趙婷婷，羅小平，吳 飄，3，徐云龍，3，羅 健，孫延旭，3

(1.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 濱海 300450；2.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059；3.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；4.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

潛山油氣藏勘探最早始于1909年美國(guó)的摩羅縣古潛山油田，之后多個(gè)國(guó)家均在潛山中發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)油流[1]，證明了潛山油氣藏的巨大勘探潛力。由于潛山均經(jīng)歷過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，其油氣藏表現(xiàn)出類型多樣和成藏模式復(fù)雜的特點(diǎn)[2-4]，如儲(chǔ)集層分布的地質(zhì)時(shí)代跨度大，巖性類型多樣，油氣藏具有“新生古儲(chǔ)”或“自生自儲(chǔ)”的特點(diǎn)，油氣層在潛山風(fēng)化殼和內(nèi)幕均可富集等[5]。目前關(guān)于潛山油氣藏能否形成規(guī)模性富集的研究主要集中在3個(gè)主要的問題上，即油源、儲(chǔ)層和圈閉問題，本文即是對(duì)研究區(qū)油源問題的分析和探討。

近年來渤海灣盆地一大批潛山油氣藏獲得重大勘探突破[5-11]。遼西低凸起作為渤海遼東灣海域潛山的主要分布區(qū)之一，已在JZ20-2太古界變質(zhì)巖和中生界火山巖潛山、錦州25-1南(JZ25-1S)太古界變質(zhì)巖潛山、SZ36-1下古生界碳酸鹽巖潛山等區(qū)域獲得油氣突破[12-13]。前人研究表明，渤海灣含油氣盆地的重要油氣富集形式之一就是以潛山儲(chǔ)層為主的復(fù)式油氣聚集[14-16]。由于渤海灣盆地潛山的儲(chǔ)層及構(gòu)造特征與古近系儲(chǔ)層及構(gòu)造特征之間存在差異，相應(yīng)地，油氣成藏差異性也較大，必然導(dǎo)致油氣性質(zhì)的差異。前人曾對(duì)遼西低凸起已發(fā)現(xiàn)油氣田的成藏模式及機(jī)理進(jìn)行了大量研究，但針對(duì)JZ25-1S油氣田原油的地球化學(xué)特征的研究較少，且針對(duì)該油氣田的油源問題缺乏系統(tǒng)的研究，極大地制約著該區(qū)下一步的油氣勘探進(jìn)程。開展遼西低凸起潛山與古近系儲(chǔ)層的油氣地球化學(xué)特征及來源對(duì)比研究，可以完善該地區(qū)潛山油氣的成藏機(jī)理。因此，筆者在總結(jié)前人對(duì)該區(qū)沉積—構(gòu)造演化特征方面的研究成果的基礎(chǔ)上，通過有機(jī)地球化學(xué)分析及油—源生物標(biāo)志化合物特征對(duì)比，系統(tǒng)研究了錦州南(JZS)油田JZ25-1S古近系和太古界潛山原油的地球化學(xué)特征及其來源，以期為遼西低凸起古潛山下一步的油氣勘探部署提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

錦州25-1S地區(qū)油氣藏位于遼東灣海域遼西低凸起中北段，與東北方向的錦州25-1油(氣)田以鞍部相連，南側(cè)為綏中36-1油田，西側(cè)以遼西1號(hào)大斷層與遼西凹陷相鄰，東側(cè)向遼中凹陷下傾。其構(gòu)造是一北東走向的潛山—披覆背斜，被遼西2號(hào)斷層分割為東西2個(gè)高點(diǎn)(圖1)。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育新近系明化鎮(zhèn)組(N1m)和館陶組(N1g)，古近系東營(yíng)組(E3d)和沙河街組一段—三段(E3s1、E3s2、E3s3)，基底為上太古界，缺失古近系沙河街組四段和孔店組、中生界、古生界以及元古界[17]。其中，沙二段發(fā)育細(xì)—中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖或巖屑長(zhǎng)石砂巖；太古界發(fā)育灰白色、肉紅色片麻巖和碎裂巖，局部為花崗巖，為本區(qū)的2套主力含油儲(chǔ)層[18](圖1)。以本區(qū)8口井2套層系的油樣以及轉(zhuǎn)換構(gòu)造帶上的JZ25-1-10D井潛山油樣為研究對(duì)象，通過原油地球化學(xué)特征分析，揭示該地區(qū)的原油特征及油源條件，有利于深化對(duì)該區(qū)潛山油氣聚集與成藏過程的認(rèn)識(shí)。

