歧口凹陷古近系原油地球化学特征及油源分析

孙 肖,魏真真,王丙贤,王厉强,杨 静

(1.中国石油大学胜利学院油气工程学院，东营 257000；2.中石化石油工程设计有限公司，东营 257000；3.中国石油大港油田分公司采油工艺研究院，天津 300280)

1 区域地质背景

图1 歧口凹陷区域构造位置与原油试样分布Fig.1 Regional tectonic location and distribution of crude oil samples in Qikou Sag

2 试样与试验

试验采用Varian CP3800气相色谱仪完成。试验过程中，设定初始温度30 ℃，恒温时长18 min，然后分别以1.5、2.5、4 ℃/min的速率升温至70、130、250 ℃，最终恒温时长18 min。原油试样数量大、分布广，且试样分析、测试条件一致，保证了试验结果的准确性。

3 古近系原油地球化学特征

原油地球化学特征分析是油源对比确认油气来源的基础[10-12]。对岐口凹陷典型试样进行质量色谱分析，对不同层段原油类异戊二烯烷烃、甾萜烷类生物标志物等地球化学特征进行系统分析，为后续原油类型划分及油源对比提供了重要依据。

3.1 类异戊二烯烷烃特征

类异戊二烯烷烃分布特征可较好地反映出有机质沉积环境，作为推断油源的依据[13-15]。东三段类异戊二烯烷烃的分布特征总体相似，大多数原油试样以姥鲛烷略占优势，Pr/Ph为1.0～2.5，伽马蜡烷含量较低，伽马蜡烷异常指数大多小于1.0[图2(a)、图2(b)]，表明东三段沉积时水体盐度相对低，属淡水-微咸水的弱氧化-弱还原环境。沙河街组类异戊二烯烷烃分布特征差异较大，植烷、姥鲛烷呈现不同优势。其中，沙一中段为姥鲛烷与植烷均势或姥鲛烷占优势，Pr/Ph为0.88～2.01，且试样中伽马蜡烷含量很低，伽马蜡烷异常指数均小于1[图2(a)、图2(b)]，其分布范围与东三段极为相似，表明二者在母质输入与沉积环境上的一致性。沙一下段与沙一中段差异较大，有相当部分试样呈现明显的植烷优势，Pr/Ph为0.2～0.9，且伽马蜡烷含量高，伽马蜡烷异常指数均大于2，另有部分原油试样呈现姥鲛与植烷均势或姥鲛烷略占优势，Pr/Ph为1.0～1.54，略低于沙一中段，且伽马蜡烷含量与沙一中段类似或略高[图2(a)、图2(b)]，反映沙一下段沉积环境变化相对较大，既有盐湖或者咸水强还原沉积环境，又微咸水还原或者弱还原沉积环境。沙三段类异戊二烯烷烃的分布特征与沙一下段类似，既有植烷优势，也有姥鲛烷优势，Pr/Ph为0.5～1.7，伽马蜡烷异常指数为 0.15～2.8[图2(a)、图2(b)]，同样反映出沉积环境的复杂多变。

图2 岐口凹陷原油代表性地化参数相关图Fig.2 Relationship diagram of representative geochemical parameters of crude oil in Qikou Sag

3.2 甾萜烷类生物标志物特征

歧口凹陷各层段中甾萜烷类生物标志化合物特征存在一定差异，为研究区原油类型划分和油源对比提供了依据。

C19/C23三环萜烷比值为0.09～0.55，C20/C21三环萜烷比值为0.42～0.82[图2(c)]，与沙三段相似，而与沙一中亚段和东三段显著不同。此外， 4α-甲基C29甾烷含量与4α-甲基C30甾烷含量相近[图2(d)]、氯仿沥青“A”碳同位素值较大[图2(e)]也是将沙一下亚段与其他层段有效区分的参考指标。图2(f)为伽马蜡烷异常指数与三环萜烷/藿烷相关图。

沙一下亚段甾萜烷类生物标志化合物组成最具特色，以三环萜烷含量较高，伽玛蜡烷含量较高和Pr/Ph较小为特征。与沙一中亚段相比，沙一下亚段萜烷的分布中三环萜烷的相对含量明显有所增高(图3)，三环萜烷/C30藿烷可达0.18～0.70，且与成熟度无关，反映出沙一下亚段与沙一中亚段在母质与沉积环境上的差异。

