王飞龙, 王德英, 燕 歌, 王改卫, 王广源, 杨喜彦

(1.中海石油(中国)有限公司 天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459；2.中国石油青海油田公司 气田开发处，甘肃 敦煌 816000)

辽西凹陷是渤海海域重要的油气产区和未来储量增长的后备区之一，该凹陷位于辽东湾地区西部，其勘探始于20世纪80年代，历经30余年勘探发现多个油气田和含油气构造。自油气发现之初至今，已有不少学者对其油气来源开展了相关研究[1-6]，但这些研究或是针对整个辽东湾地区的宏观研究，或是专注个别油气藏的精细研究，或是更为注重烃源岩评价。辽西凹陷作为渤海海域勘探程度较低的区域依然具有巨大潜力，特别是近些年勘探力度加大，持续有油气发现，因此，加强3个洼陷的原油地球化学特征及油源的差异性研究对本区勘探意义重大。笔者针对性地选取了8个典型油田和含油气构造的原油样品，通过原油物性及生物标志物分析，探讨已发现的3个洼陷原油的油源差异性特征。

1 地质背景

图1 辽西凹陷构造单元位置及油田分布Fig.1 Tectonic framework and distribution of oilfields in Liaoxi depression

辽西凹陷是下辽河西部凹陷向渤海海域的自然延伸，是呈北北东-南南西走向的箕状凹陷，属于渤海湾盆地北部的一个Ⅲ级构造单元[7-10]。辽西凹陷面积约 3 830 km2，东断西超，东部以辽西1号断层为界与辽西低凸起相接，西部以缓坡与燕山褶皱带相邻，从北向南依次分为北洼、中洼、南洼3个次级洼陷[7](图1)。各洼陷均经历了断陷期、断拗期和拗陷期3个演化阶段，从早到晚依次发育古近系沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组和平原组，其中烃源岩主要是沙河街组第四段、第三段、第一段(分别简称为“沙四段、沙三段、沙一段”)和东营组第三段(简称“东三段”)泥岩。

在辽西凹陷的勘探发现了多个油气田和含油气构造，但3个洼陷发现油田的数量和分布区域差异很大(图1)。在北洼陡坡带和缓坡带均有规模性发现，包括缓坡带的锦州9-3油田(JZ9-3)、锦州14-2含油气构造(JZ14-2)、锦州25-1油田(JZ25-1)和陡坡带的锦州20-2北油田(JZ20-2N)；中洼仅在内部发现了绥中29-4含油气构造(SZ29-4)；南洼发现主要集中在陡坡带，包括旅大5-2北油田(LD5-2N)、旅大5-2油田(LD5-2)、旅大4-2油田(LD4-2)(图1)。

2 原油物性及地球化学特征

2.1 原油物性

在辽西凹陷的原油主要赋存于沙二段(E3s2)、沙三段(E3s3)、东二段(E3d2)、馆陶组(N1g)，按照原油物性可分为轻质油、稠油、特稠油(表1)。北洼沙河街组主要为轻质原油，JZ20-2N、JZ14-2、JZ25-1原油密度(ρ)为 0.832 9～0.864 6 g/cm3，黏度(η)为3.313～8.239 mPa·s，含蜡量(质量分数：w蜡)为16.65%～19.8%，属于高蜡油；JZ9-3东二段为稠油，原油密度为0.942 5 g/cm3，黏度为89.8 mPa·s，含蜡量为4.85%，属于含蜡油。中洼SZ29-4东二段主要为稠油，原油密度为 0.948 8 g/cm3，黏度为206.3 mPa·s，含蜡量为4.54%，属于含蜡油。南洼东二段原油主要为稠油，LD5-2、LD4-2原油密度为 0.958 2～0.986 2 g/cm3，黏度为414.7～4 591 mPa·s，含蜡量为2.29%～2.68%，属于低蜡油；LD5-2N馆陶组原油为特稠油，原油密度为 1.006 1 g/cm3，黏度为52.335 Pa·s，含蜡量为1.65%，属于低蜡油。整体来说，辽西凹陷原油赋存层位从北洼→中洼→南洼依次变浅，油品性质从北洼→中洼→南洼依次变差。

