰富的脱羟基维生素E，脱羟基维生素E/菲比值大于2，脱羟基维生素E的高含量亦表征研究区原油的未熟特性。

2 未熟油藏形成条件分析

2.1 未熟烃源岩分析

高升-雷家地区存在两套主要的烃源岩，即沙四段和沙三段，沙四段烃源岩主要沉积于半封闭的湖湾环境，沙三段则以半深湖和深湖沉积为主。通过沉积环境、水体含盐度、生物标志物特征等对比，未熟油来自沙四段烃源岩。

2.1.1 沉积环境

盐湖相强还原环境有利于有机质的早期保存和早期转化。在碳酸盐和硫酸盐沉积阶段，水介质呈碱性，在无机盐类的催化和触媒的作用下，类脂化合物易水解或化学分解为相应的醇和脂肪酸，进一步还原生成烃类。蛋白质和碳水化合物经醋化分解还原也可以生成烃类。这种咸水或半咸水环境烃源岩形成的未熟油在我国比较普遍[9-10]。

本区沙四沉积时期，高升雷家地区以闭塞的湖湾环境为主，湖湾规模较大，周边水系不发育，水体盐度较高且偏碱性，沉积了含有碳酸盐岩的生油建造。烃源岩主要发育于湖湾亚相特殊岩性段——油页岩、白云质泥岩、灰质泥岩、钙质页岩、泥质白云岩和低平泥岩段中。烃源岩具有Pr/Ph低值(0.19～0.51)、伽马蜡烷/αβC30霍烷高值(0.148～0.851)的特点，指示烃源岩形成于还原—强还原咸水湖相沉积环境。未熟油基本围绕沙四段湖湾亚相烃源岩分布(图2)，说明沙四段湖湾亚相烃源岩是未熟油的主要烃源岩。

图2 沙四段湖湾亚相烃源岩与未熟油分布

2.1.2 有机质丰度

特殊岩性段泥岩各项丰度指标明显高于泥岩段(表2)，总体上沙四段烃源岩各项丰度指标超出最好生油岩标准，充分显示湖湾亚相生油岩的高有机质丰度。高有机质丰度是形成未熟油重要特征，再次表明未熟油与沙四段烃源岩有直接关系。

2.1.3 有机质类型

在不同的沉积环境、水介质条件下，生油岩的岩性、有机质的输入及保存条件也不会相同。湖湾亚相的白云质泥岩、钙质页岩等特殊岩性的干酪根显微组分以腐泥无定形为主，主要为降解的藻类和少部分降解的陆生植物，其含量高，为92.5%～98.5%，仅含有少量的壳质组和镜质组，惰质组微量或没有。干酪根H/C原子比大于1.5，干酪根碳同位素偏轻，反映以藻类等低等水生生物输入为主。湖湾亚相泥岩干酪根显微组分虽仍以腐泥无定形为主，但含量有所降低，为82.1%～84.1%，各项类型参数均低于特殊岩性段的泥岩。综合判别，湖湾亚相特殊岩性段泥岩有机质类型最优，为Ⅰ型，湖湾亚相泥岩有机质类型为Ⅱ1型(表3)。

表2 高升-雷家地区沙四段不同岩性烃源岩有机质丰度

备注：3.03～9.68为区间值，5.45为平均值

总之未熟油形成与特定的沙四段湖湾相烃源岩有直接的关系，研究表明[11]已知未熟油藏以近源分布(或源内成藏)为主,分区分块特征明显,未出现长距离运移过程。也证实湖湾相烃源岩是未熟油形成的主要烃源岩。

2.2 未熟阶段有机质热演化生烃模式

未熟油系指干酪根热降解大量生烃之前所生成的石油。由于原始有机生物体所携带的仅仅是少量的烃类化合物，从这个意义上讲，未熟油应该是有机质热力作用的产物。在研究有机质热演化生烃特征时，一方面分析有机质组成特征变化，另一方面利用红外光谱、元素组成、岩石热解、孢粉颜色指数、藻类体荧光光谱、生物标志物等手段剖析有机质结构及生烃的变化特征，明确高升雷家地区未熟阶段有机质热演化存在两个明显的生烃阶段(图3)。