沙三段与沙一中亚段的甾萜烷类生物标志化合物总体特征无显著差异，但对比规则甾烷组成特征可发现，沙一中亚段C28甾烷含量比沙三段总体偏高(图3)。萜烷类组成中，沙一中亚段三环萜烷含量极低，m/z 191质量色谱图中几乎无显示，极少试样∑三环萜烷/αβC30藿烷会超过0.1，而沙三段中该比值总体较低但一般均超过0.1。∑三环萜烷/αβC30藿烷与伽马蜡烷异常指数的相关图中可将二者区别开来[图2(f)]。此外，相同成熟条件下，沙一中亚段的重排甾烷含量略大于沙三段(图3)；氯仿沥青“A”碳同位素组成中，沙一中亚段碳同位素值一般小于沙三段[图2(e)]。综合上述多种参数特征，可将沙一中亚段和沙三段有效区分开来。

东三段与沙一中亚段甾萜烷类生物标志物分布总体特征极为相似，未找到有效参数区分，仅在氯仿沥青“A”碳同位素与姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)相关图[图2(e)]中，东三段和沙一中亚段烃源岩分布区域存在差异[图2(e)]。

图3 歧口凹陷古近系甾萜烷类生标质量色谱图Fig.3 Quality chromatography of Paleogene steroterpenoids in Qikou Sag

4 原油类型划分

依据类异戊二烯烷烃、甾萜烷类生物标志物等地球化学特征，可将歧口凹陷不同层段原油有效区分。但区内古近系形成环境与有机母质来源的相似性，为油源对比带来一定困难。同时，研究区为典型陆相断陷盆地，纵、横向交叉的立体式油气运移方式[16-19]，导致不同来源石油的充注混合，也进一步增加了油源对比难度。因此，综合考虑反映生油母质与沉积环境的多种地球化学参数，采用Q型聚类分析方法进行原油类型划分。

Q型聚类分析法是一种多元统计方法，其基本原理为以试样间变量的相似程度为依据对试样聚合分类，直至将所有试样聚合完毕，并用系统直观的谱系图表示[20-23]。Q型聚类分析法最大限度地利用了生物标志化合物的所有成因信息，有效规避了单一参数对比的局限性。以歧口凹陷102个试样为研究样本，选取18个甾萜烷参数作为分析变量，采用SPSS统计软件，以相似系数0.85为标准，分别在北大港地区、歧南歧北地区、歧口南坡地区进行聚类分析，得出各区聚类谱系图(图4)，各分区原油类型划分、命名及主要参数特征如表1所示。

Q型聚类分析：不进行预处理，相似系数，远邻连接；D1、D2、D3、D4、D5、Q1、Q2、Q3、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5表示原油类型；Es表示沙河街组；Ed表示东营组；Ng表示馆陶组；Nm表示明化镇组图4 歧口凹陷各分区原油分类聚类谱系图Fig.4 Clustering spectrum of crude oil’s classification in different regions of Qikou Sag

表1 歧口凹陷聚类分析结果与主要参数特征

续表1

聚类分析区域原油类型划分主要参数特征分析变量歧南歧北地区Q1伽马蜡烷异常指数高,奥利烷含量较高,三环萜烷含量中等到较高,升藿烷含量中等Q2伽马蜡烷异常指数低,奥利烷含量较低,三环萜烷含量较低到中等,升藿烷含量较高Q3伽马蜡烷异常指数极高,奥利烷含量高,三环萜烷含量低,升藿烷含量低,成熟度参数显示低成熟歧口南坡地区Z1伽马蜡烷异常指数高,奥利烷含量中等,三环萜烷含量较低,升藿烷含量低,成熟度参数显示低成熟Z2伽马蜡烷异常指数较高,奥利烷含量中等,三环萜烷含量较低到中等,升藿烷含量低到中等Z3伽马蜡烷异常指数低到较高,奥利烷含量低到中等,三环萜烷含量较低,升藿烷含量较高Z4伽马蜡烷异常指数较高,奥利烷含量较低,三环萜烷含量高,升藿烷含量低Z5伽马蜡烷异常指数低到较高,奥利烷含量高、三环萜烷含量高,升藿烷含量高,成熟度参数显示高成熟度三环萜烷/C30霍烷、伽马蜡烷异常指数、C19/C23三环萜烷、C20/C21三环萜烷、C29Ts/C29降藿烷、C29Ts/(Ts+Tm)、C31S/(R+S)、升藿烷/C30藿烷、C27重排甾烷/C27规则甾烷、C29甾烷C20S/(C20S+C20R)、C27甾烷/C29甾烷、C28甾烷/C29甾烷、Pr/Ph、碳同位素(其中,Ts为三降新霍烷;Tm为三降霍烷;S为逆时针异构体;R为顺时针异构体)

