下刚果盆地西北部深水区Albian阶Sendji组原油地球化学特征、成因及分布规律

曹 军, 刘成林,, 钟宁宁, 邓南涛

(1.中国地质科学院 地质力学研究所，北京 100081; 2.中国石油大学 地球科学学院，北京 102249;3.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院, 西安 710075)

下刚果盆地西北部深水区Albian阶Sendji组原油地球化学特征、成因及分布规律

曹 军1, 刘成林1,2, 钟宁宁2, 邓南涛3

(1.中国地质科学院 地质力学研究所，北京 100081; 2.中国石油大学 地球科学学院，北京 102249;3.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院, 西安 710075)

针对下刚果盆地西北部深水区Albian阶Sendji组原油的特征、成因、来源及分布规律等问题，通过对该区7口钻井15个原油样品的物性参数、稳定碳同位素、生物标志化合物等方面的研究，结果表明，Sendji组原油总体为轻质原油，向陆一侧的3个油田中Sendji组原油具有湖相原油的特征，可能来源于盐下湖相烃源岩；向海一侧超深水区MOHO油田Sendji组原油具有海相原油的特征，可能来源于Likouala组上部海相烃源岩。下刚果盆地海域的湖相原油主要分布在近陆一侧的浅水和部分深水区，而海相原油主要分布在向海一侧的深水及超深水区，中间过渡带分布湖相和海相的混合原油。

下刚果盆地；深水区；Sendji组；原油；成因

下刚果盆地早期的勘探主要集中在盆地的陆上和浅水区的盐下湖相层系，原油主要来自下白垩统湖相烃源岩[1-6]。随着深水油气勘探开发技术的日趋成熟，下刚果盆地深水区已成为油气勘探的热点[7-12]。前人研究认为深水区原油主要来自盐上海相烃源岩，或者是盐下湖相烃源岩和盐上海相烃源岩生成的原油的混合[1-2]。前人对西非被动大陆边缘系列盆地盐下、盐上以及新生界烃源岩和原油的整体研究，特别是对下刚果盆地烃源岩和原油的研究，根据不同的生源和沉积环境特征，已经确定了盐下湖泊起源和盐上海洋起源的烃源岩的区分指标[13-15,22,25-26]。

下刚果盆地盐上层系发育多套储油层[1,2,11]，盐上下白垩统Albian阶海相碳酸盐岩是盐上最重要的储层之一。据统计，Albian阶海相碳酸盐岩和滨浅海砂岩层系的油气占盆地已发现总可采储量的38.3%，仅次于盐上渐新统-中新统深水浊积碎屑砂岩层系的54.2%，远远超过盐下湖相碎屑砂岩、湖相碳酸盐岩层系的7.5%[11]。然而，深水区Albian阶储层原油来源复杂，盐下湖相烃源岩和盐上上白垩统海相烃源岩都有可能为原油的母岩。由于深水区盐上Albian阶层系原油具有较大的复杂性，我们有必要对盆地深水区原油特征和成因进一步研究，揭示下刚果盆地深水区油气差异富集规律。因此，本文选取下刚果盆地西北部深水区7口钻井中的15个原油样品，利用原油的密度、含硫量、稳定碳同位素、生物标志化合物等资料，研究该区盐上Albian阶Sendji组原油物性特征和地球化学特征，结合下刚果盆地内其他区块原油和烃源岩资料，研究该区Sendji组原油的成因、来源和分布规律。

1 地质背景

据IHS数据库[27]，下刚果盆地位于西非大陆边缘中部，从北向南横跨加蓬南部、刚果(布)、安哥拉卡宾达省、刚果(金)和安哥拉北部4个国家和地区，盆地75%的面积位于海上，其他分布在陆上(图1)。