第一生烃阶段：埋深小于2 300 m，Ro小于0.4%，非烃类化合物由于去官能团、脱杂原子等作用大量向烃类转化，使有机质中烃类含量增加。

表3 高升-雷家地区沙四段不同岩性烃源岩有机质类型参数

图3 有机质演化生烃模式与生标参数的关系

第二生烃阶段：埋深在2 300～2 900 m，Ro为0.4%～0.6%，可溶有机大分子和干酪根早期生烃。进入该阶段的烃源岩更有利，生烃量更大。

2.3 未熟油藏形成条件分析

高升-雷家地区发现的未熟油藏具有如下特征：①埋深较浅，一般小于2 500 m，含天然气较少；②与优质生油岩相关联；③大多与构造回返相关联，存在明显的地层抬升；④岩性构造和构造岩性油藏占有较大比例。

2.3.1 生烃条件

形成于强还原、咸化水介质湖湾环境的特殊岩性段泥岩，具有有机质丰度高、母质类型好、菌藻类低等生物输入占优势的特征，为未熟阶段有机质向烃类的转化提供丰富的物质基础。

2.3.2 排烃条件

未熟阶段烃源岩发生排烃作用是未熟油成藏必要和关键的因素，也是未熟油与成熟油成藏最本质的区别所在。烃源岩发生排烃，可概括为内因和外因两大类因素。

内因指烃源岩本身所固有的属性。①满足烃源岩自身的充填和吸附作用。烃源岩的有机质丰度越高、总烃含量越高，越容易满足烃源岩自身的吸附条件，同时有机质类型越好，未熟阶段的生烃潜能高，为进一步排烃创造有利条件。高升-雷家地区湖湾亚相发育的特殊岩性泥岩具有先天的优越性，沥青“A”平均含量已高达0.422%，总烃平均为2 459×10-6，远远超出烃源岩自身吸附条件。②烃源岩自身的岩性特征和岩性组合。研究证实，黏土矿物如蒙脱石、伊利石对沥青的吸附能力强于碳酸岩矿物，这就决定湖湾亚相发育的特殊岩性白云质泥岩、灰质泥岩、泥质白云岩等有利于沥青的早期运移。此外，由于碳酸岩矿物的易碎性，容易断裂产生裂隙，这些裂隙为早期生成的未熟油提供良好的运移通道。再则，由于湖湾亚相安静的水体环境，烃源岩微细水平层理极其发育。岩心层理面上常能发现沥青的斑迹，在镜下可见荧光沥青沿微细层理面渗出，这些微细层理面成为湖湾亚相烃源岩早期排烃的又一优越条件。

外因指烃源岩固有属性以外的因素，如温度、压力、构造运动等。高升-雷家地区未熟油主要分布在地层发生抬升(构造回返)的部位，研究认为地层抬升而引起的烃源岩体系与运载体系(储集体)两者之间压力差的变化是生油层发生排烃的重要外因。由于地层抬升，运载体系的孔隙压力显著下降，而生油层体系内部的压力受静水压力降低的影响相对较小，结果使生油层体系与运载体系之间的压力差进一步加大，促进油气从生油层中排出。

2.3.3 运聚条件

从本质上讲，未熟油的运聚条件与成熟油没有大的差别，都是在运载体中经过二次运移在适宜的圈闭中聚集成藏[12-13]。高升-雷家地区未熟油从烃源岩到圈闭的运聚过程有如下特点：①湖湾亚相烃源岩排出的未熟油运载体首先是烃源岩体系内部的裂隙、层间缝和薄层砂，随后才经断层、裂隙系统、不整合面等发生进一步运移，在合适的圈闭中聚集成藏，因此，烃源岩体系同时又成为未熟油的运载体系；②未熟油排出后原始能量较低，胶质沥青质含量较高，黏度较大，所以一般以短距离运移成藏为主；③未熟油藏主要分布在古隆起、古斜坡的构造背景下，以岩性油藏为主；④地层抬升不仅促进未熟油的排烃，同时抬升区域往往成为未熟油运移的有利指向。