2 原油物性特征

從研究區(qū)原油的基本物性數(shù)據(jù)來看，沙二段原油包括正常原油、凝析油和重質(zhì)稠油，但以正常原油為主(表1)。凝析油分布在JZ25-1S-2井和JZ25-1S-3井1 670.5～1 688.0 m層段，具低密度(均值為0.754 g/cm3)、低黏度(均值為0.801 mPa·s)、特低凝固點(diǎn)(均值小于-20 ℃)、低含蠟(均值為0.265%)、低含硫(均值為0.015%)、膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量低(均值為0.71%)的特征；重質(zhì)稠油僅分布于JZ25-1S-3井1 690.5 m井段，高密度(0.94 g/cm3)、高黏度(80.82 mPa·s)、膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量中等(17.71%)、特低凝固點(diǎn)、低含蠟、低含硫。所有原油含硫量均小于0.3%，反映其源巖沉積于淡—微咸水環(huán)境[19]。此外，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，正常原油中的輕原油(相對(duì)密度在0.8～0.9 g/cm3)和中質(zhì)原油(相對(duì)密度在0.900～0.934 g/cm3)物性差異明顯，中質(zhì)原油具中—高黏度(均值為35.89 mPa·s)，特低凝固點(diǎn)(均值小于-20 ℃)，含蠟量低(均值為1.68%)，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量中等(均值為14.3%)的特征，而輕原油則呈現(xiàn)出低黏(均值為9.6mPa·s)，中—高凝固點(diǎn)(均值為2 ℃)、中—高含蠟量(均值為7.2%)，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量中等(均值為13.2%)的特征，推測(cè)與輕質(zhì)原油主要來源于周緣深洼高成熟烴源巖有關(guān)。太古界原油主要為輕質(zhì)原油，相對(duì)密度在0.864～0.901 g/cm3，低黏度，低硫，膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量中等，含蠟量和凝固點(diǎn)均極低，而位于構(gòu)造高部位JZ25-1S-4D井以及轉(zhuǎn)換構(gòu)造帶上的JZ25-1-10D井的原油顯示為高凝固點(diǎn)和高含蠟量。

圖1 遼西低凸起JZ25-1S油氣田區(qū)域位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Regional location and stratigraphic section of Jinzhou 25-1S oil and gas field, Liaoxi Low Uplift

表1 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及鄰區(qū)原油物性特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Physical properties of crude oil in Jinzhou 25-1S area and adjacent areas, Liaoxi Low Uplift

3 原油地球化學(xué)特征

3.1 原油族組成

從原油族組分實(shí)驗(yàn)分析資料可以看出(表2)，沙二段原油和太古界原油總體上芳烴含量高(E3s2均值18.6%，Ar均值為18.3%)，飽和烴含量中等(E3s2均值46.9%，Ar均值53.8%)，非烴+瀝青質(zhì)含量較高(E3s2均值21.9%，Ar均值15.1%)，飽芳比大部分小于3，顯示原油成熟度較低或遭受生物降解嚴(yán)重[20]。其中，JZ25-1S-2井沙二段原油為凝析油、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井原油為輕質(zhì)原油，呈高飽和烴、低芳烴、低非烴、低瀝青質(zhì)“三低一高”的特征，顯示原油未受生物降解。

3.2 原油族組成碳同位素特征

碳同位素具有繼承效應(yīng)，其值分布能反映源巖有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)[21]。對(duì)JZ25-1S地區(qū)及鄰區(qū)的JZ25-1-10D井共5口井11個(gè)油樣進(jìn)行分析表明，沙二段和太古界油樣的原油及其族組分同位素都表現(xiàn)出δ13C飽和烴<δ13C原油<δ13C芳烴<δ13C瀝青質(zhì)<δ13C非烴的特征。原油碳同位素分布在-26.2‰～-24.3‰，比一般陸相原油碳同位素(-29‰)偏重3‰～4‰，飽和烴碳同位素分布在-27.2‰～-24.9‰，芳烴碳同位素比飽和烴偏重1.5‰左右，芳烴、非烴、瀝青質(zhì)3個(gè)組分之間的同位素分餾效應(yīng)小。同位素分餾效應(yīng)小于2‰一般出現(xiàn)在咸水環(huán)境形成的未熟—低熟油中[22-23]，中國(guó)海相原油的δ13C值一般大于-26‰，陸相淡水微咸水湖相沉積一般小于-27‰，沼澤相及咸水湖相沉積的δ13C值一般也大于-26‰[24]。據(jù)此分析，JZ25-1S地區(qū)具有海相原油或咸水湖相的碳同位素特征，可能與烴源巖有機(jī)質(zhì)沉積時(shí)的海侵有關(guān)。此外， JZ25-1S-4D井太古界油樣以及JZ25-1-10D太古界油樣的原油、飽和烴以及芳烴碳同位素最重(圖2)，明顯區(qū)別于該區(qū)其他油樣，指示該井原油可能與其他原油不同源。其中JZ25-1-10D井的非烴碳同位素異常高，可能與該井油樣受運(yùn)移距離影響小有關(guān)。

