田德瑞，牛成民，王德英，郭 濤，潘文靜，郭龍龍

中海石油（中國(guó)）有限公司 天津分公司，天津 300459

渤海海域遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶發(fā)現(xiàn)的錦州25-A油田儲(chǔ)量規(guī)模大，油品質(zhì)量好，原油豐度高，埋藏深度淺，測(cè)試產(chǎn)能高，是渤海海域高品質(zhì)輕質(zhì)原油的富集區(qū)，具有極好的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)效益。前人針對(duì)該地區(qū)做了大量的研究工作，但是主要集中于成藏條件綜合分析方面（徐長(zhǎng)貴等，2010；田立新等，2011）。而且，關(guān)于中央反轉(zhuǎn)帶原油來(lái)源仍存在較大爭(zhēng)議，梁建設(shè)等（2012）認(rèn)為遼西凹陷中洼發(fā)育沙三段和沙四段烴源巖，生烴潛力巨大，而北洼烴源巖規(guī)模最小。田立新等（2011）通過(guò)對(duì)中央反轉(zhuǎn)帶錦州25-A油田的成藏條件分析認(rèn)為其為雙洼供烴，遼西凹陷北洼和遼西凹陷中洼均可以為中央反轉(zhuǎn)帶提供充足的油氣來(lái)源。截至目前仍沒(méi)有研究從傳統(tǒng)地球化學(xué)角度對(duì)中央反轉(zhuǎn)帶的原油及周邊烴源巖開(kāi)展系統(tǒng)研究，渤海灣盆地陸上油田鉆探證實(shí)沙四段是一套區(qū)域優(yōu)質(zhì)烴源巖（張林曄等，2005；侯讀杰等，2008；陳中紅等，2009；劉慶等，2011，2014；張淼等，2011；顏永何等，2015；潘文靜等，2019a；孫佳楠等，2019；王媛等，2019），而海域部分遼西凹陷普遍發(fā)育的沙四段烴源巖對(duì)油氣成藏是否有貢獻(xiàn)亦不清楚。此外，近年在遼西凹陷中洼及中央反轉(zhuǎn)帶南側(cè)鉆探接連失利，均未見(jiàn)任何油氣顯示，進(jìn)一步揭示中央反轉(zhuǎn)帶及圍區(qū)油氣田成藏條件極其復(fù)雜。因此針對(duì)遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶已發(fā)現(xiàn)油氣田開(kāi)展精細(xì)的原油特征分析及油源對(duì)比研究十分必要。

本文通過(guò)對(duì)中央反轉(zhuǎn)帶27個(gè)原油樣品和遼西凹陷32個(gè)有效烴源巖樣品的系統(tǒng)取樣分析，開(kāi)展系統(tǒng)的生物標(biāo)志化合物分析及對(duì)比，對(duì)遼西凹陷的主力生烴層系及其特征進(jìn)行分析。通過(guò)聚類分析方法對(duì)中央反轉(zhuǎn)帶發(fā)現(xiàn)的原油進(jìn)行分類，明確其特征，并通過(guò)生物標(biāo)志化合物開(kāi)展系統(tǒng)的油源對(duì)比研究，理清其來(lái)源及分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)之上對(duì)遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶成藏特征進(jìn)行解析。這項(xiàng)研究對(duì)于進(jìn)一步客觀認(rèn)識(shí)遼西凹陷各次洼的生烴潛力，深入剖析中央反轉(zhuǎn)帶的油氣成藏規(guī)律具有現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)于深化認(rèn)識(shí)湖相富烴凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖非均質(zhì)展布規(guī)律具有重要啟示，為探討湖相富烴凹陷復(fù)雜圈閉群差異成藏機(jī)理提供重要參考。此外，本次研究將傳統(tǒng)地球化學(xué)與多元統(tǒng)計(jì)等數(shù)理分析方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了斷陷湖盆復(fù)雜圈閉群多生標(biāo)參數(shù)油源精細(xì)對(duì)比，改變了關(guān)于遼西凹陷各次洼各層系生烴潛力的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，研究方法具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 地質(zhì)背景

遼西凹陷位于渤海海域西部，西部背靠燕山褶皺帶，東部毗鄰遼西凸起，北部與遼河西部凹陷相連，南部臨近秦南凹陷（圖1）。遼西凹陷整體上為東斷西超的半地塹構(gòu)造特征，呈北東-南西向展布。遼西凹陷由3個(gè)次級(jí)洼陷組成，自北向南分別為遼西凹陷北洼、遼西凹陷中洼和遼西凹陷南洼，中央反轉(zhuǎn)帶位于遼西凹陷北洼和遼西凹陷中洼之間（圖1），受遼西一號(hào)邊界斷裂控制形成大規(guī)模的復(fù)雜圈閉群（徐長(zhǎng)貴等，2010）。

圖1 渤海海域遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶區(qū)域構(gòu)造位置Fig. 1 Regional structural location of the central inversion zone in the Liaoxi Depression, Bohai Sea