为综合得出歧口全区原油类型划分，在前述分区聚类分析基础上抽取各区试样典型代表，综合聚类分析后将歧口凹陷全区划分为D1-Q1-Z2、D4-Z3、D5-Q3-Z1、Q2、D2、D3、Z4、Z5共8种代表性原油类型，典型饱和烃质量色谱图可清晰显示出不同原油类型的生物标志化合物特征(图5)。

图5 歧口凹陷各类原油典型饱和烃质量色谱图Fig.5 Typical saturated hydrocarbon quality chromatogram of crude oils in Qikou Sag

5 油源对比分析

在原油类型划分基础上，笔者结合研究区烃源岩的地球化学特征对各类单原油和混源油的可能来源进行识别与分析。

5.1 D1-Q1-Z2类原油

D1-Q1-Z2类原油具有伽马蜡烷异常指数高、奥利烷含量中等到较高、三环萜烷含量中等到较高和升藿烷含量低到中等的典型特点。碳同位素与Pr/Ph相关图[图6(a)]和三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图7(a)]均显示其与沙一下亚段、沙三段具有明显的相关性，且饱和烃生物标志化合物质量色谱图与沙一下亚段对比良好(图5)，尤其伽马蜡烷含量高，伽马蜡烷异常指数均大于1，三环萜烷含量较高。以上特征均可指示D1-Q1-Z2类原油以沙一下亚段为主要来源或唯一来源。此类原油在空间分布广泛。

图6 歧口凹陷各类原油Pr/Ph与碳同位素油源对比Fig.6 Oil sources comparison of various crude oils’ Pr/Ph and carbon isotope in Qikou Sag

5.2 D4-Z3类原油

D4-Z3类原油具有伽马蜡烷异常指数低到较高、奥利烷含量低到中等、三环萜烷含量较低和升藿烷含量中等到较高的典型特征。碳同位素与Pr/Ph相关图[图6(b)]和三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图7(b)]均显示其具有混源油特征，既与沙一中亚段烃源岩具有相似性，也与沙一下亚段、沙三段烃源岩具有相似性。其中，唐家河地区、张巨河地区的原油与沙一中亚段、东三段烃源岩分布区域接近，且饱和烃生物标志化合物质量色谱图与沙一中亚段、东三段烃源岩具有可比性，尤其与沙一中亚段烃源岩对比良好(图5)，此类原油以沙一中亚段为主要来源或唯一来源。此类原油分布局限，仅在唐家河地区和张巨河地区的构造低部位有所分布，不超出沙一中亚段至东三段的有效烃源岩分布范围。除此之外的D4-Z3类原油显示混源的特性，从伽马蜡烷异常指数变化范围特征来看，既有沙一中东三段与沙一下亚段的混合，也有沙一中亚段—东三段与沙三段的混合，或者三源混合。

5.3 D5-Q3-Z1类原油

D5-Q3-Z1类原油数量较少，仅包括庄1069井沙一下亚段、张海16井沙一下亚段、红18-41井沙三段原油。其具有伽马蜡烷异常指数极高、Pr/Ph小、三环萜烷含量低和升藿烷含量低的特征。伽马蜡烷异常指数、Pr/Ph特征及三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图7(c)]均指示此类原油与沙一下亚段烃源岩关系最为密切，尤以来源于沙一下亚段的原油样品与沙一下亚段浅层烃源岩的甾萜烷构成最具可比性。因此，此类原油主要来源于沙一下亚段烃源岩。

5.4 D2类原油

D2类原油具有伽马蜡烷异常指数变化较大、 Pr/Ph变化较大、奥利烷含量低到中等、三环萜烷含量较低、升藿烷含量较高的典型特征。碳同位素与Pr/Ph相关图[图6(c)]和三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图7(d)]均显示其与沙一下亚段、沙三段具有明显相似性，为沙一下亚段与沙三段的混合油，在北大港地区分布广泛。

