渤海湾盆地辽西凸起北段锦州20油田原油地球化学特征及油源对比

田德瑞，吴 奎，张如才，潘文静，王 鑫

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459)

辽东湾坳陷是渤海湾盆地下辽河坳陷在海域的延伸部分，是一个NE走向的狭长构造带，共划分为“三凹两凸”5个次级构造单元(图1)，自西向东依次为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷，各构造单元呈NE-SW向平行展布[1]。辽东湾坳陷的油气勘探始于20世纪60年代早期[2-4]，截止到目前，共发现三级石油地质储量超过14亿吨，天然气600多亿方。随着勘探程度不断提高，辽西凸起上的大部分构造圈闭均已钻探，下一步的勘探方向需逐渐转向斜坡带和洼陷中心。

图1 渤海湾盆地辽西凸起北段锦州20油田区域位置Fig.1 Regional location of the JZ20 oil field on the northern margin of Liaoxi Uplift,Bohai Bay Basin

近十年的油气勘探证实，辽西凹陷和辽中凹陷是2个富生烃凹陷。锦州20油田位于辽西凸起北倾末端，紧邻两大富烃凹陷，具有双洼供烃的优势。前人曾对辽东湾地区发育的烃源岩和主要油田的油源进行了大量分析[5-6]，但针对锦州20油田原油的地球化学特征的研究较少，且针对该油田的油源问题缺乏系统的研究，极大地制约着该区下一步的油气勘探进程。本文通过对锦州20油田已钻五口探井的原油地球化学特征分析，结合辽西凹陷和辽中凹陷沙河街组和东营组烃源岩的有机地球化学特征，分析了锦州20油田原油母质的形成环境和成熟度，进行油源对比，以期为辽西凸起北段及围区斜坡带的油气勘探提供参考。

1 区域地质背景

锦州20油田位于渤海湾盆地辽东湾坳陷辽西凸起北倾末端，是一个复杂的断块型圈闭，构造整体呈NE-SW走向。目前，锦州20油田已钻探五口探井，主要钻遇了古近系、新近系和第四系。古近系自下而上主要包括沙河街组三段、沙河街组二段、沙河街组一段、东营组三段、东营组二段下亚段、东营组二段上亚段和东营组一段。沙河街组三段主要为浅湖—半深湖相泥岩沉积，是辽东湾地区的主力烃源岩。沙河街组二段主要为扇三角洲相和湖相交互沉积，主要为砂岩夹泥岩和生屑灰岩，是主要的储集层。沙河街组一段以浅湖相泥岩沉积为主，是该区发育的一套非常重要的烃源岩。东营组三段主要为浅湖—半深湖相泥岩沉积，也是本区的一套重要烃源岩[7]。现今，锦州20油田的原油主要分布在古近系沙河街组二段中，此外在东营组二段下亚段也有少量分布。本区东营组发育大套湖相超压泥岩，分布广且厚度大，为油气的保存提供了较好的区域盖层。

2 原油地球化学特征

2.1 原油物性

锦州20油田的原油主要储层是沙河街组二段(以下简称沙二段)，其中JZ20-3a井在东营组二段下亚段(以下简称东二下亚段)中也有少量原油分布。分析显示，原油密度为0.75～0.85 g/cm3、黏度为0.77～6.76 mPa·s，为轻质油；原油含硫量为0.01%～0.06%，为低硫原油。

2.2 原油族组分

原油的族组成与母质成因具有相关性[8-9]，不同类型烃源岩生成的原油具有不同的族组成。锦州20油田沙二段(Es2)原油具有饱和烃含量相对较高、非烃和沥青质的含量较低的特征(表1)。其中，JZ20-2a、JZ20-3a和JZ20-4a三口井饱和烃含量均大于70.0%，非烃和沥青质含量约为5.5%～11.97%；JZ20-1a饱和烃含量略低，为59.29%，芳烃含量19.76%，非烃和沥青质含量为18.81%。由原油族组成特征分析认为，沙二段原油具有相似的母质来源。