3.3 原油飽和烴色譜特征

沙二段原油和太古界原油的飽和烴色譜特征具有相似性，在色譜圖(圖3)和色譜參數(shù)(表3)上表現(xiàn)得較為清楚。原油的色譜曲線基線漂移嚴(yán)重，明顯見生物降解形成的“UCM”鼓包，且均為單高峰—后峰態(tài)；在色譜參數(shù)上，主峰碳以C25為主，C21-/C22+介于0.16～1.06之間，且主要分布在0.16～0.65，表明高碳數(shù)的正構(gòu)烷烴占優(yōu)勢(shì)；Pr/Ph一般在1.3左右，顯示姥鮫烷優(yōu)勢(shì)，反映沉積環(huán)境具有弱氧化—弱還原性[20]，Pr/nC17一般在2.72左右，Ph/nC18均值2.59，均為高值，表明原油受到生物降解的程度較大[25]，JZ25-1S-1井太古界原油Pr/nC17值達(dá)到4.88，Ph/nC18值達(dá)到7.99，受生物降解最嚴(yán)重。此外，沙二段原油的飽和烴OEP均值為1.27，太古界原油OEP均值為1.05，沙二段原油的飽和烴分布存在一定的奇偶優(yōu)勢(shì)，說明沙二段原油成熟度可能較低[20]。

JZ25-1S-2井沙二段和JZ25-1S-3井沙二段1 670.5～1 688 m層段凝析油、JZ25-1S-4D井太古界輕質(zhì)原油以及JZ25-1-10D井太古界原油與本區(qū)大部分原油飽和烴色譜特征有很大差異。大部分原油的色譜曲線圓滑，無生物降解形成的“UCM”鼓包，主峰碳以C17為主，表現(xiàn)為單峰型—前峰態(tài)，C21-/C22+介于0.92～10.34，反映低碳數(shù)正構(gòu)烷烴占優(yōu)勢(shì)，OEP介于1.09～1.12，奇偶優(yōu)勢(shì)不明顯，說明原油的成熟度較高[20]。在姥植烷分布方面，Pr/Ph介于1.23～1.8，顯示姥鮫烷優(yōu)勢(shì)，Pr/nC17和Ph/nC18均小于1，表明沉積環(huán)境具弱氧化—弱還原性[26]，且原油受生物降解的程度較小。

表2 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及JZ25-1-10D井原油族組分和碳同位素統(tǒng)計(jì)Table 2 Crude oil composition and carbon isotope statistics of JZ25-1S area and JZ25-1-10D well, Liaoxi Low Uplift

圖2 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及JZ25-1-10D井原油及其族組分穩(wěn)定碳同位素對(duì)比曲線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

圖3 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)部分井及鄰區(qū)原油飽和烴色譜圖及甾烷m/z 217、萜烷m/z 191質(zhì)量色譜圖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地區(qū)沙二段原油和太古界大部分原油甾烷組成具有相似性(圖3e-i)，以規(guī)則甾烷為主，重排甾烷較豐富，孕甾烷和升孕甾烷含量極低，10.C29ββ/(αα+ββ); 11.4-甲基C30甾烷/C29規(guī)則甾烷; 12.伽馬蠟烷/C30αβ霍烷; 13.Ts/Tm; 14.25-降霍烷。

表3 遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)及鄰區(qū)原油飽和烴色譜、甾萜化合物參數(shù)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

在規(guī)則甾烷中，所有樣品均表現(xiàn)為C27>C29>C28，呈不對(duì)稱的偏“V”型或偏“L”型分布，說明原油的母質(zhì)來源中藻類等浮游動(dòng)植物輸入占優(yōu)勢(shì)[27]。

