辽西低凸起JZ25-1S太古界潜山原油地球化学特征及来源分析

赵婷婷，罗小平，吴 飘，3，徐云龙，3，罗 健，孙延旭，3

(1.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 滨海 300450；2.成都理工大学 能源学院，成都 610059；3.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059；4.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)

潜山油气藏勘探最早始于1909年美国的摩罗县古潜山油田，之后多个国家均在潜山中发现了高产油流[1]，证明了潜山油气藏的巨大勘探潜力。由于潜山均经历过多期构造运动的改造，其油气藏表现出类型多样和成藏模式复杂的特点[2-4]，如储集层分布的地质时代跨度大，岩性类型多样，油气藏具有“新生古储”或“自生自储”的特点，油气层在潜山风化壳和内幕均可富集等[5]。目前关于潜山油气藏能否形成规模性富集的研究主要集中在3个主要的问题上，即油源、储层和圈闭问题，本文即是对研究区油源问题的分析和探讨。

近年来渤海湾盆地一大批潜山油气藏获得重大勘探突破[5-11]。辽西低凸起作为渤海辽东湾海域潜山的主要分布区之一，已在JZ20-2太古界变质岩和中生界火山岩潜山、锦州25-1南(JZ25-1S)太古界变质岩潜山、SZ36-1下古生界碳酸盐岩潜山等区域获得油气突破[12-13]。前人研究表明，渤海湾含油气盆地的重要油气富集形式之一就是以潜山储层为主的复式油气聚集[14-16]。由于渤海湾盆地潜山的储层及构造特征与古近系储层及构造特征之间存在差异，相应地，油气成藏差异性也较大，必然导致油气性质的差异。前人曾对辽西低凸起已发现油气田的成藏模式及机理进行了大量研究，但针对JZ25-1S油气田原油的地球化学特征的研究较少，且针对该油气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。开展辽西低凸起潜山与古近系储层的油气地球化学特征及来源对比研究，可以完善该地区潜山油气的成藏机理。因此，笔者在总结前人对该区沉积—构造演化特征方面的研究成果的基础上，通过有机地球化学分析及油—源生物标志化合物特征对比，系统研究了锦州南(JZS)油田JZ25-1S古近系和太古界潜山原油的地球化学特征及其来源，以期为辽西低凸起古潜山下一步的油气勘探部署提供技术支撑。

1 区域地质概况

锦州25-1S地区油气藏位于辽东湾海域辽西低凸起中北段，与东北方向的锦州25-1油(气)田以鞍部相连，南侧为绥中36-1油田，西侧以辽西1号大断层与辽西凹陷相邻，东侧向辽中凹陷下倾。其构造是一北东走向的潜山—披覆背斜，被辽西2号断层分割为东西2个高点(图1)。区内主要发育新近系明化镇组(N1m)和馆陶组(N1g)，古近系东营组(E3d)和沙河街组一段—三段(E3s1、E3s2、E3s3)，基底为上太古界，缺失古近系沙河街组四段和孔店组、中生界、古生界以及元古界[17]。其中，沙二段发育细—中粒长石岩屑砂岩或岩屑长石砂岩；太古界发育灰白色、肉红色片麻岩和碎裂岩，局部为花岗岩，为本区的2套主力含油储层[18](图1)。以本区8口井2套层系的油样以及转换构造带上的JZ25-1-10D井潜山油样为研究对象，通过原油地球化学特征分析，揭示该地区的原油特征及油源条件，有利于深化对该区潜山油气聚集与成藏过程的认识。

