任 平

(中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010)

高升-雷家地區(qū)未熟油藏形成條件分析

任 平

(中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010)

高升-雷家地區(qū)未熟油具有較高密度、較高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量，低飽和烴含量、低飽芳比、高芳烴和非烴含量的特征。研究表明未熟油來自沙四段湖灣亞相環(huán)境下發(fā)育的特殊巖性段的油頁巖、白云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)白云巖，這些烴源巖不僅具有較強的生烴潛能，而且還具有優(yōu)越的排烴性能，為未熟油藏的形成提供了有利的條件。

高升-雷家地區(qū)；未熟油；湖灣亞相；特殊巖性；熱演化；生物標志物；地球化學特征

未熟油(低熟油、未熟低熟油)是干酪根熱降解大量生烴作用階段以前所生成的石油[1]。目前國內(nèi)外現(xiàn)有的油氣儲量大都屬于干酪根晚期熱降解生成的常規(guī)成熟油氣資源范圍，因此20世紀70年代后期逐漸發(fā)展起來的干酪根晚期熱降解生烴理論有效地指導了油氣資源評價與勘探。但世界上尤其是我國很多地區(qū)在油氣勘探中不斷發(fā)現(xiàn)的未熟油為干酪根晚期熱降解成烴理論提出了新的理論領(lǐng)域[2]。遼河盆地同我國大多數(shù)含油氣盆地一樣存在許多未熟油，這些未熟油主要分布在西部凹陷，尤其在西部凹陷的中北部地區(qū)最為集中。人們對未熟油的認識主要是從甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC2920S/(S+R)開始的，這一指標也就成為未熟油的初步判識工具。根據(jù)遼河盆地的實際情況，采取甾烷C2920S/20(S+R)=0.32為未熟油的劃分界限。

1 高升-雷家地區(qū)未熟原油特征

高升-雷家地區(qū)位于遼河盆地西部凹陷中部，是西部凹陷最為典型的未熟油產(chǎn)區(qū)。該區(qū)未熟油主要產(chǎn)出于中淺層，以高1、高3、雷11等為代表井，油層埋深一般在1 300～2 600 m，產(chǎn)出層位為沙河街組三段和四段。高升-雷家地區(qū)不僅為單一的未熟油產(chǎn)出區(qū)，而且還擁有可觀的地質(zhì)儲量，截止2008年底，上報的探明儲量已超過一億噸。

1.1 未熟油的物性特征

根據(jù)原油物性分析數(shù)據(jù)，該區(qū)未熟油密度主要分布在0.881～0.966 g/cm3，黏度為32.6～10269.5 mPa·s，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量25.7%～53.8%。相對成熟油而言，未熟原油物性的顯著特征就是膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高[3]，在密度相同情況下，成熟度越低，其膠質(zhì)瀝青質(zhì)的含量越高。雷39井αααC2920S/20(S+R)=0.128，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高達53.8%。

1.2 未熟油的地球化學特征

1.2.1 未熟油的飽和烴色譜特征

飽和烴色譜反映未熟油的正構(gòu)烷烴多呈雙峰型分布，前峰一般以nC17為主峰，后峰一般以nC23或nC25為主峰，nC23以后的正構(gòu)烷烴具有明顯的奇偶優(yōu)勢，nC21-/nC22+比值分布在0.38～0.85。Czochanska認為具有高的Ph/nC18和低的Pr /Ph 是低熟油的一個重要特征[4-5]。西部凹陷的未熟油均具有較低的姥植比，而高升-雷家地區(qū)未熟油的姥植比在整個西部凹陷未熟油中最低，Pr/Ph一般在0.3～0.7，此外，該區(qū)未熟油還顯示nC17的突出優(yōu)勢(表1)，表明該區(qū)未熟油低等水生生物的貢獻最大，且在還原性較強的環(huán)境下形成的。

表1 高升-雷家地區(qū)未熟油飽和烴色譜參數(shù)

1.2.2 未熟油的族組成特征

高升-雷家地區(qū)未熟油的族組成具有飽和烴含量低、飽/芳比低，芳烴和非烴含量高的特點。如高2-2-2井，飽和烴僅為32.33%，而芳烴和非烴分別高達21.84%和35.33%，飽/芳比低至1.48。