图1 研究区井位分布图Fig.1 Location of drilling wells in the study area

下刚果盆地是伴随着非洲与南美板块分裂和大西洋开阖而形成的西非典型被动大陆边缘系列含盐盆地之一[16-17]。盆地经历前裂谷期、裂谷期、过渡期和漂移期4个演化阶段，在裂谷期盐下和漂移期盐上发育多套储层和多套烃源岩(图2)。3套主要的储集层系：盐下湖相碎屑岩和碳酸盐岩层系，盐上Albian阶海相碳酸盐岩和砂岩层系，盐上浅层上渐新统-中新统深水浊积碎屑砂岩层系[11]。研究区内下白垩统Albian阶为一套碳酸盐岩与陆源碎屑岩的混积物，以及纯碳酸盐岩与碎屑沉积物的互层组合；岩石类型以碳酸盐岩为主，其次为白云岩和灰质白云岩，再次为混积岩[18-20]。5套主要的烃源岩：盐下下白垩统湖相(Bucomazi组)，盐上Albian阶海相灰泥岩或泥灰岩(Pinda组、Sendji组)、上白垩统海相泥页岩(Iabe组、Likouala组)、上白垩统-古近系海相页岩(Landana组、Madingo组)、渐新统-中新统浊积泥岩(Malembo组、Paloukou组)[5-6,21]。该区多源多储构成多套含油气系统，原油来源和构成复杂。

2 样品资料

本次研究样品选自下刚果盆地西北部位于刚果(布)海域深水区Kitina Marine、Kitina Sud Marine、N’Kossa Marine和MOHO等4个油田内7口钻井中的15个油样(图1)。7口钻井水深皆>500 m，其中MOHO-1井水深>1 km，属于超深水区。15个原油样品皆来源于Albian阶Sendji组，深度分布在2 838～4 093 m(表1)；分析测试数据包括原油物性、族组成、稳定碳同位素、生物标志化合物等。

3 原油特征

3.1 原油物理性质

样品K01～K12的API值为34°～56°，为轻质原油；样品M01～M03的API值为31.8°～34.7°，同样也为轻质原油，但略微偏重，其密度与安哥拉17区块Girassol深水油田渐新统-中新统Malembo储层中原油密度(32°API)相近[10]，表明MOHM-1井原油密度与其余6口井原油存在一定差异。另外，据IHS数据库(2011)统计表明，下刚果盆地原油以轻质油为主(>31.5°API)占59%，中质油(22.5°～31.5°API)占35%，重质油(<22.5°API)仅占6%，并且主要由于生物降解造成的原油密度加重。因此，从已有的原油API值可以看出，下刚果盆地在全盆范围内原油总体为中-轻质油，而在该深水区Sendji组原油整体反映为轻质原油。

图2 下刚果盆地地层综合柱状图Fig.2 Synthetic stratigraphic column for the Lower Congo Basin(据IHS数据库(2011)修改)

号钻井时代地层顶深/m底深/mAPI/(°)wS/%K01KTNM2Albian上Sendji22852323370.04K02KTNM3AlbianSendji23442371370.04K03KTNM3AlbianSendji23682371370.06K04KTNSM1Albian下Sendji29442952380.05K05KTNSM1Albian下Sendji29953026450.03K06KTNSM1Albian下Sendji30083026340.04K07KTNSM2Albian下Sendji28102821K08KTNSM2Albian下Sendji29212937K09KTNSM2Albian下Sendji30033019K10KTNSM2Albian下Sendji3282332353K11KTNSM4Albian下Sendji2677275856K12NKSM5Albian下Sendji3801.93801.9420.06M01MOHO-1AlbianSendji组4021404233.70.32M02MOHO-1AlbianSendji组4076407634.70.30M03MOHO-1AlbianSendji组4065409331.80.34