4-甲基甾烷主要來源于勾鞭藻，勾鞭藻主要在淡水或微咸水中繁衍，一般認(rèn)為在淡水沉積物中才具有很高的4-甲基甾烷優(yōu)勢(shì)[28]。JZ25-1S地區(qū)沙二段原油和太古界原油的∑4-甲基C30甾烷/∑C29規(guī)則甾烷均在0.5左右，具有一定的4-甲基甾烷含量，原油的母質(zhì)沉積環(huán)境可能是海相或湖相環(huán)境。而從甾烷質(zhì)譜圖(圖3e-j)來看，JZ25-1S-4D井太古界原油和JZ25-1-10D井太古界原油在4-甲基甾烷含量上遠(yuǎn)高于本區(qū)主體原油，反映該類原油的母質(zhì)沉積水體鹽度低于本地區(qū)主體原油的母質(zhì)水體鹽度，可能為淡水湖相環(huán)境。

3.5 原油萜烷特征

從JZ25-1S地區(qū)沙二段和太古界原油萜烷m/z191質(zhì)譜圖(圖3k-p)可以看出，三環(huán)萜烷在萜烷組成中含量極低，以五環(huán)三萜烷為主。五環(huán)三萜烷中以αβ-C30藿烷為主峰，次為αβ-C29降藿烷，并且沙二段原油和太古界大部分原油萜烷組成伽馬蠟烷/αβ-C30霍烷大多分布在0.1左右，具有較高的伽馬蠟烷含量。伽馬蠟烷是咸水還原環(huán)境的標(biāo)志物，其廣泛分布于碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖生成的原油中[29-32]，因此可認(rèn)為JZ25-1S地區(qū)主體原油母質(zhì)沉積水體環(huán)境為高鹽度還原環(huán)境。而JZ25-1S-4D井太古界原油和JZ25-1-10D井太古界原油的伽馬蠟烷含量極低(表3)，與上述主體原油對(duì)比明顯，進(jìn)一步說明兩類原油母質(zhì)來源存在差異。

3.6 原油成熟度特征

甾烷和萜烷隨有機(jī)質(zhì)熱演化會(huì)呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化，其異構(gòu)體的比值常用來指示有機(jī)質(zhì)或原油的成熟度[33-35]。從JZ25-1S地區(qū)甾萜烷化合物參數(shù)(表3)和C29甾烷20S/(20S+20R)和C29甾烷ββ/(ββ+αα)相關(guān)關(guān)系來看，沙二段和太古界大部分原油均處于成熟階段，僅JZ25-1-10D井沙二段原油處于低熟階段，Ts/Tm的分布規(guī)律不明顯，可能與JZ25-1S地區(qū)原油遭受生物降解程度不同有關(guān)。

4 油源分析

4.1 JZ25-1S周緣烴源巖分布及生標(biāo)特征

遼東灣地區(qū)古近系烴源巖主要分布在古近系東三段、沙一、沙三段；JZ25-1S構(gòu)造帶所在的遼西低凸起及兩側(cè)的遼西凹陷中洼與遼中凹陷中洼都分布3套烴源巖。其中東三段烴源巖成熟度整體較低，遼西低凸起區(qū)未達(dá)到生烴門限，僅在深洼區(qū)域達(dá)到低成熟階段。沙一段地層較薄，一般厚度在50 m左右，烴源巖厚度20～30 m、沙三段烴源巖厚度在150 m左右；沙一、沙三段烴源巖為富烴源巖，整體演化程度較高，遼西低凸起區(qū)達(dá)到低熟階段，凹陷內(nèi)達(dá)到成熟—凝析油階段，沙三段為該區(qū)主力烴源巖[35]。

通過分析對(duì)比JZ25-1S周緣不同構(gòu)造帶東三段、沙一、沙三段3套烴源巖的伽馬蠟烷(圖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(圖4g-l)，可以很好區(qū)分不同構(gòu)造帶烴源巖。東三段烴源巖在遼西凹陷表現(xiàn)為4-甲基甾烷含量較高，伽馬蠟烷含量低，在遼西低凸起二者含量均極低，而在遼中凹陷二者含量變化大，東三段烴源巖成熟度低，遼西低凸起為未成熟，兩側(cè)凹陷烴源巖甾烷參數(shù)C29ααS/(S+R)為0.10～0.21，C29ββ/(αα+ββ)為0.26～0.29，為低成熟早期，對(duì)油氣成藏貢獻(xiàn)不大(表4)。沙一段烴源巖4-甲基含量低，伽馬蠟烷高，遼中凹陷中洼JX1-1地區(qū)伽馬蠟烷特高，甾烷αα(20R)C27∶C28∶C29呈“L”或稱“V”型分布，表明為微咸水—咸水沉積環(huán)境，以水生生物輸入為主的混合有機(jī)質(zhì)，烴源巖已達(dá)到低熟—成熟階段，可為油氣藏提供油源。沙三段烴源巖廣泛分布，遼西中洼具有伽馬蠟烷低，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；遼西低凸起中段烴源巖伽馬蠟烷低，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為優(yōu)勢(shì)不對(duì)稱“V”型分布；遼中凹陷中洼伽馬蠟烷低，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；表明沙三段為淡水沉積環(huán)境，以水生生物輸入為主混合有機(jī)質(zhì)[36-37]，烴源巖達(dá)到成熟—凝析油階段，能為油氣藏提供大量成熟油氣。