1.2.3 未熟油的甾萜烷特征

高升-雷家地區(qū)未熟油飽和烴餾分中檢測到豐富的甾萜烷類化合物。①在甾烷分布中，以規(guī)則甾烷為主，僅有少量的重排甾烷，規(guī)則甾烷又以C28甾烷占優(yōu)勢。有研究表明，豐富的C28規(guī)則甾烷代表咸化水介質(zhì)條件下某些藻類的大量輸入。②未熟油中檢測出高含量的伽馬蠟烷，其含量與環(huán)境的含鹽度及還原環(huán)境呈正相關(guān)，伽馬蠟烷/αβC30霍烷比值均大于0.2，較低的伽馬蠟烷/C30藿烷比值是微咸-半咸水環(huán)境烴源巖的重要標志[6]，反映烴源巖沉積于相對咸化且還原度較高的水介質(zhì)中。③具有很低的成熟度參數(shù)，αααC2920S/20(S+R)和C29ββ/(αα+ββ)分別為0.128～0.306和0.192～0.252，具有典型的未熟油特性。④未熟油中普遍檢測到較高豐度的能夠代表有機質(zhì)未熟特征的生物標志化合物，如13α(H)14α(H)三環(huán)萜烷和8α(H)升補身烷(圖1)，證實未熟油的低演化程度。

圖1 未熟原油的未熟生物標志物特征

1.2.4 未熟油的脫羥基維生素E特征

脫羥基維生素E是一種含氧化合物,在未熟油的芳烴餾分中檢測到較高含量的脫羥基維生素E的出現(xiàn)，不僅可表征咸化強還原水介質(zhì)的存在，且這類標志物大都發(fā)現(xiàn)于演化程度較低或未成熟的樣品中, 因而它可作為低熟或未熟的標志[7-8]。當Ro在0.6%～0.7%時，可檢測到少量脫羥基維生素E，但脫羥基維生素E/菲比值小于0.5；Ro≥0.75%時，烴源巖中的脫羥基維生素E完全消失。高升-雷家未熟油中檢測出較豐富的脫羥基維生素E， 脫羥基維生素E/菲比值大于2，脫羥基維生素E的高含量亦表征研究區(qū)原油的未熟特性。

2 未熟油藏形成條件分析

2.1 未熟烴源巖分析

高升-雷家地區(qū)存在兩套主要的烴源巖，即沙四段和沙三段，沙四段烴源巖主要沉積于半封閉的湖灣環(huán)境，沙三段則以半深湖和深湖沉積為主。通過沉積環(huán)境、水體含鹽度、生物標志物特征等對比，未熟油來自沙四段烴源巖。

2.1.1 沉積環(huán)境

鹽湖相強還原環(huán)境有利于有機質(zhì)的早期保存和早期轉(zhuǎn)化。在碳酸鹽和硫酸鹽沉積階段，水介質(zhì)呈堿性，在無機鹽類的催化和觸媒的作用下，類脂化合物易水解或化學分解為相應(yīng)的醇和脂肪酸，進一步還原生成烴類。蛋白質(zhì)和碳水化合物經(jīng)醋化分解還原也可以生成烴類。這種咸水或半咸水環(huán)境烴源巖形成的未熟油在我國比較普遍[9-10]。

本區(qū)沙四沉積時期，高升雷家地區(qū)以閉塞的湖灣環(huán)境為主，湖灣規(guī)模較大，周邊水系不發(fā)育，水體鹽度較高且偏堿性，沉積了含有碳酸鹽巖的生油建造。烴源巖主要發(fā)育于湖灣亞相特殊巖性段——油頁巖、白云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)白云巖和低平泥巖段中。烴源巖具有Pr/Ph低值(0.19～0.51)、伽馬蠟烷/αβC30霍烷高值(0.148～0.851)的特點，指示烴源巖形成于還原—強還原咸水湖相沉積環(huán)境。未熟油基本圍繞沙四段湖灣亞相烴源巖分布(圖2)，說明沙四段湖灣亞相烴源巖是未熟油的主要烴源巖。

圖2 沙四段湖灣亞相烴源巖與未熟油分布

2.1.2 有機質(zhì)豐度

特殊巖性段泥巖各項豐度指標明顯高于泥巖段(表2)，總體上沙四段烴源巖各項豐度指標超出最好生油巖標準，充分顯示湖灣亞相生油巖的高有機質(zhì)豐度。高有機質(zhì)豐度是形成未熟油重要特征，再次表明未熟油與沙四段烴源巖有直接關(guān)系。