鉆探揭示遼西凹陷古近系自下而上分別沉積了孔店組、沙河街組和東營(yíng)組（圖2），其中，孔店組在遼西凹陷分布十分局限，目前僅在遼西凹陷中洼發(fā)現(xiàn)孔店組地層沉積，巖性以褐灰色泥巖夾細(xì)砂巖和粉砂巖為主，上部伴有少量黑色煤層發(fā)育，反映以湖相沉積為主。沙河街組自下而上可以進(jìn)一步細(xì)分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段。其中沙四段目前僅在中央反轉(zhuǎn)帶和遼西凹陷中洼有鉆遇，主要巖性為厚層灰色泥巖夾少量薄層白云質(zhì)泥巖、薄層粉砂巖或細(xì)砂巖，局部發(fā)育薄層碳質(zhì)泥巖。沙三段、沙二段、沙一段在遼西凹陷廣泛分布，其中沙三段在凹陷區(qū)以穩(wěn)定湖相沉積為主，發(fā)育厚層泥巖夾砂巖沉積，是遼西凹陷重要的生烴層系，在凸起區(qū)以辮狀河三角洲和扇三角洲沉積為主，物性極好，是中央反轉(zhuǎn)帶的重要儲(chǔ)集層系。沙二段發(fā)育厚層砂礫巖、砂巖，反映扇三角洲沉積特征，是區(qū)域主要儲(chǔ)集層。沙一段為湖相沉積，以泥巖夾碳酸鹽巖發(fā)育為特征，局部發(fā)育油頁(yè)巖，已被證實(shí)為遼西凹陷主力烴源巖（李濰蓮等，2010；田德瑞等，2018，2019a）。東營(yíng)組整體以厚層泥巖夾砂巖沉積為特征，并且下部地層泥質(zhì)含量高，上部地層砂質(zhì)含量迅速增高，是區(qū)域優(yōu)質(zhì)蓋層。

圖2 渤海海域遼東灣地區(qū)綜合地層柱狀圖（據(jù)田德瑞等，2019b，有修改）Fig. 2 Generalized stratigraphy of the Liaodong Bay area, Bohai Sea

2 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)樣品取自遼西凹陷已發(fā)現(xiàn)的油氣田及重點(diǎn)含油氣構(gòu)造。32個(gè)烴源巖樣品來(lái)自10口探井，涵蓋了遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶圍區(qū)已鉆遇典型烴源巖的探井，并且均為富含有機(jī)質(zhì)的半深湖—深湖相泥巖和頁(yè)巖巖屑及巖心，其中沙四段樣品6個(gè)，沙三段樣品17個(gè)，沙一段樣品9個(gè)。27個(gè)原油樣品為遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶探井鉆柱測(cè)試獲得的原油以及開(kāi)發(fā)井生產(chǎn)的原油，其中沙二段原油樣品17個(gè)，沙三段原油樣品10個(gè)，基本涵蓋了中央反轉(zhuǎn)帶已發(fā)現(xiàn)油氣的區(qū)塊及層位（圖1）。對(duì)烴源巖及原油樣品進(jìn)行族組分分離、飽和烴和芳香烴色譜—質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)分析。

飽和烴色譜—質(zhì)譜分析條件：儀器為Thermo-Fisher Trace-DSQⅡ氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，色譜柱為HP-5 ms彈性石英毛細(xì)柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），升溫程序：初溫50℃并恒溫1 min，以15℃/min速率從50℃升至100℃，以2℃/min 速率從100℃升至200℃，以1℃/min 速率從200℃升至315℃，保持315℃并恒溫20 min。進(jìn)樣口溫度300℃，載氣為氦氣，載氣流速為1 mL/min，電離能量為70 eV。

芳香烴色譜—質(zhì)譜分析條件：儀器為Agilent7890B-5977A氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，色譜柱為HP-5 ms彈性石英毛細(xì)柱（60 m×0.25 mm× 0.25 μm），升溫程序：初溫50℃并恒溫1 min，以15℃/min速率從50℃升至120℃，以3℃/min速率從120℃升至300℃，保持300℃并恒溫25 min。進(jìn)樣口溫度300℃，載氣為氦氣，載氣流速為1 mL /min，檢測(cè)方式為全掃描，電離能量為70 eV。

3 烴源巖生標(biāo)化合物特征及地質(zhì)意義

3.1 飽和烴參數(shù)特征及地質(zhì)意義

甾烷參數(shù)能較好的識(shí)別出海洋或者湖泊環(huán)境中有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源（Volkman et al., 1998）。其中C27-C28-C29甾烷三元示意圖是區(qū)分烴源巖中有機(jī)質(zhì)成分的常用指標(biāo)之一（Peters et al., 2005）。研究表明，C27甾烷主要來(lái)源于浮游植物和后生動(dòng)物（Huang and Meinschein, 1979；Volkman et al., 1986），C28甾烷主要來(lái)源于顆石藻、硅藻和甲藻（Grantham and Wakefield, 1988），C29甾烷主要來(lái)源于陸源高等植物（Huang and Meinschein, 1979；Volkman et al., 1986）。沙河街組三套烴源巖C27-C28-C29甾烷三元示意圖均表現(xiàn)出明顯的C27甾烷優(yōu)勢(shì)（圖3），說(shuō)明這三套烴源巖有機(jī)質(zhì)母質(zhì)主要為浮游動(dòng)植物（圖4）。此外，沙一段烴源巖的C28/C29甾烷分布范圍為0.33~1.33，平均值高達(dá)0.81（圖5a），表明沙一段烴源巖中顆石藻、硅藻和甲藻等浮游生物貢獻(xiàn)占顯著優(yōu)勢(shì)。沙三段烴源巖的C28/C29甾烷分布范圍為0.26~0.95，平均值為0.65（圖5a）。沙四段烴源巖的C28/C29甾烷分布范圍為0.48~0.96，平均值為0.70 （圖5a），與沙三段接近，均顯著低于沙一段，反映沙三段、沙四段陸源有機(jī)質(zhì)輸入較沙一段明顯增高。