2.2 原油族组成

一般来说，原油族组成中饱和烃含量越高，原油成熟度越高；原油中非烃和沥青质含量高是与低熟原油或者生物降解造成的稠油相关[11]。表2的数据显示辽西凹陷北洼饱和烃含量整体较高，JZ20-2N、JZ14-2、JZ25-1原油饱和烃的质量分数高达59.29%～65.00%，非烃和沥青质的质量分数为10.50%～18.81%，表明原油成熟度较高；JZ9-3原油饱和烃的质量分数为37.78%，非烃和沥青质的质量分数高达25.19%，这是由于生物降解造成的。中洼SZ29-4原油饱和烃的质量分数为48.21%，非烃和沥青质的质量分数高达24.67%，表明其生物降解程度略低于JZ9-3。南洼饱和烃含量整体较低，LD5-2N原油饱和烃的质量分数仅为27.76%，非烃和沥青质的质量分数高达40.38%，为辽西凹陷之最，表明其生物降解程度最高；LD4-2、LD5-2原油饱和烃的质量分数高达40.19%～47.32%，非烃和沥青质的质量分数为18.04%～28.37%，表明其降解程度与SZ29-4相当。整体来说，辽西凹陷北洼原油成熟度较高，中洼和南洼受降解程度高；沙河街组原油整体成熟度高，不受生物降解影响；东营组原油受相当程度的生物降解；馆陶组原油遭受强烈生物降解。

表1 辽西凹陷原油物性参数Table 1 Property parameters of crude oils of Liaoxi depression

表2 辽西凹陷原油族组成Table 2 Group components of crude oils of Liaoxi depression

2.3 原油正构烷烃及类异戊二烯烷烃

辽西凹陷埋深不超过2 km的原油普遍遭受了不同程度的生物降解(图2)，导致其正构烷烃消耗殆尽，类异戊二烯烷烃形态不完整，能提供的地质信息有限。8个原油样品正构烷烃及类异戊二烯烷烃参数和色谱特征表明(图2)，位于馆陶组的LD5-2N原油生物降解作用最强烈，正构烷烃、类异戊二烯烷烃全部消失；与LD5-2N同样来自南洼的LD5-2原油正构烷烃全部降解，类异戊二烯烷烃部分残留，但诸如姥/植比(Pr/Ph)等参数已失真；LD4-2和位于中洼的SZ29-4原油正构烷烃和类异戊二烯烷烃均为部分降解，表现为正构烷烃形态不完整，Pr/n-C17和Ph/n-C18值较大，分别为1.43/1.36和1.00/1.25。这是由于类异戊二烯烷烃抗降解能力较正构烷烃强，在原油中残留更多所致。Pr/Ph分别为0.92和0.51，对于能否真实反映有机质原始沉积环境存疑。位于北洼的JZ9-3原油降解情况与LD5-2类似。8个原油样品中，埋深较大的JZ20-2N、JZ14-2和JZ25-1原油未受降解影响，其原油全烃气相色谱反映了饱和烃分布的真实面貌，这3个原油主峰碳数分别为22、21和21，均较靠前，结合较高的∑C21-/∑C22+值(0.78～0.82)和C21+22/C28+29值(1.85～2.44)，高浓度正构烷烃(主峰碳)在气相色谱中的前置反映了原油较高的热演化程度，3个样品的Pr/n-C17和Ph/n-C18值均较低也印证了这一点，因为随着原油成熟度的升高，类异戊二烯烷烃会先于正构烷烃裂解；此外，JZ20-2N的Pr/Ph值较低，可能代表了偏还原的沉积环境；JZ14-2和JZ25-1原油的Pr/Ph值适中，分别为0.91和0.95，在反映有机质沉积环境时不具有典型性。综合来看，中洼、南洼原油因埋藏较浅普遍遭受降解，全烃气相色谱形态和正/异构烷烃分布特征已很难反映有效的地质信息。

图2 辽西凹陷原油生物标志化合物质量色谱Fig.2 GC-MS chromatography of crude oils of Liaoxi depression