2.1.3 有機質(zhì)類型

在不同的沉積環(huán)境、水介質(zhì)條件下，生油巖的巖性、有機質(zhì)的輸入及保存條件也不會相同。湖灣亞相的白云質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁巖等特殊巖性的干酪根顯微組分以腐泥無定形為主，主要為降解的藻類和少部分降解的陸生植物，其含量高，為92.5%～98.5%，僅含有少量的殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組微量或沒有。干酪根H/C原子比大于1.5，干酪根碳同位素偏輕，反映以藻類等低等水生生物輸入為主。湖灣亞相泥巖干酪根顯微組分雖仍以腐泥無定形為主，但含量有所降低，為82.1%～84.1%，各項類型參數(shù)均低于特殊巖性段的泥巖。綜合判別，湖灣亞相特殊巖性段泥巖有機質(zhì)類型最優(yōu)，為Ⅰ型，湖灣亞相泥巖有機質(zhì)類型為Ⅱ1型(表3)。

表2 高升-雷家地區(qū)沙四段不同巖性烴源巖有機質(zhì)豐度

備注：3.03～9.68為區(qū)間值，5.45為平均值

總之未熟油形成與特定的沙四段湖灣相烴源巖有直接的關(guān)系，研究表明[11]已知未熟油藏以近源分布(或源內(nèi)成藏)為主,分區(qū)分塊特征明顯,未出現(xiàn)長距離運移過程。也證實湖灣相烴源巖是未熟油形成的主要烴源巖。

2.2 未熟階段有機質(zhì)熱演化生烴模式

未熟油系指干酪根熱降解大量生烴之前所生成的石油。由于原始有機生物體所攜帶的僅僅是少量的烴類化合物，從這個意義上講，未熟油應(yīng)該是有機質(zhì)熱力作用的產(chǎn)物。在研究有機質(zhì)熱演化生烴特征時，一方面分析有機質(zhì)組成特征變化，另一方面利用紅外光譜、元素組成、巖石熱解、孢粉顏色指數(shù)、藻類體熒光光譜、生物標志物等手段剖析有機質(zhì)結(jié)構(gòu)及生烴的變化特征，明確高升雷家地區(qū)未熟階段有機質(zhì)熱演化存在兩個明顯的生烴階段(圖3)。

第一生烴階段：埋深小于2 300 m，Ro小于0.4%，非烴類化合物由于去官能團、脫雜原子等作用大量向烴類轉(zhuǎn)化，使有機質(zhì)中烴類含量增加。

表3 高升-雷家地區(qū)沙四段不同巖性烴源巖有機質(zhì)類型參數(shù)

圖3 有機質(zhì)演化生烴模式與生標參數(shù)的關(guān)系

第二生烴階段：埋深在2 300～2 900 m，Ro為0.4%～0.6%，可溶有機大分子和干酪根早期生烴。進入該階段的烴源巖更有利，生烴量更大。

2.3 未熟油藏形成條件分析

高升-雷家地區(qū)發(fā)現(xiàn)的未熟油藏具有如下特征：①埋深較淺，一般小于2 500 m，含天然氣較少；②與優(yōu)質(zhì)生油巖相關(guān)聯(lián)；③大多與構(gòu)造回返相關(guān)聯(lián)，存在明顯的地層抬升；④巖性構(gòu)造和構(gòu)造巖性油藏占有較大比例。

2.3.1 生烴條件

形成于強還原、咸化水介質(zhì)湖灣環(huán)境的特殊巖性段泥巖，具有有機質(zhì)豐度高、母質(zhì)類型好、菌藻類低等生物輸入占優(yōu)勢的特征，為未熟階段有機質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化提供豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3.2 排烴條件

未熟階段烴源巖發(fā)生排烴作用是未熟油成藏必要和關(guān)鍵的因素，也是未熟油與成熟油成藏最本質(zhì)的區(qū)別所在。烴源巖發(fā)生排烴，可概括為內(nèi)因和外因兩大類因素。

內(nèi)因指烴源巖本身所固有的屬性。①滿足烴源巖自身的充填和吸附作用。烴源巖的有機質(zhì)豐度越高、總烴含量越高，越容易滿足烴源巖自身的吸附條件，同時有機質(zhì)類型越好，未熟階段的生烴潛能高，為進一步排烴創(chuàng)造有利條件。高升-雷家地區(qū)湖灣亞相發(fā)育的特殊巖性泥巖具有先天的優(yōu)越性，瀝青“A”平均含量已高達0.422%，總烴平均為2 459×10-6，遠遠超出烴源巖自身吸附條件。②烴源巖自身的巖性特征和巖性組合。研究證實，黏土礦物如蒙脫石、伊利石對瀝青的吸附能力強于碳酸巖礦物，這就決定湖灣亞相發(fā)育的特殊巖性白云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖等有利于瀝青的早期運移。此外，由于碳酸巖礦物的易碎性，容易斷裂產(chǎn)生裂隙，這些裂隙為早期生成的未熟油提供良好的運移通道。再則，由于湖灣亞相安靜的水體環(huán)境，烴源巖微細水平層理極其發(fā)育。巖心層理面上常能發(fā)現(xiàn)瀝青的斑跡，在鏡下可見熒光瀝青沿微細層理面滲出，這些微細層理面成為湖灣亞相烴源巖早期排烴的又一優(yōu)越條件。