圖3 遼西凹陷烴源巖飽和烴和芳香烴色譜—質(zhì)譜圖Fig. 3 Gas chromatography mass spectrometry(Gc-Ms) data of saturate and aromatic fractions for source rocks in the Liaoxi Depression

圖4 遼西凹陷沙四段、沙三段和沙一段烴源巖C27、C28和C29規(guī)則甾烷三元示意圖(據(jù)Huang and Meinschein, 1979，有修改)Fig. 4 Ternary plot showing the distribution of C27, C28 and C29 regular steranes from Es4, Es3 and Es1 source rocks in the Liaoxi Depression (Modified from Huang and Meinschein, 1979)

4—甲基甾烷指數(shù)（4—甲基甾烷/ΣC29甾烷，4-MSI）是識(shí)別烴源巖中溝鞭藻貢獻(xiàn)的重要生物標(biāo)志化合物指標(biāo)，大量4—甲基甾烷的出現(xiàn)可能與渤海藻和副渤海藻等非海相溝鞭藻類的繁盛有關(guān)（Chen et al.，1996）。沙一段烴源巖的4-MSI分布范圍為0.10~0.38，平均值為0.26 （圖5b），沙三段烴源巖的4-MSI分布范圍為0.11~0.29，平均值僅0.19（圖5b），而沙四段烴源巖的4-MSI分布范圍為0.31~1.25，平均值高達(dá)0.72（圖5b），顯著高于沙一段和沙三段，表明遼西凹陷沙四段沉積時(shí)期可能局部地區(qū)存在溝鞭藻類短期“勃發(fā)”事件，導(dǎo)致沙四段局部形成優(yōu)質(zhì)烴源巖，如E15井沙四段泥巖平均TOC高達(dá)4.37%。

姥鮫烷/植烷比值（Pr/Ph）是區(qū)分烴源巖沉積水體氧化還原性條件的常用參數(shù)之一（Peters et al.，2005），經(jīng)常應(yīng)用于烴源巖對(duì)比分析中。Pr/Ph比值小于1一般指示缺氧還原環(huán)境，比值介于1與2之間指示弱還原—弱氧化環(huán)境（Didyk et al.，1978；Ten Haven et al.，1987；潘文靜等，2017）。遼西凹陷沙一段烴源巖Pr/Ph值介于0.25~1.60之間，平均值為0.62（圖5c），指示還原環(huán)境。沙三段烴源巖Pr/Ph值介于0.68~1.47之間，平均值為1.07 （圖5c），臨近邊界值，結(jié)合圖5c分析可知沙三段烴源巖在沉積過(guò)程中整體處于還原環(huán)境，但是局部受氧化沉積事件波動(dòng)影響顯著。沙四段烴源巖Pr/Ph值介于0.77~1.08之間，平均值為0.92（圖5c），指示沉積于還原環(huán)境。表明沙河街組三套烴源巖沉積時(shí)期水體整體偏還原環(huán)境，其中沙一段沉積時(shí)期水體還原性最強(qiáng)。

此外，C27重排甾烷/C27甾烷比值（C27Dia/C27ST）也可以指示沉積水體的氧化還原環(huán)境，研究表明，酸性或氧化條件下，有利于重排甾烯加速形成并被最終還原為重排甾烷（Brincat and Abbott，2001）。通常情況下低C27Dia/C27ST值指示偏堿性還原環(huán)境，高C27Dia/C27ST指示偏酸性氧化環(huán)境（朱揚(yáng)明等，1997；Hao et al., 2011）。遼西凹陷沙一段烴源巖C27Dia/C27ST比值介于0.19~1.05之間，平均值為0.56（圖5d）。沙三段烴源巖C27Dia/C27ST比值介于0.42~1.38之間，平均值高達(dá)0.85（圖5d），顯著高于沙一段，指示沉積環(huán)境較沙一段還原條件弱。沙四段烴源巖C27Dia/C27ST比值介于0.51~0.90之間，平均值為0.75（圖5d），介于沙一段和沙三段之間?？v向?qū)Ρ葋?lái)看，沙一段比值最小，沙三段和沙四段比值接近，并且均小于1，說(shuō)明沙一段烴源巖沉積的堿性還原環(huán)境最強(qiáng)，與上述Pr/Ph分析結(jié)果保持一致，可信度高。

長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷比值（ETR=（C28+C29）/（C28+C29+Ts））能在一定范圍內(nèi)反映湖泊水體化學(xué)條件（Peters et al.，2005），Hao等（2011）針對(duì)渤海灣盆地的研究表明，ETR大于0.4通常指示堿性環(huán)境。遼西凹陷沙一段烴源巖ETR比值介于0.40~0.73之間，平均值為0.58（圖5e），顯著高于0.4，指示堿性介質(zhì)條件。此外，多口鉆井揭示遼西凹陷沙一段沉積大量碳酸鹽巖，如石灰?guī)r、白云巖和生物屑白云巖等（潘文靜等，2020）（圖2），而白云石一般在堿性湖泊中富集（Wolfbauer and Surdam, 1974; Jones and Bowser, 1978），進(jìn)一步證實(shí)以上認(rèn)識(shí)。沙三段和沙四段烴源巖ETR比值接近，分別介于0.14~0.40和0.28~0.36之間（圖5e），指示沙三段、沙四段烴源巖沉積于弱堿性湖泊環(huán)境。