从表1可以看出，K01～K12样品原油中硫的质量分数(wS)为0.03%～0.06%，非常低；而M01～M03样品原油中wS为0.30%～0.34%，含量较高，远远高于其余12个油样，表明原油属性有较大的差异。下刚果盆地南部安哥拉17区块Girassol油田原油wS为0.32%，为海相成因，来源于盐上上白垩统成熟的海相烃源岩[10]。来自盐下下白垩统的湖相原油含硫量一般较低，wS<0.3%，个别样品因生物降解含硫量可能增大；来自盐上上白垩统海相烃源岩生成的原油含硫量相对较高，一般wS>0.3%(据C&C数据库，2009)。因此，含硫量成为区分下刚果盆地海相原油和湖相原油的重要指标之一。

3.2 原油地球化学特征

3.2.1 原油族组成

原油氯仿沥青“A”的族组成包括饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质4种组分。从Sendji组油样的族组成相对含量上看(表2)，12个样品的饱和烃含量相当高，其质量分数最低为64.6%，最高达81%，平均为72.1%；芳香烃含量次之，质量分数平均为17.01%；非烃+沥青质含量相对较少，反映了Sendji组原油环化芳构化组分较少，热成熟度较低。表3的3个样品Sendji组原油的饱和烃含量相对于芳香烃、非烃和沥青质含量较高，质量分数平均值达47.1%，接近氯仿沥青“A”总量的一半；芳香烃质量分数平均值达32.6%，非烃和沥青质平均值为20%，说明成熟度也不算高。15个原油样品的族组成存在2种类型(图3)，其来源可能不同。同时，反映了Kitina Marine、Kitina Sud Marine、N’Kossa Marine油田Sendji组原油相对MOHO深水油田Sendji组原油环化芳构化更低，成熟度更低。

图3 原油族组成(w/%)三角关系图Fig.3 Triangle diagram showing relationship of crude oil compositions

表3 下刚果盆地MOHO-1井原油地球化学数据
Table 3 Geochemical data of oil samples from the Well MOHO-1 in Congo Basin

样品号w/%δ13C/‰饱和烃芳烃非烃+沥青质δ13CSatδ13CAroCVPr/nC17Ph/nC18Pr/PhC26/C25GamCPIMPIM0147.734.617.6-29.3-27.80.760.760.671.330.960.071.020.82M0245.629.424.9-29.3-27.90.540.820.731.310.950.081.000.93M0348.133.818.0-29.3-27.90.540.830.721.340.700.070.990.92

MPI=1.5(2-MP + 3-MP)/(P + 1-MP + 9-MP)。P表示菲化合物；MP表示甲基菲化合物。

3.2.2 原油碳同位素

从表2、表3和图4可以看出，M01～M03样品原油饱和烃和芳烃碳同位素分别为-29.3‰和-27.9‰，碳同位素偏轻。K01～K12样品原油饱和烃和芳香烃的碳同位素分布范围分别为-25.93‰～-27.78‰和-24.25‰～-25.63‰，碳同位素偏重。这表明MOHO深水油田Sendji组原油的稳定碳同位素明显比Kitina Marine等其他3个油田中Sendji组原油更轻，可能反映原油来源于不同的烃源岩。

从图4可以看出，下刚果盆地盐下湖相烃源岩、盐上上白垩统海相烃源岩、Iabe组海相及第三系烃源岩的饱和烃与芳香烃碳同位素数据点出现了大面积重叠，只有盐下湖相烃源岩中少数的同位素较轻的样品能与盐上海相烃源岩相区别。该盆地原油样品饱和烃和芳烃同位素数据与盐上海相和盐下湖相烃源岩样品数据相互重叠，很难区分原油具体来源于哪一套烃源岩[1]。因此，饱和烃和芳香烃稳定碳同位素分布在区分下刚果盆地湖相和海相原油来源时显得有些难度，需要结合其他地球化学指标综合判断。

图4 原油碳同位素分布与下刚果盆地其他地区原油和烃源岩同位素对比Fig.4 Comparison of the isotopic distribution of crude oil with hydrocarbon source rocks in other areas of Congo BasinM01～M03和K01～K12数据来自本次研究，其余数据来源于Cole等(2000)

