渤中凹陷西次洼陡坡带精细油源对比

齐玉民，郝鹏，王渝，佟朝晖，李志勇，王岩岩

（中海油能源发展工程技术分公司中海油实验中心，天津 300452）

0 引言

位于渤海海域渤中凹陷的石南陡坡带一直是渤中凹陷一个重要的、具有极大勘探价值的构造带，是石臼坨凸起亿吨级大油田油气运移的必经之路，成藏位置十分有利，勘探潜力巨大［1-2］。近年来，渤中凹陷西次洼陡坡带油气勘探取得重大突破，新近系、古近系都获得了不同程度的油气发现，揭示了该区复式油气成藏的特点。

为了实现陡坡带油气的进一步挖潜，油源分析成为油气勘探过程中亟待解决的重点工作内容之一。前人对渤中凹陷西次洼邻近的南堡35-2油田的油气地球化学特征和来源［3］及渤中西次洼的层序地层［4］、成藏主控因素等［5-6］进行了研究，也取得了一定的认识，但是对渤中凹陷西次洼烃源岩地球化学特征缺乏系统分析。尤其对于多套烃源岩导致的多源混源成藏，精细油源对比是十分必要的工作，必须依据多种地球化学数据，采用综合分析手段，明确主力烃源岩，得出鉴别各套烃源岩的组合参数，才能准确判断源岩和油之间的成因联系［7-13］。本文利用多种地球化学资料，重点讨论了烃源岩的地球化学特征，从有机质来源和沉积环境角度总结出生物标志化合物鉴定标志，分层次综合研究石油与洼陷内发育的多套烃源岩的联系，以期对渤中西次洼陡坡带的油气运聚成藏研究和进一步的勘探提供基础认识。

1 地质背景

渤中凹陷是渤海海域面积最大的二级构造单元，位于渤海海域西南部，面积约1.2×104km2，是渤海湾盆地古近纪和新近纪的沉积和沉降中心，也是最富烃凹陷之一［14］。渤中西次洼位于渤中凹陷的西北部，为一个次级单元，面积约2 000 km2，其北与石臼坨凸起南部断层相连，西南紧邻沙垒田凸起，东部为渤中凹陷主洼，主要沉积地层包括古近系沙河街组（Es）、东营组（E3d）和新近系馆陶组（N1g）、明化镇组（N1m），烃源岩主要发育在沙三段、沙一段、东三段和东二下亚段［6］。渤中西次洼北部陡坡带发育长期活动断裂沟通油源，油气运移通畅，目前在古近系东三段、东二段和新近系馆陶组、明下段均获得了较好油气发现。

2 烃源岩地球化学特征

2.1 烃源岩基本特征

据统计，渤中凹陷西次洼沙三段烃源岩有机质丰度相对较高，总体为优质烃源岩。其总有机碳质量分数为0.75%～4.29%，平均为1.99%；生烃潜量为1.08～24.34 mg/g，平均为6.16 mg/g；干酪根以Ⅱ2型为主，镜质体反射率（Ro）基本大于0.7%，整体处于成熟演化阶段。沙一段烃源岩达到了一般—好级别。其总有机碳质量分数为0.46%～2.80%，平均为1.16%；生烃潜量为1.94～18.76 mg/g，平均为5.95 mg/g；干酪根以Ⅱ型和Ⅰ型为主，钻遇样品Ro大部分大于0.7%，显示为成熟阶段。东三段烃源岩从一般到很好级别均有分布。其总有机碳质量分数为0.46%～3.02%，平均为1.84%；生烃潜量为1.44～20.88 mg/g，平均为9.9 mg/g；Ⅱ1和Ⅰ型干酪根占多数，有机质处于低熟—成熟阶段。东二下亚段样品有机质丰度最低，差和一般烃源岩占绝大多数。其总有机碳质量分数为0.27%～1.90%，平均为0.91%；生烃潜量为0.53～1.17 mg/g，平均为3.40 mg/g；干酪根属Ⅱ型，总体处于未熟—低熟油生成阶段（见图1）。结合有效烃源岩分布范围以及生烃基本条件，沙三段、沙一段以及东三段是渤中凹陷西次洼最主要烃源岩发育层位。

图1 渤中凹陷西次洼烃源岩评价

2.2 生物标志化合物组合特征

烃源岩的生物标志物组合受沉积环境、母源有机质类型和有机质热演化程度等多方面因素的影响［15］。前人研究表明，渤中凹陷沙河街组和东营组烃源岩均形成于古近纪裂陷期的陆相湖盆环境［16］，致使东营组和沙河街组各套烃源岩的生物标志物分布特征具有一定的相似性，但沉积环境和有机质母源的差异，使得它们在生物标志物组合特征上又有所不同。