表1 辽西凸起锦州20油田原油族组分数据Table 1 Group composition data of crude oil in JZ20 oil field, Liaoxi Uplift

2.3 原油生物标志化合物

2.3.1 链烷烃

根据锦州20油田原油中类异戊二烯烷烃之间的相对丰度分析显示，姥鲛烷略占优势，植烷含量相对较低。姥鲛烷/植烷值(Pr/Ph)是判断有机质来源和沉积环境最常用的参数之一[10-14]，可应用于油源对比研究。前人通过对渤海海域的研究认为低Pr/Ph(小于1)指示缺氧环境，通常为高盐度或者碳酸盐岩沉积环境；高Pr/Ph(大于3)指示有陆源有机质输入的富氧环境，Pr/Ph介于1和3之间指示低氧环境[15-17]。锦州20油田原油Pr/Ph值介于1.0～1.5之间(表2)，姥鲛烷和植烷的分布差异较小，以姥鲛烷略占优势为特征，指示生油母质形成于还原—弱还原的低氧沉积环境。原油中的Pr/nC17值和Ph/nC18值常用来研究生烃母质类型、烃源岩沉积环境和原油成熟度[18-20]。Pr/nC17与Ph/nC18交会图也反映出锦州20油田的原油母质来源相似，均为混合型(图2)。

锦州20油田原油的饱和烃色谱特征差异较小，均呈单峰正态分布，峰型完整，以C17-C23为主峰，说明有机质母质类型以低等水生生物为主，且原油未遭受明显生物降解。正构烷烃奇偶优势不明显，CPI值在1.10～1.14，OEP值在1.08～1.09(表2)。

2.3.2 萜烷类化合物

锦州20油田沙二段原油伽马蜡烷指数均较高，分布于0.32～0.46，而东二下亚段(Ed2下)原油伽马蜡烷指数仅为0.11(表3)，说明形成沙二段和东二下亚段原油的有机质沉积环境不同。大量的伽马蜡烷常常指示烃源岩沉积时分层水体的存在[21]，一般为高盐度分层水体的表征[15,22-26]。伽马蜡烷指数的差异反映了生成沙二段原油的烃源岩形成于半咸水—咸水环境，而东二下亚段原油的烃源岩为淡水环境。此外，根据前人对辽东湾地区烃源岩的研究[5]，长链三环萜烷比值(ETR)在湖泊沉积环境中可以作为反映沉积介质条件的有效指标。沙二段原油ETR分布于0.37～0.55，平均为0.48，东二下亚段原油ETR较低(0.25)，反映沙二段原油的生烃母质为半咸水—咸水环境；而东二下原油的生烃母质为淡水环境，这与伽马蜡烷指数所反映的烃源岩水体环境是一致的。

图2 辽西凸起锦州20油田原油中Pr/nC17和Ph/nC18值相关图

沙二段原油的Ts/Tm分布于1.24～1.72，平均为1.51，东二下亚段原油Ts/Tm为1.0(表3)，说明沙二段原油成熟度略高。沙二段原油C19/C23三环萜烷(C19TT/C23TT)和C24四环萜烷/C26三环萜烷(C24Tet/C26TT)含量总体较低，分别为0.09～0.20和0.35～0.45，而东二下亚段原油C19TT/C23TT和C24Tet/C26TT含量较高，分别为0.30和2.81(表3)，说明东二下亚段原油的生烃母质具有相对较多的陆源有机质的贡献，两者可能具有不同的物质来源。

2.3.3 甾烷类化合物

前人研究证实，甾烷异构化参数可以用来反映原油的成熟度[22,27-30]。黄第藩等[31]研究认为，C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(αα+ββ)在0.25以下为未熟油，0.25～0.4为低熟油，大于0.4为成熟油。