伽馬蠟烷/C31升藿烷（S+R）[Gam/C31（S+R）]比值是表征烴源巖沉積水體鹽度或者水體分層情況的有效指標(biāo)（Peters et al.，2005），在烴源巖對(duì)比研究中應(yīng)用十分廣泛。王培榮等（2004）對(duì)渤中凹陷古近系烴源巖研究表明，咸化環(huán)境中Gam/C31（S+R）比值介于0.43~3.80，平均值高達(dá)2.16，淡水—微咸水環(huán)境中該比值在0.03~0.26之間浮動(dòng)。遼西凹陷沙一段烴源巖Gam/C31（S+R）比值介于0.68~3.20之間，平均值達(dá)到1.80（圖5f），指示半咸水—咸水環(huán)境。此外，在E15等多口井區(qū)沙一段泥巖中發(fā)現(xiàn)了大量多刺甲藻、具刺華花介、具刺湖花介等指示半咸水—咸水環(huán)境的藻類及介形化石，進(jìn)一步證實(shí)沙一段水體偏咸。沙三段烴源巖Gam/C31（S+R）比值介于0.09~0.41之間，平均值為0.17（圖5f），沙四段烴源巖Gam/C31（S+R）比值介于0.10~0.16之間，平均值僅為0.14（圖5f），與沙三段十分接近，并且與王培榮等（2004）在渤中凹陷古近系淡水—微咸水環(huán)境中計(jì)算的數(shù)值（0.03~0.26）接近，與沙一段具有顯著差異，而且在E15等井區(qū)沙三段和沙四段泥巖中發(fā)現(xiàn)了大量指示淡水環(huán)境的盤星藻化石，表明遼西凹陷沙三段和沙四段烴源巖主要沉積于淡水—微咸水環(huán)境。

綜上所述，遼西凹陷沙河街組三套烴源巖C27-C28-C29甾烷三元示意圖均表現(xiàn)出明顯的C27甾烷優(yōu)勢(shì)。此外，沙一段烴源巖具有高C28/C29甾烷，低4-MSI，高Gam/C31（S+R）、高ETR、低C27Dia/C27ST、低Pr/Ph特征。沙三段烴源巖具有中等—高C28/C29甾烷，低Gam/C31（S+R）、低ETR、低—中等Pr/Ph和高C27Dia/C27ST特征。沙四段烴源巖具有中等—高C28/C29甾烷，低Gam/C31（S+R）、低ETR、較低Pr/Ph、中等C27Dia/C27ST和高4-MSI的特征。這些飽和烴參數(shù)能夠較好的區(qū)分遼西凹陷沙河街組三套烴源巖，并且表明這三套烴源巖有機(jī)質(zhì)組成及沉積環(huán)境存在明顯差異。其中沙一段烴源巖沉積于強(qiáng)還原條件的半咸水—咸水的堿性湖盆環(huán)境，浮游生物構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主要組成，沙三段和沙四段烴源巖均形成于淡水—微咸水的弱堿性水體環(huán)境，但是沙四段烴源巖有機(jī)質(zhì)組成中溝鞭藻含量明顯偏高。

3.2 芳香烴參數(shù)特征及地質(zhì)意義

除了以上論述的飽和烴參數(shù)能對(duì)遼西凹陷烴源巖進(jìn)行較好的區(qū)分以外，芳香烴參數(shù)C294-甲基-24-乙基三芳甾烷、C274-甲基三芳甾烷及三芳甾烷/三芳甲藻甾烷在識(shí)別烴源巖有機(jī)質(zhì)組成方面也有較好的應(yīng)用效果。C294-甲基-24-乙基三芳甾烷和C274-甲基三芳甾烷等三芳甾烷能有效指示陸源有機(jī)質(zhì)，王培榮等（2004）研究證實(shí)三芳甾烷含量與陸源有機(jī)質(zhì)含量呈正比。遼西凹陷沙三段和沙四段烴源巖中C294-甲基-24-乙基三芳甾烷和C274-甲基三芳甾烷等三芳甾烷相對(duì)含量顯著高于沙一段（圖3），進(jìn)一步說(shuō)明沙三段和沙四段中陸源有機(jī)質(zhì)成分較沙一段高，與飽和烴參數(shù)C28/C29甾烷研究結(jié)果保持一致。

三芳甾烷/三芳甲藻甾烷指數(shù)能有效區(qū)分浮游生物和陸源高等植物的貢獻(xiàn)，比值高指示陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)大（王培榮等，2004）。從圖3中芳烴色質(zhì)圖對(duì)比來(lái)看，沙四段烴源巖三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值介于1.76~4.59之間，波動(dòng)幅度較大，并且平均值高達(dá)2.83（圖5g），進(jìn)一步證實(shí)遼西凹陷沙四段烴源巖有大量陸源有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。沙三段烴源巖三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值介于0.66~2.01之間，平均值為1.44（圖5g）。沙一段烴源巖三芳甾烷豐度均較低（圖3），其三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值分布范圍為0.34~2.31，平均值僅為1.15（圖5g），均顯著低于沙四段和沙三段，指示沙一段烴源巖中陸源有機(jī)質(zhì)成分僅占較小份額，而縱向?qū)Ρ葋?lái)看沙四段中陸源有機(jī)質(zhì)成分含量顯著高于沙一段和沙三段。