沙三段和沙一段烃源岩正构烷烃分布绝大多数为前峰型，主峰碳均在C22以下（见表1），奇偶优势指数（OEP）接近1.00，表明母质来源以低等水生生物为主；东三段部分层位奇偶优势明显（OEP＞1.20），并且存在高碳数（C27以上）的正构烷烃分布，主要反映了陆源有机质的输入。沙三段姥鲛烷植烷丰度比 （Pr/Ph）为0.91～1.55，表明为弱还原—弱氧化的沉积环境；沙一段泥岩Pr/Ph为0.52～0.81，具有明显的植烷优势，代表了强还原环境，该时期湖泊类型可能为半咸水—咸水湖泊；东三段 Pr/Ph为 0.53～3.05，部分样品大于 3.00，具有明显的姥鲛烷优势，可能代表一定氧化条件下陆源有机质的输入，结合其具有较高的总有机碳质量分数和较好的有机质类型（见图1），推测东三段以滨浅湖—中深湖淡水湖相沉积为主。

表1 渤中凹陷西次洼烃源岩地化参数统计

渤中西次洼烃源岩样品中萜烷系列化合物中的藿烷系列、三环萜烷和非藿烷的五环三萜烷广泛存在（见图2）。3套烃源岩中三环萜烷化合物的丰度存在明显差异，其中 C24/C26（S+R）（C24四环萜与 C26（S+R）三环萜丰度比）能够反映沉积时期陆源有机质的输入［17］。沙三段该值中等，表明陆源有机质输入有限；沙一段有所下降，平均值仅为0.42，表明该时期陆源输入很少，有机质来源主要为低等水生生物；东三段该值上升，平均值达到了2.75，表明陆源有机质输入高，这与正构烷烃反映的结果是一致的。值得一提的是，全区的烃源岩样品中奥利烷/C30藿烷指数大多在0.10以下，但是东三段奥利烷丰度在3套烃源岩中相对最高，再次表明东三段陆源生物标志化合物发育，C24/C26（S+R）可以作为区分各套烃源岩的可靠指标。

东三段和沙三段γ蜡烷异常指数均小于1.00，沙一段3个泥岩样品的γ蜡烷异常指数都在1.20以上（见图2），表明沙一段烃源岩沉积时期，耐盐生物繁盛，γ蜡烷丰富，该时期为具有水体分层的强还原咸水湖环境，与低的Pr/Ph相符。

沙一段和沙三段规则甾烷系列化合物中，ααα 20R-C27，C28，C29甾烷均呈“V”字型或“L”型分布，即C27＞C28，C28＜C29，都略具 C27优势，不存在明显差异，东三段烃源岩具有 C29优势（见图 2）。 C29S/（R+S）（（ααα+αββ）C2920S/20（R+S）甾烷丰度比）反映成熟度总体上较低，其中沙三段和沙一段段烃源岩达到了成熟，东三段为低熟阶段。C30-4-甲基甾烷的丰度在不同层系烃源岩中存在较明显的差异，可以作为区分不同层系烃源岩的又一标志。沙一段和东三段4MSI（C30-4-甲基甾烷与C29甾烷丰度比）都不到1.00，在沙三段4MSI的平均值高达1.42，这与当时的低水动力的湖盆发育环境密不可分，水体稳定且形成分层，水体底部形成的缺氧环境适宜沟鞭藻等藻类的发育［18-19］（见表1）。

综合考虑渤中凹陷西次洼烃源岩的沉积环境、有机质类型及成熟度等因素，选择 C24/C26（S+R）、C29S/（R+S）、γ蜡烷异常指数及4MSI等4个参数来有效表征不同层段烃源岩的特征，它们是研究区油源对比的可靠参数。其中：沙三段C24/C26（S+R）值中等，γ蜡烷异常指数呈低值，而 C29S/（R+S），4MSI呈高值；沙一段 γ 蜡烷异常指数呈高值，C24/C26（S+R）和4MSI呈低值，C29S/（R+S） 值中等； 东三段C29S/（R+S）、γ 蜡烷异常指数、4MSI等 3个参数呈低值，而C24/C26（S+R）呈高值（见表1、图 2）。

图2 渤中凹陷西次洼烃源岩与陡坡带原油饱和烃质量色谱

3 原油地球化学特征及类型划分

本次研究对采集的12个原油样品进行了详细的有机地球化学分析，含油层位主要是新近系明化镇组、馆陶组以及古近系沙河街组，样品在东区和西区均有分布。物性数据显示，原油主要为中、轻质油，含蜡量高，含硫量低，浅层油样遭受了一定程度的生物降解作用，密度和黏度较深层原油样品高（见表2）。