2 原油物性特征

从研究区原油的基本物性数据来看，沙二段原油包括正常原油、凝析油和重质稠油，但以正常原油为主(表1)。凝析油分布在JZ25-1S-2井和JZ25-1S-3井1 670.5～1 688.0 m层段，具低密度(均值为0.754 g/cm3)、低黏度(均值为0.801 mPa·s)、特低凝固点(均值小于-20 ℃)、低含蜡(均值为0.265%)、低含硫(均值为0.015%)、胶质+沥青质含量低(均值为0.71%)的特征；重质稠油仅分布于JZ25-1S-3井1 690.5 m井段，高密度(0.94 g/cm3)、高黏度(80.82 mPa·s)、胶质+沥青质含量中等(17.71%)、特低凝固点、低含蜡、低含硫。所有原油含硫量均小于0.3%，反映其源岩沉积于淡—微咸水环境[19]。此外，对比发现，正常原油中的轻原油(相对密度在0.8～0.9 g/cm3)和中质原油(相对密度在0.900～0.934 g/cm3)物性差异明显，中质原油具中—高黏度(均值为35.89 mPa·s)，特低凝固点(均值小于-20 ℃)，含蜡量低(均值为1.68%)，胶质+沥青质含量中等(均值为14.3%)的特征，而轻原油则呈现出低黏(均值为9.6mPa·s)，中—高凝固点(均值为2 ℃)、中—高含蜡量(均值为7.2%)，胶质+沥青质含量中等(均值为13.2%)的特征，推测与轻质原油主要来源于周缘深洼高成熟烃源岩有关。太古界原油主要为轻质原油，相对密度在0.864～0.901 g/cm3，低黏度，低硫，胶质+沥青质含量中等，含蜡量和凝固点均极低，而位于构造高部位JZ25-1S-4D井以及转换构造带上的JZ25-1-10D井的原油显示为高凝固点和高含蜡量。

图1 辽西低凸起JZ25-1S油气田区域位置及地层综合柱状图Fig.1 Regional location and stratigraphic section of Jinzhou 25-1S oil and gas field, Liaoxi Low Uplift

表1 辽西低凸起JZ25-1S地区及邻区原油物性特征统计Table 1 Physical properties of crude oil in Jinzhou 25-1S area and adjacent areas, Liaoxi Low Uplift

3 原油地球化学特征

3.1 原油族组成

从原油族组分实验分析资料可以看出(表2)，沙二段原油和太古界原油总体上芳烃含量高(E3s2均值18.6%，Ar均值为18.3%)，饱和烃含量中等(E3s2均值46.9%，Ar均值53.8%)，非烃+沥青质含量较高(E3s2均值21.9%，Ar均值15.1%)，饱芳比大部分小于3，显示原油成熟度较低或遭受生物降解严重[20]。其中，JZ25-1S-2井沙二段原油为凝析油、JZ25-1S-1井1 641.5～1 648.5 m井段原油和JZ25-1S-4D井太古界原油以及JZ25-1-10D井原油为轻质原油，呈高饱和烃、低芳烃、低非烃、低沥青质“三低一高”的特征，显示原油未受生物降解。

3.2 原油族组成碳同位素特征

碳同位素具有继承效应，其值分布能反映源岩有机质的性质[21]。对JZ25-1S地区及邻区的JZ25-1-10D井共5口井11个油样进行分析表明，沙二段和太古界油样的原油及其族组分同位素都表现出δ13C饱和烃<δ13C原油<δ13C芳烃<δ13C沥青质<δ13C非烃的特征。原油碳同位素分布在-26.2‰～-24.3‰，比一般陆相原油碳同位素(-29‰)偏重3‰～4‰，饱和烃碳同位素分布在-27.2‰～-24.9‰，芳烃碳同位素比饱和烃偏重1.5‰左右，芳烃、非烃、沥青质3个组分之间的同位素分馏效应小。同位素分馏效应小于2‰一般出现在咸水环境形成的未熟—低熟油中[22-23]，中国海相原油的δ13C值一般大于-26‰，陆相淡水微咸水湖相沉积一般小于-27‰，沼泽相及咸水湖相沉积的δ13C值一般也大于-26‰[24]。据此分析，JZ25-1S地区具有海相原油或咸水湖相的碳同位素特征，可能与烃源岩有机质沉积时的海侵有关。此外， JZ25-1S-4D井太古界油样以及JZ25-1-10D太古界油样的原油、饱和烃以及芳烃碳同位素最重(图2)，明显区别于该区其他油样，指示该井原油可能与其他原油不同源。其中JZ25-1-10D井的非烃碳同位素异常高，可能与该井油样受运移距离影响小有关。