綜合飽和烴研究結(jié)果表明遼西凹陷沙河街組三套烴源巖有機(jī)質(zhì)母質(zhì)主要為浮游動(dòng)植物，其中沙一段烴源巖中浮游生物總的貢獻(xiàn)最高，沙四段烴源巖中陸源成分的貢獻(xiàn)較沙一段和沙三段均偏大，反映各層系烴源巖中生烴生物組成差異明顯。

4 原油類型劃分與油源對(duì)比

4.1 原油類型劃分

聚類分析是劃分多源原油成因類型的有效方法（Peters et al.，1994；田德瑞等，2019a），其關(guān)鍵在于選取有效的油源對(duì)比參數(shù)（Peters et al.，2007）。結(jié)合上文對(duì)遼西凹陷沙河街組三套烴源巖生物標(biāo)志化合物的系統(tǒng)對(duì)比印證研究基礎(chǔ)之上，考慮到姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）容易受到生物降解作用的影響，具有多解性，因此本次研究分別選取長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷比值ETR 、4—甲基甾烷指數(shù)、C27重排甾烷/C27甾烷、伽馬蠟烷/C31（S+R）和三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值等5個(gè)可有效反映有機(jī)質(zhì)生源和沉積水體環(huán)境的參數(shù)對(duì)遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶發(fā)現(xiàn)的原油樣品開(kāi)展聚類分析，為明確各圈閉原油生物標(biāo)志化合物特征，探討其成因提供重要證據(jù)。

本次研究采用SPSS軟件利用Ward法和Euclidean距離對(duì)遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶沙河街組原油進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明聚類分析能有效地將遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶沙河街組原油劃分為3大類（表1; 圖6）。

表1 遼西凹陷烴源巖、原油飽和烴和芳香烴地球化學(xué)參數(shù)Table 1 Geochemical parameters of saturate and aromatic fractions for source rocks and crude oils in the Liaoxi Depression

圖6 遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶原油類型聚類分析Fig. 6 Hierarchical cluster analysis (HCA) results showing crude oil types in the central inversion zone of the Liaoxi Depression

Ⅰ類原油典型特征是具有中等—高伽馬蠟烷含量、低—中等4—甲基甾烷、低—中等三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值和高ETR的特征（表1）。其中伽馬蠟烷/C31（S+R）分布范圍為0.39~0.64，平均值為0.52（圖7a），指示原油母質(zhì)沉積水體鹽度較高。ETR比值介于0.40~0.51之間，平均值為0.47（圖7b），C27Dia/C27ST比值介于0.40~0.66之間，平均值為0.47 （圖7c），表明原油母質(zhì)受堿性還原水介條件作用。4-MSI分布范圍為0.25~0.44之間，平均值為0.31（圖7d）；三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值介于1.07~1.91之間，平均值為1.49（圖7c），反映原油母質(zhì)成分中溝鞭藻等浮游生物占有一定比例。綜上所述，Ⅰ類原油母質(zhì)有溝鞭藻類貢獻(xiàn)且沉積于具有一定鹽度的堿性湖泊水體環(huán)境。

Ⅱ類原油的生物標(biāo)志化合物特征完全不同于Ⅰ類原油，其原油具有低伽馬蠟烷、低ETR、高4—甲基甾烷和高三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值的特征（表1）。伽馬蠟烷/C31（S+R）分布范圍為0.09~0.13，平均值低至0.11（圖7a），指示原油母質(zhì)主要形成于淡水環(huán)境。ETR比值介于0.25~0.27之間，平均值為0.26（圖7b），C27Dia/C27ST比值介于0.45~0.58之間，平均值為0.52，略高于Ⅰ類原油（圖7c），整體反映堿性還原條件較Ⅰ類原油母質(zhì)低。而4-MSI分布范圍為1.03~1.18之間，平均值為1.11（圖7d），反映溝鞭藻的貢獻(xiàn)大幅上升；三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值介于2.63~3.03之間，平均值為2.83，顯著高于Ⅰ類原油（圖7c），說(shuō)明具有一定數(shù)量陸源高等植物輸入的影響。由此可知，Ⅱ類原油母質(zhì)沉積于有大量溝鞭藻類輸入且有部分陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)的淡水弱堿性湖泊水體環(huán)境。

Ⅲ類原油具有低—中等伽馬蠟烷、中等4-甲基甾烷、中等三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值和高C27Dia/C27ST比值的特征（表1）。伽馬蠟烷/C31（S+R）分布范圍為0.07~0.35，平均值為0.16（圖7a），介于Ⅰ類原油和Ⅱ類原油之間，并且與Ⅱ類原油更接近，指示淡水—微咸水環(huán)境。ETR比值介于0.30~0.34之間，平均值為0.32（圖7b），也是介于Ⅰ類原油和Ⅱ類原油之間，反映弱堿性環(huán)境。C27Dia/C27ST比值介于0.59~0.79之間，平均值為0.72（圖7c）。4-MSI分布范圍為0.21~0.57之間，平均值為0.37（圖7d）；三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值介于1.72~2.48之間，平均值為2.18（圖7c），反映原油具有來(lái)自溝鞭藻的貢獻(xiàn)，并且溝鞭藻貢獻(xiàn)介于Ⅰ類原油和Ⅱ類原油之間。由此可知，Ⅲ類原油母質(zhì)有一定數(shù)量溝鞭藻類組成，并且沉積于淡水—微咸水弱堿性湖泊水體環(huán)境。