2.4 原油生物标志物

原油的m/z 191萜烷系列化合物分布特征不尽相同，辽西凹陷萜烷系列化合物质量色谱和参数显示(图2，表3)，LD5-2N原油因强烈生物降解，萜烷普遍降解，C2925-降藿烷浓度超过C30藿烷(C30H)，成为离子碎片m/z 191的主峰，其余萜烷参数亦受到影响不再可信。在其余7个样品的萜烷类化合物比对中，JZ20-2N“伽马蜡烷/C30H”值为0.46，拥有丰度最高的伽马蜡烷。伽马蜡烷的生物体前驱物为伽马蜡醇，来自食菌的纤毛虫，纤毛虫生活在水体分层界面附件，高浓度的伽马蜡烷通常代表有机质原始沉积环境是封闭缺氧强还原的咸水或半咸水湖泊相沉积环境[12]，这与该样品较低的Pr/Ph值反映的地质信息相同。同时，代表陆源高等植物输入的C19三环萜烷和C24四环萜烷，其表征参数“C19三环萜烷/C23三环萜烷”和“C24四环萜烷/C26三环萜烷”在JZ20-2N原油中均很低；而同样来自北洼的JZ9-3、JZ14-2、JZ25-1原油C19三环萜烷和C24四环萜烷含量较高，伽马蜡烷含量低，这3组原油样品更多反映了带陆源高等植物输入的富氧沉积环境。来自中洼和南洼的原油除萜烷已被降解的LD5-2N外，其余原油伽马蜡烷含量也不高，且C19三环萜烷和C24四环萜烷含量整体高于辽西北洼，更具有高等植物输入的特征。在m/z191萜烷系列化合物中，C2717α(H)-三降藿烷(Tm)和C2718α(H)-三降藿烷(Ts)含量既与母质来源或原始沉积环境相关，又与成熟度相关，Ts/Tm通常用以反映原油和烃源岩热成熟度[12]，北洼原油Ts/Tm平均值为1.25，高于中洼的1.08和南洼的0.90。另外，在具有碱性的咸化湖泊相沉积环境中水体C29Ts(18α-30-降新藿烷)的含量一般较低，而在黏土矿物酸性催化比较强或酸性水体环境中C29Ts含量则较高，因此，C29Ts和C29藿烷(C29H)的比值常用于表征沉积环境[12]。JZ20-2N原油有机质具有典型的高盐、强还原沉积特征，其C29Ts/C29H值为0.35，比较高，可能为高成熟度所致；北洼其他原油不但成熟度高，也具有来自酸性黏土矿物催化氧化作用强的沉积环境这一特点，这些原油较高的C29Ts/C29H值符合这些特征。

原油中重排甾烷可以表征沉积环境，又因抗降解能力较规则甾烷强，可用于表征降解程度[12]。辽西凹陷原油的甾烷化合物组成表明(图2、表4)，JZ20-2N原油重排甾烷含量最低，因为咸化湖泊的强还原沉积环境缺少蒙脱石、伊利石等黏土矿物的催化作用，甾烷很难发生重排。而LD5-2N原油重排甾烷含量最高，C27重排甾烷/C27规则甾烷为2.13，明显是生物降解作用下规则甾烷优先被消耗导致。LD5-2N饱和烃组分正/异构烷烃，萜烷、甾烷全部被降解，生物降解等级达到8级以上。整体上看，北洼原油C27重排甾烷/C27规则甾烷平均为0.43，低于中洼的0.84和南洼(不包括LD5-2N)的0.61，重排甾烷的分布应主要受有机质沉积环境的控制；中洼和南洼有机质沉积环境为酸性黏土矿物催化作用较强的较富氧沉积环境，相比北洼，所生成原油中重排甾烷的原始浓度更高。由“C27/C29甾烷”和“C28/C29甾烷”比值可知，在C27～C29规则甾烷中，除JZ20-2N和LD4-2以外，其余原油C27甾烷含量最高，C29甾烷次之，C28甾烷最低，这与萜类化合物的伽马蜡烷、C19三环萜烷和C24四环萜烷参数反映的母源信息一致，代表了原油有机质沉积于有陆源高等植物输入的偏氧化水体环境。