通过计算C29-25-降藿烷与C30藿烷丰度比发现，其比值均在0.09以下，表明研究区整体受原油生物降解作用的程度较低，所以，在进行油源对比、成熟度参数运用时，生物降解作用的影响可以不计。为了增加油源对比的可信度，笔者首先依据原油的地球化学特征将样品进行类型划分。

3.1 利用原油及族组分碳同位素划分原油类型

原油的同位素组成取决于母源有机质类型、生成环境和成熟度，不同来源的石油往往在稳定碳同位素组成上有较大的差异，可以应用于油油对比［8］。研究区不同原油样品的碳同位素值差异较大，在原油δ13C和饱和烃δ13C图中，东区4号东三段样品明显不同于其他样品，原油δ13C和饱和烃δ13C值均最高；1号和2号样原油δ13C较高。西区8号和9号样原油δ13C最低，饱和烃δ13C值相对较高。东区新近系的3号样和西区其余6个样品的原油δ13C和饱和烃δ13C值具有相对较低的同位素值，分布在相近的区域，反映它们成因的相似性（见图3）。

表2 原油样品的基本特征

3.2 利用规则甾烷构型及成熟度划分原油类型

陡 坡 带 原 油 C29ββ/（αα +ββ） （ββ-C29甾 烷 与（αα+ββ）-C29甾烷丰度比）为 0.37～0.53，属低熟—成熟油。通过绘制C29S/（R+S）与 C29ββ/（αα+ββ）成熟度参数相关图，可以将研究区12个原油样品划分为3类。其中，东区4号成熟度最高，1号和2号样成熟度次之，其余 9 个样品的 C29ββ/（αα+ββ）在 0.43～0.48（见图 4）。

图3 原油和饱和烃的稳定碳同位素组成

图 4 原油 C29S/（R+S）与 C29ββ/（αα+ββ）相关性

综上分析，研究区原油可以分为4种类型：Ⅰ类原油主要分布于陡坡带东区古近系油层中，为4号样品；Ⅱ类原油也主要分布于东区古近系油层中，包括1，2号样品；Ⅲ类原油成熟度相近，但是碳同位素组成有较大差异，因此，Ⅲ类原油可以细分为2类，Ⅲ1类分布于西区古近系油层中，包括8，9号样品，Ⅲ2类分布于全区新近系油层中，包括 3，5，6，7，10，11，12 号样品。

如图5所示，Ⅰ类原油主要表现为低γ蜡烷、高4-甲基甾烷、 中等 C24四环萜烷和高 C29ββ/（αα+ββ）；Ⅱ类原油以高 γ蜡烷、低 4-甲基甾烷、低 C24四环萜烷和较低的 C29ββ/（αα+ββ）为特征；Ⅲ类原油主要表现为低γ蜡烷、中等4-甲基甾烷、低C24四环萜烷和中等 C29ββ/（αα+ββ）。

图5 渤中凹陷西次洼陡坡带烃源岩与原油生标对比

4 油源对比

研究区12个原油样品与东三段烃源岩生物标志化合物参数相差较大，均呈现低的C24/C26（S+R），东营组烃源岩的贡献不明显（见图5a）。Ⅰ类原油对应沙三型原油，4MSI呈高值，γ蜡烷异常指数呈低值，显示与沙三段烃源岩成因的相关性；Ⅱ类原油具有高的γ蜡烷异常指数和低的4MSI值，与沙一段烃源岩相关性最密切；Ⅲ类原油表现为相对中等的γ蜡烷丰度和C30-4-甲基甾烷丰度，表现出沙一段来源和沙三段来源油的混合，结合原油碳同位素数据以及C30-4-甲基甾烷相对丰度，Ⅲ1类混合原油中沙一段来源油混入的比例可能较高，Ⅲ2类混合原油中沙三段来源油混入的比例可能较高。

渤中凹陷西次洼陡坡带不同饱和烃生物标志化合物油源对比结果表明，研究区东部和西部新近系原油地球化学特征类似，但是古近系原油差异大。东区具有多源多次充注的成藏特征，既存在单源原油也存在混源原油，西区原油很可能由同一套沙河街组烃源岩供烃，烃类沿断层向上运移，经过上下不整合面分别到达新近系和古近系地层成藏，原油地球化学特征在垂向上无明显变化。