圖7 遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶原油與烴源巖生物標(biāo)志物參數(shù)對(duì)比圖Fig. 7 Geochemical comparison of oils and source rocks in the central inversion zone of the Liaoxi Depression

綜上所述，通過(guò)優(yōu)選的5個(gè)生物標(biāo)志化合物對(duì)中央反轉(zhuǎn)帶27個(gè)原油樣品展開(kāi)聚類分析，實(shí)現(xiàn)了原油樣品的精細(xì)對(duì)比，能有效的將已發(fā)現(xiàn)的原油劃分為三個(gè)類型，三個(gè)類型的原油母質(zhì)的組成及形成環(huán)境迥異。其中Ⅰ類原油母質(zhì)有溝鞭藻類貢獻(xiàn)且沉積于具有一定鹽度的堿性湖泊水體環(huán)境，Ⅱ類原油母質(zhì)沉積于有大量溝鞭藻類和一定數(shù)量陸源高等植物輸入的淡水偏堿性湖泊水體環(huán)境，Ⅲ類原油母質(zhì)含有一定數(shù)量溝鞭藻類成分，主要沉積于淡水—微咸水弱堿性還原環(huán)境。

4.2 油-巖對(duì)比

從圖8a可以看出，Ⅰ類原油伽馬蠟烷含量高，具有較高的Gam/C31（S+R）比值和ETR比值，說(shuō)明其含有來(lái)自具有一定鹽度烴源巖的貢獻(xiàn)，而三套烴源巖中只有沙一段沉積于半咸水—咸水環(huán)境，因此Ⅰ類原油具有沙一段烴源巖的明顯貢獻(xiàn)。然而，Ⅰ類原油所反映的鹽度整體低于沙一段烴源巖的分布范圍（圖7a），說(shuō)明還混入了沉積于低鹽度淡水環(huán)境烴源巖的貢獻(xiàn)。從母質(zhì)來(lái)源方面分析，Ⅰ類原油具有中等的4-甲基甾烷指數(shù)和低—中等的三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值，其分布區(qū)域與沙三段和沙一段烴源巖均具有較好的疊合性，而整體偏離于沙四段烴源巖的分布范圍以外（圖7），綜合沉積水體環(huán)境和母質(zhì)來(lái)源兩方面分析認(rèn)為Ⅰ類原油可能主要為沙三段和沙一段烴源巖生成的混源油（圖5，圖7）。

Ⅱ類原油的典型生物標(biāo)志物特征是低伽馬蠟烷和高4-甲基甾烷（圖8b），其具有低Gam/C31（S+R）比值、高4-甲基甾烷指數(shù)、高三芳甾烷/三芳甲藻甾烷和中等C27Dia/C27ST比值（圖7，圖8）。這些特征與遼西凹陷中洼和北洼沙四段烴源巖生物標(biāo)志物特征相似，說(shuō)明Ⅱ類原油主要來(lái)自沙四段烴源巖（圖5，圖7）。大量分析認(rèn)為渤海海域沙四段烴源巖品質(zhì)、母質(zhì)來(lái)源以及其沉積環(huán)境區(qū)域差異顯著（湯國(guó)民等，2019；田德瑞等，2019b；潘文靜等，2019a，b；Tian et al.，2017），遼西凹陷中洼沙四段烴源巖TOC介于0.18%~3.77%，平均值僅為0.75%，且大部分樣品TOC小于0.5%，有機(jī)質(zhì)豐度偏低，整體屬于差烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2-Ⅲ型為主。遼西凹陷北洼沙四段烴源巖TOC介于2.40%~6.19%，平均值高達(dá)4.37%，有機(jī)質(zhì)豐度高，達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖級(jí)別，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主。因此，中央反轉(zhuǎn)帶的Ⅱ類原油應(yīng)該主要來(lái)自北洼沙四段的貢獻(xiàn)。

Ⅲ類原油具有相對(duì)低—中等的Gam/C31（S+R）比值，雖然分布范圍較寬，但整體均低于沙一段烴源巖Gam/C31（S+R）的分布范圍，此外其具有中等—高的C27Dia/C27ST比值（圖7，圖8），中等4-甲基甾烷指數(shù)和中等—高三芳甾烷/三芳甲藻甾烷比值特征，均分布在遼西凹陷沙三段和沙四段烴源巖生物標(biāo)志化合物變化區(qū)間內(nèi)（圖7），綜合分析該類原油可能是沙三段與沙四段烴源巖生成的混源油（圖8c）。

圖8 遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶不同類型原油飽和烴和芳香烴色譜-質(zhì)譜圖Fig. 8 Gas chromatography mass spectrometry (Gc-Ms) of saturate and aromatic fractions for crude oils in the central inversion zone of the Liaoxi Depression