3.3 原油饱和烃色谱特征

沙二段原油和太古界原油的饱和烃色谱特征具有相似性，在色谱图(图3)和色谱参数(表3)上表现得较为清楚。原油的色谱曲线基线漂移严重，明显见生物降解形成的“UCM”鼓包，且均为单高峰—后峰态；在色谱参数上，主峰碳以C25为主，C21-/C22+介于0.16～1.06之间，且主要分布在0.16～0.65，表明高碳数的正构烷烃占优势；Pr/Ph一般在1.3左右，显示姥鲛烷优势，反映沉积环境具有弱氧化—弱还原性[20]，Pr/nC17一般在2.72左右，Ph/nC18均值2.59，均为高值，表明原油受到生物降解的程度较大[25]，JZ25-1S-1井太古界原油Pr/nC17值达到4.88，Ph/nC18值达到7.99，受生物降解最严重。此外，沙二段原油的饱和烃OEP均值为1.27，太古界原油OEP均值为1.05，沙二段原油的饱和烃分布存在一定的奇偶优势，说明沙二段原油成熟度可能较低[20]。

JZ25-1S-2井沙二段和JZ25-1S-3井沙二段1 670.5～1 688 m层段凝析油、JZ25-1S-4D井太古界轻质原油以及JZ25-1-10D井太古界原油与本区大部分原油饱和烃色谱特征有很大差异。大部分原油的色谱曲线圆滑，无生物降解形成的“UCM”鼓包，主峰碳以C17为主，表现为单峰型—前峰态，C21-/C22+介于0.92～10.34，反映低碳数正构烷烃占优势，OEP介于1.09～1.12，奇偶优势不明显，说明原油的成熟度较高[20]。在姥植烷分布方面，Pr/Ph介于1.23～1.8，显示姥鲛烷优势，Pr/nC17和Ph/nC18均小于1，表明沉积环境具弱氧化—弱还原性[26]，且原油受生物降解的程度较小。

表2 辽西低凸起JZ25-1S地区及JZ25-1-10D井原油族组分和碳同位素统计Table 2 Crude oil composition and carbon isotope statistics of JZ25-1S area and JZ25-1-10D well, Liaoxi Low Uplift

图2 辽西低凸起JZ25-1S地区及JZ25-1-10D井原油及其族组分稳定碳同位素对比曲线Fig.2 Stable carbon isotope correlation curves of crude oil and its group componentsin JZ25-1S area and JZ25-1-10D well, Liaoxi Low Uplift

图3 辽西低凸起JZ25-1S地区部分井及邻区原油饱和烃色谱图及甾烷m/z 217、萜烷m/z 191质量色谱图Fig.3 Chromatograms of saturated hydrocarbons and mass chromatograms of steranes m/z 217 and terpanes m/z 191in some wells and adjacent areas of JZ25K-1S area, Liaoxi Low Uplift

3.4 原油甾烷特征

JZ25-1S地区沙二段原油和太古界大部分原油甾烷组成具有相似性(图3e-i)，以规则甾烷为主，重排甾烷较丰富，孕甾烷和升孕甾烷含量极低，10.C29ββ/(αα+ββ); 11.4-甲基C30甾烷/C29规则甾烷; 12.伽马蜡烷/C30αβ霍烷; 13.Ts/Tm; 14.25-降霍烷。

表3 辽西低凸起JZ25-1S地区及邻区原油饱和烃色谱、甾萜化合物参数特征Table 3 Characteristics of saturated hydrocarbon chromatography and steroid and terpene compound parameters of crude oil in Jinzhou 25-1S area and adjacent areas, Liaoxi Low Uplift