表2 辽西凸起锦州20油田原油全烃气相色谱数据Table 2 Gas chromatography data of crude oil in JZ20 oil field, Liaoxi Uplift

表3 辽西凸起锦州20油田原油及辽东湾地区不同层位烃源岩地球化学参数Table 3 Geochemical parameters of crude oil in JZ20 oil field in Liaoxi Uplift and source rocks in different layers in the Liaodong Bay area

注：TT.三环萜烷；Tet.四环萜烷；Ga/C30H.伽马蜡烷/αβC30霍烷；4-MSI.4-甲基甾烷/C29甾烷；ETR.长链三环萜烷比值。

锦州20油田原油C2920S/(20S+20R)为0.26～0.36，C29ββ/(αα+ββ)为0.35～0.39，均属于低成熟原油(图3)，且东二下亚段原油成熟度低于沙二段原油(表3)。

沙二段和东二下亚段原油规则甾烷差异不大，总体上以C27占优势为特征，C28和C29含量相对较少，其形态呈L形或不对称V形分布，说明有机质母源以浮游植物为主，同时存在高等植物的贡献[32-33](表3，图4)。

根据前人对渤海湾盆地的研究，4-甲基甾烷与渤海藻和副渤海藻等沟鞭藻类的勃发有关[12]。锦州20油田原油均含有一定数量的4-甲基甾烷，沙二段原油的4-甲基甾烷指数(0.23～0.39)略高于东二下亚段原油(0.20)，反映沙二段原油的原始沉积母质具有相对较多的沟鞭藻类的贡献(表3)。

图3 辽西凸起锦州20油田原油中C29 20S/(20S+20R)甾烷与C29ββ/(αα+ββ) 甾烷值相关图Fig.3 Correlation of C29 20S/(20S+20R) vs. C29ββ/(αα+ββ) ratios of crude oil in JZ20 oil field, Liaoxi Uplift

黄第藩等[31,34]曾利用C29甾烷研究油气运移现象，由于异胆甾烷(C29ββR)的运移能力高于正常胆甾烷(C29ααR)，故随着运移效应的增加，C29ββR/ααR比值会显著增加。研究区锦州20油田原油的C29ααS/R和C29ββR/ααR分别为0.35～0.57和0.46～0.60(表3)，还远远未达到异构化的终点(图5)，没有表现出明显的运移效应，推测锦州20油田原油应该来源于围区附近烃源岩的贡献。

3 油源分析

3.1 烃源岩地球化学特征

根据前人对辽东湾地区已发现油气田的油气来源分析表明，辽西凹陷主要发育沙三段和沙一段2套烃源岩，辽中凹陷发育沙三段、沙一段和东三段3套烃源岩[5-6,35-36]。

辽东湾地区3套烃源岩的有机质丰度(TOC)、生烃潜力(S1+S2)和氢指数(IH)差异较大，体现了烃源岩时空分布具有较强的非均质性[37-38]。通过对辽东湾地区1 000多个烃源岩样品热解分析结果的统计可知(表4)，沙三段TOC平均为1.79%，最大可达8.88%，生烃潜力平均为8.52 mg/g；沙一段TOC平均为1.85%，最大可达5.62%，生烃潜力平均为9.90 mg/g；东三段TOC平均为1.53%，最大可达4.74%，生烃潜力平均为5.84 mg/g。沙三段和沙一段以好烃源岩为主，有机碳含量整体较高；东三段以中等—好烃源岩为主，有机碳含量较沙三段和沙一段略低(图6)。

图4 辽西凸起锦州20油田原油m/z191，m/z217和m/z245质量色谱特征Fig.4 Mass chromatogram of m/z191, m/z217 and m/z245 of crude oil in JZ20 oil field, Liaoxi Uplift

图5 辽西凸起锦州20油田原油中C29ααS/R甾烷与C29ββR/ααR甾烷值相关图Fig.5 Correlation of C29ααS/R vs. C29ββR/ααR ratios of crude oil in JZ20 oil field, Liaoxi Uplift