傳統(tǒng)研究認(rèn)為，中央反轉(zhuǎn)帶南北兩側(cè)分別被遼西凹陷中洼和遼西凹陷北洼所夾持，具備雙洼供烴的優(yōu)勢(shì)（田立新等，2011）。然而，近幾年中海油天津分公司在遼西凹陷中洼多個(gè)構(gòu)造帶鉆探了6口探井均未見(jiàn)任何油氣顯示，而且鉆遇的沙河街組烴源巖品質(zhì)較差，泥巖多呈偏氧化的褐色或紅褐色。巖石熱解分析表明，沙四段TOC平均值僅為0.75%，沙三段TOC平均值僅為0.54%，沙一段TOC平均值僅為1.02%，表明遼西凹陷中洼的生烴能力較差。特別是在中央反轉(zhuǎn)帶南側(cè)E28和E37兩口井錄井未見(jiàn)任何油氣顯示，而且E37井剛好位于遼西凹陷中洼向中央反轉(zhuǎn)帶中塊運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)路徑上，但儲(chǔ)層包裹體中亦未見(jiàn)烴類包裹體，說(shuō)明未發(fā)生過(guò)油氣運(yùn)移（圖9），因此，中央反轉(zhuǎn)帶的原油只能是其下部烴源巖或者遼西凹陷北洼烴源巖供烴，中洼生烴潛力弱對(duì)中央反轉(zhuǎn)帶成藏?zé)o貢獻(xiàn)。

圖9 渤海海域遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶中塊油氣成藏模式（剖面位置見(jiàn)圖1）Fig. 9 Petroleum accumulation model for the middle block of the central inversion zone in the Liaoxi Depression, Bohai Sea (See Fig. 1 for the location of the section)

5 不同成因類型原油的分布規(guī)律及其成藏特征

為了進(jìn)一步理清中央反轉(zhuǎn)帶的成藏規(guī)律，展開(kāi)精細(xì)對(duì)比研究，將中央反轉(zhuǎn)帶按照距離邊界斷層位置自東向西劃分為東塊、中塊、西塊三個(gè)單元。對(duì)三種類型原油的空間展布特征進(jìn)行系統(tǒng)梳理，結(jié)果顯示Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類原油在東塊均有發(fā)現(xiàn)。中塊目前僅發(fā)現(xiàn)Ⅰ類原油，西塊發(fā)現(xiàn)的原油均為Ⅲ類原油，并且原油主要集中于北部，毗鄰遼西凹陷中洼的中央反轉(zhuǎn)帶西部有多口空井（圖10），反映區(qū)域成藏體系復(fù)雜。

圖10 遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶不同成因類型原油分布Fig. 10 Geographic distribution of oils originated from different source rocks in the central inversion zone of the Liaoxi Depression

5.1 中央反轉(zhuǎn)帶東塊成藏模式

東塊只有S2井沙二段一個(gè)Ⅰ類原油樣品密度（20℃）為0.7602 g/cm3，含蠟量?jī)H為0.35%，為凝析油。其余原油含蠟量介于4.78%~16.65%之間，以高含蠟量原油為主，原油密度（20℃）介于0.8400~0.8810 g/cm3之間。雖然東塊發(fā)育三種原油類型，但是原油在各層系的展布差別明顯，其中，Ⅰ類原油在沙二段和沙三段地層中均有分布，并且分布范圍廣；Ⅱ類原油僅分布在沙三段地層中；Ⅲ類原油分布極其局限，僅在沙二段E5井區(qū)以及沙三段E18和E20兩個(gè)井區(qū)有分布（圖10），反映平面成藏差異大。

東塊發(fā)育F1、F2、F4、F5等多條溝通遼西凹陷北洼沙一段、沙三段、沙四段三套有效烴源巖的油源斷裂，陡坡帶砂體與油源斷裂溝通，形成了油氣聚集的高效輸導(dǎo)層（圖11），形成高豐度油氣聚集效應(yīng)，這也是東塊同時(shí)發(fā)現(xiàn)三種原油類型的重要原因。E1井沙三段底部砂體盡管也依附F1邊界斷裂，但由于地層產(chǎn)狀不匹配，井底之下烴源巖生成的油氣優(yōu)先向F2斷層匯聚再進(jìn)行垂向運(yùn)移，并且這套砂體位于排烴門限之上（圖11），不能直接近源供烴，導(dǎo)致底部砂體未見(jiàn)油氣顯示。由此可見(jiàn)烴源巖、斷層、砂體三因素空間分布配置是造成東塊空間成藏差異的關(guān)鍵。

圖11 渤海海域遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶東塊油氣成藏模式（剖面位置見(jiàn)圖1）Fig. 11 Petroleum accumulation model for the east block of the central inversion zone in the Liaoxi Depression, Bohai Sea (See Fig. 1 for the location of the section)

5.2 中央反轉(zhuǎn)帶中塊成藏模式

中塊原油含蠟量介于4.46%~22.02%之間，以中—高含蠟原油為主，原油密度（20℃）介于0.8404~0.8586 g/cm3之間，均為輕質(zhì)原油，并且主要富集在沙二段地層中，以Ⅰ類原油為主。油氣先沿溝通沙三段和沙一段有效烴源巖的油源斷裂向上運(yùn)移至沙二段砂巖輸導(dǎo)層，再沿沙二段砂體橫向輸導(dǎo)至圈閉中成藏。此外，中塊沙二段具有明顯的油氣差異富集特征，靠近烴源灶的斷背斜圈閉中富集天然氣，較遠(yuǎn)的圈閉中富集原油（圖9）。E4和E19井沙三段上部未成藏的主要原因是砂體未與有效油源斷裂相溝通，其中E19井在沙三段下部鉆遇了少量差油層（圖9），分析認(rèn)為可能是該套砂體位于沙三段烴源巖排烴門限之下，形成源內(nèi)成藏體系。充分說(shuō)明斷層對(duì)有效烴源巖與砂體的貫通銜接效率對(duì)中塊油氣成藏類型及規(guī)模具有決定性影響。