5.5 D3类原油

D3类原油具有伽马蜡烷异常指数总体较小、Pr/Ph多大于1、奥利烷含量中等到较高、三环萜烷含量低和升藿烷含量高，且含有一定量甲藻甾烷的典型特征。碳同位素与Pr/Ph相关图[图6(c)]和三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图7(d)]显示其处于沙一下亚段、沙三段、沙一中亚段与东三段的过渡区域，指示此类原油为多源混合型原油。D3类原油在北大港地区分布最为广泛。

5.6 Q2类原油

Q2类原油在歧南歧北地区广泛分布，依据地球化学特征的细微差异，可将其进一步划分为两类。其中，以馆陶组岐133-1井、歧132井原油为代表，具有伽马蜡烷异常指数很低、奥利烷含量较低、三环萜烷含量很低、升藿烷含量较高、甲藻甾烷含量较低的典型特征。碳同位素与Pr/Ph相关图[图6(c)]和三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图7(d)]显示其处于沙一中亚段和东三段烃源岩分布区，指示此类原油主要来源于沙一中亚段或东三段。而以沙三段岐南3井、岐北3井、岐北12井和岐124井原油为代表，尽管其伽马蜡烷异常指数同样很低，但具有奥利烷含量中等、升藿烷含量较高，并含有一定量三环萜烷的特征。碳同位素与Pr/Ph相关图[图6(c)]和三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图7(d)]显示其处于沙一下亚段和沙三段分布区，且原油饱和烃生物标志化合物质量色谱图与沙三段烃源岩具有较好的可比性(图5)，推断此类原油主要来源于沙三段烃源岩。

5.7 Z4类原油

Z4类原油主要分布在张巨河地区，以张参1井沙二段凝析油为代表。此类原油生物标志物分布特征与张巨河地区其他原油均不同，具有三环萜烷含量高、三环萜烷/五环萜烷比值极高，伽马蜡烷含量明显但不高，甾烷C27>C28>C29，且甲基甾烷和甲藻甾烷含量很低。碳同位素与Pr/Ph相关图[图6(c)]显示其与岐北3井原油非常接近，指示此类凝析油来源于沙一下亚段和沙三段。

5.8 Z5类原油

Z5类原油主要分布在张巨河地区，以张海19井沙二段和沙三段原油为代表，具有伽马蜡烷异常指数低至较高、奥利烷含量高、三环萜烷含量高和升藿烷含量高的典型特征。三环萜烷C19/C23与C20/C21相关图[图6(c)]显示沙二段样品处于沙三段和沙一下亚段烃源岩分布区，沙三段样品处于沙一中亚段和东三段烃源岩分布区，且饱和烃生物标志化合物质量色谱图与沙三段烃源岩具有较好的可比性(图5)，结合其产出层位，综合推断此类原油主要来源于沙三段烃源岩。

6 结论

(1)来自歧口凹陷古近系不同烃源岩层段的原油地球化学特征存在一定差异。综合Pr/Ph、伽马蜡烷异常指数、C19/C23三环萜烷、C19/C23三环萜烷、三环萜烷/萜烷、氯仿沥青“A”碳同位素等地球化学指标可将不同层段原油有效区分。

(2)Q型聚类分析研究表明，歧口凹陷全区可划分为D1-Q1-Z2、D4-Z3、D5-Q3-Z1、Q2、D2、D3、Z4、Z5共8种代表性原油类型。

(3)综合原油地化特征识别、对比、分析油源表明，D1-Q1-Z2类原油来源于沙一下亚段烃源岩，全区广泛分布；D4-Z3类原油在唐家河、张巨河地区来源于沙一中亚段烃源岩，其他地区具有混源特征；D5-Q3-Z1类原油主要来源于沙一下亚段烃源岩；D2类原油为沙一下亚段与沙三段烃源岩的混合来源，D3类原油为多源混合，二者均在北大港地区广泛分布；Q2类原油主要分布在歧南歧北地区，馆陶组原油来源于沙一中亚段与沙三段烃源岩，沙三段原油来源于沙三段烃源岩；Z4类原油主要来源于沙一下亚段与沙三段烃源岩，Z5类原油来源于沙三段烃源岩，二者均分布于张巨河地区。