表3 辽西凹陷原油萜烷参数Table 3 Terpane parameters of crude oils of Liaoxi depression

A表示C19三环萜烷/C23三环萜烷; B表示C24四环萜烷/C26三环萜烷; C表示Ts/Tm; D表示C29Ts/C29H; E表示藿烷C31/C30;F表示伽马蜡烷/C30H; G表示C2925-降藿烷/C30H。

表4 辽西凹陷原油甾烷参数Table 4 Sterane parameters of crude oils of Liaoxi depression

A表示C27甾烷重排/规则; B表示C27甾烷S/(S+R); C表示C29甾烷S/(S+R); D表示C27/C29甾烷; E表示 C29ββ/(αα+ββ); F表示C28/C29甾烷。

W.K.Seifert等的研究发现，C29S/(S+R)、C29ββ/(αα+ββ)比值分别小于0.25和0.20时为未熟油，比值分别位于0.25～0.40、0.20～0.40时为低熟油，比值大于0.40时为成熟油[13]。北洼原油C27S/(S+R)、C29S/(S+R)和C29ββ/(αα+ββ)平均值分别为0.42、0.38和0.39，属于成熟油，成熟度高于南洼(排除LD5-2N)的0.34、0.28和0.35，但低于中洼SZ29-4的0.45、0.50和0.45。SZ29-4原油甾烷异构化参数与Ts/Tm所反映的原油成熟度不符，可能与该原油因生物降解导致Ts/Tm值失真有关(表4)。

综合辽西凹陷原油中萜烷和甾烷类生物标志化合物的地球化学特征分析表明，北洼JZ20-2N原油有机质来自封闭缺氧的咸化湖泊相强还原沉积环境，JZ9-3、JZ14-2和JZ25-1原油反映了带陆源高等植物输入的开放水体偏氧化沉积环境，且凹陷内陆源高等植物和黏土矿物的输入有由北向南增强的趋势，南洼的LD5-2、LD5-2N和LD4-2代表的开放水体环境最富含高等植物输入。原油成熟度方面，中洼>北洼>南洼，中洼和北洼原油均为成熟油，南洼原油为低熟油。

2.5 原油碳同位素

原油稳定碳同位素承继了其生烃母质的碳同位素特征，因此，通过碳同位素差异性可以有效区分其母质类型。同时，运移分馏、生物降解、供烃母质成熟度对碳同位素有不同程度的影响，尤其是对原油组分碳同位素影响较大，但对全油碳同位素影响相对较小[14-15]。

辽西凹陷原油碳同位素整体较重，δ13C值在-25.60‰(表5)，北洼全油δ13C值为-25.80‰～-25.23‰，整体较重、差异较小；但JZ9-3井饱和烃组分碳同位素相对较轻，推测是由于生物降解造成的。中洼SZ29-4井全油δ13C值为-25.90‰、饱和烃组分δ13C值为-26.80‰，相对较轻。南洼碳同位素差异较大，LD5-2、LD4-2全油δ13C值为-25.10‰～-25.40‰，全区最重；但其饱和烃组分δ13C值为-27.10‰～-27.30‰，相对较轻，受生物降解影响较SZ29-4井略大；LD5-2N井全油δ13C值为-26.30‰，其饱和烃组分δ13C值为-29.50‰，全区最轻，表明受生物降解作用影响较强。

3 原油类型划分及地质意义

辽西凹陷北洼走滑断裂穿过凹陷，凹陷全区圈闭发育，古近系储盖组合配置良好，油气运聚多受断裂控制[16-17]；中洼陡坡带圈闭少、缓坡带圈闭发育多，但大都富砂导致圈闭封堵较差；南洼与北洼成藏条件相似，但略差于北洼。

表5 辽西凹陷原油全油及组分碳同位素Table 5 Carbon isotopes of full oils and their group components of Liaoxi depression

渤海海域沙一段烃源岩沉积环境偏还原性，导致伽马蜡烷较高，沙三段烃源岩较沙一段和沙四段碳同位素相对富集[18]，沙四段烃源岩分布零散、沉积环境差异大[19]，钻井资料揭示辽西凹陷北洼沙四段烃源岩远优于中洼和南洼。结合辽西凹陷原油物性、族组成、生物标志物分析的研究结果，根据原油的母质类型、生物降解程度和成熟度，可将辽西凹陷原油分为3大类6小类(图2、图3、图4)。