在规则甾烷中，所有样品均表现为C27>C29>C28，呈不对称的偏“V”型或偏“L”型分布，说明原油的母质来源中藻类等浮游动植物输入占优势[27]。

4-甲基甾烷主要来源于勾鞭藻，勾鞭藻主要在淡水或微咸水中繁衍，一般认为在淡水沉积物中才具有很高的4-甲基甾烷优势[28]。JZ25-1S地区沙二段原油和太古界原油的∑4-甲基C30甾烷/∑C29规则甾烷均在0.5左右，具有一定的4-甲基甾烷含量，原油的母质沉积环境可能是海相或湖相环境。而从甾烷质谱图(图3e-j)来看，JZ25-1S-4D井太古界原油和JZ25-1-10D井太古界原油在4-甲基甾烷含量上远高于本区主体原油，反映该类原油的母质沉积水体盐度低于本地区主体原油的母质水体盐度，可能为淡水湖相环境。

3.5 原油萜烷特征

从JZ25-1S地区沙二段和太古界原油萜烷m/z191质谱图(图3k-p)可以看出，三环萜烷在萜烷组成中含量极低，以五环三萜烷为主。五环三萜烷中以αβ-C30藿烷为主峰，次为αβ-C29降藿烷，并且沙二段原油和太古界大部分原油萜烷组成伽马蜡烷/αβ-C30霍烷大多分布在0.1左右，具有较高的伽马蜡烷含量。伽马蜡烷是咸水还原环境的标志物，其广泛分布于碳酸盐岩—蒸发岩生成的原油中[29-32]，因此可认为JZ25-1S地区主体原油母质沉积水体环境为高盐度还原环境。而JZ25-1S-4D井太古界原油和JZ25-1-10D井太古界原油的伽马蜡烷含量极低(表3)，与上述主体原油对比明显，进一步说明两类原油母质来源存在差异。

3.6 原油成熟度特征

甾烷和萜烷随有机质热演化会呈现出有规律的变化，其异构体的比值常用来指示有机质或原油的成熟度[33-35]。从JZ25-1S地区甾萜烷化合物参数(表3)和C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)相关关系来看，沙二段和太古界大部分原油均处于成熟阶段，仅JZ25-1-10D井沙二段原油处于低熟阶段，Ts/Tm的分布规律不明显，可能与JZ25-1S地区原油遭受生物降解程度不同有关。

4 油源分析

4.1 JZ25-1S周缘烃源岩分布及生标特征

辽东湾地区古近系烃源岩主要分布在古近系东三段、沙一、沙三段；JZ25-1S构造带所在的辽西低凸起及两侧的辽西凹陷中洼与辽中凹陷中洼都分布3套烃源岩。其中东三段烃源岩成熟度整体较低，辽西低凸起区未达到生烃门限，仅在深洼区域达到低成熟阶段。沙一段地层较薄，一般厚度在50 m左右，烃源岩厚度20～30 m、沙三段烃源岩厚度在150 m左右；沙一、沙三段烃源岩为富烃源岩，整体演化程度较高，辽西低凸起区达到低熟阶段，凹陷内达到成熟—凝析油阶段，沙三段为该区主力烃源岩[35]。

通过分析对比JZ25-1S周缘不同构造带东三段、沙一、沙三段3套烃源岩的伽马蜡烷(图4a-f,表4)、4-甲基甾烷、甲藻甾烷及甾烷ααC27(20R)∶ααC28(20R)∶ααC29(20R)分布模式(图4g-l)，可以很好区分不同构造带烃源岩。东三段烃源岩在辽西凹陷表现为4-甲基甾烷含量较高，伽马蜡烷含量低，在辽西低凸起二者含量均极低，而在辽中凹陷二者含量变化大，东三段烃源岩成熟度低，辽西低凸起为未成熟，两侧凹陷烃源岩甾烷参数C29ααS/(S+R)为0.10～0.21，C29ββ/(αα+ββ)为0.26～0.29，为低成熟早期，对油气成藏贡献不大(表4)。沙一段烃源岩4-甲基含量低，伽马蜡烷高，辽中凹陷中洼JX1-1地区伽马蜡烷特高，甾烷αα(20R)C27∶C28∶C29呈“L”或称“V”型分布，表明为微咸水—咸水沉积环境，以水生生物输入为主的混合有机质，烃源岩已达到低熟—成熟阶段，可为油气藏提供油源。沙三段烃源岩广泛分布，辽西中洼具有伽马蜡烷低，4-甲基甾烷特高，甲藻甾烷含量低，甾烷αα(20R)C27∶ C28∶C29呈“L”型分布；辽西低凸起中段烃源岩伽马蜡烷低，4-甲基甾烷低—中等，甲藻甾烷含量低，甾烷αα(20R)C27∶C28∶ C29呈以C27为优势不对称“V”型分布；辽中凹陷中洼伽马蜡烷低，4-甲基甾烷低—中等，甲藻甾烷含量高，甾烷αα(20R)C27∶C28∶C29呈“L”型分布；表明沙三段为淡水沉积环境，以水生生物输入为主混合有机质[36-37]，烃源岩达到成熟—凝析油阶段，能为油气藏提供大量成熟油气。