外因指烴源巖固有屬性以外的因素，如溫度、壓力、構(gòu)造運動等。高升-雷家地區(qū)未熟油主要分布在地層發(fā)生抬升(構(gòu)造回返)的部位，研究認為地層抬升而引起的烴源巖體系與運載體系(儲集體)兩者之間壓力差的變化是生油層發(fā)生排烴的重要外因。由于地層抬升，運載體系的孔隙壓力顯著下降，而生油層體系內(nèi)部的壓力受靜水壓力降低的影響相對較小，結(jié)果使生油層體系與運載體系之間的壓力差進一步加大，促進油氣從生油層中排出。

2.3.3 運聚條件

從本質(zhì)上講，未熟油的運聚條件與成熟油沒有大的差別，都是在運載體中經(jīng)過二次運移在適宜的圈閉中聚集成藏[12-13]。高升-雷家地區(qū)未熟油從烴源巖到圈閉的運聚過程有如下特點：①湖灣亞相烴源巖排出的未熟油運載體首先是烴源巖體系內(nèi)部的裂隙、層間縫和薄層砂，隨后才經(jīng)斷層、裂隙系統(tǒng)、不整合面等發(fā)生進一步運移，在合適的圈閉中聚集成藏，因此，烴源巖體系同時又成為未熟油的運載體系；②未熟油排出后原始能量較低，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高，黏度較大，所以一般以短距離運移成藏為主；③未熟油藏主要分布在古隆起、古斜坡的構(gòu)造背景下，以巖性油藏為主；④地層抬升不僅促進未熟油的排烴，同時抬升區(qū)域往往成為未熟油運移的有利指向。

3 結(jié)論

(1)未熟油具有較高密度、較高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量，低飽和烴含量、低飽芳比、高芳烴和非烴含量，低Pr/Ph比、豐富的伽馬蠟烷和脫羥基維生素E等特征。

(2)湖灣亞相環(huán)境下發(fā)育的特殊巖性組合不僅具有有機質(zhì)豐度高、母質(zhì)類型好、生烴潛能高的特征，而且還具有優(yōu)越的排烴性能，是形成未熟油的主要烴源巖。

(3)未熟油藏主要分布在古隆起、古斜坡的構(gòu)造背景下，地層抬升不僅促進未熟油的排烴，同時抬升區(qū)域往往成為未熟油運移的有利指向。

[1] 黃第藩，張大江,王培榮，等.中國未成熟石油成因機制和成藏條件[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003： 3-426.

[2] 王鐵冠，鐘寧寧.低熟油形成機理與分布[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995：130-223.

[3] 朱芳冰.遼河盆地西部凹陷烴源巖特征及低熟油分布規(guī)律研究[J].地球化學，2002,27(1):26-29.

[4] 周鵬，牛偉.中國未熟-低熟油氣的特征及其成烴機理[J].地下水,2013,35(5):201-206.

[5] 王啟軍，陳建渝.油氣地球化學[M].湖北武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1998.

[6] 宋一濤，吳慶余，周文.未熟-低熟油的形成與成因機制[M].山東東營：石油大學出版社，2004：171-18.

[7] 包建平, 王鐵冠, 干一女.脫羥基維生素E及其地球化學意義[J].江漢石油學院學報，1989, 11( 3)：12-18.

[8] 孟仟祥，張松林.不同沉積環(huán)境湖相低熟原油的芳烴分布特征[J].沉積學報，1999，17(1)：113-119.

[9] 黃第藩，李晉超.陸相沉積中的未熟石油極其意義[J].石油學報，1987，8(1)：1-9.

[10] 傅家漠.膏鹽沉積盆地形成的未成熟石油[J].石油與天然氣地質(zhì)，1985,6(2):151-158.

[11] 史建南,鄒華耀,郝 芳.遼河坳陷西部凹陷低熟油成藏機理[J].油氣地質(zhì)與采收率，2007，14(1)：36-39.

[12] 王鐵冠，鐘寧寧，侯讀杰，等。中國低熟油的幾種成因機制[J].沉積學報，1997,15(2):78-83.

[13] 李明誠.石油與天然氣運移[M].北京：石油工業(yè)出版社,2004：115-153.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)02-0038-04

2014-09-16

任平，工程師，1968年生，1991年畢業(yè)于遼河油田職工大學精細化工專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣地質(zhì)、地球化學方面的科研工作。

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