3.2.3 生物标志化合物特征

来自Kitina Marine、Kitina Sud Marine和N’Kossa Marine油田Sendji组原油中K01～K12样品的正构烷烃Pr/nC17和Ph/nC18分别分布在0.33～0.65和0.25～0.41之间，Pr/Ph值分布在1.55～1.91之间，整体都>1.5，反映沉积水体为弱氧化环境。C27、C28和C29甾烷质量分数分别为33%～48%、19%～31%、31%～38%，甾烷含量整体上呈C27>C29>C28的规律。伽马蜡烷指数分布在0.14～0.23之间，含量较低。C31/C30藿烷比介于0.31～0.61之间。从K12原油样品的生物标志化合物谱图(图5)上可以看到，总离子流图呈正态分布，姥鲛烷大于植烷，含有较高的三环萜烷类化合物，极少的奥利烷，较低的伽马蜡烷，C27、C28和C29规则甾烷呈“L”形分布。

MOHO深水油田Sendji组原油中M01～M03样品Pr/nC17和Ph/nC18分别为0.76～0.83和0.67～0.73，Pr/Ph为1.31～1.34，整体都小于1.5，反映沉积水体为弱氧化环境。伽马蜡烷指数为0.07和0.08，含量极低。从M01样品生物标志化合物谱图(图5)上看出，总离子流图呈前峰型，高碳数含量较少，姥鲛烷略高于植烷，几乎不含奥利烷，极低的伽马蜡烷，C27、C28和C29规则甾烷呈 “L”形分布。无论是从生物标志化合物参数还是生物标志化合物谱图上，K01～K12样品和M01～M03样品皆存在差异，反映了2类不同的原油，其来源也可能不同。

3.2.4 原油成熟度

生物标志化合物Ts/Tm值是评价原油成熟度非常可靠的指标，K01～K12样品的Ts/Tm为0.83～1.27，仅K12样品高达1.90，其成熟度比其他11个样品的成熟高。另外，利用等效镜质体反射率RP=0.148 Ts/Tm+0.574公式换算，得到的K01～K11样品的RP主要分布在0.71～0.76；K12样品的RP为0.86，略高于其他原油样品：表明Kitina Marine等3个油田Sendji组原油整体处于中等成熟阶段。M01～M03样品CPI值分别为1.02、1.00和0.99，约等于1，表明为成熟原油；原油成熟度的另外一个指标MPI分别为0.82、0.92和0.93，同样说明MOHM油田Sendji组原油处于成熟阶段。

图5 下刚果盆地西北部深水区原油样品的生物标志物谱图Fig.5 Spectrum of biomarkers of crude oil samples from the deepwater area in the northwest Lower Congo Basin

4 原油成因及来源

前人对西非被动大陆边缘系列盆地盐下、盐上以及新生界烃源岩和原油的整体分析研究，特别是对下刚果盆地烃源岩和原油的研究，根据不同的生源和沉积环境特征，已经确定了盐下湖泊起源和盐上海洋起源的烃源岩的区分指标。特别是在海相和湖相原油中这些典型特征参数的差异通常是异常明显。其中硫含量、CV、Pr/Ph、C31/C30藿烷比、C26/C25三环萜烷比是区分海相和湖相原油最为可信的指标[1-2,23-24]，详细见表4。

(1)含硫量，较低的含硫量表示湖泊成因(<0.5)，较高的含硫量反映海洋成因。

(2)碳同位素典型变量(CV=-2.53δ13C饱+2.22δ13C芳-11.65)，通常用于区分原油成因。碳同位素典型变量值偏负表明来源于海相烃源岩生成的原油，偏正表明来自于湖相烃源岩生成的原油。

表4 下刚果盆地海洋和湖泊成因原油地球化学判识标准Table 4 Geochemical identification index of marine and lacustrine origin oil from the Lower Congo Basin