图4 辽西低凸起中段及两侧凹陷烃源岩萜烷m/z 191质量色谱Fig.4 Mass chromatography of terpene m/z 191 in source rock of Liaoxi Low Uplift and both sides

表4 辽西低凸起及两侧凹陷烃源岩饱和烃甾萜特征Table 4 Characteristics of saturated hydrocarbon steroids and terpenes in source rocks of Liaoxi Low Uplift and both sides

图5 辽西低凸起JZ25-1地区油样及周缘生烃区各套烃源岩4-甲基甾烷/C29规则甾烷与伽马蜡烷/C30藿烷关系Fig.5 Relationship between 4-methyl sterane/C29 regular sterane and gammacerane/C30 hopanein oil samples in JZ25-1 area and various sets of source rocks in surrounding hydrocarbon generation area, Liaoxi Low Uplift

4.2 JZ25-1S油源分析

伽马蜡烷/C30藿烷与4-甲基甾烷/∑C29甾烷的关系可通过判断有机质水质的盐度与形成环境来区分不同来源的烃源岩或原油[38]。从JZ25-1S地区油样的投点来看(图5)，JZ25-1S地区主体原油具有混源油特征，其中辽西凹陷沙三段烃源岩贡献大，混入有辽中凹陷沙一段烃源岩生成的原油，JZ25-1-10D井太古界原油由于具相对较高的4-甲基甾烷含量和较低的伽马蜡烷含量，与辽西凹陷沙三段的特征接近，可能为辽西凹陷沙三段单一来源的原油。

5 结论

(1)在原油物性上，辽西低凸起JZ25-1S地区沙二段和太古界原油以轻质原油和中质原油为主，中—高黏度、低凝、低含蜡的中质原油与低黏、中—高凝、中—高含蜡的轻质原油物性特征对比明显。

(2)在原油地球化学特征上，沙二段原油和太古界原油总体上均呈现出微生物降解原油特征，中等饱和烃、高芳香烃、高非烃+沥青质；原油碳同位素比一般陆相原油碳同位素偏重，芳烃、非烃、沥青质3个组分之间的同位素分馏效应小；饱和烃色谱曲线明显见到生物降解形成的鼓包，单高峰—后峰态，Pr/Ph一般在1.3左右，Pr/nC17、Ph/nC18均为高值。

(3)JZ25-1S地区主体原油的甾萜烷特征表现出较高伽马蜡烷丰度、C27重排甾烷和4-甲基甾烷含量中等，甲藻甾烷含量低，规则甾烷C27、C28、C29指纹呈不对称的偏“V”或偏“L”型分布，反映出其母质沉积环境为有一定盐度的弱还原环境，有机质以藻类等浮游动植物输入为主，且原油成熟度低，受生物降解严重。JZ25-1S-4D井和JZ25-1-10D井太古界原油的甾萜烷特征表现出伽马蜡烷含量极低、4-甲基甾烷含量较高，反映出母质沉积环境为盐度较低的淡水弱还原环境，原油成熟度高，受生物降解较弱。

(4)JZ25-1S地区主体原油具有混源油特征，其中辽西凹陷沙三段烃源岩贡献大，此外有辽中凹陷沙一段或辽西凹陷东三段烃源岩的供油，JZ25-1S-4D井和JZ25-1-10D井太古界原油为辽西凹陷沙三段烃源岩单一供油。