5.3 中央反轉(zhuǎn)帶西塊成藏模式

西塊原油含蠟量介于17.53%~20.22%之間，全部為高含蠟原油，原油密度（20℃）介于0.8404~ 0.8516 g/cm3之間，為輕質(zhì)原油，在沙二段、沙三段均有分布且原油類型均為Ⅲ類。此外，局部還有天然氣成藏，其中沙二段上部為天然氣，下部為原油。沙三段上部為原油，下部砂體無(wú)顯示。中央反轉(zhuǎn)帶西塊的油氣輸導(dǎo)模式與東塊相似，均為油源斷裂與砂體耦合輸導(dǎo)油氣。上部砂體成藏的主要原因是上覆砂體沉積規(guī)模大，與油源斷裂直接溝通，空間源、運(yùn)、儲(chǔ)配置關(guān)系好。而下部砂體沒(méi)有溝通油源斷裂，砂體臨近的烴源巖又位于排烴門限之上，導(dǎo)致上部砂體既未和有效烴源巖貫通，又不能源內(nèi)成藏，導(dǎo)致無(wú)顯示，進(jìn)一步反應(yīng)斷層對(duì)有效烴源巖和儲(chǔ)集層的貫通作用對(duì)西塊成藏起重要作用。

通過(guò)對(duì)遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶三個(gè)區(qū)塊成藏過(guò)程的精細(xì)剖析可見(jiàn)，有效烴源巖分布、油源斷裂與砂體匹配程度控制了該地區(qū)油氣的平面展布與縱向分布，體現(xiàn)出受“源—斷—砂”三因素耦合控制的成藏規(guī)律。結(jié)合油源對(duì)比分析認(rèn)為該區(qū)下步勘探重點(diǎn)應(yīng)以中央反轉(zhuǎn)帶以北地區(qū)為主。針對(duì)沙二段目的層，重點(diǎn)尋找砂體發(fā)育且運(yùn)移條件好的有利圈閉，沙三段、沙四段目的層重點(diǎn)是尋找兩類目標(biāo)，一類是排烴門限以下陡坡帶源內(nèi)或近源扇體，有望形成巖性油氣藏，另一類是砂體發(fā)育且與油源斷裂匹配程度高的有效圈閉。

6 結(jié)論

（1）沙一段烴源巖具有高Gam/C31（S+R）、高ETR、低C27Dia/C27ST、低Pr/Ph、低三芳甾烷/三芳甲藻甾烷和中等4-MSI的特征，指示沉積于半咸水—咸水堿性強(qiáng)還原環(huán)境；沙三段烴源巖具有低Gam/C31（S+R）、低ETR、低—中等Pr/Ph、低—中等三芳甾烷/三芳甲藻甾烷、中等4-MSI和高C27Dia/C27ST的特征，經(jīng)分析沉積于淡水—微咸水弱堿性環(huán)境；沙四段烴源巖具有低Gam/C31（S+R）、低ETR、較低Pr/Ph、中等C27Dia/C27ST、高三芳甾烷/三芳甲藻甾烷和高4-MSI的特征，研究顯示沉積于淡水弱堿性水體環(huán)境。遼西凹陷沙河街組三套有效烴源巖表現(xiàn)出的截然不同的地球化學(xué)特征可以作為原油成因類型劃分以及油源對(duì)比的依據(jù)。

（2）基于烴源巖研究對(duì)比結(jié)果優(yōu)選飽和烴和芳香烴生標(biāo)化合物共計(jì)5個(gè)參數(shù)對(duì)遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶發(fā)現(xiàn)的原油進(jìn)行聚類分析，證實(shí)中央反轉(zhuǎn)帶有3類原油匯聚。第Ⅰ類原油來(lái)自沙三段和沙一段烴源巖，在中央反轉(zhuǎn)帶中塊、東塊沙二段地層以及東塊沙三段地層中均有分布；第Ⅱ類原油來(lái)自沙四段烴源巖，分布在中央反轉(zhuǎn)帶東塊沙三段地層中，首次證實(shí)遼西凹陷沙四段烴源巖的貢獻(xiàn)；第Ⅲ類原油來(lái)自沙三段和沙四段烴源巖，主要分布在中央反轉(zhuǎn)帶西塊沙二段、沙三段地層以及東塊沙二段地層中。

（3）分別對(duì)遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶東塊、中塊、西塊原油成藏特征進(jìn)行解剖，三個(gè)成藏體系均為“源—斷—砂”三因素耦合控藏模式，即有效烴源巖分布、油源斷裂與砂體匹配程度控制了油氣的空間分布。研究認(rèn)為遼西凹陷中央反轉(zhuǎn)帶的有利勘探目標(biāo)包含兩類，一類是油源斷層與儲(chǔ)層砂體耦合條件好的圈閉，另一類是沙三段、沙四段中發(fā)育的源內(nèi)巖性砂體。