5 结论

1）沙三段、沙一段和东三段烃源岩是渤中凹陷西次洼主力烃源岩，沙三段、沙一段和东三段烃源岩是渤中凹陷西次洼主力烃源岩，沙河街组烃源岩形成于弱还原—还原环境，有机质母源以低等水生生物为主，生烃潜力高于东三段，东三段烃源岩具有明显的陆源有机质输入。

2）根据同位素和成熟度特征可以将原油分为3类：Ⅰ类原油具有高的C30-4-甲基甾烷，低的γ蜡烷、中等 C24四环萜烷和高 C29ββ/（αα+ββ）；Ⅱ类原油以高γ蜡烷、低4-甲基甾烷、低C24四环萜烷和较低的C29ββ/（αα+ββ）为特征；Ⅲ类原油主要表现为低 γ 蜡烷、中等4-甲基甾烷、低C24四环萜烷和中等C29ββ/（αα+ββ）。

3）Ⅰ类原油源于沙三段烃源岩；Ⅱ类原油来源于沙一段烃源岩；Ⅲ类原油为沙三段和沙一段混源成藏，陡坡带原油生标特征与东营组烃源岩亲缘关系较远。

4）渤中凹陷西次洼陡坡带东、西部新近系原油地化特征类似，但是古近系原油差异大。西区原油很可能由同一套沙河街组烃源岩供烃，东区具有多源多次充注的成藏特征，既存在单源原油也存在混源原油。

［1］徐长贵，周心怀，杨波，等.渤中凹陷石南陡坡带构造-岩性复合圈闭的形成及分布规律［J］.现代地质，2009，23（5）：887-893.

［2］姚城，张新涛，于海波，等.石臼坨凸起东南斜坡带输导体系与油气运聚模式［J］.断块油气田，2017，24（6）：755-759.

［3］王飞龙.渤海海域南堡35-2油田油源研究［J］.石油天然气学报，2014，36（12）：33-37.

［4］杨波，徐长贵，王丽君，等.渤中凹陷西次洼陡坡带427地区东营组高精度层序地层与岩性圈闭识别研究［J］.长江大学学报（自然科学版），2010，7（2）：37-41.

［5］冯艳红，向芳，王元君，等.渤中凹陷石南斜坡区古近系中深层优质储层形成机理［J］.断块油气田，2012，19（4）：418-422.

［6］徐春强，王德英，张新涛，等.渤中凹陷西斜坡新近系油气成藏主控因素及有利勘探方向［J］.地球科学与环境学报，2016，38（2）：217-225.

［7］王志杰.高青—平方王潜山带原油地化特征及油源分析［J］.断块油气田，2012，19（3）：289-293.

［8］任拥军，邱隆伟，刘魁元.渤海湾盆地车镇凹陷大王北洼陷原油类型及成因分析［J］.石油实验地质，2007，29（5）：495-499.

［9］卢双舫，张敏.油气地球化学［M］.北京：石油工业出版社，2008：115-129.

［10］SEIFERT W K.Steranes and terpanes in kerogen pyrolysis for correlation of oils and source rocks ［J］.Geochimica Et Cosmochimica Acta，1978，42（5）：473-484.

［11］PETERS K E，MOLDOWAN J M.The biomarker guide：interpreting molecule fossils in petroleum and ancient sediments［M］.New Jersey：Prentice Hall，1993：75-83.

［12］史翠娥，杨慧臣，尚刚，等.潍北凹陷原油成因类型分布及油源对比［J］.断块油气田，2013，20（6）：709-712.

［13］宋国奇，刘华，蒋有录，等.沾化凹陷渤南洼陷沙河街组原油成因类型及分布特征［J］.石油实验地质，2014，36（1）：33-38.

［14］朱伟林，米立军，龚再升.渤海海域油气成藏与勘探［M］.北京：科学出版社，2009：142-155.

［15］梅玲，张枝焕，王旭东，等.渤海湾盆地南堡凹陷原油地球化学特征及油源对比［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2008，32（6）：40-46.

［16］邓宏文，王红亮.古地貌对陆相裂谷盆地层序充填特征的控制：以渤中凹隐西斜坡区下第三系为例［J］.石油与天然气地质，2001，22（4）：293-296.

［17］范蕊，李水福，何生，等.涠西南凹陷烃源岩地球化学特征及油源对比［J］.石油实验地质，2014，36（2）：238-244.

［18］王培荣，张大江，宋孚庆，等.区分渤中坳陷三套烃源岩的地球化学参数组合［J］.中国海上油气（工程），2004，16（3）：157-160.

［19］张云献，彭渤莹，刘海燕.东濮凹陷北部地区低成熟原油生物标志物特征［J］.断块油气田，1999，6（2）：14-16，25.