(3)C31/C30藿烷比，较高的C31/C30藿烷比(≥0.5)表明来源于海洋环境，较低比值(<0.5)反映来自于湖相环境。

(4)C26/C25三环萜烷比，低C26/C25三环萜烷比表明来自于海相烃源岩(<1.1)，较高的C26/C25三环萜烷比表明来自于湖相烃源岩。

位于1～1.5 km深水区的MOHO深水油田Sendji组储层中3个原油几乎具有相同的地球化学特征，含硫量高，Pr/Ph皆小于1.5，为弱氧化环境，伽马蜡烷指数较低，饱和烃和芳香烃碳同位素较轻，碳同位素正则变量和C26/C25三环萜烷比值皆小于1.0，几乎不含奥利烷，其数据点皆落在图版的海相原油区域(图6和图7)，所有这些地球化学数据说明该储层中原油来自于同一套烃源岩，并且具有海相烃源岩来源的特征。

图6 下刚果盆地原油和烃源岩C26/C25三环萜烷比与碳同位素典型变量关系图Fig.6 Diagram showing typical variable of oil and source rock of C26/C25 tricyclic terpane ratio with carbon isotope in the Lower Congo Basin

图7 下刚果盆地原油和烃源岩抽提物C26/C25三环萜烷比与奥利烷指数关系图Fig.7 Relation between C26/C25 tricyclic terpane ratio and oleanane index for oils and source rock extracts in the Lower Congo Basin

通过对3个原油与上白垩统Likouala组烃源岩的生物标志物谱图对比发现具有极大相似性，皆具有较高的三环萜烷含量，极低或者几乎无奥利烷，反映典型的海洋生源和环境属性(图8)。盐上3套烃源岩虽然皆为海洋沉积环境，但是在生源输入上Likouala组与Madingo组和Paloukou组不同，前者以海洋生源输入为主，后两者以陆源高等植物贡献为主[21]。因此，基于以上分析，认为MOHO深水油田Sendji组储层中的原油为典型的海相成因，很可能来源于上白垩统Likouala组海相页岩。

Kitina Marine、Kitina Sud Marine和N’Kossa Marine油田Sendji组原油含硫量非常低，饱和烃和芳香烃碳同位素偏重，Pr/Ph整体皆大于1.5，表明沉积水体偏氧化条件；伽马蜡烷指数整体分布在0.20左右，反映沉积水体含盐度低；C27规则甾烷质量分数整体>40%，并远远大于C28和C29规则甾烷含量，表明有机质主要为低等水生生物来源；与下刚果盆地下白垩统湖相烃源岩的规则甾烷分布具有良好的相关性(图9)，C26/C25三环萜烷大于1.0，C31/C30藿烷比总体<0.5:这一系列数据足以说明Kitina Marine、Kitina Sud Marine和N’Kossa Marine油田Sendji组原油为湖相成因，与盆地内盐下下白垩统湖相烃源岩具有可对比性。

5 原油分布规律

通过以上研究表明近陆一侧的Kitina Marine、Kitina Sud Marine和N’Kossa Marine油田Sendji组原油具有湖相成因，来自于盐下湖相烃源岩；而向海一侧的超深水区MOHO油田Sendji组原油具有海相成因，来源于上白垩统海相烃源岩。该区不同成因原油的分布特征似乎与下刚果盆地其他区域存在相似性(图10)。下刚果盆地卡宾达省海上0区块陆架浅水区碳酸盐岩储层中的原油大部分是来自于盐下湖相烃源岩，深水区原油主要是来自于盐上Iabe组海相烃源岩，以及海相和湖相烃源岩生成的两类原油的混合；向盆地西部更深水方向的原油具有Iabe组烃源岩的贡献，以及第三系更加富集奥利烷的Landana组烃源岩的贡献[1]。同样，安哥拉海域2、3、4区块内不同成因原油的分布具有与卡宾达0区块相似的分布规律，即向陆一侧浅水区原油为湖相成因，主要来自下白垩统湖相烃源岩；向海一侧浅水到深水过渡区原油为海相和湖相来源的混合成因，原油可能来自于下白垩统湖相烃源岩和盐上上白垩统海相烃源岩两套烃源岩；深水到超深水区原油为海相成因，来源于上白垩统海相烃源岩[2]。另外，盆地陆上及浅水区油气来源以盐下湖相烃源为主，而深水区以盐上海相烃源为主[11]。本次研究进一步佐证了前人对下刚果盆地海域原油成因与分布规律的认识，即浅水区原油主要来自于盐下湖相烃源，而深水区原油主要来自于盐上海相烃源。