圖4 遼西低凸起中段及兩側(cè)凹陷烴源巖萜烷m/z 191質(zhì)量色譜Fig.4 Mass chromatography of terpene m/z 191 in source rock of Liaoxi Low Uplift and both sides

表4 遼西低凸起及兩側(cè)凹陷烴源巖飽和烴甾萜特征Table 4 Characteristics of saturated hydrocarbon steroids and terpenes in source rocks of Liaoxi Low Uplift and both sides

圖5 遼西低凸起JZ25-1地區(qū)油樣及周緣生烴區(qū)各套烴源巖4-甲基甾烷/C29規(guī)則甾烷與伽馬蠟烷/C30藿烷關(guān)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

伽馬蠟烷/C30藿烷與4-甲基甾烷/∑C29甾烷的關(guān)系可通過判斷有機(jī)質(zhì)水質(zhì)的鹽度與形成環(huán)境來區(qū)分不同來源的烴源巖或原油[38]。從JZ25-1S地區(qū)油樣的投點(diǎn)來看(圖5)，JZ25-1S地區(qū)主體原油具有混源油特征，其中遼西凹陷沙三段烴源巖貢獻(xiàn)大，混入有遼中凹陷沙一段烴源巖生成的原油，JZ25-1-10D井太古界原油由于具相對(duì)較高的4-甲基甾烷含量和較低的伽馬蠟烷含量，與遼西凹陷沙三段的特征接近，可能為遼西凹陷沙三段單一來源的原油。

5 結(jié)論

(1)在原油物性上，遼西低凸起JZ25-1S地區(qū)沙二段和太古界原油以輕質(zhì)原油和中質(zhì)原油為主，中—高黏度、低凝、低含蠟的中質(zhì)原油與低黏、中—高凝、中—高含蠟的輕質(zhì)原油物性特征對(duì)比明顯。

(2)在原油地球化學(xué)特征上，沙二段原油和太古界原油總體上均呈現(xiàn)出微生物降解原油特征，中等飽和烴、高芳香烴、高非烴+瀝青質(zhì)；原油碳同位素比一般陸相原油碳同位素偏重，芳烴、非烴、瀝青質(zhì)3個(gè)組分之間的同位素分餾效應(yīng)??；飽和烴色譜曲線明顯見到生物降解形成的鼓包，單高峰—后峰態(tài)，Pr/Ph一般在1.3左右，Pr/nC17、Ph/nC18均為高值。

(3)JZ25-1S地區(qū)主體原油的甾萜烷特征表現(xiàn)出較高伽馬蠟烷豐度、C27重排甾烷和4-甲基甾烷含量中等，甲藻甾烷含量低，規(guī)則甾烷C27、C28、C29指紋呈不對(duì)稱的偏“V”或偏“L”型分布，反映出其母質(zhì)沉積環(huán)境為有一定鹽度的弱還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)以藻類等浮游動(dòng)植物輸入為主，且原油成熟度低，受生物降解嚴(yán)重。JZ25-1S-4D井和JZ25-1-10D井太古界原油的甾萜烷特征表現(xiàn)出伽馬蠟烷含量極低、4-甲基甾烷含量較高，反映出母質(zhì)沉積環(huán)境為鹽度較低的淡水弱還原環(huán)境，原油成熟度高，受生物降解較弱。

(4)JZ25-1S地區(qū)主體原油具有混源油特征，其中遼西凹陷沙三段烴源巖貢獻(xiàn)大，此外有遼中凹陷沙一段或遼西凹陷東三段烴源巖的供油，JZ25-1S-4D井和JZ25-1-10D井太古界原油為遼西凹陷沙三段烴源巖單一供油。