已有研究表明[6,39]，辽东湾地区烃源岩干酪根总体以Ⅱ型为主，其中沙三段主要为Ⅱ型，少量Ⅰ型和Ⅲ型，沙一段以Ⅰ和Ⅱ型为主，东三段以Ⅱ和Ⅲ型为主。

表4 辽东湾地区烃源岩评价数据Table 4 Evaluation of source rocks in the Liaodong Bay area

注：数值分别为测量值范围和平均值，括号内为样本个数。

图6 辽东湾地区烃源岩有机质丰度与生烃潜力的关系Fig.6 Relationship between organic carbon abundance and hydrocarbon potential of source rocks in the Liaodong Bay area

由于烃源岩母质类型和沉积环境的不同，3套烃源岩具有各自不同的生物标志物组合[5,39-40]。沙三段烃源岩总体表现为低—中等Pr/Ph，低—中等C19TT/C23TT和C24Tet/C26TT、低伽马蜡烷指数和高4-甲基甾烷指数，指示陆源有机质输入较少、富沟鞭藻和弱氧化—弱还原的淡水沉积环境(图7a)。沙一段烃源岩总体表现为低Pr/Ph，低C19TT/C23TT和 C24Tet/C26TT，高伽马蜡烷指数和低—中等4-甲基甾烷指数，指示陆源有机质输入较少、低—中等沟鞭藻和还原的咸水沉积环境(图7b)。东三段烃源岩总体表现为低—中等Pr/Ph，中等—高C19TT/C23TT和C24Tet/C26TT，低伽马蜡烷指数和低4-甲基甾烷指数，指示陆源有机质输入较多、贫沟鞭藻和弱氧化—弱还原的淡水沉积环境(图7c)。

3.2 油源对比

根据饱和烃和芳烃色谱质谱分析结果，锦州20油田沙二段原油表现为低C19TT/C23TT、低—中等C24Tet/C26TT、中等伽马蜡烷、中等—高4-甲基甾烷、中等C294-甲基-24-乙基三芳甾烷和中等—高C294,23,24三甲基三芳甾烷(表3，图7)。从原油与烃源岩的生物标志化合物参数对比(图8)中可以看出，沙二段原油与辽西凹陷沙三段和沙一段烃源岩具有很好的相关性，而与辽中凹陷东三段烃源岩对比性较差。东二下亚段原油表现为中等C19TT/C23TT、高C24Tet/C26TT、低伽马蜡烷、低—中等4-甲基甾烷、低C294-甲基-24-乙基三芳甾烷和中等—高C294,23,24三甲基三芳甾烷(表3，图7)，具有辽西凹陷沙三段和辽中凹陷东三段烃源岩混合供烃的特征(图8)。

图7 辽东湾地区不同层位烃源岩m/z191、m/z217和m/z245质量色谱特征Fig.7 Mass chromatogram of m/z191, m/z217 and m/z245 of source rocks in different layers in the Liaodong Bay area

图8 辽西凸起锦州20油田原油与不同层位烃源岩生物标志化合物参数相关图Fig.8 Correlation of biomarker parameter between crude oils in JZ20 oil field and source rocks in different layers in the Liaoxi Uplift

4 结论

(1)锦州20油田原油属于低硫、轻质低成熟原油，未遭受明显生物降解。

(2)生成原油的烃源岩主要形成于还原—弱还原条件下的微咸水—咸水环境，沙河街组原油母质陆源有机质输入较少，东营组原油母质陆源有机质输入较多。

(3)锦州20油田沙二段原油主要来源于辽西凹陷沙三段和沙一段烃源岩的贡献。东二下亚段原油具有双洼混源的特征，除来源于辽西凹陷沙三段烃源岩外，还有辽中凹陷东三段烃源岩的贡献。

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