图9 原油中C27-C28-C29规则甾烷含量(w/%)分布图Fig.9 Distribution of the C27-C28-C29 rules sterane in crude oils

图10 下刚果盆地海域原油分布规律图Fig.10 Distribution of crude oils in the Lower Congo Basin

6 结 论

下刚果盆地西北部深水区Albian阶Sendji组原油总体为轻质原油，向陆一侧的3个油田中Sendji组原油含硫量低，密度小，Pr/Ph、C26/C25三环萜烷比值和C31/C30藿烷比值较高，具有湖相原油的特征，可能来源于盐下湖相烃源岩；向海一侧超深水区MOHO油田Sendji组原油含硫量高，密度相对较高，Pr/Ph、C26/C25三环萜烷比值和C31/C30藿烷比值较低，具有海相原油的特征，可能来源于Likouala组上部海相烃源岩。

下刚果盆地海域油气分布复杂，但整体上具有一定的规律，即湖相原油主要分布在近陆一侧的浅水和部分深水区，而海相原油主要分布在向海一侧的深水及超深水区，中间过渡带为来源于盐下湖相烃源岩和盐上海相烃源岩的混合原油。

在研究工作和资料收集过程中，中海油研究总院海外评价中心给予了大力支持，中国石油大学(北京)地球科学学院罗情勇副教授对本文提出了宝贵的修改意见，特此致谢！

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Geochemical characteristics, origin and distribution of crude oil of the Sendji Formation in deepwater area of the northwest Lower Congo Basin

CAO Jun1, LIU Chenglin1,2, ZHONG Ningning2, DENG Nantao3

1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China 2. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;3. Research Institute of Shanxi Yanchang Petroleum (Group) Co. Ltd., Xi’an 710075, China

According to the characteristics, origin, source and distribution, the crude oil of the Albian Sendji Formation of deepwater area in the northwest Lower Congo Basin is generally light crude oil based on the study of the physical parameters, stable carbon isotope and biomarker compounds of 15 crude oil samples from 7 wells in the area. It reveals that the crude oil of the Sendji Formation in the 3 oilfields on the landward is characterized by lacustrine crude oil, which is derived from the lacustrine hydrocarbon source rock of the subsalt lake. However, the crude oil from the Sendji Formation of the MOHO oilfield in the ultra deepwater area on the seaward area, shows characteristics of marine crude oil, possibly resulted from the marine source rocks of Likouala Formation. Generally, lacustrine oil is mainly distributed in the landward side of the shallow water and part of the deep water area, marine crude oil is mainly distributed in seaward side of deepwater and ultra deepwater, and the mixed oil with lacustrine and marine facies is in the middle transitional zone.

Lower Congo Basin; deepwater area; Sendji Formation; crude oil; origin

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.04.05

1671-9727(2017)04-0425-10

2016-05-05。

国家重大科技专项(2011ZX05030-001)。

曹军(1983-)，男，博士，助理研究员，主要研究方向为油气地球化学, E-mail:277847115@qq.com。

钟宁宁(1960-)，男，教授，博士生导师, 研究方向：地球化学， E-mail:nnzhongxp@cup.edu.com。

TE122.11

A