北洼原油为第一大类原油，整体成熟度中等(图3)，但因成藏条件优越导致原油类型复杂，根据原油碳同位素和生物标志物又可分为4小类(图2、图4)。第1小类原油为JZ20-2N，其组分碳同位素与沙四段烃源岩相近；同时，伽马蜡烷较高表明沉积环境偏还原性，推测主要以北洼沙四段烃源岩供烃为主，且有较多的沙一段烃源岩供烃混入；另外，饱和烃色谱特征显示未遭受生物降解。第2小类原油为和JZ14-2，其组分碳同位素与沙四段烃源岩相近，推测为北洼沙四段烃源岩供烃，饱和烃色谱特征显示也未遭受生物降解。JZ9-3和JZ25-1组分碳同位素与沙三段烃源岩相近，中等含量的伽马蜡烷表明有一定量的沙一段烃源岩供烃混入，推测为沙三段烃源岩供烃为主，混入少量沙一段；但JZ9-3正构烷烃消耗殆尽，表明遭受严重生物降解，为第3小类原油。JZ25-1则未遭受生物降解，为第4小类原油。

图3 辽西凹陷原油成熟度及生物降解相关图Fig.3 Diagrams showing correlation of maturity and biodegradation of crude oils in Liaoxi depression

图4 辽西凹陷原油全油及组分碳同位素Fig.4 Carbon isotopes of full oils and their group components of Liaoxi depression

中洼原油为第二大类原油，沉积环境偏氧化、成熟度最高、遭受严重生物降解(图3)。SZ29-4组分碳同位素与沙三段烃源岩相近，中等含量的伽马蜡烷表明有一定量的沙一段烃源岩供烃混入，推测主要为沙三段烃源岩供烃为主，混入少量沙一段；存在一定含量的正构烷烃，表明有一定量的二次充注；饱和烃组分碳同位素较JZ9-3轻，表明受到降解程度相对较低。

南洼原油为第三大类原油，沉积环境偏氧化、成熟度最低、遭受强烈生物降解(图3)。LD5-2N、LD5-2、LD4-2原油碳同位素与沙三段烃源岩相近，中等含量的伽马蜡烷表明有一定量的沙一段烃源岩供烃混入，推测以沙三段烃源岩供烃为主，混入少量沙一段；另外，25-降藿烷均表现出遭受了强烈的生物降解；但LD5-2N原油饱和烃组分碳同位素较大幅度偏移变轻，表明受到降解程度更为强烈。

整体来看，油藏层位和埋深控制了原油遭受生物降解程度，北洼、中洼、南洼油藏层位变新、埋深增加导致降解程度依次升高，进而导致密度和黏度升高、含蜡量急剧下降，沙河街组原油主要高蜡稀油，东营组和馆陶组原油主要为低蜡稠油；烃源岩热演化程度控制了原油成熟度，北洼和中洼烃源岩较南洼埋深较大、热演化程度高，导致原油成熟度相对较高；沙四段烃源岩分布和沉积环境控制了供烃层位，仅北洼有沙四段烃源岩贡献。

4 结 论

a.辽西凹陷分为轻质原油、稠油、特稠油3种类型，北洼、中洼、南洼原油物性依次变差，轻质原油主要在北洼，稠油在3个洼陷均有分布，特稠油主要分布在南洼馆陶组。

b.北洼原油整体成熟度中等，但油源和受降解程度差异较大，原油特征呈现多样性，沙一段、沙三段、沙四段烃源岩均有供烃；中洼原油沉积环境偏氧化、成熟度最高、遭受严重生物降解，油源为沙三段烃源岩供烃为主，混入少量沙一段；南洼原油成熟度最低，遭受强烈生物降解，油源与中洼相当，为沙三段烃源岩供烃为主，混入少量沙一段。

c.原油物性受控于油藏层位和埋深，沙河街组原油为正常原油，东营组和馆陶组主要为受生物降解的稠油；原油成熟度受控于烃源岩热演化程度，北洼和中洼烃源岩热演化程度较高，形成的原油成熟度普遍较高；供烃层位差异受控于沙四段烃源岩分布和沉积环境，发育沙四段优质烃源的北洼供烃层位最多。